Thông số Ý nghĩa Thiết lập
Setpoint Giá trị cài đặt mong
muốn Lưu lượng đặt
Input Giá trị xử lý quá trình đã được Scale lại từ tín hiệu phản hồi của cảm biến
Lưu lượng thực tế
Output_PER Ngõ ra của PID định dạng theo Analog output( 0 -27648)
Giá trị tần số
State Chế độ hoạt động của PID
Error Trạng thái báo lỗi
Hình 5. 64 Cấu hình các tham số khối PID
Khối “Xuất giá trị xuống biến tần” sẽ nhận số analog từ khối “PID” và thực hiện 1 phép toán scale giá trị analog này từ dãy giá trị của PLC (0-27648) sang dãy giá trị của biến tần (0 – 16384 ứng với 0 – 60Hz) sau đó gửi giá trị này xuống thanh ghi 0x0005 và gửi lệnh điểu khiển xuống thanh ghi 0x0006 của biến tần thông qua Modbus RTU để điểu khiển tốc độ của động cơ.
Hình 5. 65 Quy đổi tín hiệu analog sang giá trị tần số
Các bước tiến hành tìm hệ số PID :
Bước 1. Các bước chuẩn bị trước khi chạy Commissioning
- Ta sẽ không tiến hành quá trình Zero Calibration để loadcell có tính hiệu trả về cố định hoặc sai lệch rất ít giống như khi mô hình đã ổn định.
- Nhập giá trị Setpoint và bắt đầu chạy chế độ Auto. - Mở cửa sổ Commissioning và làm như sau:
Bước 2. Tại Measurement: Chọn thời gian lấy mẫu để giám sát đồ thị hoạt
động của PID với sampling time là 0.3s và nhấn Start
Hình 5. 66 Bắt đầu quá trình Commissioning
Bước 3. Bắt đầu chạy Pretuning. Để đạt được kết quả tốt nhất nên chạy
Pretuning trước khi chạy Fine tuning.
Hình 5. 68 Bắt đầu quá trình Fine tuning
Hình 5. 69 Bộ số PID tìm được
Bước 5. Sau khi kết thúc quá trình Fine tuning, phần mềm TIA Portal sẽ tìm ra 1 bộ số PID nào đó. Sau đó upload các hệ số PID vào khối PID_Compact.
Hình 5. 70 Nạp các hệ số PID vào khối PID_Compact
Bước 6. Tiếp theo, ta tiến hành chạy mô hình như bình thường bao gồm cả
quá trình Zero Calibration để xem đáp ứng mô hình.
Nếu mô hình chưa được như mong muốn ta có thể tùy chỉnh hệ số ở phần PID Parameter ở trang Configuration của PID_Compact.
Sau quá trình chỉnh và tìm hệ số, ta có bộ số PI như sau: 𝐾𝑝 = 57,83889
𝑇i = 2,987803 (𝑠) 𝑇d = (𝑠)
Với 𝑇𝑖 là thời gian tích phân, 𝑇d là thời gian vi phân
5.4. Thiết kế giao diện giám sát và điều khiển HMI
Trên Tia portal có tích hợp sẵn phần thiết kế giao diện HMI giúp tiện lợi hơn cho người lập trình. Hỗ trợ thiết kế các màn hình vận hành, các hình báo lỗi, màn hình đăng nhập.
Bước 1. Khởi tạo màn hình HMI để thiết kế : Nhấn đúp vào Add new device ▶ HMI ▶ 4” Display ▶ KTP 400 Basic ▶ 6AV2 123-2DB03-0AX0 ▶
Version màn hình ▶ Bỏ chọn chế độ Start device wizard ▶ OK
Hình 5. 71 Thêm màn hình HMI
Bước 2.Thay đổi địa chỉ IP của HMI, ta chọn HMI_1 ▶ Device configuration ▶ Enthernet ▶ General ▶ PROFINET interface [1] ▶
Hình 5. 72 Thay đổi địa chỉ IP của HMI
Bước 3. Thực hiện kết nối truyền thông giữa PLC S7-1200 và Simatic
HMI: Device configuration ▶ Network view ▶ Connections ▶ HMI Connection . Thực hiện thao tác giữ chuột kéo và nhả cổng Enthernet PLC và
Enthernet HMI
Hình 5. 73 Kết nối truyền thông HMI và PLC
Bước 4. Thiết kế giao diện điều khiển cho HMI bằng cách chọn HMI_1 [KTP 400 Basic PN] ▶ Screens ▶ Screen_1
Hình 5. 74 Chọn màn hình để thiết kế
Màn hình thiết kế hiện ra với các Toolbox ở phía bên phải. Vào Element , chọn biểu tượng button
Hình 5. 75 Đặt Button lên màn hình HMI
Thiết lập các thuộc tính cho button bằng cách vào thuộc tính General của button như ở hình trang bên, trong phần Text when button is “not press” ta đặt tên cho button là RUN
Hình 5. 76 Đặt tên cho nút nhấn
Sau đó chọn thuộc tính Events ▶ Press. Vào Add function gõ Setbit sau đó
chọn hàm Setbit , sau đó nhấp vào biểu tượng chọn tag, một cửa sổ mưới xuất hiện. Chọn PLC_1 [CPU 1214C AD/DC/Rly] ▶ PLC_Tag ▶ Default tag table , chọn tag ON HMI sau đó nhấp vào dấu ‘˅’ để hoàn thành việc tạo hàm
Hình 5. 77 Tạo sự kiện khi nhấn Button
Tương tự, ta tạp hàm reset khi rời con trỏ khỏi button ON
Hình 5. 78 Tạo sự kiện khi nhả Button
Tiếp đó, để hiển thị và nhập các thông số, sô liệu ,ta kéo I/O field vào
Hình 5. 79 Tạo I/O field
Để gắn Tag cho I/O field, ta vào Properties ▶ General ▶ Tag, và dẫn tới
Tag ta cần hiển thị tương tự như Button. Sau đó, ta có thể tùy chỉnh các thuộc tính của I/O field theo ý muốn
Hình 5. 81 Thiết kế hoàn thiện giao diện màn hình HMI
Sau khi thiết kế xong, ta tiến hành tải chương trình thiết kế xuống HMI. Gắn cáp Enther kết nối PLC với HMI qua cổng Profinet
Chạy thực nghiệm
Vì phễu của mô hình thực nghiệm chỉ chứa được khoảng 4 (𝑘𝑔) liệu và công suất động cơ khá nhỏ nên sinh viên thực nghiệm như sau: cho vào trong phễu 4 (𝑘𝑔) liệu sau đó thay đổi giá trị Setpoint và quan sát giá trị lưu lượng thực tế trên màn hình
Sau quá trình thực nghiệm sinh viên nhận thấy:
Động cơ chỉ bắt đầu quay khi biến tần cấp tần số từ 15Hz trở lên, khi đặt lưu lượng quá nhỏ thì tần số biến tần không đủ lớn để làm động cơ quay. Còn khi lưu lượng quá lớn động cơ chạy nhanh, mô hình cơ khí rung lắc nhiều dẫn đến sai số khi vận hành.
Sau quá chạy thử sinh viên thấy khoảng lưu lượng từ: 0.25(𝑇/ ) –ℎ 0.5(𝑇/ ) mô hình chạy ổn định nên sinh viên sẽ tiến hành thực nghiệm trênℎ khoảng giá trị này cụ thể ở 4 mức lưu lượng 0.25 (𝑇/ ),0.3 (ℎ 𝑇/ ),0.4ℎ (𝑇/ ),0.5 (ℎ 𝑇/ ).ℎ
Chạy với Setpoint là 0.3 (T/h).
Hình 5. 84 Hề thống cân băng định lượng hoạt động
Bảng 5. 8 Bảng sai số mô hình ở mức lưu lượng 0.3 (T/h)
STT Giá trị thực Sai số 1 0.3 0 2 0.23 0.07 3 0.26 0.04 4 0.33 0.03 5 0.23 0.07 6 0.31 0.01 7 0.30 0 8 0.31 0.01 9 0.35 0.05 10 0.33 0.03 11 0.31 0.01 12 0.29 0.01
Từ bảng số liệu sinh viên có sai số trung bình ở mức lưu lượng 0.3 (𝑇/ )ℎ :
𝑒3 =(0 × 2 + 0.01 × 4 + 0.03 x 2 + 0.04 + 0.05 + 0.07 x 2)/ 12× 100 = 2.75%
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI
1.Kết luận
Sau một thời gian tìm hiểu, nghiên cứu tích cực về đề tài “Xây dựng mô hình cân băng định lượng nguyên liệu đầu vào nhà máy sản xuất thức ăn chăn nuôi”, em đã hoàn thành và đạt được một số kết quả chính, đó là:
- Nắm được quy trình công nghệ hệ thống cân băng tải trong nhà máy sản xuất thức ăn chăn nuôi.
- Tìm hiểu được nguyên lý hoạt động và cách lựa chọn các thiết bị điện phù hợp với từng yều cầu. Trên cơ sở đó đã xây dựng mô hình hệ thống cân băng định lượng bao gồm: Hệ thống băng tải và các trang thiết bị cần thiết như: bộ điều khiển PLC S7-1200,động cơ không đồng bộ ba pha, biến tần, thiết bị đo tốc độ và khối lượng nguyên liệu trên băng.
- .Xây dựng thuật toán và lập trình chương trình điều khiển cho PLC và thiết kế giao diện chương trình điều khiển và giám sát trên màn hình HMI.
- Giao tiếp truyền thông PLC S7-1200 với biến tần qua mạng truyền thông Modbus RTU
2.Hướng phát triển đề tài
- Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiễu tác động để nâng cao chất lượng hệ thống.
- Tích hợp hệ thống cân băng tải với các hệ thống điều khiển quá trình công nghiệp.
- Phát triển thêm hệ thống giám sát trên Wed sever và ứng dụng trên thiết bị di động.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô cùng các bạn sinh viên đã đóng góp ý kiến,giúp em hoàn thành tốt đề tài nghiên cứu này. Đặc biệt, em rất biết ơn cô giáo Ths. Phạm Thị Lý đã nhiệt tình hướng dẫn, chỉ bảo em những kinh nghiệm cùng kiến thức thực tế để đề tài được hoàn thành một cách tốt nhất.
Do điều kiện thời gian và kiến thức còn nhiều hạn chế nên đề tài không tránh khỏi những sai sót, rất mong sự đóng góp ý kiến chân tình của thầy cô và các bạn sinh viên để đề tài được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Vũ Quang Hồi, Trang bị điện – điện tử MÁY CÔNG NGHIỆP CHUYÊN
DÙNG, NXB GDVN, 2011.
[2] Lê Hùng Lân, Lý thuyết điều khiển tự động, NXB ĐHGTVT, 2000.
[3] Nguyễn Doãn Phước, Lý thuyết điều khiển tuyến tính, NXB KHKTHN, 2005.
[4] Trần Văn Hiếu, Thiết kế hệ thống HMI/SCADA với TIA PORTAL, NXB KH&KT, 2017.
[5] Trần Văn Hiếu, Tự động hóa PLCS7-1200 với TIA PORTAL, NXB KH&KT, 2015.
[6] Siemens AG, S7-1200 Programmable controller system manual, 2012. [7] Siemens AG , HMI devices Basic Panels Operating Instructions,2012. [8] LS Industrial Systems, SV-IG5A User manual.
[9] http://plcvietnam.com.vn
Code điều khiển mô hình:
Khối chuyển đổi dãy giá trị đầu ra khối PID ( 0-27648) dãy giá trị của biến tần ( 0-6000 ứng với 0-60 Hz )
Khối xuất giá trị PID đã chuyển đổi xuống biến tần điều khiển tốc độ động cơ
Khối điều khiển động cơ hoạt động
Khối xử lý xung tốc độ cao CTRL_HSC
Khối PID
Khối tính tốc độ dịch chuyển băng tải