CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG CÁC BÀI THỰC HÀNH TRÊN CƠ SỞ MÔ HÌNH THIẾT KẾ
3.2. Xây dựng một số bài thực hành mẫu
3.2.3 Bài thực hành mô hình điều khiển nhiệt độ PT-100 dùng PID
3.2.3.2. Hướng dẫn thực hành
a) Bước 1: Phân tích yêu cầu công nghệ bài thực hành
Bài thực hành yêu cầu điều khiển đóng cắt lò nhiệt. Nhiệt độ lò được đo và phản hồi về bằng cảm biến PT-100 qua modul FX-2AD-PT. Việc điều khiển nhiệt độ thông qua giải thuật PID cần cài đặt trong PLC. Vì vậy bài thực hành đòi hỏi sinh viên cần nắm vững modul FX-2AD-PT và thuật toán PID trong điều khiển nhiệt độ vì nhiệt độ là đại lượng có quán tính. Việc đóng cắt tải nhiệt với tần số xung thông qua Solid State Relay (SSR).
b) Bước 2: Xác định các tín hiệu điều khiển, các tín hiệu I/O Các tín hiệu điều khiển lấy từ PT-100 vào modul FX-2AD-PT
Bảng 3.3: Các tín hiệu I/O cho bài thực hành
Loại Địa chỉ thiết bị Địa chỉ thiết bị Hoạt động
L+ Ngõ vào kênh CH1 của FX-2AD-
PT Cảm biến PT-100 Tín hiệu vào mA
L- Ngõ vào kênh CH1 của FX-2AD-
PT Cảm biến PT-100 Tín hiệu vào mA
Ngõ vào
I- Ngõ vào kênh CH1 của FX-2AD-
PT Cảm biến PT-101 Tín hiệu vào mA
Ngõ ra Y0 SSR Đóng cắt tải nhiệt
c) Bước 3: Thiết lập lưu đồ thuật toán cho bài thực hành Trong bài thực hành cần quan tâm đến lưu đồ PID sau
Hình 3.10: Lưu đồ PID cho bài thực hành
Trong đó:
+ Nhiệt độ đặt : SP là nhiệt độ mong muốn của lò nhiệt, trong dải từ -1000C tới 6000C nhưng phải quy ra dạng số từ -1000 tới 6000. Ví dụ muốn nhiệt độ đặt là 1000C thì SP phải là 1000.
+ Nhiệt độ phản hồi: PV được lấy về từ cảm biến nhiệt độ PT 100 dưới dạng tương tự, sau đó được chuyển đổi thành dạng số bằng modul FX-2AD-PT.
+ Sai lệch giữa nhiệt độ đặt và nhiệt độ phản hồi được đưa qua bộ PID sô để xử lý đưa ra tín hiệu sai lệch hiệu chỉnh, sai lệch hiệu chỉnh được đưa vào bộ tạo xung PWM để tạo ra xung chùm đóng cắt tải lò nhiệt bằng SSR theo phương pháp tỷ lệ thời gian nhằm đạt được nhiệt độ mong muốn.
Hình 3.11: Giản đồ điều khiển theo phương pháp tỷ lệ thời gian d) Bước 4: Lập trình cho bài thực hành
*)Lập trình cho PLC
Để lập trình cho bài thực hành sinh viên cần nắm được các đặc điểm sau đây của modul FX-2AD-PT.
- Đường đặc tính chuyển đổi:
- Bộ nhớ đệm BFM của modul FX-2AD-PT.
Bảng 3.4: Bộ nhớ đệm BFM của modul FX-2AD-PT
BMF Nội dung
#0 Dành riêng
*#1 Số mẫu tính giá trị trung bình cho kênh 1 (1 tới 4096), mặc đinh băng 8
*#2 Số mẫu tính giá trị trung bình cho kênh 2 (1 tới 4096), mặc đinh băng 8
#5 Nhiệt độ trung bình kênh CH1 đơn vị 0.1ºC
#6 Nhiệt độ trung bình kênh CH2 đơn vị 0.1ºC
#9 Nhiệt độ hiện tại của kên CH1 đơn vị 0.1ºC
#10 Nhiệt độ hiện tại của kên CH2 đơn vị 0.1ºC
#13 Nhiệt độ trung bình của kênh CH1 đơn vị 0.1ºF
#14 Nhiệt độ trung bình của kênh CH2 đơn vị 0.1ºF
#17 Nhiệt độ hiện tại của kên CH1 đơn vị 0.1ºF
#18 Nhiệt độ hiện tại của kên CH2 đơn vị 0.1ºF
#19 - #28 Không được sử dụng
#29 Báo lỗi
#30 Mã nhận dạng của modul là K2020
#31 Không được sử dụng
Chú ý: Các BMF được đánh dấu ‘*’ có thể ghi từ PLC bằng lệnh TO - Vị trí lắp đặt khối modul
Hình 3.12: Vị trí lắp đặt modul đặc biệt
* Các lệnh đặc trưng được sử dụng trong đọc và ghi dữ liệu từ những modul chuyên dụng:
- Lệnh FROM: [FROM m1 m2 D n]
Đọc n word của dữ liệu từ bộ nhớ đệm của modul chức năng chuyên dùng bắt đầu từ địa chỉ m2 với vị trí của modul chức năng chuyên dùng là m1. Dữ liệu n word đọc được lưu vào PLC tại đại chỉ bắt đầu từ D. Ở đây modul FX-2AD-PT ở vị trí sô 0, m1=0.
- Lệnh TO: [TO m1 m2 D n]
Ghi dữ liệu n word vào bộ nhớ đệm có địa chỉ m2 của modul chức năng chuyên dùng với vị trí khối logic được xác định là m1. Dữ liệu n word được ghi từ địa chỉ ban đầu là D.
- Lệnh PID: [PID S1 S2 S3 D]
Lấy giá trị hiện hành S2 (PV) so sánh với giá trị đặt S1(SV). Sự sai lệch giữa hai giá trị này sẽ được xử lý thông qua một vòng điều chỉnh PID để tạo ra một hệ số điều chỉnh D, S3 là thời gian lấy mẫu Ts. Các thông số cài đặt cho vòng điều chỉnh PID được lưu trong 25 thanh gì tứ S3+0 đến S3+24.
Sau đây là chương trình mẫu:
- Thuyết minh chương trình
Lệnh đầu tiên dùng để kiểm tra modul FX-2AD-PT ở vị trí khối modul đặc biệt đầu tiên bên cạnh PLC có mã kiểm tra là K2020 được ghi vào D2, nếu có lỗi xảy ra thì lỗi xẽ ghi vào 16 bít từ M10 đến M15. Nếu đúng là modul FX-2AD-PT thì lệnh Compare giữa D2 va K2020 đúng thì M1=1. Chương trình xẽ hoạt động tiếp theo.
Khi M1=1, On thì lệnh tiếp theo đọc giá trị nhiệt độ tức thời trong 2 kênh CH1 và CH2 của modul FX-2AD-PT từ mã K9 vào D201 và D202, là giá trị PV. Ở đây có thể đọc một kênh CH1.
Lệnh từ dòng 37 là khai báo và cài đặt PID: Dòng đầu tiên cài thời gian lấy mẫu Ts=
500ms, dòng thứ hai cài cho PID ở chế độ hoạt động lùi Reverse Operation( khi SP>PV mới xuất xung để đóng mở tải nhiệt), dòng thứ ba cài đặt bộ lọc ngõ vào α=75% (D502), dòng thứ ba cài hệ số KP=75% (D503), dòng thứ ba cài hằng số tích phân TI=4000ms(D504), dòng thứ tư cài hệ số vi phân KD=50%(D505), dòng thứ 5 cài hằng số thời gian vi phân TD=1000ms(D506).
Hàng tiếp theo cài Set Point =1000 (SV) ứng với nhiệt độ là 1000C (D200).
Hàng tiếp theo thực hiện lệnh PID giữa SV=1000, PV= D201, các thanh ghi từ D500 đến D506 cài các thông số, thông số đầu ra được hiệu chỉnh đưa vào D525.
Hàng tiếp theo là lệnh PWM nhằm tạo ra một chuỗi xung có chu kỳ T=100 ms, để đưa vào đóng cắt ngõ ra tải ở Y000 đóng cắt SSR.
m1
pmw d525 k100 y000
y000
t
T0
t T0
Hình 3.13: Giản đồ xung ra chần Y000
*) Thiết kế giao diện HMI
Sử dụng phần mềm GT- Designer để thiết kế giao diện HMI cho băng tải vừa lập trình.
Có nhiều cách khai thác giao diện. Sinh viên cần thành thạo phần mềm và thiết kế nên những giao diện đẹp mắt. Khi sử dụng phần mềm cần khai báo đúng loại màn hình GOT và kiểu PLC thì chương trình mới chạy. Đồng thời yêu cầu các giao diện phải đơn giản sát với chương trình vừa lập trình
Hình 3.14: Màn hình GOT-HMI cho mô hình điều khiển nhiệt độ e)Bước 5: Kết nối các thiết bị vào ra cho PLC
Sau khi đã lập trình song và kiểm tra lại chương trình kỹ càng. Giáo viên sẽ cho sinh viên đấu nối các thiết bị. Trong quá trình đấu nối cần giám sát kỹ càng và kiểm tra lại đảm bảo tính an toàn cho mô hình cũng như sinh viên. Sinh viên bắt buộc phải đấu nối theo sơ đồ sau
L N S\S X0 X1 X2
C0 Y0 C1 Y1 C2 Y2
AC ~220V
X3 X4 X5 X6
Y3
C3 Y4
L N
C4
fX 2n fX- 2ad-pt fX-4ad-tc
L+ L- I- CH1 +24V 0V -24V
24V DC 0V
L
N AC ~220V
CảM BIếN
ĐIệN TRở ĐốT SSR
Hình 3.15: Sơ đồ kết nối các thiết bị f) Bước 6: Chạy chương trình.
- Tiến hành chạy chương trình, xem kết quả và hiệu chỉnh chương trình, các thông số P, I, D cho phù hợp
2. Hướng dẫn thường xuyên
- Trong quá trình thực hành đưa ra những câu hỏi sáng tạo. Những gợi mở khác nhau để sinh viên sáng tạo ra nhưng chương trình mới.
- Thay đổi cách đấu dây để sinh viên linh hoạt hơn trong chương trình của mình.
3. Rút kinh nghiệm
- Sau khi bài thực hành kết thúc, sinh viên cần đúc rút ra kinh nghiệm lập trình cho các bài thực hành tiếp theo.
- Suy nghĩ các hướng lập trình khác đơn giản hơn, tối ưu hơn. Hướng phát triển của bài thực hành.