CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG, MÔ PHỎNG CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN
3.4. Công cụ thực hiện phần mềm - CS 3000
3.4.2. Phần mềm Control Drawing
Control Drawing là phần mềm cho phép lập trình theo dạng khối, sử dụng các Function Block. Một Function Block có cấu trúc tương tự như một module phần cứng bao gồm khối xử lý đầu vào, khối tính toán và khối xử lý đầu ra. Do đó, các Function Block có thể xử lý ở các đơn vị khác nhau, nhƣ một mudule thật, và nhƣ vậy, có thể xây dựng một hệ thống trên Control Drawing có cấu trúc tương tự như hệ thống phần cứng.
CS3000 đƣợc lập trình trên phần mềm Control Drawing sử dụng các Function Block.
a. Function Block
Hình 3.20: Cấu trúc một Function Block
65
Mỗi khối Function Block bao gồm các thành phần sau:
- Các đầu nối vào ra thực hiện chức năng chuyển đổi dữ liệu giữu Function Block với các đối tƣợng khác, nhƣ các Function Block khác, các đầu ra trên FCS,
…
- Bốn khối chức xử lý của Function Block: xử lý tín hiệu vào (Input Processing), khối tính toán (Calculation Processing), khối xử lý tín hiệu ra (Output Processing), và khối báo động (Alarm Processing)
- Các hằng số hoặc các biến (Gọi là các Data Item) đƣợc sử dụng trong quá trình tính toán hoặc để set giá trị cho Function Block, nhƣ biến quá trình PV, giá trị đặt SV, giá trị điều khiển MV,…
Khối xử lí tín hiệu đầu vào - Input Processing
Khối xử lí tín hiệu đầu vào thực hiện chức năng chuyển đổi dữ liệu nhận đƣợc đảm bảo tín hiệu phù hợp với các thuật toán điều khiển, cho các thuật toán.
Hoạt động của khối này tùy thuộc vào loại Function Block và loại dữ liệu nhận đƣợc.
Khối tính toán - Calculation Processing
Khối tính toán nhận dữ liệu từ khối xử lý tín hiệu vào (Input Processing), thực hiện các thuật toán tính toán, tùy thuộc vào loại Function Block, sau đó đƣa tín hiệu ra khối xử lý tín hiệu ra và khối báo động.
Ví dụ: một Function Block thực hiện chức năng điều khiển, Function Block sẽ đọc tín giá trị biến quá trình PV, thực hiện tính toán hiệu chỉnh so với giá trị đặt, sau đó đƣa ra tín hiệu hiệu chỉnh MV.
Khối tính toán thường thực hiện các tính toán điều khiển, tính toán số học, tính toán logic.
Khối xử lý tín hiệu ra - Output Processing
Khối xử lý tín hiệu ra thực hiện chuyển đổi tín hiệu nhận đƣợc từ khối tính toán, chuyển đổi, đƣa ra đầu ra của Function Block.
Khối báo động - Alarm Processing
Khối báo động thực hiện kiểm tra trong quá trình xử lý trên cả 3 khối xử lý tín hiệu đầu vào, khối tính toán và khối xử lý tín hiệu ra nhằm phát hiện ra các lỗi trong quá trình xử lý. Khi phát hiện ra lỗi xử lý, khối sẽ gửi tín hiệu thông qua biến Alarm Status, một trong các Data Item.
b. Giới thiệu một số Function Block PID
Khối điều khiển PID thực hiện hầu hết các chức năng điều khiển thông qua các tác động điều khiển: Tỉ lệ, tích phân, vi phân dựa trên sử sai lệch giữa biến quá a trình đƣa về (PV) so với giá trị đặt (SV).
Trong đó:
( En)
T n TD TI E n T PB E n 100 MV
66 - MV : Thay đổi giá trị điều khiển
- En : Sai lệch giữa biến quá trình và giá trị đặt - PV : Giá trị đo từ quá trình
- SV : Giá trị đặt
- En : Giá trị thay đổi của sai lệch
- T : Chu kì điều khiển (Thời gian quét)
Hình 3.21: Cấu trúc Function Block PID Khâu trễ bậc 1 - First order lag (LAG)
Khối LAG cho ra tín hiệu trễ bậc một của tín hiệu vào. Khối LAG thường dùng để lọc tín hiệu hoặc để mô phỏng quá trình.
Sơ đồ của Function Block LAG
Hình 3.22: Đáp ứng khâu trễ bậc 1
Hình 3.23: Cấu trúc khâu trễ bậc 1
67 Thuật toán tính toán :
s T CPV Gain
i
1
Đáp ứng tín hiệu xung của LAG, đường đặc tính này tùy thuộc vào thông số cài đặt: Gain (Không đơn vị), Ti(Đơn vị giây).
Khâu thể thể hiện thời gian trễ vận chuyển (DEAD TIME) DLAY
Hình 3.24: Cấu trúc khâu DLAY
Khối DLAY làm trễ tín hiệu vào một khoảng thời gian, sau đó đƣa ra đầu ra.
Khối DLAY thường sử dụng kết hợp với bộ điều khiển để thực hiện điều khiển đối tƣợng có trễ vận chuyển, hoặc dùng để mô phỏng quá trình.
Sơ đồ khối của Function Block DLAY Thuật toán xử lý:
RV s e
T CPV Gain LS
i
1
Đáp ứng của DLAY
Hình 3.25: Đáp ứng khâu DLAY - C Khâu tích phân - INTEG
Function Block INTEG thực hiện chức năng tích phân tín hiệu vào.
Sơ đồ khối của Function Block INTEG
68
Hình 3.26: Function Block - INTEG Thuật toán tính toán:
s RV T CPV Gain
i
c. Sử dụng Control Drawing mô phỏng một số thiết bị, quá trình Actuator
Hình 3.27: Cấu trúc mô phỏng một Actuator
Actuator hay cơ cấu chấp hành thường hoạt động trên nguyên lý điện, khí nén, thủy lực.
Thông thường các ctuator chạy bằng khí nén và thủy lực thực hiện điều a chỉnh vị trí nhờ một định vị dạng tích phân. Bộ định vị này có vai trò nhƣ một bộ điều khiển hoạt động trên nguyên tắc hồi tiếp. Tín hiệu yêu cầu vị trí đƣa vào actuator đƣợc tính sai lệch so với vị trí hiện tại của ctuator, sau đó lấy sai lệch này a
69
để điều chỉnh so với vị trí hiện tại. Actuator phải có bộ điều khiển này là để đảm bảo độ chính xác của cơ cấu chấp hành.
Khi đánh giá một ctuator phải chú ý đến: độ nhạy của ctuator, khoảng làm a a việc của ctuator, thời gian đáp ứng, …a
Để mô phỏng một ctuator, ta xây dựng cấu trúc với độ nhạy đƣợc môt a phỏng bởi một khâu Dead Zone, giới hạn hoạt động của ctuator khi tín hiệu vào a nhỏ; khoảng làm việc đƣợc mô phỏng bởi một khâu giới hạn: LIMIT; Giới hạn tốc độ thực hiện bởi một khâu SLEW RATE. Mô phỏng đƣợc thực hiện theo sơ đồ sau:
Transmitter
Thiết bị đo đƣợc mô phỏng đơn giản bằng một khâu trễ bậc một:
Hình 3.28: Transmitter Đường ống
Đối với đường ống vận chuyển chất lỏng, chất khí, có hai đặc điểm cần quan tâm là thời gian trễ vận chuyển và thời gian đáp ứng sự thay đổi ở đầu vào. Khi bỏ qua các tổn hao trên đường ống, ta sẽ mô phỏng đường ống vận chuyển gồm một khâu trễ vận chuyển và một khâu quán tính bậc nhất. Sơ đồ thực hiện trên control drawing nhƣ sau:
Hình 3.29: Cấu trúc mô phỏng đường ống d. Virtual Test
Virtual Test là công cụ cho phép sử dụng một FCS ảo thay cho FCS thực.
FCS ảo mô phỏng hoạt động của một FCS thật và đƣợc thực hiện bởi một HIS. Nhƣ vậy, nếu có một HIS, ta có thể mô phỏng đƣợc một FCS, có hai HIS ta có thể mô phỏng đƣợc hai FCS, …