(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu ứng dụng PLC S71200 điều khiển mức chất lỏng trong dây chuyền sản xuất hóa chất công nghiệp

(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu ứng dụng PLC S71200 điều khiển mức chất lỏng trong dây chuyền sản xuất hóa chất công nghiệp(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu ứng dụng PLC S71200 điều khiển mức chất lỏng trong dây chuyền sản xuất hóa chất công nghiệp(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu ứng dụng PLC S71200 điều khiển mức chất lỏng trong dây chuyền sản xuất hóa chất công nghiệp(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu ứng dụng PLC S71200 điều khiển mức chất lỏng trong dây chuyền sản xuất hóa chất công nghiệp(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu ứng dụng PLC S71200 điều khiển mức chất lỏng trong dây chuyền sản xuất hóa chất công nghiệp(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu ứng dụng PLC S71200 điều khiển mức chất lỏng trong dây chuyền sản xuất hóa chất công nghiệp(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu ứng dụng PLC S71200 điều khiển mức chất lỏng trong dây chuyền sản xuất hóa chất công nghiệp(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu ứng dụng PLC S71200 điều khiển mức chất lỏng trong dây chuyền sản xuất hóa chất công nghiệp(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu ứng dụng PLC S71200 điều khiển mức chất lỏng trong dây chuyền sản xuất hóa chất công nghiệp(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu ứng dụng PLC S71200 điều khiển mức chất lỏng trong dây chuyền sản xuất hóa chất công nghiệp(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu ứng dụng PLC S71200 điều khiển mức chất lỏng trong dây chuyền sản xuất hóa chất công nghiệp(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu ứng dụng PLC S71200 điều khiển mức chất lỏng trong dây chuyền sản xuất hóa chất công nghiệp(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu ứng dụng PLC S71200 điều khiển mức chất lỏng trong dây chuyền sản xuất hóa chất công nghiệp(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu ứng dụng PLC S71200 điều khiển mức chất lỏng trong dây chuyền sản xuất hóa chất công nghiệp(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu ứng dụng PLC S71200 điều khiển mức chất lỏng trong dây chuyền sản xuất hóa chất công nghiệp(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu ứng dụng PLC S71200 điều khiển mức chất lỏng trong dây chuyền sản xuất hóa chất công nghiệp(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu ứng dụng PLC S71200 điều khiển mức chất lỏng trong dây chuyền sản xuất hóa chất công nghiệp(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu ứng dụng PLC S71200 điều khiển mức chất lỏng trong dây chuyền sản xuất hóa chất công nghiệp(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu ứng dụng PLC S71200 điều khiển mức chất lỏng trong dây chuyền sản xuất hóa chất công nghiệp(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu ứng dụng PLC S71200 điều khiển mức chất lỏng trong dây chuyền sản xuất hóa chất công nghiệp(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu ứng dụng PLC S71200 điều khiển mức chất lỏng trong dây chuyền sản xuất hóa chất công nghiệp(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu ứng dụng PLC S71200 điều khiển mức chất lỏng trong dây chuyền sản xuất hóa chất công nghiệp(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu ứng dụng PLC S71200 điều khiển mức chất lỏng trong dây chuyền sản xuất hóa chất công nghiệp(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu ứng dụng PLC S71200 điều khiển mức chất lỏng trong dây chuyền sản xuất hóa chất công nghiệp(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu ứng dụng PLC S71200 điều khiển mức chất lỏng trong dây chuyền sản xuất hóa chất công nghiệp(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu ứng dụng PLC S71200 điều khiển mức chất lỏng trong dây chuyền sản xuất hóa chất công nghiệp(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu ứng dụng PLC S71200 điều khiển mức chất lỏng trong dây chuyền sản xuất hóa chất công nghiệp(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu ứng dụng PLC S71200 điều khiển mức chất lỏng trong dây chuyền sản xuất hóa chất công nghiệp(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu ứng dụng PLC S71200 điều khiển mức chất lỏng trong dây chuyền sản xuất hóa chất công nghiệp(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu ứng dụng PLC S71200 điều khiển mức chất lỏng trong dây chuyền sản xuất hóa chất công nghiệp(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu ứng dụng PLC S71200 điều khiển mức chất lỏng trong dây chuyền sản xuất hóa chất công nghiệp

BỘGIÁODỤCVÀĐÀOTẠO BỘNÔNGNGHIỆPVÀPTNTTRƯỜNGĐẠI HỌCTHỦYLỢI

BỘGIÁODỤCVÀĐÀOTẠO BỘNÔNGNGHIỆPVÀPTNTTRƯỜNGĐẠI HỌCTHỦYLỢI

LỜICAMĐOAN

Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả Các kếtquảnghiên cứu và các kết luận trong luận văn là trung thực, không sao chép từ bất kỳmộtnguồnnàovàdướibấtkỳhìnhthứcnào.Việc

thamkhảocácnguồntàiliệu(nếucó)đãđượcthựchiệntríchdẫnvàghinguồntài

liệuthamkhảođúngquyđịnh

Tácgiảluậnvăn

TrầnNgọcThưởng

Trong quá trình thực hiện đề tài em gặp không ít những khó khăn, nhưng với sựhướngdẫn tận tình của thầy hướng dẫn cùng các thầy cô trong khoa đến nay đề tài của emđãhoànthànhđúngthờigianquyđịnh

EmxingửilờicảmơnchânthànhđếnTS.VũMinhQuang,giảngviênbộmôn“Kĩthuậtđiện”KhoaN ă n g L ư ợ n g – TrườngĐHT h ủ y Lợi,

người đãt ậ n t ì n h c h ỉ b ả o hướngdẫnemtrongquátrìnhlàmluậnvăn

Em xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô trường ĐH Thủy Lợi, gia đình và bạnbè,những người đã luôn tạo điều kiện, quan tâm, giúp đỡ, động viên em trong suốtquátrìnhhọctậpvàhoànthànhluậnvăn

Dù đã cố gắng nhưng đề tài cũng không thể tránh khỏi những khiếm khuyết, rấtmongnhận được sự đóng góp ý kiến của quý Thầy Cô để đề tài của em được hoànthiện hơnnữa

Emxinchânthànhcảmơn!

DANHMỤCCÁCHÌNHẢNH v

DANHMỤCBẢNGBIỂU vii

DANHMỤCCÁCTỪVIẾTTẮT viii

MỞĐẦU: ix

1 TínhcấpthiếtcủaĐềtài: ix

2 MụcđíchcủaĐề tài: x

CHƯƠNG1 TỔNG QUAN VỀ DÂY CHUYỀN CUNG CẤP VÀ SẢN XUẤTHÓACHẤTTRONGCÔNGNGHIỆP 1

1.1 Giớithiệuvềdâychuyềnsảnxuấtvàcungcấp hoáchấtcôngnghiệp 1

1.2 Phươngphápsảnxuấthóachấtcôngnghiệp 2

1.3 Dâychuyền sảnxuấthóachấttrongcôngnghiệpđiểnhình 3

1.3.1 Sơđồ 3

1.3.2 Nguyênlílàmviệc 3

CHƯƠNG2 GIỚITHIỆUPLC S7–1200 8

2.1 GiớithiệutổngquanvềPLC 8

2.1.1 KháiniệmvềPLC 8

2.2 GiớithiệuPLCS7-1200 11

2.2.1 PhầncứngPLCS7-1200 13

2.3 Phần mềmđiềukhiểnvàlậptrình 15

2.3.1 Giớithiệu 15

2.3.2 Ứngdụng 16

2.3.3 Khảnănglàmviệc 17

CHƯƠNG3 XÂYDỰNGBỘĐIỀUKHIỂN 18

3.1 Xâydựng mô hìnhtoánhọcbộđiềukhiển mứcchấtlỏng 18

3.1.1 Địnhnghĩavềcácbộđiềuchỉnh PID 18

3.2 Môhìnhtoánhọcbộđiềukhiểnmứcchấtlỏng 22

3.2.1 Môhìnhbộđiềukhiển mứcchấtlỏng 22

3.2.2 Đốitượngvantuyếntính: 23

3.2.3 Đốitượngbìnhmức: 23

3.2.4 Đốitượngcảmbiếnsiêuâm 25

3.2.5 Sơđồ môhìnhtoánhọcbộđiềukhiển mứcchấtlỏng 25

3.2.6 TìmthôngsốPID 25

CHƯƠNG4 LẬPTRÌNHĐIỀUKHIỂN 28

4.1 Biểuđồchứcnăng 28

4.2 Chươngtrìnhđiềukhiển: 30

CHƯƠNG5 THIẾTKẾ GIAO DIỆNGIÁM SÁTHMI 45

5.1 GiớithiệuvềgiaodiệngiámsátHMI 45

5.2 Giớithiệuvềi n c c Proessional 47

5.2.1 Tổngquanvềi n CC: 47

5.2.2 Chứcnăngphổbiếncủai n CC 48

5.3 Thiếtkếgiaodiện 50

CHƯƠNG6 MÔPHỎNGVÀKẾTLUẬN 52

6.1 Môphỏngởchếđộtựđộng 52

6.2 MôphỏngởchếđộTay 57

6.3 Kếtluận 58

TÀILIỆUTHAMKHẢO 59

Hình1.1:Bìnhchứađựnghoáchấttrongcôngnghiệp 1

Hình1.2:Trungtâmvậnhànhdâychuyền sảnxuấthóachất 2

Hình1.3:Sơđồ dâychuyềnsảnxuấthóachấttrongcôngnghiệp 3

Hình1.4:VanđiềukhiểntuyếntínhbằngđiệnGiniceKorea 5

Hình1.5:CảmBiếnsiêuâm 6

Hình2.1:Sơđồkhốicủahệthống điềukhiểnlậptrình 9

Hình2.2:Sơđồ khốitổngquátcủaCPU 10

Hình2.3:PLCS7 –1200 13

Hình2.4:PLCS7-1200nhìntừphíatrước 14

Hình2.5:GiaodiệnlàmviệccủaTIAPortal 15

Hình3.1:BộđiềukhiểnPIDkhôngphụthuộc 18

Hình3.2:BộđiềukhiểnPIDphụthuộc 19

Hình3.3:Bôngthứcxácđịnhgiátrịcáchệsố Ki,Kp,Kd 21

Hình3.4:Môhìnhbộđiềukhiển mứcchấtlỏng 22

Hình3.5: Môhìnhhàmtruyềnđạt 23

Hình3.6:Sơđồkhốimôhìnhtoánhọcbộđiềukhiểnmứcchất lỏng 25

Hình3.7:ĐápứngngõraứngvớihệsốKu= 0.043,Ki=Kp=0 26

Hình3.8:ĐápứngngõraứngkhixácđịnhđượcthôngsốPID 26

Hình3.9:Đápứngngõrakhingõ vàotănggiátrị 27

Hình3.10:Đápứngngõrakhingõvàogiảmgiátrị 27

Hình4.1:Biểuđồchứcnăng 29

Hình4.2:KhốiPIDtrongS7-1200 30

Hình4.3:BảngcàiđặtthôngsốPID 31

Hình4.4:BảngnhậpthôngsốPID 32

Hình5.1:KiểmtralỗisaisótkhithiếtkếHMI 46

Hình5.2:TạovàgánthuộctínhchonútSTOP 50

Hình5.3:Tạovàgánthuộctínhchođộngcơ Pump1 50

Hình5.4:TạovàgánthuộctínhchoI/Ofield 51

Hình5.5:TạovàgánthuộctínhchoBiểuđồ 51

Hình6.1:Bơm1 và2đangchạy 52

Hình6.2:Bình1đầymàbình2chưađầy 53

Hình6.3:Hệthốnggia nhiệthoạtđộng 53

Hình6.4:Giađủnhiệt, bơm3bơm4hoạtđộng 54

Hình6.5:Khibơm3,4ngừngbơm,khuấyhoạtđộng90s 54

Hình6.6:Bơm5 hoạtđộngđẩysảnphẩmvàobìnhchứa4 55

Hình6.7:Vantuyếntínhđangmở 55

Hình6.8:BộPIDđanghoạtđộngkhicó hóachất 56

Hình6.9:BộPIDđanghoạtđộngkhiđủmứchóachất 56

Hình6.10:MôphỏngởchếđộtaykhinhấnBƠM5 57

Bảng1:Địnhnghĩacácbiếnvàora sửdụngtrongbài 32Chươngtrìnhđiềukhiển 45

1 TínhcấpthiếtcủaĐềtài:

Trong thời đại ngày nay khi công nghệ thông tin ngày càng phát triển, cùng hoànhậpvới chủ trương công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước, ngành kỹ thuật điềukhiển vàTự Động Hóa là ngành khoa học phát triển cực kỳ mạnh m , ở mọi lĩnh vựccủa đờisống gần như tự động hóa đã giúp cho chúng ta rất nhiều ngành nghề khácnhau Hiệnnay, PLClàthiếtbịtựđộnghóađượcsửdụngphổbiến

Trongthựctế,vấnđềđiềukhiểnmứcchiếmmộttỷlệrấtlớntrongcáclĩnhvựcvềdầumỏ,h óac hất, cô ng nghiệp th ực ph ẩm, …k hi t h ự c hiệnphachế the om ột tỷl ệ n hất địnhnào đó.Vàvấnđềđiềukhiểnđốitượngchínhxáclàrấtcầnthiết.Cácthiếtbịcàngngàycànghiệnđạivàkíchthướccũngnhỏhơnnêncácthaotáctrongquátrìnhsảnxuấtđòihỏiđộchínhxáccao.Mộtsaisótnhỏcóthểảnhhưởngxấuđếntoànbộsảnphẩm.D o đó,ngàycàngnhiềuphương phápđiềukhiểnchínhxácđượcnghiêncứup h á t t r i ể n , n h ư điềuk h i

ể n m ờ v à t h í c h n g h i , điềuk h i ể n P I D … T r o n g v i ệ c điềukhiển mứcchất

lỏngthìthuậttoán điềukhiển PIDlàphùhợp

Hệ thống điều khiển dùng giải thuật PID ứng dụng một trong những thuật toánđiềukhiển quá trình như : Điều khiển mức, điều khiển lưu lượng, điều khiển vận tốc,điềukhiển vị trí Việc ứng dụng giải thuật điều khiển chính xác này vào thực tế nhằmlàmgiảm sai số trong kết quả điều khiển Với việc chiếm tỷ lệ cao so với các giảithuậtđiều khiển khác (> 80%), giải thuật điều khiển PID chiếm một vị trí vô cùngquantrọng trong các giải thuật điều khiển dùng trong công nghiệp bởi yêu cầu chínhxác(accurate),đápứngnhanh(astresponse),ổnđịnh(small overshot)

Hiện nay, PLC S7-1200 có thêm chức năng truyền thông và giám sát qua mạngnênviệc việc kết nối mở rộng chức năng giám sát từ xa dễ dàng hơn và dần thay thếchoPLCS7-200,S7-300

Vớinhữngtínhnăng vượttrộisovớiPLCS7-200vàS7-300nênđềtàiemchọnlà

“NGHIÊNCỨUỨNGDỤNGPLCS7-1200ĐIỀUKHIỂNMỨCCHẤTLỎNGTRONGDÂYCHUYỀNSẢNXUẤTHÓACHẤTC ÔNGNGHIỆP”

cảphếthảicủacôngnghiệp,nôngnghiệp Công

nghiệphoáchấtđóngvaitròcựckỳquantrọngtrongnềnkinhtếcủamộtnước.Đólàmộtngànhkinhtế–

kỹthuậtchủlựccủađấtnước.ViệtNamthựchiệncôngcuộcđổimới,nhữngcảicáchkinhtếđãthúcđẩysựtă ng t r ư ở n g k i n h t ế, p h á t t r i ể n c ô n g ng hi ệp -

nôngn g h i ệ p N h u c ầ u v ề nguyênliệuhóachấtcũng ngàycàngtăngvớitốcđộtăngt

rưởngsảnxuấthóachấthằngnă m là 15% T ừ thực t iễ nđó,em chọnđềt ài“ NGHIÊ NCỨU ỨNGD Ụ N G PLCS7-

1200ĐIỀUKHIỂNMỨCCHẤTLỎNGTRONGDÂYCHUYỀNSẢN

XUẤTHÓACHẤTCÔNGNGHIỆP”làmđềtàinghiêncứucủamình.

Hình1.1:Bìnhchứađựnghoáchấttrongcôngnghiệp

2 vớinhau.Bình chứa3và4códungtíchgấpđôibìnhchứa1và2.

Hoạtđộngcủahệthốngnhưsau:

- Bìnhchứa1và2đượccấpđồngthờialkalivàpolymerbằngcácđộngcơbơm.Bơm1và2ngừnghoạtđộngkhicảmbiếnđầypháthiệntrạngtháiđầycủabìnhchứa

- Bộphậngianhiệtởbìnhchứa2hoạt

động,tăngnhiệtchopolymertới60°C,ngừnggianhiệtkhicảmbiếnnhiệttácđộng.Sauđóbơm3và4hoạtđộngbơmchấtlỏng

sang bình chứa 3 Khi có chất lỏng trong bình chứa 3, bộ phận khuấy hoạt động.Độngcơbơm3 ngừnghoạtđộngkhibìnhchứa3đầyhoặcbìnhchứa1cạn.

- Tương tự, động cơ bơm 4 ngừng hoạt động khi bình chứa 3 đầy hoặc bình chứa2cạn Động cơ khấy ngừng hoạt động sau khi ngừng động cơ 3 và 4 một khoảng là90giây

- Động cơ bơm 5 hoạt động bơm chất lỏng sang bình chứa 4 Động cơ bơm 5ngừnghoạtđộngkhibìnhchứa4đầyhoặcbìnhchứa3cạn

- Chấtlỏngđượcđưavàobìnhchứa4đểcungcấpnguyênliệuchoquátrìnhlàmviệc

đểđảmbảobìnhchứaT-304luôncónguyênliệuhoạtđộng

- Mứcchấtlỏ ng lu ôn c à i đặttrước m ột giá t r ị nhấtđịnh.Mứ c chấtlỏ ng trongbìnhchứa5vàothờiđiểmhiệntạisđ ư ợ c gửivềPLCS7-1200bằngtínhiệuanalog.PLCssosánh mức chất lỏng với giá trị đặt trước, và khi có sự sai lệch, PLC sđiều khiểnđóng

Vanđiềukhiểntuyếntínhhoạtđộngổnđịnh,chínhxácvàđộbềncao

Bộ điều khiển van tuyến tính là loại điều khiển bằng motor skéo cần van lênhoặcxuống, nhận tín hiệu điều khiển từ đồng hồ điều khiển (4-20mA, 0-10Vdc,on/off).Tùy vào kích thước van và áp suất hoạt động schọn bộ điều khiển có lực kéothíchhợp

Bộđiềukhiểntíchhợpcáccôngtắcchọnchếđộthườngđóngvàthườngmở,chếđộdừngtạichổkhimấttínhiệuđiềukhiểnhoặctựđộngđóngvan

Tích hợp cần quay tay khi van có sự cố, có thể điều chỉnh đóng mở mà không cầntínhiệuđiện.Bộkéovanvớilực kéo2000Nvà3500N

IP:54

Hànhtrình:20mmhoặc40mm

Thiết bị đo mức: làcảm biến siêu âm có phạm vi hoạt động từ 350mm đến

6000mm,phạm vi hoạt động cóthể thay đổi dễ dàngt h ô n g q u a c h ứ c n ă n g

T e a c h - i n t r ê n n ú t nhấn (phạm vi từ 400mm đến 500mm, 1000mm đến3000mm tương ứng với ngõ ra 4- 20mA hoặc 0-10Vdc hoặc 20-4mA, 10-0Vdc, vàcũng có thể tùy chọn phạm vi sửdụngbấtkỳmiễnlàtronggiớihạnhoạtđộngcủacảmbiến

CảmbiếnsiêuâmUA30CAD60PGTI

Hình1.5:CảmBiếnsiêuâmDùngđểđomứcn ư ớ c , đom ứ c c h ấ t l ỏ n g , b á o m ứ c c h ấ t r ắ n , k i ể m s o

á t l e v e l , đokhoảngcách,thểtích,khốilượnglànhữngnhucầuvôhạnvàngàycàngtăngcủangànhcôngnghiệp,thậmchílàcácnhucầudândụng,cuộcsốnghằngngày,hệthốngthủylợi,thủyđiện…

Cảm biến siêu âm có thể đáp ứng được các nhu cầu nêu trên, với nguyên tắc hoạtđộnglà phát ra sóng siêu âm tác động lên vật cản và nhận tín hiệu hồi tiếp về để biếtđượckhoảngcáchs o vớivật(chínhxáclàmặtphẳng)

Vớinguyêntắcpháthiệnbềmặtkhôngcầntiếp xúcnêncảmbiếnkhôngquantâmđếndạng chấtlỏngnào hay chất rắnnào Khi khoảng cách so vớimặtp h ẳ n g t h a y đ ổ i

t h ì tínhiệungõracũngthayđổitheotừ4-20mAhoặc0-10VDC,lúcnàytasửdụngtín

hiệu ngõ ra của cảm biến để quy về thể tích, khối lượng,khoảng cách… thôngquaPLC hay một đồng hồ hiển thị (có thể tham khảo thêm đồng hồ hiển thị tại đâycủaShihlin Taiwan ).

le trong thực tế PLC hoạt động theo phương thứcquét các trạng thái trên đầu ra vàđầu vào Khi có sự thay đổi ở đầu vào thì đầu ra cũngthayđổitheo.

Ngôn ngữ lập trình của PLC có thể là Ladder hay State Logic Hiện nay có rấtnhiềuhãngsảnxuấtraPLCnhưSiemens,Allen-

Bradley,MitsubishiElectric,GeneralElectric,Omron…

Một khi sự kiện được kích hoạt thực sự, nó bật ON hay OFF thiết bị điều khiểnbênngoài được gọi là thiết bị vật lý Một bộ điều khiển lập trình sliên tục lặptrongchương trình do người sử dụng lập ra chờ tín hiệu ở ngõ vào và xuất tín hiệu ởngõ ratạicácthờiđiểmđãlậptrình

Để khắc phục những nhược điểm của bộ điều khiển dùng dây kết nối (bộ điềukhiểnbằngRelay) ngườitađãchếtạorabộPLCnhằmthỏa mãncácyêucầusau:

- Giácảcóthểcạnhtranhđược.

Các thiết kế đầu tiên là nhằm thay thế cho các phần cứng Relay dây nối và cácLogicthời gian Tuy nhiên, bên cạnh đó việc đòi hỏi tăng cường dung lượng nhớ vàtính dễdàng cho PLC mà vẫn đảm bảo tốc độ xử lý cũng như giá cả…Chính điều này

đã gâyra sự quan tâm sâu sắc đến việc sử dụng PLC trong công nghiệp Các tập lệnhnhanhchóng đi từ các lệnh logic đơn giản đến các lệnh đếm, định thời, thanh ghidịch…sauđó là các chức năng làm toán trên máy lớn…Sự phát triển các máy tính dẫnđến các bộPLCcódunglượnglớn,sốlượngI/Onhiềuhơn

Trong PLC, phần cứng CPU và chương trình là đơn vị cơ bản cho quá trình điềukhiểnhoặc xử lý hệ thống Chức năng mà bộ điều khiển cần thực hiện sđược xác định bởimột chương trình.Chương trình này được nạp sẵn vào bộ nhớ của PLC, PLC sthựchiện việc điều khiểndựa vào chương trình này Như vậy nếu muốn thay đổi hay mởrộng chức năng củaquy trình công nghệ, ta chỉ cần thay đổi chương trình bên trongcủa bộ nhớ PLC Việcthay đổi hay mở rộng chức năng sđược thực hiện một cách dễdàng mà không cần một

sự can thiệp vật lý nào so với sử dụng các bộ dây nối hay rơle

CấutrúcchungcủaPLC:

Mộthệthốngđiềukhiểnlậptrìnhcơbảnphảigồmcóhaiphần:khốixửlýtrungtâm(CPU:CentralProcessingUnit)vàhệthốnggiaotiếpvào/ra(I/O)

Hình2.1:SơđồkhốicủahệthốngđiềukhiểnlậptrìnhKhối điều khiển trung tâm (CPU) gồm ba phần: bộ xử lý, hệ thống bộ nhớ và hệthốngnguồncungcấp

HoạtđộngcủamộtPLC:

Về cơ bản hoạt động của một PLC cũng khá đơn giản Đầu tiên, hệ thống cáccổngvào/ra ( Input/Output, còn gọi là các Module xuất/nhập) dùng để đưa các tínhiệu từcácthiếtbịngoạivivàoCPU(nhưcácsensor,côngtắc,tínhiệu từđộngcơ…)

Sau khi nhận được tín hiệu ở ngõ vào thì CPU sxử lý và đưa các tín hiệu điềukhiểnqua Module xuất ra các thiết bị được điều khiển Trong suốt quá trình hoạtđộng, CPUđọc hoặc quét( scan) dữ liệu hoặc trạng thái của thiết bị ngoại vi thông quangõ vào,sauđóthựchiệncácchươngtrìnhtrongbộ nhớnhưsau:

Một chukỳgồmđọc tínhiệuởngõvào,thựchiệnchương trìnhvàcậpnhậptínhiệuở

ngõrađượcgọilàmột chukỳquét

Thực tế khi PLC thựchiện chương trình, PLC khi cập nhập tín hiệu ngõ vào, cáctínhiệu hiện nay không được truy xuất tức thời để đưa ra ở ngõ ra mà quá trình cậpnhậptín hiệu ở ngõ ra phải theo hai bước: khi xử lý thực hiện chương trình, vi xử lýschuyểnđổicácbướclogic tương ứngởngõra trongchươngtrình n ội ( đãđượclập

trình),cácbướclậptrìnhnàysc h u y ể n đổiON/OFF.Tuynhiênlúcnàycáctínhiệuở

ngõra(tứctínhiệuđượcđưaratạimoduleout)vẫnchưađượcđưara

Khi xử lý kết thúc chương trình xử lý, việc chuyển đổi các mức logic (của cáctiếpđiểm) đã hoàn thành thì việc cập nhật các tín hiệu ở ngõ ra mới thực sự tác độnglênngõ ra để điều khiển các thiết bị ở ngõ ra Thường việc thực thi một vòng quét xảyravới một thời gian rất ngắn, một vòng quét đơn (single scan) có thời gian thực hiệnmộtvòng quét từ 1ms tới 100ms Việc thực hiện một chu kỳ quét dài hay ngắn còn phụthuộc vào độ dài của chươngtrình và cả mức độ giao tiếp giữa PLC với các thiết bịngoạivi(mànhìnhhiểnthị…).Vix ử l ý c ó t h ể đọcđượct í n h i ệ u ởn g õ v à o c h ỉ k h i n à o t í n h i ệ u n à y tácđộngv ớ i khoảngthờigianlớnhơnmộtchukỳquétthìvixửlýcoinhưkhôngcótínhiệunày.Tuynhiêntrongthựctếsảnxuất,thườngcáchệthốngchấphànhlàcáchệthốngcơkhínếucótốcđộquétnhưtrêncóthểđápứngđượccácchứcnăngcủadâychuyềnsảnxuất

Để khắc phục thời gian quét dài, ảnh hưởng đến chu trình sản xuất các nhà thiết kếcònthiết kế hệ thống PLC cập nhật tức thời, các hệ thống này thường được áp dụngchocácPLClớncósốlượngI/Onhiều,truycậpvàxửlýlượngthôngtin lớn

1200 - S7-1200 bao gồm một bộ vi xử lý (microprocessor), một nguồn cung cấpđược kích hoạtsẵn,cácđầuvào/ra(DI/DO)

- MộtsốtínhnăngbảomậtgiúpbảovệquyềntruycậpvàocảCPUvàchươngtrìnhđiềukhiển:

+ 16 bộ điều khiển PID với tính năng tự động xác định thông số điều khiển Ngoàirabạncóthểdùngcácmoduletruyềnthông mởrộngkếtnốibằngRS485hoặcRS232.

- Phần mềm dùng để lập trình cho S7-1200 là Step7 Basic Step7 Basic hỗ trợ bangônngữ lập trình là FBD, LAD và SCL Phần mềm này được tích hợp trong TIAPortal 11củaSiemens

- Vậy để làm một dự án với S7-1200 chỉ cần cài TIA Portal vì phần mềm này đãbaogồmcả môitrườnglập trìnhchoPLCvàthiết kếgiaodiệnHMI

2.2.1 PhầncứngPLCS7-1200

2.2.1.1 CácthànhphầncủaPLCS7-1200:

Hình2.3:PLCS7–1200

- 3bộđiềukhiểnnhỏgọnvớisựphânloạitrongcácphiênbảnkhácnhaugiốngnhưđiềukhiểnAChoặcDCphạmvirộng

- 2mạchtươngtựvàsốmởrộngđiềukhiểnmodumtrựctiếptrênCPUlàmgiảmchiphísảnphẩm

Các kiểu CPU khác nhau cung cấp một sự đa dạng các tính năng và dung lượnggiúpcho người dùng tạo ra các giải pháp có hiệu quả cho nhiều ứng dụng khác nhau.S7-1200 cung cấp một số dung lượng lớn các module tín hiệu và bảng tín hiệu để mởrộngdung lượng của CPU Người dùng còn có thể lắp đặt thêm các module truyền thông đểhỗtrợcácgiaothứctruyềnthôngkhác.

Cácbảngtínhiệu:

Một bảng tín hiệu (SB) cho phép người dùng thêm vào I/O cho CPU Người dùngcóthể thêm một số SB với cả I/O kiểu số hay kiểu tương tự SB kết nối vào phía trướccủaCPU

Hình2.4:PLCS7-1200nhìntừphíatrướcSBvới4 I/Okiểusố(ngõvào2xDCvàngõra2xDC)

+SBvới1ngõrakiểutươngtự1.CácLEDtrạngtháitrênSB2.Bộphậnkếtnốinốidâyngườidùngcóthểtháora

2.2.1.2 Cácmoduletruyềnthông:

HọS7-1200cungcấpcácmoduletruyềnthông(CM)dànhchocáctínhnăngbổsungvàohệthống.Có 2moduletruyềnthông RS232vàRS485:

+CPUhỗ trợtốiđa3 moduletruyềnthông

+MỗiCMkếtnốivào phíabêntráicủaCPU(hayvềphía bêntráicủamộtCMkhác)

2.3 Phầnmềmđiềukhiểnvàlậptrình:

2.3.1 Giớithiệu:

Phần mềm dùng để điều khiển và lập trình cho PLC S7-1200 là TIA Portal TIA

Portal(TotallyIntergratedAutomationPortal)làphầnmềmcơsởtíchhợptấtcảcácphầnmềmlậptrìnhchocáchệthốngtựđộnghóavàtruyềnđộngđiện.PhầnmềmtíchhợpcácsảnphẩmSIMATICkhácnhautrongmộtphầnmềmứngdụngvídụSimaticStep7V13đểlậptrìnhcácbộđiềukhiểnSimatic.Simatici n C C V13đểcấuhìnhcácmànhìnhHMIvàchạyScadatrênmáytính,giúptăngnăngsuấtvàhiệuquảlàmviệc

Hình2.5:GiaodiệnlàmviệccủaTIAPortal

TIA Portal giúp cho các phần mềm này chia sẻ cùng một cơ sở dữ liệu, tạo nênsựthống nhất trong giao diện và tính toàn vẹn cho ứng dụng Ví dụ, tất cả các thiết bịvàmạng truyền thông bây giờ đã có thể được cấu hình trên cùng một cửa sổ Hướngứngdụng,cáckháiniệmvềthưviện,quảnlýdữliệu,lưutrữdựán,chuẩnđoánlỗi,cáctính năng online là những đặc điểm rất có ích cho người sử dụng khi sử dụng chungcơsởdữliệuTIAPortal.

TIA Portal cung cấp một hệ thống kĩ thuật mới thông minh và trực quan hơn, vớicácgiao diện trực quan, dễ nhìn, tính năng “ kéo-thả” đơn giản, thuận tiện cho việclậptrình.HaiphầnmềmquantrọngtrongTIAPortallàSimaticStep7vàSimatici n C C

h ò n g c h á y ; h ệ t h ố n g điềukhiểna n n i n h / v à o r a ; h ệ t h ố n g điềuk h i ể n g i a n h i ệ t /

l à m m á t ; điềuk h i ể n n h i ệ t độphòng

Ngoàira,S7-1200cócácứngdụngmớinhư:

- Điềuk h i ể n t ừ x a t h ô n g q u a m ạ n g P r o inet,I n t e r n e t , M o d b u s , q u a h ệ t h ô n g m ạ n gkhôngdây

- PLCkếtnốivớiPLCthôngquaInternetvàmạngnộibộ.CóthểtruyềnthôngthôngquamạngEthernetcôngnghiệpnhưngkhoảngcáchtốiđa là100m

- Điều khiển truy cập vào S7-1200 từ xa thông qua Internet và web server Có thểtruycập vào PLC thông qua trình duyệteb, tuy nhiên PLC trong trường hợp này cầnđặtmộtIPtĩnhđểcóthểkếtnối.

ĐặcbiệtS7

-1 20 0cu ng cấ p cá c giảip háp đểđiềuk h i ể n t ừ xa q ua m ạn g E t h e r n e t , Proinet,quahệthốngmạngkhôngdây.Ngoàiracòncácứngdụngnhưgiaotiếpvới

Siemens,truyền thông Pro inet giữa PLC với PLC… Khảnăng mở rộng S7-1200 hỗ trợ tối đa 8modulemởrộngtínhiệuvào/ra(SM)và3moduletruyềnthông

2.3.3Khảnănglàmviệc:

PLCS7-1200cóthểđượcứngdụngtrongnhiềulĩnhvựcsảnxuất,cóthểthựchiệnhầu hếtcác công việc mà các PLC có thể đảm nhiệm với năng suất và hiệu quả cao.Với việctích hợp PROFINET, hỗ trợ truyền thông tiêu chuẩn truyền thông Ethernet vàdựa trênTCP/IP, S7-1200 có khả năng kết nối rất mạnh và linh hoạt với các thiết bịkhác như kết nối với máy tính cá nhân

PC, kết nối với HMI, kết nối với PLC khác, khảnăng điều khiển PLC từ xa thông qua mạng truyền thông,mạng không dây được tăngcường

Thông qua mạng Internet hoặc mạng cục bộ, ta có thể điều khiển và giám sát 1200từ khoảng cách xa, thậm chí với ebserver, ta có thể kết nối với S7-1200 thôngquacác trang web, các thiết bị di động, hết sức thuận lợi cho việc điều khiển, giámsát, vậnhànhhệthốngtừxa

S7-S7-1200 có thể làm việc ở những môi trường làm việc nguy hiểm độc hại choconngười,nhữngmôitrườngkhắcnghiệtnhưnhàmáyluyệnthép

HoạtđộngcủaPIDđượcdựatrênmôhìnhtoánhọcđốivớikếtquảphảnhồicủamộtquát r ì n h v

ò n g l ặ p đượcđiềuk h i ể n H a y n ó g ọ i l à m ộ t c ơ c h ế p h ả n h ồ i v ò n g điềukhiển.CóhaidạngPIDđượcsửdụngphổbiếnlà

Hình3.1:BộđiềukhiểnPIDkhôngphụthuộc

Tuy nhiên, do quán tính mà việc điều khiển càng nhanh càng gây ra tính mất ổnđịnh(do lực quán tính và lực điều khiển tạo ra cặp đối lực xuất hiện ở hai khoảng thờigianliêntiếpnhau=>chúngtạoradaođộngkhôngkiểmsoát được).

Như vậy, ta ssử dụng đạo hàm của sai số e để làm tăng giá trị nhưng ngược chiềucủalựcF(vìeđanggiảmnhanhdần).Nếusửdụngđạo hàmlàmthànhphần“thắng”thìcóthể giảmđược overshot của xe Thành phần “thắng” này chính là thành phần D(Derivative) trong bộ điều khiển PID màchúng ta đang khảo sát Thêm thành phần DnàyvàobộđiềukhiểnPhiệntại, chúngtathuđượcbộđiềukhiểnPDnhưsau:

F=Kp*e+Kd*(de/dt)Trong đó (de/dt) là vận tốc thay đổi của sai số e và Kd là một hằng số không âm gọilàhệsốD(Derivativegain)

<=0(D)

Trong một số trường hợp thành phần D có giá trị lớn hơn thành phần P và lực Fđổichiều, “thắng” (hãm tốc) lại, yếu tố cần điều khiển (ví dụ vậntốc, vị trí ) của vậtthểgiảm mạnh ở gần vị trí cân bằng Một vấn đề nảy sinh là nếu thành phần D quá lớnsovới thành phần P hoặc bản thân thành phần P nhỏ thì khi tiến gần điểm cân bằng(chưathật sự đến vị trí này), vật thể có thể dừng hẳn, thành phần D bằng 0 (vì sai số e khôngthayđổinữa),lựcF= Kp*e

Trong khi Kp và e lúc này đều nhỏ nên lực F cũng nhỏ và có thể không thắng đượclựcma sát tĩnh Sai số e trong tình huống này gọi là steady state error (tạm dịch là sai sốtrạng thái tĩnh) Để tránh steadystate error, người ta thêm vào bộ điều khiển một thànhphầncóchứcnăng“cộngdồn”saisố.Khi steady state error xảy ra, 2 thành phần P và D mất tác dụng, thành phần điềukhiểnmới s“cộng dồn” sai số theo thời gian và làm tăng lực F theo thời gian Đến mộtlúcnào đó, lực F đủ lớn để thắng ma sát tĩnh và đẩy vật tiến tiếp về điểm cân bằng.Thànhphần “cộng dồn” này chính là thành phần I (Integral - tích phân) trong bộ điều khiểnPID

Vì chúng ta điều biết, tích phân một đại lượng theo thời gian chính là tổng củađạilượngđótheo thời gian.BộđiềukhiểnđếnthờiđiểmnàyđãđầyđủlàPID:

Như vậy, chức năng của từng thành phần trong bộ điều khiển PID giờ đã rõ Tùyvàomục đích và đối tượng điều khiển mà bộ điều khiển PID cóthể được lượt bớt đểtrởthành bộ điều khiển P, PI hoặc PD Công việc chính của người thiết kế bộ điềukhiểnPID là chọn các hệ số Kp, Kd và Ki sao cho bộ điều khiển hoạt động tốt và ổnđịnh(quá trình này gọi là PID gain tuning) Đây không phải là việc dễ dàng vì nó phụthuộcvàonhiềuyếutố

- ChọnKptrước:thửbộđiềukhiểnPvớiđốitượngthật(hoặcmôphỏng),điềuchỉnhKp saocho thời gianđápứngđủ nhanh, chấp nhận overshot nhỏ

- ThêmthànhphầnDđểloạiovershot,tăngKdtừtừ,thửnghiệmvàchọngiátrịthíchhợp.Steadystateerrorcóthểsx u ấ t hiện

- ThêmthànhphầnI

đểgiảmsteadystateerror.NêntăngKitừbéđếnlớnđểgiảmsteadystate errorđồng thờikhôngđểchoovershotxuấthiệntrởlại

Các hệ thống lớn không có chức năng tự động xác định thông số nhưng được trangbịhệ thống vđ ồ t h ị t í n h i ệ u đ o đ ư ợ c c ủ a b i ế n q u á t r ì n h

( p r o c e s v a l u e - P V ) v à b i ế n đ ầ u racủabộđiềukhiển(manipulatedvalue-MV).

3.2 Môhìnhtoánhọcbộđiềukhiểnmứcchấtlỏng

3.2.1 Môhìnhbộđiềukhiểnmứcchấtlỏng

Hình3.4:Môhìnhbộđiềukhiển mứcchấtlỏngQi

(3-5)Suyra: