3.2.1.1. Giới thiệu.
FB41 là một bộ điều khiển mềm trong đú tớch hợp 3 khõu điều khiển cơ bản là tỷ lệ, tớch phõn và vi phõn, đƣợc hóng Siement tớch hợp sẵn trong gúi phần mềm SIMATIC cho dũng PLC S7.
FB41 đƣợc sử dụng để điều khiển cỏc quỏ trỡnh kỹ thuật với cỏc biến đầu vào và đầu ra tƣơng tự trờn cơ sở thiết bị khả trỡnh Simatic. Trong khi thiết lập tham số, cú thể tớch cực hoặc khụng tớch cực một số thành phần chức năng của bộ điều khiển PID cho phự hợp với cỏc đối tƣợng.
Cú thể sử dụng module mềm PID nhƣ một bộ điều khiển với tớn hiệu chủ đạo đặt cứng (fixed setpoint) hoặc thiết kế một hệ thống điều khiển nhiều mạch vũng theo kiểu điều khiển cascade. Nhứng chức năng điều khển đƣợc thiết kế trờn cơ sở của thuật điều khiển PID của bộ điều khiển mẫu với tớn hiệu tƣơng tự.
Module mềm PID bao gồm tớn hiệu chủ đạo SP_INT, tớn hiệu ra của cỏc đối tƣợng PV_PER, tớn hiệu giả để mụ phỏng tớn hiệu ra của đối tƣợng PV_IN, cỏc biến trung gian trong quỏ trỡnh thực hiện luật và thuật toỏn điều khiển PID nhƣ PVPER_ON, P_SEL, D_SEL, man_ON...
Tớn hiệu ra của CRP_IN = PV_PER*100/27648.
Chuẩn húa: Chức năng của hàm chuẩn húa PV_NORM tớn hiệu ra của đối tƣợng là chuẩn húa tớn hiệu ra của hàm CRP-IN theo cụng thức:
Tớn hiệu ra của PV_NORM = (Tớn hiệu ra của CRP_IN)*PV_FAC_OFF. Hai tham trị khống chế dóy giỏ trị cho phộp của PV_NORM là PV_FAC và PV_OFF. Mặc định PV_FAC của hàm PV_NORM cú giỏ trị bằng 1 và PV_OFF cú giỏ trị bằng 0.
45
Hỡnh 3- 2: Cấu trỳc của khối FB41
Lọc nhiễu tỏc động trong lõn cận điệm làm việc: Tớn hiệu sai lệch là tớn hiệu giữa tớn hiệu chủ đạo và tớn hiệu ra của đối tƣợng. Nú đƣợc tạo ra ngay trong FB41 và là dấu vào của khối DEADBAND cú tỏc dụng lọc những dao động nhỏ xung quanh giỏ trị xỏc lập. Nếu khụng muốn sử dụng DEADBAND hoặc với đối tƣợng mà cú thể bỏ qua sự ảnh hƣởng của nhiễu trong lõn cận điểm làm việc ta chọn DEAD_W = 0.
3.2.1.2. Chọn luật điều khiển.
Sơ đồ cấu trỳc lựa chọn luật điều khiển trong khối FB41 đƣợc mụ tả nhƣ hỡnh 3-3:
46
Hỡnh 3- 3: Cấu trỳc luật điều khiển
Hỡnh 3-3 mụ tả thuật toỏn PID đƣợc thiết kế theo kiểu song song của ba thuật toỏn điều khiển đơn lẻ: tỷ lệ P, tớch phõn I và vi phõn D theo sơ đồ cấu trỳc trong hỡnh trờn (sau khối DEADBAND). Chớnh vỡ cấu trỳc song song nhƣ vậy nờn ta cú thể thụng qua cỏc tham trị P_SEL, I_SEL hay D_SEL mà tớch hợp cỏc thuật toỏn điều khiển khỏc nhau từ bộ điều khiển mẫu này nhƣ là P, PI, PD hay PID.
3.2.1.3. Đặt giỏ trị.
Phần mềm cho phộp chế độ tự động (automatic mode) hoặc chế độ bằng tay. Ở chế độ bằng tay cỏc chế độ của cỏc biến đƣợc chọn bằng tay. Bộ tớch phõn (INT) tự thiết lập chế độ LNM_P_DISV và bộ vi phõn (DIF) tự động về 0. Điều đú đảm bảo cho việc chuyển chế độ từ thiết lập giỏ trị bằng tay về chế độ tự động khụng gõy một biến đổi nào đối với cỏc biến đó đƣợc thiết lập giỏ trị bằng tay.
Cũng cú thể đặt giới hạn cho cỏc giỏ trị đƣợc thiết lập bằng tay nhờ hàm LMN_LIMIT. Một bớt cờ sẽ cú một giỏ trị logic bằng 1 khi biến vào cú giỏ trị vƣợt quỏ giới hạn đó chọn. Hàm LMN_NORM sẽ chuẩn húa tớn hiệu ra của hàm LMNLIMIT theo cụng thức.
47
Mặc định LMN_FAC cú giỏ trị bằng 1, cũn LMN_OFF cú giỏ trị bằng 0. Cỏc giỏ trị đặt bằng tay cú thể theo một cỏch biểu diễn riờng. Hàm CRP_OUT cú chức năng biến đổi từ kiểu biểu diễn số thực dấu phẩy động sang kiểu biểu diễn riờng theo cụng thức
LMN_PER = LMN*27648/100
Ngoài ra nhiễu cú thể đƣợc lọc trƣớc bằng cỏh đƣa qua đầu vào DISV.
3.2.1.4. Khởi động và thụng bỏo lỗi.
FB41 cú một chƣơng trỡnh con phục vụ cho việc khởi tạo lại hoàn toàn hệ thống. Chƣơng trỡnh này đƣợc gọi khi tớn hiệu vào COM_RST cú giỏ trị bằng 1.
Trong khi khởi tạo, luật điều khiển tớch phõn đƣợc tự động thiết lập với giỏ trị khởi tạo I_ITVAL. Nếu luật điều khiển đƣợc gọi theo ngắt thời gian, nú sẽ luụn luụn làm việc với giỏ trị này. Tất cả đầu ra khỏc đƣợc đặt giỏ trị mặc định.
Khối FB41 khụng cú khả năng tự kiểm tra lỗi bờn trong của module mềm PID. Mó húa lỗi RET_VAL khụng đƣợc sử dụng.
Để sử dụng khối FB41 ta vào Libraries/ Stadard Libraries/ Pid control block/ FB41 CONT-C ICON.
48
49
3.2.1.5. Cỏc biến hỡnh thức đầu vào.
Bảng 3- 1 Biến hỡnh thức đầu vào của khối SFB41
Tờn biến Kiểu Mụ tả chức năng
COM_RST BOOL Khối cú chức năng khởi tạo lại hệ thống hoàn toàn khi đầu vào “complete restart” đƣợc thiết lập giỏ trị logic 1.
MAN_ON BOOL Khi đầu vào này lờn ON thỡ mạch vũng điều khiển sẽ bị ngắt, cỏc giỏ trị sẽ đƣợc thiết lập bằng tay.
PVP_ON BOOL Khi đọc biến quỏ trỡnh từ cỏc cổng vào ra, đầu vào PV_PER phải đƣợc nối với cổng vào ra và đầu vào “process variable peripheral” cú giỏ trị logic là 1.
P_SEL BOOL Hoạt động của bộ điều khiển PID cú thể tớch cực hoặc khụng tớch cực từng phần riờng trong thuật toỏn điều khiển PID. Thuật toỏn điều khiển tỷ lệ đƣợc kớch hoạt khi giỏ trị logic bằng 1 đƣợc thiết lập tại cổng vào “proportional action on”.
I_SEL BOOL Hoạt động của bộ điều khiển PID cú thể tớch cực từng phần riờng trong thuật toỏn PID. Luật tỷ lệ đƣợc kớch hoạt khi giỏ trị logic bằng 1 đƣợc thiết lập tại cổng vào
“Proportional action on”.
INT_HOLD BOOL Đầu ra của bộ điều khiển tớch phõn cú thể bị “đụng lạnh” (khụng đƣợc sử dụng ) khi thiết lập giỏ trị logic 1 cho đầu vào “intergral action hold”.
50
I_ITL_ON BOOL Đầu ra của bộ điều khiển tớch phõn cú thể đƣợc nối vào cổng vào I_ITL_VAL nếu nhƣ cổng vào “intialization of intergral action” cú giỏ trị logic 1.
D_SEL BOOL Hoạt động của bộ PID cú thể đƣợc tớch cực hoặc khụng tớch cực từng phần riờng trong luật PID. Luật điều khiển vi phõn đƣợc kớch hoạt khi giỏ trị logic 1 đƣợc thiết lập tại cổng vào “derivate action on”.
CYCLE TIME Thời gian lấy mẫy. Là khoảng thời gian khụng đổi giữa cỏc lần khối đƣợc cập nhật. SP_INT REAL Đầu vào “internal setpoint” đƣợc sử dụng
để thiết lập tớn hiệu chủ đạo (tớn hiệu mẫu). PV_IN REAL Biến quỏ trỡnh, giỏ trị khởi tạo cú thể đặt ở
đầu vào hoặc từ biến quỏ trỡnh đƣợc nối với CPU thụng qua cổng vào tƣơng tự.
PV_PER WORD Biến quỏ trỡnh đƣợc nối với CPU thụng qua cổng vào tƣơng tự.
MAN REAL Cổng vào đƣợc sử dụng để đặt cỏc giỏ trị bằng cỏc hàm giao diện.
GAIN REAL Đầu vào đƣợc sử dụng để thiết lập hệ số tỷ lệ cho bộ điều khiển theo luật tỷ lệ.
TI TIME Cổng vào “reset time” đƣợc sử dụng để
thiết lập hằng số thời gian tớch phõn cho bộ điều khiển tớch phõn.
TD TIME Cổng vào derivate time đƣợc sử dụng để
thiết lập hằng số thời gian vi phõn chp bộ điều khiển vi phõn.
51
phõn đƣợc chọn thụng qua cổng vào “ time lag of the derivate action”.
DEADB_W REAL Một vựng kộm nhạy để xử lý tớn hiệu sai lệch. Độ rộng của vựng kộm nhạy đƣợc đặt thụng qua cổng vào “dead band width”. LMN_HLM REAL Giới hạn trờn đƣợc thiết lập bằng tay qua
cổng “manipulated value hight limit”. LMN_LLM REAL Giỏ trị hạn chế dƣới đƣợc thiết lập bằng tay
thụng qua cổng vào “manipulated value low limit”.
PV_FAC REAL Biến quỏ trỡnh đƣợc nhõn với một hệ số cho phự hợp với phạm vi qui định của biến này. Hệ số đƣợc chọn thụng qua cổng vào “process variable factor”.
PV_OFF REAL Biến quỏ trỡnh đƣợc cộng với một lƣợng bự cho phự hợp với phạm vi quy định của biến này. Giỏ trị bự đƣợc chọn thụng qua cổng vào “procees variable offset”.
LMN_FAC REAL Giỏ trị giới hạn đƣợc nhõn với một hệ số cho phự hợp với phạm vi quy định của biến quỏ trỡnh.
LMN_OFF REAL Giỏ trị giới hạn đƣợc cộng thờm một lƣợng bự cho phự hợp với phạm vi quy định. I_ITLVAL REAL Giỏ trị đầu ra của bộ điều khiển tớch phõn cú
đƣợc thiết lập thụng qua cổng vào
“initialization value of the integral action”.
3.2.1.6. Cỏc biến hỡnh thức đầu ra.
52
Tờn biến Kiểu Mụ tả chức năng
LMN REAL Giỏ trị đƣợc thiết lập bằng tay thụng qua cổng “manipulatad value”.
LMN_PER WORD Giỏ trị đầu ra thiết lập bằng tay theo kiểu biểu diễn phự hợp với cỏc cổng vào ra tƣơng tự đƣợc chọn qua cổng ra “manipulated value peripheral” .
QLMN_HLM BOOL Đầu ra thụng bỏo biến quỏ trỡnh vƣợt quỏ giới hạn trờn.
QLMN_LLM BOOL Đầu ra thụng bỏo biến quỏ trỡnh vƣợt quỏ giới hạn dƣới.
LMN_P REAL Giỏ trị đầu ra của thành phẩn tỷ lệ. LMN_I REAL Giỏ trị đầu ra của thành phần tớch phõn. LMN_D REAL Giỏ trị đầu ra của thành phần vi phõn.
PV REAL Giỏ trị đầu ra của biến quỏ trỡnh.
ER REAL Giỏ trị sai số e.