Nghiên cứu và xây dựng quá trình mô phỏng máy ép nhựa cho hệ thống scada

ABSTRACT The combination of algorithms in the system operating procedures for real to increasingly widely applied in the field of automatic control.. Features of this simulation is that

CÔNG TRÌNH C HOÀN THÀNH T I

TR NG I H C BÁCH KHOA – HQG -HCM

Cán b h ng d n khoa h c :TS TR NG ÌNH CHÂU

(Ghi rõ h , tên, h c hàm, h c v và ch ký) Cán b ch m nh n xét 1 :

(Ghi rõ h , tên, h c hàm, h c v và ch ký) Cán b ch m nh n xét 2 :

(Ghi rõ h , tên, h c hàm, h c v và ch ký) Lu n v n th c s c b o v t i Tr ng i h c Bách Khoa, HQG Tp HCM ngày tháng 12 n m 2012 Thành ph n H i ng ánh giá lu n v n th c s g m: (Ghi rõ h , tên, h c hàm, h c v c a H i ng ch m b o v lu n v n th c s ) 1

2

3

4

5

Xác nh n c a Ch t ch H i ng ánh giá LV và Tr ng Khoa qu n lý chuyên ngành sau khi lu n v n ã c s a ch a (n u có) CH T CH H I NG TR NG KHOA…………

I H C QU C GIA TP.HCM

TR NG I H C BÁCH KHOA

NG HÒA XÃ H I CH NGH A VI T NAM

c l p - T do - H nh phúc

NHI M V LU N V N TH C S tên h c viên: PHÙNG C HUY MSHV: 11150090 Ngày, tháng, n m sinh: 06-12-1980 N i sinh: Buôn Ma Thu t Chuyên ngành: T NG HÓA KHÓA : 2011 I TÊN TÀI: NGHIÊN C U VÀ XÂY D NG QUÁ TRÌNH –MÔ PH NG MÁY ÉP NH A CHO H TH NG SCADA II NHI M V VÀ N I DUNG: Tìm hi u và xây d ng quá trình- mô ph ng máy ép nh a thông qua card Ni USB 6221 Xây d ng quá trình –mô ph ng thu th p d li u, giám sát và u khi n quá trình cho h th ng SCADA Liên k t gi a quá trình mô ph ng máy ép nh a thông qua card Ni USB 6221 và ng PLC u khi n quá trình III NGÀY GIAO NHI M V :

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHI M V :

V CÁN B H NG D N : TS TR NG ÌNH CHÂU

Tp HCM, ngày tháng 12 n m 2012 CÁN B H NG D N (H tên và ch ký) CH NHI M B MÔN ÀO T O (H tên và ch ký) TS TR NG ÌNH CHÂU TR NG KHOA….………

(H tên và ch ký)

I C M N

hoàn thành t t lu n v n này, tôi xin chân thành c m n quý th y cô và gia ình ã d y d , ng viên và giúp tôi trong su t quá trình h c t p

c bi t, tôi xin chân thành c m n Th y Tr ng ình Châu ã nhi t tình

ng d n, nh h ng cho tôi trong su t th i gian th c hi n lu n v n này

Tôi xin chân thành c m n các Th y Cô trong tr ng i H c Bách Khoa TP

Chí Minh nói chung và các Th y Cô trong Khoa T ng Hóa nói riêng ã

trang b cho tôi nh ng ki n th c quý báu hoàn thành t t lu n v n này

Cu i cùng, xin c m n các anh ch trong l p T ng Hóa khóa 2006 và khoá

2011 ã giúp tôi trong th i gian h c t p

Ng i th c hi n lu n v n

Phùng c Huy

TÓM T T LU N V N TH C S

k t h p các gi i thu t vào các quy trình v n hành h th ng th c ngày càng

c ng d ng r ng rãi trong l nh v c u khi n t ng L n u tiên, có m t lu n

n a ra h ng nghiên c u xây d ng m t quá trình mô ph ng ng h th ng

th c c tính n i b t c a vi c mô ph ng này là có th dùng nó thi t k h th ng

u khi n c nhi u h th ng khác nhau d i d ng mô ph ng quá trình và có th

ng d ng u khi n trong th c t Tính v t tr i c a vi c mô ph ng giúp chúng ta

a ra các ph ng án v n hành, t ch c và qu n lý h th ng SCADA mà ch a c n

ph i thi công ph n c ng

Lu n v n c ng ng th i a ra h ng phát tri n và m r ng cho vi c mô

ph ng quá trình h th ng SCADA công nghi p Hi n t i tác gi ch mô ph ng quá trình h th ng máy ép nh a và thu t toán u khi n PID Trong khi ó, gi i thu t

u khi n và quy trình, t ch c và qu n lý các h th ng SCADA di n r ng ngày càng

ph c t p và ph bi n h n Vì v y thi t k quy trình mô ph ng h th ng SCADA

trên c n ph i có nhi u nhóm nghiên c u, nhi u t ch c cùng nhau th c hi n Khi ó,

vi c mô ph ng quá trình này s tr nên r ng l n h n, h u ích h n và ng d ng nhi u

n trong l nh v c u khi n t ng ang phát tri n m nh m hi n nay

ABSTRACT

The combination of algorithms in the system operating procedures for real to increasingly widely applied in the field of automatic control For the first time, with a

thesis demonstrating research process of simulating a model of a real system Features

of this simulation is that you can use it to design control systems that control various different systems in process simulation and can be applied to control in practice The superiority of the simulation helps us make operational plans, organization and management of SCADA systems that do not need to make hardware

This thesis also offer development and expansion for the simulation of the process of industrial SCADA system Currently, I can only simulate the process of plastic injection molding machines and PID control algorithm Meanwhile, the control algorithms and procedures, organization and management of large-scale SCADA system increasingly complex and more popular So to design the SCADA system simulation process need to have many research groups and organizations working together Then, the simulation of this process will become larger, more useful and more applications in the field of automatic control that is growing strong today

C L C

1.1 Tính c p thi t c a lu n v n 14

1.2 t s công trình nghiên c u trên th gi i 14

1.3 Gi i thi u tài 17

1.4 Ý ngh a v vi c mô ph ng-quá trình h th ng SCADA công nghi p 20

1.5 c tiêu tài 20

1.6 Công c s d ng cho lu n v n 21

1.7 Tóm l c n i dung các ch ng 21

CH NG 2: C S LÝ THUY T 2.1 Gi i thi u 22

2.2 các kh i c n th c hi n trong lu n án 22

2.3 Mô t quá trình u khi n trong h th ng máy ép keo 24

2.4 Gi i thi u chung v b u khi n PID 27

2.5 u khi n PID s d ng trong PLC 32

2.6 Tính t c Motor b m d u 37

2.7 t lu n 38

CH NG 3: QUÁ TRÌNH U KHI N VÀ V N HÀNH TH NG MÁY ÉP NH A 3.1 Gi i thi u 38

3.2 Gi i thi u v máy ép nh a 38

3.3 Các thành ph n c b n c a máy ép nh a 40

3.4 Quy trình v n hành 41

3.5 Gi i thu t u khi n 43

3.6 t lu n 45

TRÌNH H TH NG MÁY ÉP NH A

4.1 Gi i thi u 46

4.2 Gi i thi u Card DAQ NI USB 6221 46

4.2.1 C u t o v card DAQ NI USB 6221 47

4.2.2 u vào t ng t Analog input 48

4.2.3 u ra t ng t Analog ouput 49

4.2.4 Vào ra s (Digital I/O) 50

4.2.5 K t n i tín hi u 50

4.3 Ngôn ng l p trình Labview 51

4.3.1 Gi i thi u chung v ph n m m labview 51

4.3.2 ng d ng c a ph n m m Labview 53

4.3.3 Th vi n thu th p d li u (data acquisition) 54

4.4 Xây d ng mô hình mô ph ng-quá trình máy ép nh a 55

4.4.1 Thi t k giao di n mô ph ng 55

4.4.2 S I/O cho card USB NI 6221 60

4.5 t lu n 61

CH NG 5: PH N C NG C N THI T K CHO MÔ HÌNH MÔ PH NG QUÁ TRÌNH

5.1 Gi i thi u 61

5.2 Mô hình th c ph n c ng c n thi công 62

5.2.1 B x lý trung tâm PLC 62

5.2.2.Mô hình lò nhi t 63

5.2.3 Mô hình Motor b m 64

5.2.4 Màn hình c m ng HMI 65

5.2.5 S u dây I/O 66

5.2.6 u dây Card NI USB 6221 67

5.3 k t n i I/O gi a PLC v i Crad NI USB 6221 68

5.4 t lu n 68

KHI N QUÁ TRÌNH H TH NG

6.1 Gi i thi u 68

6.2 Khai báo c u hình giao ti p d li u OPC 69

6.3 Cách t o giao di n nàm hình c m ng HMI 71

6.4 H th ng Citect SCADA 75

6.5 K t qu t c t các b u khi n PID 81

6.5.1 K t qu c a quá trình u khi n nhi t lò 81

6.5.2 K t qu c a quá trình u khi n Motor b m d u 83

6.5.3 K t qu c a quá trình u khi n l u l ng 85

6.6 K t lu n 86

CH NG 7: K T QU T C- NH H NG PHÁT TRI N 7.1 K t qu t c 87

7.2 M t s h n ch 88

7.3 H ng phát tri n 89

TÀI LI U THAM KH O 90

PH L C 91

LÝ L CH TRÍCH NGANG 121

Danh m c các hàm, ký hi u, t vi t t t

ENTHENET: m ng c c b LAN, theo chu n hóa trong IEEE 802.3

HMI: Human Machine Interface

Hub: thi t b k t n i m ng LAN

ID: Identify

Industrial Ethernet: M ng Ethernet công nghi p

IP: Internet Protocol

LAN: Local Area Network

MTUs: Master Terminal Unit

NetDDE: Network Dynamic Data Exchange

ODBC: Open Database Connectivity

OLE: Object Linking and Embedding

OLE DB: Object Linking and Embedding Database

OPC: OLE for Process Control

OPC-AE: OLE for Process Control - Alarms & Events

OPC-DA: OLE for Process Control - Data Access

OPC-DX: OLE for Process Control - Data eXchange

OPC-HAD: OLE for Process Control - Historical Data Access

OPC XML-DA:OLE for Process Control - XML Data Access

PC: Personal Computer

PID: Proportional Integral Derivative

PLC: Programmable Logic Controller

Profibus - DP: Decentralize Periphery - fast data exchange

Profibus - PA: Process Automation - intrinsically safe environment

Profibus - FMS: Fieldbus Message Specification - peer to peer communication

RJ45: Registered Jack 45

RS232: chu n truy n thông n i ti p

RS422: chu n truy n thông n i ti p nh ng kho ng cách truy n và v n t c truy n cao h n RS232

RS485: chu n truy n thông n i ti p nh ng kho ng cách truy n và v n t c truy n cao h n RS232 và RS422

RTUs: Remote Terminal Units

SCADA: Supervisory Control and Data Acquisition

TCP/IP: Transmission Control Protocol/Internet Protocol

USB: Universal Serial Bus

WAN: Wide Area Network

Danh m c các hình v , th , b ng bi u

Hình 1 S kh i Mô ph ng th c Simulink và PLC

Hình 2 S kh i v u khi n quá trình SCADA thông qua OPC giao ti p Matlab

Hình 3 S kh i v h SCADA mô hình mô ph ng

Hình 4 Phòng thí nghi m v mô hình mô ph ng

Hình 5 Thi công mô hình mô ph ng- quá trình th c cho lu n v n

Hình 6 Mô hình mô ph ng Labview cho h th ng máy ép keo

Hình 7 Mô hình mô ph ng HMI cho h th ng máy ép keo

Hình 8 Mô hình mô ph ng SCADA Citect cho h th ng máy ép keo

Hình 9 Bi u di n các kh i t ng quát c n th c hi n

Hình10 Bi u di n s chi ti t các kh i c n thi công trong lu n án

Hình 11 Mô t quá trình ho t ng c a máy ép nh a

Hình 20 Qui trình v h th ng n c gi i nhi t khuôn

Hình 21 Qui trình v n hành máy ép keo

Hình 22 Qui trình v n hành t ng

Hình 23 Bi u di n ch v n hành tay

Hình 24 Card DAQ NI USB 6221

Hình 25 S chân c a card NI USB 6221

Hình 37 Bi u di n mô hình th c c n thi công

Hình 38 Mô hình PLC k t n i các Muol m r ng và k t n i m ng Cclink

Hình 39 Mô hình th c lò nhi t

Hình 40 Mô hình th c b m th y l c d u

Hình 41 Màn hình c m ng HMI Got-1155

Hình42 S k t n i dây I/O gi a PLC và Card NI USB 6221

Hình43 S k t n i dây v i Card NI USB 6221

Hình 44 Cách khai báo thi t b k t n i trong OPC kepware

Hình 45 Cách khai báo l y d li u t PLC

Hình 46 Các tag c l y t PLC thông qua OPC Server

Hình 47 Khai báo k t lo i màn hình và lo i PLC c n k t n i

Hình 48 Cách t o Parts trong màn hình GOT

Hình 49 Cách t o ho t h a di chuy n

Hình 50 Mô ph ng h th ng máy ép keo trên màn hình HMI GOT -1000

Hình 51.Hi n th lò nhi t và v n hành tay

Hình 52 Hi n th và cài t thông s cho khuôn

Hình 53 Hi n th và cài t thông s phun keo

Hình 54 Hi u ch nh PID Motor va PID l u l ng

Hình 55 Mô hình mô ph ng Citect SCADA

CH NG 1: T NG QUAN

1.1 Tính c p thi t c a lu n v n

i s phát tri n c a xã h i ngày nay các h th ng SCADA t ng hóa trong công nghi p ngày càng xâm nh p vào i s ng con ng i nhi u h n Vì v y, áp

ng nhu c u u khi n ngày càng cao và ch t l ng u khi n h th ng là r t quan

tr ng Ngày nay các h th ng giám sát, u khi n và thu th p d li u, h th ng u khi n a c p c s d ng r ng rãi trong các nhà máy, xí nghi p trên toàn th gi i

Nh ng h th ng SCADA di n r ng thì s l ng kênh Input/Output có th lên n hàng ngàn hay vài ch c ngàn I/O, b trung tâm x lý PLC v i t c nhanh và tin

y cao nh vào các giao th c m và các m ng truy n thông nh m ng PROFIBUS, WAN, LAN, ENTHENET và c m ng INTERNET Vì th khi nghiên c u, xây d ng

và thi t k cho h th ng SCADA có quy mô l n và ph c t p cao thì không th xây

ng mô hình thí nghi m ho c mô ph ng sát v i ng d ng th c t Chính vì u này, các nhà nghiên c u thi t k h th ng SCADA trong th c t ph i luôn i tìm nh ng

gi i pháp t i u hóa các quá trình u khi n và xây d ng h th ng th c nh m gi m sai sót và chi phí phát sinh tr c khi thi công h th ng SCADA th c t Vì v y m t câu h i t ra cho các nhà nghiên c u trong l nh v c u khi n t ng là: i sao chúng ta không th nghiên c u và xây d ng quá trình-mô ph ng cho h th ng SCADA công nghi p Vi t Nam?

1.2 t s công trình nghiên c u trên th gi i

tr l i câu h i trên, các nhà nghiên c u chuyên môn trong l nh v c u khi n các h th ng SCADA t ng hóa công nghi p ngày nay ã b t tay vào vi c nghiên c u nh m m c ích nâng cao ch t l ng mô ph ng và u khi n sát v i ng

ng th c t h n Hi n nay các ph n m m mô ph ng h th ng SCADA ngày càng nhi u nh là: Simulink Guide c a Matlab, Labview, Winsim,… Nhóm nghiên c u thu c tr ng h c ‘Department of Control and Instrumentation Brno University of Technology Kolejní, Brno CZECH REPUBLIC’ v i tên tài là “Real-Time Communication between MATLAB/Simulink and PLC via Process Visualization Interface”[4], tác gi dùng ngôn ng Matlab Simulink mô ph ng i t ng th c

giao ti p v i PLC qua các b chuy n i tín hi u s sang tín hi u t ng t và ng c

i u khi n quá trình Các tín hi u thu th p và u khi n thông qua Matlab

xu ng PLC nh s kh i (hình 1)

Hình 1 S kh i Mô ph ng th c Simulink và PLC

u tiên tác gi mô ph ng trên mô hình Simulink c a Matlab, sau ó liên k t

mô ph ng Simulink Matlab v i PLC và th nghi m trên mô hình v t lý th c Thông

th ng tr c khi thi công h th ng th c thì các nhà nghiên c u ph i thi t k xây d ng

mô hình mô ph ng ch y th h th ng, và ánh giá chính xác k t qu u khi n

th c u này òi h i chi phí thi công mô hình th nghi m cao, chi phí v thi t b t

ti n, m t th i gian nhi u v th nghi m, nh ng l i kém linh ho t khi thay i c c u

nh mô hình mô ph ng, chính vì th m t nhóm tác gi khác ‘STOJAN PERSIN, BORIS TOVORNIK and NENAD MUSKINJA’ l i nghiên c u v ‘OPC-driven Data Exchange between MATLAB and PLC-controlled System’[9], nhóm này xây d ng h

th ng SCADA thu th p d li u và mô ph ng quá trình u khi n thông qua OPC liên

t v i ngôn ng Matlab ch y mô ph ng nh s kh i (hình 2)

Hình 2 S kh i v u khi n quá trình SCADA thông qua OPC giao ti p

Phòng thí nghi m làm mô ph ng

Hình 4 Phòng thí nghi m v mô hình mô ph ng

T các yêu c u c n thi t v s mô ph ng nh trên, nh ng v n ch a có m t tác

gi nào xây d ng c h th ng mô ph ng quá trình th c có th áp d ng c cho

ng d ng công nghi p

1.3 Gi i thi u tài

nh ng kh o sát nh ng nghiên c u và tính c p thi t trên cho th y r ng:

nh ng h th ng SCADA công nghi p trong th c t r t l n, c n ph i có i ng k thu t cao, gi i c ph n c ng l n ph n m m và các kinh nghi m th c t C n có nhi u chi phí và th i gian thi công Vì th xây d ng m t h th ng SCADA có quy mô

n nh trên thì c n ph i th c hi n mô ph ng quá trình cho h th ng tr c khi b t tay thi công h th ng th c là h t s c c n thi t nh m gi m c sai sót và chi phí phát sinh không c n thi t trong quá trình xây d ng h th ng SCADA th c Vì v y, tác gi s

xây d ng mô hình mô ph ng th c giám sát và u khi n quá trình h th ng SCADA trong các phân x ng s n xu t nh a

Hình 5 Thi công mô hình mô ph ng- quá trình th c cho lu n v n

Mô hình mô ph ng quá trình c thi công b i ph n m m Labview

Hình 6 Mô hình mô ph ng Labview cho h th ng máy ép keo

Mô hình mô ph ng quá trình c thi công b i ph n m m Designers HMI Got-1000

GT-Hình 7 Mô hình mô ph ng HMI cho h th ng máy ép keo

Mô hình mô ph ng quá trình c thi công b i ph n m m Citect SCADA

Hình 8 Mô hình mô ph ng SCADA Citect cho h th ng máy ép keo

Trong quá trình h c t p và làm vi c tác gi may m n c làm vi c v i các hãng t ng l n trên th gi i nh : Siemens, Omron, Mitsubishi, Schneider, Fuji, …

Xu t phát t nhu c u th c ti n c a tác gi nên tác gi ã ch n tài nghiên c u và xây d ng quá trình-mô ph ng máy ép nh a cho h th ng SCADA công nghi p

1.4 Ý ngh a v vi c mô ph ng-quá trình h th ng SCADA công nghi p

Vi c mô ph ng các h th ng th c là m t nhu c u t t y u, c bi t khi các h

th ng ngày càng tr nên ph c t p Nhu c u này xu t phát t nhi u y u t khác nhau, nên ta có th a ra m t s nguyên nhân sau:

u t cho các h th ng th c (ngay c h th ng thí nghi m ho c bán công nghi p) th ng r t cao, c bi t là các thi t b công nghi p Chi phí này bao g m

ti n mua thi t b , chi phí b o d ng, s a ch a…

Mô ph ng các h th ng th c cho phép th c hi n vi c ánh giá, ki m tra

Vi c mô ph ng quá trình trên máy tính: khác v i mô ph ng thu n túy toán h c,

vi c mô ph ng các quá trình công ngh ph c v cho ào t o và nghiên c u th ng

ph c t p h n và có nh ng yêu c u riêng Mô hình mô ph ng các i t ng công ngh

ph i có tính tr c quan cao, d s d ng, d hình dung, và th hi n c rõ ràng quy trình công ngh ó

1.5 c tiêu tài

Tìm hi u và xây d ng mô ph ng quá trình h th ng SCADA

Giao ti p gi a Card Ni6221 v i mô ph ng quá trình h th ng

t n i m ng công nghi p cho h th ng SCADA

Nghiên c u thu t toán u khi n PID cho h th ng

Thu th p d li u, u khi n và giám sát quá trình, liên k t gi a ph n

m SCADA Citect v i LABVIEW mô ph ng quá trình cho h th ng SCADA ã xây d ng

1.6 Công c s d ng cho lu n v n

Các ph n m m s d ng cho mô ph ng và u khi n quá trình

Ngôn ng l p trình GX-DEVELOPER c a hãng PLC Mitsubishi

Ngôn ng l p trình h th ng Citect SCADA c a hãng Schneider

Ngôn ng l p trình Labview cho u khi n quá trình

Công c OPC KEPServerEx V4.0 thu th p I/O Server

Các ph n c ng s d ng cho mô ph ng và u khi n quá trình

PLC Mitsubishi FX-3U-48MR, FX2N-64MR FX2N-4AD, FX2N-4DA, FX2N-2LC, FX2N-16CCL-M, FX2N-32CCL, l y d li u v và xu t d li u ra

Lò nhi t và c m bi n nhi t và SSR

Card Ni6221 nh n tín hi u t PLC v máy tính mô ph ng quá trình h

th ng SCADA th c

Bi n t n và Motor 3 pha, Encorder

Máy tính mô ph ng SCADA và máy tính mô ph ng quá trình

1.7 Tóm l c n i dung các ch ng

i n i dung k trên lu n v n có c u trúc nh sau:

Ch ng 1: Gi i thi u t ng quan v mô ph ng quá trình và nh ng nghiên c u

thi t k mô ph ng th c c a các nhà khoa h c trên th gi i Qua ó th y c s

n thi t c a nh ng nghiên c u này và nêu b t lên t m quan tr ng ph i xây d ng m t quá trình mô ph ng th c cho h th ng SCADA dành cho riêng l nh v c u khi n t

ng mà tr c tiên là mô ph ng quá trình cho h th ng SCADA công nghi p nói

chung và xây d ng quá trình mô ph ng máy ép nh a cho h th ng SCADA nói riêng

Ch ng 2: Trong ch ng này, tác gi s a ra s kh i c n th c hi n trong quá trình mô ph ng h th ng và thu t toán u khi n PID c n kh o sát, công th c tính v n t c c a motor b m d u Công d ng và ý ngh a c a các kh i này

Ch ng 3: Gi i thi u chung v máy ép nh a, nguyên t c ho t ng, các lo i máy ép nh a thông th ng trong th c t Và a ra quy trình t ch c v n hành và s n

xu t các s n ph m nghành nh a, các thành ph n c u t o nên h th ng máy ép nh a và

gi i thu t v n hành cho máy

Ch ng 4: Trong ch ng này tác gi s gi i thi u s v ph n m m Labview, cách thu th p d li u thông qua card USB NI 6221, t ó, a ra cách xây d ng mô hình mô ph ng cho h th ng máy ép nh a

Ch ng 5: ph n ch ng này, tác gi s trình bày v ph n thi công mô hình

mô ph ng th c, m ng PLC, màn hình c m ng HMI, lò nhi t, Motor b m d u, k t n i tín hi u u khi n giao ti p gi a Card USB NI6221 và m ng PLC,

Ch ng 6: Ch ng này s nói v cách thu th p d li u, t o giao di n giao ti p

gi a ng i và máy HMI và h th ng Citect SCADA, sau ó trình bày các k t qu u khi n thông s c a mô hình

Ch ng 7: T ng k t l i k t qu t c, nêu lên m t s h n ch và a ra

ng phát tri n c a tài Hi n t i lu n v n này ch nh n m nh v n mô ph ng quá trình máy ép nh a cho h th ng SCADA nh ng v c b n nó ã v ra m t

ng m i cho s phát tri n trong l nh v c u khi n t ng ó chính là thi t k

t h th ng mô ph ng quá trình dành riêng cho l nh v c này, mà m nh n m nh là giúp nhà thi t k u khi n không c n ph i th c thi ph n c ng tr c mà v n có th

a ra các ph ng án và các quy trình v n hành u khi n khác nhau, giúp cho vi c

an toàn và trách c sai sót khi thi t k u khi n M c dù hi n t i vi c mô ph ng

n còn nhi u thi u sót,…nh ng v lâu v dài s c c p nh t nhi u h n vì ây là

ng nghiên c u m ó chính là h ng phát tri n c a tài này và m r ng thêm cho u khi n h th ng SCADA công nghi p

CH NG 2: C S LÝ THUY T

2.1 Gi i thi u

Trong ch ng này, tác gi s trình bày v thu t toán u khi n PID và scác kh i c n th c thi cho quá trình mô ph ng cho lu n án M i kh i s có m t nhi m riêng, m t công d ng và m t ch c n ng riêng

chi ti t

Hình10 Bi u di n s chi ti t các kh i c n thi công trong lu n án

Kh i mô ph ng quá trình:

Công c s d ng cho kh i này: là máy tính và ngôn ng l p trình Labview

vi t code và t o ho t h a Ph n này tác gi s thi t k m t giao di n mô ph ng cho quá trình h th ng máy ép nh a Mô hình mô ph ng các i t ng trong h th ng

ph i có tính tr c quan cao, d s d ng, d hình dung, và th hi n c rõ ràng quy trình h th ng

Card USB Ni6221: thu th p tín hi u và xu t tín hi u u khi n Analog Input

và Anlog Output, Digtal Input va Digtal Ouput v máy tính mô ph ng quá trình Tóm l i: máy tính mô ph ng vi t b ng ngôn ng l p trình Labview và Card giao ti p USB NI6221 thay cho h th ng th c t c n thi công ph n c ng

ng PLC: dùng bi u di n u khi n quá trình, n i ây s xây d ng quy trình u khi n và xu t nh p tín hi u Analog Input, Analog Output và Digital Input, Digital Output n card giao ti p NI USB 6221 u khi n quá trình cho

th ng ng th i c ng xây d ng các thu t toán u khi n PID cho các i

ng trong h th ng c n u khi n

I/O Server: có nhi m v thu th p tín hi u t m ng PLC v m ng máy tính thu

th p I/O Server u khi n quá trình

ng SCADA: thu th p tín hi u t I/O Server, giám sát và u khi n thông qua các máy tính Citect SCADA u khi n quy trình h th ng

2.3 Mô t quá trình u khi n trong h th ng máy ép keo

mô t quá trình máy ép keo

Hình 11 Mô t quá trình ho t ng c a máy ép nh a

Chu trình ho t ng c a máy ép keo

Trong ó : vale khuôn và vale keo thu c lo i vale Analog (0-10VDC), vale lò và l i

là vale Digital(On/Off)

i quá trình u khi n trên cho th y c n ph i thi t l p b u khi n PID cho Motor b m, PID u khi n vale áp l c, PID u khi n Vale l u l ng và PID cho u khi n lò nhi t D a vào b u khi n này, quá trình óng khuôn

và m khuôn, b m keo và l y keo, s ho t ng t t h n, cho ch t l ng s n

ph m cao và p h n so v i u khi n thông th ng

2.4 Gi i thi u chung b u khi n PID

t b u khi n vi tích phân t l (b u khi n PID) là m t c ch ph n h i vòng u khi n (b u khi n) t ng quát c s d ng r ng rãi trong các h th ng

u khi n công nghi p – b u khi n PID c s d ng ph bi n nh t trong s các

u khi n ph n h i M t b u khi n PID tính toán m t giá tr "sai s " là hi u s

gi a giá tr o thông s bi n i và giá tr t mong mu n

Gi i thu t tính toán b u khi n PID bao g m 3 thông s riêng bi t, do ó ôi khi nó còn c g i là u khi n ba khâu: các giá tr t l , tích phân và o hàm, vi t

t là P, I, và D Giá tr t l xác nh tác ng c a sai s hi n t i, giá tr tích phân xác

nh tác ng c a t ng các sai s quá kh , và giá tr vi phân xác nh tác ng c a t c

bi n i sai s T ng ch p c a ba tác ng này dùng u ch nh quá trình thông qua m t ph n t u khi n nh v trí c a van u khi n hay b ngu n c a ph n t gia nhi t

Hình 14: S kh i b u khi n PID

u khi n PID c t tên theo ba khâu hi u ch nh c a nó, t ng c a ba khâu này t o thành b i các bi n u khi n (MV) Ta có:

MV(t) = Pout + Iout + Dout (1)

t: th i gian hay th i gian t c th i (hi n t i)

l i c a khâu t l l n là do thay i l n u ra mà sai s thay i nh N u

l i c a khâu t l quá cao, h th ng s không n nh Ng c l i, l i nh là do

áp ng u ra nh trong khi sai s u vào l n, và làm cho b u khi n kém nh y,

ho c áp ng ch m N u l i c a khâu t l quá th p, tác ng u khi n có th s quá bé khi áp ng v i các nhi u c a h th ng

Thành ph n tích phân I Phân ph i c a khâu tích phân t l thu n v i c biên sai s l n quãng th i gian x y ra sai s T ng sai s t c th i theo th i gian (tích phân sai s ) cho ta tích l y

bù ã c hi u ch nh tr c ó Tích l y sai s sau ó c nhân v i l i tích phân

và c ng v i tín hi u u ra c a b u khi n Biên phân ph i c a khâu tích phân trên t t c tác ng u ch nh c xác nh b i l i tích phân, K i

Th a s tích phân c cho b i:

t: th i gian ho c th i gian t c th i (hi n t i)

: m t bi n tích phân trung gian

Khâu tích phân (khi c ng thêm khâu t l ) s t ng t c chuy n ng c a quá trình t i m t và kh s d sai s n nh v i m t t l ch ph thu c vào b u khi n Tuy nhiên, vì khâu tích phân là áp ng c a sai s tích l y trong quá kh , nó có

th khi n giá tr hi n t i v t l qua giá tr t

Thành ph n vi phân D

c thay i c a sai s qua trình c tính toán b ng cách xác nh d c

a sai s theo th i gian (t c là o hàm b c m t theo th i gian) và nhân t c này

t: th i gian ho c th i gian t c th i (hi n t i)

Khâu vi phân làm ch m t c thay i c a u ra b u khi n và c tính này là ang chú ý nh t t t i m t c a b u khi n T ó, u khi n vi

phân c s d ng làm gi m biên v t l c t o ra b i thành ph n tích phân

và t ng c ng n nh c a b u khi n h n h p Tuy nhiên, phép vi phân c a

t tín hi u s khu ch i nhi u và do ó khâu này s nh y h n i v i nhi u trong sai s , và có th khi n quá trình tr nên không n nh n u nhi u và l i vi phân

n

Khâu t l , tích phân, vi phân c c ng l i v i nhau tính toán u ra c a b

u khi n PID nh ngh a r ng u(t) là u ra c a b u khi n, bi u th c cu i cùng

P c t ng cho n khi nó ti n t i l i t i h n, Ku, u ra c a vòng u khi n

t u dao ng Ku và th i gian giao ng Pu c dùng gán l i nh sau:

u khi n PID

ng 2: Ph ng pháp u khi n theo ph ng pháp Ziegler–Nichols

t c áp ng "1/4 giá tr suy gi m biên " Sau ó t ng Ki n giá tr phù h p sao cho th i gian x lý Tuy nhiên, Ki quá l n s gây m t n nh Cu i cùng, t ng

Kd, n u c n thi t, cho n khi vòng u khi n nhanh có th ch p nh n c nhanh chóng l y l i c giá tr t sau khi b nhi u Tuy nhiên, Kd quá l n s gây áp ng

và v t l M t u ch nh c p t c c a vòng u khi n PID th ng h i quá l m t ít khi ti n t i m t nhanh chóng; tuy nhiên, vài h th ng không ch p nh n x y ra v t , trong tr ng h p ó, ta c n m t h th ng vòng kín gi m l , thi t t m t giá tr Kp

nh h n m t n a giá tr Kp gây ra dao ng

ng 3: Ph ng pháp u khi n theo ph ng pháp th công

t m c xác nh d a trên gi i thu t

D

Dùng liên

ti p 25 thanh ghi liên ti p

D

d ng thanh ghi

n cho D

ng

u

Gi i thích: L nh này s d ng giá tr hi n hành (Current Value-CV hay

Process Value -PV) toán h ng S2 và so sánh nó v i giá tr t tr c (Preset Value –

PV hay Setpoint Value -SV) S sai l ch gi a hai giá tr s c x lý thông qua m t vòng u ch nh PID t o ra m t h s u ch nh, h s này c tính toán theo khuynh h ng c a s sai l ch Quá trình tính toán PID cho h s u ch nh áp d ng cho ngõ ra hi n hành và xem nh là ngõ ra hi u ch nh trong thi t b D Các thông s cài t cho hi u ch nh PID c l u trong 25 thanh ghi liên ti p t S3+0 n S3+24

Các thông s cài t cho hi u ch nh PID

2

Báo giá tr ngõ ra D thay i

ON (1)

b15

a S3+1

ON

ây là gi i h n l n nh t

a giá tr hi n hành (Process value -PVnf) do

ng i dùng t N u giá

tr PVnf v t ra ngoài gi i

n này thì bit b0 c a S3+24 ON 0 n 32767

ng i dùng t N u giá

tr PVnf v t ra ngoài gi i

n này thì bit b1 c a

a S3+1

ON

ây là gi i h n cho l ng thay i d ng l n nh t,

nó có th thay i trong

t l n quét PID N u giá

tr ngõ ra v t quá giá tr này thì bit b2 c a S3+24

có th thay i trong m t

n quét PID N u giá tr ngõ ra th p h n giá tr này thì bit b3 c a S3+24

b4-Cách th c x lý vòng l p PID

Ch u khi n t l và tích phân

dùng Gán 0

Ng i dùng

Ch u khi n t l và vi phân

PID Ng i

dùng

Ng i dùng

Ng i dùng

u khi n t l ,tích phân và vi phân

th i gian t

tr c

X0-

>X

5

K,H, KnX, KnM,Kn

ti p

7

c

ng m u

Công th c tính t c motor pump

= , trong ó: n: s xung trên m t vòng quay, s2: kho ng th i gian m c s xung l u thanh ghi D

2.7 K t lu n

i các c s lý thuy t trên, tác gi ã a ra c s kh i c n cho vi c

th c hi n mô ph ng h th ng máy ép nh a c n th c hi n và thu t toán u khi n PID cho h th ng

CH NG 3: QUÁ TRÌNH U KHI N VÀ V N HÀNH H TH NG MÁY ÉP NH A

Máy ép nh a hay còn c g i là máy ép keo, bao g m hai kh i chính,

kh i ki m: t o ra l c ki m gi cho khuôn, kh i phun: t o ra áp su t và nhi t cho

nh a ch y vào trong khuôn