Điều khiển với Simatic S7300Điều khiển với Simatic S7300Điều khiển với Simatic S7300Điều khiển với Simatic S7300Điều khiển với Simatic S7300Điều khiển với Simatic S7300Điều khiển với Simatic S7300Điều khiển với Simatic S7300Điều khiển với Simatic S7300Điều khiển với Simatic S7300Điều khiển với Simatic S7300Điều khiển với Simatic S7300Điều khiển với Simatic S7300Điều khiển với Simatic S7300Điều khiển với Simatic S7300Điều khiển với Simatic S7300Điều khiển với Simatic S7300Điều khiển với Simatic S7300Điều khiển với Simatic S7300Điều khiển với Simatic S7300
ầ i n n a t I>IVJJYỄN DOÃN PHƯỚC C K 0 0 ^ ĐIÊU KHIẼN VỜI SIMATIC S7-300 SIEMENS NHÀ XUẤT BẢN BÁCH KHOA HÀ NỘI IIH H PHAN XUÂN MINH & NGUYÊN DOÃN PHƯỚC ĐIỂU KHIỂN vối SIMATIC S7-300 BẠ ĨH Ọ C TH Á ÍK G U N TRUNG ?ẲM HỌC • LIỆU » NHÀ XUẤT BẢN KHOA BÁCH KHOA HÀ NỘI Mã số: 1271 - 2015/CXB/02 - 34/BKHN B iên m ục trê n x u ất phẩm T hư viện Quổic gia Việt Nam P h a n X uân M inh Đ iểu k h iể n với Sim atic S7-300 / P h a n X uân M inh, N guyễn Doãn Phưốc - H : B ách k h o a H Nội, 2015 - 252tr : m in h hoạ ; 24cm T hư mục; tr 250 ISB N 978-604-938-571-1 Đ iều k h iể n tự động Đ iều k h iển mò P h ầ n m ềm S im atic S7300 629.8 - dc23 B K F0061p-C IP LỜI NÓI ĐẦU Trung tâm đào tạo Siemens Tự động hóa Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đưỢc thành lập ngày tháng 11 năm 1996 Cho đến nay, sau 10 năm hoạt động, Trung tâm trải qua chặng đường đủ dài đ ể có th ể đánh giá nhìn lại minh Có thể nói, niềm tự hào Trung tâm đóng góp chuyển giao thành cơng kinh nghiệm giảng dạy, kiên thức lý thuyết thầy, cô trường vào thực tế Cơng nghiệp hóa Tự động hóa Việt Nam Những kỹ sư trẻ Trung tâm đào tạo tự khẳng định minh công tác, nhiều em trở thành cán kỹ thuật chủ chốt công ty Trung tâm trở thành địa đào tạo tin cậy nơi tư vấn giải pháp kỹ thuật cho nhiều nhà máy, xí nghiệp, viện, trường đại học kỹ thuật Những công trinh nghiên cứu Trung tâm công bố nhiều hội nghị khoa học Những kệ thống tích hỢp Trung tâm thiết bị hãng ứng dụng công nghiệp đưỢc khách hàng chấp nhận chất lượng giá thành Những sách Trung tâm bạn đọc đón nhận nồng nhiệt ''Tự động hóa vởi SIM ATIC S7-200'\ "Step5 SIM ATIC S5-95Ư' đặc biệt "Tự động hóa với SIM A TIC S7-300", ậã tái nhiều lần, xác nhận thực tế cho thành công Trung tâm Đ ể đáp ứng nhu cầu mở rộng nâng cao khả ứng dụng công nghề "Bộ đ iề u k h iể n k h ả trìn h S7-300" vào nước ta trực tiếp cung cấp cho sinh viên cán kỹ thuật trẻ kiến thức đầy đủ đ ể làm chủ "Bộ điều kh iển logic k h ả tr ìn h S7-300", hai tác giả chọn lọc từ kinh nghiệm thực tế, từ giảng trình bày Trung tâm, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội bổ sung thêm chương lý luận, sử dụng chương trình thư viện tích hợp sẩn S tep7 đ ể nâng cấp "Tự động hóa với SIM ATIC S7-300" thành “Đ iều k h iể n với SIM ATIC S7-30Ơ’ "Điều kh iể n với SIM ATIC S7-300” đưỢc viết lần với nhiều thay đổi cấu trúc, bổ sung nội dung cho phù hỢp với thực tế yêu cầu mở rộng miền ứng dụng Hai tác giả mong muốn với đời nó, kỹ sư tích hỢp hệ thơng có tài liệu tham khảo hữu ích cho công việc, sinh viên, học viên cao học nghiên cứu sinh chuyên ngành Điều khiển Tự động, Tự động hóa, Đo lường Tin học cơng nghiệp ngành kỹ thuật khác có giáo trình tự học với chất lượng cao Cuốn sách viết vái cổ vũ, khuyến khích tạo điều kiện thuận lợi nhiều từ gia đinh đồng nghiệp Bộ môn Điều khiển Tự động, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, nơi hai tác giả công tác Chúng xin gửi tới gia đinh bạn lời cám ơn chân thành Cuốn sách đời nhằm phục vụ hạn đọc, nên tác giả mong nhận đóng góp phê binh từ bạn đọc Mọi ý kiến xin gửi về: Bộ mơn Điều khiển Tự động, Tníòng Đại học Bách Khoa Hà Nội SỐ đưòng Đại cồ Việt, Hà Nội Tel 04-8680451; Fax 04-8680452 CÁC TÁC GIẢ MỤC LỤC Lời núi đầu Nhập môn 1.1 Các công cụ bổ trợ 1.1.1 Đại số Boole Biến hàm số hai giá tn Định nghĩa tính chất 10 Xác định công ttiức hàm hai ti từ bảng chân lý 12 1.1.2 Biểu diên tín hiệu s ố „ 16 Tín hiệu s6 gì? 16 Biểu diễn số nguyên dương hệ số 10 17 Biểu diễn số nguyên dương ừong hệ số 17 Mã hexadecimal số nguyên dương 18 Mã BCD số nguyên dương 19 Biểu diễn số nguyên có dấu 19 Số ứiựt dấu phảy động 21 1.1.3 Hiện tượng méo phổ tín hiệu s ố 21 Toán tử Fourier liên tục (CFT) 22 Tốn tử Fourier khơng liên tục (DPT) 23 Hiệu ứng trùng phổ (aliasing) cách khắc phục 25 Hiệu ứng rò ri (leakage) cách khắc phục .28 1.2 Bộ điểu khiển logic khả trình 29 1.2.1 Các module PLC S7-300 29 Module CPU 30 Module mỏ rộng 31 1.2.2 Kiểu liệu phân chia nhớ 32 Kiểu liệu .^ 32 Cấu ừúc nhớ CPU 34 1.2.3 Vòng qt chương ừình 36 1.2.4 Cấu ừúc chương trình 37 1.2.5 Những khối OB đặc biệt 38 Ngôn ngữ lập trình 40 2.1 cấu trúc lệnh trạng thái kết 41 2.1.1 Toán hạng liệu 41 2.1.2 Toán hạng địa 42 2.1.3 Thanh ghi trạng ứiái 44 2.2 Các lệnh cđ 47 2.2.1 Nhóm lệnh logic tiếp điểm 47 2.2.2 Lệnh đọc, ghi đảo vị trí byte ừong ứianh ghi ACCU 55 2.2.3 Các lệnh logic thực ghi ACCU .59 2.2.4 Nhóm lệnh tăng giảm nội dung ghi ACCU 62 2.2.5 Nhóm lệnh dịch chuyển nội dung ữianh ghi ACCU 62 2.2.6 Nhóm lệnh so sánh số nguyên 16 bit .69 2^.7 Nhóm lệnh so sánh số nguyên 32 bit 70 22.8 Nhóm lênh so sánh số thực 32 bit 71 2^ Céc lệnh tốn học 73 2.3.1 Nhóm lệnh làm việc với số nguyên 16 bit 73 2.3J2 Nhóm lệnh làm việc với số nguýèn 32 bỉt 74 2.3.3 Nhóm lệnh làm việc với số ứiỊte .76 A Lệnh logic tiếp điểm trftn ghi toạng thái 80 2.4.1 Lệnh AND ghi trạng thái 80 2A Lệnh OR ừẻn tìianh ghi ừạng ữiái 82 2.4.3 Lệnh EXCLUSIVE OR ừên ttianh ghi ừạng thái 84 2^ Lệnhđâldểudữliộu 2.5.1 5^ 2.5.3 2.5.4 2.6 Các lệnh đtếu khiển chưong trinh 2.6.1 2^6^ 2.6.3 2.6.4 90 Nhóm lệnh kết thúc chưong ừình 90 Nhóm lệnh rẽ nhánh theo M trạng thái 91 Lệnh xoay vòng (LOOP) 94 Lệnh rẽ nhánh ữ>eo danh mục (JUMP LIST) 96 2.7 Bộ thdi gian (Timer) 2.7.1 2.7.2 2.7.3 2.7.4 275 86 Chuyển đổi số BCD thành số nguyên ngưọc lại 86 Chuyển đổi số nguyên 16 bit ứỉLih s6 nguyên 32 bit 88 Chuyển đổi số nguyên 32 bit ứiành số ttiỊte 89 Chuyển đổi số ữìỊte thành số nguyên 32 bit 89 97 Nguyên tắc làm việc 97 Khai báo sử dụng .99 Đọc nội dung ghi T-Word (CV) 103 Ví dụ minh họa 104 Tổng kết 109 2.8 Bộ đếm (Counter) 109 2.8.1 Nguyên tắc làm việc .109 2.8.2 Khai báo sử dụng 110 2.8.3 Ví dụ minh họa 113 2.9 Kỹ thuật sửdụng trò 114 2.9.1 Sử dụng từ MW từ kép MD làm ừỏ 115 2.9^ Sử dụng ữianh ghi ừò AR1 AR2 117 2.10 Khai báo v i sử dụng khối iiệu (DB) 119 2.10.1 Khai báo khối liệu .120 2.10.2 Tmy nhập quản lý khói liệu 121 2.10.3 Ví dụ minh họa vé truy nhập khổi liệu .123 Kỹ thuật lập trình 3.1 GMi thiệu chung 125 125 3.1.1 Lập ùình tuyến tính lập ừình có cấu ừúc 125 3.1.2 Tổ chLte nhớ CPU 126 3.1.3 Xác định địa cho module mở rộng 129 3.1.4 Trao đổi liệu CPU module mỏ rộng .131 3.2 Lộp trình tuyến tfnh 132 3.2.1 Local block 0B 133 3.2.2 Điều khiển binh trộn 134 3.3 Lập trình có cấu trúc 3.3.1 3.3.2 3.3.3 3.3.4 3.3.5 3.4 Sử dụng khối OB 3.4.1 3.4.2 3.4.3 3.4.4 150 Ngăn xốp I (I-Stack) 151 Chương trình ứng dụng xử lý ngắt 151 Chương trình khởi động (Initialization) 156 Xử lý lỗi hệ thống 157 3.5 Nhữtig hàm chuẩn quẳn lý ngắt 3.5.1 3.5.2 3.5.3 3.5.4 138 Khai báo local block cho FC 139 Gọi khối FC thủ tục truyền tham trị 142 Local block FB 144 Instance block thủ tục gọi khối FB 147 149 Ngăn xếp B ngăn xếp L (B-Stack, L-Stack) 165 Che bỏ mặt nạ che tfn hiệu ngắt, tín hiệu báo lỗi khơngđổng 165 Che bỏ mặt nạ che tín hiệu báo lỗi đổngbộ - xem thêm 3.4.4 170 Tích cực hủy bỏ ngắt thời điểm - xemthêm 3.4.2 176 Thay đổi chế độ làm việc module md rộng 180 Hướng dẫn sử dụng STEP-7 186 4.1 Cài đặt Step7 chọn chế đệ làm việc 186 4.1.1 C iđ ă ts te p / 186 4.1.2 Đặt tham số làm việc 189 4.2 Soạn thảo Project 4.2.1 4.2.2 4.2.3 4.2.4 4.2.5 4.2.6 Khai báo mỏ Project 191 Xây dựng cấu hình cứng cho trạm PLC 192 Đặt tham số quy định chế độ làm việc cho module 194 Soạn thảo chương trình cho khối logic 195 Sử dụng thư viện Step7 198 Sử dụng tên hình thức 200 4.3 Lầm vlộc vđl PLC 4.3.1 4.3.3 4.3.4 4.3.5 190 202 Quy định địa chl MPI cho module CPU 202 Ghi chương trình lên module CPU 204 Giám sát việc thựd chưong trình 204 Giám sát module CPU r .206 Quan sát nội dung ô nhớ .208 Điểu khiển mờ với S7-300 5.1 Điểu khiến mờ lằ gì? 209 209 5.1.1 Điều khiển khơng cần mơ hình đối tượng .209 5.1.2 Bộ điểu khiển mờ 211 3) Chọn lu ật điểu khiển PID - Cho hệ t h ô ^ lĂm việc theo luật PID với kp= kpứi- í ( í đủ nhỏ), Td 7/ tuỳ chọn - Tăng hàng Bố thòi gian vi phẩin hệ thống đạt độ điều chinh cực đại lớn nh ất a ——> max Xác định Tdìux ■ - Chọn Tj}= — T d ììa x Tị - Giảm thổhg kp c h o đ ế n k h i h ệ —4,5 Td đạt đ ặ c tía h động h ọ c mong 6.2 Module mềm PID 6.2.1 Nhũng module PID mém có Step7 m uốn Phần mềm Step? cung cấp modvile mềm PID để điều khiển đôl tượng có mơ hình liên tục lò, động cơ, mức Đầu đối tượng đưa vào đầu vào điều khiển qua cổng vào tương tự modiile vào tương tự Simatic S7-300/400 Tm hiệu điều khiển có nhiều dạng đưỢc đưa đến cấu chấp hành qua module vào/ra khác như: - Qua cổng tưctng tự module tương tự (AO), Qua cổng số module sô' (DO), Qua cổng ph át ximg tốc độ cao Phụ thuộc vào cấu chấp hành, người sử dụng chọn module mềm PID tương thích Ba module PID tích hỢp phíLn mềm Step? phù hỢp với ba kiểu cấu chấp hỉưứi nêu txên, là: 1) Điều khiển liên tục với module mềm FB41 (tên hình thức CONT_C) 2) Điều khiển bưóc vói module mềm FB42 (tên hình thức CONT_S) 3) Điều khiển kiểu p h t x\mg vối khối hàm hỗ txợ FB43 (tên hìiửi thức PULSE6EN) Mỗi module mềm PID có khơi liệu riêng (DB) để liíu giữ liệu phục vụ cho chu trin h tín h toẩin thực luật điều khiển Các khối hàm FB module mềm PED cập n h ậ t lủiững khối liệu thời điểm Module mềm FB PULSEGEN sử dụng kết hđp với module mềm FB CONT_C nhằm tạo điều khiển có tín hiệu dạng xung tốc độ cao thích ứng với cếu chấp hỀưửi kiểu tỷ lệ Một điều khiển PID mềm hồn thiện thơng qua khổl hàm FB nhiều chức tạo tính linh hoạt cao tìiiết kế Ngưòi sử dụng chọn chức loại bò chức khơng cần cho hệ thốhg Các chức khác xử lý tín hiệu chủ đạo, tín hiệu q trình tfah toán biến khác với 237 điều khiển theo th u ậ t điều khiển PED tích hỢp sẵn module điều khiển mềm Một điều cần ý module PID mểm không tồn tới mức có th ể ứng dụng vào t o n điều khiển Đặc tín h điều khiển tốc độ xử lý module PID mềm phụ thuộc vào loại CPU chọn để giải bầd toán điểu khiển Do xử lý mạch vòng điều khiển, ngưòi ta phải thực cơng việc trích m ẫu tín hiệu đầu vào cho mạch vòng điều khiển Oiên quan đến tín hiệu báo n g theo chu kỳ thời gian OB30 -i- OB38), nên cần phải có tương thích số m ạch vòng điểu khiển PLD khả tốc độ tính tốn CPU Nếu toán điểu khiển yêu cầu tần suất cập n h ật cao số vòng điều khiển phải giảm Chỉ tốn có số vòng điều khiển ít, người ta sử dụng modvile PID mềm có tầ n suất truy nhập cao T ất module PID mềm cung cấp nhiều giải pháp lựa chọn lu ậ t điểu khiển thiết kế để điều khiển phù hỢp đưỢc với đốl tượng như: luật điểu khiển tỷ lệ (luật P), lu ật điều khiển tỷ lệ - vi phân Ợuật PD), lu ật điều khiển tỷ lệ - tích phân (luật PI) Chất lượng hệ thống hoàn toàn phụ thuộc vào tham 8ốcủa điều khiển Do đó, điều kiện b buộc để đảm bảo th àn h công th iết k ế người sử dụng phải có mơ hình đốĩ tượng xác Đó nhược điểm phương pháp điều khiển kinh điển Các đại lượng vật lý đối tượng đặc tính điều khiển định đặc tính động hệ thống trìn h điều khiển bị thay đổi r ấ t 80 vối thiết kế Chỉ đạt chất lượng điều khiển tốt Iihư ngưòi th iết k ế chọn th u ậ t điều khiển thòi gian trích mẫu phù hỢp vói đổi tượng Hồn tồn thiết k ế điểu khiển (cấu trúc, tham số, gọi modiủe mềm PID chương trìn h hệ thơng) mà khơng cần lập trình Tuy nhiên, muốn làm phải nắm vững phần mềm Step7 6.2.2 Khai báo tham s ố biến module mém PỈD Người thiết k ế khai báo tham số biến cho điều khiển khối liệu địa phương (instance data block) cách sử dụng giao diện module mềm PID Để vào chương trm h khai báo tham số, ta thực hiện: s t a r t —> SIMMIC —> STEP7 —> PID C o n tr o l P a n w ta r A asig n in a n t Trong hộp hội thoại đầu tiên, người thiết k ế mở khối liệu (DB) tích hỢp sẵn cho FB41 "CON_C", FB42 "CON_S" mở khơi liệu mối hồn tồn Riêng FB43 "PULSEGEN" khơng thể thực chọn tham 80 biến qua giao diện, trưòng hợp người thiết k ế phải sử dụng công cụ Step? để thiết lập tham số khai báo biến cho điều khiển 238 Đối với CPU 314 IFM, thiết lập tham số biến cho module mểm SFB41 SFB42 cách nhập trực tiếp khôi liệu b ất kỳ chọn làm khơi liệu cục cho module 6.3 Điều khiển liên tục VỚI FB41 "CONT_C" 6.3.1 GiéH thiệu chung vể FB41 Sơ đồ cấu trúc module mềm FB41 "COMT_C" minh họa hình 6.2 FB41 "CMrr_C" sử dụng để điều khiển trìn h kỹ th u ậ t với biến đầu vào đầu tưđng tự trê n sỏ thiết bị khả trìn h Simatic Trong th iết lập tham sơ' tích cực khơng tích cực số thành phần chức điều khiển PID cho phù hỢp vói đổì tượng PVJN PVPERO 11 ^ C R P JM % D EA O BM O + u , n DEAO_ TS5.8S«r k " FV PV.FAC PV o ir GAIN ER LMN_P ■wr MSV- CnxvM LMNJ ar T D m U iG LMN.D D_sa LMN IMN_PK LMH_FAC UJN_OFF Hinh 6J; Cấu trúc module mểm FB41 ”C0KĨ_C" 239 Có thể sử dụng module mềm PED mơt bơ điều khiển với tín h hiệu chủ đạo đặt cứng (fixed setpoint) thiết k ế hệ thống điều khiển nhiều m ạch vòng theo kiêu điều khiển cascade Những chức nÃng điều khiển thiết k ế sỏ th u ậ t điều khiển PID điều khiển m ẫu vdi tín hiệu tương tự Module mềm PED bao gồm tín hiệu chủ đạo S P _ m T , tín hiệu đơi tượng PV_PKR, tm hiệu giả để mơ tín hiệu đối tưỢng PV_IN, biến trung gian trìn h thực lu ật th u ậ t điều khiển PID PVPKR_OM, P_SEL, I_SEL, D_SKL, MMÍ_ON Tín hiệu chủ đạo SP_INT: nhập dưối dạng số thực dấu phảy động Tin hiộu đố) tưọng PV_PKR; Thông qua hàm nội FB41 có tên C R P_IN , tín hiệu đốì tượng nhập dạng số nguyên có dấu số thực dấu phảy động Chức CRP_IN chuyển đổi kiểu biểu diễn PV_PER từ dạng số nguyên sang số thực dấu phảy động có giá trị nằm khoảng -100 đến 100% theo cơng thức: Tín hiệu a i P _ I N = PV PER X 100 27648 Chuẩn hóa: Chức hàm chuẩn hóa PV_NORM tín hiệu đốì tưỢng chuẩn hóa tín hiệu hàm CRP_IN theo cơng thức: Tín hiệu PV_NOPM = (Tín hiệu CRP_IH)xPV_FAC_OFr Hai tham trị không chế dài giá trị cho phép PV_NORM PV_FAC PV_OFF Mặc định PV_FAC hàm PV_NORM có giá trị PV_OFF có giá trị Lọc nhiếu tác động lẳn cận điểm làm việc: Từi hiệu sai lệch hiệu tín hiệu chủ đạo tín hiệu đốì tượng Nó tạo FB41 đầu vào khổl DSADBAND có tác dụng lọc dao động nhỏ xung quanh giá trị xác lập Nếu khơng muốn sử dụng DEXDBAND với đốì tượng bò qua ành hưỏng nhiễu lân cẠn điểm làm việc, ta chọn DSAD_W = ổ.3.2 Chọn luật điểu khiển module FB41 "COKTJC" Hình 6.3 mơ tả th u ậ t PID thiết kế theo kiểu song song ba th u ậ t điều khiển đơn lẻ: tỷ lệ (P), tách phân (I) vi phân (D) theo sơ đồ cấu trúc txong hình 6.2 (sau khối DEADBAND) Chính cấu trúc song song nên ta thơng qua tham txỊ SKL, I_SKL hay D_SKL mà tích hỢp đưỢc th u ật điều khiển khác từ điều khiển m ẫu th u ậ t điều khiển p, PI, PD PID p 240 GAIN flr k D _ S E L Hình 6.3: Thuật điều ktiiển PID Đặtgíátrị 6.3.3 Phần mềm cho phép chọn chế độ tự động (automatic mode) chế độ bảng tay chế độ tay, giá trị biễn chọn tay Bộ tích phân (MT) tự thiết lập chế độ LNM_LỈM_P-DZSV vi phân (D IF) tợ động vể Điều đảm bảo cho việc chujren chế độ từ th iế t lẠp giá trị tay chế độ tự động không gây biến đổi đột ngột đốì với biến thiết lập giá trị tay Củng đ ặt giới hạn cho giá trị thiết lập tay nhò hầm IMHLIMIT Một bit cò có giá trị logic biến vào có giá ị vượt giới h ạn chọn Hàm UIII_NC«M chuẩn hố tín hiệu hàm IMKLIMIT theo công thức: LMM= (Tm hiệu cùa LIIHLIMIT)*LMỈI_FAC + LMH_OFF Mặc OI_OFF có giá trị Các giá trị đặt tav có th ể theo cách biểu diễn riêng HỀưn CRP_OOT có chức biển đổi từ kiểu biểu diễn số thực dấu phảy động sang kiểu biểu diễn riêng theo cơng thúc: 27648 IHH_PKR = LMH*- 100 Ngồi ra, nhiễu lọc tníóc bàng cách đưa qua đầu vào D ISV 6.3.4 Khởi động thơng báo lỗi FB41 "CON_C" có chưdng trìnli phục vụ cho việc khỏi tạo lại hoàn toàn hệ thống Chương trìn h gọi tín hiệu vào COM_RST có giá trị logic Trong khỏi tạo, lu ậ t điều khiển tích phần tự động th iết lập với giá trị khởi tạo I _ r r V A l Nếu lu ậ t điều khiển gọi theo ngắt thòi gian, ln ln làm việc với giá trị T ất đầu khác đạt giá trị mặc dịnh Khối FB41 "COHjC" khơng có khả tự kiểm tra lỗi bên modxile mềm P£D Mả báo lỗi R S T _ V A L khơng sử dụng 6.3.5 Tham biắi hình thút đáu vào Khổì FB41 "CON_C" có 26 tham biến hình thức đầu vào sau: Ténbién KlểudữHệu Pttfin v< gM hfn GMti mậc dỊnh COM_RST BOOL FALSE MMỈON BOOX IROK Mố tà chúc nâng COMPưiTE RESTART Khổì c6 chúc nâng khả tạo hoàn toàn lạ' hệ đẵu vào ’conptete restart" đuọc thiét lâp giá tri logic TRUE hilANUAL VALUE ON Khi (tíu vào “manual value on' có giá tiị logic TRDX, mạch vòog điếu khiểr bị r>gắt càc gtá ỮỊ sỗ duoc tt>â tàp tay 241 FVPER ON BOOL lALSS PROCESS VARIABLE PERIPHERAL ON Khl đọc biỂn trình từ cổng vào/ra, đáu vào EV PKRphải illlỢRnâvâlcáccổhgvàQAavàđáu vào ■process variable poripheraT có giá ừị lo ^ TRDK P_S1L I_SBL BOOL TRUK TRUS BOOL INT_ HOLD BOOL m s s I_ITL_OH BOOL FALSB D_SEL BOOL FALSS CYCLE TIHE ^ 1ms T # ls SP_IHT RSAl -100.0 0 100.0% hoăc giátiivậtlỷ pv_rM RSAL -100.0 0 100.0% hoăc giá trj vật lỷ EV_PKR NORD W«16f00 00 MAN REAL -100.0 0 100.0% giá hị vật tý GHIN 242 REAL PROPORTIONAL ACTION ON Hoạt động điều khiển PXD tfch cực khơng tích cục tùng phán riéng ừong ữiuật điổu khiểki PID Ttiuât đléu l*iển tỷ lộ aược tclch hoạt khl giá ừị logic TROK thiổt lập cổng vào ■proportional action on" INTERGRAL ACTION ON Hoạt động điều khiển PID tích cực hofc khơng tích cực phần riéng thuật điáu khiển PZD~ Thuật điẨu khiển tỷ lệ đuạc kk:h hoạt khl giá trị logic TRŨB thiết lập cổng vào 'proportional action on' INTERGRAL ACTION HOLD Đáu điéu khiển Kcỉi phân bị 'đống lạnh' (khỏng đ i ^ sử dvng) thiã lập giá trị logic TROI cho đẩu vào 'intergral action hold INITIALIZATION OF THE INTERGRAL ACTION Đáu điểu khiển tfch phân đuọc nối vào cổng vào I_ITL_VAL cổng vào ‘Initialization of the intergral action on' có giá tri logic TSOX DERIVATE ACTION ON Hoạt động đléu khiển PZD có tfiể cực khững ttch cục phán ríéng thuật điổu khiển PIdTThuật dlồu khiển vi phân đưạc kfch hoạt giá taị logic TROB thiết lập cổng vào 'derivate action on* SAMPLING TIME Thdi gian Iđy mãu tà khoảng ttiời gian không đổi lán kh£i điXK cập nhật INTERNAL SEPOINT Đẩu vào ‘internal setpoint* đưọc sử dụng để thiết lập tfn hiộu chủ đạo (tfn hiệu mSu) PROCESS VARIABLE IN Giá Wkhỏi tạo đặt ỏ đẩu vào 'process variable on' hodc từ biển binh đuoc biểu di6n dưdi dạng sđ thục dáu phảy động PRO CESS VARIABLE PERIPHERAL Biến q trình nối vỂtì CPU ữiơog qua cổng vào tuongtự MANUAL VALUE Cổng vòo 'manual value' đuọc sử dụng để đạt giá fri hàm giao diộn PROPORTIONAL GAIN Đầu vào ■proportional gain" đưọc sử dụng để thiết lập hộ SỔ tỳ 1« cho (Tiỗu khiển theo hiât tỷ lé II TZMK CYCLE T#20a ID TIME CYCLE TfflO* TN LAG TZHB CYCLE T f2 s DKADB_N RSAL >=0.0(%) giá tiỊ vộtlỷ 0 LMN_HLM REAL LMN_LLM 0 100(%)hoạc giá^vậtlỷ LMN_LIM REAL -100 0 MANIPULATED VALUE LOW LIMIT Giá tri hạn chế dưói đuọc thiết lập tay qua cổng vào 'manipulated value low litnif PRCXĨESS VARIABLE FACTOR Biốn trinh đi«c nhân với mộf hô số cho phù hợp VỚI phạm vi quy định biến Hệ số chọn thông qua cổng vào "process variable factor* PROCESS VARIABLE OFFSET Biến trình cộng với luọng bù cho phù họp vâi phạm vi quy định biến Glá frị bù đ i ^ chọn thững qua cổng vào 'process variable OffMf MANIPULATED VALUE OFFSET Giá ỪỊ glôl hạn đưọc nhân với hệ số cho phù hợp với phạm vl quy đinh biến ừinh Hộ số điẠc đặt qua cổng vào ‘manipulated value factor* LMN LLM (%)hôạcgiá trị vật lỹ PV_FAC SSAL PV_OFF REAL LMH_rAC RBẤL Lim_OFr RBAL 0 I_ITLVAL REAL -100.0 0 100.0 (%) giá bị vậtlỷ DISV RSJO, -100.0 100.0(%) giá b1 vật lý RESET TIME Cổng vào ‘reset time' sử dụng để thiết lập số thời gian tlch phân cho điếu khiển úch phân DERIVATE TIME Cổng vào 'dertvate tlme' sử dụng để thiết lập SỐ thài gian vi phan cho điều khiển vi phân TIME LAG OF DERIVATE ACTION Thài gian tfch OỊC luật điổu khiển vi phân đuạc chọn ttìỏng qua cổng vào time lag of the derivate action" DEAD BAND WIDTH Một vùng nhạy đưọc sử dụng để xử lý tfn hiốu sai lẠch Độ rộng vùng nhạy 6MC đạt thống qua cổng vào'dead band width" MANIPUUTED VALUE HIGH LIMIT Giá tiỊ hạn chí tr6n đuọc ttìlết lập tay qua cổng vào •manipulated value high limif 0 MANIPULATED VALUE O FFSET Glá Ừ1 giãi hạn đưọc cộng thâm luọng bù cho phù hợp vdl phạm vi quy định biển ưinh Giá tn bù đạt qua cổng vầo ‘manipulated value offset- INITIALIZATION VALUE OF THE INTERGRAL ACTION Giá tn đáu điỗu khiển tfch phân có đưọc thiết lập thống qua cổng vào 'initialization value of ttie intergral acbon' DISTURBANCE VARIABLE Khi điéu khiển hộ thống phưong pháp fee(iforward thl giá tị bù nhiẻu đât Oiòng qua cổng vào 'disturbance variable* 243 6.3.6 Tham biến hình thúc đẩu Khối FB41 "CON_C" có tham biến hình thức đầu sau: Tốn biến Klếu llèu LMN RSAL LMN_PER WORD QLHN_HLM BOOL QLMN_LLM BOOL LMN_P RSAL LMN I REAL LMN_D REAL PV REAL ER REAL Mặc đinh M ỏtã MANIPULATED VALUE Giá ừị đưọc thiốt lập tay thông qua cổng ’manipulated valueV _ w«16»0000 MANIPULATED VALUE PERIPHERAL Giá ỪỊ đẩu thiổt lập tay theo kiểu biểu diẻn phù hợp với cổng vào/ra tương tự chọn qua cổng 'manipulated value peripheral*. _ HIGH LIMIT OF MANIPULATED VALUE REACHED FALSE Cổng "high limit of manipulated value reached" thông báo giá tri biến trinh vuựt quà giá ừị giới hạn ƯÃn. LOW LIMIT OF MANIPULATED VALUE REACHED FALSE Cổng "low limit of manipulated value reached" thông báo giá tri biến trinh nhỏ han giá ừj giái hạn dưới. PROPORTIONAL COMPONENT 0.0 Tin hiộu điổu khiển tỷ lộ đưạc xuất qua cổng ■proportional component" _ INTEGRAL COMPONENT 0.0 Tin hiệu cùa điổu khiển tlch phản xuất qua cổng "integral componenr DERIVATIVE COMPONENT 0.0 Tín hiệu điểu khiển vi phân xuất qua cổng “derivative componenr PROCESS VALUE 0.0 Tín hiệu trinh xuất qua cổng "process value’ ERROR SIGNAL 0.0 Tín hiệu sai lệch đuọc xuất qua cổng 'en-or signal' 0.0 6.4 Điểu khiển bước vối FB42 "CONT_S" 6.4.1 Mó tả chung FB42 "CONT_S" module mềm tích hỢp sẵn phần mềm STEP FB42 "CONT_S " sử dụng trê n sở Simatic S7-300/400 để điều khiển đốì tượng kỹ th u ậ t với đầu điều khiển tín hiệu 8ố Tín hiệu số hồn toỀm thích hđp đổl với cấu chấp hành kiểu tích phân Trong th iết lập tham số, người th iế t k ế tích cực khơng tích cực điều khiển PI bưốc cho phù hỢp vói yêu cầu tốn điều khiển đặt Có thể sử dụng module mềm FB42 "CONT_S" điểu khiển theo luật PI với tm hiệu chủ đạo đặt trưốc sử dụng mạch vòng điều khiển phụ hệ thống thiết kế dựa nguyên tắc điều khiển cascade Chức điều khiển hoàn toàn tu ân theo th u ậ t điều khiển PI với tm hiệu trìn h tín hiệu tương tự tm hiệu điều khiển tín hiệu số’ 244 Một phần chức module mểm đóng vai trò điều khiển PI có giá trị tín hiệu đầu số đặt tay Làm việc chế độ điều khiển bước không cần đến tứi hiệu hồi tiếp Hình sau mơ tà nguyên lý hoạt động FB42 "CONT_S" sp_nr PVPER.ON Y EAM PV_IM / CRPJN PV_PER L2J □EAD6.W % W TO - PV ER Hình 6.4: Sơ đổ cấu trúc nguyên lý module mém FB42 "CONT_S'' Tín hiệu chủ đạo: Tm hiệu chủ đạo biểu diễn k iể u số thực dấu phảy động thiết lập từ cổng vào SP INT 245 Tín hiệu FB tuọng: Tín hiệu đơl tượng đưa th ẵn g từ cổng vào tương tự theo kiểu 8Ốnguyên truyền sau biến đổi sang kiểu 8Ố thực dấu phảy động Hàm CRP_IH có chức nảng biến đổi giá trị truyền từ cổng vào tương tự sang kieu số thực dấu phây động khoảng từ -100.0% đến 100.0% theo cơng thức: Tín hiệu caiP_IN = PV_PKR * ° 27648.0 Chuẩn hóa; Chức hàm PV_MORM chuẩn hóa tán hiệu lấy từ đầu hàm CRP_IN theo công thức: Tín hiệu PV_NORM = (Tín hiệu CRP_IK)*PV_FAC + PV_OFF Mặc định PV_FAC có giá trị PV_OFF có giá trị Lọc nhlếu tác động ừong l&n cận điểm làm vlộc: Tín hiệu sai lệch hiệu tín hiệu chủ đạo tín hiệu đốì tưỢng Giống FB41, FB42 có khối DEADBAND thiết kế sau tm hiệu sai lệch tnlỏc phần điều khiển theo lu ật để lọc dao động nhỏ quanh giá trị xác lập cách tạo ỏ vùng ahạy Nếu giá txỊ DEADB_fl=0 vùng nhạy khơng tồn 6.4.2 Thuật đĩéu khiắì Pl buớc Khối hàm FB42 modxile mềm PH) làm việc không cần phải có tín hiệu hồi tiếp Chức lu ật I th u ậ t điều khiển PI tín hiệu sai lệch đưỢc tín h tích phân HIT, sau so sánh với tín hiệu điều khiển theo luật tỷ lệ giá trị hồi tiếp Hiệu phép so sánh dược đưa vào rơ le ba vị trí có trễ Three_ST đầu rơ le điều khiển phát xung POLSEOOT để điều khiển cấu chấp hành Có thể giảm tầ n sơ' đóng cắt điều khiển cách tạo vùng trễ chuyển vỊ trí cùa rơ le Sơ đồ th u ậ t toán biểu diễn hình 6.4 Ngồi ra, để giảm ảiih hưỏng nhiễu trường hỢp điều khiển khơng hồi tiếp, lọc nhiễu cho hệ cách đưa tín hiệu vào đầu vào DISV cùa lọc nhiễu 6.4.3 Khởi động thông báo lỗi Hệ thốhg đưỢc khởi tạo lại hồn tồn cổng vào COM_RST có giá trị logic T ất cổng nhận giá trị mặc định Khối hàm F'B42 khơng có khả tự kiểm tra lỗi bên Nó khơng sử dụng cổng báo kiểu lỗi RET_VMi 6.4.4 Tham biếh hình í/lúc đẩu vào T ất tham biến hình thức đầu vào FB42 “CON_S” gồm: 246 M«ed|nh KMtà BOOL FXLSE U01R_BS BOOL FALSE LMNR_LS BOOL FALSE LMttS_ON BOOL FALSE LMNUP BOOL FALSE IMNDK BOOL FALSE PVPÍR_C»I BOOL FALSE CYCLB TIME s1ms SP_IMT RBAL -100.0 COMPLETE RESTART Module mổm điục khỏi tạo lại hoàn toàn ỏ cổng vào complete restart có giá frị logic HIGH UMIT OF POSITION FEEDBACK SIGNAL Tin hlộu ‘actuator at upper Hmit stop* điục đền cổng vào liigh Hmit of position feedback Cổng cấu chấp hành bị cấm LMNR_HS=TRUE LOW UMIT OF POSITION FEEDBACK SISNAL Tin hiệu 'actuator at lower limit stop' đưọc nối đốn cổng vào Tow limit of position feedback" Cổng CO cấu chấp hành sỗ bị cấm khí LNiro._LS=TRUX MANUAL ACTUATING SIGNALS ON Xử lý tfn hiệu cháp hành đinc chuyển sang chế độ tay qua cổng vào 'manual actuating signal on* ACTUATING SIGNALS UP Tin hiệu QLMNUP đưạc thiết lập qua cổng vào ‘actuating signal up' với tfn hiỗu chấp hành bàng tay ACTUATING SIGNALS DOWN Tin hiệu QLMNDN đưọc thiét lập qua cổng vào ■actuating signals down" vớí tín hiệu chấp hành bầng tay PROCESS VARIABLE PERIPHERAL ON Muốn đọc tín hiệu trình từ cổng vào/ra ttiì ỏ cổng vào ‘process variable on' phải có giá bi logic (cho phốp đọc) SAMPLING TIME Khoảng thdi gian gíQa lán gọi khối phải khỗng cố định Thdi gian trfch mẫu (sampling time) đ i ^ thiết lập qua cổng vào ■sampling time" INTERNAL SETPOINT Tin hiệu cíiủ đạo đặt qua cổng vào ■internal set point" Ihom tổ MẨU liệu COM_RST Phfmvl làm việc T ils 0 100.0 (%) giá trị vệt lý PV_IH RSAL -100.0 0 100.0 (%) giá trí vâtlý PV_PKR 1K»U) GAIN RBAL TI THCK PROCESS VARIABLE IN Giá bị đẩu biến q trình đặt trước qua cổng vào 'process variable in' theo kiểu số thực dấu phảy động w#ie#oooo PROCESS VARIABLE PERIPHERAL Biến trình theo kiểu biểu diễn số nguyên đuọc tmyển trự: tìép từ cổng vào/ra tiAlng tự qua cổng vảo 'process variable peripherar PROPORTIONAL GAIN Hộ số khuổch đại luật p đưọc đạt qua cổng vào ■proportional gain' 2CYCLK T f2 s R E S E T TIME Hằng số thdl gian tích phân luật I đưạc đăt qua cổng vào "reset time’ 247 DEADB tf REAL 0.0 100 (%)hoạc giá trj vật lý PV_FAC REAL PV OFF REAL POLSE_TM TIME ^YCLE T#3* BRE*K_TM TIME ^Y C L Í T«3s MTR_TM TIME ^YCLE T i3 s DISV REAL 100.0 0 0 100.0 (%) giá trj vật lý 6.4.5 DEAD BAND WIDTH Một vùng nhạy đưọc ứilết kế để xử lý tfn hiộu sal lệch Độ rộng vùng nhạy Oưạc đạt qua cổng vào ‘dead band PROCESS VARIABLE FACTOR Biốn q trinh đuor nhân VĨI m « số cho phù hợp VỚI phạm vi quy định biến Hộ s6 Aýọc chọn thông qua cẨng vào ‘process variable factor PROCESS VARIABLE OFFSET Biốn trinh đuọc cộng vói lượng bù cho phù hạp với phạm vi quy ạnh biến Giá trị bù đưọc chọn thông qua cổng vào "process variable offeof MINIMUM PULSE TIME Chu kỷ phát xung nhỏ đưạc đạt qua cổng vào ’minimum pulse time' MINIMUM BREAK TIME Thdi gian cấm nhỏ đưọc đặt qua cổng vào "minimum break time" MOTOR ACTUATING TIME Khoảng thời gian cần thiốt để cấu chấp hành chuyển từ giói hạn dìmg sang gíál hạn dừng khác đưọc đặt qua cống vào 'motor actuating time* DISTURBANCE VARIABLE Khi điểu khiển hộ thống phuong pháp feedforward thi giá tri bù nhiễu đUdc đặt thòng qua cổng vào 'disturbance variable' Tham biến hình thút đáu T ất tham biến hình thức đầu FB42 “CON_S” gồm: Klếu llỷu MỘC d|nh MỖtà QLMNUP BOOL fa l se ACTUATING SIGNAL UP Ca cấu chấp hành van md cổng 'actuating signal up* QtMNDN BOOL FALSE ACTUATING SIGNAL DOWN Cổng EV REAL 0 ER REAL 0 6.5 Co cấu chấp hành van đưạc mỏ cổng 'actuating signal down" PROCESS VARIABLE Biến binh đuọc xuất qua cổng ’process vanable* ERROR SIGNAL Tín hiệu sai lệch c6 thể xuất qua cổng 'error signar Khối hàm tạo xung FB43 "PULSE6EN" Khối hàm FB43 “PULSEGEN” có tác dụng hỗ trỢ việc th iết k ế điều khiển PID hai ba vị trí vối tạo xung theo nguyên tắc điều biên (hình 6.5) Nó biến đổi 248 tín hiệu đầu vào INV dạng 8ố thực (thưòng đầu LMN modiile mềm PID) thành dãy xung có chu kỳ cố định độ rộng tương ứng với độ lớn tín hiệu đầu vào Khối hàm FB43 “POLSEGEN” thưòng sử dụng với FB41 “CONT_C” để có điều khiển PID với tín hiệu đầu dạng xung (hình 6.6) Nói cách khác, m ình khơng phải điều khiển PID Bởi vậy, ỏ c h iin g tơ i khơng tiếp tục trình bày chi tiết vào nguyên lý làm việc FB43 “PULSEGEN” Bạn đọc quan tâm xem tài liệu hướng dẫn sử dụng PH) có phần mềm hỗ trợ tra cứu Step7(PID Control English) ỊỊiy (LMM) »0- = so SD 90X OPOS l> ĩ - Hlnh 6.5: Nguyên lỷ điếu bíèn FB43 PDLSE6EN ^PUlSEGCIfcycb H »EP TU» (•'QOKT.Cqth) CLUN] POLSSGEN a Tfn hiệu xung đẩu QPOS_P POLSEGEN »- opoe_p CữttTC PtítsescM IW ■V - rưui rư u L N Bộ điều khiển PID VỚI đâu dạng xung Hình 6.6; Khối FB43 POLSEGEN sử dụng với FB41 CONT_Cđểtạo thành điéu khiển PID với đẩu dạng xung 249 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Berger: Automating with Simatic MCD Verlag, 2000 [2] Metz; Merbeth: Schaltalgebra Pachbuch Vetlag, 1970 [3] Minh; Phước: Lỷ ttiuyết Điểu khiển mờ Nhà xuất Khoa học Kỹ ửiuật, 1997 [4] Minh; Phưóc: Tự động hóa với Simatic S7-200 Nhà xuất Nông nghiệp 1997 [5] Minh; Phước; Thanh: S5-95U phẩn mềm StepS Giáo trình giảng dạy Trung tâm Đào tạo Siemens Tự động hóa Tn/ờng Đại học Bách Khoa Hà Nội, 1997 [6] Siemens AG: statement List for S7-300 and S7-400 Reference Manual, 1996 [7] Philippow: Taschenbuch der Elektrrotechnik, Band VEB Verlag Technik Berlin, 1987 [8] Siemens AG: Simatic STEP7 Program Design Programming Manual, 1996 [9] Siem ens A G : Sim atic S TEP User Manual, 1995 [10] Siemens AG: S7-^00 Fuzzy Control User Manual, 1996 [11] Siem ens A G : S7-300 Hardware Configuration and structure, 1995 [12] Siemens AG: Step7-Standard and System Functions, 1998 [13] Sơn: PLC gì? Tự động hóa ngày số 3, 2000 [14] TC Mannheim: Training of Simatic on CD, 1997 [15] Tdpfer; Besch: Grundlagen der Automatisierungstechnik Hanser Vetiag, 1990 250 Chỉ mục Bảng chân lý Bién Boole độc lập - phụ ứiuộc -cờ Biến ngơn ngữ Biểu thức ngun tố -tích -tổng Chương ừình tổ chức - o, p Mạng phản tán 30 Mệnh đè hợp thành 213 Mảng liệu 120 - hai, ba chiều 120 Mặt nạ 153,158,160,163.166 Nhân chương trình 91 Ngắt 166 Ngơn ngữ liệt kơ lệnh 40 - hình ttìang 40 - hình khối 40 Nipple 19 M, N, A.B.C 11,13.15 10 10 35,42, 54,120,127 128,134J70 213, 214 216 13 13.14 13.14 34.125 35 37 38, 138 140, 241 Q.R.S D,Đ Đại số đống cắt Địa ố nhã -bit - byte Sườn lên -xuống Rỗ nhánh chương trình 42,116 54 95.100,109 136,138.168 92 101.110 116 T.u E F, G, H Giá ỪỊ ngôn ngữ Hàm tương đưong Hàm hình thang - tam giác - singleton Hàm lưọng tửhóa Hàm ừich mẫu U K L Luật hợp thành LiẠíng tử hóa - theo thời gian - theo gíá ừi Khối chưong trìiih 212, 217 12 212, 223 212,222 223,224 26 26 Tần số đỏng cắt Thời gian vòng qt -ữìực Tín hiệu ngắt -cứhg Tín hiệu số V,X,Y,Z Vòng qt 246 29,39 125,134 150.152 155 16 180, 244 29 36 214 216 16 16 16 29,34 251 ... I>IVJJYỄN DOÃN PHƯỚC C K 0 0 ^ ĐIÊU KHIẼN VỜI SIMATIC S7-300 SIEMENS NHÀ XUẤT BẢN BÁCH KHOA HÀ NỘI IIH H PHAN XUÂN MINH & NGUYÊN DOÃN PHƯỚC ĐIỂU KHIỂN vối SIMATIC S7-300 BẠ ĨH Ọ C TH Á ÍK G U N TRUNG... tr 250 ISB N 978-604-938-571-1 Đ iều k h iể n tự động Đ iều k h iển mò P h ầ n m ềm S im atic S7300 629.8 - dc23 B K F0061p-C IP LỜI NÓI ĐẦU Trung tâm đào tạo Siemens Tự động hóa Trường Đại