1. Trang chủ
  2. » Luận Văn - Báo Cáo

Điều khiển đối tượng nhiệt bằng module pid mềm của phần mềm step 7

11 212 0

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

THÔNG TIN TÀI LIỆU

Thông tin cơ bản

Định dạng
Số trang 11
Dung lượng 264,63 KB

Nội dung

i ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP NGUYỄN THỊ THÖY ĐIỀU KHIỂN ĐỐI TƢỢNG NHIỆT BẰNG MODULE PID MỀM CỦA PHẦN MỀM STEP7 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA THÁI NGUYÊN - NĂM 2014 / ii ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP NGUYỄN THỊ THÖY ĐIỀU KHIỂN ĐỐI TƢỢNG NHIỆT BẰNG MODULE MỀM CỦA PHẦN MỀM STEP7 CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA MÃ SỐ: 60520216 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT KHOA CHUYÊN MÔN TRƢỞNG KHOA NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC GS.TS PHAN XUẤN MINH PHÕNG QUẢN LÝ ĐT SAU ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN - NĂM 2014 / iii LỜI CAM ĐOAN Tên là: Nguyễn Thị Thúy Sinh ngày 05 tháng 12 năm 1976 Học viên lớp Cao học khóa 14 - Tự động hóa - Trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên Hiện công tác tại: Trƣờng Cao đẳng nghề Yên Bái Tôi xin cam đoan toàn nội dung luận văn “Điều khiển đối tƣợng nhiệt module PID phần mềm Step7” đƣợc GS.TS Phan Xuân Minh hƣớng dẫn; tài liệu tham khảo đƣợc luận văn Các số liệu nêu luận văn trung thực Những kết luận khoa học luận văn chƣa đƣợc công bố công trình Tôi xin cam đoan có sai hoàn toàn chịu trách nhiệm./ Thái Nguyên, ngày tháng năm 2014 Tác giả Nguyễn Thị Thúy / iv LỜI CẢM ƠN Trong thời gian thực luận văn, tác giả nhận đƣợc quan tâm lớn nhà trƣờng, khoa, phòng chức năng, thầy cô giáo đồng nghiệp Tác giả xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, Phòng quản lý đào tạo sau đại học, giảng viên Trƣờng Đại học Công nghiệp Thái Nguyên, tạo điều kiện cho hoàn thành luận văn Tác giả xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành đến GS.TS Phan Xuân Minh tận tình hƣớng dẫn trình thực luận văn Tác giả xin chân thành cảm ơn đến thầy cô giáo phòng thí nghiệm giúp đỡ tạo điều kiện để tác giả hoàn thành thí nghiệm điều kiện tốt Mặc dù cố gắng, song thời gian nghiên cứu có hạn, nên luận văn thiếu sót Rất mong nhận đƣợc ý kiến đóng góp từ thầy cô giáo bạn đồng nghiệp để luận văn đƣợc hoàn thiện có ý nghĩa ứng dụng thực tế Xin chân thành cảm ơn! Thái Nguyên, ngày tháng năm 2014 Tác giả Nguyễn Thị Thúy / v MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN iv DANH MỤC SƠ ĐỒ, BẢNG BIỂU vii MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: NHẬN DẠNG HỆ THỐNG GIA NHIỆT 1.1 Giới thiệu mô hình hệ thống gia nhiệt 1.1.1 Bình gia nhiệt 1.1.2 Dây điện trở dùng để gia nhiệt 1.1.3 Cảm biến đo nhiệt độ 1.1.4 Mạch biến đổi xoay chiều xoay chiều pha .4 1.1.5 Bộ chuyển đổi AD/DA – Dùng cho điều khiển máy tính .5 1.1.6 Máy bơm hai van điện từ 1.2 Quy trình hệ thống gia nhiệt yêu cầu 1.3 Tìm hiểu Toolbox Identification Matlab .8 1.4 Nhận dạng hệ thống gia nhiệt sử dụng Toolbox Indenfication 16 1.4.1 Thu thập số liệu .16 1.4.2 Tiến hành nhận dạng sử dụng Toolbox Indenfication .17 Kết luận chƣơng 21 CHƢƠNG 2: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ THỐNG GIA NHIỆT 22 2.1 Phƣơng pháp IMC 22 2.2 Phƣơng pháp số thời gian tổng Kuhn 24 2.3 Phƣơng pháp Ziegler- Nichols 25 2.4 Phƣơng pháp tối ƣu mô dun .27 Kết luận chƣơng 29 CHƢƠNG 3: TỔNG HỢP BỘ ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ THỐNG GIA NHIỆT 30 BẰNG PLC S7-300 30 3.1 Lựa chọn giải pháp kỹ thuật .30 3.2 Module điều khiển trình phần mềm STEP 33 3.2.1 Modul xử lý tín hiệu đo FC105 33 3.2.2 Modul xử lý tín hiệu FC106 34 3.2.3 Module điều khiển PID 35 3.3 Lập trình cài đặt điều khiển PID cho hệ thống gia nhiệt 40 3.3.1 Khởi động phần mền SIMATIC 40 3.3.2 Cài đặt giao thức truyền thông cho PLC 40 / vi 3.3.3 Xây dựng phần cứng cho PLC, cài đặt thời gian chƣơng trình ngắt .41 3.3.4 Định địa vào cho module analog 42 3.3.5 Khởi tạo chƣơng trình OB1, chƣơng trình ngắt OB35 .43 3.3.6 Lập trình chƣơng trình cho OB35 OB1 46 3.4 Lập trình giao diện ngƣời máy WinCC 49 3.4.1 Các bƣớc để tạo Project với WinCC 49 3.4.2 Giới thiệu sơ lƣợc bƣớc 49 3.5 Kết thực nghiệm 55 Kết luận chƣơng 60 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO 62 / vii DANH MỤC SƠ ĐỒ, BẢNG BIỂU Hình 1.1: Mô hình hệ thống thí nghiệm điều khiển gia nhiệt CRT 916921 Hình 1.2: Bình gia nhiệt……………………………………………………………………… Hình 1.3: Dây điện trở……………………………………………… ………………………3 Hình 1.4: Cảm biến đo nhiệt độ…………………………………………………………… …4 Hình 1.5: Bộ giao tiếp AD/DA Hình 1.6: Mô hình hệ thống gia nhiệt Hình 1.7: Cửa sổ mô hình nhận dạng Hình 1.8 : Nhập đối tƣợng vào công cụ nhận dạng Hình 1.9: Loại bỏ giá trị trung bình Hình 1.10: Di chuyển mô hình iddatad thả vào working data 10 Hình 1.11: Hình vẽ liệu gốc 10 Hình 1.12: Bộ liệu iddatade 11 Hình 1.13: Mô hình ƣớc lƣợng iddatade 11 Hình 1.14: Hình vẽ liệu iddatade 12 Hình 1.15: Bộ liệu iddatadv 12 Hình 1.16: Mô hình ƣớc lƣợng iddatadv 13 Hình 1.17: Hình vẽ liệu iddatade 13 Hình 1.18: Di chuyển identdata de identdata dv vào vùng làm việc 14 Hình 1.19: Ƣớc lƣợng mô hình 14 Hình 1.20: Đáp ứng tần số 15 Hình 1.21: Đồ thị so sánh mô hình ARX ƣớc lƣợng theo phƣơng pháp LSE 15 Hình 1.22: Mô hình toán học ARX221 16 Hình 2.1 Mô hình điều khiển sử dụng IMC 22 Hình 2.2 Mô hình biến đổi tƣơng đƣơng 23 Hình 2.3: Đặc tính độ hệ thống điều khiển phƣơng pháp IMC 24 Hình 2.4: Đặc tính độ hệ thống điều khiển phƣơng pháp Kuhn 25 Bảng 2.2: Thiết kế điều khiển theo Ziegler- Nichols 26 Hình 2.5: Đặc tính độ hệ thống điều khiển đối tƣợng gia nhiệt 26 theo Ziegler-Nichols 26 Bảng 2.3: Tổng hợp điều khiển tố ƣu mô dun 27 Hình 2.6: Đặc tính độ hệ thống điều khiển 28 đối tƣợng gia nhiệt theo PI 28 Hình 3.1: Mô hình điều khiển hệ thống gia nhiệt sử dụng S7- 300 30 / viii Hình 3.2.Giao diện WinCC cho hệ thống gia nhiệt sử dụng S7- 300 55 DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT PLC ARX FLC DCS MPC / Programmable Logic Control Auto Regressive eXternal Fuzzy Logic Controller Distributed Control System Model Based Predictive Controller MỞ ĐẦU Mục tiêu luận văn Hiện nay, thiết bị điều khiển trình nhƣ hệ PLC, DCS đƣợc sử dụng nhiều công nghiệp Ƣu điểm hệ thống thiết bị tính tiện ích việc tích hợp hệ thống tự động hóa cung cấp thiết bị phần cứng, hãng cung cấp phần mềm hỗ trợ cho công việc tích hợp hệ thống Trong điều khiển trình, hệ thống tự động hóa tích hợp sở thiết bị có độ bền cao, hỏng hóc khả thay đổi chế độ công tác nhƣ tham số linh hoạt Để giúp cho công tác đào tạo Trƣờng Cao đẳng nghề Yên Bái lĩnh vực tự động hóa, kết hợp với việc khai thác thiết bị phục vụ giảng dạy trƣờng Đại học Công nghiệp Thái Nguyên, học viên chọn đề tài: “Điều khiển đối tượng nhiệt module PID mềm phần mềm STEP7” Với đề tài học viên có hội tìm hiểu thiết bị PLC hãng Siemens, thực hành thiết kế lập trình hệ thống điều khiển tự động cho đối tƣợng công nghiệp (cụ thể đối tƣợng nhiệt) thiết bị công cụ phần mềm Trƣờng Đại học Công nghiệp Thái Nguyên Mục tiêu nghiên cứu Trang bị cho học viên kiến thức phƣơng pháp mô hình hóa đối tƣợng thực nghiệm Sử dụng thành thạo công cụ nhận dạng hệ thống phần mềm Matlab Simulink (Identification Tool) để mô hình hóa đối tƣợng điều khiển tuyến tính với độ xác tƣơng đối cao Khai thác sử dụng thành thạo module điều khiển trình STEP7 nâng kỹ lập trình hệ thống điều khiển Về lý thuyết trang bị cho học viên phƣơng pháp thiết kế điều khiển PID, khả phân tích lựa chọn phƣơng pháp thiết kế phù hợp cho đối tƣợng điều khiển Nội dung luận văn Nội dung luận văn gồm chƣơng: Chƣơng I: Nhận dạng hệ thống gia nhiệt Chƣơng II: Thiết kế điều khiển cho hệ thống gia nhiệt Chƣơng III: Tổng hợp điều khiển cho hệ thống gia nhiệt PLC S7-300 CHƢƠNG 1: NHẬN DẠNG HỆ THỐNG GIA NHIỆT 1.1 Giới thiệu mô hình hệ thống gia nhiệt Hệ thống thí nghiệm điều khiển gia nhiệt CRT 916921 đƣợc trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên trang bị cho phòng thí nghiệm chuyên ngành điều khiển tự động có cấu tạo nhƣ sau: Hình 1.1: Mô hình hệ thống thí nghiệm điều khiển gia nhiệt CRT 916921 Mô hình bao gồm khối nhƣ sau: + Bình gia nhiệt + Dây điện trở dùng để gia nhiệt + Cảm biến đo nhiệt độ + Mạch biến đổi điện áp AC/AC + Bộ chuyển đổi AD/DA + Máy bơm + Bồn chứa nƣớc + Hai van điện từ + Màn hình hiển thị nhiệt độ sử dụng LED + Máy tính Trong khối có chức nhƣ sau: 1.1.1 Bình gia nhiệt Bình gia nhiệt dùng để chứa nƣớc sau gia nhiệt có thông số kỹ thuật bảng hình vẽ nhƣ sau: Thông số kỹ thuật Thể tích lít Loại bể Tự tràn Hình dạng Hình bầu dục Thời gian hiệu Không cần thiết chuẩn Thủy tinh chịu Vật liệu chế tạo bình nhiệt đầu vào lấy nƣớc Đầu vào thông qua bơm từ bồn chứa Hình 1.2: Bình gia nhiệt 1.1.2 Dây điện trở dùng để gia nhiệt Dây điện trở nhận điện áp từ mạch công suất có dải khoảng từ 0V đến 220V, đốt nóng làm cho nƣớc bình gia nhiệt tăng lên theo yêu cầu toán Các đặc tính thông số kỹ thuật cho nhƣ sau: Thông số kỹ thuật Điện áp định mức 220V Dòng điện định mức 2A Khoảng nhiệt độ -50 đến 2000C Vật liệu chế tạo Niken Kích thƣớc 4cm x 12cm Hình 1.3: Dây điện trở 1.1.3 Cảm biến đo nhiệt độ Để đo nhiệt độ, dùng cảm biến PT 100 (RTD) đƣợc cấu tạo từ kim loại Platinum quấn tùy theo hình dáng đầu dò nhiệt có giá trị điện trở 00C 100 Ohm, loại cảm biến thụ động nên sử dụng cần nguồn ổn định, có dải đo từ 500C đến 2000C PT100 có hình dạng thông số kỹ thuật đƣợc cho nhƣ dƣới bảng sau: [...]... bình gia nhiệt tăng lên theo yêu cầu của bài toán Các đặc tính và thông số kỹ thuật cho nhƣ sau: Thông số kỹ thuật Điện áp định mức 220V Dòng điện định mức 2A Khoảng nhiệt độ -50 đến 2000C Vật liệu chế tạo Niken Kích thƣớc 4cm x 12cm Hình 1.3: Dây điện trở 1.1.3 Cảm biến đo nhiệt độ Để đo nhiệt độ, dùng cảm biến PT 100 (RTD) đƣợc cấu tạo từ kim loại Platinum và quấn tùy theo hình dáng của đầu dò nhiệt. ..3 1.1.1 Bình gia nhiệt Bình gia nhiệt dùng để chứa nƣớc sau khi gia nhiệt có các thông số kỹ thuật bảng và hình vẽ nhƣ sau: Thông số kỹ thuật Thể tích 1 lít Loại bể Tự tràn Hình dạng Hình bầu dục Thời gian hiệu Không cần thiết chuẩn Thủy tinh chịu Vật liệu chế tạo bình nhiệt 1 đầu vào lấy nƣớc Đầu vào thông qua bơm từ bồn chứa Hình 1.2: Bình gia nhiệt 1.1.2 Dây điện trở dùng để gia nhiệt Dây điện trở

Ngày đăng: 30/09/2016, 16:44

TỪ KHÓA LIÊN QUAN

TÀI LIỆU CÙNG NGƯỜI DÙNG

TÀI LIỆU LIÊN QUAN

w