Tài liệu Modul mền Pid_FB41 trong PLC_S7-300 ppt

Đầu vào MAN, dạng số thực, tính theo %, dùng để đặt mức tín hiệu ra LMN trong chế độ điều khiển bằng tay.. Khi đó luật tích phân tự động thiết lập giá trị khởi tạo I_ITVAL, tất cả các đầ

Modul mỊn PID_FB41 trong PLC_S7-300

1 Khèi hµm FB41 ‘’CONT_C’’

FB41 ”CONT_C” được sử dụng để điều khiển các quá trình kỹ thuật với các biến đầu vào và ra tương tự như trên cơ sở thiết bị khả trình Simatic Trong khi thiết lập tham số, có thể tích cực hoặc không tích cực một số thành phần chức năng của bộ điều khiển PID cho phù hợp với đối tượng

Module mềm PID bao gồm:

- Tín hiệu đầu vào SP_INT: Lệnh nhập mức tín hiệu điều khiển, là số thực, tính theo giá trị % của tín hiệu cực đại thang điều khiển

- Tín hiệu phản hồi PV_PER: Tín hiệu phản hồi lấy từ đối tượng được điều khiển Nó thường được đọc từ một cảm biến Analog qua đầu vào Analog nên người ta chọn kiểu dữ liệu đầu vào này là số nguyên kiểu Word Chức năng CRP_IN biến đổi kiểu dữ liệu từ số nguyên sang dạng số thực tính theo % cho phù hợp với lệnh Do Module Analog có giới hạn thang đo tuyến tính là 27648 nên ta coi giới hạn đó là 100% và tín hiệu ra CRP_IN được tính:

27648

100 _

_IN=PV PER×

CRP

- Để hiệu chỉnh giá trị cảm biến phản hồi, khối chức năng PV_NORM sẽ thực hiện biến đổi tuyến tính, hiệu chỉnh độ nhạy (PV_FAC) và độ trôi (PV_OFF):

PV_NORM= CRP_IN×PV_FAC +PV_OFF Khi thay thế cảm biến, ta cần hiệu chỉnh 2 giá trị trên để kết quả đo lường không đổi

- Trong trường hợp tín hiệu phản hồi không thu được từ cảm biến có dữ liệu tương ứng đầu vào PV_PER, ta có thể đưa qua tính toán khác và đưa đến đầu vào PV_IN dạng số thực, tính theo %, lúc đó lệnh PVPER_ON phải đặt về mức “0”

- Khối ± sẽ so sánh 2 giá trị vào, cho ra tín hiệu sai lệch Tín hiệu sai lệch được đưa qua khối chức năng DEADBAND để hệ thống không hoạt động với các sai lệch nhỏ dưới mức cần tác động Điều này cần thiết nếu các hệ làm việc trong môi trường nhiều nhiễu Trong môi trường ít nhiễu, ta giảm DEAD_W về “0” để tăng độ nhạy, độ chính xác của hệ thống

- Hệ số khuếch đại tín hiệu sai lệch của hệ chính là thành phần tỉ lệ Kp, được đặt bằng hệ số GAIN GAIN là số thực, nếu chọn lớn hệ sẽ tác động nhanh, chính xác nhưng dễ mất ổn định

- Khâu PID thực sự gồm 3 thành phần:

Thành phần tỉ lệ, được lựa chọn nhờ lệnh chuyển mạch P_SEL Thành phần tích phân được hình thành bởi khối chức năng INT và được chọn nhờ lệnh chuyển mạch I_SEL Tính chất khối tích phân xác định nhờ giá trị hằng số thời gian TI (Dữ liệu kiểu TIME), giá trị ban đầu I_ITLVAL (Dạng số thực tính theo %) Có sử dụng giá trị ban đầu hay không tuỳ thuộc lệnh I_ITL_ON, và có thể dùng quá trình tích phân giữ nguyên giá trị đầu ra bằng lệnh INT_HOLD

Thành phần vi phân được hình thành bởi khối chức năng DIF, được lựa chọn nhờ lệnh chuyển mạch D_SEL Tính chất khối vi phân được xác lập bởi hằng số thới gian TD (Dữ liệu kiểu TIME) và thời gian giữ chậm TM_LAG (Dữ liệu kiểu TIME)

Ba thành phần này được cộng với nhau Nhờ các lệnh chuyển mạch P_SEL, I_SEL, D_SEL mà ta có thể thành lập các chế độ điều khiển P, PI, PD, PID khác nhau

- Tín hiệu sai lệch tổng hợp được cộng thêm thành phần DISV dùng để bù tác động hiễu theo chiều thuận Giá trị của DISV có dạng số thực, tính theo %

- Tín hiệu sai lệch được đưa qua bộ hạn chế mức tín hiệu điều khiển LMNLIMIT Mức hạn chế trên LMN_HLM và hạn chế dưới LMN_LLM được đưa vào dạng số thực, tính theo% Đầu vào của khối được lựa chọn theo chế độ bằng tay hay tự động nhờ lệnh MAN_ON Đầu vào MAN, dạng số thực, tính theo %, dùng để đặt mức tín hiệu ra LMN trong chế độ điều khiển bằng tay

- Khối LMN_NORM biến đổi tuyến tính, bù lệch tĩnh và độ nhạy của cơ cấu chấp hành Tín hiệu điều khiển đầu ra LMN có dạng số thực, tính theo % LMN=LMNLIMIT×LMN_FAC+LMN_OFF

- Khối CRP_OUT biến đổi tín hiệu ra dạng số thực ra dạng số nguyên LMN_PER thích ứng với dạng ra các Module ra Analog

100

27648 _PER=LMN×

LMN

- Các đầu ra trung gian, kiểm tra:

PV_IN: Tín hiệu phản hồi, dạng số thực tính theo % đầu vào mạch so sánh

ER: Tín hiệu sai lệch sau khi truyền qua DEADBAND

LMN_P, LMN_I, LMN_D: các thành phần tỉ lệ, tích phân, vi phân của tín hiệu sai lệch ở đầu vào bộ tổng hợp

QLMN_HLM, QLMN_LLM: Tín hiệu báo độ sai lệch vượt mức hạn chế trên và dưới

Các tín hiệu đầu ra này có thể dùng theo dõi, báo hiệu hoặc các xử lý khác

2 Sư dơng khèi hµm FB41

Để sử dụng module mềm FB41, ta xét sơ đồ khối tín hiệu:

Hỡnh: Sụ ủoà khoỏi noỏi FB41 vụựi ủoỏi tửụùng ủieàu khieồn

- Leọnh ủieàu khieồn ủửụùc ủaởt vaứo daùng soỏ thửùc (%) qua ủaàu vaứo SP_INT ẹaàu

ra LMN (soỏ nguyeõn) hoaởc LMN_PER (soỏ thửùc) ủửụùc ủửa ủeỏn cụ caỏu chaỏp haứnh, ủieàu khieồn ủoỏi tửụùng Tớn hieọu phaỷn hoài ủửụùc ủửa trụỷ veà ủaàu vaứo PV_PER (soỏ nguyeõn) hoaởc PV_IN (soỏ thửùc)

- ẹaàu vaứo DISV sửỷ duùng khi coự taực ủoọng trửùc thuaọn coự theồ ủo lửụứng ủửụùc, giaỷm sai leọch ủaàu ra, naõng cao ủoọ chớnh xaực cho heọ

3 Sơ đồ và bảng mô tả tóm tắt các chân khối hàm FB41

PV_PER (PV_IN)

Bảng mô tả tóm tắt các chân đầu vào:

Tham số Kiểu

dữ liệu

Phạm vi giới han

Gía trị mặc định

Mô tả chức năng

EN Bool False Cho phép gọi khối hàm

FB41 COM_RST Bool False Cho phép khởi tạo lại hệ

thống hoàn toàn khi

“COM_RST” có giá trị logic TRUE Khi đó luật tích phân tự động thiết lập giá trị khởi tạo I_ITVAL, tất cả các đầu ra được đặt gía trị mặc định

SP_IN Real -100 100% 0.0 Tín hiệu đặt, là số thực

tính theo % (nếu lấy tín hiệu đặt từ cổng vào tương

tự thì phải biến đổi kiểu dữ

liệu phù hợp) PV_PER WORD W#16#0000 Tín hiệu phản hồi, lấy từ

cổng vào tương tự PV_IN Real -100 100% 0.0 Tín hiệu giả mô phỏng tín

hiệu phản hồi đối tượng, là

số thực tính theo % PVPER_ON Bool False Lựa chọn tín hiệu phản

hồi:

- Logic “1”, lựa chọn phản hồi PV_PER

- Logic “0”, lựa chọn phản hồi PV_IN

PV_FAC Real 1.0 Hệ số hiệu chỉnh biến quá

trình PV_OFF Real 1.0 Lượng bù cho biến quá

trình DEAD_W Real >=0.0 0.0 Độ rộng vùng kém nhậy

để xử lý tín hiệu sai lệch GAIN Real 2.0 Hệ số tỉ lệ

P_SEL Bool True Lựa chọn khâu tỉ lệ nếu

P_SEL có giá trị logic True

I_SEL Bool True Lựa chọn khâu tích phân

nếu I_SEL có giá trị logic True

TI Timer >=CYCLE T#20s Hằng số thời gian tích

phân I_ITLVAL Real -100 100% 0.0 Gía trị đầu khâu tích phân I_ITL_ON Bool False Lựa chọn giá trị đầu khâu

tích phân nếu I_ITL_ON

có giá trị logíc True INT_HOLD Bool False Lựa chọn giữ nguyên giá

trị đầu ra tích phân nếu

INT_HOLD có giá trị logíc True

D_SEL Bool False Lựa chọn khâu vi phân nếu

D_SEL có giá trị logíc True

TD Timer >=CYCLE T#10S Hằng số thời gian vi phân TM_LAG Timer >=CYCLE T#2s Thời gian giữ chậm khâu

vi phân DISV Real -100 100% 0.0 Bù nhiễu, là số thực theo

% MAN Real -100 100% 0.0 Gía trị đặt bằng tay, là số

thực tính theo % MAN_ON Bool True Lựa chọn ngắt mạch vòng

điều khiển:

- Logic “1”, ngắt mạch vòng điều khiển và các gía trị thiết lập bằng tay

- Logic “0”, lựa chọn mạch vòng điều khiển PID

LMN_HLM Real =>LMN_LLM 100.0 Gía trị hạn chế trên, là số

thực tính theo % LMN_LLM Real =<LMN_HLM 0.0 Gía trị hạn chế dưới, là số

thực tính theo % LMN_FAC Real 1.0 Hệ số hiệu chỉnh biến quá

trình LMN_OFF Real 1.0 Lượng bù cho biến quá

trình CYCLE Timer =>1ms T#1s Thời gian trích mẫu (gọi

khối) là khoảng thời gian giữa các lần khối được cập nhật

Bảng mô tả tóm tắt các chân đầu ra:

Tham số Kiểu

dữ

liệu

Gía trị mặc định

Mô tả chức năng

LMN Real 0.0 Gía trị đầu ra, là số thực tính theo %

LMN_PER Word W#16#0000 Gí trị đầu ra, là số nguyên

QLMN_HLM Bool False Thông báo giá trị biến quá trình vượt quá

giới hạn trên QLMN_LLM Bool False Thông báo giá trị biến quá trình nhỏ hơn

giới hạn dưới LMN_P Real 0.0 Tín hiệu ra của bộ điều khiển tỉ lệ

LMN_I Real 0.0 Tín hiệu ra của bộ điều khiển tích phân LMN_D Real 0.0 Tín hiệu ra của bộ điều khiển vi phân

PV Real 0.0 Tín hiệu ra của tín hiệu phản hồi, dạng số

thực tính %

ER Real 0.0 Tín hiệu ra sai lệch giữa tín hiệu đặt và

phản hồi ENO Bool False Khi khối hàm FB41 được gọi thì ENO có

giá trị True

Modul PID_FB43 trong PLC_S7-300

1 Khối hàm FB43 “PULSEGEN”

FB43 “PULSEGENT” được sử dụng để thiết lập bộ điều khiển PID với

đầu ra dạng xung cho cơ cấu tỷ lệ

Sử dụng FB43 “PULSEGENT”, bộ điều khiển PID hai hoặc ba vị trí được thiết lập bằng phương pháp điều chế độ rộng xung Chức năng này của FB43 thường kết hợp với FB41 “CON_C”

Chức năng khối “FULSEGEN” là biến đổi biến đầu vào INV thành một chuỗi xung đầu ra có chu kỳ không đổi bằng phương pháp điều chế độ rộng xung, tương ứng trong mỗi chu kỳ biến đầu vào được cập nhật và ghi nhận trong

“PER_TM”

Độ rộng của xung trong mỗi chu kỳ tỉ lệ với biến đầu vào Chu kỳ xung

“PER_TM” không đồng nhất với chu kỳ xử lý của khối “FULSEGEN” Chu kỳ xung “PER_TM” được tạo thành từ các chu kỳ xử lý riêng rẽ của khối

“FULSEGEN”, do vậy số lần gọi khối “FULSEGEN” trong một chu kỳ xung

“PER_TM” là tiêu chuẩn đánh giá độ chính xác của phương pháp điều chế độ rộng xung

Ví dụ: giá trị 30% của biến đầu vào và 10 lần gọi khối “FULSEGEN” trong một chu kỳ xung “PER_TM” có nghĩa nh− sau:

- “One” tại đầu ra QPOS là 1/3 số lần gọi khối “FULSEGEN” (30% của10 lần gọi)

- “Zero” tại đầu ra QPOS là 7 (70% của 10 lần gọi)

Sơ đồ khối:

Độ chính xác:

Với tỉ lệ lấy mẫu là 1:10 (số lần gọi khối “CON_C” so số lần gọi khối PULSEGEN) thì độ chính xác của giá trị điều chế bị giới hạn là 10%, nói cách khác là đặt giá trị đầu vào INV chỉ có thể thay đổi độ rộng xung đầu ra QPOS khi có sự nhảy bậc 10%

Độ chính xác sẽ tăng khi số lần gọi khối “PULSEGENT” so số lần gọi khối “CON_C” tăng Nếu số lần gọi khối “PULSEGENT” là hơn 100 lần so với

số lần gọi khối “CON_C” thì phạm vi điều khiển là 1% đ−ợc thiết lập

Đồng bộ:

Có thể đồng bộ đầu ra xung của khối để cập nhật biến đầu vào INV Điều này đảm bảo sự thay đổi biến đầu vào thì đầu ra đáp ứng ngay 1 xung

Đồng bộ khối đ−ợc thiết lập bởi tham số SYN_ON

Các Mode làm việc:

Phụ thuộc vào cách đặt tham số cho xung phát ra, bộ điều khiển PID với

đầu ra 3 vị trí hoặc đầu ra 2 vị trí lưỡng cực hoặc đầu ra 2 vị trí đơn cực sẽ được thiết lập Bảng sau minh họa sự kết hợp các tham số để thiết lập các mode làm việc:

Tham số Mode

MAN_ON STEP3_ON ST2BI_ON

Điều khiển 3 vị trí False True Any

Điều khiển 2 vị trí lưỡng cực, phạm

vi

(-100% 100%)

False False True

Điều khiển 2 vị trí đơn cực, phạm vi

(0% 100%)

False False False

Điều khiển bằng tay True Any Any

Điều khiển 3 vị trí:

Trong chế độ này, tín hiệu chấp hành có thể thiết lập 3 trạng thái Các gía trị đầu ra nhị phân QPOS_P and QNEG_P điều khiển trạng thái cơ cấu chấp hành Bảng dưới đây minh hoạ một ví dụ điều khiển nhiệt độ:

Chấp

hành

Đầu ra

Heat Off Cool

QPOS_P True False False

QNEG_P False False True

Dựa vào biến đầu vào, đường cong đặc tính được sử dụng để tính độ rộng xung Hình dáng của đường cong đặc tính được xác định bởi xung nhỏ nhất hay thời gian ngắt qu€ng nhỏ nhất và thừa số tỉ lệ Gía trị thông thường của thừa

số tỉ lệ là 1 Điểm nhảy bậc “doglegs” trên đường cong đặc tính xác định bởi xung nhỏ nhất hay thời gian ngắt qu€ng nhỏ nhất

Xung nhỏ nhất hay thời gian ngắt quIng nhỏ nhất:

Thiết lập xung nhỏ nhất hay thời gian ngắt qu€ng nhỏ nhất “P_B_TM”

để chặn thời gian on/off nhỏ để giảm thời gian đóng cắt của cơ cấu chấp hành Chú ý: gía trị nhỏ nhất của biến đầu vào LMN được phát xung có độ rộng nhỏ hơn “P_B_TM” bị khử Gía trị đầu vào được phát xung có độ rộng lớn hơn “P_B_TM” sẽ được thiết lập trong khoảng -100% đến 100%

Độ rộng xung dương và âm tính bởi phép nhân biến đầu vào (%) và chu

kỳ xung:

Độ rộng xung = (INV/100) * PER_TM

Điều khiển 3 vị trí không đối xứng:

Sử dụng thừa số tỉ lệ RATIOFAC, tỉ lệ của độ rộng xung dương và xung

âm có thể thay đổi Trong ví dụ quá trình nhiệt độ, chức năng này cho phép sự khác nhau giữa hằng số thời gian nóng và lạnh Thừa số tỉ lệ cũng ảnh hưởng tới xung nhỏ nhất hay thời gian ngắt qu€ng nhỏ nhất

Thừa số tỉ lệ <1:

Độ rộng xung âm của xung đầu ra được tính theo công thức biến đầu vào nhân chu kỳ xung và bị giảm bởi thừa số tỉ lệ

Độ rộng xung dương = (INV/100)*PER_TM

Độ rộng xung âm=(INV/100)*PER_TM*RACTIOFAC

Thừa số tỉ lệ >1:

Độ rộng xung dương của xung đầu ra được tính theo công thức biến đầu

vào nhân chu kỳ xung và bị giảm bởi thừa số tỉ lệ

Độ rộng xung dương = ((INV/100)*PER_TM)/ RACTIOFAC

Độ rộng xung âm=(INV/100)*PER_TM

Điều khiển 2 vị trí:

Trong chế độ này, chỉ duy nhất đầu ra xung dương QPOS_P của khối

được nối tới cơ cấu chấp hành on/off Phụ thuộc vào phạm vi giá trị điều chế, bộ

điều khiển 2 vị trí có phạm vi gía trị lưỡng cực hay đơn cực

Điều khiển hai vị trí với phạm vi lưỡng cực (-100% 100%):

Điều khiển hai vị trí với phạm vi đơn cực(0% 100%):

Phủ định tín hiệu đầu ra tại QNEG_P nếu kết nối bộ điều khiển 2 vị trí trong vòng điều khiển yêu cầu tín hiệu logic nghịch đảo cho xung chấp hành

Actuator

ON Off

Pulse

QPOS_P True False

QNEG_P False True

Chế độ điều khiển bằng tay 3 vị trí hoặc 2 vị trí:

Trong chế độ này tham số MAN_ON = True, các đầu ra nhị phân của bộ

điều khiển 3 vị trí hoặc 2 vị trí đ−ợc thiết lập bởi các tín hiệu POS_P_ON và NEG_P_ON không cần quan tâm đến đầu vào INV

POS_P_ON NEG_P_ON QPOS_P QNEG_P

Điều khiển 3

vị trí

FALSE TRUE FALSE TRUE

FALSE FALSE TRUE TRUE

FALSE TRUE FALSE FALSE

FALSE FALSE TRUE FALSE

Điều khiển 2

vị trí

FALSE TRUE

Any Any

FALSE TRUE

TRUE FALSE

Chế độ Restart: Khi hoàn thành Restart, tất cả các tín hiệu đầu ra thiết lập 0 Lỗi: Khối không kiểm tra lỗi bên trong Tham số lỗi đầu ra RET_VAL không

đ−ợc sử dụng

Sơ đồ và bảng mô tả tóm tắt các chân khối FB43:

Bảng mô tả tóm tắt các chân đầu vào

Tham số Kiể

u

Phạm vi Mặc

định

Mô tả chức năng

EN Boo

l

False Cho phép gọi khối hàm FB41

INV Rea

l

-100 100%

0.0 Tín hiệu đặt, là số thực tính theo % (nếu

lấy tín hiệu đặt từ cổng vào tương tự thì phải biến đổi kiểu dữ liệu phù hợp) PER_TM Tim

e

=>20*CY CLE

T#1s Chu kỳ xung

P_B_TM Tim

e

=>CYCLE T#50ms Xung hay thời gian ngắt qu€ng nhỏ nhất

RACTIF

AC

Rea

l

0,1….10,0 1.0 Thừa số tỉ lệ

STEP3_O

N

Boo

l

True Lựa chọn điều khiển 3 vị trí

ST2BI_O

N

Boo

l

False Lựa chọn điều khiển 2 vị trí: có thể lựa

chọn bọ điều khiển 2 vị trí lưỡng cực hoặc

đơn cực Tham số STEP3_ON phải được

đặt False MAN_O

N

Boo

l

False Lựa chọn chế độ điều khiển tín hiệu đầu

ra bằng tay POS_P_O

N

Boo

l

False Đặt xung dương

Trong chế độ điều khiển 3 vị trí , tín hiệu

đầu ra QPOS_P được thiết lập bằng tham

số này Trong chế độ điều khiển 2 vị trí, QNEG_P luôn được thiết lập nghịch đảo với QPOS_P

NEG_P_

ON

Boo

l

False Đặt xung âm

Trong chế độ điều khiển 3 vị trí, tín hiệu

đầu ra NEG_P_ON được thiết lập bằng tham số này Trong chế độ điều khiển 2 vị trí, QNEG_P luôn được thiết lập nghịch

đảo với QPOS_P SYN_ON Boo

l

True Đặt đồng bộ hoá

Tham số này có thể đồng bộ hoá khối để cập nhật giá trị đầu vào INV Điều này

đảm bảo, sự thay đổi biến đầu vào thì là