69
Hình 5. 29: Địa chỉ truyền thơng chân Enable PID
Ở chế độ chạy Manual cần truyền thông tham số 0 vào địa chỉ 405145, để ngõ ra bằng 0. Còn ở chế độ hoạt động Auto khối PID hoạt động, cần truyền tham số 1 vào địa chỉ FK24 thì tần số ngõ ra sẽ là tần số xử lý thuật tốn PID.
Hình 5. 30: Chương trình truyền tham số kích hoạt PID cho biến tần
Ngõ ra khối PID sẽ vào khối Value Func 1. Lúc này mode Manual ngưng hoạt động tốc độ động cơ sẽ được lấy từ (FD01) INPUT B.
70
5.2.1.5.Phương trình hoạt động PID.
Điều chỉnh PID:
P: là phương pháp điều chỉnh tỉ lệ. Giá trị càng lớn thì đáp ứng càng nhanh do đó sai số càng lớn. Một giá trị độ lợi tỉ lệ quá lớn sẽ dẫn đến quá trình mất ổn định và dao động.
I: là tích phân của sai lệch theo thời gian lấy mẫu. Điều chỉnh tích phân là điều chỉnh để tạo ra các tín hiệu điều chỉnh sao cho độ sai lệch giảm về 0, từ đó cho ta biết tổng sai số tức thời theo thời gian hay sai số tích lũy trong quá khứ.
D: là vi phân của sai lệch. Diều chỉnh D được sử dụng để làm giảm biên độ vọt lố được tạo ra bởi tích phân và tăng cường độ ổn định của bộ điều khiển hỗn hợp. Phép vi phân của một tín hiệu sẽ khuếch đại nhiễu và do đó khâu này sẽ nhạy hơn đối với nhiễu sai số, có thể khiến q trình trở nên mất ổn định.
Hình 5. 32: Sơ đồ hoạt động khối PID
Tạo các khối truyền thông tham số P, I, D đến địa chỉ khối PID phần mềm DSELite.
71
Hình 5. 34: Khối truyền tham số P
72
Hình 5. 36: Khối truyền tham số D
5.2.1.6.Đọc và giám sát nhiệt độ.
Dây tín hiệu của sensor được nối vào AI1 biến tần nên tín hiệu sẽ được lấy ra từ khối Analog Input 1 phần mềm DSELite. Bằng cách tăng giảm nhiệt độ thấp nhất cài đặt trên bộ điều khiển nhiệt độ XH_W2050 và (F400) 0% INPUT để đầu ra điện áp 0-10V tương đương với nhiệt độ 0-100oC.
73
Nhiệt độ từ Sensor trả về sẽ là feedback để so sánh với nhiệt độ setpoint, PID sẽ điều chỉnh sao cho nhiệt độ feedback bằng với nhiệt độ setpoint cài đặt.
Giả sử trường hợp đang hoạt động phía trên nhiệt độ trả về là 31oC, nhiệt độ cài đặt là 35oC. Nếu như nối nhiệt độ trả về từ Sensor 31oC vào FEEDBACK và nhiệt độ cài đặt 35oC vào SETPOINT.
Theo nguyên tác hoạt động PID phát hiện nhiệt độ FEEDBACK 31 < 35 SETPOINT. PID output sẽ tăng tần số chạy động cơ cho FEEDBACK bằng với SETPOINT. Nhưng theo yêu cầu đề tài nếu nhiệt độ đầu ra nhỏ hơn nhiệt độ yêu cầu thì phải giảm tốc độ quạt làm mát, để nhiệt độ nước tăng lên bằng nhiệt độ yêu cầu.
Do đó sẽ bị ngược với yêu cầu đề tài, nên sẽ nối nhiệt độ Sensor trả về vào SETPOINT và nhiệt độ yêu cầu vào FEEDBACK.
Đọc nhiệt độ từ biến tần về PLC để giám sát lên SCADA:
Hình 5. 38: Khối đọc nhiệt độ từ biến tần về plc
Để đọc nhiệt độ từ biến tần về plc, thực hiện truyền thông tại địa chỉ F331.
74
Hình 5. 39: Địa chỉ truyền thông đọc analog vào biến tần
Theo hướng dẫn F331 là Hight-order byte, do đó sẽ tách ra:
• F331: Là hệ hex giữ nguyên.
• F331: Là hệ dec chuyển về hệ hex sẽ là 1F.
Chuyển đổi 31F hệ hex về dec sẽ là 799. Sau đó cộng thêm 40001 sẽ được 40800.
Hình 5. 40: Hướng dẫn chuyển đổi địa chỉ truyền thông cho plc
5.2.1.7.Chế độ ngủ đông tiết kiệm điện năng.
Đọc tần số chạy động cơ từ biến tần về plc để giám sát và lập trình cho chế độ sleep.
75
Hình 5. 41: Chương trình đọc tần số chạy động cơ quạt
Địa chỉ 1000 hệ hex chuyển về hệ dec là 4096, sau đó cộng thêm 40001.
Tần số đọc về giả sử 50Hz sẽ là 50.00, do đó sử dụng khối tốn chia chia cho 100.
Hình 5. 42: Địa chỉ truyền thông đọc tần số
So sánh tần số chạy động cơ với tần số cài đặt để đếm thời gian chuyển sang chế độ ngủ tiết kiệm điện.
Khi tần số hoạt động nhỏ hoăn hoặc bằng tần số cài đặt sẽ bắt đầu đếm thời gian. Nếu thời gian bằng delay (Tag_46) bằng với thời gian cài đặt chờ chuyển sang sleep mode (thoigiandelay) thì Tag_48 sẽ on.
76
Hình 5. 43: Chương trình thời gian delay cho Sleep Mode
Tag_48 on sẽ move 3 vào địa chỉ truyền thông để dừng động cơ.
77
5.2.1.8.Fault Reset
Hình 5. 45: Chương trình nút nhấn Fault Reset
Khi có lỗi xảy ra hệ thống sẽ ngưng hoạt động. Nhấn nút Fault_reset I0.3 để chạy lại hệ thống.
Hình 5. 46: Địa chỉ truyền thơng kích hoạt reset lỗi
Nhấn nút Fault reset move giá trị 1 (TRUE) truyền thông vào địa chỉ 405170 khối Sequencing Logic trên biến tần.
78
5.2.2.Viết phần mềm giám sát.
Hình 5. 47: Tổng quan giao diện HMI
5.2.2.1.Tạo WinCC Runtime thiết kế HMI.
Tạo thêm WinCC Runtime Advanced.
79
Thêm card IE general (PROFINET) để kết nối PLC.
Hình 5. 49: Thêm card IE general (PROFINET)
Thay đổi địa chỉ IP WinCC khác với IP PLC.
80 Kết nối PN/IE và HMI_Connection.
Hình 5. 51: Kết nối PN/IE
Tạo 1 file Creen trong HMI_RT_1 (WinCC RT Advanced) để thiết kế HMI.
81
5.2.2.2.Thiết kế nút nhấn và đèn báo trạng thái
Thiết kế nút nhấn Start, Stop, Button Auto điều khiển và các đèn trạng thái. Kéo các Objects hình chữ nhật làm nút nhấn và hình trịn là đèn báo và tiến hành cài đặt.
Hình 5. 53: Tạo nút nhấn điều khiển và đèn giám sát trên HMI
Tạo các sự kiện nhấn và nhả cho nút nhấn. SetBit là nhấn, ResetBit là nhả cho Start, Stop, Automation.
Hình 5. 54: Cài đặt sự kiện nhấn nhả cho nút Start, Stop, Automation
Tạo màu cho trạng thái nhấn nhả của nút nhấn. Kiểu dữ liệu nút nhấn là bool, bit 1 là nhấn và bit 0 là nhả.
82
Tương tự với nút nhấn nhưng đèn báo chỉ để hiện thị do đó chỉ cài đặt màu sắc để giám sát.
Hình 5. 56: Cài đặt màu sắc trặng thái cho đèn báo
5.2.2.3.Thiêt kế cài đặt và giám sát Dormanc Mode.
Thiết kế các vùng dữ liệu tham số ghi và đọc:
• Các vùng dữ liệu ghi gồm Setpoint nhiệt độ yêu cầu, P I D để thay đổi độ phản ứng của giá trị PID output, tần số bắt đầu đếm thời gian delay chuyển sang sleep mode và thời gian delay sleep mode.
• Các vùng dữ liệu đọc gồm Feedback là nhiệt độ sensor trả về , PIDoutput là tần số output sau khi xử lý PID, thời gian đếm delay sleepmode.
83 Cài đặt giới hạn đầu ra của PID output là 100%.
Hình 5. 58: Địa chỉ giới hạn % đầu ra PIDoutput của khối PID
Đọc giá trị PID output từ địa chỉ khối PID phần mềm DSELite về PLC tại địa chỉ 405131.
Hình 5. 59: Địa chỉ truyền thơng đọc giá trị PIDoutput
Giá trị đọc về là số nguyên chuyển sang số thực để thực hiện tính tốn chuyển Từ phần trăm về tần số để dễ quan sát.
Tạo khối toán học, do giá trị đọc về là 100.00% nên chia cho 100 để loại bỏ 2 giá trị phía sau. Sau đó lấy giá trị phần trăm chia cho 100 và nhân với tần số tối đa 50Hz sẽ ra được giá trị tần số hiện tại.
84
Tạo biểu đồ đường giám để dễ quan sát Setpoint, Feedback, PIDoutput.
Hình 5. 61: Biểu đồ giám sát Setpoint, Feedback, PIDoutput
Cài đặt địa chỉ và màu đường cho các giá trị.
85
5.2.2.4.Thiết kế giám sát thống số tốc độ, nhiệt độ, điện năng tiêu thụ.
Tương tự ở trên tạo các vùng dữ liệu sau đó cài đặt dữ liệu hoặc kéo thả các địa chỉ từ chương trình lập trình sang HMI.
Hình 5. 63: Bảng giám sát tốc độ, nhiệt độ, điện năng tiêu thụ
Để giám sát dòng điện tiêu thụ của động cơ cần truyền thông giá trị từ biến tần về plc.
Hình 5. 64: Địa chỉ truyền thơng đọc dịng điện output
Chuyển đổi địa chỉ 1002 hệ hex về hệ dec là 4098 sau đó cộng thêm 40001.
Hình 5. 65: khối truyền thông đọc điện năng tiêu thụ
Đây là dòng điện tiêu thụ tức thời để giám sát dịng điện tiêu thụ trung bình sau một khoản thời gian để theo dõi khả năng tiết kiệm điện năng. Viết chương trình tính trung bình điện năng tiêu thụ.
86
Hình 5. 66: Chương trình tính điện năng tiêu thụ trung bình
Cho thời gian lấy mẫu là 1 giây. Sau mỗi 1 giây giá trị dòng điện sẽ được cộng dồn đồng thời cộng thêm 1 vào số lần lấy mẫu (solanchiatb).
Cài đặt thời gian theo dõi trung bình tại Tag_53. Sau khoản thời gian cộng tổng dòng điện lớn hơn hoặc bằng thời gian Tag_53, sẽ lấy tổng dòng điện đã cộng được chia cho số lần lấy mẫu.
5.2.2.5.Giám sát lỗi.
Khi có sự cố xảy ra hệ thống sẽ dừng và đèn báo lỗi vàng sẽ chớp tắt và hiển thị tên lỗi lên SCADA.
87
Viết chương trình đọc giá trị lỗi từ biến tần về plc.
Hình 5. 68: Chương trình truyền thông đọc giá trị lỗi về plc
Địa chỉ 1005 hệ hex chuyển về hệ dec là 4101 sau đó cộng thêm 40001.
Giá trị đọc về sẽ là 25600 (khi khơng có sự cố) tham số lỗi sẽ là số cuối cùng, giả sử sự cố quá dòng sẽ là 25604.
Để tạo bản text hiển thị tên lỗi ta trừ đi 25600 để còn giá trị cuối cùng.
88
Tạo bản text “chitietloi”, chọn tham số và ghi tên lỗi tương tự bản trên sau đó kéo thả qua màn hình thiết kế HMI.
Hình 5. 70: Danh sách hiển thị các lỗi
5.2.2.6.Giám sát ngày giờ thời gian hoạt động.
89
Để đọc thời gian thật, tạo một khối chức năng và đặt tên cho biến thời gian DataLocal kiểu dữ liệu là DTL (Date Time Local). Do mô phỏng nên sẽ lấy thời gian từ máy tính.
Hình 5. 72: Bảng các biến thời gian thực
Tạo khối RD_SYS_T (READ SYSTEM TIME). Khối sẽ out ra ngày giờ CPU.
90
Viết chương trình đếm thời gian động cơ hoạt động.
Hình 5. 74: Chương trình đếm số giây hoạt động
Khi động cơ hoạt động clock_1Hz nhảy xung 1 giây chớp tắt sẽ cộng thời gian vào khối CTU (count up). Sau khi đếm đủ 60 giây ở cài đặt chân PV ngõ ra khối Q sẽ on. “60s” on đóng cho chân R của khối “Demgiay” reset số đếm về 0 bắt đầu đếm lại.
Hình 5. 75: Chương trình đếm số giờ hoạt động
Khi đếm đến 60 giây sẽ đóng 1 lần cho khối đếm 1 phút và tương tự 60 phút sẽ đóng đếm 1 lần cho khối đếm 1 giờ.
Hình 5. 76: Chương trình reset thời gian sang ngày mới
91
5.2.3.Chạy thử chương trình.
5.2.3.1.Đấu nối các thiết bị điều khiển và chạy thử chương trình.
Hình 5. 77: Chạy thử trên thiết bị điều khiển thật
Do khơng có mơ hình tháp giải nhiệt thực tế nên chỉ chạy test với các thiết bị điều khiển do đó nhiệt độ sensor trả về ln cố định chỉ thay đổi bằng cách nắm giữ đầu cảm biến nhiệt để tăng hoặc giảm nhiệt độ.
• Ở mode manual hồn thành điều khiển chạy dừng bằng nút nhấn và HMI, tốc độ động cơ hoạt động đúng với tần số yêu cầu.
92
Ở mode auto đã chạy thử hoạt động PID và chế độ ngủ tiết kiệm điện năng. Nhưng do chưa có mơ hình tháp giải nhiệt thực tế nên chưa điều chỉnh các thông số P, I, D.
Hình 5. 79: Chạy thử AutoMode trên thiết bị điều khiển thật
Chạy thử chức năng giám sát lỗi. Bằng cách rút nguồn cấp cho biến tần. Khi đó hệ thống sẽ ngưng hoạt động nhưng biến cịn lưu trữ điện năng, màn hình biến tần báo lỗi thấp áp LU (Under voltage).
93
5.2.3.2.Chạy mô phỏng bằng PLCSIM.
Sử dụng phần mềm PLCSIM để chạy chương trình mơ phỏng.
Hình 5. 81: Chạy chương trình mơ phỏng bằng PLCSIM
94
Mơ phỏng trước và sau khi đóng động cơ bơm nước và ghi nhiệt độ mô phỏng.
Hình 5. 83: Mơ phỏng trước và sau khi bật động cơ bơm nước
Kết quả thu được sau quá trình chạy mơ phỏng: Đạt được:
✓ Những chức năng chạy dừng động cơ hoạt động tốt.
✓ Mơ phỏng được q trình tăng giảm tốc độ quạt.
✓ Ở mode Auto mô phỏng được chức năng ngủ đông. Chưa đạt được:
o Do khơng có thiết bị thực tế nên các chức năng, tham số truyền thông không hoạt động được.
o Chức năng PID không hoạt động do sử dụng hàm PID trên biến tần. o Các chức năng giám sát không hoạt động như tốc độ điện năng tiêu thụ.
95
Chương 6
ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ, KẾT LUẬN 6.1.Kết quả đạt được
• Chế độ chạy Manual: Điều khiển chạy dừng bằng nút nhấn, chạy thử hệ thống.
• Chế độ chạy Auto: Hệ thống chạy tự động tăng giảm tốc độ ổn định nhiệt độ, khi nhiệt độ nước thấp hơn nhiệt độ yêu cầu hệ thống chuyển sang chế độ ngủ tiết kiệm điện năng.
• Thử nghiệm bảo vệ biến tần và động cơ quạt khi có sự cố xảy ra.
• Cài đặt chỉnh định thơng số hệ thống , giám sát hệ thống thông số hoạt động, thời gian hoạt động, sự cố thông qua Scada.
6.2.Chưa đạt được
o Do tình hình dịch Covid phức tạp và kéo dài nhiều tháng cách ly nên không thi cơng được mơ hình thực tế. Đã mua các thiết bị điều khiển và tháp giải nhiệt.
o Đã chạy thử chương trình trên các thiết bị điều khiển thực tế và động cơ quạt. Nhưng chưa lắp lên mơ hình hệ thống tháp giải nhiệt thực tế do đó nhiệt độ trả về khơng phản hồi.
o Đã chạy mô phỏng và thay đổi tham số P, I, D điều khiển mô phỏng hoạt động PID bằng cách kết nối máy tính với biến tần AC10P bằng cổng USB, dùng phần mềm DSELite chạy mô phỏng bằng cách đấu nối biến trở làm feedback nhiệt độ. Nhưng chưa có mơ hình thật nên chưa thử với mơ hình thật.
o Chưa lập được bản danh sách theo dõi thời gian hoạt động, điện năng, công suất tiêu thụ hàng tháng.
96
6.3.Hướng phát triển
Với mơ hình này, chúng ta có thể hồn tồn ứng dụng vào thực tế, dùng các chức năng giám sát để có thể thu về những số liệu cần thiết. Mơ hình có thể nhân rộng và áp dụng khơng chỉ một mà nhiều số lượng tháp giải nhiệt.
Để chương trình này hoạt động hiệu quả hơn chúng ta cần kết hợp thêm các thiết bị, cảm biến ngoại vi dùng để đo đạc tổng quát hơn về việc vận hành của tháp giải nhiệt, từ đó giúp ta có thể nắm bắt được nhiều số liệu và tính hiệu quả của tháp. Bên cạnh đó đề tài nghiên cứu về việc sử dụng biến tần nhằm tiết kiệm năng lượng, nếu được áp dụng và thay thế hàng loạt cho các tháp giải nhiệt về lâu dài sẽ giúp cho doanh nghiệp vừa nắm bắt được số liệu cụ thể, hiệu suất làm mát của tháp và còn