Đồ án học phần tự động điều khiển ổn định tốc độ động cơ dc dùng bộ điều khiển pid trong plc s7 1200

ĐỒ ÁN HỌC PHẦN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN ỔN ĐỊNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC DÙNG BỘ ĐIỀU KHIỂN PID TRONG PLC S7 1200 Người Thực Hiện Đỗ Gia An MSSV 0309201001 Bộ Môn Tự Động Hóa Khoa Điện Điện Tử Trường Cao Đẳng Kỹ T[.]

ĐỒ ÁN HỌC PHẦN TỰ ĐỘNG

ĐIỀU KHIỂN ỔN ĐỊNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC DÙNG BỘ ĐIỀU KHIỂN PID TRONG PLC S7-1200

Người Thực Hiện

Bộ Môn Tự Động Hóa Khoa Điện-Điện Tử Trường Cao Đẳng Kỹ Thuật Cao Thắng

Tháng 11 năm 2022

ĐIỀU KHIỂN ỔN ĐỊNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC DÙNG

BỘ ĐIỀU KHIỂN PID TRONG PLC S7-1200

Giáo viên hướng dẫn: NGUYỄN THỦY ĐĂNG THANH

Người Thực Hiện

Đỗ Gia An

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN HỌC PHẦN TỰ ĐỘNG

Họ và tên sinh viên:

Đỗ Gia An MSSV: 0309201001

Khóa: 2020 Khoa: Điện – Điện Tử

Ngành: CNKT điều khiển và tự động hóa

1 Đầu đề đồ án:

ĐIỀU KHIỂN ỔN ĐỊNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC DÙNG BỘ ĐIỀU KHIỂN

PID TRONG PLC S7-1200

2 Yêu cầu đồ án:

Cho mối quan hệ giữa vận tốc ngõ ra (rad/s) và điện áp ngõ vào của động cơ được cho theo hàm truyền sau:

G (s)= 3334

Bảng 1: Điều khiển tốc độ động cơ DC theo yêu cầu sau:

T

Trạng thái ban đầu

1 Cấp nguồn, đèn báo STOP_L sáng

Trạng thái bình thường

2 Đặt tốc độ mong muốn trong chương trình từ 200 đến 1500 vòng/phút (hoặc đặt

thông qua giao diện WinCC)

3 Nhấn START hệ thống bắt đầu hoạt động, đèn RUN-L sáng, đèn STOP-L tắt

Dùng lệnh HSC trong PLC để thực hiện đọc tín hiệu encoder về và tính toán giá 4

trị vận tốc hiện tại

PLC thực hiện chương trình điều khiển vận tốc động cơ DC theo tín hiệu đặt

5 dùng bộ điều khiển PID compact

Thông số bộ PID được cài đặt trước trong chương trình

6 Nhấn nút STOP thì hệ thống dừng, đèn STOP-L sáng, đèn RUN-L tắt

Trạng thái bị lỗi

Trường hợp sau khi chạy được 1 phút mà vận tốc động cơ vẫn chưa đạt được đến

7 trong khoảng ± 5% giá trị đặt thì đèn Error sáng Sau 5 phút nếu hệ thống chưa khắc phục được sự cố thì dừng hệ thống

8 Trường hợp vận tốc lớn hơn 2500 vòng/phút thì đèn Error chớp tắt chu kỳ 1s

Trường hợp vận tốc lớn hơn 2800 vòng/phút thì đèn Error chớp tắt chu kỳ 1s và 9

dừng hệ thống

Nhấn nút RESET để xác nhận khắc phục và xóa lỗi, sau khi nhấn nút RESET, hệ 10

thống trở lại trạng thái ban đầu

3 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

- Vẽ sơ đồ nguyên lý của hệ thống

- Tính toán và chọn thiết bị PLC, encoder, mạch công suất …

- Vẽ sơ đồ bố trí thiết bị

- Trình bài lệnh HSC và bộ điều khiển PID compact trong PLC S7-1200 (cách cài đặt, giải thích các thông số, giải thích các khối trong sơ đồ nguyên lý)

- Trình bày cách tìm bộ thông số PID cho vận tốc động cơ

- Vẽ lưu đồ và lập trình điều khiển trên PLC theo yêu cầu trên

4 Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ):

- Sơ đồ bố trí thiết bị và đấu dây của mô hình

- Sơ đồ khối và giản đồ giải thuật của hệ thống

Lời Cảm Ơn

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến cô đã hướng dẫn, giúp đỡ trong quá trình thực hiện đề tài, cũng như những kiến thức bổ ích Thầy truyền đạt cho chúng tui trong thời gian qua

Trong thời gian thực hiện đề tài em đã không tránh khỏi những thiếu sót mong thầy cô và các bạn đóng góp thêm để hoàn thiện đề tài hơn nữa

Tóm Tắt

Ngày nay, với sự phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật, công nghệ thông tin và các chương trình ứng dụng; đã giúp ngành tự động hóa góp phần không nhỏ trong quá trình phát triển chung của đất nước

Dùng máy tính để hiển thị trạng thái làm việc đươc sử dụng rộng rãi Trong lĩnh vực tự động hóa trong công nghiệp, WinCC là một trong những phần mềm

chuyên dùng của hãng Siemens để quản lý, thu thập dữ liệu và điều khiển quá trình công nghiệp kết hợp cùng với bộ điều khiển động cơ sử dụng giải thuật PID

sẽ khiến cho hệ thống hoạt động một cách trơn tru, chính xác và đạt hiệu năng cao nhất Kỹ thuật điều khiển PID thường được sử dụng trong các hệ thống lò nhiệt, điều khiển tốc độ, vị trí, moment động cơ AC và DC

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU 1.1 Tổng quan về đề tài:

Điều khiển ổn định tốc độ động cơ DC là điều quan tâm của nhiều người khi sử dụng động cơ DC có nhiều cách để tạo sự ổn định cho động cơ nhưng phổ biến và

dễ dàng nhất là sử dụng bộ điều khiển PID

Trong đề tài đồ án lần này chúng ta sẽ dùng PLC S7-1200 để điều khiển động

cơ DC thông qua bộ điều khiển PID tất cả sẽ được mô phỏng trên máy tính dựa theo các thông số cơ bản sau:

- Bộ điều khiển PLC S7-1200

- Đối tượng động cơ 24VDC, 40W, 3000 vòng/phút

- Thiết bị Encoder được gắn trên trục động cơ

- Mạch công suất điều khiển động cơ DC

- Các nút nhấn: START, STOP, RESET

- Các đèn báo hiển thị: RUN-L, STOP-L, ERR-L

1.2 Mục tiêu của đề tài:

1.2.1 Ý nghĩa của đề tài:

Điều khiển ổn định tốc độ động cơ DC theo mong muốn đóng vai trò quan trọng trong nhiều ngành nghề và lĩnh vực như robot ,ô tô, máy bay động cơ cần ổn định để đáp ứng những yêu cầu của các phát triển tạo tiền đề tạo ra các sản phẩm chất lượng tốt nhất tránh các tai nạn có thể xảy ra vì sự mất ổn định của hệ thống

1.2.2 Phương pháp thực hiện:

Dựa vào hàm truyền đã cho trước chạy mô phỏng sau đó dùng bộ điều khiển PID của PLC S7-1200 chọn thông số thích hợp cho động cơ chạy ổn định

Để thực hiện được đề tài chúng ta cần cần :

- Nghiên cứu và nhắm rõ động cơ DC

- Tìm hiểu về PLC S7-1200

- Nằm rõ cách tính toán và chọn lựa bộ điều khiển PID

- Vẽ sơ đồ bố trí thiết bị và sơ đồ đấu dây

- Vẽ lưu đồ và lập trình điều khiển trên PLC

Ưu điểm:

- Điều khiển dễ dàng thuận lợi

- Các thông số tính toán dễ cài đặt

- Phổ biến dễ cập nhập tìm lỗi và sửa lỗi khi sử dụng Nhược điểm

- Khó tìm thông số chính xác cho bộ PID

- Chi phí thực tiễn khá cao

1.3 Cấu trúc của quyển:

Quyển đồ án này gồm:

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU

Trong chương này giới thiệu về đề tài

Tổng quan về đề tài

Mục tiêu của đề tài

Cấu trúc của quyển

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Trình bày về bộ điều khiển và các phần mềm sử dụng

Bộ điều khiển PLC S7-1200 Giới thiệu phần mềm TIA Portal

Giới thiệu phần mềm thiết kế giao diện

WINCC CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ SƠ ĐỒ

ĐẤU DÂY Trình bày về sơ đồ lắp đặt, sơ đồ

đấu dây Sơ đồ khối hệ thống

Sơ đồ lắp đặt thiết bị

Sơ đồ đấu dây động lực và điều khiển

CHƯƠNG 4: CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU

KHIỂN Chương này gồm các phần sau:

Tính chọn thông số phù hợp với hàm truyền

Quy trình hoạt động

Giản đồ Grafce

Chương trình điều khiển

CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ GIAO DIỆN GIÁM SÁT VÀ KẾT NỐI GIAO DIỆN VỚI PLC

Thiết kế giao diện

Giao diện điều khiển và giám sát hệ thống

CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

Chương này trình bày một số kết luận sau khi thực hiện đề tài này

và đưa ra hướng phát triển cho đề tài

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Bộ điều khiển PLC S7-1200:

Hình 2.1 Cấu tạo bên ngoài của PLC SIMATIC S7-1200

SIMATIC S7-1200 là một dòng của bộ điều khiển logic khả trình (PLC) của hãng SIEMENS có thể kiểm soát nhiều ứng dụng tự động hoá với quy mô nhỏ và vừa Thiết kế nhỏ gọn, chi phí thấp, và một tập lệnh mạnh giúp chúng ta có nhiều giải pháp hoàn hảo hơn cho những ứng dụng sử dụng với SIMATIC S7- 1200 Với thiết kế theo dạng module, tính năng cao SIMATIC S7- 1200 thích hợp với nhiều ứng dụng tự động hóa khác nhau, cấp độ từ nhỏ đến trung bình Đặc điểm nổi bật là S7-1200 được tích hợp sẵn cổng truyền thông Profinet (Ethernet), sử dụng chung một phần mềm Simatic Step 7 Basic cho việc lập trình PLC và các màn hình HMI Điều này giúp cho việc thiết kế, lập trình, thi công hệ thống điều khiển được nhanh chóng, đơn giản

S7-1200 bao gồm các họ CPU 1211C, 1212C, 1214C, 1215C, 1217C Mỗi loại CPU có đặc điểm và tính năng khác nhau, thích hợp cho từng ứng dụng của khách hàng Với khả năng mở rộng các tính năng truyền thông và ngõ vào ra đa dạng, PLC Siemens thực hiện được hầu hết các yêu cầu điều khiển thông thường

2.2 Giới thiệu về bộ điều khiển PID :

Một bộ điều khiển vi tích phân tỉ lệ ( PID- Proportional Integral Derivative) là một cơ chế phản hồi vòng điều khiển tổng quát được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống điều khiển công nghiệp – bộ điều khiển PID là bộ điều khiển được sử dụng nhiều nhất trong các bộ điều khiển phản hồi Bộ điều khiển PID sẽ tính toán giá trị

"sai số" là hiệu số giữa giá trị đo thông số biến đổi và giá trị đặt mong muốn Bộ điều khiển sẽ thực hiện giảm tối đa sai số bằng cách điều chỉnh giá trị điều khiển đầu vào Trong trường hợp không có kiến thức cơ bản (mô hình toán học) về hệ thống điều khiển thì bộ điều khiển PID là sẽ bộ điều khiển tốt nhất Tuy nhiên, để đạt được kết quả tốt nhất, các thông số PID sử dụng trong tính toán phải điều chỉnh theo tính chất của hệ thống-trong khi kiểu điều khiển là giống nhau, các thông số phải phụ thuộc vào đặc thù của hệ thống

Hình 2.2 Sơ đồ khối của bộ điều khiển PID 2.3 Giới thiệu phần mềm TIA Portal:

Phần mềm TIA Portal (Totally Integrated Automation Portal) dùng để điều khiển

và lập trình cho SIMATIC S7- 1200, là phần mềm cơ sở tích hợp tất cả các phần mềm lập trình cho các hệ thống tự động hóa và truyền động điện Phần mềm TIA

Portal có tích hợp các sản phầm SIMATIC khác nhau trong một phần mềm như phần mềm Step7, lập trình HMI và WinCC

Hình 2.3 Phần mềm Tia Portal V16 2.4 Giới thiệu phần mềm MATLAB

MATLAB là phần mềm cung cấp môi trường tính toán số và lập trình, do công

ty MathWorks thiết kế MATLAB cho phép tính toán số với ma trận, vẽ đồ thị hàm số hay biểu đồ thông tin, thực hiện thuật toán, tạo các giao diện người dùng và liên kết với những chương trình máy tính viết trên nhiều ngôn ngữ lập trình khác

Với thư viện Toolbox, MATLAB cho phép mô phỏng tính toán, thực nghiệm nhiều mô hình trong thực tế và kỹ thuật

Nhờ có phần mềm MATLAB chúng ta sẽ có cái nhìn rõ hơn về đồ thị hàm truyền cũng như tính toán được thông số của bộ điều khiển PID

Hình 2.4 Phần mền MATLAB