Đề tài nghiên cứu thiết kế hệ thống Điều khiển và giám sát cho bài toán Điều khiển vị trí sử dụng plc rockwell

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Khoa Điện BÁO CÁO MÔN HỌC NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT CHO BÀI TOÁ

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Khoa Điện

BÁO CÁO MÔN HỌC

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ

ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT CHO BÀI

TOÁN ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ SỬ DỤNG PLC ROCKWELL

Sinh viên thực hiện: Hồ Xuân Khánh

Nguyễn Văn Thọ Trần Văn Sang Nguyễn Trường Bảo Ngân

Lớp học phần: 20.32B

Đà Nẵng, tháng 11/2024

Tổng quan

Nội dung chính:

– Giới thiệu bộ kitRockwell Automation

– Các thành phần của bộ kit

– Giới thiệu PLC Micro 850 & phần mềm Connected Components Workbench – Thuật toán điều khiển thuận, nghịch

– Thuật toán đọc vị trí

– Thuật toán PID

– Kiểm chứng kết quả

1 Giới thiệu chức năng các chân

Trong vài năm gần đây, Rockwell Automation - Allen Bradley đã giới thiệu và phát triển kiến trúc tích hợp hệ thống (Integrated Architecture - IA) với khả năng mạnh mẽ Theo đó, toàn bộ hệ thống tự động hóa trong mô hình nhà máy sản xuất được sắp xếp thành một kiến trúc tổng thể, từ lớp thiết bị trường và thiết bị điều khiển đến các lớp thông tin quản lý kinh

doanh Cấu trúc bộ kit được thể hiện trong Hình 1.1

Hình 1.1 Cấu trúc tổng quan bộ kit

Các thành phần trong bộ kit bao gồm:

1 Biến tần Biến tần Powerflex (25BB2P5N104)

2 Động cơ xoay chiều 3 pha 6-25W, ba pha 220V 380V

3 Các nút chế độ RUN/START/RESET

4 Màn hình HMI PanelView 800 (2711RT10T)

5 PLC Micro 850 (2080- LC50-24QWB)

6 Nguồn 24V

7 Trục quay và con quay điều khiển

8 Cảm biến quan

9 Công tắc hành trình

10 Encoder đọc tốc độ quay

11 Laptop nạp chương trình, điều khiển

12 Các đèn báo

2 PLC rockwell

PLC Rockwell nổi bật với khả năng điều khiển mạnh mẽ, linh hoạt và kết nối mạng dễ dàng qua Ethernet/IP, ControlNet và DeviceNet Hệ thống hỗ trợ mở rộng I/O linh hoạt, tích hợp tính năng bảo mật cao, chuẩn đoán lỗi thông minh giúp giảm thiểu thời gian chết Đây là lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng tự động hóa công nghiệp yêu cầu độ ổn định

và hiệu quả cao Có nút nhấn vật lý để tuỳ chỉnh trạng thái của PLC

Hình 1.2 Trạng thái các chức năng nút nhấn vật lý của PLC

1 PRG chế độ lập trình, cho phép chỉnh sửa chương trình mà không ảnh hưởng đến đầu ra

2 RUN chế độ chạy, thực thi chương trình và điều khiển các đầu ra

3 REM chế độ từ xa, cho phép chuyển đổi giữa "Run" và "Program" từ phần mềm máy tính

3 Phần mềm lập trình

Connected Components Workbench (CCW) là phần mềm của Rockwell Automation giúp lập trình và quản lý hệ thống tự động hóa dễ dàng hơn CCW hỗ trợ lập trình cho bộ điều khiển PLC, cấu hình và giám sát thiết bị như biến tần, HMI, cùng các thiết bị tự động hóa khác Phần mềm tích hợp chặt chẽ HMI và PLC, cho phép người dùng tạo giao diện điều khiển và kết nối với PLC nhanh chóng CCW cung cấp tính năng mô phỏng và thử nghiệm để kiểm tra chương trình trước khi triển khai, đồng thời có thể cập

nhật firmware và quản lý thiết bị một cách dễ dàng Ngoài ra, thư viện mẫu và các đoạn mã

có sẵn giúp tăng tốc quá trình thiết kế hệ thống Công cụ chuẩn đoán lỗi của CCW còn giúp phát hiện và giảm thiểu thời gian khắc phục sự cố, hỗ trợ tối ưu hóa vận hành và bảo trì hệ thống tự động hóa

Phần mềm có nhiệm vụ cài đặt và kết nối các thành phần trong hệ thống lại với nhau theo

sơ đồ tại Hình 1.3

Hình 1.3 Sơ đồ kết nối các thành phần trong hệ thống

4 Lập trình thuật toán điều khiển chạy thuận, nghịch

Thuật toán điều khiển chạy thuận nghịch được điểu khiển dựa trên các biến xxxxx Đầu tiên xác định chế độ chạy, nếu đang ở manual thì kiểm tra tình trạng hoạt động của biến tần Biến tần lỗi hệ thống ngừng hoạt động và báo lỗi, biến tần hoạt đồng sẽ kiểm tra điều kiện trạng thái hoạt động RUN RUN = 1 hệ thống chuyển đến kiểm tra tín hiệu chạy thuận/ nghịch, nếu có tín hiệu con chạy sẽ chạy theo tốc độ biến tần đã cài đặt, nếu lỗi sẽ báo đèn

Lưu đồ thuật toán điều khiển trong Hình 1.4

Chạy manual

Biến tần

RUN

CN=1 CT=1

Đ

Đ

Báo lỗi

S

Báo lỗi

Hình 1.4 Lưu đồ điều khiển thuật toán chạy thuận/ nghịch

❖ Các biến khai báo trong chương trình PLC

Lập trình chạy động cơ

Khối giao tiếp giữa PLC và biến tần

Giao tiếp giữa PLC và biến tần giúp điều khiển và giám sát biến tần hiệu quả, thông qua các chức năng chính:

- Điều khiển tốc độ và hướng quay của động cơ

- Giám sát trạng thái biến tần, giúp phát hiện và xử lý sớm sự cố

- Điều chỉnh tham số từ xa, tăng tính linh hoạt

- Bảo vệ hệ thống khi phát hiện lỗi, tránh thiệt hại

Với ứng dụng này chức năng hiện tại sử dụng là điều khiển tốc độ quay của động cơ trong

bộ kit

Chương trình chạy thuận/ nghịch

5 Thuật toán điều khiển vị trí, PID

➢ Thuật toán đoc vị trí:

Ở chế độ Automode, chúng ta muốn điều khiển con chạy đến vị trí mong muốn thì cần

xác định các giá trị trong chương trình tính toán theo Bảng 1.1

Bảng 1.1 Bảng quy định các cổng lập trình

Khoảng cách giữa vị trí ban dầu và vị trí 1 Pos_A

Khoảng cách giữa vị trí ban đầu và vị trí 2 Pos_B

Giá trị khoảng cách đặt Distance_Sp

Giá trị xung phản hồi Pulse_Real

Khoảng cách phản hồi Distance_Real

Giá trị 1 bước vítme là 5mm/ 600 xung / 1 bước vítme

Giá trị khoảng cách đặt Distance_SP = Pos_Y – Pos_X ( Pos_Y là

vị trí điểm đến (Pos_A, Pos_B), Pos_X là

vị trí Pos_0)

Giá trị thực Distance_real = Pulse_real / 120

Khoảng cách Distance = Distance_real + Pos_0

Lập trình và nhập các thông số như vị trí tốc độ tương ứng và thời gian dừng lên HMI

➢ Chương trình điều khiển vị trí trên PLC

Chương trình sẽ đọc vị trí của con chạy dựa trên nguyên lý đếm số xung của encoder, sau

đó hiển thị giá trị đã đọc được lên màn hình HMI

➢ Điều khiển PID

Chế độ Auto sử dụng bộ điều khiển PID để đảm bảo chất lượng điều khiển 3 tham

số điều khiển của bộ PID bao gồm: tỉ lệ (KP), tích phần (KI), vi phân (KD) Trong chương trình thì ta có 4 thông số để điều khiển gồm: KC, KI, KD và FC

Bộ thông số PID được xác định bằng khối RA_PID_AUTOTUNE có trong chương trình điều khiển Và kết hợp với phương pháp kiểm soát thông số PID bằng tay Sau khi điều chỉnh và thực nghiệm có được bộ PID chạy ổn định và chính xác:

KC = 0.96, KI = 0.56, KD = 0.35 và FC= 0.97

Hình 1.5 Sơ đồ thuật toán PID

➢ Chương trình lập trình điểu khiển PID:

Khối PID_1 có chức năng đọc giá trị set point và encoder, chức năng khối RA_PID_AUTO đưa ra giá trị điều khiển, tinh chỉnh bộ PID

6 Kết quả thực nghiệm trên bộ kit

Kết quả chạy thuận:

Kết quả chạy nghịch

Hiển thị trên màn hình HMI về vị trí hiện tại của con chạy, kết hợp với bàn phím nhập toạ

độ điều chỉnh, kết quả thực nghiệm trên bộ kit như sau:

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] ĐỒ ÁN: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT CHO BÀI TOÁN ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ SỬ DỤNG PLC ROCKWELL

[2] https://youtu.be/EREXfbB32mI?si=Zcy5QKcMGgtH_gTG

[3] https://www.youtube.com/watch?v=Z8cHIVzN-Io&ab_channel=SYPHOANG