XÁC ĐỊNH Mễ TẢ TOÁN HỌC CỦA ĐỐI TƢỢNG ĐIỀU KHIỂN

4.1.1. Phƣơng phỏp xỏc định mụ tả toỏn học của đối tƣợng.

Để xỏc định mụ tả toỏn học của đối tƣợng sử dụng phƣơng phỏp thực nghiệm chủ động. Do đối tƣợng khụng trong quỏ trinh hoạt động nờn cho tỏc động đầu vào hàm A.1(t) và ghi lại phản ứng đầu ra là hàm H(t).

Dựa vào hàm H(t) cú thể xỏc định đƣợc hàm truyền đạt của đối tƣợng.

Quỏ trỡnh thực nghiệm này phải đƣợc tiến hành ở lõn cận điểm làm việc của đối tƣợng. Trƣớc hết cho một tỏc động đầu vào để đƣa đối tƣợng về xỏc lập ở lõn cận điểm làm việc. Sau đú mới cho tỏc động hàm A.1(t) và ghi lại phản ứng đầu ra của đối tƣợng.

4.1.2. Sơ đồ cấu trỳc chƣơng trỡnh.

Hoạt động chƣơng trỡnh: Phần mềm WinCC trờn mỏy tớnh truyền xuống PLC giỏ trị tốc độ mong muốn tại địa chỉ MD212. Chƣơng trỡnh trong khối OB1 sẽ chuyển giỏ trị này vào hàm FC106 xử lý và ghi ra bộ đệm của bộ chuyển đổi DAC ở địa chỉ PQW752 để xuất đến biến tần.

Mặt khỏc Hàm SFB48 trong khối OB1 cũng sẽ đọc tần số ở bộ đếm tốc độ cao do Encoder cung cấp đến, giỏ trị tần số đƣợc trả về ở địa chỉ MD216.

Lệnh nhõn số thực MUL_R nhõn kết quả này với hệ số K1. Tốc độ tối đa của băng tải đƣợc tớnh nhƣ sau:

Vmax = nCL.π.D = 5x3.14x0.06 = 0.942(m/s)

Trong đú: nCL = n/5 và n là tốc độ định mức của động cơ n = (1500v/p) D là đƣờng kớnh con lăn băng tải.

Hệ số K1 đƣợc tớnh nhƣ sau: K1 = Vmax / Fencoder = 0.942/500 = 0.00184. Sơ đồ cấu trỳc của chƣơng trỡnh đƣợc mụ tả nhƣ hỡnh 4-1

70

Hỡnh 4- 1: Sơ đồ cấu trỳc chương trỡnh

4.1.3. Xõy dựng chƣơng trỡnh thực nghiệm.

Trờn cơ sở hệ thống đó đƣợc lắp đặt tiến hành xõy dựng chƣơng trỡnh thực nghiệm. Sơ đồ khối cấu trỳc đƣợc mụ tả nhƣ trờn hỡnh 4-1, chƣơng trỡnh đƣợc mụ tả nhƣ hỡnh 4-2.

71

72

Ta cú đƣờng đặc tớnh nhƣ sau bằng phần mềm WinCC nhƣ hỡnh 4-3.

Hỡnh 4- 3: Đường đặc tớnh của đối tượng

4.1.4. Nhận xột.

- Đƣờng đặc tớnh là cỏc đƣờng bậc thang, nguyờn nhõn là do chự kỳ cập nhận của phần mềm WinCC đến bộ nhớ đệm của PLC là 250ms.

- Từ đồ đƣợng đặc tớnh của đối tƣợng ta thấy đối tƣợng là khõu quỏn tớnh bậc nhất.

- Đặt giỏ trị ban đầu là 0.1m/s giỏ trị đo đƣợc là 0.135(m/s). - Sau đú tăng lờn 0.3m/s, giỏ trị đo đƣợc là 0,401m/s.

- Ta cú hàm truyền đạt của đối tƣợng cú dạng nhƣ sau:

1 33 . 1 1 ) 1 . 0 3 . 0 /( ) 135 . 0 401 . 0 (       Ts Ts Gđt (4-1)

- Trong đú T là hằng số thời gian tớch phõn của khõu quỏn tớnh bậc nhất. - Từ đƣờng đặc tớnh trờn hỡnh 4-3 ta xỏc định đƣợc T = 5s.

73 - Vậy hàm truyền của đối tƣợng là:

1 5 33 . 1   s Gđt (4-2)

4.2.KHẢO SÁT HỆ THỐNG BẰNG MATLAB – SIMULINK.

Hàm truyền của đối tƣợng theo (4-2):

1 5 33 . 1   s Gđt 4.2.1. Tổng hợp vũng điều khiển tốc độ.

Đối tƣợng là khõu quỏn tớnh bậc nhất khụng cú trễ nhƣng do đõy vũng điều khiển bờn trong nờn cú những yờu cầu sau:

- Đỏp ứng nhanh.

- Chấp nhận đƣợc sai lệch tĩnh.

- Nờn ta sẽ chọn bộ điều khiển là khõu tỷ lệ P. Cấu trỳc vũng điều khiển tốc độ đƣợc mụ tả nhƣ hỡnh 4-4

Hỡnh 4- 4: Cấu trỳc vũng điều khiển tốc độ

Hỡnh 4-5: là đồ thị đỏp ứng của đầu ra vũng điều khiển tốc độ đối với đầu vào bƣớc nhảy.

74

Hỡnh 4- 5: Đỏp ứng đầu ra của vũng điều khiển tốc độ

Nhận xột: Ta thấy tớn hiệu ra cú sai lệch tĩnh với tớn hiệu đặt, tuy nhiờn thời gian đỏp ứng nhanh.

Hàm truyền kớn của hệ mới là.

96 , 16 5 96 , 15 1 5 12 . 33 , 1 1 12 . 1 5 33 , 1       s s s Gdt (4-3)

4.2.2. Tổng hợp vũng điều khiển lƣu lƣợng.

Đối tƣợng điều khiển ở đõy là đối tƣợng tƣơng đƣơng với mạch vũng điều khiển tốc độ cú hàm quỏ độ điều khiển đƣợc mụ tả trờn hỡnh 4-4 và hàm truyền đạt đƣợc xỏc định. 1 3 , 0 94 . 0 96 , 16 5 96 , 15 ) (     s s s G

Chọn bộ điều khiển là khõu tớch phõn cú dạng:

s T kp s R I  ) ( Trong đú tham số 2.k.T 2.0,94.0,30,564 kp TI

75 Chọn kp = 1; Ti = 0,564. Ta cú bộ điều khiển: s s R 564 , 0 1 ) ( 

Ta đƣợc cấu trỳc hệ thống điều khiển lƣu lƣợng đƣợc mụ tả nhƣ hỡnh 4-6.

Hỡnh 4- 6: Cấu trỳc hệ thống điều khiển lưu lượng

Hỡnh 4- 7: Đỏp ứng đầu ra của hệ thống

Nhận xột:

- Thời gian quỏ độ khoảng 4s. - Sai lệnh tĩnh bằng 0.

76

4.3.KHẢO SÁT TRấN HỆ THỐNG THỰC.

4.3.1. Điều khiển tốc độ với bộ điều khiển là khõu tỷ lệ.

Cấu trỳc chƣơng trỡnh điều khiển tốc độ đƣợc mụ tả nhƣ hỡnh 4-8.

Hỡnh 4- 8: Sơ đồ cấu trỳc chương trỡnh

Hoạt động:

Khối SFB48 đo tốc độ kết kết quả đƣa qua bộ nhõn MUL và đƣợc đƣa tới bộ nhớ đệm MD216 gửi lờn mỏy tớnh để giỏm sỏt và đƣa tới khối FB41 là khối điều khiển tốc độ.

Khối FB41 nhận hai giỏ trị từ mỏy tớnh là giỏ trị mong muốn tại địa chỉ MD208 và hệ số KP tại địa chỉ MD212. Kết quả của khối FB41 chuyển đến khối FC106 để đƣa tới biến tần qua bộ chuyển đổi analog.

MD212 địa chỉ lƣu giỏ trị mong muốn Sp trờn mỏy tớnh xuống; MD408 địa chỉ lƣu giỏ trị kp trờn mỏy tớnh xuống;

MD216 địa chỉ lƣu tốc độ đo đƣợc.

78

Hỡnh 4- 9: Chương trỡnh điều khiển tốc độ

79

4.3.2. Điều khiển lƣu lƣợng.

Cấu trỳc chƣơng trỡnh điều khiển lƣu lƣợng nhƣ hỡnh 4-11:

Tớn hiệu đo tốc độ đƣợc phỏt dạng tần số và đƣa đến cổng bộ đếm tốc độ cao HSC, chuyển thành giỏ trị số lƣu vào bộ nhớ đệm cú địa chỉ PIW768.

Hỡnh 4- 11: Sơ đồ cấu trỳc chương trỡnh.

Khối SFB48 nhận giỏ trị từ bộ nhớ đệm PIW768 và tớnh toỏn ra tần số, kết quả này đƣợc nhõn với hệ số K bằng lệnh nhõn MUL để đồng nhất kết quả là tốc độ (m/s) của băng tải. Kết quả này đƣợc chuyển tới khối FB41(2) điều khiển tốc độ và lƣu vào bộ nhớ cú địa chỉ MD258 để truyền lờn mỏy tớnh giỏm sỏt.

Tớn hiệu mật độ liệu trờn băng dƣới dạng điện ỏp 0~10vdc đƣợc đƣa đến cổng vào của bộ chuyển đổi analog AI0 và đƣợc chuyển thành giỏ trị số lƣ vào bộ nhớ đệm cú địa chỉ PIW752, khối FC105 sẽ đồng nhất hệ số là (kg) kết quả này đƣợc nhõn với hệ số K1bằng lệnh MUL để đồng nhất kết quả. Kết quả này đƣợc chuyển đến khối FB41(1) điều khiển lƣu lƣợng và đƣợc lƣu vào bộ nhớ đệm cú địa chỉ MD216 để truyền lờn mỏy tớnh giỏm sỏt.

80

Tớn hiệu ra điều khiển tốc độ đƣợc khối FC106 nhận kết quả từ khối FB41(2) đến và vào bộ đệm của bộ chuyển đổi analog out cú địa chỉ PIW752, kết quả ra là điện ỏp 0~10vdc điều khiển biến tần.

MD200 chứa giỏ trị lƣu lƣợng mong muốn(kg/h). MD204 chứa hệ số kp bộ điều khiển lƣu lƣợng. MD208 chứa hệ số ki bộ điều khiển lƣu lƣợng. MD212 chứa hệ số kp bộ điều khiển tốc độ. MD216 chứa giỏ trị tốc độ băng tải.

MD220 chứa giỏ trị lƣu lƣợng đo đƣợc. Chƣơng trỡnh chớnh đƣợc viết trong khố OB1.

Giao diện giỏm sỏt điều khiển trờn WinCC, đƣợc mụ tả nhƣ hỡnh 4-12.

81

Hỡnh 4- 13: Kết quả đầu ra bộ điều khiển lưu lượng

Nhận xột: Đó xõy dựng thành cụng mụ hỡnh hệ thống cõn định lƣợng sử dụng PLC để điều khiển và mỏy tớnh để giỏm sỏt.

Với mụ hỡnh thớ nghiệm này ta cú thể tiến hành cỏc thớ nghiệm sau:

1) Xỏc định mụ tả toỏn học của đối tƣợng bằng phƣơng phỏp thực nghiệm. 2) Khảo sỏt hệ thống điều khiển tốc độ cú thể thay đổi cỏc bộ điều khiển khỏc

nhau.

3) Khảo sỏt hệ thống cõn định lƣợng cú thể thay đổi cỏc bộ điều khiển khỏc nhau PI, PID.

82

Hỡnh 4- 14: Bộ điều khiển PLC S7-300

83

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Trong quỏ trỡnh làm luận văn, đựơc sự giỳp đỡ của thầy giỏo –TS Nguyễn Văn Hũa cũng nhƣ một số thầy giỏo trong Viện đào tạo sau đại học, Viện điện, bản luận văn này đó hoàn thành với cỏc kết quả đạt đƣợc nhƣ sau:

Đó tỡm hiểu cỏc hệ thống cõn định lƣợng trong cụng nghiệp. Trờn cơ sở đú đó xõy dựng hoàn chỉnh mụ hỡnh thớ nghiệm hệ cõn định lƣợng bao gồm: Hệ thống băng tải và cỏc trang thiết bị cần thiết nhƣ động cơ, biến tần, thiết bị đo tốc độ và mật độ liệu trờn băng.

Đó sử dụng PLC S7-300 để điều khiển hệ thống. Đó xõy dựng hoàn chỉnh cỏc chƣơng trỡnh điều khiển cho PLC và chƣơng trỡnh giỏm sỏt trờn mỏy tớnh.

Trờn cơ sở hệ thống đó xõy dựng đƣợc tiến hành cỏc thớ nghiệm ban đầu nhƣ: Xỏc định mụ hỡnh toỏn học của đối tƣợng, điều khiển tốc độ băng tải và điều khiển quỏ trỡnh cõn định lƣợng.

Trờn cơ sở mụ hỡnh này cú thể cho phộp tiến hành cỏc thớ nghiệm sau: 1. Tỡm hiểu hệ thống kết nối PLC với đối tƣợng điều khiển và mỏy tớnh

giỏm sỏt.

2. Xỏc định mụ hỡnh toỏn học của đối tƣợng bằng phƣơng phỏp thực nghiệm chủ động.

3. Hệ thống điều khiển tốc độ sử dụng sử dụng cỏ thuật toỏn điều khiển PID. 4. Hệ thống điều khiển cõn định lƣợng sử dụng cỏc thuật toỏn điều khiển

84

HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI:

- Nghiờn cứu ảnh hƣởng của nhiễu tỏc động để nõng cao chất lƣợng hệ thống. - Tớch hợp hệ thống cõn băng định lƣợng với cỏc hệ thống điều khiển quỏ trỡnh cụng nghiệp.

85 TÀI LIỆU THAM KHẢO

TIẾNG VIỆT

1. Nguyễn Doón Phƣớc (2009), Lý thuyết điều khiển tuyến tớnh, Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật Hà Nội.

2. Nguyến Doón Phƣớc, Phan Xuõn Minh, Vũ Võn Hà (2000), Tự động húa

với SIMATIC S7-300, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật.

3. Nguyễn Văn Hoà (2001), Cơ sở lý thuyết điều khiển tự động, Nxb Khoa học và kĩ thuật, Hà Nội.

4. http://www.dientuvietnam.net luồng lập trỡnh PLC và WinCC

TIẾNG ANH

1. Siemens AG, Siemens_manual_over_s7-300_moduler.

2. Siemens AG, System and Standard Functions for S7-300 and S7-400.

3. Siemens AG, S7pidcob.