Hàm chức năng – FUNCTION

Một phần của tài liệu Điều khiển và giám sát hệ thống ổn định áp suất nước sử dụng biến tần kết hợp thuật toán PID và điều khiển bằng PLC s7 1200 (Trang 61)

CHƯƠNG 3 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT

3.6.4.3 Hàm chức năng – FUNCTION

 Functions (FCs) là các kh i mã không c n b nh . Dố ầ ộ ớ ữ liệu c a các bi n tủ ế ạm thờ ịi b mất sau khi FC được xử lý. Các khối dữ liệu tồn c u có thầ ể đượ ửc s dụng để lưu trữ dữ liệu FC.

Functions có th ể được s d ng v i mử ụ ớ ục đích: - Trả l i giá ạ trịcho hàm chứ năng được g c ọi.

- Thực hi n cơng nghệ ệ chức năng, ví dụ: Điều khiển riêng với các hoạt động nhị phân.

Ngồi ra, FC có th ể được g i nhi u l n t i các thọ ề ầ ạ ời điểm khác nhau trong một chương trình. Điều này tạo điều kiện cho lập trình chức năng lập đi lặp l i phức t p. ạ ạ

 FB (function block): Đố ới v i m i l n g i, FB c n m t khu v c nh . Khi mỗ ầ ọ ầ ộ ự ớ ột FB được gọi, một Data Block (DB) được gán với instance DB. Dữ liệu trong Instance DB sau đó truy cập vào các bi n củế a FB. Các khu vực b nh khác ộ ớ nhau đã được gán cho một FB nếu nó được gọi ra nhiều lần.

 DB (data block): DB thường để cung cấp bộ nhớ cho các biến dữ liệu . Có hai lo i c a kh i d ạ ủ ố ữliệu DB: Global DBs nơi mà tất cả các OB, FB và FC có thể đọc được dữ ệu lưu trữ, hoặc có thể tự mình ghi dữ li liệu vào DB, và instance DB được gán cho một FB nhất định.

3.7 Giới thiệu tổng quan v phần mềm ứng d ng WinCC

3.7.1 Khái niệm

WinCC (Window Control Center) là m t hộ ệ thống ph n mầ ềm điều khi n giám sát ể cơng nghi p, có tính k ệ ỹthuật và h ệthống màn hình hi n th ể ị đồ họa để điều khi n các nhiể ệm vụ đặt ra trong s n xu t và tả ấ ự động hóa q trình. Hệ thống này có ch a nh ng Module ứ ữ chức năng tích hợp cơng nghiệp cho hiển th đồ họị a, thơng báo, lưu trữ và các báo cáo. Nó là một trình điều khi n m nh, nhanh chóng c p nh t các hình nh c a các quá trình quan ể ạ ậ ậ ả ủ sát, và các chức năng lưu trữan tồn bảo đảm m t tính lộ ợi ích cao.

3.7.2 Chức năng

Graphics Designer: Th c hi n d dàng các chự ệ ể ức năng mô phỏng và hoạt động qua các đối tượng đồ h a cọ ủa chương trình WinCC, Windows, I/O,.. và các thuộc tính hoạt động (Dynamic).

Alarm Logging: Thực hi n vi c hi n th các thông báo hay các c nh báo khi h ệ ệ ể ị ả ệ thống vận hành. Nhận các thông tin từ các quá trình, hiển th , hị ồi đáp và lưu trữ chúng. Alarm Logging còn giúp ta phát hi n ra nguyên nhân cệ ủa lỗi.

Tag Logging: Thu thập, lưu trữ và xuất ra dưới nhi u d ng khác nhau t các quá ề ạ ừ trình đang thực thi.

Report Designer: Tạo ra các thơng báo, k t quế ả. Và các thông báo này được lưu dưới dạng nhật ký sự kiện.

User Achivers: Cho phép người sử dụng lưu trữ dữ liệu từ chương trình ứng dụng và có khả năng trao đổ ới v i các thiết bị khác.Trong WinCC, các công thức và ứng d ng có ụ thể soạn thảo, lưu trữ và s d ng trong h ử ụ ệ ống. th

Ngồi ra, WinCC cịn k t h p v i Visual C++, Visual Basic t o ra m t h ế ợ ớ ạ ộ ệthống tinh vi và phù h p cho t ng hợ ừ ệ thống tự động hóa chuyên bi ệt.

WinCC có th t o m t giao diể ạ ộ ện Người và Máy HMI d a trên s giao ti p gi– ự ự ế ữa con người với các thiết bị, hệ thống tự động hóa thơng qua hình ảnh, số liệu, sơ đồ,.. Giao diện có th ể cho phép người dùng v n hành, theo d i t xa và cịn có th cậ ỏ ừ ể ảnh báo, báo động khi có s c . ự ố

WinCC là chương trình thiết kế giao diện Người Máy thực sự cần thiết cho các hệ thống tự động hóa cao và hiện đại.

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ THI CÔNG VÀ LẬP TRÌNH

4.1 Mơ hình h thống

Bước 1: Xây d ng mơ hình 3D trên ph n m m Autocad ự ầ ề để xác định kích thước, v ị

trí thi t bế ị

Bước 2: Mua vật tư dựa vào kích thước trên phần m m: thùng x p, sề ố ắt V, bơm, ống

nước PVC,…

Bước 3: Tiến hành làm khung ch a thùng x p ứ ố

Bước 4: Bỏ thùng x p vào khung và l p các thanh g ố ắ ỗ để đặt bơm

Bước 5: Xác định v ị trí bơm và cố định bơm

Bước 6: Lắp đặt đường ống hút và xả nước

Figure 4.1-2 Mơ hình hệ thống thực tế

4.2 Lựa ch n thiọ ết bị

4.2.1 PLC S7-1200 CPU 1212 (DC/DC/DC)

Với đề tài được giao, chúng em lựa chọn PLC S7-1200 CPU 1212 DC/DC/DC, vì

analog, biến t n, s ngõ vào/ra nhi u, có tích h p bầ ố ề ợ ộ điều khiển PID,… và hơn hết là phù hợp với điều ki n sinh viên chúng em. ệ

Figure 4.2-1 CPU 1212C DC/DC/DC 6ES7212-1AE31-0XB0

Table 4.2-1 V trí chân k t nế ố ủi c a CPU 1212 DC/DC/DC

Thông số kĩ thuật

Category PLC controller

Interfaces -

Counter 3 (100kHz) + 1 (30kHz)

No. of analogue inputs 2

No. of digital inputs (max.) 8

No. of inputs (max.) 1

No. of outputs (max.) 6

No. of relay outputs (max.) 6

Supported protocols TCP / IP, ISO- -TCP, USS drive on protocol, Modbus Master/Slave

Min. operating voltage 20.4 VDC

Clock Summer/winter changeover

Operating voltage 20.4 28.8 VDC –

Max. operating voltage 28.8 VDC

Height 100 mm

Width 90 mm

Program memory 1 MB

IP rating IP65 (on front)/IP20 (on back)

Data storage 25 kB

No. of extension modules Max 1 Signalboard, 2 Signal Module, 3 Communications Module

Type CPU 1212 DC/DC/DC

Manufacturer part # 6ES7212-1AE31-0XB0

Display NO

T 75mm

Analogue inputs 2AE OF 0-10V

Digital outputs 6 (24VDC)

Digital inputs 8 (24VDC)

Operating voltage 20.0 28.8VDC –

4.2.2 Bơm 1 pha

Figure 4.2-3 Bơm 1 pha

Thông số kĩ thuật Model 1DK-15 Điện áp 220V Công suất 370W Tần số 50 Hz Tốc độ vòng quay 2900 v/phút

Chiều cao đẩy tối đa 15 m

Chiều cao đẩy định mức 10 m

Lưu lượng tối đa 6.5 m3/h

Lưu lượng định mức 1.5 m3/h

Chiều cao hút tối đa 8 m

Chiều cao hút định mức 6 m

Table 4.2-3 Thông s ố kĩ thuật bơm 1 pha

4.2.3 Cảm bi n áp suế ất nước

Thông số kĩ thuật

Hãng SMC

Model ISE40-01-22L

Analog output Ngõ ra điện áp: 1V – 5V

Dãi áp suất -0.100 1.00 MPa –

Số dây: Brown (+) Black (OUT1) White (OUT2) Gray Blue (-) 5 DC12-24V NPN 80mA NPN 80 mA Analog Out 0V

Table 4.2-4 Thông s ố kĩ thuật cảm biến áp suất

4.3 Thiết kế và lắp đặ ủ điện t t

Bước 1: Thiết k t ế ủ điện trên ph n mầ ềm Autocad để xác định kích thước tủ và bố trí

thiết bị

Bước 2: Mua vỏ ủ t và các thiết bị

Bước 3: Xác định v trí và khoét lị ỗ

Bước 4: Lắp thiết bị lên tủ

Bước 5: Đi dây trong tủ điện

Bước 6: Lắp cảm biến lên mơ hình

Figure 4.3-2 Mặt trước và m t bên tặ ủ

Figure 4.3-5 Mặt trước của tủ khi hồn thành

4.4 Chương trình lập trình trên Tia Portal và cấu hình Module

4.4.1 Lưu đồ giải thu t

S Đ S Đ S Đ START Setpoint > 0

Bơm 1P ON, Bơm 3P (biến tần) OFF Cập nh t áp suậ ất từ ả c m bi n ế

Sensor < Setpoint

Bơm 3P (biến tần) ON Gọi chương trình con PID Cập nh t áp suậ ất từ ả c m bi n ế

Sensor = Setpoint

Ổn định áp suất Cập nh t áp suậ ất từ ả c m bi n ế

4.4.2 Chương trình xử lý tín hiệu Analog

Để đọc và xuất tín hiệu analog trong S7 1200 ta sử dung hàm NORM_X và hàm

SCALE_X

Lệnh SCALE_X định tỷ lệ c a thông s s ủ ố ốthực được chu n hóa VALUE, thành kiẩ ểu dữ liệu và ph m vi giá trạ ị được xác định b i thông sở ố MIN và MAX : OUT = VALUE (MAX - MIN) + MIN

Figure 4.4-1 SCALE_X

Lệnh NORM_X chu n hóa thơng s VALUE bên trong ph m vi giá trẩ ố ạ ị được xác định b i các thông số MIN và MAX: OUT = (VALUE MIN) / (MAX ở - - MIN)

Tùy vào cảm biển mà ta ch n các thông s min, max c a kh i Scale_x, Norm_X ọ ố ủ ố

Trong đồ án, nhóm sử dụng cảm biến áp suất SMC ISE40 có dãi đo từ 0.03 đế - n 10

bar, tương ứng với điện áp từ 1 đến 5V. Với các thông số trên, kết hợp với thực tiễn ta tính

được K1 =2764, K2 = 13824, Min = -0.03, Max = 10. Cấu hình ph n c ng trên Tia Portal: ầ ứ

Figure 4.4-3 Cấu hình phần c ng PLC 1212 DC/DC/DC

Trong quá trình c u hình ph n c ng, chúng ta cấ ầ ứ ần lưu ý đến lo i tín hiạ ệu và địa ch ỉ vào ra c a tín hi u analog ủ ệ

Figure 4.4-4 Cấu hình đầu vào analog

Ở ph n này ta th y có 2 kênh ngõ vào analog là Channel0 và Channel1. Nhóm chúng ầ ấ

em chọn kênh Channel0. Kênh Channel0 có địa ch ngõ vào là ỉ IW64, tín hiệu đầu vào analog là hình thức Voltage với dãi đo 0 – 10V. Kênh Channel1 ch khác v i kênh Channel0 ỉ ớ ở đị a ch ngõ vào là IW66. ỉ

Figure 4.4-5 Xử lí Analog

4.4.3 Chương trình truyền thơng biến tần

Để có th truy n thông t t c các thi t b phể ề ấ ả ế ị ải được cài đặt chung các thông s , chố ọn các thông số của biến tần như sau:

Tốc độ baud 9600

Port 269 (Xem trong Hardware identifier trong Tia Portal c a board truyủ ền thông)

Parity b it 2 (Ki m tra ch n l ) ể ẵ ẻ Data bit 8

Stop bit 1

Table 4.4-1 Cài đặt chung thông s bi n tố ế ần để truyền thông Các bước để truyền thông Modbus RTU.

4.4.3.1 Cấu hình bi n tế ần FR-D700

Đọc Manual biến tần FR – D700, ta cấu hình các thơng số sau:

Parameter Mô tả

Pr.1 = 50 Giới hạn t n s l n nh t ầ ố ớ ấ Pr.2 = 0 Giới hạn t n s ầ ốnhỏ nh t ấ

Pr. 79 = 2 Cho phép chuy n các chể ế độ PU, EXT, Net

Pr. 117 = 1 Vị trí trạm của biế ần t n Pr. 118 = 96 Tốc độ baud

Pr. 120 = 2 Kiểm tra ch n l ẵ ẻ(bằng 0: không ki m tra, ể bằng 1: ki m tra ch n, b ng 2: ki m tra l ) ể ẵ ằ ể ẽ Pr. 122 = 9999 Kiểm tra l i giao ti p (b ng 9999, không ỗ ế ằ

kiểm tra l i giao ti p) ỗ ế

Pr. 304 = 0 Hiển th s l i giao ti p c a truy n thông ị ố ỗ ế ủ ề Modbus - RTU

Pr. 549 = 1 Lựa ch n giao th c trọ ứ uyền thông (bằng 0: giao th c v i bi n t n Missubishi, b ng 1: ứ ớ ế ầ ằ giao th c modbus-RTU) ứ

Table 4.4-2 Cấu hình thơng s bi n t n ố ế ầ

- Lưu ý: sau khi cài đặt đầy đủ các thông số trên, chuyển biến tần sang chế độ

Net, sau đó khởi động biến tần lại để điều khiển.

Ngồi ra có th cài thêm m t s khác, tham kh o Manual c a bi n t n FR-ể ộ ố ả ủ ế ầ D700.

Modbus là 1 chu n giao ti p (Protocol) lẩ ế ớp Ứng d ng. Mụ ọi ngườ thười ng nhầm Modbus là l p vớ ật lý. Điển hình là chu n Modbus RTU có th truyẩ ể ền theo chu n v t lý RS-ẩ ậ 232 ho c RS-485 và chúng ta có th dùng b chuy n RS232 - ặ ể ộ ể RS485 để giao ti p 2 hoế ặc nhiều thi t bế ị khác chu n vẩ ật lý trên cùng 1 mạng.

Trong 1 m ng Modbus ch có 1 Master và nhi u Slave ạ ỉ ề (31), để có th truy n thơng ể ề tất c các thi t b phả ế ị ải được cài đặt chung các thông s : Tố ốc độ truyền, Độ dài Frame, Kiểm tra lỗi Parity, s bit Stop và khác thông s Station (Master có Station mố ố ặc định b ng 0). ằ

Phương pháp giao tiếp: Về cơ bản, Master sẽ gửi một thông điệp truy vấn (câu hỏi)

và m Slave v mtrạ trả ề ột thông điệp ph n h i (ph n hả ồ ả ồi).

Bằng cách truy cập vào địa ch thanh ghi Modbus (thanh ghi gi , ho c vùng nh ỉ ữ ặ ớ đặc biệt), chúng ta có thể đọc ho c vi t các giá tr cho bi n t n, ki m tra tr ng thái hoặ ế ị ế ầ ể ạ ạt động của bi n tế ần, ho c vi t lặ ế ệnh đầu vào c a biủ ến tần. Địa ch Modbus có giá tr tỉ ị ừ 40001 đến 49999.

 Một số địa ch modbus ỉ

40001: Move giá tr ị 02H để điều khi n bi n t n ch y thu n. Theo dõi bể ế ầ ạ ậ ảng dưới đây để biết rõ hơn.

Bit Định nghĩa

Điều khiển đầu vào Trạng thái biến tần

0 Start, Stop bi n t n ế ầ Đang chạy

1 Quay thu n ậ Đang quay thuận

2 Quay nghịch Đang quay nghịch

3 RH SU (Tăng tần số)

4 RM OL (Quá tải)

5 RL 0

6 0 FU (Phát hi n t n s ) ệ ầ ố

7 RT ABC (lỗi)

8 AU(Chọn 4 đầu vào cho thiết bị đầu

9 0 SO (Giám sát đầu ra an toàn) 10 MRS (Dừng ngõ ra) 0 11 0 0 12 0 0 13 0 0 14 0 0 15 0 Xảy ra l i ỗ

Table 4.4-3 Bảng địa chỉ Modbus

40002: Reset bi n t n ế ầ 40009: Trạng thái c a bi n t n ủ ế ầ

40014: Ch y t n s cho bi n t n (giá tr RAM) ạ ầ ố ế ầ ị 40015: Ch y t n s cho bi n t n (giá tr EEPROM) ạ ầ ố ế ầ ị

Trong đồ án, nhóm s dử ụng 2 địa ch ỉ Modbus để on, off bi n t n, và truy n t n s t ế ầ ề ầ ố ừ PLC xuống bi n t n (40001, 40014). ế ầ

4.4.3.3 Làm cáp truy n thông

 Sơ đồ chân biến tần: biến tần sử dụng jack RJ-45, có sơ đồ chân như sau:

STT Pin Tên Mô tả 1 SG Nối đất 2 - 3 RDA Nhận tín hi u bi n t n ệ ế ầ + 4 SDB Gửi tín hiệu bi n t n ế ầ -

5 SDA Gửi tín hiệu bi n t n ế ầ

+

6 RDB Nhận tín hi u bi n t n ệ ế ầ

-

7 SG Nối đất

8 -

Table 4.4-4 Sơ đồ chân vào bi n t n ế ầ

 Sơ đồ chân Board truyền thông RS485 (CB 1241 – RS485)

STT Pin Tên Mô tả

1 M Chân chung 2 TA Nhận tín hi u t bi n t n - ệ ừ ế ầ 3 TRA Nhận, g i tín hi u t bi n t n - ử ệ ừ ế ầ 4 TRB Nhận, g i tín hi u t bi n t n + ử ệ ừ ế ầ 5 TB Nhận tín hi u t bi n t n + ệ ừ ế ầ 6 RTS Reset

Table 4.4-5 Sơ đồ chân vào board truyền thông

Từ hai bảng trên, nhóm đã mua cáp RJ-45, một đầu b m h t mấ ạ ạng để đưa vào biến tần, đầu còn lại bấm cos đấu vào board.

u dây: Sơ đồ đấ

PLC (CB 1241) Biến tần

TRA RDA

TRB SDB

SDA

RD

4.4.3.4 Chương trình lập trình trong tia portal

Trước khi l p trình, ta c u hình cho board CB 1241 (RS-485) có các thơng s giậ ấ ố ống

như cấu hình với biến tần. (Tốc độ baud, Port, Parity bit, Data bit, Stop bit)

Cấu hình truy n thơng trên Tia portal: ề

Figure 4.4-7 Cấu hình truyền thơng

Figure 4.4-8 Tạo chu k quét, x lý truy n thông ỳ ử ề

Figure 4.4-10 Start, stop biến tần

4.4.4 Chương trình lập trình PID

4.4.4.1 Mơ hình hóa h thống, tính tốn các thơng s PID

Hệ thống gồm 2 bơm mắc song song, một bơm chạy nền để ữ ải ở ộ gi t m t mức ổn định, bơm còn l i s ạ ẽ được điều khi n b ng bi n t n, s dể ằ ế ầ ử ụng PID điều khiển để đảm bảo áp suất được ổn định.

Cấp t n sầ ố cho bơm, áp suất do bơm tạo ra tăng dần. Sau một thời gian áp suất đạt

đến bão hịa. Đặc tính áp suất theo thời gian có thể biểu diễn như sau:

Figure 4.4-12 Đặc tính của động cơ

Một phần của tài liệu Điều khiển và giám sát hệ thống ổn định áp suất nước sử dụng biến tần kết hợp thuật toán PID và điều khiển bằng PLC s7 1200 (Trang 61)

Tải bản đầy đủ (PDF)

(108 trang)