tích hợp bộ điều khiển mờ lai vào plc s7 - 300 để điều khiển tốc độ động cơ một chiều

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn MÔ TẢ TOÁN HỌC VÀ THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ LAI ĐỂ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU .... Trong thời

Trang 1

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn này là công trình do tôi tổng hợp và nghiên cứu Trong luận văn có sử dụng một số tài liệu tham khảo như đã nêu trong phần tài liệu tham khảo

Tác giả luận văn

Nguyễn Quang Ánh

Trang 2

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 1

MỤC LỤC 2

DANH MỤC CÁC BẢNG 5

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ 5

PHẦN MỞ ĐẦU 7

1 Lý do lựa chọn đề tài 7

2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài: 7

2.1 Ý nghĩa khoa học: 7

2.2 Về thực tiễn: 8

3 Mục tiêu nghiên cứu: 8

4 Đối tượng và phương pháp nghiên cứu: 8

5 Nội dung nghiên cứu: 8

Chương IV : Tích hợp bộ điều khiển mờ vào PLC S7-300 8

CHƯƠNG 1 9

TÌM HIỂU VỀ PLC S7-300 9

1.1 GIỚI THIỆU VỀ PLC ( Programmable Logic Control): 9

1.2 PHÂN LOẠI PLC 11

1.3 GIỚI THIỆU CÁC NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH 12

1.3.1 Ngôn ngữ “hình thang”, ký hiệu LAD (Ladder logic) 12

1.3.2 Ngôn ngữ “liệt kê lệnh”, ký hiệu STL (Statement List) 12

1.3.3 Ngôn ngữ “ hình khối”, ký hiệu là FBD (Function Block Diagram) 13

1.3.4 Ngôn ngữ GRAPH 13

1.3.5 Ngôn ngữ High GRAPH 14

1.4 CẤU TRÚC PHẦN CỨNG PLC S7-300 14

1.4.1 Các tính năng của PLC S7-300 14

1.4.2 Các Module của PLC S7-300 15

Trang 3

1.4.3 Các module mềm trong S7-300 17

1.5 CHƯƠNG TRÌNH FCPA 19

1.5.1 Chuẩn bị một Project cho việc khai báo bộ điều khiển mờ bằng FCPA 19

1.5.2 Sử dụng DB mờ với FB30 (Fuzzy control) 20

1.5.3 Thanh ghi báo trạng thái làm việc của FB30 21

1.6 TẬP LỆNH CỦA S7-300 21

1.6.1 Bảng lệnh của PLC S7 – 300 (Siemens) 21

1.7 PHẠM VI ỨNG DỤNG VÀ ƯU NHƯỢC ĐIỂM 31

1.7.1 Phạm vi ứng dụng 31

1.7.2 Ưu nhược điểm 32

1.7.3 So sánh hệ điều khiển PLC với hệ điều khiển khác 33

CHƯƠNG II 34

TỔNG QUAN VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ VÀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID 34

2.1 LOGIC MỜ 34

2.1.1 Lịch sử phát triển logic mờ 34

2.1.2 Khái niệm tập mờ 35

2.2 ĐIỀU KHIỂN MỜ 43

2.2.1 Cấu trúc bộ điều khiển mờ 43

2.2.2 Nguyên lý bộ điều khiển mờ 44

2.2.3 Phân loại điều khiển mờ và các mờ cơ bản 44

2.2.4 Các bộ điều khiển mờ nâng cao 45

2.3 BỘ ĐIỀU KHIỂN PID 49

2.3.1 Bộ điều khiển tỷ lệ, vi phân, tích phân 49

2.3.2 Các bộ điều khiển tỷ lệ tích phân, tỷ lệ vi phân, tỷ lệ vi tích phân 54

2.4 Các bộ điều khiển PID số 59

2.4.1 Tích phân xấp xỉ liên tục 59

2.4.2.Vi phân xấp xỉ liên tục 60

2.4.3 Xấp xỉ PID 60

Kết luận Chương 2 61

CHƯƠNG 3 62

Trang 4

MÔ TẢ TOÁN HỌC VÀ THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ LAI ĐỂ ĐIỀU

KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 62

3.1 Khái quát 62

3.2 Hệ chấp hành T-D 63

3.2.1 Vai trò và ưu khuyết điểm của hệ chấp hành T-Đ 63

3.2.2 Mô hình toán học động cơ điện một chiều kích từ độc lập 64

3.3 Xây dựng bộ điều khiển mờ chỉnh định PID tốc độ động cơ điện một chiều 66 3.3.1 Tổng hợp bộ điều khiển tốc độ PID cho động cơ điện một chiều67 3.3.2 Bộ chỉnh lưu 68

3.3.3 Máy phát tốc: 69

3.3.4 Biến dòng: 69

3.4 Cấu trúc hệ điều khiển tốc độ và phương pháp tổng hợp mạch vòng 69

3.4.1 Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh dòng điện: 69

3.4.2 Sơ đồ simulink của hệ như sau: 72

3.5 Tính phi tuyến của bộ điều khiển tốc độ 77

3.6 Xây dựng bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số bộ điều khiển PID để điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều 78

3.6.1 Đặt vấn đề 78

3.6.2 Bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số bộ điều khiển PID 79

CHƯƠNG 4 85

TÍCH HỢP BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ VÀO PLC S7 300 85

4.1 Phương pháp tích hợp bộ điều khiển mờ vào PLC S7 300 85

4.1.1 Chương trình phần mềm tích hợp FCPA 85

4.2 Tiến hành tích hợp bộ điều khiển mờ vào PLC 89

4.2.1 Sử dụng DB mờ với FB30 (Fuzzy control) 89

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 91

1 Kết luận 91

2 Kiến nghị 92

TÀI LIỆU THAM KHẢO 92

Trang 5

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 3.1 Thông số vật lý của động cơ điện một chiều 67

Bảng 3.1.Luật điều khiển Kp 82

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1.Nguyên lý chung về cấu trúc bộ điều khiển khả trình PLC 10

Hình 1.2 Hệ thống điều khiển sử dụng PLC 11

Hình.1.3 Ngôn ngữ lập trình LAD 12

Hình 1.4 Ngôn ngữ lập trình STL 12

Hình 1.5 Ngôn ngữ lập trình FBD 13

Hình 1.6 Ngôn ngữ lập trình GRAPH 13

Hình 1.7 Ngôn ngữ lập trình high GRAPH 14

Hình 1.8 Cổng giao tiếp các PLC 15

Hình 2.1.Độ cao, miền xác định, miền tin cậy của tập mờ 36

Hình 2.2 (a, b) Hàm liên thuộc kiểu tam giác, hình thang 37

Hình 2.3 Nguyên lý giải mờ theo phương pháp cực đại 40

Hình 2.4 Các khối chức năng của bộ điều khiển mờ 44

Hình 2.5 Nguyên lý bộ điều khiển mờ 44

Hình 2.6 Cấu trúc phương pháp điều khiển thích nghi trực tiếp 46

Hình 2.7 Cấu trúc bộ điều khiển thích nghi 47

Hình 2.8 Cấu trúc bộ điều khiển mờ thích nghi trực tiếp 48

Hình 2.9 Cấu trúc bộ điều khiển mờ thích nghi gián tiếp 48

Hình 2.10 Cấu trúc bộ điều khiển tỷ lệ Kp 50

Hình 2.11 Cấu trúc bộ điều khiển tích phân Ki 52

Hình 2.12 Cấu trúc bộ điều khiển vi phân Kd 53

Hình 2.13 Cấu trúc bộ điều khiển PID 57

Hình 2.14 Mô hình điều khiển đối tượng bằng PID số 61

Trang 6

Hình 3.1 Cấu trúc chung của hệ điều chỉnh tốc độ sử dụng hệ chấp hành T-D

63

Hình 3.2 Sơ đồ thay thế động cơ điện một chiều kích từ độc lập 64

Hình 3.3 Sơ đồ cấu trúc từ thông không đổi 66

Hình 3.6 Mô hình vòng điều chỉnh dòng phần ứng của ĐCMC trong vùng dòng điện liên tục 72

Hình 3.7 Đáp ƣ́ng dòng điện trong vùng dòng điện liên tục 73

Hình 3.8 Đáp ƣ́ng dòng điện khi K cl =20 74

Hình 3.11 Đáp ƣ́ng dòng điện khi K cl =17 và khi K cl =22 75

Hình 3.12 Mô hình vòng điều chỉnh tốc độ của ĐCMC 76

Hình 3.13 Đáp ƣ́ng tốc độ trong vùng liên tục 77

Hình 3.14 So sánh vận tốc đặt và đáp ƣ́ng tốc độ trong vùng liên tục 77

Hình 3.17 Mô hình mạch điều khiển dung chỉnh tốc độ của ĐCMC 83

Hình 3.18 Đáp ƣ́ng tốc độ khi có bộ điều khiển mờ 83

Hình 3.19 Đáp ƣ́ng so sánh bộ điều khiển tốc độ bộ PID và bộ điều khiển Fuzzy-PID 84

Hình 4.1: Khai báo biến ngôn ngƣ̃ vào/ ra 86

Hình 4.2 Cửa sổ soạn thảo biến ngôn ngữ vào ra và luật hợp thành 86

Hình 4.3 Cƣ̉a sổ soạn thảo các hàm liên thuộc của đầu vào K cl 87

Hình 4.4 Cƣ̉a sổ soạn thảo các hàm liên thuộc đầu ra K p 87

Hình 4.5 Màn hình soạn thảo luật điều khiển 88

Hình 4.6 Quan hệ vào/ra của bộ điều khiển mờ dạng hình khối 89

Hình 4.8: Kết nối các khối trong Simatic đến module mờ (Fuzzy module) 89

Trang 7

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Lý do lựa chọn đề tài

Ngày nay hệ truyền động điện một chiều đang được dùng khá phổ biến trong nhiều ngành công nghiệp Hệ truyền động điện một chiều có những ưu điểm như điều chỉnh trơn, phạm vi điều chỉnh rộng, đặc tính cơ cứng … Tuy nhiên hệ truyền động T-D cũng có nhiều nhược điểm là có vùng dòng điện gián đoạn và khi điện cảm phần ứng không đủ lớn, dòng điện tải lại nhỏ thì vùng gián đoạn càng bị mở rộng, làm cho việc điều chỉnh động cơ trong vùng gián đoạn gặp nhiều khó khăn, chất lượng điều chỉnh kém

Do vậy việc nghiên cứu ứng dụng lý thuyết điều khiển hiện đại để nâng cao chất lượng của hệ truyền động T-Đ là vấn đề cấp thiết, được nhiều người quan tâm Trong thời gian của khóa học cao học, chuyên ngành Tự Động Hóa tại trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên, được sự giúp đỡ của nhà trường và Phó Giáo Sư Tiến Sĩ Lại Khắc Lãi em đã lựa chọn đề tài của mình là: “ Tích hợp bộ điều khiển mờ lai vào PLC S7-300 để điều khiển động cơ điện một chiều”

2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài:

2.1 Ý nghĩa khoa học: Bằng cách sữ dụng bộ điều khiển mờ, đề tài góp phần

khắc phục nhược điểm của hệ thống T-Đ khi làm việc trong vùng dòng điện bị gián

Trang 8

đoạn Đồng thời mở ra khả năng ứng dụng modul mở rộng ( Fuzzy modul) của PLC S7- 300 để nâng cao chất lượng các hệ thống điều khiển trong công nghiệp

2.2 Về thực tiễn: Việc tích hợp điều khiển mờ vào PLC S7-300 để điều khiển hệ

thống , góp phần khai thác triệt để năng lực của thiết bị, giảm vốn đầu tư nâng cao chất lượng hệ thống điều khiển

3 Mục tiêu nghiên cứu:

- Nghiên cứu nắm chắc các modul mở rộng của PLC S7-300

- Thiết kế bộ điều khiển mờ lai điều chỉnh động cơ điện một chiều đảm bảo chất lượng đề ra kể cả trong vùng dòng điện bị gián đoạn

- Cài đặt bộ điều khiển mờ vào PLC S7-300

4 Đối tượng và phương pháp nghiên cứu:

- Nghiên cứu trên PLC S7-300 và hệ thống T-Đ

- Nghiên cứu lý thuyết mờ lai ( Fuzzy-PID ) để xây dựng thuật toán điều khiển

- Mô phỏng để kiểm tra thuật toán

5 Nội dung nghiên cứu:

Chương 1 : Tìm hiểu về PLC S7-300

Chương 2 : Tổng quan về bộ điều khiển mờ và bộ điều khiển PID

Chương 3 : Mô tả toán học và thiết kế bộ điều khiển mờ lai để điều chỉnh tốc

độ động cơ điện một chiều

Chương 4 : Tích hợp bộ điều khiển mờ vào PLC S7-300

Trang 9

CHƯƠNG 1 TÌM HIỂU VỀ PLC S7-300 1.1 GIỚI THIỆU VỀ PLC ( Programmable Logic Control):

Ý tưởng thiết kế bộ PLC được hình thành từ nhóm các kỹ sư hãng General Motors với ý tưởng ban đầu là thiết kế bộ điều khiển thỏa mãn các yêu cầu sau:

 Lập trình dễ dàng, ngôn ngữ lập trình dễ hiểu

 Dễ dàng sửa chữa và thay thế

 Ổn định trong môi trường công nghiệp

 Giá cả cạnh tranh

Thiết bị điều khiển Logic khả trình PLC là loại thiết bị cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển số thông qua một ngôn ngữ lập trình, thay cho việc thể hiện thuật toán đó bằng mạch số Như vậy với chương trình điều khiển trong mình, PLC trở thành một bộ điều khiển số nhỏ gọn, dể thay đổi thuật toán và đặc biệt là dễ trao đổi thông tin với môi trường xung quanh (với các PLC khác hoặc máy tính khác) Toàn bộ chương trình điều khiển được lưu trong bộ nhớ của PLC

Trang 10

dưới dạng các khối chương trình (khối OB, FC hoặc FB) và được thực hiện theo chu kỳ của vòng quét

Để có thể thực hiện được một chương trình điều khiển, tất nhiên PLC phải có tính năng như một máy tính, nghĩa là nó phải có một bộ vi xứ lý (CPU), một hệ điều hành, bộ nhớ để lưu trữ chương trình điều khiển, dữ liệu và các cổng vào/ra để giao tiếp với các dối tượng điều khiển và trao đổi thông tin với môi trường xung quanh

Hình 1.1.Nguyên lý chung về cấu trúc bộ điều khiển khả trình PLC

Memory CPU

Cảm biến, cơ cấu chấp hành

I/O

Trang 11

Hình 1.2 Hệ thống điều khiển sử dụng PLC

1.2 PHÂN LOẠI PLC

PLC được phân loại theo 2 cách sau

 Hãng sản xuất: Gồm các nhãn hiệu như Siemen, Omron, Misubishi, Alenbratlay …

 Version:

Ví dụ : PLC Siemen có các dòng: Logo, Zen, S7-200, S7-300, S7-400

PLC Misumishi có các dòng: Fx, Fx0, FxON

Trang 12

1.3 GIỚI THIỆU CÁC NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH

Các loại PLC nói chung thường có nhiều ngôn ngữ lập trình nhằm phục vụ các đối tượng sử dụng khác nhau PLC S7-300 có 5 loại ngôn ngữ lập trình cơ bản

1.3.1 Ngôn ngữ “hình thang”, ký hiệu LAD (Ladder logic)

Hình.1.3 Ngôn ngữ lập trình LAD Đây là ngôn ngữ đồ họa thích hợp với những người quen thiết kế mạch logic

1.3.2 Ngôn ngữ “liệt kê lệnh”, ký hiệu STL (Statement List)

Hình 1.4 Ngôn ngữ lập trình STL Đây là ngôn ngữ lập trình thông thường của máy tính Một chường trình được ghép bởi nhiều câu lệnh theo một thuật toán nhất định, mỗi lệnh chiếm mỗi hàng và điều có cấu trúc chung là “tên lệnh” + “ toán hạng”

Trang 13

1.3.3 Ngôn ngữ “ hình khối”, ký hiệu là FBD (Function Block Diagram)

Hình 1.5 Ngôn ngữ lập trình FBD Đây là ngôn ngữ đồ họa thích hợp với người quen thiết kế mạch điều khiển số

Trang 14

1.3.5 Ngôn ngữ High GRAPH

Hình 1.7 Ngôn ngữ lập trình high GRAPH

Đây là ngôn ngữ được phát triển từ ngôn ngữ GRAPH

 Các Bus nối tích hợp phía sau các Module

 Có thể nối mạng Multipoint Interface (MPI), Profibus hoặc Industrial Ethernet

 Thiết bị lập trình trung tâm có thể truy cập đến các Module

 Không hạn chế rãnh

 Cài đặt cấu hình và thông số với công cụ trợ giúp “HW-Config”

Trang 15

1.4.2 Các Module của PLC S7-300

 Module CPU

Module CPU là module chứa bộ vi xữ lý, hệ điều hành, bộ nhớ, các bộ định thời, bộ đếm, cổng truyền thông (RS 485) … và còn có một vài cổng vào/ra số Các cổng vào/ra số có trên module CPU được gọi là cổng vào/ra onboard

Trong họ PLC S7-300 có nhiều loại CPU khác nhau Chúng được đặt tên theo bộ

vi xữ lý có trong nó

Những module cùng sữ dụng một loại bộ vi xữ lý, nhưng khác nhau về cổng vào

ra onboard cũng như các khối hàm đặc biệt được tích hợp sẵn trong thư viện của hệ điều hành phục vụ việc sử dụng các cổng vào/ra onboard này sẽ phân biệt với nhau trong tên gọi bằng cách thêm cụm chữ cái IFM (Intergrated Function Module)

Ngoài ra, còn có các loại module CPU với hai cổng truyền thông, trong đó cổng truyền thông thứ hai có chức năng chính là phục vụ việc nối mạng phân tán Như mạng PROFIBUS (PROcess FIeld BUS) Các loại CPU này được phân biệt với các loại CPU khác bằng cách thêm cụm từ DP (Distributed Port)

Hình 1.8 Cổng giao tiếp các PLC

Trang 16

Các loại module mở rộng:

 PS (Power Supply): Module nguồn nuôi, có 3 loại loại 2A, 5A và 10A

 SM ( Signal Module): Module mở rộng cổng tín hiệu vào/ra, gồm có:

 DI (Digital Input): Module mở rộng các cổng vào số với số lượng cổng có thể là 8, 16 hoặc 32 tùy theo từng loại module Gồm 24V/DC

và 120/230V/AC

 DO (Digital Out): Module mở rộng các cổng ra số với số lượng cổng

có thể là 8, 16 hoặc 32 tùy theo từng loại module Gồm 24V/DC và ngắt điện từ

 DI/DO (Digital Input/Digital Output): Module mở rộng các cổng vào/ra số với số lượng cổng có thể là 8 vào/8 ra, 16 vào/16 ra tùy theo từng loại module

 AI (Analog Input): Module mở rộng các cổng vào tương tự Về bản chất chúng là những bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số

có độ dài 12 bits Số các cổng vào tương tự có thể là 2, 4 hoặc 8 tùy theo từng loại module Tín hiệu vào có thể là điện áp, dòng điện hay điện trở

 AO (Analog Output): Là module mở rộng các cổng ra tương tự Chúng là những bộ chuyển đổi tín hiệu số thành tín hiệu tương tự 12 bits Số các cổng ra tương tự có thể là 2, 4 hoặc 8 tùy theo từng loại module Tín hiệu ra có thể là điện áp, dòng điện

 IM (Interface Module): Module ghép nối Đây là loại module chuyên dụng

có nhiệm vụ nối từng nhóm các module mở rộng lại với nhau thành một khối

và được quản lý chung bởi CPU Thông thường các module mở rộng được gá

trên một thanh đở gọi là rack Trên mỗi thanh rack chỉ có thể gá tối đa 8

module mở rộng Mỗi module CPU S7-300 có thể làm việc trực tiếp với nhiều nhất là 4 racks và các rack này được nối với nhau bằng module IM

Trang 17

Hình 1.9 Sơ đồ phân bố các rack

 CP (Communication Module): Module phục vụ truyền thông trong mạng (MPI, PROFIBUS, Industrial Ethernet) giữa các PLC với nhau hoặc giữa PLC với máy tính

 FM ( Function Module): Module có chức năng điều khiển riêng, như module diều khiển động cơ servo, module diều khiển động cơ bước, module PID, module điều khiển vòng kín, module đếm, module điều khiển hồi tiếp…

1.4.3 Các module mềm trong S7-300

 Module mềm PID

Trong phần mềm Step7 cung cấp các module mềm PID để điều khiển các đối tượng có mô hình liên tục như lò, động cơ, mức … Đầu ra của đối tượng được đưa vào đầu vào của bộ điều khiển thông qua các cổng vào tương tự của module tương

tự của S7-300 Tín hiệu ra của bộ điều khiển có nhiều dạng và được đưa đến các cơ cấu chấp hành qua các module vào ra khác nhau như:

Trang 18

 Qua cổng ra tương tự của module ra tương tự (AO)

 Qua cổng ra số của module ra số (DO)

 Qua các cổng phát ra xung tốc độ cao

Phụ thuộc vào cơ cấu chấp hành, người sử dụng có thể chọn được module mềm PID tương thích Ba module được tích hợp trong phần mềm Step7 phù hợp với

ba kiểu cơ cấu chấp hành sau:

1) Điều khiển liên tục với module mềm FB41 (tên hình thức CONT_C) 2) Điều khiển bước với module mềm FB42 (tên hình thức CONT_S) 3) Điều khiển kiểu phát xung với khối hàm hổ trợ FB43 (tên hình thức PULSEGEN)

Mỗi module mềm PID đều có một khối dữ liệu riêng (DB) để lưu dữ các dữ liệu để phục vụ cho chu trình tính toán thực hiện luật điều khiển Các khối hàm FB của module mềm PID đều cập nhật được những khối dữ liệu này ở mọi thời điểm Module mềm FB “PULSEGEN” được sử dụng kết hợp với module mềm FB

“CONT_C” nhằm tạo ra bộ điều khiển có tín hiệu ra dạng xung tốc độ cao thích ứng với cơ cấu chấp hành kiểu tỷ lệ

 Điều khiển liên tục với FB41”CONT_C”

FB41 “CONT_C” được sử dụng để điều khiển các quá trình kỹ thuật với các biến đầu vào và đầu ra tương tự 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

 Điều khiển bước với FB42 “CONT_S”

FB42 ”CONT_S ” là một module mềm được tích hợp sẵn trong phần mềm STEP7.FB42 “CONT_S” được sử dụng trên cơ sở Simatic S7-300 để điều khiển các đối tượng kỹ thuật với đầu ra của bộ điều khiển là tín hiệu số.Tín hiệu số hoàn toàn thích hợp đối với các cơ cấu chấp hành kiểu tích phân Trong thiết lập tham số, thì người thiết kế có thể tích cực hoặc không tích cực bộ điều khiển PI bước cho phù

Trang 19

hợp với yêu cầu của bài toán đặt ra Ta có thể sữ dụng FB42 như bộ điều khiển theo luật PI với tín hiệu chủ đạo đặt trước hoặc có thể sử dụng nó trong mạch vòng điều khiển phụ trong hệ thống thiết kế dựa trên nguyên tắc điều khiển cascade Chức năng của bộ điều khiển này hoàn toàn tuân theo thuật điều khiển PI với tín hiệu quá trình là tín hiệu tương tự và tín hiệu ra của bộ điều khiển là tín hiệu số

 Khối hàm tạo xung FB43 “PULSEGEN”

Khối hàm FB43”PULSEGEN” có tác dụng hổ trợ việc thiết kế một bộ điều khiển PID hai hoặc ba vị trí với bộ tạo xung theo nguyên tắc điều biên Nó biến đổi tín hiệu đầu vào INV dạng số thực thành một dãy xung có chu kỳ cố định và độ rộng tương ứng với độ lớn đầu vào

Khối hàm FB43 “PULSEGEN” thường sử dụng cùng với FB41 “CONT_C”

để có bộ điều khiển PID với tín hiệu đầu ra dạng xung

1.5 CHƯƠNG TRÌNH FCPA

1.5.1 Chuẩn bị một Project cho việc khai báo bộ điều khiển mờ bằng FCPA

Chương trình FCPA (Fuzzy Control Parameter Assignment) là phần mềm hỗ trợ việc tạo lập bộ điều khiển mờ cho PLC Simatic S7-300 Nó được tích hợp vào PLC S7-300 để điều khiển đối tượng theo trình tự các bước như sau:

 Định nghĩa tất cả các biến ngôn ngữ vào/ra

 Định nghĩa tập mờ cho các biến vào/ra

 Xây dựng luật điều khiển

 Chọn động cơ suy diễn

 Chọn phương pháp giải mờ

Bộ điều khiển mờ được tổng hợp với FCPA có dạng một khối dữ liệu (DB) Khối

DB được tạo ra bởi FCPA được gọi là khối DB mờ và được sử dụng cùng với FB Fuzzy Control có trong Project FuzConEx khi cài đặt chương trình Fuzzy/FB với tên mặc định là FB30

Trang 20

1.5.2 Sử dụng DB mờ với FB30 (Fuzzy control)

Bộ điều khiển mờ được soạn thảo xong cần phải được cất giữ vào Project

bằng lệnh File/save Nó sẽ được lưu trữ vào Project dưới dạng một khối DB mà ta

đặt tên Khối dữ liệu mờ này được sử dụng cùng với khối hàm FB30 đã được lấy từ

Project FuzConEx trong thư viện Simatic Manager Bởi vậy khi sử dụng khối dữ

liệu mờ ta phải kết thúc FCPA và quay lại Simatic Manager Ta sủ dụng cấu trúc

sau:

CALL FB30 ,DBx Trong đó: DBx: Là khối dữ liệu mờ FB30 (tên hình thức Fuzzy Control) có 8 đầu vào INPUT1÷ INPUT8, kiểu số thực, 5 biến ra OUTPUT1÷ OUTPUT4 cũng kiểu số thực và INFO kiểu byte Khi thực hiện lệnh gọi như trên thì toàn bộ 8 biến đầu vào và 5 biến hình thức đầu ra sẽ hiện trên màn hình chờ truyền tham trị: CALL FB 30 , DBx INPUT1 := // Chỉ gán những giá trị cho biến đầu vào

INPUT2 := // -

INPUT3 := // -

INPUT4 := // -

INPUT5 := // -

INPUT6 := // -

INPUT7 := // -

INPUT8 := // Chỉ gán ngôn ngữ cho những biến đầu vào

OUTPUT1 := // Chỉ gán những giá trị cho biến đầu ra

OUTPUT2 := // -

OUTPUT3 := // - OUTPUT4 := // Chỉ gán những giá trị cho biến đầu ra

Trang 21

INFO := // Thanh ghi báo trạng thái của FB30

1.5.3 Thanh ghi báo trạng thái làm việc của FB30

Giá trị trả về có tên INFO với kích thước một byte là mã báo trạng thái thực hiện công việc của khối hàm FB30 Nó được quy định như sau:

B#16#00 Khối hàm FB30 đã thực hiện bình thường B#16#01 Khối hàm FB30 không được thực hiện Giá trị trả về

ở đầu ra vẫn là giá trị cũ

B#16#11 Không tìm thấy khối DB mờ đã chỉ thị Có thể khối

DB mờ này không được đổ vào CPU

B#16#21 Khối dữ liệu DB mờ được gọi theo hàm FB30 không cùng kích thước về biến vào ra

1.6 TẬP LỆNH CỦA S7-300

1.6.1 Bảng lệnh của PLC S7 – 300 (Siemens)

1 + n Cộng các số được viết ở điểm n

2 - n Nội dung của RLOhiện hành được gán cho đối tượng n

3 ) Dùng để đóng ngoặc biểu thức đã mỡ ngoặc trước đó,

lệnh này không có đối tượng

4 +AR1 n Cộng nội dung của ACCUI hoặc nội dung tại con trỏ n

với nội dung có địa chỉ ở thanh ghi 1

5 +AR2 n Cộng nội dung của ACCUI hoặc nội dung tại con trỏ n

với nội dung có địa chỉ ở thanh ghi 2

6 + D Cộng hai số nguyên 32 bit ở ACCU1 và ACCU2, kết

quả để ở ACCU1

7 - D Trừ số nguyên 32 bit ở ACCU2 cho số nguyên 32 bit ở

Trang 22

ACCU1 kết quả để ở ACCU1

8 * D Nhân hai số nguyên 32 bit ở ACCU1 và ACCU2, kết

9 /D Chia số nguyên 32 bit ở ACCU2 cho số nguyên 32 bit

ở ACCU1 kết quả để ở ACCU1

10 ▪▪ D So sánh hai số nguyên 32 bit ở ACCU1 và ACCU2 có

bằng nhau không

11 <> D So sánh hai số nguyên 32 bit ở ACCU1 và ACCU2 có

khác nhau không

12 > D So sánh số nguyên 32 bit ở ACCU2 có lớn hơn số

nguyên 32 bit ở ACCU1 không

13 <D So sánh số nguyên 32 bit ở ACCU2 có nhỏ hơn số

14 >▪D So sánh số nguyên 32 bit ở ACCU2 có lớn hơn hay

bằng số nguyên 32 bit ở ACCU1 không

15 <▪D So sánh số nguyên 32 bit ở ACCU2 có nhỏ hơn hay

16 +1 Cộng hai số nguyên 16 bit ở ACCU1 và ACCU2, kết

17 -1 Trừ số nguyên 16 bit ở ACCU2 cho số nguyên 16 bit ở

ACCU1, kết quả để ở ACCU1

18 *1 Nhân hai số nguyên 16 bit ở ACCU1 và ACCU2, kết

19 /1 Chia số nguyên 16 bit ở ACCU2 cho số nguyên 16 bit

ở ACCU1 kết quả để ở ACCU1

20 ▪▪ 1 So sánh hai số nguyên 16 bit ở ACCU1 và ACCU2 có

Trang 23

bằng nhau không

21 <>1 So sánh hai số nguyên 16 bit ở ACCU1 và ACCU2 có

khác nhau không

22 >1 So sánh số nguyên 16 bit ở ACCU2 có lớn hơn số

23 <1 So sánh số nguyên 16 bit ở ACCU2 có nhỏ hơn số

24 >▪1 So sánh số nguyên 16 bit ở ACCU2 có lớn hơn hay

25 <▪1 So sánh số nguyên 16 bit ở ACCU2 có nhỏ hơn hay

26 +R Cộng hai số thực 32 bit ở ACCU1 và ACCU2, kết quả

32 > R So sánh số thực 32 bit ở ACCU2 có lớn hơn số thực 32

bit ở ACCU1 không

33 < R So sánh số thực 32 bit ở ACCU2 có nhỏ hơn số thực 32

Trang 24

bit ở ACCU1 không

34 >▪R So sánh số thực 32 bit ở ACCU2 có lớn hơn hay bằng

số thực 32 bit ở ACCU1 không

35 <▪R So sánh số thực 32 bit ở ACCU2 có nhỏ hơn hay bằng

số thực 32 bit ở ACCU1 không

36 A n Thực hiện lệnh AND giữa nội dung của RLO với giá trị

của điểm n, chỉ dẫn trong lệnh kết quả ghi vào RLO

37 A( Thực hiện lệnh AND giữa nội dung của RLO với phép

toán trong ngoặc (đơn vị bit) kết quả nạp vào RLO

38 ABS Lấy trị tuyệt đối của số thực 32 bit

39 AD Thực hiện lệnh AND giữa nội dung trong ACCU1 và

ACCU2 kết quả để ở ACCU1 (32 bit)

40 AN n Thực hiện lệnh AND giữa nội dung của RLO với giá trị

nghịch đảo của điểm n (đơn vị bit) chỉ dẫn trong lệnh, kết quả ghi vào RLO

41 AN( Thực hiện lệnh AND giữa nội dung của RLO với giá trị

nghịch đảo của biểu thức trong ngoặc (có đóng ngoặc), kết quả ghi vào RLO

42 AW Thực hiện lệnh AND giữa nội dung trong ACCU1 và

ACCU2 kết quả để ở ACCU1 (16 bit)

43 BEC Lệnh kết thúc có điều kiện giữa khối (RLO:I)

44 BEU Lệnh kết thúc khối không điều kiện, không phụ thuộc

vào RLO

45 BLD Hiển thị lệnh của chương trình

46 BTD Chuyển số dạng mã BCD sang số nguyên 32 bit

47 BTI Chuyển số dạng mã BCD sang số nguyên 16 bit

Trang 25

48 CAD Đổi thứ tự byte trong ACCU1 (32 bit)

49 CAR Chuyển nội dung thanh ghi 1 với nội dung thanh ghi 2

50 CAW Đổi thứ tự byte trong ACCU1 (16 bit)

52 CC Lệnh gọi khối có điều kiện

53 CD Số đếm giảm 1 đơn vị tại sườn lên của RLO, sau đó

không phụ thuộc vào RLO nữa

54 CDB Chuyển khối dữ liệu chung thành khối dữ liệu riêng

56 CU Số đếm tăng 1 đơn vị tại sườn lên của RLO, sau đó

không phụ thuộc vào RLO nữa

57 DEC Giảm nội dung của ACCU1 đi một đơn vị

58 DTB Đổi số nguyên 32 bit thành dạng mã BCD

59 DTR Đổi số nguyên 32 bit thành số thực

62 FR T Khởi động bộ thời gian TIME cả khi không có biến đổi

sườn để khởi động bộ thời gian

63 FR C Khởi động bộ đếm COUTER cả khi không có biến đổi

sườn để đặt một bộ đếm, đếm lên hoặc đếm xuống

64 INC Tăng số trong ACCU1 lên một đơn vị

65 INVD Lấy phần bù của số nguyên 32 bit

66 INVI Lấy phần bù của số nguyên 16 bit

67 ITB Đổi số nguyên 16 bit thành dạng mã BCD

68 ITD Đổi số nguyên 16 bit thành số nguyên 32 bit

69 JBI n Nhảy sang làm việc ở nhãn n nếu BR = 1

Trang 26

70 JC n Nhảy sang làm việc ở nhãn n nếu RLO = 1

71 JCB n Nhảy sang làm việc ở nhãn n nếu BR = 1 và RLO =1

72 JNC n Nhảy sang làm việc ở nhãn n nếu RLO = 0

73 JL n Nhảy đến ghi nhãn ở n

74 JM Nhảy nếu kết quả là âm (CC1 =0, CC0 = 1)

75 JMZ Nhảy nếu kết quả là âm hoặc bằng không ( CC1 = 1

hoặc 0, CC0 = 0 hoặc 1)

76 JN Nhảy nếu kết quả là khác không ( CC1 = 1 hoặc 0, CC0

= 0 hoặc 1)

77 JNB n Nhảy sang làm việc ở nhãn n nếu RLO =0 và BR = 0

78 JNBI n Nhảy sang làm việc ở nhãn n nếu BR = 0

79 JO n Nhảy sang làm việc ở nhãn n nếu VO = 1

80 JOS n Nhảy sang làm việc ở nhãn n nếu OS = 0

81 JP Nhảy nếu kết quả là dương ( CC1 = 1, CC0 = 0)

82 JPZ Nhảy nếu kết quả là lớn hơn hoặc bằng không ( CC1 =0

hoặc 1, CC0 = 0 hoặc 1 )

83 JU n Nhảy sang làm việc ở nhãn n không phụ thuộc vào

RLO và RLO không bị ảnh hưởng

85 JZ Nhảy nếu ( CC1 = 0, CC0 = 0)

86 L n Nội dung của đối tượng lệnh ( đơn vị byte) được sao

chép vào ACCU1 không phụ thuộc vào RLO, nội dung trước đó của ACCU1 chuyển sang ACCU2

87 LC Nạp giá trị tức thời (số nguyên) của bộ đếm vào

ACCU1

88 LT Nạp giá trị tức thời (số nguyên) của bộ thời gian vào

Trang 27

ACCU1

89 LDBLG Nạp độ dài của khối dữ liệu DB vào ACCU1

90 L DBNO Nạp số của khối dữ liệu DB vào ACCU1

91 L DILG Nạp độ dài của khối dữ liệu DI vào ACCU1

92 L DINO Nạp số của khối dữ liệu DI vào ACCU1

93 L STW Nạp từ trạng thái vào ACCU1

94 LAR 1 Nạp địa chỉ vào thanh ghi 1 từ ACCU1

95 LAR 1 n Nạp địa chỉ vào thanh ghi 1 từ vị trí n ghi trong lệnh

96 LAR 1 AR2 Nạp địa chỉ vào thanh ghi 1 từ thanh ghi 2

97 LAR 1 P# Nạp địa chỉ vào thanh ghi 1 từ địa chỉ tại con trỏ (số

thực kép)

98 LAR 2 Nạp địa chỉ vào thanh ghi 2 từ ACCU1

99 LAR 2 n Nạp địa chỉ vàothanh ghi 2 từ vị trí ghi trong lệnh

100 LAR 2 P# Nạp vào thanh ghi 2 từ địa chỉ tại con trỏ ( số thực kép)

101 LC C Nạp số đệm hiện thời dạng mã BCD vào ACCU1

102 LC T Nạp số giá trị hiện thời dạng mã BCD vào ACCU1

108 MOD Phép chia lấy phần dư của số nguyên 32 bit ở ACCU2

cho số nguyên 32 bit ở ACCU1, kết quả để ở ACCU1

109 NEGD Lấy số bù hai của số nguyên 32 bit

110 NEGI Lấy số bù hai của số nguyên 16 bit

111 NEGR Lấy dấu âm cho số thực 32 bit

Trang 28

112 NOP 0 Mã lệnh 16 bit trong RAM đều bằng 0 (để giữ chổ)

113 NOP 1 Mã lệnh 16 bit trong RAM đều bằng 1 (để giữ chổ)

114 NOT Đặt trạng thái 0 cho RLO

115 O n Thực hiện lệnh OR giữa nội dung của RLO với giá trị

nghịch đảo của điểm n ( đơn vị bit) chỉ dẫn trong lệnh, kết quả ghi vào RLO

116 O( Thực hiện lệnh OR giữa nội dung của RLO với phép

toán trong ngoặc ( có đóng ngoặc), kết quả phép toán nạp vào RLO

117 OD Thực hiện lệnh OR giữa nội dung trong ACCU1 và

ACCU2, kết quả để ở ACCU1 (32 bit)

118 ON n Thực hiện lệnh OR giữa nội dung của RLO với giá trị

nghịch đảo của điểm n (đơn vị bit) chỉ dẫn trong lệnh kết quả ghi vào RLO

119 ON( Thực hiện lệnh OR giữa nội dung của RLO với giá trị

nghịch đảo phép toán trong ngoặc (có đóng ngoặc), kết quả ghi vào RLO

121 OW Thực hiện lệnh OR giữa nội dung ACCU1 và ACCU2,

kết quả để ở ACCU1 (16 bit)

124 R n Nếu nội dung của RLO là một trạng thái tín hiệu o sẽ

được gán cho đối tượng n và trạng thái này không đổi khi RLO thay đổi

125 R T Xóa bộ thời gian nếu RLO = 1

Trang 29

126 R C Xóa bộ đếm nếu RLO = 1

127 RLD n Quay tròn từ kép ở ACCU1 sang trái n bit

128 RLDA Quay tròn từ kép ở ACCU1 sang trái 1 bit qua CC 1

129 RND Đổi số thực 32 bit thành số nguyên 32 bit

130 RND+ Đổi số thực 32 bit thành số nguyên 32 bit, nếu là số

dương thì làm tròn tăng, là số âm thì bỏ phần thập phân

131 RND- Đổi số thực 32 bit thành số nguyên 32 bit, nếu là số âm

thì làm tròn tăng, là số dương thì bỏ phần thập phân

132 RRD n Quay tròn từ kép ở ACCU1 sang phải n bit

133 RRDA Quay tròn từ kép ở ACCU1 sang phải 1 bit qua CC 1

134 S n Nếu nội dung RLO là 1 thì trạng thái tín hiệu 1 sẽ được

gán cho đối tượng n và trạng thái này không thay đổi khi RLO thay đổi

135 S C Đặt bộ đếm nếu RLO = 1

136 SAVE Cất kết quả của phép tính logic vào thanh ghi BR

137 SD Bộ thời gian chậm sau sườn lên của RLO một khoảng

bằng thời gian đặt, khi RLO về 0 thì bộ thời gian về 0 ngay

138 SE Bộ thời gian lên 1, khi RLO chuyển từ 0 lên 1 (sườn

lên) và duy trì đủ thời gian đặt, không phụ thuộc RLO nữa

140 SF Bộ thời gian lên 1 tại sườn lên RLO, khi RLO về 0 thì

bộ thời gian còn duy trì một khoảng thời gian bằng thời gian đặt

141 SLD n Dịch từ kép trong ACCU1 sang trái n bit hoặc số bit

Trang 30

dịch được nạp vào ACCU2

142 SLW n Dịch từ đơn trong ACCU1 sang trái n bit hoặc số bit

143 SP Bộ thời gian lên 1khi RLO chuyển từ 0 lên 1 ( sườn lên

và duy trì cho đến khi đạt thời gian đã đặt RLO = 1), khi RLO = 0 thì bộ thời gian về 0 ngay

144 SRD n Dịch từ kép trong ACCU1 sang phải n bit hoặc số bít

145 SRW n Dịch từ đơn trong ACCU1 sang phải n bit hoặc số bít

146 SS Bộ thời gian chậm sau sườn lên của RLO một khoảng

bằng thời gian đặt và không phụ thuộc vào RLO nữa,

nó chỉ về 0 khi có lệnh xóa R

147 SSD n Dịch số nguyên 32 bít trong ACCU1 sang phải n bít

hoặc số bít dịch được nạp vào ACCU2, các bít trống được chèn bít dấu của số nguyên

148 SSI n Dịch số nguyên 16 bít trong ACCU1 sang phải n bít

hoặc số bít dịch được nạp vào ACCU2, các bít trống được chèn bít dấu của số nguyên

149 T n Nội dung của ACCU1 truyền cho đối tượng n (đơn vị

byte) không phụ thuộc RLO, ví dụ truyền cho vùng đệm đầu ra

150 T STW Truyền từ trạng thái tới ACCU1

151 TAK Lệnh trao đổi nội dung trong ACCU1 và ACCU2

152 TAR1 Truyền địa chỉ trong thanh ghi 1 đến ACCU1

153 TAR1 n Truyền địa chỉ trong thanh ghi 1 đến vị trí được chỉ

Trang 31

trong lệnh

154 TAR1 AR2 Truyền địa chỉ trong thanh ghi 1 đến thanh ghi 2

155 TAR2 Truyền địa chỉ trong thanh ghi 2 đến ACCU1

156 TAR1 n Truyền địa chỉ trong thanh ghi 2 đến vị trí được chỉ

trong lệnh

157 TRUNC Chuyển số thực 32 bít trong ACCU1 thành số nguyên

32 bít có dấu

158 UC Lệnh gọi khối không điều kiện

159 X n Thực hiện lệnh OR (đặc biệt) giữa nội dung của RLO

với giá trị của điểm n (đơn vị bít) chỉ dẫn trong lệnh, kết quả ghi vào RLO

160 X( Thực hiện lệnh OR (đặc biệt) giữa nội dung RLO với

phép toán trong ngoặc (có đóng ngoặc), kết quả nạp vào RLO

161 XN n Thực hiện lệnh OR (đặc biệt) giữa nội dung RLO với

giá trị nghịch đảo của điểm n, kết quả ghi vào RLO

162 XN( Thực hiện lệnh OR (đặc biệt) giữa nội dung RLO với

giá trị nghịch đảo của phép toán ( có đóng ngoặc), kết quả ghi vào RLO

163 XOD Thực hiện lệnh OR đặc biệt giữa các bít của hai từ kép

164 XOW Thực hiện lệnh OR đặc biệt giữa các bít của hai từ đơn

1.7 PHẠM VI ỨNG DỤNG VÀ ƢU NHƢỢC ĐIỂM

1.7.1 Phạm vi ứng dụng

PLC được sử dụng khá rộng rãi trong các ngành: Công nghiệp, Máy công nghiệp, Thiết bị y tế, công nghệ ôtô …

Trang 32

1.7.2 Ƣu nhƣợc điểm

trước đây, bộ PLC thường rất đắt, khả năng hoạt động hạn chế và quy trình lập trình phức tạp Vì những lý do đó mà PLC chỉ được dùng trong các nhà máy và các thiết bị đặc biệt, ngày nay do giảm giá liên tục, kèm theo tăng khả năng của PLC dẫn đến kết quả là ngày càng được áp dụng rộng rãi cho các thiết bị máy móc

Có thể kể đến các ưu điểm của PLC như sau

 Chuẩn bị vào hoạt động nhanh: Thiết kế kiểu Module cho phép thích nghi nhanh với mọi chức năng điều khiển Khi đã được lắp ghép thì PLC sẳn sàng làm việc ngay

 Độ tin cậy cao: Các linh kiện điện tử có tuổi thọ dài hơn các thiết bị cơ điện Độ tin cậy của PLC ngày càng tăng vì vậy việc bảo dưỡng định kỳ không cần thiết

 Dể dàng thay đổi chương trình: Những thay đổi chương trình được tiến hành đơn giản Để sửa đổi hệ thống điều khiển và các quy tắc điều khiển đang được sử dụng, người vận hành chỉ cần nhập lệnh khác, gần như không cần mắc nối lại dây (tuy nhiên có nhiều trường hợp vẫn có thể đấu nối lại) Nhờ đó hệ thống rất linh hoạt và hiệu quả

 Đánh giá nhu cầu đơn giản: Khi biết được các đầu vào và các đầu ra thì có thể đánh giá được kích cở yêu cầu của bộ nhớ hay độ dài của chương trình Do đó có thể dể dàng và nhanh chóng lựa chọn PLC phù hợp với các yêu cầu công nghệ đặt ra

 Khả năng tái tạo: Nếu dùng nhiều PLC với quy cách kỹ thuật giống nhau thì chi phi lao động sẽ giảm thấp hơn nhiều so với các bộ rơ le, đó là do giảm phần lớn lao động lắp ráp

 Tiết kiệm không gian

Trang 33

 Có nhiều chức năng:PLC có ưu điểm chính là có thể sử dụng cùng một thiết

bị điều khiển cơ bản cho nhiều hệ thống điều khiển Người ta thường dùng PLC cho các quá trình tự động linh hoạt vì dể dàng thuận tiện trong tính toán, so sánh các giá trị tương quan, thay đổi chương trình và thay đổi các thông số

 Về giá trị kinh tế: Khi xét về giá trị kinh tế của PLC phải đề cập đến số lượng đầu ra và đầu vào Quan hệ về giá thành với số lượng đầu vào/ra nếu số lượng vào/ra qua ít thì hệ rơle tỏ ra kinh tế hơn, nhưng khi lượng đầu vào/ra tăng thì hệ PLC kinh tế hơn hẳn

1.7.3 So sánh hệ điều khiển PLC với hệ điều khiển khác

1.7.3.1 Hệ điều khiển rơle – Công tắc tơ

 Nhiều bộ phận đã được chuẩn hóa

 Ít nhạy cảm với nhiễu

 Kinh tế với hệ thống nhỏ

 Thời gian lắp đặt lâu

 Thay đổi khó khăn

 Khó theo dõi và kiểm tra các hệ thống lớn phức tạp

 Cần bảo quản thường xuyên

Trang 34

 Giá thành cao

1.8 Kết luận:

Trong hệ thống điều khiển tự động hoá PLC, được xem như một trái tim Với chương trình ứng dụng được lưu trữ trong bộ nhớ của PLC Nó điều khiển trạng thái của hệ thống thông qua các tín hiệu phản hồi ở đầu vào, dựa trên nền tảng của

chương trình logic để quyết định quá trình hoạt động và xử lý tín hiệu đến các thiết

bị đầu ra

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ VÀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID 2.1 LOGIC MỜ

2.1.1 Lịch sử phát triển logic mờ

Từ những năm của đầu thập niên 90 cho đến nay, hệ điều khiển mờ và mạng noron (Fuzzy system and neural network) được các nhà khoa học và các kỹ sư trong lĩnh vực khoa học kỹ thuật đặc biệt quan tâm nghiên cứu và ứng dụng vào sản xuất Tập mờ và logic mờ dựa trên các suy luận của con người về các thông tin “không chính xác” hoặc “không đầy đủ” về hệ thống để hiểu biết và điều khiển hệ thống một cách không chính xác.Điều khiển mờ chính là bắt chước cách sử lý thông tin và điều khiển của con người đối với các đối tượng, do vậy điều khiển mờ đã giải quyết thành công các vấn đề điều khiển phức tạp mà trước đây giải quyết chưa được Lịch sử của điều khiển mờ bắt đầu từ năm 1965, khi giáo sư Lofti A Zadeh ở

Mỹ đã đưa ra khái niệm về lý thuyết mờ (Fuzzy set theory) Từ đó trở đi các nghiên cứu lý thuyết và ứng dụng tập mờ phát triển một cách mạnh mẽ

 Năm 1972 hai giáo sư Terano và Asai đã thiết lập ra cơ sở nghiên cứu hệ thống mờ ở Nhật

 Năm 1974 Mamdani đã nghiên cứu điều khiển mờ cho lò hơi

 Năm 1980 hãng Smidth Co Đã bắt đầu nghiên cứu điều khiển mờ cho lò xi măng

Trang 35

 Năm 1983 hãng Fuji Electric đã nghiên cứu ứng dụng điều khiển mờ cho nhà máy xử lý nước

 Năm 1984 Hiệp hội hệ thống mờ quốc tế (IFSA) được thành lập

 Năm 1989 phòng thí nghiệm quốc tế nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật mờ đầu tiên được thành lập

Cho đến nay có rất nhiều tài liệu nghiên cứu lý thuyết và các kết quả ứng dụng lý thuyết mờ trong điều khiển hệ thống Tuy vậy tính nhất loạt cho các ứng dụng thực tế của logic mờ vẫn còn đang thu hút nhiều tranh luận sôi nổi và hứa hẹn

Cho một tập hợp A, một phần tử x thuộc A được ký hiệu xA Để biểu diển một tập hợp A trên tập nền X, ta dùng hàm thuộc A(x), với:

 (x) chỉ nhận một trong hai giá trị là “1” hoặc “0”

ký hiệu = (xM x thỏa mãn một số tính chất nào đó) Ta nói tập A được định nghĩa trên tập nền X

2.1.2.2 Định nghĩa tập mờ

Tập mờ B được xác định trên tập kinh điển M là một tập mà mỗi phân tử của

nó được biểu diễn bởi một cặp giá trị (x, B(x)) Trong đó xM và B(x)là ánh xạ

Trang 36

Ánh xạ B(x) được gọi là hàm liên thuộc của tập mờ B

Tập kinh điển M được gọi là cơ sở của tập mờ B

Trang 37

Miền tin cậy của tập mờ B (được định nghĩa trên cơ sở M) được ký hiệu bởi

T, là tập con của M có giá trị hàm liên thuộc bằng 1:

S = {xM F(X) = 1}

2.1.2.4 Các hàm liên thuộc của tập mờ

Cấu trúc của tập mờ phụ thuộc vào hai yếu tố:

- Sự nhận dạng vật thể của tập mờ

- Tính chất của hàm liên thuộc

Trong kỹ thuật điều khiển mờ thông thường các hàm liên thuộc thường dùng là các hàm tuyến tính từng đoạn và gọi chung là hàm liên thuộc có mức chuyển đổi tuyến tính Đó là các hàm liên thuộc có các kiểu sau:

 Hàm liên thuộc kiểu tam giác (hình 2.2)

Hàm liên thuộc kiểu tam giác được xác định bởi bộ ba tham số {a, b, c}

(2.2)

 Hàm liên thuộc kiểu tam giác (hình 2.3)

Hàm liên thuộc kiểu hình thang được xác định bởi bộ bốn tham số {a, b, c, d} (2.3)

Hình 2.2 (a, b) Hàm liên thuộc kiểu tam giác, hình thang

Trang 38

Do biểu thức đơn giản và tính toán dễ dàng mà cả hai dạng hàm liên thuộc kiểu tam giác và hình thang được sử dụng rộng rãi trong các bài toán điều khiển mờ, đặc biệt đối hệ điều khiển “thời gian thực” Tuy nhiên các hàm liên thuộc này chỉ gồm các đoạn thẳng nên không mềm mại ở các điểm gãy Do vậy khi làm những bài toán phức tạp khác ta sẽ sử dụng các loại hàm liên thuộc kiểu khác

 Hàm liên thuộc Gauss: Hàm này được xác định bởi hai tham số {δ, c}

2 2 ( x c)

A (x : , c) e





   (2.4) Trong đó c là tâm, δ xác định độ rộng của hàm liên thuộc

 Hàm liên thuộc hình chuông: Hàm này được xác định bởi ba tham số

{a, b, c}

A(x :a, b, c) 1 2b

x c 1

Trong đó b thường là số dương Ta có thể chỉnh định c và a để thay đổi tâm

và độ rộng, dùng b để điều khiển độ dốc ở các điểm cắt của hàm liên thuộc

 Hàm liên thuộc Sigmoid: Hàm này được xác định bởi hai tham số {a, c}

A(x :a, c) 1

1 exp[ a(x c)]

   (2.6) Trong đó a điều khiển độ dốc ở điểm cắt x = c

2.1.2.5 Biến ngôn ngữ và giá trị biến ngôn ngữ:

Khi các biến nhận các giá trị không rõ ràng như “lạnh “, “rất lạnh”, “hơi lạnh” ta không thể dùng giá trị rõ để mô tả được mà phải sử dụng các khái niệm mới để mô

tả gọi là biến ngôn ngữ

Một biến có thể gán bởi các từ trong ngôn ngữ tự nhiên làm rõ giá trị của nó gọi

là biến ngôn ngữ

Một biến ngôn ngữ thường bao gồm 4 thông số X, T, U, M:

Trang 39

- X: Tên của biến ngôn ngữ

- T: Tập của các giá trị ngôn ngữ

- U: Không gian nền mà trên đó biến ngôn ngữ X nhận các giá trị rõ

- M: Chỉ ra sự phân bố của T trên U

Mỗi giá trị ngôn ngữ có tập nền là miền giá trị vật lý Từ một giá trị vật lý của biến ngôn ngữ ta có được một vecto μ gồm các độ phụ thuộc của x

X  T= [ lanh hoi lanh rat lanh]

Ánh xạ trên được gọi là quá trình mờ hóa giá trị rõ x

Được gọi là hai mệnh đề

Luật điều khiển: nếu  = A thì  = B được gọi là mệnh đề hợp thành

 = A gọi là mệnh đề điều kiện

- Luật Max – Min

- Luật Max – Prod

Trang 40

- Luật Sum – Min

- Luật Sum – Prod

Để giải mờ theo phương pháp cực đại, ta thực hiện theo các bước sau

 Xác định miền chứa giá trị rõ y0(miền G) Đó là miền mà tại đó hàm liên thuộc B’(y) đạt giá trị cực đại (độ cao H của tập mờ B’)

Tiêu đề	Tích hợp bộ điều khiển mờ vào PLC S7-300 để điều khiển tốc độ động cơ một chiều
Tác giả	Nguyễn Quang Ánh
Trường học	Đại học Thái Nguyên
Thể loại	Luận văn
Năm xuất bản	2025
Thành phố	Thái Nguyên

Định dạng
Số trang	93
Dung lượng	1,14 MB