Việc điều khiển một hệ thống bởi một máy tính giúp cho việc lưu giữ các giá trị hiện tại được thuận tiện hơn Một điều thuận lợi là càng ngày càng có nhiều thiết bị chấp hành, hoặc thiết
Trang 1ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ
TỰ ĐỘNG HÓA
ĐỀ TÀI: ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ CHO VÒNG QUAY MẶT TRỜI SỬ DỤNG PLC S7-1200 KẾT
NỐI BIẾN TẦN VÀ GIÁM SÁT QUA WINCC
Sinh viên thực hiện : Nguyễn Văn Truyện
Mã sinh viên Lớp
: 2050551200249 : 20TDH2
Đà Nẵng, 6/2024
Trang 2NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI HƯỚNG DẪN
Trang 3NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI PHẢN BIỆN
Trang 4- Chương trình điều khiển và giám sát mô hình
3 Kết quả dự kiến đạt được
Xây dựng mô hình vòng quay mặt trời phù hợp với yêu cầu điều khiển Xây dựng thuật toán PID ổn định tốc độ động cơ theo yêu cầu công nghệ trên phần mềm TIA portal
Điều khiển và giám sát qua nút nhấn vật lý
4 Giới hạn đề tài
Trong đề tài này người thực hiện có nhiệm vụ tìm hiểu truyền thông Modbus kết nối plc s7-1200 với biến tần Bên cạnh đó sinh viên còn phải tìm hiểu về biến tần, động cơ giảm tốc Ngoài ra, việc xây dựng thuật toán PID trên phần mềm TIA portal để ổn định tốc độ động cơ cũng là một trong những nhiệm vụ cần được lưu ý
Trang 5TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Giảng viên hướng dẫn: ThS Nguyễn Tấn Hòa Sinh viên thực hiện: Trần Thanh Tùng - 2050551200234 Nguyễn Văn Truyện - 2050551200249
1 Tên đề tài: “ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ CHO VÒNG XOAY MẶT TRỜI SỬ
DỤNG PLC-1200KẾT NỐI BIẾN TẦN VÀ GIÁM SÁT QUA WINCC”
2 Các thông số, tài liệu ban đầu
+ Tài liệu “Giáo trình tài liệu lập trình PLC S7 – 1200 SIEMENS”; + Tài liệu “Tự động hoá với WinCC – Nhà xuất bản Hồng Đức”; + Các hệ thống phân loại sản phẩm theo khối lượng trong công nghiệp
3 Nội dung chính của đồ án
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU VỀ PLC S7-1200, PHẦN MỀM TIA PORTAL VÀ LÝ THUYẾT VỀ PID
CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH CHƯƠNG 4 CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT MÔ HÌNH KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI
4 Các sản phẩm dự kiến:
+ Mô hình thực tế; + Báo cáo;
+ Slide
5 Ngày nhận đồ án: 15/01/2024 6 Ngày nộp đồ án: 03/06/2024
Đà Nẵng, ngày 15 tháng 1 năm 2024
Trang 6MỤC LỤC
NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI HƯỚNG DẪN NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI PHẢN BIỆN TÓM TẮT
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC VIẾT TẮT
MỞ ĐẦU 1
1 Tính cấp thiết đề tài 1
2 Phương pháp nghiên cứu 1
3 Phương pháp thực hiện đề tài 3
4 Đối tượng nghiên cứu 3
5 Phạm vi đề tài 4
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG 5
1.1 Giới thiệu chung 5
1.2 Khái niệm tự động hóa 5
1.3 Vai trò và ý nghĩa của hệ thống tự động hóa 6
1.4 Khó khăn trong việc ứng dụng hệ thống tự động hóa 6
1.5 Tổng quan về mô hình hệ thống điều khiển[2] 7
1.5.1 Khái niệm hệ thống 7
1.5.2 Khái quát về hệ thống 7
1.5.3 Các vấn đề đặt ra 7
1.5.4 Phương pháp nghiên cứu 8
1.5.5 Nguyên lý hoạt động của hệ thống 8
1.5.6 Ý nghĩa của hệ thống 8
1.5.7 Tính mới của đề tài 8
1.6 Khảo sát thức tế vòng quay Sunwhell 8
CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU VỀ PLC S7-1200, PHẦN MỀM TIA PORTAL VÀ LÝ THUYẾT VỀ PID, Biến Tần 11
2.1 Tổng quan về PLC 11
2.1.1 Cấu trúc chung của PLC 11
2.1.2 Nguyên lý hoạt động 12
Trang 72.1.3 Ưu điểm và nhược điểm 13
2.2.4 Các module truyền thông 18
2.3 Giới thiệu phần mềm TIA Portal V16 19
2.3.1 Giới thiệu SIMATIC STEP 7 BASIC – tích hợp lập trình PLC và HMI 19
2.3.2 Kết nối qua giao thức TCP/IP 19
2.3.3 Cách tạo một project 19
2.3.4 TAG của PLC / TAG local 21
2.3.5 Làm việc với một trạm PLC Quy định địa chỉ IP cho module CPU 23
2.2.5 Ưu và nhược điểm của phần mềm TIA Portal 26
2.4 Lý thuyết về PID 26
2.4.1 Khái niệm về PID 26
2.4.2 Lập trình PID 29
2.5 Lập trình xử lý tín hiệu xung tốc độ cao từ Encoder 34
2.6 Truyền thông modbus 37
2.7 Tổng quan về biến tần 38
CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH 43
3.1 Tính toán động cơ 43
3.7 Sơ đồ đấu nối của mô hình hệ thống 57
3.7.1 Sơ đồ mạch điều khiển 57
3.7.2 Sơ đồ mạch động lực 58
3.8 Thi công mô hình hệ thống 58
Trang 8CHƯƠNG 4 CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT MÔ HÌNH 60
4.1 Quy trình hoạt động hệ thống 60
4.2 Lưu đồ thuật toán 61
4.3 Bảng phân công đầu vào, đầu ra 62
4.4 Giao diện WinCC 63
4.3.1 Khái niệm về WinCC 63
4.3.2 Chức năng của WinCC 63
4.3.3 Các thao tác làm việc với WinCC 64
4.3.4 Giao diện giám sát của mô hình hệ thống 67
4.4 Tính toán PID ổn định tốc độ vòng quay 68
KẾT LUẬN 70
TÀI LIỆU THAM KHẢO 73
PHỤ LỤC 74
Trang 9DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1: Ứng dụng tự động hóa trong nhà máy sản xuất phân bón Sông Gianh 5
Hình 2.1: Cấu trúc chung của PLC [2] ………11
Hình 2.7: Biểu tượng TIA Portal 20
Hình 2.8: PID LOOP CONTROL[12] 27
Hình 2.9: Nguyên lý hoạt động PID[12] 27
Hình 2.10: Lựa chọn khối PID_Compact 29
Hình 2.11: Tạo khối Cyclic interrupt 30
Hình 2.12: Thiết lập Basic settings 31
Hình 2.13: Cấu hình các tham số của khối PID_Compact 32
Hình 2.14: Quy đổi tín hiệu của PID sang tín hiệu tần số 32
Hình 2.15: Bắt đầu quá trình Commissioning 33
Hình 2.16: Bắt đầu chạy Pretuning 33
Hình 2.17: Bắt đầu chạy Fine tuning 33
Hình 2.18: Nạp các hệ số PID vào khối PID_Compact 33
Hình 2.19: Khối xử lý xung tốc độ cao CTRL_HSC 34
Hình 2.20: Lệnh chuyển đổi dữ liệu 35
Hình 2.21: Chuyển đổi giá trị xung Encoder đếm được 35
Hình 2.22: Đọc giá trị sau khi tính toán 36
Hình 2.23: Hai tập lệnh NORM_X và SCALE_X 36
Hình 2 24: Cài đặt thông số PID – Tia portal 36
Hình 2 25: Setup tốc độ vòng quay 36
Hình 2 26: Mạng truyền thông công nghiệp modbus[11] 37
Hình 2 27: Cấu trúc cơ bản của biến tần 39
Hình 2 28: Thông số kỹ thuật của biến tần[5] 40
Hình 2 29: Giao diện thao tác của biến tần[5] 40
Trang 10Hình 2 30: Sơ đồ kết nối của biến tần[5] 41
Hình 3.1: Biểu đồ moment uốn trên trục ……… 47
Hình 4.1: Lưu đồ giải thuật hệ thống ……… 61
Hình 4.3: Khởi tạo màn hình WinCC_1 64
Hình 4.4: Chọn WinCC 65
Hình 4.5: Kết nối WinCC với PLC_1 65
Hình 4.6: Kết nối WinCC với PLC_1 66
Hình 4.7: Giao diện chính của WinCC 66
Hình 4.8: Giao diện WinCC hệ thống 67
Hình 4.9: Kết quả thông số P, I, D trên phần mềm TIA Portal 68
Hình 4.10: Kết quả dạng sóng điều khiển PID của tốc độ quay khi setup tốc độ quay 3 vòng/phút 69
Hình 4.11: Kết quả dạng sóng điều khiển PID của tốc độ quay khi setup tốc độ quay 10 vòng/phút 69
Trang 11DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1: So sánh chức năng làm việc của bộ PLC S7-1200 1211C và 1214C 16
Bảng 2.2: Các module tín hiệu và bảng tín hiệu để mỏ rộng dung lượng CPU 17
Bảng 2.3: Tham số khối PID_Compact 31
Bảng 2.4: Tham số của CTRL_HSC 34
Bảng 2.5: Tham số của lệnh NORM_X 36
Bảng 2.6: Tham số của lệnh SCALE_X 36
Bảng 3.1: Thông số kỹ thuật của PLC S7-1200 CPU 1212 DC/DC/DC 53
Bảng 4.1: Tag PLC……… 62
Trang 12DANH MỤC VIẾT TẮT
PLC ProgrammableLogicController
CNC Computer Numerical Control
CPU Central Processing Unit
Trang 131 SVTH: Nguyễn Văn Truyện GVHD: Th.S Nguyễn Tấn Hòa
MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài
Vài năm gần đây, làn sóng cách mạng công nghiệp 4.0 đang biến đổi toàn thế giới và tác động mạnh mẽ tới từng ngóc ngách của cuộc sống Những khái niệm mới như công dân số, doanh nghiệp số, văn phòng điện tử, chính phủ điện tử, thành phố thông minh trở nên phổ biến, trở thành xu hướng tất yếu Trong nền công nghiệp hiện nay,việc ứng dụng mạng công nghiệp để điều khiển và giám sát các thiết bị, các cơ cấp chấp hành ngày càng được sử dụng nhiều trong các nhà máy, xí nghiệp, và các dây chuyền sản xuất Việc điều khiển một hệ thống bởi một máy tính giúp cho việc lưu giữ các giá trị hiện tại được thuận tiện hơn Một điều thuận lợi là càng ngày càng có nhiều thiết bị chấp hành, hoặc thiết bị điều khiển như PLC,biến tần, được tích hợp các giao thức mạng như : Profibus, Can, Modbus…
Với những ưu điểm vượt trội như: - Chuyển giao dễ dàng, nhanh chóng; tiết kiệm diện tích lưu trữ…, văn bản, tài liệu điện tử dần dần thay thế văn bản, tài liệu truyền thống;
- Lưu trữ dự phòng các rủi ro có thể xảy ra đối với bản giấy; - Giảm thiểu sự xuống cấp về mặt vật lý và hóa học của tài liệu gốc trong quá trình khai thác, sử dụng;
- Tiết kiệm nguồn lực về con người
2 Phương pháp nghiên cứu
Hình 1: Sử dụng PID để điều khiển nhiệt độ
Trang 142 SVTH: Nguyễn Văn Truyện GVHD: Th.S Nguyễn Tấn Hòa
Điều khiển PID (Proportional-Integral-Derivative): Là một phương pháp điều khiển phản hồi phổ biến và hiệu quả Nó sử dụng một kết hợp của các thành phần tỷ lệ, tích phân và đạo hàm để điều chỉnh điện áp vào động cơ để duy trì tốc độ mong muốn
Điều khiển Vector (Vector Control): Còn được gọi là điều khiển dựa trên phương pháp dịch chuyển véc-tơ Phương pháp này cho phép điều khiển động cơ không đồng bộ với hiệu suất cao và độ chính xác tốt
Điều khiển PWM (Pulse Width Modulation): Thay đổi độ rộng xung xuyên giữa hai trạng thái, mở và đóng, của một tín hiệu điện để điều chỉnh công suất đầu vào đến động cơ
Hình 2: Điều khiển tốc độ động cơ một chiều bằng PWM
Điều khiển Dòng (Current Control): Điều chỉnh dòng điện đầu vào đến động cơ để kiểm soát tốc độ Phương pháp này thường được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao
Điều khiển Mô-men (Torque Control): Điều chỉnh mô-men đầu ra của động cơ thay vì tốc độ hoặc dòng điện Điều này đặc biệt hữu ích trong các ứng dụng yêu cầu kiểm soát mô-men chính xác như trong robot công nghiệp hoặc các hệ thống cần kiểm soát tải trọng
Điều khiển Mô-hình (Model-based Control): Sử dụng mô hình toán học của động cơ để dự đoán và điều chỉnh tốc độ hoặc mô-men theo thời gian thực Phương pháp này thường yêu cầu việc xây dựng và hiệu chỉnh một mô hình chính xác của động cơ
Trang 153 SVTH: Nguyễn Văn Truyện GVHD: Th.S Nguyễn Tấn Hòa
Điều khiển Trí Tuệ Nhân Tạo (AI-based Control): Sử dụng các thuật toán học máy và trí tuệ nhân tạo để học và điều chỉnh các thông số điều khiển tốt nhất dựa trên dữ liệu thu thập được từ hệ thống hoạt động
3 Phương pháp thực hiện đề tài
Đề xuất hệ thống điều khiển sử dụng PLC kết hợp với biến tần để điều khiển động cơ công nghiệp cho vòng quay mặt trời:
Thiết kế Mạch Điện và Cơ: Thiết kế mạch điện và cơ cấu của hệ thống, bao gồm động cơ, biến tần, cảm biến vị trí hoặc cảm biến ánh sáng để theo dõi vị trí của mặt trời, cũng như các cơ cấu cần thiết để điều chỉnh hướng quay của mặt trời
Chọn Lựa Thiết Bị: Chọn lựa PLC và biến tần phù hợp với yêu cầu của hệ thống, bao gồm khả năng xử lý, độ chính xác, khả năng kết nối và tính linh hoạt trong việc lập trình và cấu hình
Lập Trình PLC: Sử dụng phần mềm lập trình của PLC để viết chương trình điều khiển cho hệ thống Chương trình sẽ bao gồm các hàm điều khiển tốc độ động cơ, điều khiển hướng quay dựa trên dữ liệu từ cảm biến, và các chức năng bảo trì và bảo vệ
Kết Nối và Cấu Hình Biến Tần: Kết nối biến tần với PLC và cấu hình nó để nhận lệnh điều khiển tốc độ từ PLC Đảm bảo rằng các thông số cấu hình như tần số đầu ra, dòng định mức, và các thông số bảo vệ được cài đặt chính xác
Kiểm Tra và Hiệu Chỉnh: Kiểm tra hệ thống để đảm bảo mọi kết nối hoạt động đúng cách Hiệu chỉnh các thông số và thử nghiệm hệ thống trong các điều kiện khác nhau để đảm bảo hoạt động ổn định và chính xác
Triển Khai và Bảo Trì: Triển khai hệ thống vào môi trường thực tế và cung cấp hướng dẫn sử dụng cho người vận hành Thực hiện các công việc bảo trì định kỳ để đảm bảo hiệu suất và tuổi thọ của hệ thống
4 Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu: vòng quay mặt trời Sun Wheel Đà Nẵng Phạm vi nghiên cứu: nghiên cứu qua các tài liệu tham khảo trong được học ở trường, các tài liệu điện từ và các thông tin trong và ngoài nước
Các tiêu chí đặt ra Thiết kế thành công hệ thống vòng quay mặt trời điều khiển tốc độ động cơ
Trang 164 SVTH: Nguyễn Văn Truyện GVHD: Th.S Nguyễn Tấn Hòa
Trang 175 SVTH: Nguyễn Văn Truyện GVHD: Th.S Nguyễn Tấn Hòa
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG 1.1 Giới thiệu chung
[1] Sun Wheel tại Đà Nẵng là một trong những điểm tham quan nổi tiếng không chỉ ở Việt Nam mà còn trên toàn thế giới Với thiết kế độc đáo và ấn tượng, Sun Wheel là biểu tượng của sự phát triển và sự hiện đại của thành phố ven biển này
Hệ thống vòng quay này được điều khiển và giám sát thông qua PLC S7-1200, một nền tảng công nghệ đáng tin cậy và linh hoạt PLC này không chỉ giúp điều chỉnh tốc độ và hướng quay của Sun Wheel mà còn đảm bảo an toàn và ổn định cho du khách khi trải nghiệm
Với việc kết hợp giữa công nghệ tiên tiến và thiết kế sáng tạo, Sun Wheel không chỉ là một điểm tham quan hấp dẫn mà còn là biểu tượng của sự phát triển và tiến bộ của Đà Nẵng Được xây dựng với mong muốn tạo ra trải nghiệm độc đáo và không quên an toàn, Sun Wheel đem lại những kỷ niệm khó quên cho mọi du khách ghé thăm thành phố này
1.2 Khái niệm tự động hóa
[3]Tự động hoá (Automation) là quá trình sử dụng các công nghệ và giải pháp để thay thế hoặc tăng cường các công việc của con người bằng cách sử dụng các máy móc, hệ thống và phần mềm để làm việc một cách tự động Tự động hoá có thể áp dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như sản xuất, vận chuyển, lưu trữ, chăm sóc sức khỏe và công nghệ thông tin
Hình 1.1: Ứng dụng tự động hóa trong nhà máy sản xuất phân bón Sông Gianh
Trang 186 SVTH: Nguyễn Văn Truyện GVHD: Th.S Nguyễn Tấn Hòa
[4]Trong sản xuất, tự động hoá giúp tăng năng suất, giảm chi phí và nâng cao chất lượng sản phẩm thông qua việc sử dụng các máy móc và robot để thực hiện các công việc Trong vận chuyển, tự động hoá giúp cải thiện quy trình vận chuyển hàng hóa và giảm thiểu lỗi trong quá trình này Trong lĩnh vực chăm sóc sức khỏe, tự động hoá giúp cải thiện chất lượng dịch vụ và tiết kiệm thời gian cho bác sĩ và nhân viên y tế
1.3 Vai trò và ý nghĩa của hệ thống tự động hóa
[3]Tự động hoá (Automation) có vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực khác nhau của cuộc sống hiện đại Dưới đây là một số ví dụ về vai trò của tự động hoá:
1 Tăng năng suất: Tự động hoá giúp loại bỏ các công việc thủ công hoặc lặp lại, giảm thiểu thời gian cần thiết để hoàn thành các tác vụ và tăng năng suất
2 Giảm lỗi: Tự động hoá giảm thiểu sự can thiệp của con người trong quá trình sản xuất và vận hành, giúp giảm thiểu các lỗi xuất hiện và nâng cao chất lượng sản phẩm hoặc dịch vụ
3 Tiết kiệm chi phí: Tự động hoá giúp giảm chi phí lao động bởi vì một số công việc sẽ không cần thiết phải được thực hiện bởi con người Đồng thời, tự động hoá cũng giúp giảm thành phẩm và dịch vụ bị lãng phí
4 Nâng cao chất lượng: Tự động hoá giúp cải thiện chất lượng sản phẩm bằng cách giảm thiểu các sai sót trong quá trình sản xuất
5 Tăng tính năng động: Tự động hoá giúp các doanh nghiệp và tổ chức có thể thích nghi nhanh chóng với các thay đổi trong thị trường và nhu cầu của khách hàng
6 Tiết kiệm thời gian: Tự động hoá giúp giảm thời gian cần thiết để hoàn thành các nhiệm vụ, cho phép con người tập trung vào các công việc mang tính sáng tạo và mẫu thuẫn
7 Giảm tác động môi trường: Tự động hoá cũng giúp giảm sự yêu cầu về tài nguyên và năng lượng trong quá trình sản xuất và vận hành, giúp giảm tác động tiêu cực đến môi trường
1.4 Khó khăn trong việc ứng dụng hệ thống tự động hóa
[3]Mặc dù có nhiều lợi ích khi áp dụng hệ thống tự động hoá, tuy nhiên, việc triển khai và ứng dụng nó vẫn gặp một số khó khăn như sau:
- Chi phí ban đầu cao: Tự động hoá đòi hỏi đầu tư mạnh vào các thiết bị, phần mềm và chương trình máy tính để triển khai
Trang 197 SVTH: Nguyễn Văn Truyện GVHD: Th.S Nguyễn Tấn Hòa
- Khả năng quản lý và kiểm soát kém: Một số doanh nghiệp và tổ chức dễ bị mất kiểm soát và khó khăn trong việc quản lý hệ thống tự động hoá bởi vì chúng có thể rất phức tạp và đòi hỏi sự chuyên môn cao
- Nhân lực không đủ chuyên môn: Việc triển khai và phát triển hệ thống tự động hoá yêu cầu sự hiểu biết sâu rộng về công nghệ và các quy trình sản xuất Do đó, việc tìm kiếm và giữ chân nhân lực chuyên môn có thể là một thách thức đối với các doanh nghiệp và tổ chức
- Sự phụ thuộc vào công nghệ: Việc áp dụng hệ thống tự động hoá đòi hỏi sự phụ thuộc vào công nghệ điện tử và máy tính, vì vậy các vấn đề liên quan đến thiết bị và phần mềm có thể phá vỡ toàn bộ hệ thống
- Vấn đề an ninh thông tin: Tính chất kết nối định kỳ của hệ thống tự động hoá nghĩa là rằng chúng có thể dễ dàng trở thành mục tiêu của các cuộc tấn công mạng
1.5 Tổng quan về mô hình hệ thống điều khiển[2]
1.5.1 Khái niệm hệ thống
Hệ thống điều khiển không chỉ là một tập hợp các thiết bị điện tử hoạt động độc lập, mà còn là một cấu trúc tổng hợp, kết hợp các phần tử này với nhau để tạo ra một hệ thống hoàn chỉnh, có khả năng kiểm soát và điều khiển một quy trình hoặc thiết bị cụ thể Hệ thống này có thể bao gồm các thành phần như cảm biến, bộ xử lý, hệ thống điều khiển logic, và các thiết bị đầu ra
1.5.2 Khái quát về hệ thống
Hệ thống điều khiển trong đề tài này được thiết kế để kiểm soát và điều khiển một quy trình hay thiết bị cụ thể Đối với ví dụ của chúng ta, hệ thống này có thể là một dây chuyền sản xuất, một hệ thống làm lạnh hoặc một robot công nghiệp Hệ thống điều khiển có thể được cấu hình để thực hiện các chức năng như duy trì một giá trị được thiết lập, điều chỉnh hoặc điều khiển quá trình tự động, và cảnh báo hoặc ngừng hoạt động khi có lỗi xảy ra
1.5.3 Các vấn đề đặt ra
Trong quá trình nghiên cứu và phát triển hệ thống điều khiển, có một số vấn đề quan trọng cần được xem xét và giải quyết Đối với hệ thống sử dụng PLC S7-1200, các vấn đề này có thể bao gồm việc xác định yêu cầu chính xác của hệ thống, thiết kế một
Trang 208 SVTH: Nguyễn Văn Truyện GVHD: Th.S Nguyễn Tấn Hòa
kiến trúc phần mềm phù hợp, và đảm bảo tính ổn định và hiệu suất của hệ thống trong điều kiện hoạt động thực tế
1.5.4 Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu trong đề tài này có thể bao gồm một loạt các bước như phân tích yêu cầu của hệ thống, thiết kế một mô hình mô phỏng, triển khai và kiểm tra hệ thống trong một môi trường thực tế, và cuối cùng là đánh giá hiệu suất của hệ thống
1.5.5 Nguyên lý hoạt động của hệ thống
Nguyên lý hoạt động của hệ thống điều khiển dựa trên việc thu thập thông tin từ các cảm biến, xử lý dữ liệu này thông qua các thuật toán và quy tắc điều khiển, và điều chỉnh hoạt động của các thiết bị hoặc quy trình để duy trì một trạng thái hoặc giá trị nhất định
1.5.6 Ý nghĩa của hệ thống
Hệ thống điều khiển không chỉ đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa hiệu suất và tiết kiệm năng lượng, mà còn đảm bảo tính an toàn và ổn định trong quá trình vận hành Nó còn giúp tăng cường khả năng quản lý và kiểm soát các quy trình và thiết bị sản xuất
1.5.7 Tính mới của đề tài
Tính mới của đề tài có thể nằm ở việc áp dụng PLC S7-1200 vào việc điều khiển hệ thống cụ thể, cũng như trong việc thử nghiệm và đánh giá hiệu suất của hệ thống này trong môi trường thực tế Sự kết hợp giữa công nghệ PLC tiên tiến và các phương pháp nghiên cứu hiện đại sẽ đem lại giá trị lớn cho đề tài và ứng dụng của nó trong thực tế
1.6 Khảo sát thức tế vòng quay Sunwhell
STT Thời
Gian
Vị Trí Tốc
Độ Vòng Quay (RPM)
Nhiệt Độ (°C)
Độ Ẩm (%)
Độ Rung (mm/s)
Tình Trạng
Thiết Bị
Ghi Chú
1 8:00 Vị trí
A
động bình thường
Không có vấn
đề
Trang 219 SVTH: Nguyễn Văn Truyện GVHD: Th.S Nguyễn Tấn Hòa
Không có vấn
Không có vấn
Không có vấn
Không có vấn
đề
Ghi chú:
STT: Số thứ tự Thời Gian: Thời điểm thực hiện khảo sát Vị Trí: Vị trí của Sunwheel trong hệ thống hoặc khu vực khảo sát Tốc Độ Vòng Quay (RPM): Tốc độ quay của Sunwheel, đo bằng vòng quay mỗi phút
Nhiệt Độ (°C): Nhiệt độ môi trường xung quanh Sunwheel Độ Ẩm (%): Độ ẩm của môi trường xung quanh Sunwheel Độ Rung (mm/s): Mức độ rung của Sunwheel, đo bằng mm/s Tình Trạng Thiết Bị: Tình trạng hoạt động của Sunwheel, ví dụ như "Hoạt động bình thường", "Có tiếng ồn", "Cần bảo trì"
Ghi Chú: Các ghi chú bổ sung về tình trạng hoặc các vấn đề phát sinh
Trang 2210 SVTH: Nguyễn Văn Truyện GVHD: Th.S Nguyễn Tấn Hòa
Phân tích và báo cáo:
Tổng hợp và phân tích dữ liệu thu thập được Soạn thảo báo cáo chi tiết và đưa ra các đề xuất cải thiện
Trang 2311 SVTH: Nguyễn Văn Truyện GVHD: Th.S Nguyễn Tấn Hòa
CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU VỀ PLC S7-1200, PHẦN MỀM TIA PORTAL VÀ LÝ THUYẾT VỀ PID, BIẾN TẦN
2.1 Tổng quan về PLC
2.1.1 Cấu trúc chung của PLC
[2]Thông thường thì một PLC sẽ có các bộ phận chính như sau: RAM, ROM – là một bộ nhớ chương trình bên trong, ta có thể thêm bộ nhớ bên ngoài EPROM
CPU – là bộ xử lý trung tâm có công giao tiếp dùng cho việc kết nối với PLC Các module vào – ra
Hình 2.1: Cấu trúc chung của PLC [2]
Tuy nhiên thì với một PLC hoàn chỉnh chúng ta sẽ có thêm một đơn vị lập trình bằng tay hay bằng máy tính Hầu hết các đơn vị lập trình đơn giản đều có đủ RAM để chứa đựng chương trình dưới dạng hoàn thiện hay bổ sung Nếu đơn vị lập trình là đơn vị xách tay thì RAM thường là loại CMOS có pin dự phòng, chỉ khi nào chương trình đã được kiểm tra và sẵn sàng sử dụng thì nó mới truyền sang bộ nhớ PLC Đối với các PLC lớn thường lập trình trên máy tính nhằm hỗ trợ cho việc viết, đọc và kiểm tra chương trình Các đơn vị lập trình nối với PLC qua cổng RS232, RS422, RS485,…
Trang 2412 SVTH: Nguyễn Văn Truyện GVHD: Th.S Nguyễn Tấn Hòa
2.1.2 Nguyên lý hoạt động
Các PLC sẽ có nguyên lý vận hành như sau: CPU sẽ điều khiển các hoạt động bên trong PLC Bộ xử lý sẽ đọc và kiểm tra chương trình được chứa trong bộ nhớ, sau đó sẽ thực hiện thứ tự từng lệnh trong chương trình, sẽ đóng hay ngắt các đầu ra Các trạng thái ngõ ra ấy được phát tới các thiết bị liên kết để thực thi và toàn bộ các hoạt động thực thi đó đều phụ thuộc vào chương trình điều khiển được giữ trong bộ nhớ
Hệ thống Bus là bộ phận dùng để truyền tín hiệu, hệ thống gồm nhiều đường tín hiệu song song:
Data Bus: Bus dùng để truyền dữ liệu Address Bus: Bus địa chỉ dùng để truyền địa chỉ đến các Modul khác nhau Control Bus: Bus điều khiển dùng để truyền các tín hiệu định thì và điều khiển đồng bộ các hoạt động trong PLC
Trong PLC các số liệu được trao đổi giữa bộ vi xử lý và các modul vào ra thông qua Data Bus Address Bus và Data Bus gồm 8 đường, ở cùng thời điểm cho phép truyền 8 bit của 1 byte một cách đồng thời hay song song Nếu một module đầu vào nhận được địa chỉ của nó trên Address Bus, nó sẽ chuyển tất cả trạng thái đầu vào của nó vào Data
Trang 2513 SVTH: Nguyễn Văn Truyện GVHD: Th.S Nguyễn Tấn Hòa
Bus Nếu một địa chỉ byte của 8 đầu ra xuất hiện trên Address Bus, modul đầu ra tương ứng sẽ nhận được dữ liệu từ Data bus Control Bus sẽ chuyển các tín hiệu điều khiển vào theo dõi chu trình hoạt động của PLC Các địa chỉ và số liệu được chuyển lên các Bus tương ứng trong một thời gian hạn chế
Hệ thống Bus sẽ làm nhiệm vụ trao đổi thông tin giữa CPU, bộ nhớ và I/O Bên cạnh đó thì CPU được cung cấp một xung Clock có tần số từ 1,8 MHz Xung này quyết định tốc độ hoạt động của PLC và cung cấp các yếu tố về định thời, đồng hồ của hệ thống
2.1.3 Ưu điểm và nhược điểm
Ưu điểm: Dễ dàng thay đổi chương trình theo ý muốn, thích hợp để lập trình cho nhiều ứng dụng khác nhau
Mạch điện gọn nhẹ, dễ dàng trong việc bảo quản, sửa chữa và thay thế Độ tin cậy cao, chuẩn hóa được thiết bị
Thực hiện được các thuật toán phức tạp và độ chính xác cao Cấu trúc PLC dạng module, cho phép dễ dàng thay thế, mở rộng đầu vào/ra, mở rộng chức năng khác
Khả năng chống nhiễu tốt, hoàn toàn làm việc tin cậy trong môi trường công nghiệp
Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như: máy tính, nối mạng truyền thông với các thiết bị khác
Sử dụng tốt trong các loại môi trường như nhiệt độ, độ ẩm cao, dòng điện dao động,…
Nhược điểm: Giá thành phần cứng cao: Vì đây là một thiết bị công nghệ cao, tự động hóa cao nên giá trị sẽ cao hơn nhiều so với các lại thiết bị rơ le ON/OFF thông thường Tuy nhiên hiện tại giá thành PLC đã giảm đáng kể như các dòng PLC Mitsubishi hoặc PLC Delta Một số hãng phải mua thêm phần mềm để lập trình: thật vậy, các loại PLC sẽ được hãng thiết kế riêng chính vì thế chúng sẽ có sự khác biệt trong khâu lập trình hệ thống Một số hãng sẽ kèm theo phần mềm, tuy nhiên cũng sẽ có một số hãng bán kèm để chúng ta sử dụng
Trang 2614 SVTH: Nguyễn Văn Truyện GVHD: Th.S Nguyễn Tấn Hòa
Đòi hỏi người sử dụng phải có trình độ chuyên môn cao: hầu hết những người sử dụng được PLC phải được đào tạo rất bài bản Họ phải được trang bị các kiến thức liên quan đến từng loại PLC của từng hãng khác nhau Bởi vì mỗi hãng sẽ có phần mềm lập trình riêng nên để đào tạo thì cần một khoảng thời gian để có thể đảm nhiệm được công việc này Nếu chuyên môn không cao sẽ dẫn dên lập trình sai, gây hư hỏng và tổn thất trang thiết bị và xảy ra các sự cố đáng tiếc
2.1.4 Ứng dụng của PLC
Khi nói đến ứng dụng của PLC hiện nay thì mình có thể trả lời rằng chúng rất phổ biến trong công nghiệp cũng như đời sống Những loại máy móc nhỏ như đóng gói, băng tải cũng có thể sử dụng một số dòng PLC kinh tế có in/out ít, thiết kế nhỏ gọn với giá thành rất cạnh tranh Đặc điểm chính của những loại PLC này đó chính là tích hợp đầy đủ các tính năng cần thiết để linh hoạt sử dụng cho nhiều ứng dụng cơ bản
Đối với những hệ thống lớn cần có bộ điều khiển phức tạp như dây chuyền xử lý nước thải, nhà máy xi măng thì có những dòng PLC thiết kế dạng module tùy theo nhu cầu mà có thể sử dụng nhiều loại module khác nhau Khi sử dụng loại này thì chúng ta phải tính toán loại CPU chính cũng như số lượng in/out, module analog, truyền thông để có thể đáp ứng đúng và đủ yêu cầu kỹ thuật của dự án
Một số ứng dụng khác trong đời sống và công việc như PLC có thể ứng dụng cho rất nhiều hệ thống đèn giao thông, nhà thông minh Đặc biệt trong sự phát triển của nền nông nghiệp thì PLC đã và sẽ ứng dụng nhiều để giúp hiện đại hóa quá trình sản xuất nông nghiệp ở của nước ta hiện nay
2.2 Giới thiệu về PLC S7-1200
2.2.1 Giới thiệu về PLC s7-1200
[10] Bộ điều khiển logic khả trình Program mableLogicController S7-1200 mang lại tính linh hoạt và sức mạnh để điều khiển nhiều thiết bị đa dạng hỗ trợ các yêu cầu về điều khiển tự động Sự kết hợp giữa thiết kế thu gọn, cấu hình linh hoạt và tập lệnh mạnh mẽ đã khiến cho S7-1200 trở thành một giải pháp hoàn hảo cho việc điều khiển nhiều ứng dụng đa dạng khác nhau
Kết hợp một bộ vi xử lý, một bộ nguồn tích hợp, các mạch ngõ vào và mạch ngõ ra trong một kết cấu thu gọn, CPU trong S7-1200 đã tạo ra một PLC mạnh mẽ Sau khi
Trang 2715 SVTH: Nguyễn Văn Truyện GVHD: Th.S Nguyễn Tấn Hòa
người dùng tải xuống một chương trình, CPU sẽ chứa mạch logic được yêu cầu để giám sát và điều khiển các thiết bị nằm trong ứng dụng CPU giám sát các ngõ vào và làm thay đổi ngõ ra theo logic của chương trình người dùng, có thể bao gồm các hoạt động như logic Boolean, việc đếm, định thì, các phép toán phức hợp và việc truyền thông với các thiết bị thông minh khác
Một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ việc truy xuất đến cả CPU và chương trình điều khiển:
Mỗi CPU cung cấp một sự bảo vệ bằng mật khẩu cho phép người dùng cấu hình việc truy xuất đến các chức năng của CPU
Người dùng có thể sử dụng chức năng “know-how protection” để ẩn mã nằm trong một khối xác định
CPU cung cấp một cổng PROFINET để giao tiếp qua một mạng PROFINET Các module truyền thông là có sẵn giành cho việc giao tiếp qua các mạng RS232 hay RS485
Trang 2816 SVTH: Nguyễn Văn Truyện GVHD: Th.S Nguyễn Tấn Hòa
Bộ nhớ người dùng: Bộ nhớ làm việc Bộ nhớ nạp Bộ nhớ giữ lại
25 Kb 1 MB 2 kB
50 kB 2 MB 2 kB I/O tích hợp cục bộ
Kiểu số Kiểu tương tự
6 ngõ vào và 4 ngõ ra
2 ngõ ra
8 ngõ vào và 6 ngõ ra 2 ngõ ra
14 ngõ vào và 10 ngõ ra
2 ngõ ra Kích thước ảnh tiến
trình
1024 byte ngõ vào(I) và 1024 byte ngõ ra (Q)
Độ mở rộng của các modunle tín hiệu
Các modunle truyền thông
3 (mở rộng về bên trái) Các bộ đếm tốc độ cao
Đơn pha
Vuông pha
3 3 tại 100k Hz 3 tại 80 kHz
4 3 tại 100 kHz 1 tại 30 kHz 3 tại 80 kHz 1 tại 20 kHz
6 3 tại 100 kHz 3 tại 30 kHz 3 tại 80 kHz 3 tại 20 kHz Các ngõ ra xung 2
Thời gian lưu giữ đồng hồ thời gian thực
Thông thường 10 ngày/ ít nhất 6 ngày tại 40°C
PROFINET 1 cổng truyền thông Ethernet Tốc độ thực thi tính toán
thực
18µs/lệnh
Trang 2917 SVTH: Nguyễn Văn Truyện GVHD: Th.S Nguyễn Tấn Hòa
Tốc độ thực thi Boolean 0,1 µs/lệnh Họ S7-1200 cung cấp một số lượng lớn các module tín hiệu và bảng tín hiệu để mở rộng dung lượng của CPU Người dùng còn có thể lắp đặt thêm các module truyền thông để hỗ trợ các giao thức truyền thông khác
Module tín hiệu (SM)
Kiểu số
8 x DC In 8 x DC Out
8 x Relay Out
8x DC In/8 x DC Out 8x DC In/8 x DC Relay Out 16 x DC In 16xDC Out
16 xDC Relay Out
16 x DC In/16 x DC Out 16 x DC In/16 x DC Relay Out
Kiểu tương tự
4 x Analog In 8 x Analog In
2 x Analog In 4 x Analog In
4 x Analog In/2 x Analog Out
Bảng tín hiệu
Kiểu tương tự
SB với 4 I/O kiểu số (ngõ vào 2 x DC và ngõ ra 2 x DC) SB với 1 ngõ ra kiểu tương tự
Trang 3018 SVTH: Nguyễn Văn Truyện GVHD: Th.S Nguyễn Tấn Hòa
Hình 2.4: Hình bộ điều khiển PLC[11]
Các LED trạng thái SB Bộ phận kết nối dây của người dùng có thể tháo ra
2.2.3 Các module tín hiệu
Người dùng có thể sử dụng các module tín hiệu để thêm vào CPU các chức năng Các module tín hiệu kết nối vào phía bên phải CPU
1 Các LED trạng thái I/O của module tín hiệu 2 Bộ phận kết nối đường dẫn
3 Bộ phận kết nối dây của người dùng có thể tháo ra
2.2.4 Các module truyền thông
Họ S7-1200 cung cấp các module truyền thông (CM) dành cho các tính năng bổ sung vào hệ thống Có 2 module truyền thông: RS232 và RS485
CPU hỗ trợ tối đa 3 module truyền thông Mỗi CM kết nối vào phái bên trái CPU
Trang 3119 SVTH: Nguyễn Văn Truyện GVHD: Th.S Nguyễn Tấn Hòa
1 Các LED trạng thái dành cho module truyền thông 2 Các LED trạng thái dành cho module truyền thông 3 Bộ phận kết nối truyền thông
Hình 2.6: bộ điều khiển PLC[11]
2.3 Giới thiệu phần mềm TIA Portal V16
2.3.1 Giới thiệu SIMATIC STEP 7 BASIC – tích hợp lập trình PLC và HMI
[2] Step 7 Basic hệ thống kỹ thuật đồng bộ đảm bảo hoạt động liên tục hoàn hảo.Một hệ thống kỹ thuật mới, thông minh và trực quan cấu hình phần cứng kỹ thuật
và cấu hình mạng, lập trình, chuẩn đoán và nhiều hơn nữa
Lợi ích với người dùng: - Trực quan: dễ dàng để tìm hiểu và dễ dàng để hoạt động - Hiệu quả: tốc độ về kỹ thuật
- Chức năng bảo vệ: kiến trúc phần mềm tạo thành một cơ sở ổn định cho sự đổi mới trong tương lai
2.3.2 Kết nối qua giao thức TCP/IP
- Để lập trình SIMATIC S7-1200 từ PC hay laptop cần một kết nối TCP/IP - Để PC và SIMATIC s7-1200 có thể giao tiếp với nhau, điều quan trọng là các địa chỉ IP của cả hai thiết bị phải phù hợp với nhau
2.3.3 Cách tạo một project
Bước 1: Từ màn hình desktop nhấp đúp chọn biểu tượng Tia Portal
Trang 3220 SVTH: Nguyễn Văn Truyện GVHD: Th.S Nguyễn Tấn Hòa
Hình 2.7: Biểu tượng TIA Portal
Bước 2: Click chuột vào Create new project để tạo dự án
Bước 3: Nhập tên dự án vào Project name sau đó nhấn create
Bước 4: Chọn configure a device
Trang 3321 SVTH: Nguyễn Văn Truyện GVHD: Th.S Nguyễn Tấn Hòa
Bước 5: Chọn add new device
Bước 6: Chọn loại CPU PLC sau đó chọn add
Bước 7: Project mới được hiện ra
2.3.4 TAG của PLC / TAG local
Tag của PLC: - Phạm vi ứng dụng: giá trị Tag có thể được sử dụng mọi khối chức năng trong PLC
- Ứng dụng: binary I/O, Bits of memory - Định nghĩa vùng: bảng tag của PLC
Trang 3422 SVTH: Nguyễn Văn Truyện GVHD: Th.S Nguyễn Tấn Hòa
- Miêu tả: tag được đại diện bằng dấu #
Sử dụng tag trong hoạt động:
- Layout: bảng tag PLC chứa các định nghĩa của các Tag và các hằng số có giá trị trong CPU Một bảng tag của PLC được tự động tạo ra cho mỗi CPU được sử dụng trong project
- Colum: mô tả biểu tượng có thể nhấp vào để di chuyển vào hệ thống hoặc có thể kéo nhả như một lệnh chương trình
- Name: chỉ được khai báo và sử dụng một lần trên CPU - Data type: kiểu dữ liệu chỉ định cho các tag
- Address: địa chỉ của tag - Retain: khai báo của tag sẽ được lưu trữ lại - Comment: comment miêu tả của tag
Tìm và thay thế tag PLC
Trang 3523 SVTH: Nguyễn Văn Truyện GVHD: Th.S Nguyễn Tấn Hòa
Ngoài ra còn một số chức năng sau:
- Lỗi tag - Giám sát tag của PLC - Hiện/ẩn biểu tượng - Đổi tên tag: Rename tag - Đổi tên địa chỉ tag: Rewire tag - Copy tag từ thư viện Global
2.3.5 Làm việc với một trạm PLC Quy định địa chỉ IP cho module CPU
IP TOOL có thể thay đổi IP address của PLC S7-1200 bằng 1 trong 2 cách Phương pháp thích hợp được tự động xác định bởi trạng thái của địa chỉ IP đó :
- Gán một địa chỉ IP ban đầu : Nếu PLC S7-1200 không có địa chỉ IP, IP TOOL sử dụng các chức năng thiết lập chính để cấp phát một địa chỉ IP ban đầu cho PLC S7-1200
- Thay đổi địa chỉ IP: nếu địa chỉ IP đã tồn tại, công cụ IP TOOL sẽ sửa đổi cấu hình phần cứng (HW config) của PLC S7-1200
Đổ chương trình xuống CPU:
Trang 3624 SVTH: Nguyễn Văn Truyện GVHD: Th.S Nguyễn Tấn Hòa
Trang 3725 SVTH: Nguyễn Văn Truyện GVHD: Th.S Nguyễn Tấn Hòa
Giám sát và thực hiện chương trình:
Để giám sát chương trình trên màn hình soạn thảo kích chọn Monitor trên thanh công cụ
Hoặc cách 2 làm như hình dưới
Trang 3826 SVTH: Nguyễn Văn Truyện GVHD: Th.S Nguyễn Tấn Hòa
Giao diện đồ họa thân thiện: Giao diện người dùng của TIA Portal được thiết kế rõ ràng và dễ sử dụng, giúp người dùng dễ dàng thao tác, lập trình và cấu hình các hệ thống tự động hóa một cách hiệu quả
Tiết kiệm thời gian: TIA Portal cung cấp nhiều công cụ tự động hóa và mẫu dự án sẵn có, giúp giảm thiểu thời gian cài đặt và triển khai ứng dụng, từ đó tăng cường hiệu suất làm việc của người dùng
Hỗ trợ đa nền tảng: TIA Portal hỗ trợ lập trình các thiết bị của Siemens trên nhiều nền tảng như SIMATIC S7-1200, S7-1500, và các loại HMI, tạo điều kiện thuận lợi cho việc tích hợp các hệ thống tự động hóa phức tạp
Nhược điểm:
Yêu cầu phần cứng cao: TIA Portal yêu cầu cấu hình phần cứng máy tính tương đối cao để có thể chạy một cách mượt mà, điều này có thể tăng chi phí cho người dùng Hạn chế tích hợp với các hệ thống khác: Mặc dù TIA Portal cung cấp tích hợp mạnh mẽ cho các thiết bị của Siemens, nhưng việc tích hợp với các hệ thống của các nhà sản xuất khác có thể gặp hạn chế
Khả năng tương thích giữa các phiên bản: Việc tương thích giữa các phiên bản của TIA Portal có thể gây khó khăn cho việc chuyển đổi dự án giữa các phiên bản khác nhau
2.4 Lý thuyết về PID
2.4.1 Khái niệm về PID
[12] PID được viết tắt bởi cụm từ Proportional Integral Derivative, có nghĩa là 1 cơ chế phản hồi các vòng điều khiển, chúng được ứng dụng rộng rãi trong hệ thống điều khiển công nghiệp hiện đại
Trang 3927 SVTH: Nguyễn Văn Truyện GVHD: Th.S Nguyễn Tấn Hòa
Bộ điều khiển này sử dụng nhiều trong những hệ thống điều khiển vòng kín có tín hiệu phản hồi Nhiệm vụ của PID giúp tính toán giá trị sai số là hiệu số giữa giá trị đo thông số biến đổi với giá trị đặt mong muốn
Bộ thiết bị làm giảm tối đa sai số bằng cách điều chỉnh giá trị điều khiển đầu vào Để đạt được hiệu quả mong muốn bởi thông số của PID cần phải thực hiện điều chỉnh theo tính chất hệ thống Việc điều khiển sẽ giống nhau, còn thông số được phụ thuộc vào chính đặc thù của hệ thống đó
Nguyên lý hoạt động của bộ điều khiển PID
Hình 2.9: Nguyên lý hoạt động PID[12]
Một hệ thống điều khiển gồm có rất nhiều thiết bị như:
Cơ cấu chấp hành (thiết bị gia nhiệt) Thiết bị điều khiển được cài đặt như HMI màn hình hay PLC Thiết bị hồi tiếp gồm các cảm biến áp suất, nhiệt độ,…
Khi đã chọn được giá trị set point mà ta thường hay gọi là SV giá trị cài đặt thì bộ điều khiển sẽ gửi đi những thông tin điều khiển đến từng thiết bị chấp hành, cơ cấu
Trang 4028 SVTH: Nguyễn Văn Truyện GVHD: Th.S Nguyễn Tấn Hòa
PD là Proportional and Derivative Controller, chúng là bộ điều khiển đạo hàm
PID gồm có các khâu hiệu chỉnh: Khâu tỉ lệ
Khâu tỉ lệ là độ lợi, đây là khâu giúp thay đổi giá trị ở đầu ra và được tỉ lệ với giá trị sai số
Để có thể đáp ứng được yêu cầu về tỷ lệ, người dùng nên thực hiện điều chỉnh độ lợi qua các tính toán: nhân sai số với 1 hằng số tỉ lệ (Kp) Khâu tỉ lệ khi đó sẽ được tính bằng công thức:
Trong đó: P(out): là thừa số tỉ lệ đầu ra e: là sai số, được tính bằng SP – PV Kp: là hệ số tỉ lệ, còn được gọi là thông số điều chỉnh t: là thời gian/khoảng thời gian tức thời
Khâu phân tích
Khâu này được tỉ lệ thuận với biên độ sai số, quãng thời gian xảy ra sai số Nhờ tổng sai số tức thời mà chúng ta có thể thấy được những tích lũy bù mà trước đó đã được hiệu chỉnh thế nào
Trong đó: e: nhằm để biểu thị các sai số I (out): là thừa số tích phân đầu ra t: là thời gian/thời gian tức thời Ki: Là độ lợi tích phân, là thông số điều chỉnh