Lập trình và cài đặt bộ điều khiển PID cho hệ thống gia nhiệt

3.3.1. Khởi động phần mền SIMATIC

Khởi động phần mềm SIMATIC bằng cách doule click và biểu tƣợng của phần mềm SIMATIC.

Tạo Project mới và lựa chọn phần cứng: Click vào nút “Next” và lự chọn CPU 313C

3.3.2 Cài đặt giao thức truyền thông cho PLC

Trong quá trình kết nối với PLC ta sử dụng cáp kết nối MPI nên ta phải cài đặt truyền thông là MPI . Chọn mục Options/ Set PG/PC Interface. Ta đƣợc cửa sổ giao diện Set PG/PC Interface, trên cửa sổ giao diện ta chọn hình thức giao tiếp là “PC Adapter (MPI)”.

3.3.3. Xây dựng phần cứng cho PLC, cài đặt thời gian chƣơng trình ngắt

Doule Click vào biểu tƣợng Hardware trên Project ta có giao diện sau :

Cài đặt thời gian gọi chƣơng trình ngắt OB35 : Doule Click vào CPU313C , lựa chọn cửa sổ “Cyclic Interrupts” và cài đặt thời gian gọi là 100ms.

42

3.3.4. Định địa chỉ vào ra cho module analog

Doule click vào AI5/AI2, chọn cửa sổ Addresses và định địa chỉ vào ra nhƣ sau :

Lựa chọn kiểu tín hiệu analog input và ouput. Lựa chọn kiểu tín hiệu vào là điện áp giá trị từ 0-10V

Giá trị điện áp ra có giá trị từ 0-10V

3.3.5. Khởi tạo chƣơng trình chính OB1, chƣơng trình ngắt OB35 .

Sau khi lựa chọn CPU 313C, tiếp tục click vào nút “Next” và chọn OB1 và OB35 nhƣ hình:

Tiếp tục click vào nút “ Next” và đặt tên cho Project mới, sau đó click vào nút Finish để kết thúc bƣớc khởi tạo Project :

44

Sau khi kết thúc ta có giao diện nhƣ sau:

Khởi tạo khối PID FB41 trên chƣơng trình ngắt OB35. Từ giao diện chính doule click vào OB35

Gọi khối FB41 theo đƣờng link sau : “ Libraries/Stadard Library/ PID Control Blocks/ FB41 CONT_C ICONT.

46

3.3.6. Lập trình chƣơng trình cho OB35 và OB1

Chƣơng trình lập trình cho OB1

48

Trên khối DB41 các địa chỉ MD0 (giá trị SP ), MD20 (hệ số Gain), MD12 (hệ số Ti) đƣợc gán giá trị từ WinCC.

3.4 Lập trình giao diện ngƣời máy trên nền WinCC 3.4.1. Các bƣớc để tạo một Project mới với WinCC 3.4.1. Các bƣớc để tạo một Project mới với WinCC

Để tạo 1 Project mới trong WinCC, ta tiến hành theo các bƣớc sau: +Tạo ra 1 Project.

+Chọn và thiết lập Driver kết nối với PLC.

+Tạo ra các Tag liên kết với các địa chỉ của PLC mà ta cần sử dụng. +Tạo ra màn hình giao diện.

+Xác lập các thông số trong WinCC Runtime. +Kích hoạt giao diện của Project.

3.4.2. Giới thiệu sơ lƣợc các bƣớc

Bước 1: Tạo ra 1 Project

Khi vào màn hình của WinCC. Dùng phím chuột trái kích vào FileNew thì

trên màn hình sẽ xuất hiện các mục chọn sau:

Dùng chuột chọn mục Single-User System sau đó ấn phím OK để xác nhận. Sau khi đặt tên và đƣờng dẫn cho Project ứng dụng thì ta bắt đầu vào bƣớc 2.

50

Bước 2: Cài đặt Driver kết nối với PLC. Trong cửa sổ Project ta mới tạo:

Kích chuột phải vào Tag ManagementAdd New Driver sau đó chọn loại Driver phù hợp với loại PLC mà ta sử dụng (Trong luận văn là loại SIMATIC S7 Protocol Suite.CHN) sau đó kích chuột vào nút Open. Khi đó ta đã chọn xong loại Driver mong muốn.

Kích chuột phải vào MPINew Driver Connection. Hộp thoại Connection properties xuất hiện:

Đánh tên xong, ấn phím OK xác nhận, rồi tiến hành bƣớc 3.

Chú ý: Để liên kết được giữa PLC với WinCC thì trong mục Connection của hộp thoại Connection properties ta cần xác lập các thông số như sau:

Đánh vào tên

liên kết với PLC mà ta

52

Bước 3: Tạo ra các Tag

Giả sử trong hộp thoại Connection properties ta đặt tên là “PLC” thì khi kích chuột

phải vào PLC:

Chọn mục New Tag, hộp thoại Tag Properties sẽ hiện ra

Chọn xong ấn nút Select để mở hộp thoại Address properties :

Chọn kiểu dữ liệu của Tag Đặt tên Tag

Ta chọn, xác định loại dữ liệu và địa chỉ trong PLC cho Tag mà ta vừa tạo ra. An phím OK để xác nhận.

Bước 4: Tạo ra màn hình giao diện.

Trong cửa sổ chính của WinCC, kích chuột phải vào biểu tƣợng Graphic Designerchọn New Picture. Sau đó kích đôi vào biểu tƣợng NewPdl0.pdl.

Kích đôi chuột vào đây

54

Sau khi kích chuột xong, ta sẽ vào màn hình Graphics Designer.

Ta tiến hành tạo giao diện theo ý muốn. Sau khi tạo xong ta cần liên kết những biểu tƣợng vừa tạo với các Tag tƣơng ứng đã tạo ra ở Bước 3.

Bước 5 :Xác lập các đặc tính thời gian chạy trong WinCC

Trong cửa sổ chính của màn hình, kích chuột phải vào biểu tƣợng Computer trong Project, sau đó chọn Properties, xác lập các thông số nhƣ sau:

Thƣ viện chứa các công cụ cần

sử dụng

Bước 6:Kích hoạt giao diện trong WinCC

Để chạy Project vừa tạo, ta kích vào biểu tƣợng trên thanh công cụ của WinCC

Hình 3.2.Giao diện WinCC cho hệ thống gia nhiệt sử dụng S7- 300

3.5 Kết quả thực nghiệm

Áp dụng bộ điều khiển PI đƣợc xác định trong chƣơng 2 theo phƣơng pháp Tối ƣu mô đun, ta đƣợc nhƣ sau:

) 805 , 322 1 1 ( 099 , 133 ) 1 1 ( ) ( ) ( s s T K s G s G I p PI dk      Nhiệt độ đặt là 0 50 T = C

56

Đáp ứng của hệ thống gia nhiệt, và tín hiệu điều khiển:

Nhiệt độ đặt Nhiệt độ đầu ra

Khi nhiễu phụ tải: hai van điện từ 30% để cấp nƣớc lạnh vào trong bình gia nhiệt

Nhận xét: Với nhiệt độ đặt là 500C, sau khoảng thời gian 148 giây từ 3:40:40 đến 3:43:8 (3 giờ: 43 phút: 8 giây) là hệ thống đạt trạng thái xác lập. Độ quá điều chỉnh là 2.5%. Khi có nhiễu tác đông tại thời điểm 3:48:19, bộ điều khiển đƣa ra tác động cho đến khi hệ gia nhiệt đạt 500

C.

Khi có sự thay đổi tín hiệu đặt ở đầu vào, cụ thể nhiệt độ đặt 0

70C

T =

Nhiễu phụ tải Nhiệt độđặt Nhiệt độ đầu ra

58

Nhiệt độ đặt Nhiệt đầu ra

Nhiệt độ môi trƣờng

Khi có nhiễu phụ tải tác động: cụ thể mở thêm hai van điện từ 30% để cấp nƣớc lạnh vào trong bình gia nhiệt:

Nhận xét:

- Khi có sự thay đổi tín hiệu đặt cụ thể tăng 700C, bộ điều khiển tác động tín hiệu điều khiển làm cho nhiệt độ bình gia nhiệt tăng lên sau khoảng thời gian là 150 giây.

- Khi có nhiễu phụ tải tác động cụ thể tăng thêm 30% lƣợng nƣớc lạnh bơm vào bình gia nhiệt, là cho nhiệt độ trong bình giảm xuống, tuy nhiên do tác động của bộ điều khiển làm cho nhiệt độ trong bình gia nhiệt tăng lên bằng nhiệt độ đặt,

- Cả hai điều trên chứng tỏ tính ổn định và bền vững của bộ điều khiển đƣợc thực thi trên PLC S7 300

Nhiễu phụ tải Nhiệt đầu ra

60

Kết luận chƣơng 3

Chƣơng 3 tác giả đã giải quyết các vấn đề sau:

- Tìm hiểu các Modul đọc tín hiệu đầu vào FC105 và Modul xuất tín hiệu đầu ra FC 106 và bộ điều khiển PID số FB41 trong phần mềm SIMATIC S7 300 của hãng SIMEN.

- Lập trình chƣơng trình điều khiển nhiệt độ dựa trên phần mền SIMATC S7 300 trong đó giới thiệu chi tiết các bƣớc thực hiện.

- Thiết kế đƣợc giao diện ngƣời máy (HMI) dựa trên phần mền Win CC, trong đó nhiệt độ đặt và các tham số của bộ điều khiển PID có thể thay đổi đƣợc, hơn nữa ngƣời vận hành có thể theo dõi trực tiếp trên biểu đồ giao diện hiển thị trực quan.

- Các kết quả nhận dạng và thiết kế bộ điều khiển trong chƣơng 1 và chƣơng 2 là chính xác, điều này đƣợc minh chứng bằng thực nghiệm đƣợc kiểm chứng trong các trƣờng hợp thay đổi nhiệt độ đặt và khi có nhiễu phụ tải tác động vào hệ thống gia nhiệt.

- Các kết quả thực nghiệm phù hợp yêu cầu công nghệ đƣợc đƣa ra trong chƣơng 1 và các mô phỏng và khảo sát chi tiết các bộ điều khiển trong chƣơng 2.

KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN

Luận văn đã hoàn thành một số công việc sau đây:

- Tìm hiểu Toolbox Identification của Matlab và ứng dụng vào việc mô hình hóa thiết bị gia nhiệt.

- Nghiên cứu một số phƣơng pháp tổng hợp bộ điều khiển cho đối tƣợng gia nhiệt. Thực hiện tổng hợp bộ điều khiển, mô phỏng kiểm chứng và so sánh chất lƣợng hệ thống điều khiển thiết bị gia nhiệt để từ đó lựa chọn đƣợc bộ điều khiển phù hợp nhất cho đối tƣợng gia nhiệt.

- Tìm hiểu PLC S7-300, phần mềm STEP 7 và WinCC. Tổng hợp bộ điều khiển cho thiết bị gia nhiệt bằng các Module điều khiển quá trình của STEP 7. - Cài đặt phần mềm thiết kế và chạy trên hệ thống gia nhiệt trong phòng thí nghiệm của trƣờng ĐHKTCN Thái Nguyên. Chất lƣợng hệ thống thực hoàn toàn phù hợp với các kết quả mô phỏng kiểm chứng ở chƣơng 2.

Hƣớng nghiên cứu phát triển của luận văn là có thể nghiên cứu thêm một vài phƣơng pháp điều khiển khác cũng phù hợp với đối tƣợng nhiệt nhƣ:

- Vì việc nhận dạng đối tƣợng chỉ tại một điểm cụ thể cho nên mô hình đối tƣợng chỉ chính xác xung quanh điểm làm việc. Cho nên ta nên sử dụng bộ điều khiển mờ (FLC) hoặc bộ điều khiển mờ lai để điều khiển đối tƣợng gia nhiệt trên vì ƣu điểm của bộ điều khiển FLC là không cần biết chính xác mô hình đối tƣợng.

- Hệ điều khiển gia nhiệt trên có thể áp dụng phƣơng pháp điều khiển dự báo (MPC), lúc này mô hình của đối tƣợng sẽ đƣợc nhận dạng oline và chất lƣợng của hệ thống gia nhiệt sẽ đƣợc nâng cao và cải thiện tốt hơn.

62

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Nguyễn Doãn Phƣớc, (2010), Lý thuyết điều khiển tuyến tính, NXB Khoa học Kỹ thuật;

2. Nguyễn Thƣơng Ngô, (2008), Lý thuyết điều khiển thông thường và hiện đại, Quyển 1 : Hệ điều khiển tuyến tính, NXB Khoa học Kỹ thuật;

3. Camacho E. F. & Bordons C (2007), Model predictive control, Springer, London;

4. Nguyễn Doãn Phƣớc, Phan Xuân Minh, (2001), Nhận dạng hệ thống điều

khiển , NXB Khoa học Kỹ thuật,

5. Phạm Văn Thiêm, Nguyễn Thị Thanh Quỳnh, Thiết kế bộ điều khiển PID và

FLC cho hệ thống gia nhiệt, Tạp chí khoa học công nghệ ĐH Thái Nguyên

6. Nguyễn Thị Ngọc Mai, (2005), Microsoft Visual Basic 6.0 lập trình cơ sỡ dữ liệu, NXB lao động xã hội;

7. Hoàng Minh Sơn (2009), Điều khiển quá trình, NXB Khoa học Kỹ thuật 9. Nguyễn Phùng Quang (2006) MATLAB và SIMULINK dành cho kỹ sư điều

khiển tự động, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, Hà Nội.

10. Nguyễn Doãn Phƣớc, Phan Xuân Minh, Vũ Việt Hà (2007): Tự động hóa với