Luận văn tổng hợp hệ thống điều chỉnh nhiệt độ sử dụng khối PID của PLC s7 300

luận văn

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật . .i BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI PHẠM THANH LIÊM TỔNG HỢP HỆ THỐNG ðIỀU CHỈNH NHIỆT ðỘ SỬ DỤNG KHỐI PID CỦA PLC S7 – 300 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành: ðiện khí hóa SX Nông nghiệp và Nông thôn Mã số : 60.52.54 Người hướng dẫn khoa học : Tiến sĩ Nguyễn Văn Hòa Hà Nội - 2010 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật . .ii LỜI CAM ðOAN Tôi xin cam ñoan rằng ñây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn này là trung thực và chưa công bố trong công trình khoa học nào trước ñó. Tôi xin cam ñoan rằng các thông tin trích dẫn trong bản luận văn của tôi ñều ñược chỉ rõ nguồn gốc. Tác giả Phạm Thanh Liêm Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật . .iii LỜI CẢM ƠN Sau một thời gian học tập và nghiên cứu tại trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội. Tôi ñã hoàn thành luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật với ñề tài: “ Tổng hợp hệ thổng ñiều chỉnh nhiệt ñộ sử dụng khối PID của PLC S7-300”. Tôi xin chân thành cám ơn TS. Nguyễn Văn Hoà ñã tận tình hướng dẫn và tạo mọi ñiều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành luận văn. Tôi xin chân thành cám ơn Bộ môn ðiện kỹ thuật – Khoa cơ ñiện, Viện sau ðại học Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội ñã ñọc và ñóng góp nhiều ý kiến quý báu ñể luận văn của tôi ñược hoàn chỉnh hơn. Tôi xin ñược bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc ñến Ban giám hiệu và lãnh ñạo Trường Cao ñẳng nghề Cơ ñiện Tây Bắc nơi tôi công tác ñã tạo mọi ñiều kiện thuận lợi nhất ñể tôi hoàn thành nhiệm vụ học tập và nghiên cứu. Tôi xin ñược bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc ñến bạn bè ñồng nghiệp và gia ñình ñã ñộng viên khích lệ ñể hoàn thành luận văn này. Hoà Bình , ngày 06 tháng 10 năm 2010 Tác giả Phạm Thanh Liêm Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s k thut . .iv mục lục Mở đầu 1 Chơng I - Nghiên cứu tổng quát PLC 3 1.1 Khái quát về kỹ thuật điều khiển 3 1.2 Thiết bị điều khiển khả trình (PLC) 5 1.3 Cấu trúc PLC S7-300 6 1.3.1 PLC là gì? 6 1.3.2 Nguyên lý chung và cấu trúc bộ PLC 7 1.3.3 Hệ PLC S7-300 9 1.3.4 Các module của PLC S7-300 9 1.4 Phần mềm STEP-7 11 1.4.1 STEP7 định nghĩa và chức năng 11 1.4.2 Bộ chơng trình Step7 chuẩn( STEP7 Standard Package) 12 1.5 Kỹ thuật lập trình 15 1.5.1 Lập trình tuyến tính 15 1.5.2 Lập trình có cấu trúc 17 1.5.2.1 Khai báo local block cho FC 18 1.5.2.2 Gọi khối FC và thủ tục chuyển tham trị 20 1.5.2.3 Local block của khối FB 20 1.5.2.4 Instance block và thủ tục gọi khối FB 22 1.5.2.5 Ngăn xếp B và ngăn xếp L (B-Stack, L-Stack) 24 Chơng II Nghiên cứu module mềm pid 25 2.1 Các khối chức năng điều khiển PID trong PLC. 25 2.1.1 Module điều khiển liên tục với FB41 CONT_C 26 2.1.2 Modul điều khiển bớc FB42 CONT_S 36 2.1.3 Khối tạo xung FB43 PULSEGEN 38 2.1.4. Module xử lý tín hiệu SCALE FC105. 46 Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s k thut . .v 2.1.5. Một số chú ý khi sử dụng Module mềm PID. 47 2.2. Phơng pháp khai thác và sử dụng các khối điều khiển 48 2.2.1. Cài đặt bộ điều khiển PID bằng khối FB41 CONT_C và khối FB43 PULSEGEN 48 2.2.2. Cài đặt bộ điều khiển Cascade trên cơ sở FB41 CONT_C 50 2.2.3. Cài đặt điều khiển bù ảnh hởng của nhiễu từ tín hiệu đặt bằng FB41 CONT_C. 51 Chơng III Xây dựng hệ thống điều khiển sử dụng Module mềm PID trong PLC 54 3.1 Cấu trúc hệ thống. 54 3.1.1. Các phần tử trong hệ thống: 55 3.1.2. Nguyên lý hoạt động của hệ thống. 57 3.2. Phần mềm giám sát WinCC 58 Chơng 4. Khảo sát hệ thống. 65 4.1 Xác định mô tả động học của đối tợng 65 4.1.1 Các phơng pháp xác định mô tả động học của đối tợng 65 4.1.1.1 Phơng pháp giải tích 65 4.1.1.2 Phơng pháp thực nghiệm chủ động 65 4.1.2 Xác định mô tả động học của lò điện trở 68 4-2 Khảo sát hệ thống bằng mô phỏng sử dụng Matlab 71 4.2.1.Xỏc ủnh thụng s b ủiu khin 71 4.2.1.1 Xác định thông số bộ điều khiển theo đặc tính thời gian của đối tợng điều khiển. 71 4.2.1.2. Xỏc ủnh thụng s b ủiu khin theo phng phỏp phõn min nghim s 74 Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s k thut . .vi 4.2.2 Phơng pháp sử dụng Matlab Simulink 81 4.2.2.1 Các bớc để mô phỏng hệ thống bằng SIMULINK. 81 4.2.2.2 Th viện SIMULINK 83 4.2.3 Khảo sát hệ thống lò điện trở dùng công cụ SIMULINK 84 4.3 Khảo sát hệ thống điều khiển thực 89 Kết luận và đề nghị 93 Tài liệu tham khảo 95 Phụ lục 96 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật . .vii Danh môc c¸c tõ viÕt t¾t B§K Bé ®iÒu khiÓn §T§K §èi t−îng ®iÒu khiÓn HT§K HÖ thèng ®iÒu khiÓn Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s k thut . .viii Danh mục các bảng biểu Bảng 2.1 Kết hợp công tắc chuyển mạch 41 Bảng 2.2 Ví dụ về điều khiển nhiệt độ 42 Bảng 2.3 Chế độ điều khiển 2 vị trí 45 Bảng 2.4 Chế độ điều khiển 2 và 3 vị trí trong mạch manual mode 46 Bảng 4.1 Thông số bộ điều khiển theo công thức kinh nghiệm 73 Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s k thut . .ix Danh mục các hình ảnh Hình 1.1 Đối tợng điều khiển 4 Hình 1.2 Hệ thống điều khiển vòng hở 4 Hình 1.3 Hệ thống điều khiển vòng kín 5 Hình 1.4 Cấu trúc của một PLC 7 Hình 1.5 Hệ thống điều khiển có một PLC 8 Hình 1.6 Hệ thống điều khiển phức tạp 9 Hình 1.7 SIMATIC S7-300 của SIEMENS 9 Hình 1.8 Sơ đồ kết nối các module của S7-300 Trên RACK 11 Hình 1.9 Giao diện màn hình SIMATIC MANAGER 13 Hình 1.10 Giao diện chức năng chỉnh sửa tên hình thức 14 Hình 1. 11 Thực hiện một chơng trình tuyến tính 16 Hình 1.12 Thực hiện gọi khối FC10 18 Hình 1.13 Thực hiện gọi khối FB 41 cùng với DB2 từ OB1 21 Hình 1.14 Giới thiệu B - stack 24 Hình 2.1 Sơ đồ cấu trúc của khối FB41 27 Hình 2.2 Sơ đồ cấu trúc chức năng của khối FB41 28 Hình 2.3 Giao diện tạo khối DB 29 Hình 2.4 Gán tham số cho khối FB41 29 Hình 2.5 Khối DEAD BAND 31 Hình 2.6 Sơ đồ cấu trúc khối FB42 37 Hình 2.7 Sơ đồ cấu trúc khối FB43 39 Hình 2.8 Nguyên lý tạo xung của FB43 39 Hình 2.9 Sơ đồ của khối tạo xung của FB43 40 Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s k thut . .x Hình 2.10 Biểu đồ đặc tính ở chế độ điều khiển 3 vị trí 42 Hình 2.11 Biểu đồ đặc tính ở chế độ điều khiển 3 vị trí không đối xứng 44 Hình 2.12 Biểu đồ đặc tính ở chế độ 2 vị trí 44 Hình 2.13 Biểu đồ đặc tính ở chế độ điều khiển 2 vị trí 0 -100% 45 Hình 2.14 Dạng LAD của hàm FC105 47 Hình 2.15 Cấu trúc chơng trình trong khối OB35 49 Hình 2.16 Sơ đồ nguyên lý điều khiển PID trong khối OB35 50 Hình 2.17 Sơ đồ nguyên lý điều khiển Cascade trong khối OB35 51 Hình 2.18 Project của chơng trình bộ điều khiển Cascade trong Step7 51 Hình 2.19 Cấu trúc bộ điều khiển bù nhiễu từ tín hiệu đặt 52 Hình 2.20 Cấu trúc bộ điều khiển bù ảnh hởng nhiễu 52 Hình 2.21 Sơ đồ nguyên lý điều khiển bù nhiễu trong khối OB35 53 Hình 2.22 Project của chơng trình bộ điều khiển bù nhiễu trong Step7 53 Hình 3.1 S ủ b trớ v kt ni cỏc thit b thớ nghim 54 Hình 3.2 S ủ khi cu trỳc ca h thng 55 Hình 3.3 Cu to AQ-R SOLID STATE RELAY loi AQR20A2 ZV10/18VDC 56 Hình 3.4 th nguyờn lý lm vic ca AQ-R SOLID STATE RELAY 56 Hỡnh 3.5 - Xung ủin ỏp cp cho lũ 58 Hỡnh 3.6 - To Project mi trong WinCC 59 Hỡnh 3.7- t tờn cho Project mi v ủng dn 59 Hỡnh 3.8 - Chn trm SIMATIC S7 60