Giới thiệu hệ thống điều khiển nhiệt độ và nhiệm vụ luận văn

Nhiệt độ là một đại lượng vật lý hiện diện khắp nơi và trong nhiều lĩnh vực, trong công nghiệp cũng như trong sinh hoạt. Nhiệt độ trở nên là mối quan tâm hàng đầu cho các nhà thiết kế máy và đi

PHẦN 1

GIỚI THIỆU

CÁC ĐỐI TƯỢNG

LIÊN QUAN

CHƯƠNG 1 :

GIỚI THIỆU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ

VÀ NHIỆM VỤ LUẬN VĂN

1.1 Giới thiệu về nhiệt độ và phương pháp điều khiển :

Nhiệt độ là một đại lượng vật lý hiện diện khắp nơi và trong nhiều lĩnhvực, trong công nghiệp cũng như trong sinh hoạt Nhiệt độ trở nên là mối quantâm hàng đầu cho các nhà thiết kế máy và điều khiển nhiệt độ trở thành một trongnhững mục tiêu của ngành Điều Khiển Tự Động Trong nhiều lĩnh vực của nềnkinh tế, vấn đề đo và kiểm soát nhiệt độ là một quá trình không thể thiếu được,nhất là trong công nghiệp Đo nhiệt độ trong công nghiệp luôn gắn liền với quytrình công nghệ của sản xuất , việc đo và kiểm soát nhiệt độ tốt quyết định rấtnhiều đến chất lượng của sản phẩm trong các ngành công nghiệp thực phẩm, luyệnkim, xi măng, gốm sứ, công nghiệp chế tạo động cơ đốt trong

Tùy theo tính chất , yêu cầu của quá trình mà nó đòi hỏi các phương phápđiều khiển thích hợp Tính ổn định và chính xác của nhiệt độ cũng được đòi hỏi ởđây đặt ra các vấn đề cần phải giải quyết

Một điều thực sự cần thiết là ta phải khảo sát kỹ đối tượng cung cấp nhiệt

mà ta cần phải điều khiển để dẫn đến mô hình toán học cụ thể Từ đó chúng ta sẽgiải quyết bài toán điều khiển trên cơ sở lý thuyết đã nghiên cứu sẳn Hệ thốngđiều khiển nhiệt độ có thể phân làm hai loại : hệ thống điều khiển hồi tiếp(feedback control system) và hệ thống điều khiển tuần tự (sequence controlsystem)

 Điều khiển hồi tiếp thường được xác định và giám sát kết quả điều khiển , sosánh nó với yêu cầu thực thi (ví dụ điểm đặt) và tự động điều chỉnh đúng

 Điều khiển tuần tự thực hiện từng bước điều khiển tùy theo hoạt động điềukhiển trước khi xác định tuần tự

Một hệ thống muốn chính xác cần phải thực hiện hồi tiếp tín hiệu về sosánh với tín hiệu vào và ra sẽ được gởi đến bộ điều khiển hiệu chỉnh đầu ra Hệthống điều khiển hồi tiếp có nhiều ưu điểm nên thường được thấy trong các hệthống tự động

Các phương pháp điều khiển khác nhau nhưng nguyên tắc điều khiển làgiống nhau Một hệ thống điều khiển nhiệt độ dựa trên nguyên tắc hệ thống hồitiếp có dạng tổng quát như hình dưới đây :

Đây là một hệ thống hồi tiếp qua bộ cảm biến cho tín hiệu đo lường nhiệt độ

về so sánh với giá trị đặt , sai lệch giữa tín hiệu đặt và đo sẽ được đưa tới bộ điềukhiển tạo tín hiệu điều khiển công suất cấp cho bộ phận gia nhiệt Như vậy cácphương pháp điều khiển khác nhau về bản chất là do các bộ điều khiển khác nhautạo nên

1.2.Nhiệm vụ luận văn :

1.2.1.Nhiệm vụ của luận văn là tìm hiểu thực hiện các mục tiêu sau :

1 Sử dụng PLC SIEMENS S7-300 điều khiển lò nhiệt bằng phương pháp

 Cảm biến : Thermocoup TC loại K có độ nhạy nhiệt 40V/10C

 Phương tiện điều khiển : OP (Operation Panel), tuy nhiên đượcthay thế bằng PC ( Personal Computer ) với hệ điều hànhWindows 98

 Giao tiếp máy tính : thông qua phần mềm WInCC của công tySIEMENS

 Bộ điều khiển mờ và PID : tích hợp trong PLC S7-300 của công

X Bộ điều khiển Bộ phận gia nhiệt

Cảm biến nhiệt độ

 Chương trình điều khiển : soạn thảo bằng phần mềm Step7 củacông ty SIEMENS

CHƯƠNG 2 : GIỚI THIỆU PLC SIEMEN VÀ PHẦN MỀM

STEP7

1 GIỚI THIỆU PLC

PLC (Programmable Logic Control): thiết bị điều khiển logic khả trình là loại thiết bị cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình, thay cho việc phải thể hiện thuật toán đó bằng mạch logic.

1.1 Vài nét về lịch sử của PLC:

PLC bắt đầu phát triển từ năm 1968 để đáp ứng một yêu cầu của hãngHydraumatic Division of General Motors (GM) Thời gian này, GM thường mấtnhiều thời gian để thay thế hệ thống điều khiển dựa trên relay mỗi khi cần hiệuchỉnh hay thay đổi mẫu mã của xe hơi Để giảm chi phí cao về việc nối lại dây, kỹthuật điều khiển của GM gọi hệ thống điện tử có sự linh động của máy tính, có thểlập trình và bảo dưỡng bởi các kỹ sư và các chuyên gia trong xí nghiệp Nó cũng

có thể chịu đựng được bụi bẩn của không khí, sự rung, nhiễu điện, độ ẩm và nhiệt

độ cao trong các môi trường công nghiệp

PLC đầu tiên được lắp đặt vào năm 1969 và thành công nhanh chóng.Những chức năng giống như relay được thay thế, thậm chí những PLC đầu tiêncũng có độ tin cậy hơn hệ thống relay, lý do là thành phần điện tử của nó đơn giản

so với các phần chuyển động của các relay điện cơ Nó chiếm ít không gian hơncác counters, timers và các thành phần điều khiển khác mà nó thay thế Khả nănglập trình lại của nó rất lớn khi có sự thay đổi về kế hoạch điều khiển

Có lẽ chìa khóa lớn nhất để PLC có thể chấp nhận được trong công nghiệp

là ngôn ngữ lập trình đầu tiên dựa trên giản đồ hình thang (ladder diagram) và các

ký hiệu thường dùng của thợ điện

Hầu hết các nhân viên trong xí nghiệp được huấn luyện theo mức logic hìnhthang nên họ dễ dàng chấp nhận nó trong PLC Thực ra mức logic hình thang có vai tròchung trong việc lập trình và sửa chữa, cho dù ngôn ngữ lập trình tân tiến hơn đã đượcphát triển

1.2 Đặc điểm của PLC :

Một hệ điều khiển được gọi là điều khiển lập trình được khi các ngõ ra vàcác ngõ vào được nối kết với nhau thông qua một bộ điều khiển có thể lập trìnhđược Chức năng của một hệ điều khiển được chuyển đổi thành một chương trình

và được nạp vào bộ điều khiển Bộ điều khiển dựa theo chương trình này để thựchiện quá trình điều khiển các ngõ ra và các thông số ngõ vào

Chúng ta có nên dùng một ngôn ngữ có thể lập trình ? Trong những năm

1970 và đầu thập kỷ 80 nhiều kỹ sư, nhà điều hành sản xuất và những người thiết

kế hệ thống đã tốn nhiều thời gian để tranh luận về đề tài này song song đó là chiphí cho PLC Ngày nay, người ta chấp nhận PLC vì nó trở nên kinh tế và có hiệuquả trong hệ thống điều khiển cần từ ba đến bốn relay hay nhiều hơn trong khi đóchi phí cho một PLC nhỏ chỉ vài trăm dollars Các nhà sản xuất đặt hiệu suất vàchất lượng lên hàng đầu nên chi phí trở nên không quan trọng

Với sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật máy tính nhưng chúng ta vẫndùng PLC để điều khiển máy trong công nghiệp là vì:

 Một PLC đơn giản có thể dùng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp,

từ việc điểu khiển lặp đi lặp lại một tác vụ đơn giản nào đó chođến việc điều khiển để chạy chỉ một tác vụ phức tạp

 Các chương trình điểu khiển có thể được thay đổi một cách dểdàng, cải tiến để phù hợp với hoạt động mới.

 Chương trình điều khiển có thể dể dàng nạp vào nhiều PLC, dểdàng trao đổi chương trình

 Thời gian đáp ứng nhanh trở thành một tiêu chuẩn đối với PLC.Điều này là cần thiết bởi vì trong điều khiển công nghiệp, các tínhiệu từ các cảm biến thay đổi rất nhanh

 Trong PLC có sẳn các bộ đếm, bộ định thì có thể sử dụng vớinhiều độ chính xác khác nhau, khi trong quá trình điều khiển cócần thêm

 Có thể chấp nhận được về tính kinh tế khi PLC được sử dụngtrong các hệ thống điều khiển có 4 relay hay nhiều hơn

 Khi dùng PLC có thể giao tiếp với các thiết bị như đèn LED 7đoạn, bộ chọn nhấn ( thumbwheels), các chức năng về xử lý tínhiệu analog, xử lý tín hiệu tần số cao

 Cho phép có thể hiển thị đồ hoạ trên một hệ thống

 Truyền thông: Những hoạt động giao tiếp với những PLC kháchay mạng máy tính giúp cho việc thu thập dữ liệu và trao đổithông tin được dể dàng

Các thiết kế đầu tiên là nhằm thay thế cho phần cứng các relay dây nối vàcác logic thời gian Tuy nhiên, bên cạnh đó việc đòi hỏi tăng cường dung lượngnhớ và tính dễ dàng cho PLC mà vẫn đảm bảo được tốc độ xử lý cũng như giá cả

Chính những điều này đã gây ra sự quan tâm sâu sắc đến việc sử dụngPLC trong công nghiệp Các tập lệnh nhanh chóng đi từ các lệnh logic đơn giảnđến các lệnh đếm, định thời, thanh ghi dịch sau đó là các chức năng làm toántrên các máy lớn Sự phát triển của máy tính dẫn đến các bộ PLC có dung lượngnhớ lớn hơn, số lượng I/O nhiều hơn PLC sử dụng bộ nhớ có thể lập trình được đểlưu trữ các lệnh và thực thi các chức năng đặc biệt gồm có điều khiển ON/OFF,định thời, đếm, thứ tự, số học và xử lý dữ liệu Với mọi hệ điều khiển, các tín hiệuđầu vào, đầu ra được nối vào PLC PLC hoạt động bằng cách kiểm tra lại tín hiệucác lệnh (đã được lập trình trong bộ nhớ), sau đó ghi kết quả vào ngõ ra đưa đếncác thiết bị điều khiển

Trong PLC, phần cứng CPU và chương trình là hai đơn vị cơ bản cho quátrình điều khiển hoặc xử lý hệ thống Chức năng mà bộ điều khiển cần thực hiện sẽđược xác định bởi một chương trình Chương trình này được nạp sẵn vào bộ nhớcủa PLC, PLC sẽ thực hiện việc điều khiển dựa vào chương trình này Như vậynếu muốn thay đổi hay mở rộng chức năng của quy trình công nghệ, ta chỉ cầnthay đổi chương trình bên trong bộ nhớ của PLC Việc thay đổi hay mở rộng chức

năng sẽ được thực hiện một cách dễ dàng mà khơng cần một sự can thiệp mangtính vật lý nào so với các bộ điều khiển dùng dây nối và relay.

Nhiều PLC giúp gia tăng sự cạnh tranh Các quá trình thường sử dụngPLC bao gồm: đĩng gĩi, đĩng chai và vận chuyển, xử lý vật liệu, vận hành máy,phát năng lượng, những hệ thống điều khiển xây dựng, hệ thống bảo vệ, dâychuyền tự động, vẽ đường và xử lý nước PLC ứng dụng trong nhiều ngành cơngnghiệp bao gồm thức ăn và đồ uống, chuyển động tự động, hĩa học, nhựa, bột giấy

và giấy, dược và vật liệu Thực ra, bất kỳ một ứng dụng nào cần đến điện đều cĩthể sử dụng PLC

Mất thời gian thiết kế Mất nhiều thời gian

lập trình

Lập trình

và lắp đặt đơn giản Khả năng điều

Tốt- các module được tiêu chuẩn hĩa

1.3 Một vài ưu điểm của PLC trong tự động:

Ưu điểm :

- Thời gian lắp đặt công trình ngắn gọn

- Có thể tính toán được chính xác giá thành.

- Cần ít thời gian huấn luyện

- Dễ dàng thay đổi thiết kế nhờ phần mềm

- Ứng dụng trong phạm vi rộng

- Dễ bảo trì, các chỉ thị ra vào giúp xử lý sự cố dễ hơn vànhanh hơn

- Độ tin cậy cao

- Chuẩn hóa được phần cứng điều khiển

- Thích ứng trong môi trường khắc nghiệt: nhiệt độ, độ ẩm,điện áp dao động, tiếng ồn

1.3.1 Điều khiển giám sát:

- Thay cho điều khiển Relay

- Thời gian đếm

- Thay cho các panels điều khiển mạch in

- Điều khiển tự động và bán tự động bằng tay,các máy và cácquá trình

1.3.2 Điều khiển dãy:

Các phép toán số học

- Cung cấp thông tin

- Điều khiển liện tục: nhiệt độ, áp suất

- Điều khiển P.I.D

- Điều khiển động cơ chấp hành

- Điều khiển động cơ bước

1.3.3 Điều khiển mềm dẻo:

- Điều khiển quá trình và báo động

- Phát hiện lỗi và điều hành

- Ghép nối qua máy tính

- Ghép nối với máy in

- Mạng tự động hóa xí nghiệp

- Mạng cục bộ

- Mạng mở rộng.

1.4 Cấu trúc của một PLC :

- Một hệ thống lập trình cơ bản phải gồm cĩ hai phần: khối xử lýtrung tâm (CPU: Central Processing Unit) và hệ thống giao tiếp vào/ra (I/O)

Hình 1.4.a-Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển lập trình

- Khối điều khiển trung tâm (CPU) gồm 3 phần: bộ xử lý, hệ thống bộnhớ và hệ thống nguồn cung cấp

Hình 1.4.b-Sơ đồ khối tổng quát của CPU

2 Giới thiệu PLC SIEMEN

CENTRALPROCESSINGUNIT

INPUT

OUTPUT

- Xử lý liên lạc (CP): Cung cấp những tiện nghi liên lạc sau+ Nối điểm – điểm

+ Mạng PROFIBUS+ Ethernet công nghiệp

- Phụ tùng: Các thanh nối và bộ phận nối phía trước mặt

2.2- Các thành phần cơ bản của S7-300

- Dẫn nhập: Bảng kê các thiết bị cấu hình S7-300

Rãnh trượt … Là giá của S7-300

Nguồn cung cấp (PS) … Biến đổi áp khu vực (120/230V) ra 24V DC là áp

làm việc của S7-300

Vi xử lý (CPU) … Thực hiện chương trình của người dùng phụ kiện:

khối nhớ, pin lưu trữKhối giao tiếp (IM) … Kết nối các thanh dữ liệu giữa các giá (dãy)

(CP) … Để nối các bộ phận PLC với nhau Phụ kiện: cáp, phần mềm, khối giao tiếp

- Ray: Nguồn cung cấp, CPU, IM, và 8 loại khối khác được gắn chặtvào thanh ray

- Nguồn:

+ Nguồn cung cấp có nhiều kiểu: 2A, 5A, đến 10A áp 24V.Nguồn áp cung cấp là lpại cách ly, có bảo vệ ngắn mạch, áp ổn định khi không tải

Có LED báo trạng thái hư hỏng Đèn LED nhấp nháy khi ngắn mạch

+ Bạn lưu ý nút đổi điện áp sơ cấp 120V và 230V

- Khối vi xử lý: CPU có những thành phần sau đây ở mặt trước:

+ Báo trạng thái và báo lỗi+ Công tắc chuyển đổi cách vận hành với 4 chọn lựa+ Mối nối nguồn cung cấp 24V

+ Phần giao tiếp nhiều điểm MPI để nối với các thiết bị lập trìnhhay PLC khác

+ Hộc chứa pin (không có đối với CPU312/FM)+ Hộc chứa khối nhớ (không có đối với CPU312/FM, 314/FM)

- Khối giao tiếp: Có thể sắp xếp cấu hình theo nhiều kiểu

- Khối tín hiệu: Những khối này được chọn tùy theo dãy điện áp sửdụng và điện áp ngõ ra Có bộ nối bus điều khiển cho mỗi khối, và các vòng nốicác bus dữ liệu phía sau Tín hiệu xử lý ở bộ nối phía trước

- Nối liên kết: Bạn cần có cáp để nối CPU trực tiếp với máy lậptrình.

- Cáp: Cáp PROFIBUS và cáp nối cần có để nối nhiều PLC vớinhau

- FM: Những khối chức năng thay thế các khối IP

- CP: Bộ xử lý truyền thông dành cho hệ thống bus dữ liệu của PROFIBUS

2.3- Khả năng mở rộng của S7-300

- Độ mở rộng tối đa: cho phép mở rộng đến 32 khối, nhiều nhất là 8khối trên mỗi giá (chồng) Không có qui luật về số rãnh đăng ký cho các khối tínhiệu, các khối chức năng, và các bộ xử lý truyền thông Nghĩa là chúng có thểchiếm bất kỳ rãnh

- Khối giao tiếp (IM):

+ Khối giao tiếp (IM 360/361) được dùng để hồi tiếp thanh ghi dữliệu ở giá Bộ IMS là khối gửi, và bộ IMR là khối nhận Các khối giao tiếp phảidùng đúng rãnh chỉ định

+ Nếu cần, nguồn cung cấp phải gắn thêm ở giá mở rộng

+ Có loại khối giao tiếp tên IM 365 là dạng tiết kiệm dùng chocấu hình kiểu xếp 2 khối (Không dùng cho nguồn thêm; không nối CP)

- Phân đoạn nội bộ:

+ Có vài khối chức năng, chẳng hạn khối FM NC, có thể phải chỉđịnh cổng I/O cho chúng Khối FM có vùng I/O riêng, và khối này có thể truy cậpvùng I/O nhanh chóng Vùng I/O này là phân đoạn nội bộ

+ Một phân đoạn nội bộ có thể cấu hình cho từng rãnh, CPUkhông thể truy cập I/O

- Số rãnh+ Rãnh 1 đến 3:chỉ định thường trựcRãnh 1: PS (nguồn cung cấp), nếu cóRãnh 2: CPU (vi xử lý), nếu có Rãnh 3: IM (khối giao tiếp), nếu có+ Rãnh 4 đến 11 (tự do chỉ định): SM, FM, CP có thể cắm vào bất

Các thành phần trong cấu trúc của S7-300

1 Giá đỡ chuẩn DIN: Nguồn cung cấp CPU, IM và nhiều nhất là

8 module có khả năng lắp đặt trên một giá

làm việc không tải Một đèn báo nguồn làm việc ở chế độ bình thường và đènnhấp nháy khi quá tải Có thể chọn công tắc, chọn lưới điện cung cấp 120V hay230V AC.

3 Bộ xử lý trung tâm: CPU được lắp ráp với các phần tử đặt ởmặt trước của thiết bị sau đây:

- Đèn báo trạng thái và báo lỗi

- Công tắc chọn chế độ làm việc 4 vị trí

- Chỗ nối cho nguồn 24V

- Cổng MPI cho thiết bị lập trình hoặc cho ghép nối với mộtPLC khác

- Ngăn đựng pin (không có đối với CPU 312)

- Rãnh đặt một module (không có đối với CPU 312)

4 Module giao diện: tạo khả năng ghép nối nhiều cấu hình.

5 Module tín hiệu: được lựa chọn theo miền giới hạn của tín hiệuvào và ra Mỗi module có thêm một bus nối để tạo ra khả năng mở rộng tiếp cáctín hiệu đo được nối ở bảng đấu dây của bộ nối

6 Cable nối (Cáp): đấu dây trực tiếp với thiết bị lập trình cần cómột cable dành cho máy lập trình PG Nếu nối một vài PLC với nhau trong mộtmạng cần phải có cable profibus và bộ nối cable

7 FM: module chức năng thay chỗ cho module IP

8 CP: Bộ xử lý truyền thông dành cho hệ profibus

2.5 Modul mở rộng: được chia thành 5 loại

1 PS (power supply): module nguồn nuôi Có 3 loại 2A, 5A, 10A

2 SM (signal module): module mở rộng cổng tín hiệu vào ra Baogồm:

- DI (digital input): module mở rộng các cổng vào số Số các cổng

vào số có thể là 8, 16 hoặc 32 tùy thuộc vào từng loại module

- DO (digital output): module mở rộng các cổng ra số Số các

cổng ra số có thể là 8, 16 hoặc 32 tùy thuộc vào từng loại module

- DI/DO: module mở rộng các cổng vào/ra số Số các cổng vào/ra

số có thể là 8, 16 hoặc 32 tùy thuộc vào từng loại module

- AI (analog input): module mở rộng các cổng vào tương tự.

Chúng chính là bộ chuyển đổi số 12 bits (AD) tức là mỗi tín hiệu tương tự đượcchuyển thành một tín hiệu số (nguyên) có độ dài 12 bits Số các cổng vào tương tự

có thể là 2/4 hoặc 8 tùy từng loại module

- AO (analog output): module mở rộng các cổng ra tương tự.

Chúng chính là bộ chuyển đổi số 12 bits (AD) tức là mỗi tín hiệu tương tự đượcchuyển thành một tín hiệu số (nguyên) có độ dài 12 bits Số các cổng ratương tự

có thể là 2/4 hoặc 8 tùy từng loại module

- AI/AO: module mở rộng các cổng vào/ra tương tự Số các cổng

tương tự có thể là 4 vào/ 4 ra hoặc 4 vào/2 ra tùy loại module

3 IM (interface module): module ghép nối đây là loại module

chuyên dụng có nhiệm vụ nối từng nhóm các module mở rộng lại với nhau thành

một khối và được quản lý chung bởi môt module CPU Thông thường các module

mở rộng được gá liền với nhau trên một thanh đỡ gọi là rack Trên mỗi rack chỉ cóthể gá được nhiều nhất 8 module mở rộng (không kể module CPU, module nguồnnuôi) Một module CPU S7-300 có thể làm việc trực tiếp được với nhiều nhất 8rack và các rack này phải được nối với nhau bằng module IM

4 FM (function module): module chức năng điều khiển riêng Ví dụ

module điều khiển động cơ bước, động cơ serco

5 CP (communication module): module phục vụ truyền thông trong

mạng giữa các PLC với nhau hoặc giữa PLC với máy tính

CHƯƠNG 3 : TẬP LỆNH S7-300

Tham khảo phụ lục

CHƯƠNG 4 CHƯƠNG TRÌNH FCPA

4.1 Chuẩn bị một Project cho việc khai báo bộ điều khiển mờ bằng FCPA

Chương trình FCPA (Fuzzy Control Parameter Assinment) là phần mềm hỗ trợ

việc tạo lập bộ điều khiển mờ cho PLC Simatic S7-300 theo từng bước như đãtrình bày

Trước hết ta phải cài đặt FCPA trên máy tính cá nhân.Việc cài đặt thành côngFCPA đòi hỏi :

- có ít nhất 1Mbytes còn trống trong ổ cứng

- Chạy dưới hệ điều hành Window 95/98 hoặc NT

Toàn bộ chương trình gốc của FCPA gồm 2 phần Fuzzy/Tool và Fuzzy/FB với dung lượng tổng cộng 2,27MB.Để cài dặt ,ta gọi tệp Setup exe của Fuzzy/Tool

và của Fuzzy/FB từ Window và thực hiện những chỉ dẫn hiện trên

Sau khi đã được cài dặt, phần chính của FCPA sẽ được tích hợp trong Step7 dưới

thư mục S7WRFUZ, các công cụ hỗ trợ khác được đưa vào thư viện của phần mềm Step7 cũng như Project FuzConEx Xem hình minh họa

Bộ điều khiển mờ được tổng hợp với

FCPA có dạng một khối dữ liệu (DB) cho

Project ứng dụng Khối DB tạo bởi FCPA sẽ

được gọi là khối DB mờ và được sử dụng

cùng với FB Fuzzy Control có trong Project

FuzConEx khi cài đặt chương trình

Fuzzy/FB với tên mặc định là FB30 Bởi vậy

trước khi sử dụng FCPA để tạo lập DB mờ

cho Project ứng dụng, bắt buộc Project ứng

dụng đã phải có FB Fuzzy Control.

Hình 1: thư viện của FuzCon

Ví dụ Project ứng dụng của ta có tên là

FuzCon Trước khi sử dụng FCPA để tạo lập khối DB mờ cho Project ứng dụng FuzCon, ta phải sao chép FB Fuzzy Control có tên mặc định FB30 từ Project FuzConEx sang Project FuzCon Có thể thay đổi tên FB30 nếu như trong Project

bộ điều khiển mờ và khối DB mờ này phải nằm trong cùng một thư mục với FB

Fuzzy Control của Project ứng dụng Để vào FCPA ta thực hiện lệnh gọi từ

Window theo thứ tự

Start simatic  step7  Fuzzy Control Parameter Assignment

dạng như sau (HÌnh 3)

Sau khi đã cho đầy đủ tên Project, tên khối DB mờ, ta ấn phím OK.Chương trình

FCPA sẽ kiểm tra lại trong Project FuzCon thực sự đã có khối hàm Fuzzy Control

hay chưa bằng thông báo liệt kê tất cả các khối hàm đã có trong Project ứng dụng

Ta phải chọn trongbảng danh mục được liệt kê ra đó khối hàm Fuzzy Control đã

được lấy từ Project FuzConEx sang.

Aán phím OK để xác nhận và ta bắt đầu công việc tổng hợp bộ điều khiên

mờ với phần mềm FCPA

Trong luận văn, tập mờ được xây dựng với hai đầu vào ET, DET và ba đầu

ra Kr, Kp và An_pha ET là tín hiệu sai lệch từ bộ điều khiển và trị đặt, DET là

đạo hàm sai lệch Kr, Kp, An-pha là các tham số tính toán được theo phương pháp

Zhao Tomizuka và Isaka (xem thêm phần lý thuyết điều khiển mờ)

4.3.Khai báo số biến ngôn ngữ vào ra

Nếu tạo một DB mờ mới thì sau khi ấn phím

OK xác nhận khối FB Fuzzy Control, chương

trình FCPA sẽ hỏi số các biến ngôn ngữ vào/ra

của bộ điều khiển mờ bằng hộp hội thoại

Viết tên bộ điều khiển mờ (nếu muốn) và

số các biến ngôn ngữ vào ra vào những ô tương

ứng Hạn chế của FCPA là:

-Chỉ tạo lập được những bộ điều khiển

mờ với tối đa 8 biến vào

Hình 4 : khai báo biến ngôn ngữ vào/ra

-Chỉ tạo lập được bộ điều khiển với tối đa 4 biến ra

Biến ngôn ngữ đầu

Luật hợp thành

Aán phím OK để xác nhận các giá trị vừa cho Những biến ngôn ngữ đầu vào

sẽ có tên mặc định Input01, Input02,…và Output01, Output02…lần lượt là tênmặc định của biến ngôn ngữ đầu ra

Sau khi ấn OK, trên màn hình sẽ xuất hiện cửa sổ soạn thảo tiếp giá trị ngônngữ của từng biến vào/ra cũng như luật hợp thành của bộ điều khiển mờ

4.4 Soạn thảo giá trị cho từng biến (ngôn ngữ ) đầu vào

Các giá trị của mỗi biến ngôn ngữ đầu vào được gọi là biến ngôn ngữ Vì bảnchất của giá trị ngôn ngữ là tập mờ, nên để soạn thảo giá trị ngôn ngữ cho mộtbiến ngôn ngữ ta cần phải:

1 Khai báo số các giá trị ngôn ngữ (tập mờ) của biến

2 Soạn thảo tập nền cũng như hàm thuộc cho từng giá trị ngôn ngữ

Để vào chế độ soạn thảo giá trị ngôn ngữ (tập mờ) cho một biến đầu vào nào đó

ta nháy kép phím chuột trái tại biểu tượng của biến đó Ví dụ để soạn thảo giá trịcho biến vào Input01, ta nháy kép vào biểu tượng của(đã đuợc đánh dấu trên mànhình ).Khi đó cửa sổ soạn thảo hiện ra:

Khai báo số các giá trị ngôn ngữ (tập mờ): Để khai báo số các tập mờ cho biến Input01, ta chỉ cần kích chuột vào phím Insert rồi viết số các tập mờ cần có vào ô

tương ứng trong cửa sổ hiện ra (tối đa là 7):

Tiếp theo ta ấn phím OK Số các tập mờ tối đa mà FCPA cho phép khai báo là 7.Các tập mờ được khai báo sẽ mặc định:

-Có tên lần lượt là n-big, n-small, zero, p-small, p-big

-Có hàm thuộc hình tam giác được chia đều trên tập nền

Sau khi ấn phím OK, FCPA sẽ in ra màn hình cửa sổ soạn thảo hàm thuộc chomỗi tập mờ như sau:

* Cụ thể trong luận văn :

a Hàm thuộc cho biến ET :

b Hàm thuộc cho biến DET :

c Hàm thuộc cho biến Kr và Kp :

d Hàm thuộc cho biến An_pha :

Sửa đổi hàm thuộc : Muốn sửa đổi hàm thuộc mặc định cho tập mờ nào, ta kích

▼ và chọn tên tập mờ trong bảng danh mục hiện ra Hàm thuộc của tập mờ đượcchọn sẽ chuyển sang màu đỏ báo trạng thái tích cực của nó.

Việc sửa đổi hàm thuộc đồng nghĩa với việc đổi dạng (Singleton, tam giác hayhình thang) và miền xác định Có 2 cách sửa như sau:

1 -Cách thứ nhất: Chọn đỉnh của hàm thuộc cần sửa bằng cách đưa

chuột vào đỉnh đó và ấn phím chuột trái FCPA sẽ báo đỉnh đã đượctích cực bằng một vành khuyên nhỏ quanh đỉnh đó, ví dụ như ở hìnhdưới thì đỉnh C là đỉnh đã được tích cực Giữ nguyên phím chuột rồikéo đỉnh đó sang phải hoặc sang trái để thay đổi toạ độ của đỉnh

2 -Cách thứ hai: Sửa trực tiếp bằng cách ghi toạ độ mới vào các ô trong

cửa sổ Point

Như vậy muốn có hàm thuộc hình tam giác, ta cho đỉnh B trùng với đỉnh C (hai đỉnh

có cùng toạ độ) Để có dạng singleton ta cho A trùng với D, B trùng với C

Sau khi đã soạn thảo hay sửa đổi xong tất cả các giá trị của một biến vào, ta ấnphím OK để kết thúc, FCPA sẽ quay lại màn hình ban đầu

4.5 Soạn thảo giá trị cho từng biến (ngôn ngữ) đầu ra

Tương tự như đã khai báo hay sữa đổi cho giá trị biến vào, việc khai báo cácgiá trị (tập mờ) cho biến ra cũng được bắt đầu bằng cách nháy kép phím chuột tráitại biểu tượng của biến đầu ra Muốn soạn thảo hay sửa đổi giá trị ngôn ngữ(tậpmờ) cho một biến đầu ra nào đó ta nháy kép phím chuột trái tại biểu tượng củaphím đó

Ví dụ để soạn thảo giá trị cho biến ra Output01, ta nháy kép vào biểu tượng

của nó Khi đó cửa sổ soạn thảo sẽ hiện ra Tiếp tục ta kích chuột vào phím Insert

để khai báo số các tập mờ cho biến Output01

Chú ý là FCPA chỉ cho phép khai báo tối đa 9 giá trị cho mỗi biến ra

Sau khi khai báo xong số các giá trị (tập mờ )cho biến ra Output01 ta nhấnphím OK vào màn hình soạn thảo Khác với biến ngôn ngữ đầu vào, giá trị(tậpmờ) của các ra chỉ có duy nhất một dạng singleton

Muốn sửa đổi giá trị ngôn ngữ nào ta tích cực nó bằng cách chọn tên tập mờcủa giá trị đó trong bảng danh mục hiện ra khi ấn phím ▼ FCPA sẽ báo trạng tháitích cực cảu hàm thuộc của tập mờ được chọn bằng cách chuyển nó sang màu đỏ

và thêm một hình khuyên ở chính giữa

Để sửa đổi hàm thuộc dạng singleton đơn giản ta chỉ cần sửa đổi toạ độ của nóbằng cách đưa con trỏ vào hình khuyên, giữ phím chuột trái rồi kéo sang phải/trái,hoặc trực tiếp ghi toạ độ mới vào ô Point của cửa sổ màn hình soạn thảo

4.6.Soạn thảo luật hợp thành :

Sau khi khai báo xong biến ngôn ngữ vào/ra và các giá trị(tập mờ) cho chúng

chẳng hạn như ta đã khai báo m biến vào Input, … ,Inputm vớí các giá trị A m và sbiến ra Output 1=Bn1,…, output s với các giá trị Bi1 ,…, Bis bước tiếp theo là ta xâydựng luật hợp thành Để vào chế độ xây dựng luật hợp thành có cấu trúc

R1: Nếu Input 1=A11 và… và Input 1= A1m thì Output 1= B11 và…và

Outputs =B1s

R2: Nếu Input 1=A21 và… và Inputm =A 2m thì Output 1= B21 và…và

Luật hợp thành của các biến ngôn ngữ Kr, Kp,

An_pha được xây dựng theo phương pháp Zhao

ta nháy kép phím trái của chuột tại ô if… then:

Để soạn thảo từng mệnh đề hợp thành Aán phím insert để chèn thêm sẽ là một

cột gồm các ô trống Số các ô trống này được qui định bởi số các biến ngôn ngữvào ra mà ta đã khai báo từ trước Mỗi ô trống ứng với một biến ngôn ngữ Tiếptheo, nếu ta nháy chuột tại ô trống cua biến ngôn ngữ nào, trên màn hình sẽ hiện rabảng các giá trị(tập mờ) của biến ngôn ngữ đó để ta chọn Ví dụ ở màn hình soạnphía trên, mệnh đề hợp thành thứ nhất mà ta vừa soạn thảo bằng cách chọn giá trịcho nó từ bảng các giá trị chính là:

Nếu Intput01=n-big và Intput02=n-big thì Output01=p_big

Sau khi khai báo xong đầy đủ các mệnh đề hợp thành, màn hình soạn thảo luậthợp thành sẽ có dạng như sau:

trong đó, do bị khống chế về kích thước cửa sổ màn hình, số các mệnh đề hợpthành nhiều nhất có thể được hiển thị là 9 tuy nhiên ta có thể xem các mệnh đềhợp thành khác bằng cách dịch chuyển phím hiển thị nhờ chuột

4.7 Chọn động cơ suy diễn

FCPA chỉ cung cấp một động cơ suy diễn là max-MIN nên ta không có khảnăng chọn một động cơ suy diễn khác

Cùng với việc khai báo xong luật hợp thành ta đã kết thúc quá trình soạn thảomột bộ điều khiển mờ Aán phím OK để kết thúc quá trình soạn thảo và trở về cửa

sổ màn hình chính của FCPA Ví dụ sau khi khai báo một bộ điều khiển mờ có 3đầu vào, 2 đầu ra với luật hợp thành gồm 13 mệnh đề hợp và ấn phím OK, FCPA

sẽ quay trở về màn hình chính

* Quan sát một cách trực quan quan hệ vào ra của bộ điều khiển mờ vừa soạn

thảo ta chọn Debug3D Graphic Display, khi đó trên màn hình xuất hiện đồ thị

mô tả quan hệ vào/ra của bộ điều khiển mờ như sau:

a Kr :

b Kp :

c An_pha :

Ngoài ra, ta còn có thể sử dụng chương trình FCPA để mô phỏng tín hiệu vào ra

và các mối quan hệ của bộ điều khiển mờ (hình)

Bằng cách thiết lập giá trị cho các tập mờ ta có thể quan sát trạng thái và giá trịhiện thời của Kr, Kp, An_pha (hình )

Sử dụng DB mờ với FB30(fuzzy control)

 Các tham biến hình thức của F B30

Bộ điều khiển mờ được soạn thảo xong cần phải được cất giữ vào Project bằng

lệnh filesave Nó sẽ được lưu trữ vào Project dưới dạng một khối DB mà ta đã

đặt tên Khối dữ liệu mờ này được sử dụng cùng với khối hàm FB30 đã được lấy

từ Project FuzConEx trong thư viện của Simatic Manager khi cài đặt chương trình Fuzzy/FB Bởi vậy khi sử dụng khối dữ liệu mờ ta phải kết thúc FCPA bằng lệnh File Exit và quay trở lại Simatic Manager để viết lệnh sử dụng theo cấu trúc:

Cú pháp CALL FB30 , DBx

Trong đó DBx là tên khối dữ liệu mờ Khối FB30 (tên hình thức Fuzzy Control)

có 8 biến đầu vào INPUT 1 INPUT 8 kiểu số thực, 5 biến ra gồm OUTPUT 1OUTPUT 4 cũng kiểu số thực và INFO kiểu byte Khi thực hiện lệnh gọi khối

FB30 như trên, toàn bộ 8 biến hình thức đầu vào và 5 biến đầu ra hiện trên mànhình chờ ta truyền tham trị: