3. CÂU HỎI CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN:
6.4 Giải thích giao diện điều khiển
Giao diện điều khiển chính:
Hình 6.6: Giao diện điều khiển chính Giải thích các chức năng trong giao diện điều khiển chính:
Các trang chức năng gồm có:
Đồ thị: Hiển thị đồ thị nhiệt độ đặt là tín hiệu hàm nấc với nhiệt độ phản hồi đối với chế độ 1, và hiển thị nhiệt độ tính toán giả thuyết là hàm dốc với nhiệt độ phản hồi ở chế độ 2.
Giá trị nhiệt độ: Hiển thị bảng thống kê các giá trị nhiệt độ phản hồi trong suốt quá trình hoạt động sau một khoảng thời gian nhất định (1 phút). Đồng thời còn có thêm một đồ thị công suất biểu diển công suất cấp vào cho lò nhiệt.
Thoát : Thoát chương trình điều khiển.
Các phím chức năng:
STOP: Dừng chương trình điều khiển. Xác nhận:Xác nhận các thông số cài đặt. Chế độ 1: Chọn chế độ hoạt động là chế độ 1. Chế độ 2: Chọn chế độ hoạt động là chế độ 2. Chọn chế độ: Chế độ 1:
Nguyên lý làm việc: Trong chế độ này ta chỉ cần đặt giá trị nhiệt độ và thời gian giữ nhiệt, nhiệt độ lò nhiệt sẽ thay đổi theo giá trị đầu vào là hàm nấc.
Giá trị nhiệt độ: tđặt ≤ 2500C.
Chế độ 2:
Nguyên lý làm việc: Trong chế độ này ta phải cài đặt thêm giá trị thời gian gia nhiệt. Lúc này nhiệt độ sẽ thay đổi theo tín hiệu vào là hàm dốc.
Giá trị thời gian gia nhiệt: giá trị này tùy thuộc vào mức chênh lệch giữa nhiệt độ đặt và nhiệt độ ban đầu.
Các thông số đặt:
KP, TI, TD : Các thông số bộ điều khiển PID. Các giá trị này đã được tính toán và thử nghiệm trong chương 5 và chương 7.
Nhiệt độ đặt: Giá trị nhiệt mong muốn lò nhiệt đạt được (tùy theo yêu cầu của người điều khiển và đối tượng nhưng phải nằm trong phạm vi cho phép của lò nhiệt).
Thời gian gia nhiệt: Khoảng thời gian để lò nhiệt gia nhiệt được tính từ lúc bắt đầu gia nhiệt đến khi đạt được giá trị nhiệt độ đặt lần đầu.
Thời gian giữ nhiêt: Khoảng thời gian giữ lò ở mức nhiệt độ đặt và được tính từ lúc đạt được nhiệt độ đặt lần đầu đến khi tắt lò.
Đèn Start/ Stop: khi chạy thì đèn màu xanh khi tắt chương trình điều khiển thì đèn chuyển sang màu đỏ.
Đèn ổn định: Thông báo là lò nhiệt đã hết thời gian gia nhiệt, đã đạt được nhiệt độ đặt và đang trong quá trình ổn định quanh mức nhiệt độ đặt.
Đèn chế độ 1, đèn chế độ 2: Cho ta biết là ta đang điều khiển gia nhiệt cho lò nhiệt ở chế độ nào.
Lỗi cảm biến: Thông báo tình trạng làm việc của cảm biến: nếu cảm biến bình thường thì đèn màu đỏ, nếu cảm biến có sự cố (hư hỏng, đứt dây,…) thì đèn sẽ màu xanh.
Nhiệt độ ban đầu: Hiển thị nhiệt độ lò nhiệt lúc bắt đầu gia nhiệt. Nhiệt độ phản hồi: Hiển thị nhiệt độ lò nhiệt ở thời điểm hiện tại. Công suất ra: Hiển thị mức công suất đang cấp cho lò nhiệt.
Góc kích anpha: Cho biết giá trị góc kích đang điều khiển mở Thyristor. Thời gian gia nhiệt thực tế chế độ 1: Khoảng thời gian đã gia nhiệt ở chế độ 1. Thời gian gia nhiệt thực tế chế độ 2: Khoảng thời gian đã gia nhiệt ở chế độ 2. Thời gian giữ nhiệt thực tế: Khoảng thời gian lò nhiệt đã thực hiện giữ nhiệt. Nhiệt độ tính toán chế độ 2: Giá trị nhiệt độ điều khiển lò nhiệt tại mỗi mốc thời
Đồ thị thu thập nhiệt độ
Hình 6.7: Đồ thị thu thập nhiệt độ
CHƯƠNG 7
KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 7.1 Kết quả thực nghiệm
Chương trình đã thực hiện chạy ổn định, đúng theo ý tưởng của người lập trình. Hệ thống hoạt động với tương đối đầy đủ tính năng của một hệ SCADA bao gồm: giám sát, điều khiển, lưu trữ và hiển thị dữ liệu, cảnh báo khi có sự cố xảy ra ở các thiết bị.
Hệ thống điều khiển tốt các giá trị nhiệt độ trong quá trình điều khiển nhiệt độ, sai số xác lập nhỏ.
Ta có thể điều khiển hệ thống chạy ở 2 chế độ tự động thông qua điều khiển các giao diện được lập trình sẵn trên WinCC. Người vận hành có thể giám sát toàn bộ hoạt động của lò nhiệt, xem được các dữ liệu lưu trữ trong thời gian trước đó và hiển thị, giám sát được nhiệt độ.
Nhóm có thực hiện thiết kế bộ điều khiển PID theo hai phương pháp đó là Ziegler – Nichol và đại số, mỗi phương pháp sẽ có bộ hệ số khác nhau nên đáp ứng ra sẽ khác nhau và phải kiểm nghiệm thì mới có thể chọn được bộ hệ số tối ưu nhất.
7.1.1 Kết quả thực nghiệm với phương pháp đại số
Mỗi chế độ sẽ có tín hiệu điều khiển riêng, chế độ 1 là hàm nấc còn chế độ hai là hàm dốc. Sau đây là kết quả kiểm nghiệm các hệ số bộ điều khiển PID được thiết kế bằng phương pháp đại số.
Chế độ 1:
Tín hiệu điều khiển là hàm nấc, các hệ số PID đã được xác định trong chương 5.
Nhiệt độ đặt: TĐặt = 1500
Hệ số bộ điều khiển PID: KP = 49; TI = 75; TD = 38
Sai số xác lập: exl = r(t) – c(t) = 2 100 1.33
150× = %
Thời gian gia nhiệt: tgia = 6.533 (phút)
Thời gian lên đỉnh: tP = 10.5 (phút)
Thời gian quá độ: tS = 20 (phút)
Hình 7.1: Đáp ứng ngõ ra ở chế độ 1 với phương pháp đại số
Chế độ 2:
Tín hiệu điều khiển là hàm dốc, các hệ số PID đã được xác định trong chương 5.
Nhiệt độ đặt: TĐặt = 1500
Thời gian gia nhiệt đặt: tgia = 10 (phút)
Hệ số bộ điều khiển PID: KP = 25.2; TI = 281; TD = 36
Độ vọt lố: POT(%) = 10 100 6.67
150× = %
Sai số xác lập: exl = r(t) – c(t) = 2 100 1.33
150× = %
Thời gian lên đỉnh: tP = 11.5 (phút)
Thời gian quá độ: tS = 14 (phút)
Hình 7.3: Đáp ứng ngõ ra ở chế độ 2 phương pháp đại số
7.1.2 Kết quả thực nghiệm với phương pháp Ziegler – Nichol
Chế độ 1
thông số PID đã xác định trong chương 5. Với nhiệt độ đặt là 1500C, kết quả thử nghiệm như sau:
Nhiệt độ đặt: TĐặt = 1500
Hệ số bộ điều khiển PID: KP = 9.984; TI = 168; TD = 42
Độ vọt lố: POT(%) = 18.9 100 12.4
150× = %
Sai số xác lập: exl = r(t) – c(t) = 2 100 1.33
150× = %
Thời gian gia nhiệt: tgia = 6.733 (phút)
Thời gian lên đỉnh: tP = 10.5 (phút)
Thời gian quá độ: tS = 20 (phút)
Hình 7.4: Đáp ứng ra thực tế ở chế độ 1 phương pháp Ziegler – Nichol
Chế độ 2
Đối với chế độ 2 thì kết quả điều khiển tốt hơn so với chế độ 1, ngoài đạt được và ổn định mức nhiệt độ yêu cầu thì ta còn có thể điều khiển được thời gian gia nhiệt theo ý muốn. Với nhiệt độ đặt là 1500C, thời gian gia nhiệt là 10 phút, kết quả thử nghiệm được như sau:
Nhiệt độ đặt: TĐặt = 1500
Thời gian gia nhiệt đặt: tgia = 10 (phút)
Hệ số bộ điều khiển PID: KP = 25.2; TI = 281; TD = 36
Độ vọt lố: POT(%) = 8.4 100 5.6
150× = %
Sai số xác lập: exl = r(t) – c(t) = 1.2 100 0.8
150× = %
Thời gian lên đỉnh: tP = 12 (phút)
Thời gian quá độ: tS = 15 (phút)
Hình 7.5: Đáp ứng ra thực tế ở chế độ 2 phương pháp Ziegler – Nichol
Nhận xét:
Với các hệ số đã xác định bằng hai phương pháp đã trình bày cho ta đáp ứng thỏa mãn các yêu cầu.
Đối với chế độ 1 thì các hệ số của phương pháp đại số cho ta đáp ứng tốt hơn so với phương pháp Ziegler – Nichol: thời gian gia nhiệt nhanh hơn, độ vọt lố nhỏ hơn.
Còn đối với chế độ 2 thì các hệ số của phương pháp Ziegler – Nichol cho đáp ứng tốt hơn phương pháp đại số: độ vọt lố nhỏ, sai số xác lập nhỏ.
7.1.3 Những khó khăn gặp phải
Trong đề tài này cũng có phần quyết định không nhỏ của mạch điện tử công đến kết quả cuối cùng. Mặc dù là thực hiện theo mạch có trong datasheet của IC TCA 785 nhưng đó là theo tiêu chuẩn của châu âu nên nhiều linh kiện sẽ không có nên khó khăn trong việc lựa chọn linh kiện thay thế cho phù hợp.
Để điều khiển mở Thyristor chính xác thì ta phải điều khiển góc kích phù hợp để xung tạo ra chính xác, mà để tạo ra xung phù hợp ta phải xác định nhiều yếu tố khác như: điện áp răng cưa, điện áp điều khiển, điện trở tạo điện áp răng cưa,…Vì thế để tạo ra được xung điều khiển thích hợp thì phải mất nhiều thời gian để cân chỉnh, thay đổi cho phù hợp.
Nhiệm vụ đề tài là Ứng Dụng PLC và hệ SCADA cho hệ thống. Do việc thực hiện đề tài chỉ dựa vào các tài liệu tìm hiểu ngôn ngữ lập trình, trong thời gian cho phép chắc chắn sẽ không tránh khỏi thiếu sót. Nhưng những gì đã làm được, chúng em đã cố gắng đáp ứng gần như đầy đủ các yêu cầu cho đề tài bao gồm: điều khiển, giám sát và thu thập dữ liệu.
Trong quá trình học tập ở trường chúng em được tiếp xúc và làm quen chủ yếu là PLC S7-200, đây là lần đầu làm việc với S7-300 nên ban đầu cũng gặp rất nhiều khó khăn vì so với S7-200 thì nó cũng có nhiều điễm khác biệt.
Khó khăn và mất khá nhiều thời gian trong việc lập trình và tìm các thông số PID cho lò nhiệt.
Vấn đề điều khiển nhiệt độ, trong khả năng có thể chúng em chỉ thực hiện mô hình lò nhiệt.
7.2 Hướng phát triển đề tài
Trên đây, về cơ bản chúng em đã thực hiện được trình ứng dụng cho việc điều khiển lò nhiệt. Nhưng khó ứng dụng được trong thực tế sản xuất, bởi vì điều kiện thực tại còn thiếu thốn thiết bị như em đã đề cập ở trên. Để có thể áp dụng được trong công
nghiệp, trong các hệ thống của lò nhiệt với quy mô sản xuất lớn thì cần phải có các cảm biến đo chính xác hơn, nhiều cảm biến hơn. Khi đó mô hình sẽ thực hiện hoàn chỉnh hơn.
Hướng phát triển có thể là:
Lập trình bộ điều khiển PID mờ cho lò nhiệt.
Thiết kế một lò nhiệt 3 pha để sản xuất trong công nghiệp. Ứng dụng SCADA để điều khiển
Thiết kế một hệ SCADA hoàn chỉnh hơn cho một hệ thống lò nhiệt, bao gồm kết nối Mạng Ethernet, Mạng PROFIBUS mở rộng ra gồm nhiều trạm, nhiều PLC để quản lý, giám sát, điều khiển sẽ đem lại nhiều hiệu quả kinh tế và lợi ích hơn rất nhiều.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Hà Văn Trí. (2007). Hướng dẫn lập trình S7-300. Công ty TNHH TM & DVKT SIS.
[2] Lê Phi Yến – Lưu Phú – Nguyễn Như Anh. (2005). Kỹ thuật điện tử. NXB Đại học Quốc gia Tp.HCM.
[3] Lê Thành Sơn. (2006). Giáo trình nhiệt lò điện. Khoa Điện – ĐTVT, trường ĐH SPKT Hưng Yên.
[4] Nguyễn Doãn Phước – Phan Xuân Minh. (2005). Tự động hoá với SIMATIC S7-300. NXB Khoa học kỹ thuật
[5] Nguyễn Thị Phương Hà – Huỳnh Thái Hoàng. (2008). Lý thuyết điều khiển tự động. NXB Đại học Quốc gia Tp.HCM
[6] Nguyễn Văn Nhờ. (2005). Giáo trình điện tử công suất. NXB Đại học Quốc gia Tp.HCM.
[7] TS Trần Hoài An. (2005). Lý thuyết điều khiển tự động. NXB Giao thông vận tải Hà Nội.
[8] Trần Văn Thịnh. (2000). Tài liệu hướng dẫn thiết kế thiết bị điện tử công suất. Bộ môn Thiết bị Điện – Điện tử, trường ĐH Bách khoa Hà Nội.
[9] Trương Đình Châu, etc. (2008). Điều khiển nhiệt độ bằng các phương pháp điều khiển cổ điển. Khoa Điện – Điện tử, trường ĐH Bách khoa Tp. HCM.
[10] TT Việt Đức. (2000). Simatic S7-300 Điều khiển hệ thống (System handling). Đại học Sư phạm Kỹ thuật.
[11] Siemens AG. (2006). Ladder Logic (LAD) for S7-300 and S7-400
PHỤ LỤC
Bảng biến DB2 (thông số nhiệt độ):
Bảng biến DB3 (thông số PID):