C. TRẠM BỒN NƯỚC EDUKIT PA
3. Kết nối hệ thống với PLC S7-300:
Loại PLC : CPU 313C6ES7 313-5BF03-0AB0 , có tích hợp module AnalogAI5/AO2, module DI24/DO16.
Cảm biến siêu âm xác định mực nước trong bồn B102 được nối với ngõ vào analog PIW752
Cảm biến lưu lượng : PIW754 Cảm biến áp suất : PIW756
Cảm biến tiệm cận xác định giới hạn dưới được nối với ngõ vào: I0.4 Cảm biến tiệm cận xác định giới hạn trên được nối với ngõ vào: I0.3 Bơm tuyến tính được nối với ngõ ra analog PQW 752
Van xả: Q0.0
Relay cho phép bơm hoạt động: Q0.2
Nút nhấn Start: I1.0
Đấu dây của các cảm biến
4. Giải thuật PID ổn định mực nước và lập trình khối PID bằng Ngôn ngữ SCL
Cơ sở lý thuyết:
PID (Proportional Integral Derivative) là một trong những thuật toán được sử dụng phổ biến nhất trong điểu khiển quá trình (process control) các hệ thống kín (điều khiển có hồi tiếp).
Sơ đồ khối của thuật toán PID:
Ảnh hưởng của các khâu tỉ lệ (P), tích phân (I) và đạo hàm (D) lên hệ thống:
Đáp ứng vòng kín
Thời gian lên Độ vọt lố Thời gian xác
lập
Sai số xác lập
Kp Giảm Tăng Thay đổi nhỏ Giảm
Ki Giảm Tăng Tăng Loại bỏ
Kd Thay đổi nhỏ Giảm Giảm Thay đổi nhỏ
Ảnh hưởng của các khâu P,I,D là cơ sở để chọn các hệ số phù hợp với hệ thống trong quá trình lập trình. Khâu tỉ lệ (P) sẽ ảnh hưởng nhiều đến thời gian lên (rising time) và đáp ứng của hệ thống, tuy nhiên nếu không chọn giá trị Kp hợp lý sẽ gây ra độ vọt lố cao và làm hệ thống giao động. Khâu tích phân (I) có tác dụng triệt tiêu sai số xác lập của hệ thống, giúp cho hệ thống đáp ứng nhanh lên nhưng đồng thời cũng dễ gây ra độ vọt lố lớn và làm tăng thời gian xác lập. Khâu vi phân ( D) có tác dụng hiệu chỉnh để giảm thời gian xác lập và độ vọt lố, tuy nhiên do đặc tính của khâu vi phân là nhạy với nhiễu tần số cao nên rất dễ làm cho hệ thống mất ổn định . Vì vậy đây là khâu ít được sử dụng nhất trong 3 thơng số của bộ điều khiển này.
Xây dựng thuật toán PID điều khiển hệ thống bồn nước bằng ngơn ngữ lập trình có cấu trúc SCL:
Chương trình OB 35:
Khối ngắt thời gian theo chu kỳ OB35 gọi đọc giá trị cảm biến siêu âm, gọi hàm PID và xuất giá trị điều khiển ra bơm.
Chương trình khối hàm PID FB1:
IF (#Out_type=1) THEN #KO1 := #Out_max; #KO2 := -#Out_max; ELSE #KO1 := #Out_max; #KO2 := 0; END_IF;
#Error_0 := #Set_val- #Real_val;
#Error_sum := #Error_sum_1*0.995+ #Error_0;
IF (#Error_sum > 30000) THEN //hàm bão hòa cho
#Error_sum_1 := -30000; ELSE #Error_sum_1 := #Error_sum; END_IF; IF (#Error_0 >= 1000) THEN #Udk_temp := #Out_max;
ELSIF (#Error_0>500) THEN
#Udk_temp := #Out_max*3/4;
ELSE
#Error_den:= #Error_0-#Error_1; #Error_1 := #Error_0;
#Udk_temp := #Kp*#Error_0;
#Udk_temp := #Udk_temp+ #Ki* #Error_sum_1; #Udk_temp := #Udk_temp+ #Kd* #Error_den;
IF(#Udk_temp >= #Out_max) THEN //hàm bão hịa tín
hiệu ngõ ra
#Udk_temp := #Out_max;
ELSIF (#Udk_temp <= 0) THEN
#Udk_temp := 0; ELSE ; END_IF; END_IF; IF (#Error_0=0) THEN #Error_sum := 0; END_IF;
#Output := REAL_TO_INT( #Udk_temp);
Tùy vào tầm giá trị đặt khác nhau và các hệ thống khác nhau, ta sẽ chọn được các bộ hệ số PID phù hợp với yêu cầu điều khiển. trong trường hợp này với hệ số đã chọn tương ứng với giá trị đặt, độ vọt lố của hệ thống <2% và sai số xác lập <=0.5%.