Luận văn tổng hợp hệ thống điều chỉnh nhiệt độ sử dụng khối PID của PLC s7 300

luận văn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

PHẠM THANH LIÊM

TỔNG HỢP HỆ THỐNG ðIỀU CHỈNH NHIỆT ðỘ

SỬ DỤNG KHỐI PID CỦA PLC S7 – 300

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Chuyên ngành: ðiện khí hóa SX Nông nghiệp và Nông thôn

Mã số : 60.52.54

Người hướng dẫn khoa học : Tiến sĩ Nguyễn Văn Hòa

Hà Nội - 2010

LỜI CAM ðOAN

Tôi xin cam ñoan rằng ñây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn này là trung thực và chưa công bố trong công trình khoa học nào trước ñó

Tôi xin cam ñoan rằng các thông tin trích dẫn trong bản luận văn của tôi ñều ñược chỉ rõ nguồn gốc

Tác giả

Phạm Thanh Liêm

LỜI CẢM ƠN

Sau một thời gian học tập và nghiên cứu tại trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội Tôi ñã

hoàn thành luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật với ñề tài: “ Tổng hợp hệ thổng ñiều chỉnh nhiệt ñộ sử dụng khối PID của PLC S7-300”

Tôi xin chân thành cám ơn TS Nguyễn Văn Hoà ñã tận tình hướng dẫn và tạo mọi

ñiều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành luận văn

Tôi xin chân thành cám ơn Bộ môn ðiện kỹ thuật – Khoa cơ ñiện, Viện sau ðại học Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội ñã ñọc và ñóng góp nhiều ý kiến quý báu ñể luận văn của tôi ñược hoàn chỉnh hơn

Tôi xin ñược bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc ñến Ban giám hiệu và lãnh ñạo Trường Cao ñẳng nghề Cơ ñiện Tây Bắc nơi tôi công tác ñã tạo mọi ñiều kiện thuận lợi nhất ñể tôi hoàn thành nhiệm vụ học tập và nghiên cứu

Tôi xin ñược bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc ñến bạn bè ñồng nghiệp và gia ñình ñã ñộng viên khích lệ ñể hoàn thành luận văn này

Hoà Bình , ngày 06 tháng 10 năm 2010

Tác giả

Phạm Thanh Liêm

môc lôc

1.5.2.2 Gäi khèi FC vµ thñ tôc chuyÓn tham trÞ 20

1.5.2.4 Instance block vµ thñ tôc gäi khèi FB 22 1.5.2.5 Ng¨n xÕp B vµ ng¨n xÕp L (B-Stack, L-Stack) 24

2.1 C¸c khèi chøc n¨ng ®iÒu khiÓn PID trong PLC 25 2.1.1 Module ®iÒu khiÓn liªn tôc víi FB41 “ CONT_C” 26 2.1.2 Modul ®iÒu khiÓn b−íc FB42 “ CONT_S” 36

2.1.4 Module xö lý tÝn hiÖu “ SCALE” FC105 46

2.1.5 Một số chú ý khi sử dụng Module mềm PID 47 2.2 Phương pháp khai thác và sử dụng các khối điều khiển 48 2.2.1 Cài đặt bộ điều khiển PID bằng khối FB41 “CONT_C” và khối

Chương III – Xây dựng hệ thống điều khiển sử dụng

Module mềm PID trong PLC

4.1.2 Xác định mô tả động học của lò điện trở 68 4-2 Khảo sát hệ thống bằng mô phỏng sử dụng Matlab 71

4.2.1.1 Xác định thông số bộ điều khiển theo đặc tính thời gian của

đối tượng điều khiển

71

4.2.1.2 Xỏc ủịnh thụng số bộ ủiều khiển theo phương phỏp phõn miền nghiệm số

74

4.2.2 Phương pháp sử dụng Matlab – Simulink 81 4.2.2.1 Các bước để mô phỏng hệ thống bằng SIMULINK 81

4.2.3 Khảo sát hệ thống lò điện trở dùng công cụ SIMULINK 84

Danh môc c¸c tõ viÕt t¾t B§K Bé ®iÒu khiÓn

§T§K §èi t−îng ®iÒu khiÓn

HT§K HÖ thèng ®iÒu khiÓn

Danh môc c¸c b¶ng biÓu

Hình 1.8 Sơ đồ kết nối các module của S7-300 Trên RACK 11 Hình 1.9 Giao diện màn hình SIMATIC MANAGER 13 Hình 1.10 Giao diện chức năng chỉnh sửa tên hình thức 14 Hình 1 11 Thực hiện một chương trình tuyến tính 16

Hình 1.13 Thực hiện gọi khối FB 41 cùng với DB2 từ OB1 21

Hình 2.2 Sơ đồ cấu trúc chức năng của khối FB41 28

Hình 2.9 Sơ đồ của khối tạo xung của FB43 40

Hình 2.10 Biểu đồ đặc tính ở chế độ điều khiển 3 vị trí 42 Hình 2.11 Biểu đồ đặc tính ở chế độ điều khiển 3 vị trí không đối

xứng

44

Hình 2.12 Biểu đồ đặc tính ở chế độ 2 vị trí 44 Hình 2.13 Biểu đồ đặc tính ở chế độ điều khiển 2 vị trí 0 -100% 45

Hình 2.15 Cấu trúc chương trình trong khối OB35 49 Hình 2.16 Sơ đồ nguyên lý điều khiển PID trong khối OB35 50 Hình 2.17 Sơ đồ nguyên lý điều khiển Cascade trong khối OB35 51 Hình 2.18 Project của chương trình bộ điều khiển Cascade trong

Step7

51

Hình 2.19 Cấu trúc bộ điều khiển bù nhiễu từ tín hiệu đặt 52 Hình 2.20 Cấu trúc bộ điều khiển bù ảnh hưởng nhiễu 52 Hình 2.21 Sơ đồ nguyên lý điều khiển bù nhiễu trong khối OB35 53 Hình 2.22 Project của chương trình bộ điều khiển bù nhiễu trong

Step7

53

Hình 3.1 Sơ ủồ bố trớ và kết nối cỏc thiết bị thớ nghiệm 54 Hình 3.2 Sơ ủồ khối cấu trỳc của hệ thống 55 Hình 3.3 Cấu tạo AQ-R SOLID STATE RELAY loại AQR20A2

Hỡnh 3.7- ðặt tờn cho Project mới và ủường dẫn 59

Hỡnh 3.9 - Chọn kết nối cỏp MPI 60 Hỡnh 3.10- Màn hỡnh thiết kế giao diện ủồ hoạ 61 Hỡnh 3.11- Thiết lập cỏc thuộc tớnh cho Trend 62 Hỡnh 3.12 - Nhập “Trend 1cho nhón Curves 63 Hỡnh 3.13 - Chọn cỏc giỏ trị của process valu 63 Hỡnh 3.14 – Dao diện giỏm sỏt và ủiều khiển nhiệt ủộ lũ ủiện trở 64 Hình 4.1 Sơ đồ khối phương pháp thực nghiệm 65

Hình 4.4 Kết quả thực nghiệm cho tác động dao động điều hoà 68

Hỡnh 4.5 - ðường ủặc tớnh ủược mụ tả ủối tượng lũ nhiệt 69 Hỡnh 4.6 - Cấu trỳc hệ thống ủo CBð - Cảm biến ủo; Kð - bộ

khuyếch ủại

69

Hỡnh 4.7- Mạch ủộng lực cấp nguồn lũ ủiện 70

Hỡnh 4.9- Sơ ủồ khối cấu trỳc của hệ thống ủiều chỉnh nhiệt ủộ là

ủiện trở

71

Hỡnh 4.12 Vựng nghiệm số của hệ thống cú mức ủộ dao ủộng m 74

Hình 4.17 - Mở thư viện của Simulink 82

Hình 4-21 kết quả mô phỏng ñường quả ñộ lò ñiện trở 85

Hình 2-24 Kết quả mô phỏng với Km = 17,73 và Ti = 3990s 87 Hình 2-25 Kết quả mô phỏng với Km = 20 và Ti = 6000s 88 Hình 4-26 Kết quả mô phỏng với Km = 20,5 và Ti = 7680s 88 Hình 4- 27 Kết quả mô phỏng với Km = 20,7 và Ti = 10333s 88 Hình 4.28- ðồ thị giám sát với SETVALUE là 600oC; Kp =17,73;

MỞ ðẦU

1 Cơ sở lựa chọn ñề tài

Mục tiêu của ñiều khiển là ngày càng nâng cao chất lượng các hệ thống ñiều chỉnh tự ñộng Tuy nhiên trên thực tế có rất nhiều ñối tượng ñiều khiển công nghiệp khác nhau với các ñặc tính phức tạp Do ñó cần phải tiến hành nghiên cứu, tìm ra các phương pháp ñiều khiển tối ưu

Những năm gần ñây, bộ lập trình PLC và mô ñun mền PID ñược coi là

bộ ñiều khiển lý tưởng ñối với các ñối tượng có mô hình liên tục Mô ñun mền PID thực sự là bộ ñiều khiển ñộng mà việc thay ñổi các tham số của bộ ñiều khiển ñã làm thay ñổi chất lượng của hệ thống ñiều khiển tự ñộng;

Hiện nay ứng dụng của PLC rất rộng rãi trong công nghiệp nói chung, trong tự ñộng ñiều chỉnh và ổn ñịnh nhiệt ñộ nói riêng như lò nhiệt sấy các sản phẩm công, nông nghiệp…quá trình tự ñộng ñiều chỉnh và ổn ñịnh nhiệt

ñộ ñựoc hiển thị kết quả trên máy tính giúp người sử dụng thuận tiện cho việc giám sát

Nhằm khảo sát và nâng cao chất lượng của hệ thống ñiều chỉnh tự ñộng nhiệt ñộ là vấn ñề cần thiết Xuất phát từ yêu cầu ñó, ñược sự ñịnh hướng, chỉ dẫn của tiến sĩ Nguyễn Văn Hoà bộ môn ðiều hiển tự ñộng - ðại học Bách khoa Hà Nội và các thầy, cô giáo khoa Cơ ñiện Trường ñại học Nông nghiệp

Hà Nội tôi ñã lựa chọn ñề tài: “Tổng hợp hệ thổng ñiều chỉnh nhiệt ñộ sử

dụng khối PID của PLC S7-300”

2 Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu lý thuyết ñể tìm các phương pháp ñiều khiển

- Dùng mô phỏng ñể kiểm nghiệm kết quả nghiên cứu

- Xây dựng mô hình lò nhiệt ñể khảo sát khẳng ñịnh kết quả nghiên cứu

3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của ñề tài

Về khoa học: Luận văn góp phần tổng hợp và bổ xung phương pháp

thiết kế bộ ñiều khiển ñể ñiều khiển ñối tượng phổ biến trong công nghiệp

Về thực tiễn: Với kết quả thu ñược của ñề tài ñã góp phần:

- Tổng hợp bộ ñiều khiển PID cho ñối tượng có trễ

- Nâng cao chất lượng của hệ thống ñiều chỉnh tự ñộng công nghiệp

cho ñối tượng biến ñổi chậm

4 Phạm vi và nội dung nghiên cứu

Nội dung nghiên cứu chính của luận văn ñề cập ñến những vấn ñề sau:

- Nghiên cứu về PLC và ñặc biệt là khối PID mền

- Nghiên cứu khảo sát và ñánh giá chất lượng của hệ thống ñiều chỉnh

tự ñộng dùng khối PID của PLC S7 – 300 ñể ñiều khiển lò nhiệt ñiện trở

5 Tóm tắt nội dung luận văn

Chương 1: “ Nghiên cứu tổng quát PLC ” Chương này tập trung

nghiên cứu về cấu trúc PLC S7 – 300; Phần mền STEP 7 ; kỹ thuật lập trình

Chương 2: “ Nghiên cứu modul mền PID” Chương này tập trung

nghiên cứu về cấu trúc, phương pháp khai thác và cài ñặt các khối PB41, FB42, FB43

Chương 3: “ Xây dựng hệ thống ñiều khiển sử dụng Module mềm PID trong PLC”Chương này giới thiệu các thiết bị ñể xây dựng hệ thống

ñiều chỉnh; nghiên cứu phần mền winCC ñể xây dựng hệ thống gám sát và ñiều khiển

Chương 4: “Khảo sát hệ thống ” Chương này trình bày quá trình xây

dựng mô hình ñối tượng, mô phỏng ñối tượng ñiều khiển và hệ thống ñiều khiển, khảo sát ñánh giá chất lượng ñiều khiển thực

Phần kết luận và kiến nghị: Tóm tắt nội dung chính luận văn ñã giải

quyết và ñề xuất các vấn ñề cần nghiên cứu tiếp theo

Chương I NGHIÊN CỨU TỔNG QUÁT PLC

1.1.Khái quát về kỹ thuật ựiều khiển

điều khiển trong kỹ thuật ựược hiểu là khoa học nghiên cứu về quá trình thu thập, xử lý tắn hiệu và ựiều khiển các quá trình và hệ thống thiết bị

kỹ thuật đó là tập hợp tất cả các tác ựộng mang tắnh tổ chức của một quá trình nào ựó nhằm ựạt ựược mục ựắch mong muốn của quá trình ựó Hệ thống ựiều khiển ( Controll System Ờ HTđK) mà không có sự tham gia trực tiếp của con người ựược gọi là HTđK tự ựộng

Kỹ thuật ựiều khiển phát triển từ rất xa xưa Tuy nhiên, cho ựến những năm 1940 của thế kỷ XX, cơ sở lý thuyết ựiều khiển tự ựộng ựược hình thành Khi ựó, các phương pháp khảo sát hệ Ộ một ựầu vào, một ựầu ra- SISOỢ như: Hàm truyền và biểu ựồ Bode ựể khảo sát ựáp ứng tần số và ổn ựịnh; biểu ựồ Nyquist và dự trữ ựộ lợi/pha ựể phân tắch tắnh ổn ựịnh của hệ kắn Vào cuối những năm 1940 và ựầu những năm 1950 phương pháp ựồ thị nghiệm của Evans ựã ựược hoàn thiện Giai ựoạn này ựược coi là Ộ ựiều khiển cổ ựiểnỢ

đến những năm 1960, là giai ựoạn phát triển của kỹ thuật ựiều khiển ựược gọi là Ộ ựiều khiển hiện ựạiỢ ( Modern Control) Hệ kỹ thuật ngày càng trở nên phức tạp, có Ộ nhiều ựầu vào, nhiều ựầu ra- MIMOỢ Và phương pháp ựiều khiển bằng biến trạng thái, lý thuyết ựiều khiển tối ưu có những bước phát triển lớn dựa trên nền tảng nguyên lý cực ựại của Pontryagin và lập trình ựộng lực của Bellman đồng thời, lọc Kalman ựược hoàn thiện và nhanh chóng trở thành công cụ chuẩn, ựược sử dụng trong nhiều lĩnh vực ựể ước lượng trạng thái bên trong của hệ từ tập nhỏ các tắn hiệu ựo ựược

Bắt ựầu từ những năm 1980, ứng dụng những thành tựu của toán học, các nghiên cứu về ựiều khiển ựã ựưa ra ựược các phương pháp thiết kế bộ

ñiều khiển ( BðK) ñể một hệ kỹ thuật vẫn ñảm bảo ñược các tính năng sử dụng khi có tác ñộng của nhiễu và sai số “ kỹ thuật ñiều khiển bền vững hệ ña biến” Trong hai thập kỷ cuối, nhiều nhánh mới về ñiều khiển cũng ñã hình thành, ñó là: thích nghi, phi tuyến, hỗn hợp, mờ và neural

Một hệ thống ñiều khiển là một liên kết của nhiều thành phần, tạo nên một cấu hình hệ thống có khả năng ñáp ứng một nhu cầu nhất ñịnh Một thành phần hay một quá trình ( Process) cần ñược ñiều khiển ñược gọi là ñối tượng ñiều khiển ( ðTðK), ñược biểu diễn bằng một khối có ñầu vào và ñầu ra Quan hệ vào- ra thể hiện mối quan hệ nhân quả của quá trình ñiều khiển, trong ñó tín hiệu vào ñược xử lý nhằm tạo ra một tín hiệu ra, thường là với năng lượng ñã ñược khuyếch ñại

Một HTðK ñơn giản nhất bao gồm một bộ ñiều khiển ( BðK) tác ñộng lên một ðTðK và ñược gọi là HTðK vòng hở ( open loop), việc sử dụng BðK nhằm ñiều khiển một quá trình ñáp ứng một yêu cầu ñiều khiển xác ñịnh trước

Trong ñó, ðTðK là thành phần tồn tại khách quan có tín hiệu ra là ñại lượng cần ñiều khiển và nhiệm vụ cơ bản của thiết bị ñiều khiển là phải tác ñộng lên ñầu vào của ðTðK sao cho ñại lượng ñiều khiển ñạt ñược yêu cầu mong muốn

Thiết bị ñiều khiển (TBðK) là tập hợp tất cả các thiết bị của hệ thống nhằm tạo ra tín hiệu ñiều khiển tác ñộng lên ðTðK

Trái với HTðK vòng hở, một HTðK vòng kín( Closed loop) ñược sử dụng thêm một giá trị ño của tín hiệu ra thực sự ñể so sánh với ñáp ứng ñầu ra ñược mong muốn cho quá trình cần ñiều khiển Giá trị ño này ñược gọi là tín hiệu phản hồi( feedback signal) Sơ ñồ khối của bộ ñiều khiển vòng kín ñược thể hiện như hình vẽ

Hệ thống ñiều khiển phản hồi thường sử dụng làm mô tả mối quan hệ xác ñịnh trước giữa tín hiệu ra với tín hiệu vào ñối sánh ñể ñiều khiển

1.2 Thiết bị ñiều khiển khả trình (PLC)

Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của lý thuyết ñiều khiển, các thiết bị ñiều khiển hiện ñại, “ thông minh” ñã ñược ra ñời ñể giải quyết các bài toán ñiều khiển lớn cho những HTðK phức tạp Hệ ñiều khiển này ñã xử lý hàng ngàn thông tin lấy từ cảm biến ñể ñiều khiển hàng trăm cơ cấu chấp hành:

van, cấp nhiệt, bơm vv ñể cho ra sản phẩm với yêu cầu khắt khe về tính năng

kỹ thuật

Ngày nay các HTðK tự ñộng sử dụng thiết bị ñiều khiển khả tr ình (programable Logic Controller- PLC) ngày càng phổ biến Với những tính

năng ưu việt như: cấu trúc nhỏ gọn, tốc ñộ xử lý thời gian thực cao, nhiều

chức năng ñiều khiển, có ñộ mềm dẻo sử dụng rất cao, cộng với khả năng kết

nối với các TBðK, theo dõi giám sát…ñã tạo cho PLC một khả năng làm việc

linh hoạt và hiệu quả Có thể nói, PLC như một máy tính số cho kỹ thuật ñiều

khiển hiện ñại ở nước ta chủ yếu ñang sử dụng PLC của các hãng sản xuất

như SIEMENS, MITSHUBISHI, LG, SCHNEIDER…Các PLC hiện ñại ñược

chế tạo ngày càng tối ưu và ñược module hóa tiện lợi cho việc sử dụng

Hiện nay, PLC của hãng SIEMENS là một trong những loại PLC ñược

sử dụng phổ biến tại Việt Nam Các PLC của hãng Siemens bao gồm các

dạng: simatic 505; simatic S5, simatic S7, C7 Trong ñó dòng simatic S7 ñược

sử dụng nhiều nhất trong các nhà máy xí nghiệp trong nước Các họ PLC của

dòng simatic S7 bao gồm: S7-200, S7- 300, S7-400 Simatic S7-300 là một hệ

thống module PLC( Modular PLC platform) ñã ñược tối ưu hóa ñể ñạt chất

lượng cao trong các quá trình tự ñộng hóa, tiết kiệm giải pháp hệ thống trong

kiến trúc ñiều khiển tập trung và phân tán Hệ thống ñiều khiển sử dụng hệ

SIMATIC S7-300 cung cấp HTðK tự ñộng trọn gói, bao gồm: thiết bị ñiều

khiển PLC S7, phần mềm lập trình step 7, hệ thống giám sát HMI trên máy

hoạt các thuật toán ñiều khiển số thông qua một ngôn ngữ lập trình thay cho việc phải thể hiện thuật toán ñó bằng mạch số Như vậy, với chương trình ñiều khiển trong mình, PLC trở thành một bộ ñiều khiển số nhỏ gọn dễ thay ñổi thuật toán và ñặc biệt dễ thay ñổi thông tin với môi trường xung quanh ( với PLC khác hoặc với máy tính) Toàn bộ chương trình ñiều khiển ñược lưu nhớ trong bộ nhớ của PLC dưới dạng các khối chương trình và ñược thực

hiện lặp lại theo chu kỳ của vòng quét

1.3.2 Nguyên lý chung và cấu trúc bộ PLC

Hiện nay có khá nhiều hãng sản xuất PLC, nhưng nhìn chung trong cấu trúc ñược mô tả dưới ñây

Timer Counter Bit cờ

Cổng vào ra Onboard

Cổng ngắt và ñếm

Bus của PLC

Khối vi xử lý trung tâm +

Hệ ñiều hành

Hình 1.4 Cấu trúc của một PLC

các thành phần khác tương tự như PC nhưng ñược chế tạo ñặc thù thích nghi với sử dụng vận hành trong môi trường công nghiệp Cổng vào của PLC bao gồm các thiết bị nhập logic ( S/W contact, sensor digital, sensor analog, contac, bộ nhập panel số, HMI) ñưa ra ñồng thời một loạt các tác vụ ra lệnh cho PLC thi hành, có thể là một ñoạn chương trình thông qua ñường truyền thông và ñược lưu giữ trong bộ nhớ nội của PLC, các lệnh logic ñược lập trình sẽ xử lý và thực thi từ các cổng vào sau ñó kết quả sử lý trả về qua ñường cổng ra có thể là các relay, Tranzitor, Triac, kiểu ñiện áp thay ñổi ñược hay vòng dòng ñiện ( 4-20A), một nhóm bit ñơn hoặc thậm chí là cả một loạt các dòng lệnh có dung lượng lớn xuất ra một cổng truyền thông khác

Một hệ thống có thể có 1 PLC hoặc gồm nhiều PLC kết nối qua MPI bus

Tải chương trình

ðối với hệ thống ñiều khiển phức tạp gồm nhiều trạm PLC kết nối với nhau, với các thiết bị ñiều khiển, ño lường khác qua MPI bus

1.3.4 Các module của PLC S7-300

ðể tăng tính sử dụng mềm dẻo trong ứng dụng thực tế, hệ SIMATIC

S7-300 ñược chia nhỏ thành các module Do vậy số module ñược sử dụng nhiều

Hình 1.7 SimatiC S7- 300 của Siemens

hay ít tùy thuộc vào bài toán ñiều khiển Song bao giờ cũng phải có một module chính là module CPU, còn lại là các module nhận và truyền tín hiệu với các ñối tượng ñiều khiển, các module chuyên dụng như PID, ñiều khiển ñộng cơ bước chúng ñược gọi là các module mở rộng Tất cả các module ñược gắn trên các thay ray( rack)

- Module CPU

Module CPU là module có chứa bộ vi xử lý, hệ ñiều hành, bộ nhớ, bộ ñịnh thời, bộ ñếm, cổng truyền thông RS485 và có thể có vài cổng vào ra số trên module( onboard) Trong họ PLC có nhiều loại CPU khác nhau như module CPU313, module CPU314

Ngoài ra còn các loại module CPU với 2 cổng truyền thông trong ñó cổng truyền thông thứ 2 có chức năng chính là phục vụ việc nối mạng trong

hệ ñiều khiển phân tán

- Module mở rộng

Các module mở rộng ñược chia làm 5 loại chính:

(1) Module nguồn PS ( Power Supply): module nguồn nuôi có 3 loại

+ DO ( Digital Output): module mở rộng các cổng ra số Số các cổng ra

số mở rộng có thể là 8, 16 hoặc 32 tùy thuộc vào loại module

+ DI/DO ( Digital Input/ Digital Output): module mở rộng các cổng vào ra số Số các cổng vào ra số mở rộng có thể là 8, 16 hoặc 32 tùy thuộc vào loại module

+ AI ( Analog Input): module mở rộng các cổng vào tương tự, số các cổng vào tương tự có thể là 2, 4, 8 tùy thuộc vào loại module

+ AO (Analog Output): module mở rộng các cổng ra tương tự, số các cổng ra tương tự có thể là 2, 4, 8 tùy thuộc vào loại module

+ AI/AO (Analog Input/ Analog Output): module mở rộng các cổng vào ra tương tự, số các cổng vào ra tương tự có thể là 4 vào 2 ra, hoặc 4 vào 4 ra tùy thuộc vào loại module

(3) Module ghép nối IM (interface Module): là loại module có

nhiệm vụ kết nối các module mở rộng lại với nhau thành một khối và ñược quản lý chung bởi module CPU

(4) Module chức năng FM( Function module) là module chức năng có chức năng ñiều khiển riêng, ví dụ như module PID, module ñiều khiển ñộng

cơ bước, module ñiều khiển ñộng cơ Servo, module ñiều khiển vòng kín

(5) Module CP ( Communication Module) là module phục vụ truyền thông trong mạng giữa PLC với nhau hoặc PLC với máy tính

1.4 Phần mềm STEP-7

1.4.1 STEP -7 ñịnh nghĩa và chức năng

STEP7 là một chương trình phần mềm chuẩn sử dụng ñể ñặt cấu hình

và lập trình cho SIMATIC PLC Nó là một phần mềm công nghiệp có các version STEP7 Micro/DOS, STEP7 Micro/Win cho S7-200; STEP7 cho S7-300

Hình 1.8 Sơ ñồ kết nối các module của S7-300

Một số chức năng của STEP7 được liệt kê dưới đây:

+ Cĩ thể được mở rộng như là một phần mềm trong cơng nghiệp phần mềm SIMATIC

+ Cĩ thể chỉnh sửa tham số cho Function Module và quá trình truyền thơng

+ Dữ liệu truyền thơng tồn cầu

+ ðịnh cấu hình kết nối

1.4.2 Bộ chương trình Step7 chuẩn( STEP7 Standard Package)

Ngơn ngữ lập trình SIMATIC là ngơn ngữ biểu diễn thống nhất trong STEP7 chuẩn tuân theo chuẩn EN 61131-3 hay IEC1131-3 Bộ chương trình

chuẩn chạy trên Windows 95/98/2000/Me/XP

Chức năng: Bộ chương trình STEP7 chuẩn hỗ trợ nhiều chức năng trong tồn bộ các mặt của một quá trình tạo một nhiệm vụ điều khiển tự động

+ Thiết lập và quản lý Project

+ ðịnh cấu hình và chỉnh sửa tham số phần cứng và truyền thơng

+ Quản lý biểu tượng

+ Tạo một chương trình

+ Download một chương trình cho bộ điều khiển

+ Chuẩn đốn lỗi chương trình

Ngồi ra STEP7 cịn cĩ thư viện với nhiều hàm chuẩn hữu ích, phần trợ giúp online mạnh, ứng dụng trong STEP7 : Bộ chương trình STEP7 chuẩn cung cấp rất nhiều ứng dụng, ta khơng cần thiết phải mở từng ứng dụng riêng

mà chúng tự khởi động khi ta chọn hàm thích hợp hay mở một đối tượng

Dưới đây ta nghiên cứu một số chức năng thường sử dụng

Quản lý( SIMATIC Manager)

Simatic Manager quản lý tồn bộ dữ liệu thuộc về một dự án điều khiển

tự động, bất kể dữ liệu đĩ được thiết kế cho hệ thống điều khiển lập trình nào.Những cơng cụ cần thiết để hiệu chỉnh dữ liệu được tự khởi động bởi

SIMATIC Manager.Với Symbol Editor ta cĩ thể quản lý tất cả các tên biến hình thức Những chức năng được hỗ trợ trong Symbol Editor :

Sắp xếp biểu tượng( Symbol Editor)

- ðặt tên ký hiệu và những lời giải thích cho những biến quá trình( vào/ra), bit nhớ và các khối

- Sắp xếp chức năng

- Nhập/xuất dữ liệu từ những chương trình khác của Window

Bảng biểu tượng ( Symbol table) được tạo, với cơng cụ này sẽ cĩ thể sử dụng cho tất cả các cơng cụ khác Bất kỳ sự thay đổi nào về thuộc tính của một tên hình thức ( Symbol) được tự động chấp nhận bởi tất cả các cơng cụ trong SIMATIC Manager

Chuẩn đốn lỗi phần cứng :

Chức năng này cung cấp cho ta tồn cục về tình trạng của bộ điều khiển lập trình Qua đĩ sẽ giúp chúng ta phát hiện ra các Module cĩ lỗi hay khơng

ðể hiện thị chi tiết lỗi trong module ta nhấp chuột kép vào nĩ Phạm vi của những thơng tin này phụ thuộc vào từng module

Hình 1.9 Giao diện màn hình Simatic Manager

+ Hiển thị thông tin chung về module: vesion, tên…và trạng thái của module lỗi

+ Hiển thị lỗi module cho I/O trung tâm và DP slaves

+ Hiển thị trạng thái kết nối MPI và tải

+ Hiển thị ñặc trưng dữ liệu

Ngôn ngữ lập trình

ðối với loại PLC S7-300 có phần mềm STEP7 sử dụng ba dạng ngôn ngữ lập trình thông dụng

+ Ngôn ngữ lập trình dạng “ liệt kê lệnh” ký hiệu là STL

+ Ngôn ngữ lập trình dạng “ hình thang” ký hiệu là LAD

+ Ngôn ngữ lập trình dạng “ hình khối” ký hiệu là FBD

Chỉnh sửa Sýmol

Hình 1.10 Giao diện chức năng chỉnh sửa tên hình thức(symbol)

ðặt cấu hình phần cứng( Hardware Configuration)

Công cụ này dùng ñể ñặt cấu hình và chỉnh sửa cho tham số phần cứng của một dự án tự ñộng (project)

+ ðể ñặt cấu hình cho một bộ ñiều khiển lập trình ta chọn rack từ một

catalog và sắp xếp cho module trong những slot yêu cầu trong rack

+ Trong quá trình gán tham số cho CPU ta có thể thiết lập thuộc tính khởi ñộng và giám sát chu kỳ vòng quét

+ Trong quá trình gán tham số cho module, tất cả các tham số cần thiết lập có thể ñược thiết lập sử dụng hộp thoại Trong quá trình gán tham số cho module ñược thực hiện tự ñộng trong quá trình khởi ñộng CPU

+ Chỉnh ñịnh tham số cho Function module (FM) và communication Processors (CP) cũng ñược thực hiện trong hộp thoại Hardware Configuration với một cách tương ứng như với module Hộp thoại module Specific tồn tại cho mỗi FM và CP Hệ thống sẽ ngăn chặn những lối vào không ñúng bằng cách chỉ ñưa ra những hộp thoại làm việc

và những khối DB ñược OB1 sử dụng, hình 1.11 mô tả quy trình thực hiện chương trình ñiều khiển tuyến tính

Local block của OB1

Khi thực hiện khối OB1, hệ ñiều hành luôn luôn cấp một local block có kích thước mặc ñịnh 20 bytes trong Work memory ñể OB1 có thể lấy ñược những dữ liệu từ hệ ñiều hành (Xem Phụ lục 1.1)

Mặc dù kích thước chỉ là 20 bytes mặc ñịnh, nhưng người sử dụng có thể mở rộng local block ñể sử dụng thêm các biến nhớ cho chương trình Tuy nhiên phải ñể ý rằng local block ñược giải phóng ở cuối mỗi vòng quét và ñược cấp lại ở vòng quét sau nên các giá trị có trong local block của vòng quét trước cũng bị mất khi bắt ñầu vòng quét mới Do ñó, tốt nhất chỉ nên sử dụng local block cho việc lưu giữ biến nháp tạm thời trong tính toán của một vòng quét

Còn lại cách sử dụng local block cũng không khác gì như sử dụng miền biến cờ M (bit memory) Chẳng hạn,ñể ñọc khoảng thời gian thực hiện vòng quét trước ñã ñược hệ ñiều hành chuyển vào ô nhớ 2 bytes gồm byte 6 và byte

7 trong local block dưới dạng số nguyên 16 bits, ta dùng lệnh:

Chuyển OB1 từ Local memory vào Work memory và cấp phát local block cho nó

Xoá OB1 và giải phóng Local memory trong Work memory

Hệ

ñiều

hành

Thực hiện OB1 trong Work memory

System memory

L LW6 // ðọc nội dung 2 bytes kêt từ ñịa chỉ 6 của local block Bên cạnh việc truy nhập theo ñịa chỉ ô nhớ như ñã làm, ta còn có thể sử dụng tên biến hình thức OB1_PREV_CYCLE ñã có của ô nhớ LW6 như sau:

L #OB1_PREV_CYCLE

1.5.2 Lập trình có cấu trúc

Lập trình có cấu trúc (structure programming) là kỹ thuật cài ñặt thuật toán ñiều khiển bằng cách chia nhỏ các khối chương trình con FC hay FB với mỗi khối thực hiện một nhiệm vụ cụ thể của bài toán ñiều khiển chung và toàn bộ các khối chương trình này ñược quản lý một cách thống nhất bởi OB1 Trong OB1 có các lệnh gọi những khối chương trình con theo thứ tự phù hợp với bài toán ñiều khiển ñặt ra

Hoàn toàn tương tự, một nhiệm vụ ñiều khiển còn có thể ñược chia nhỏ thành nhiều nhiệm vụ nhỏ cụ thể hơn nữa, do ñó một khối chương trình con cũng có thể ñược gọi từ một khối chương trình con khác

ðể ñơn giản trong trình bày, khi một khối chương trình cong này gọi một khối chương trình con khác, ta sẽ ký hiệu khối chứa lệnh là khối mẹ và khối ñược gọi là khối con Hình 1.12 mô tả quy trình thực hiện việc gọi một khối con FC10 từ khối mẹ BO1

Giữa khối mẹ và khối con có sự liên kết thể hiện qua việc trao ñổi các giá trị Khi gọi khối con, khối mẹ cần cho những sơ kiện thông qua các tham trị ñầu vào ñể khối con thực hiện nhiệm vụ Sau khi thực hiện xong nhiệm vụ, khối con phải trả lại cho khối mẹ kết quả bằng những tham trị ñầu ra Hệ ñiều hành của CPU tổ chức việc truyền tham trị thông qua local block của từng khối con

Như vậy thực hiện lệnh gọi một khối con, hệ ñiều hành sẽ:

Chuyển khối con ñược gọi từ vùng Local memory vào vùng Work Memory

2) Cấp phát cho khối con một phần bộ nhớ trong Work memory ñể làm local block Cấu trúc local block ñược quy ñịnh khi soạn thảo các khối 3) Truyền các tham trị từ khối mẹ cho biến hình thức IN, IN-OUT của local block

4) Sau khi khối con thực hiện xong nhiệm vụ và ghi kết quả dưới dạng tham trị ñầu ra cho biến OUT, IN-OUT của khối local block, hệ ñiều hành sẽ chuyển các tham trị này cho khối mẹ và giải phóng khối con cùng local block

ra khỏi vùng Work memory

1.5.2.1 Khai báo local block cho FC

Local của khối con ñược chia thành hai phần:

Phần các biến hình thức ñể khối con nhận và truyền tham trị với khối

mẹ Biến hình thức trong local block của khối FC có ba loại như bảng sau:

Trả tham trị về OB1, xoá FC10 và local block trong Work memory

FC10

BE

Hình 1.12 Thực hiện gọi khối FC10

Loại biến hình

thức

Ý nghĩa

IN Biến hình thức nhận tham trị từ khối mẹ làm sơ kiện

cho chương trình trong khối con OUT Biến hình thức truyền tham trị từ khối con về khối mẹ IN-OUT Biến hình thức vừa có khả năng nhận vừa có khả năng

truyền tham trị giữa khối con với khối mẹ

- Phần chứa các biến tạm thời ñược ký hiệu là TEMP (viết tắt của Temporary) chứa các giá trị tính toán tức thời Do local block sẽ ñược giải phóng khi kết thúc chương trình, giá trị các biến tạm thời này cũng sẽ bị mất theo ngay sau khi chương trình trong khối con ñược thực hiện xong

Việc khai báo local block ñồng nghĩa với việc ñặt tên biến, ñịnh nghĩa loại biến (biến hình thức hay biến tạm thời) và kiểu dữ liệu (nguyên, thực, ký tự ) cho từng biến, trong ñó tên biến là những dãy ký tự hoặc số và không thuộc nhóm ký tự khoá (ñã ñược dùng bởi hệ ñiều hành)

Chương trình truy nhập local block thông qua các tên biến dưới dạng toán hạng của lệnh theo cấu trúc:

1.5.2.2 Gọi khối FC và thủ tục chuyển tham trị

Lệnh gọi một khối con và truyền tham trị cho nó từ khối mẹ có dạng:

Cú pháp CALL FCX

Trong ñó FCX là tên khối con ñược gọi

Ngay khi gặp lệnh gọi một khối con, chương trình soạn thảo Step7 sẽ căn cứ và cấu trúc local block, cụ thể là những biến hình thức của khối con (biến IN, OUT, IN-OUT), mà cho hiện lại những biến này chờ người sử dụng khai báo tham trị ñó giải phóng local block cùng khối FB ra khỏi Word memory.- Kiểu tham trị truyền từ khối mẹ vào khối con thông qua biến hình thức IN hay IN-OUT phụ thuộc vào kiểu ñã gán Cụ thể là:

- Nếu biến ñược khai báo một trong các kiểu BOOL, CHAR, INT, DINT, TIME, BOOL, DATE, TOD, S5TIME thì tham trị truyền có thể là một giá trị cụ thể hoặc là nội dung của một ô nhớ có kích thước tương ứng

- Nếu biến ñược khai báo kiểu BYTE, WORD, DWORD, DINT thì bắt buộc tham trị phải là nội dung của ô nhớ có kích thước phù hợp

- Riêng ñối với tham trị ñược khối con trả về cho khối mẹ qua biến hình thức OUT hay IN-OUT thì luôn phải là một ô nhớ có cùng kích thước với biến

1.5.2.3 Local block của khối FB

Nhược ñiểm của kiểu khối FC là nội dung các biến tạm thời kiểu TEMP không ñược lưu lại cho những vòng quét sau ñiều này bắt buộc những khối FC có sử dụng biến kiểu TEMP trong local block phải ñược thực hiện xong một vòng quét và do ñó hạn chế miền sử dụng của chúng

Khắc phục nhược ñiểm trên S7-300/400 cung cấp một loại khối có tính năng tương tự như khối FC nhưng lại có khả năng lưu giữ lại ñược nội dung các biến tạm thời cho các vòng quét kế tiếp, ñược gọi là khối hàm FB Loại biến tạm thời có nội dung ñược lưu giữ này có tên là STAT (viết tắt của Static)

Phương thức lưu lại nội dung các biến STAT ñược hệ ñiều hành thực hiện nhờ một khối dữ liệu như sau (hình 1.13)

Khi thực hiện lệnh gọi, hệ ñiều hành chuyển khối FB ñược gọi vào Word memory, cấp phát cho nó trong Word memory một local block như yêu cầu Ghi các tham trị từ khối mẹ vào các tham trị biến hình thức loại IN, IN-OUT và nội dung các ô nhớ tương ứngtrong DB kèm theo vào biến loại STAT trong local block Khi chương trình trong khối FB kết thúc, hệ ñiều hành chuyển nội dung của biến hình thức loại IN, IN-OUT về cho khối mẹ và ghi lại giá trị của biến thuộc loại STAT trong local block vào khối dữ liệu kèm theo

Về cơ bản, local block của khối FB cũng giống như khối FC, nhưng có thêm biến loại STAT Các loại biến của khối FB (Xem phụ lục 1.3)

từ OB1 và cho biến loại STAT từ DB2

Trả tham trị về OB1, ghi lại biến loại STAT vào DB2 xoá FB1 và local block ra khỏi Work memory

FC10

BE

Hình 1.13 Thực hiện gọi khối FB1 cùng với DB2 từ OB1

DB2

DB2

Riêng ñối với biến STAT ta còn sử dụng ñược kiểu dữ liệu ARRAY, STRING

Việc khai báo local block cho FB cũng hoàn toàn tương tự như cho FC gồm: ðặt tên biến, xác ñịnh loại biến, (biến hình thức, STAT hay TEMP) và kiểu dữ liệu (nguyên, thực, ký tự ) cho từng biến

Tên biến phải là những dãy ký tự hoặc số và không thuộc nhóm ký tự khoá (ñã ñược dùng bời hệ ñiều hành)

1.5.2.4 Instance block và thủ tục gọi khối FB

Khác với khối FC khối FB bao giờ cũng làm việc cùng với một khối dữ liệu DB dùng ñể lưu giữ nội dung các biến STAT của local block (hình 1.13) Khối DB này có tên là khối instance Lý do là khi thực hiện lệnh gọi khối hàm

FB, hệ ñiều hành cũng mở luôn khối dữ liệu này bằng lệnh (OPN DI)

Như vậy kèm với lệnh gọi khối FB ta phair chỉ thị luôn cả tên khối dữ liệu DB tương ứng Lệnh gọi khối hàm FB có cấu trúc như sau:

Cú pháp CALL FB X , DB Y

Trong ñó FBX là tên khối hàm ñược gọi và DBY là tên khối dữ liệu kèm theo Khối dữ liệu DBY phải có cấu trúc phù hợp với local block của khối hàm

FB ñược soạn thảo

Phần mềm Step7 hỗ trợ người soạn thảo việc tạo lập khối dữ liệu DB

có cấu trúc phù hợp với local block của khối FB ñược gọi Ngay sau khi viết lệnh gọi một khối hàm FB và nếu khối DB kèm theo chưa ñược soạn thảo trước, Step7 sẽ tạo lập một khối DB mới có cấu trúc phù hợp với locak block của khối hàm FB ñó Chẳng hạn nếu trong khối OB1 ta viết lệnh gọi khối hàm

FB1 ñã soạn thảo (như mục 1.5.2.3 ) cùng khối dữ liệu có tên là DB2

CALL FB1 , DB2

Nếu khối DB2 chưa có thì Step7 sẽ cho hiện thông báo yêu cầu chèn thêm khối DB2 ấn phím Yes ñể chấp nhận tạo DB này

Khi ấn phím Yes ñể chấp nhận tạo DB2, chương trình soạn thảo Step7

sẽ tạo DB2 theo cấu trúc của local block của FB1 và dựa vào ñó ñể cho hiện lại những biến hình thức IN, IN-OUT chờ người sử dụng khai báo tham trị

CALL FB 1 , DB2

Cong : = Ket_qua : =

ðể sử dụng FB1 nhằm lọc nhiễu tín hiệu tương tự tại cổng PIW304 và chuyển kết quả vào ô nhớ kiểu TEMP trong local blok của khối mẹ OB1 có tên analog_value, với việc lọc nhiễu ñược thực hiện bằng cách tính giá trị trung bình của 50 dữ liệu gần nhất, ta khai báo local block cho OB1 và soạn thảo chương trình chương trình như sau

ðịa

chỉ

0.0 TEMP OB1_EV_CLASS Byte

1.0 TEMP OB1_SCAN_1 Byte

10.0 TEMP OB1_MAX_CYCLE Int

12.0 TEMP OB1_DATE_TIME DATE_AND_TIME

20.0 TEMP Analog_value REAL

Chương trình:

Cong : =PIW304 Ket_qua : =#analog_value

Khối DB2 vừa ñược tạo lập theo cấu trúc local block của FB1

Như vậy tất cả các biến kiểu TEMP không ñược chuyển vào DB2 Các tham biến hình thức thuộc loại IN, OUT, IN-OUT xuất hiện trong DB2, song thực chất chỉ là ñịa chỉ và không ñược lưu giữ tham trị Chỉ riêng giá trị của các biến kiểu STAT là ñược chuyển vào DB2

Khối dữ liệu DB2 nói riêng và các khối instance của FB nói chung ñều

có thề ñược sử dụng như một khối dữ liệu thông thường, tức là ta có thể dùng các lệnh mở khối ñể mở chúng, truy nhập vào các ô nhớ của chúng

} Phần có sẵn

và chỉ ñược

sử dụng không ñược sửa ñổi

Người sử dụng khai báo thêm

1.5.2.5 Ngăn xếp B và ngăn xếp L (B-Stack, L-Stack)

Chương trình trong OB1, tuỳ theo thiết kế của chương trình ñiều khiển,

có thể gọi nhiều khối FC và FB khác nhau Bản thân các khối FC còn này của OB1 cũng có thể gọi tiếp các khối FC, FB khác, tức là chúng có thể là khối

mẹ của các khối FB, FC con khác ðộ dài tối ña cho phép của sâu quan hệ này giữa các khối chương trình phụ thuộc vào chủng loại modul CPU ñang sử dụng, chẳng hạn với CPU314 thì ñộ dài cho phép là 8 khối

Khi gọi một khối con, ngoài việc tổ chức cấp phát local block, chuyển khối con vào Word memory hệ ñiều hành còn cần phải ghi nhớ lại vị trí lệnh cũng như dữ liệu của công việc ñang thực hiện dở dang trong khối mẹ vào ngăn xếp B và ngăn xếp L ñể sau ñó còn biết chỗ quay về khi kết thúc chương trình trong khối con và tiếp tục thực hiện ñược công việc bị ngắt nửa chừng của khối mẹ hình 1.14

Như vậy ñể ghi lại vị trí quay về và công việc phải làm tiếp, hệ ñiều hành sẽ:

- Cất nội dung các ô nhớ của local block của khối mẹ vào L-Stack

- Cất vào B-Stack nội dung các thanh ghi DB, D1, tên khối mẹ, ñịa chỉ câu lệnh tiếp ngay sau lệnh gọi trong khối mẹ và con trỏ chỉ vùng dữ liệu trong L-Stack

Hình 1.14 Giới thiệu B-Stack và L-Stack

Nội dung thanh ghi DI DB

Con trỏ chỉ vào L-Stack

Tên khối mẹ

ðịa chỉ quay về

Nội dung thanh ghi DI DB

Con trỏ chỉ vào L-Stack

Tên khối mẹ

ðịa chỉ quay về

Nội dung thanh ghi DI DB

Con trỏ chỉ vào L-Stack

Lưu giữ nội dung local block của FC2

Lưu giữ nội dung local block của FC1

L-Stack

} } }

{ { {

FB2

FC2

FC1

Chương II NGHIÊN CỨU MODUL MỀN PID

2.1 Các khối chức năng ñiều khiển PID trong PLC

Phần mềm STEP7 cung cấp các module ñiều khiển mềm PID ñể ñiều khiển các ñối tượng có mô hình liên tục như nhiệt ñộ lò, ñộng cơ, mức ñầu ra của ñối tượng ñược ñưa vào ñầu vào của BðK qua các cổng vào tương tự của các module vào tương tự của simatic s7-300/400 Tín hiệu của BðK có nhiều dạng và ñược ñưa ñến cơ cấu chấp hành thông qua những module khác nhau: Qua cổng ra tương tự của module ra tương tự (AO)

Qua cổng ra của các module ra số ( DO)

Qua các cổng phát xung ra tốc ñộ cao

Phụ thuộc vào cơ cấu chấp hành, ta có thể chọn ñược các module mềm PID tương thích 3 module ñược tích hợp sẵn trong STEP7:

1 ðiều khiển liên tục với FB41( tên hình thức CONT_C)

2 ðiều khiển liên tục với FB42( tên hình thức CONT_S)

3 ðiều khiển phát xung với khối hàm hỗ trợ FB43( tên hình thức FULSEGEN)

Mỗi module mềm PID có khối dữ liệu DB riêng ñể lưu giữ dữ liệu phục

vụ chu trình tính toán luật ñiều khiển Các khối hàm FB của các module mềm PID cập nhật những khối dữ liệu này ở mọi thời ñiểm

Module mềm FB Fulsegen ñược sử dụng kết hợp với module mềm FB CONT_C nhằm tạo ra tín hiệu ra dạng xung tốc ñộ cao thích hợp với ñáp ứng của cơ cấu chấp hành kiểu tỉ lệ

Một bộ ñiều khiển PID mềm ñược hoàn thiện thông qua các khối hàm

FB nhiều chức năng tạo ra tính linh hoạt cao trong thiết kế Ta có thể chọn chức năng này hay loại bỏ chức năng khác không cần cho một hệ thống Các

chức năng khác như xử lý tắn hiệu chủ ựạo, tắn hiệu quá trình và tắnh toán các biến khác cùng với bộ ựiều khiển PID cũng ựược tắch hợp sẵn trong một module ựiều khiển mềm

điều chú ý là các bộ ựiều khiển PID không toàn năng tới mức có thể sử dụng vào một bài toán ựiều khiển đặc tắnh ựiều khiển và tốc ựộ xử lý của các module mềm PID phụ thuộc vào module CPU ựược chọn ựể giải quyết các bài toán ựiều khiển Do khi xử lý một mạch vòng ựiều khiển ta phảI thực hiện công việc trắch mẫu tắn hiệu ựầu vào cho mạch vòng ựiều khiển( Có liên quan ựến tắn hiệu ựóng ngắt theo chu kỳ thời gian của OB30-OB38) nên cần phải

có sự tương thắch giữa số mạch vòng ựiều khiển PID cũng như khả năng và tốc ựộ tắnh toán của CPU Nếu bài toán ựiều khiển yêu cầu tần suất cập nhật càng cao thì số vòng ựiều khiển càng giảm Chỉ có những bài toán có số vòng ựiều khiển ắt ta mới có thể sử dụng các module mềm PID có tần suất truy nhập cao

Chất lượng của hệ thống hoàn toàn phụ thuộc vào các tham số của BđK Do ựó ựiều kiện bắt buộc là ta phảI có mô hình ựối tượng chắnh xác đó cũng là nhược ựiểm của phương pháp ựiều khiển kinh ựiển

2.1.1 Module ựiều khiển liên tục với FB41 Ộ CONT_CỢ

- Giới thiệu chung về khối FB41

FB41( CONT_C) ựược sử dụng ựể ựiều khiển các quá trình kỹ thuật với các biến ựầu vào và ựầu ra tương tự trên cơ sở thiết bị khả trình simatic Trong khi thiết lập tham số có thể tắch cực hoặc không tắch cực một số thành phần chức năng của bộ ựiều khiển PID cho phù hợp với ựối tượng

Có thể sử dụng module mềm PID như một bộ ựiều khiển với tắn hiệu chủ ựạo ựặt cứng hoặc thiết kế một hệ thống ựiều khiển nhiều mạch vòng ựiều khiển theo kiểu cascade

Module mềm PID bao gồm tín hiệu chủ ñạo SP_INT, tín hiệu ra của ñối tượng PV_PER, tín hiệu giả ñể mô phỏng tín hiệu ra của ñối tượng PV_IN các biến trung gian trong quá trình thực hiện luật và thuật toán ñiều khiển PID như: PVPER_ON; P_SEL…

Tín hiệu chủ ñạo SP_INT ñược nhập dưới dạng dấu phẩy ñộng

Thông qua hàm nội CRP_IN tín hiệu ra của ñối tượng có thể nhập dưới dạng số nguyên có dấu hoặc số thực có dấu phẩy ñộng Chức năng CRP_IN là chuyển ñổi kiểu biểu diễn của PV_PER từ dạng số nguyên sang dạng số thực

có dấu phẩy ñộng có giá trị nằm trong khoảng từ -100% ñến 100% theo công

thức: Tín hiệu ra của CRP_IN = PV_PER x

Chuẩn hóa: Chức năng của hàm chuẩn hóa PV_NORM là chuẩn hóa tín hiệu ra của hàm CRP_IN

Ngoài ra còn nhiều chức năng khác như lọc nhiễu, chọn luật ñiều khiển, ñặt giá trị thay thông báo lỗi

- Tham biến hình thức ñầu vào, ñầu ra của FB 41

Khối FB 41 có 24 tham số ñầu vào và 9 tham số ñầu ra ( xem phụ lục 2.1 và phụ lục 2.2)

- Khai báo tham số cho bộ ñiều khiển PID

Phần mềm STEP cung cấp một giao diện hỗ trợ cho người sử dụng trong việc khai báo tham số cho bộ ñiều khiển PID Sau khi ñã tạo một Project

có chứa FB 41 ta bắt ñầu tạo khối DB( Data Block) cho bộ ñiều khiển sử dụng giao diện của module ñiều khiển PID bằng cách gõ lệnh:

Start/ simatic/step7/ PID control Paramester Assignment

Ví dụ: Ta sẽ tạo một Data Block mới tên là DB41

Trong hộp thoại ñược hiển thị sau khi bắt ñầu, ta có thể tắt chức năng ñiều khiển on hay off và có thể nhập vào tham số ñiều khiển tương ứng Giá trị mặc ñịnh sẽ còn nếu tham số không bị thay ñổi Giá trị ngoài khoảng cho phép không ñược nhập vào

Ta có thể ñặt biến quá trình theo hai dạng “ bên trong” hay “ ngoại vi” ( tham số của khối FB PVPER_ON= FALSE/TRUE)

LMN_PER DISV