THIẾT kế mô HÌNH ổn ĐỊNH QUẢ BÓNG TRONG ỐNG KHÍ THẲNG ĐỨNG BẰNG THUẬT TOÁN PID

Tạo ra mô hình ứng dụng bộ điều khiển PID để ổn định quả bóng trong ống khí thẳng đứng nhằm cung cấp cho sinh viên kiến thức thực tế đang được ứng dụng rất phổ biến trong điều khiển hiện

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG

THIẾT KẾ MÔ HÌNH ỔN ĐỊNH QUẢ BÓNG TRONG ỐNG KHÍ THẲNG ĐỨNG BẰNG THUẬT TOÁN PID

Mã số: T2020-06-168

Chủ nhiệm đề tài: TS Nguyễn Đức Quận

Đà Nẵng, 12/2021

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG

THIẾT KẾ MÔ HÌNH ỔN ĐỊNH QUẢ BÓNG TRONG ỐNG KHÍ THẲNG ĐỨNG BẰNG THUẬT TOÁN PID

Mã số: T2020-06-168

Xác nhận của cơ quan chủ trì đề tài Chủ nhiệm đề tài

(ký, họ tên, đóng dấu) (ký, họ tên)

Nguyễn Đức Quận

DANH SÁCH THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1.1 Tính cấp thiết của đề tài 1

1.1.1 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu 2

1.1.2 Đối tượng nghiên cứu 2

1.1.3 Phạm vi nghiên cứu 2

1.2 Cách tiếp cận, phương pháp nghiên cứu 2

1.2.1 Cách tiếp cận 2

1.2.2 Phương pháp nghiên cứu 2

1.3 Nội dung nghiên cứu 3

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN 4

2.1 Tổng quan về mô hình 4

2.2 Tổng quan về bộ điều khiển PID 5

2.2.1 Giới thiệu bộ điều khiển PID 5

2.2.2 Bộ điều khiển tỉ lệ (P) 5

2.2.3 Bộ điều khiển tích phân (I) 6

2.2.4 Bộ điều khiển vi phân (D) 8

2.2.5 Tổng hợp 3 khâu, bộ điều khiển PID 9

2.2.6 Thiết kế bộ PID 9

2.3 Tổng quan về động cơ điện một chiều 12

2.3.1 Khái niệm 12

2.3.2 Ưu điểm của động cơ điện một chiều 13

2.3.3 Các phương pháp điều tốc độ động cơ 14

CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ PLC S7-200 VÀ MODULE MỞ RỘNG ANALOG 16

3.1 Cơ sở lý thuyết về PLC S7-200 16

3.1.1 Giới thiệu chung về bộ lập trình PLC S7-200 của SIEMENS 16

3.1.2 Cấu trúc phần cứng 17

3.1.3 Cấu trúc bộ nhớ 21

3.1.4 Ngôn ngữ lập trình của PLC S7-200 23

3.2 Cơ sở lý thuyết về module mở rộng analog EM235 26

3.2.1 Các thành phần của module analog EM235 27

3.2.2 Cách nối dây 28

3.2.3 Cài đặt dải tín hiệu vào 30

3.3 Bộ điều khiển PID trong PLC S7-200 30

3.3.1 Lệnh vòng lặp PID trong S7-200 30

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH 40

4.1 Thiết kế phần cơ khí mô hình 40

4.1.1 Yêu cầu kỹ thuật 40

4.1.2 Vật liệu chế tạo cho mô hình 40

4.1.3 Các hình vẽ và kích thước chi tiết của mô hình 40

4.2 Thiết kế phần điện mô hình 45

4.2.1 Yêu cầu kỹ thuật 45

4.2.2 Các thiết bị điện 45

4.3 Chế tạo và lắp ráp mô hình 49

4.3.1 Yêu cầu kỹ thuật 49

4.3.2 Mô hình hoàn thiện 50

4.4 Lắp đặt thiết bị 53

4.4.1 Nguyên tắc bố trí 53

4.4.2 Lắp đặt thiết bị 54

CHƯƠNG 5: XÂY DỰNG CÁC BÀI TẬP THỰC HÀNH 56

5.1 Bài thực hành 1 57

5.1.1 Nội dung bài thực hành 57

5.1.2 Mục tiêu kiến thức đạt được 58

5.1.3 Hướng dẫn thực hiện 58

5.2 Bài thực hành 2 60

5.2.1 Nội dung bài thực hành 60

5.2.2 Mục tiêu kiến thức đạt được 60

5.2.3 Hướng dẫn thực hiện 61

5.3 Bài thực hành 3 62

5.3.1 Nội dung bài thực hành 62

5.3.2 Mục tiêu kiến thức đạt được 62

5.3.3 Hướng dẫn thực hiện 63

5.4 Bài thực hành 4 65

5.4.1 Nội dung bài thực hành 65

5.4.2 Mục tiêu kiến thức đạt được 65

5.4.3 Hướng dẫn thực hiện 65

5.5 Bài thực hành 5 67

5.5.1 Nội dung bài thực hành 67

5.5.2 Mục tiêu kiến thức đạt được 67

5.5.3 Hướng dẫn thực hiện 67

CHƯƠNG 6: KIỂM TRA THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ MÔ HÌNH 73

6.1 Kiểm tra thực nghiệm mô hình 73

6.1.1 Bài thực hành 1 73

6.1.2 Bài thực hành 2 76

6.1.3 Bài thực hành 3 77

6.1.4 Bài thực hành 4 79

6.1.5 Bài thực hành 5 80

6.2 Đánh giá mô hình 83

6.2.1 Ưu điểm 83

6.2.2 Nhược điểm 83

PHẦN KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 84

Kết luận 84

Kiến nghị 84

TÀI LIỆU THAM KHẢO 85

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1: Lựa chọn thông số bộ điều khiển theo phương pháp Ziegler – Nichols 11

Bảng 2.2: Thông số bộ điều khiển theo thực nghiệm 12

Bảng 3.1: Bảng thông số kỹ thuật của dòng PLC S7-200 họ 22X 17

Bảng 3.2: Ngăn xếp và tên bit 25

Bảng 3.3: Bảng mô tả các thành phần của module EM235 27

Bảng 3.4: Bảng tổng hợp tín hiệu Analog PLC S7-200 28

Bảng 3.5: Bảng cấu hình cài đặt dải tín hiệu vào 30

Bảng 3.6: Bảng các thông số của một bộ PID 38

Bảng 4.1: Bảng thông số kỹ thuật của rơ le 24VDC, 8 chân 46

Bảng 4.2: Bảng thông số kỹ thuật của rơ le 24VDC, 14 chân 46

Bảng 4.3: Bảng thông số kỹ thuật cảm biến UD-310 Keyence 47

Bảng 4.4: Bảng thông số kỹ thuật của bộ khuếch đại UD-300 48

Bảng 4.5: Thông số kỹ thuật của đông cơ 49

DANH MỤC HÌNH

Hình 2.1: Mô hình ổn định quả bóng trong ống khí thẳng đứng 4

Hình 2.2: Sơ đồ hệ thống điều khiển dùng PID 5

Hình 2.3: Đáp ứng của khâu P(ref: tín hiệu chuẩn, p: Khâu P) 6

Hình 2.4: Đáp ứng của khâu I và PI (ref: tín hiệu chuẩn, p: Khâu P, i: khâu I) 7

Hình 2.5: Đáp ứng của khâu D và PD (ref: tín hiệu chuẩn, p: Khâu P, d: khâu D) 8

Hình 2.6: Đáp ứng của khâu PID (ref: tín hiệu chuẩn) 9

Hình 2.7: Xác định tham số cho mô hình xấp xỉ bậc nhất có trễ 10

Hình 2.8: Mô hình điều khiển với Kgh 12

Hình 2.9: Xác định hệ số khuếch đại tới hạn 12

Hình 3.1: Hình dáng bên ngoài của PLC S7-200 18

Hình 3.2: Cấu trúc bên ngoài của PLC S7-200 19

Hình 3.3: Mô hình tổng quát của một PLC S7-200 20

Hình 3.4: Bộ nhớ trong và ngoài của S7-200 22

Hình 3.5: Giao diện soạn thảo của phần mềm lập trình 23

Hình 3.6: Module mở rộng Em235 26

Hình 3.7: Sơ đồ nối dây với thiết bị đo tín hiệu đầu ra kiểu điện áp 28

Hình 3.8: Sơ đồ nối dây với thiết bị đo tín hiệu đầu ra kiểu dòng điện 29

Hình 3.9: Sơ đồ nối dây tín hiệu ra tương tự với tải 29

Hình 3.10: Sơ đồ nối dây cấp nguồn nuôi cho Module 29

Hình 3.11: Sơ đồ nối dây tổng quát cho Module EM235 29

Hình 4.1: Kích thước tổng thể mô hình 40

Hình 4.2: Bản vẽ đế mô hình 41

Hình 4.3: Bản vẽ khung thân mô hình 41

Hình 4.4: Bảng điều khiển 42

Hình 4.5: Khớp nối cánh quạt và động cơ 42

Hình 4.6: Bách gắn cảm biến siêu âm 43

Hình 4.7: Buồng dẫn khí thổi 43

Hình 4.8: Ống dẫn khí mica 44

Hình 4.9: Tấm đế gắn thiết bị 44

Hình 4.10: Bách gắn quạt thổi khí 44

Hình 4.11: Bộ nguồn 24VDC 45

Hình 4.12: Rơ le 24VDC, 8 chân 45

Hình 4.13: Rơ le 24VDC, 14 chân 46

Hình 4.14: Cảm biến UD-310 47

Hình 4.15: Bộ khuếch đại UD-300 48

Hình 4.16: Mô hình lắp hoàn thiện 50

Hình 4.17: Khối cấp nguồn 51

Hình 4.18: Khối nguồn DC 24V 51

Hình 4.19: Khối cảm biến siêu âm đo khoảng cách 52

Hình 4.20: Khối điều khiển động cơ quạt thổi 52

Hình 4.21: Khối giám giao diện người máy (HMI) 53

Hình 4.22: Khối kết nối truyền thông 53

Hình 4.23: Lưu đồ bố trí thiết bị 54

Hình 4.24: Hình chụp tổng thể mô hình 55

Hình 5.1: Sơ đồ nguyên lý đi dây tổng thể của mô hình 56

Hình 5.2: Sơ đồ kết nối các thiết bị trong hệ thống 56

Hình 5.3: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển 57

Hình 5.4: Sơ đồ nối dây mạch điều khiển mô hình 57

Hình 5.5: Mối quan hệ tuyến tính giữa đầu vào và dải cần đo 59

Hình 5.6: Dạng của phương trình chuyển đổi từ giá trị 60÷250mm sang giá trị 2500÷0 63

Hình 6.1: Hướng dẫn kết nối truyền thông giữa PC và PLC 73

Hình 6.2: Kết nối phần mềm lập trình với PLC CPU224XP 74

Hình 6.3: Download chương trình xuống PLC 74

Hình 6.4: Kết quả chạy thực nghiệm Bài thực hành 1: a) Vị trí quá bóng cách cảm biến 60mm; b) Vị trí quả bóng cách cảm biến 254mm 75

Hình 6.5: Kết quả chạy thực nghiệm Bài thực hành 2: a) Giá trị cài đặt tốc độ động cơ = 0v/p; b) Giá trị cài đặt cho tốc độ động cơ = 700v/p; c) Giá trị cài đặt cho tốc độ động cơ = 800v/p 77

Hình 6.6: Kết quả chạy thực nghiệm Bài thực hành 3: a) Vị trí quả bóng ở 60mm ; b) Vị trí quả bóng ở 250mm 78 Hình 6.7: Kết quả chạy thực nghiệm Bài thực hành 4: a) Vị trí quả bóng <150mm; b)

Vị trí quả bóng >150mm 79Hình 6.8: Tìm các hệ số PID bằng chế đọ Auto Tune trên PLC S7-200 81Hình 6.9: Kết quả chạy thực nghiệm Bài thực hành 5: a) Ổn định quả bóng tại vị trí 100mm; b) Ổn định quả bóng tại vị trí 220mm; Ổn định quả bóng tại vị trí 160mm 83

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

1 Thông tin chung:

- Tên đề tài: Thiết kế mô hình ổn định quả bóng trong ống khí thẳng đứng bằng

thuật toán PID

- Mã số: T2020-06-168

- Chủ nhiệm: TS Nguyễn Đức Quận

- Thành viên tham gia: ThS Nguyễn Văn Nam

- Cơ quan chủ trì: Trường Đại học Sư Phạm Kỹ thuật – Đại học Đà Nẵng

- Thời gian thực hiện: Tháng 11/2020 đến tháng 11/2021

- Cung cấp một thiết bị ứng dụng cho đào tạo thực hành học phần Thực hành điều khiển logic tại Khoa Điện – Điện tử trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật

- Xây dựng 5 bài thực hành phục vụ cho giảng dạy kiến thức điều khiển nâng cao cho các học phần Thực hành điều khiển logic; Thực tập PLC; Thực hành lập trình PLC gồm:

1 Đấu dây kết nối với module analog và đọc tín hiệu analog từ cảm biến siêu âm

đo khoảng cách

2 Đấu dây kết nối với module analog và lập trình xuất tín hiệu analog điều khiển tốc độ động cơ

3 Đấu dây kết nối với module analog, đọc tín hiệu analog từ cảm biến siêu âm

đo khoảng cách để thiết đặt tốc độ cho động cơ

4 Đấu dây kết nối với module analog, đọc tín hiệu analog từ cảm biến siêu âm

đo khoảng cách để ổn định tốc độ động cơ trong ngưỡng giới hạn

5 Điều khiển tốc độ động cơ để ổn định quả bóng trong ống khí thẳng đứng bằng

thuật toán PID

3 Tính mới và sáng tạo: Mô hình phục vụ cho giảng dạy thực hành nhằm cung cấp

cho sinh viên các kiến thức thực tế về điều khiển nâng cao Tạo ra mô hình ứng dụng

bộ điều khiển PID để ổn định quả bóng trong ống khí thẳng đứng nhằm cung cấp cho sinh viên kiến thức thực tế đang được ứng dụng rất phổ biến trong điều khiển hiện nay

4 Tóm tắt kết quả nghiên cứu: Sản phẩm nghiên cứu đã hoàn thiện gồm thiết bị đào

tạo thực hành “Mô hình thực hành điều khiển ổn định quả bóng trong ống khí thẳng đứng”, với 5 bài tập đã được xây dựng vận hành trên mô hình phục vụ giảng dạy thực hành cho sinh viên

5 Tên sản phẩm: Mô hình thực hành ổn định quả bóng trong ống khí thẳng đứng

6 Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết quả nghiên cứu và khả năng áp dụng:

Mô hình thực hành ổn định quả bóng trong ống khí thẳng đứng bằng thuật toán PID sẽ được giới thiệu và chuyển giao đến các giảng viên và cán bộ giảng dạy thực hành chuyên ngành Tự động hóa trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật – Đại học Đà Nẵng để giảng dạy thực hành cho sinh viên

7 Hình ảnh, sơ đồ minh họa chính

Ngày tháng năm 2021

Hội đồng KH&ĐT đơn vị

(ký, họ và tên) Chủ nhiệm đề tài (ký, họ và tên)

XÁC NHẬN CỦA TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

INFORMATION ON RESEARCH RESULTS

1 General information:

Project title: Design a stable model of a ball in a vertical air tube using the PID algorithm

Code number: T2020-06-168

Coordinator: Nguyen Duc Quan

Implementing institution: The University of Technology Education — The University of Da Nang

Providing an application device for practical training of the Logical Control Practice module at the Faculty of Electrical and Electronics Engineering, University of Technology and Education

Build 5 practice lessons for teaching advanced control knowledge for the Logical Control Practice modules; Internship PLC; PLC programming practice includes:

1 Wiring connection to the analog module and read the analog signal from the ultrasonic distance sensor

2 Wiring connection to the analog module and programming the analog signal to control the motor speed

3 Wiring connection to analog module, read the analog signal from

ultrasonic distance sensor to set the motor speed

4 Wiring connection to analog module, read the analog signal from ultrasonic distance sensor to stabilize motor speed within the limit

5 Motors speed control to stabilize the ball in the vertical air duct using the PID algorithm

3 Creativeness and innovativeness: Model for practical teaching to provide

students with practical knowledge of advanced control Create an application model of the PID controller to stabilize the ball in the vertical air tube to provide students with practical knowledge that is being applied very commonly in control today

4 Research results: The completed research product includes a practical

training device “Practice model for stabilizing control of a ball in a vertical air tube”, with five exercises that have been built for teaching students

5 Products: Model of practical training of stabilizing the ball in a vertical air

tube

6 Effects, transfer alternatives of research results and applicability: The

practical model of stabilizing the ball in the vertical air tube using the PID algorithm will be introduced and transferred to the lecturers and practical teaching staff specializing in Automation at the University of Technology and Education - the University of Da Nang to teach practice for students

MỞ ĐẦU

Hiện nay, lĩnh vực điều khiển tự động ngày càng phát triển, đặc biệt là điều khiển bậc cao, đã trở thành một phần không thể thiếu của nền công nghiệp hiện đại Phần lớn các loại máy móc, thiết bị dân dụng hay trong công nghiệp điều yêu cầu các phương pháp điều khiển chính xác, ổn định, đáp ứng nhanh, vận hành trơn tru khi xác lập và khi thay đổi trạng thái Vì thế, việc ứng dụng các phương pháp điều khiển nâng cao được áp dụng khá phổ biến như điều khiển PI, PID, Fuzzy PID, … áp dụng vào trong điều khiển ổn định nhiệt, ổn định mức chất lỏng, ổn định áp suất, ổn định tốc độ động

cơ, v.v

1.1 Tính cấp thiết của đề tài

Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật là một cơ sở giáo dục đào tạo nguồn nhân lực

Kỹ sư Công nghệ theo định hướng ứng dụng Là cơ sở đào tạo ra nguồn nhân lực có chất lượng phục vụ cho nhu cầu phát triển kinh tế xã hội của khu vực Miền trung – Tây nguyên nói riêng và trong cả nước nói chung Đi đôi với sự phát triển lớn mạnh về

số lượng và chất lượng đội ngũ, cán bộ giảng dạy và phục vụ giảng dạy thì vấn đề đầu

tư phát triển trang thiết bị phục vụ trong đào tạo thực hành, thí nghiệm cũng là vấn đề cần thiết Hiện nay, ngành Tự động hóa là một trong những ngành có sinh viên tham gia học đông tại trường và sẽ dần tăng lên trong tương lai Tuy nhiên, trang thiết bị phục vụ cho việc giảng dạy thực hành, thí nghiệm hiện tại chưa đáp ứng được đầy đủ kiến thức cho chương trình đào tạo bậc đại học Vấn đề đầu tư để có các thiết bị mới phục vụ đào tạo đáp ứng chương trình đào tạo theo CDIO, đáp ứng nhu cầu lao động thực tế là thật sự rất cần thiết đối với nhà trường

Hiện tại thiết bị phục vụ cho đào tạo thực hành các học phần: Thực hành điều khiển logic; Thực tập PLC; Thực hành lập trình PLC cho hệ đại học (gồm học phần cơ bản và nâng cao) đang rất cần thiết tại Khoa Điện – Điện tử - bộ môn Tự động hóa Sinh viên tham gia học thực hành theo chương trình mới xây dựng cho bậc đại học nhưng trang thiết bị phục vụ đào tạo thực hành cho các học phần này chưa được đầu tư tương xứng

Với mong muốn có thể tự phát triển được một hệ thống các thiết bị giảng dạy thực hành cho sinh viên ngành Tự động hóa và Cơ điện tử với các bài giảng thực hành

thực tế sinh động, giúp cho sinh viên tiếp cận nhanh hơn về vấn đề điều khiển trong ngành công nghiệp, đáp ứng cho chương trình đào tạo bậc đại học hiện nay Đề tài

“Thiết kế mô hình ổn định quả bóng trong ống khí thẳng đứng bằng thuật toán PID” là công trình giải quyết bớt một phần khó khăn hiện nay của nhà trường về đầu tư trang thiết bị mới

1.1.1 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu

1.1.2 Đối tượng nghiên cứu

- Thiết bị phục vụ trong đào tạo thực hành

- Cơ sở lý thuyết về bộ lập trình PLC, module mở rộng analog

- Cơ sở lý thuyết về thuật toán PID

1.1.3 Phạm vi nghiên cứu

- Nghiên cứu, chế tạo thiết bị phục vụ cho đào tạo thực hành

1.2 Cách tiếp cận, phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu thiết kế bản vẽ chi tiết của mô hình

- Nghiên cứu ứng dụng thuật toán PID trên dòng PLC S7-200

1.3 Nội dung nghiên cứu

Nội dung của đề tài bao gồm 5 chương sau:

Mở đầu

Chương 1: Tổng quan

Chương 2: Cơ sở lý thuyết về PLC s7-200 và module mở rộng analog

Chương 3: Thiết kế và thi công mô hình

Chương 4: Xây dựng các bài tập thực hành

Chương 5: Kiểm tra thực nghiệm và đánh giá mô hình

Kết luận

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN

2.1 Tổng quan về mô hình

Mô hình cân bằng quả bóng trong ống khí thẳng đứng là một mô hình thực nghiệm cần thiết cho sinh viên học tập và nghiên cứu, với cấu tạo đơn giản nhưng tương đối phức tạp về mặt điều khiển Nó có độ bất ổn định và là cơ sở để tạo ra các

hệ thống tự ổn định như: hệ thống ổn định áp suất, ổn định cột nước, nhiệt độ, …

Mô hình cân bằng quả bóng trong ống khí thẳng đứng là mô hình gồm ống khí thẳng đứng, quả bóng, một động cơ quạt điện 1 chiều (loại động cơ một chiều không chổi than - BLDC), một cảm biến siêu âm dùng để xác định vị trí quả bóng Quả bóng

di chuyển trong ống khí nhờ tác dụng của áp suất khí thổi từ quạt như Hình 1.1

Hình 2.1: Mô hình ổn định quả bóng trong ống khí thẳng đứng

Vị trí quả bóng được xác định nhờ cảm biến, bộ điều khiển nhận được sai lệch giữa vị trí quả bóng trong ống khí và vị trí quả bóng thiết đặt, từ đó đưa ra tín hiệu điều khiển động cơ quạt thổi để nâng hạ để đưa bóng đến vị trí mong muốn Đây là phương pháp điều khiển được ứng dụng rất phổ biến trong công nghiệp hiện nay

2.2 Tổng quan về bộ điều khiển PID

2.2.1 Giới thiệu bộ điều khiển PID

Bộ điều khiển PID là bộ điều khiển vòng kín, được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp Bộ điều khiển PID được sử dụng để điều chỉnh sai lệch giữa giá trị đo được của hệ thống(Process Variable-PV) Với giá trị đặt(Set Point-SP) bằng cách tính toán

và điều chỉnh giá trị ở ngõ ra

Một bộ điều khiển gồm 3 thành phần :

 P (Proportional): Tạo tín hiệu điều khiển tỉ lệ với sai lệch(e- error)

 I (Integral): Tạo tín hiệu điều khiển tỉ lệ với tích phân theo thời gian của sai lệch

 D (Derivative): Tạo tín hiệu điều khiển tỉ lệ với vi phân theo thời gian của sai lệch

Hình 2.2: Sơ đồ hệ thống điều khiển dùng PID

Tuỳ vào các đối tượng điều khiển khác nhau, yêu cầu công nghệ khác nhau, mà lựa chọn các bộ điều khiển khác nhau

+ e (error): Sai lệch, E = SP – PV + Sơ đồ khối của khâu P: (Đường đặc tính P là một đường thẳng song song trục hoành)

Hàm truyền của khâu P: Gp(s) = Kp

Nếu chỉ có khâu P thì trong mọi trường hợp sai số tĩnh luôn xuất hiện, trừ khi giá trị đầu vào của hệ thống bằng 0 hoặc đã bằng với giá trị mong muốn

 Nếu hệ số Kp quá lớn thì sẽ làm cho hệ thống mất ổn định

 Nếu hệ số Kp nhỏ sẽ làm cho bộ điều khiển kém nhạy, hoặc đáp ứng chậm Hơn nữa tác động điều khiển của bộ P sẽ quá bé làm hệ thống không chính xác

Hình 2.3: Đáp ứng của khâu P(ref: tín hiệu chuẩn, p: Khâu P)

2.2.3 Bộ điều khiển tích phân (I)

Bộ điều khiển tích phân (I) cộng thêm tổng các sai số trước đó vào giá trị điều khiển Việc tính tổng các sai số được thực hiện liên tục cho đến khi giá trị đạt được bằng giá trị đặt, và kết quả là khi hệ cân bằng thì sai số bằng không

Khâu I được tính theo công thức:

Trong đó:

+ Iout: Giá trị ngõ ra khâu I + Ki: Hệ số tích phân + e: Sai số, e = SP – PV

Sơ đồ khối khâu I:

Hàm truyền khâu I:

Khâu I thường đi kèm với khâu P, hợp thành bộ điều khiển PI, nếu chỉ sử dụng khâu I thì đáp ứng của hệ thống sẽ chậm và thường bị giao động

Hình 2.4: Đáp ứng của khâu I và PI (ref: tín hiệu chuẩn, p: Khâu P, i: khâu I)

Từ đồ thị ta thấy khâu I làm cho đáp ứng của hệ thống chậm đi rất nhiều, khâu PI giúp triệt tiêu sai số xác lập

2.2.4 Bộ điều khiển vi phân (D)

Bộ điều khiển vi phân (D) cộng thêm tốc độ thay đổi sai số vào giá trị điều khiển

ở ngõ ra Nếu sai số thay đổi nhanh thì sẽ tạo ra thành phần cộng thêm vào giá trị điều khiển, Điều này cải thiện đáp ứng của hệ thống, giúp trạng thái của hệ thống thay đổi nhanh chóng và nhanh chóng đạt được giá trị mong muốn

Khâu D được tính theo công thức:

Trong đó: + Dout: Ngõ ra khâu D

+ Kd: Hệ số vi phân + e: Sai số, e = SP – PV

Sơ đồ khối khâu D:

Hàm truyền khâu D:

Hình 2.5: Đáp ứng của khâu D và PD (ref: tín hiệu chuẩn, p: Khâu P, d: khâu D)

Khâu D thường đi kèm với khâu P, hợp thành bộ điều khiển PD, hoặc bộ PI để hợp thành bộ điều khiển PID

2.2.5 Tổng hợp 3 khâu, bộ điều khiển PID

Bộ điều khiển PID là tổng hợp ghép song song 3 khâu P,I,D sơ đồ khối như sau:

Đáp ứng của bộ PID:

Hình 2.6: Đáp ứng của khâu PID (ref: tín hiệu chuẩn)

Phương trình bộ PID lý tưởng:

2.2.6 Thiết kế bộ PID

Luật điều khiển thường được chọn trên cơ sở đã xác định được mô hình toán học của đối tượng phải phù hợp với đối tượng cũng như thỏa mãn yêu cầu của bài toán thiết kế

Trong trường hợp không thể xác định được mô hình toán học của đối tượng, có thể tìm luật điều khiển cũng như các tham số của bộ điều khiển thông qua thực nghiệm Ziegler và Nichols đã đưa ra phương pháp xác định thông số tối ưu của bộ

PID là dựa trên đồ thị hàm quá độ của đối tượng hoặc dựa trên các giá trị tới hạn thu được qua thực nghiệm

2.2.6.1 Thiết kế bộ PID sử dụng hàm quá độ của đối tượng

Phương pháp này còn có tên là phương pháp thứ nhất của Ziegler – Nichols Nó

có nhiệm vụ xác định các thông số Kp, TI, TD cho các bộ điều khiển P, PI và PID trên

cơ sở đối tượng có thể mô tả xấp xỉ bởi hàm truyền đạt dạng:

Sao cho hệ thống nhanh chóng về trạng thái xác lập và độ vọt lố δmax không vượt quá một giới hạn cho phép, khoảng 40% so với :

Ba tham số Tt (thời gian trễ), K (hệ số khuếch đại) và T (hằng số thời gian quán tính) của mô hình xấp xỉ có thể xác định được gần đúng từ đồ thị hàm quá độ h(t) của đối tượng Nếu đối tượng có dạng như Hình 2.7a mô tả thì từ đồ thị hàm h(t) đó ta đọc

Hình 2.7: Xác định tham số cho mô hình xấp xỉ bậc nhất có trễ

Gọi A là điểm kết thúc khoảng thời gian trễ, tức là điểm trên trục hoành có hoành

độ bằng Tt Khi đó T là khoảng cần thiết sau Tt để tiếp tuyến của h(t) tại A đạt được

giá trị K

Trường hợp hàm quá độ h(t) không có dạng lý tưởng như ở Hình 2.7a, nhưng có dạng gần giống như hình chữ S của khâu quán tính bậc 2 hoặc bậc n như mô tả ở hình 2.7b thì ba tham số K, Tt, T được xác định xấp xỉ như sau:

+ K là giá trị giới hạn h(∞)

+ Kẻ đường tiếp tuyến của h(t) tại điểm uốn của nó Khi đó Tt sẽ là hoành độ giao điểm của tiếp tuyến với trục hoành và T là khoảng thời gian cần thiết để đường tiếp tuyến đi được từ giá trị 0 tới được giá trị K

Như vậy ta thấy điều kiện để áp dụng được phương pháp xấp xỉ mô hình bậc nhất

có trễ của đối tượng là đối tượng phải ổn định, không có dao động và ít nhất hàm quá

độ của nó phải có dạng chữ S Sau khi đã có các tham số cho mô hình xấp xỉ của đối tượng, ta chọn các thông số của bộ điều khiển theo bảng sau:

Bảng 2.1: Lựa chọn thông số bộ điều khiển theo phương pháp Ziegler – Nichols

2.2.6.2 Sử dụng các giá trị tới hạn thu được từ thực nghiệm

Trong trường hợp không thể xây dựng phương pháp mô hình cho đối tượng thì phương pháp thiết kế thích hợp là phương pháp thực nghiệm Thực nghiệm chỉ có thể tiến hành nếu hệ thống đảm bảo điều kiện: Khi đưa trạng thái làm việc của hệ đến biên giới ổn định thì mọi giá trị của tín hiệu trong hệ thống điều phải nằm trong giới hạn cho phép

Phương pháp này còn có tên là phương pháp thứ hai của Ziegler – Nichols Điều

đặc biệt là phương pháp này không sử dụng mô hình toán học của đối tượng điều khiển, ngay cả mô hình xấp xỉ gần đúng

Các bước tiến hành như sau:

 Trước tiên, sử dụng bộ P lắp vào hệ kín (hoặc dùng bộ PID và chỉnh các thành phần KI và KD về giá trị 0) Khởi động quá trình với hệ số khuếch đại KP thấp, sau đó tăng dần KP tới giá trị tới hạn Kgh để hệ kín ở chế độ giới hạn ổn định, tức là tín hiệu ra h(t) có dạng dao động điều hòa Xác định chu kỳ tới hạn Tgh của dao động

Hình 2.8: Mô hình điều khiển với K gh

Hình 2.9: Xác định hệ số khuếch đại tới hạn

Xác định thông số bộ điều khiển theo bảng sau:

Bảng 2.2: Thông số bộ điều khiển theo thực nghiệm

Động cơ điện một chiều được phân loại theo kích từ thành những loại sau:

 Kích từ độc lập

 Kích từ song song

 Kích từ nối tiếp

 Kích từ hỗn hợp

2.3.2 Ưu điểm của động cơ điện một chiều

Do tính ưu việt của hệ thống điện xoay chiều: để sản xuất, để truyền tải , cả máy phát và động cơ điện xoay chiều đều có cấu tạo đơn giản và công suất lớn, dễ vận hành mà máy điện (động cơ điện) xoay chiều ngày càng được sử dụng rộng rãi và phổ biến Tuy nhiên động cơ điện một chiều vẫn giữ một vị trí nhất định như trong công nghiệp giao thông vận tải, và nói chung ở các thiết bị cần điều khiển tốc độ quay liên tục trong phạm vi rộng (như trong máy cán thép, máy công cụ lớn, đầu máy điện ) Mặc dù so với động cơ không đồng bộ để chế tạo động cơ điện một chiều cùng cỡ thì giá thành đắt hơn do sử dụng nhiều kim loại màu hơn, chế tạo bảo quản cổ góp phức tạp hơn nhưng do những ưu điểm của nó mà máy điện một chiều vẫn không thể thiếu trong nền sản xuất hiện đại

Ưu điểm của động cơ điện một chiều là có thể dùng làm động cơ điện hay máy phát điện trong những điều kiện làm việc khác nhau Song ưu điểm lớn nhất của động

cơ điện một chiều là điều chỉnh tốc độ và khả năng quá tải Nếu như bản thân động cơ không đồng bộ không thể đáp ứng được hoặc nếu đáp ứng được thì cần phải chi phí các thiết bị biến đổi đi kèm (như bộ biến tần ) rất đắt tiền thì động cơ điện một chiều không những có thể điều chỉnh rộng và chính xác mà cấu trúc mạch lực, mạch điều khiển đơn giản hơn đồng thời lại đạt chất lượng cao

Ngày nay hiệu suất của động cơ điện một chiều công suất nhỏ khoảng 75% ÷ 85%, ở động cơ điện công suất trung bình và lớn khoảng 85% ÷ 94% Công suất lớn nhất của động cơ điện một chiều vào khoảng 100.000kw điện áp vào khoảng vài trăm cho đến 1.000V

Ngoài ra, đối với động cơ một thông thường có hiệu suất cao và các đặc tính của chúng thích hợp với các truyền động servo Tuy nhiên, hạn chế duy nhất là trong cấu tạo của chúng cần có cổ góp và chổi than, những thứ dễ bị mòn và yêu cầu bảo trì, bảo dưỡng thường xuyên Để khắc phục nhược điểm này người ta chế tạo loại động cơ

không cần bảo dưỡng bằng cách thay thế chức năng của cổ góp và chổi than bởi cách chuyển mạch sử dụng thiết bị bán dẫn (chẳng hạn như biến tần sử dụng transitor công suất chuyển mạch theo vị trí rotor) Những động cơ này được biết đến như là động cơ đồng bộ kích thích bằng nam châm vĩnh cửu hay còn gọi là động cơ một chiều không chổi than BLDC (Brushless DC Motor) Do không có cổ góp và chổi than nên động cơ này khắc phục được hầu hết các nhược điểm của động cơ một chiều có vành góp thông thường

2.3.3 Các phương pháp điều tốc độ động cơ

2.3.3.1 Phương pháp điều khiển động cơ thường

Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều là rất quan trọng vì nó giúp ta lựa phương pháp phù hợp cho từng hệ thống riêng biệt

Về phương diện điều chỉnh tốc độ, động cơ điện một chiều có nhiều ưu việt hơn

so với loại động cơ khác, không những nó có khả năng điều chỉnh tốc độ dễ ràng mà cấu trúc mạch lực, mạch điều khiển đơn giản hơn đồng thời lại đạt chất lượng điều chỉnh cao trong dải điều chỉnh tốc độ rộng

Thực tế có hai phương pháp cơ bản để điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều:

 Điều chỉnh điện áp cấp cho phần ứng động cơ

 Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch kích từ động cơ

Cấu trúc phần lực của hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều bao giờ cũng cần có bộ biến đổi Các bộ biến đổi này cấp cho mạch phần ứng động cơ hoặc mạch kích từ động cơ Cho đến nay trong công nghiệp sử dụng bốn bộ biến đổi chính:

 Bộ biến đổi máy điện gồm: động cơ sơ cấp kéo một máy phát một chiều hoặc máy điện khuếch đại (KĐM)

 Bộ biến đổi điện từ: Khuếch đại từ (KĐT)

 Bộ biến đổi chỉnh lưu bán dẫn: chỉnh lưu tiristor (CLT)

 Bộ biến đổi xung áp một chiều: tiristor hoặc tranzitor (BBĐXA)

Tương ứng với việc sử dụng các bộ biến đổi mà ta có các hệ truyền động như:

 Hệ truyền động máy phát - động cơ (F-Đ)

 Hệ truyền động máy điện khuếch đại - động cơ (MĐKĐ-Đ)

 Hệ truyền động khuếch đại từ - động cơ (KĐT-Đ)

 Hệ truyền động chỉnh lưu tiristo - động cơ (T-Đ)

 Hệ truyền động xung áp - động cơ (XA-Đ)

Theo cấu trúc mạch điều khiển các hệ truyền động, điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều có loại điều khiển theo mạch kín (ta có hệ truyền động điều chỉnh tự động)

và loại điều khiển mạch hở (hệ truyền động điều khiển “hở”) Hệ điều chỉnh tự động truyền động điện có cấu trúc phức tạp, nhưng có chất lượng điều chỉnh cao và dải điều chỉnh rộng hơn so với hệ truyền động “hở”

Ngoài ra, các hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều cũng được phân loại theo truyền động có đảo chiều quay và không đảo chiều quay Đồng thời tuỳ thuộc vào các phương pháp hãm, đảo chiều mà ta có truyền động làm việc ở một góc phần tư, hai góc phần tư, và bốn góc phần tư

2.3.3.2 Phương pháp điều khiển cho động cơ không chổi than

Để điều khiển động cơ BLDC có hai phương pháp chính: phương pháp dùng cảm biến vị trí Hall (hoặc Encoder) và phương pháp điều khiển không cảm biến (sensorless control) Trong đó ta có hai phương pháp điều chế điện áp ra từ bộ điều khiển đó là điện áp dạng sóng hình thang và dạng sóng hình sin Cả hai phương pháp hình thang

và hình sin đều có thể sử dụng cho điều khiển có cảm biến Hall và không cảm biến, trong khi phương pháp không cảm biến chỉ dùng phương pháp điện áp dạng sóng hình thang

CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ PLC S7-200 VÀ

MODULE MỞ RỘNG ANALOG

3.1 Cơ sở lý thuyết về PLC S7-200

3.1.1 Giới thiệu chung về bộ lập trình PLC S7-200 của SIEMENS

PLC viết tắt của Programmable Logic Controller là thiết bị điều khiển logic lập trình được, hay thiết bị logic khả trình cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình Như vậy với chương trình điều khiển trong PLC trở thành bộ điều khiển số nhỏ gọn có thể dễ dàng thay đổi thuật toán điều khiển và trao đổi thông tin với môi trường bên ngoài (PLC khác hoặc máy tính)

S7-200 là thiết bị điều khiển logic khả trình của hãng Siemens (CHLB Đức), có cấu trúc kiểu module và có các module mở rộng Các module này được sử dụng với những mục đích khác nhau

Toàn bộ nội dung chương trình được lưu trong bộ nhớ của PLC, trong trường hợp dung lượng bộ nhớ không đủ ta có thể sử dụng bộ nhớ ngoài để lưu chương trình

 Giới thiệu về module mở rộng:

Module đầu vào số: EM221 có nhiều loại bao gồm 8/16 đầu vào và điện áp 24VDC/120-230VAC

Module đầu ra số: EM222 bao gồm 4/8 đầu ra 24VDC/120-230 VAC

Module vào/ra số: EM223 bao gồm 4/8/16 đầu vào 24VDC và 4/8/16 đầu ra 24VDC/RELAY/230VAC

Module đầu vào tương tự: EM231 từ 2/4 đầu vào với các loại tín hiệu 0-10V, 20mA…

4-Module đầu ra tương tự: EM232 có 2 đầu ra

Module vào ra tương tự: EM235 gồm 4 đầu vào và 1 đầu ra

Ngoài ra còn có các loại module thích hợp cho những ứng dụng khác như module điều khiển vị trí, module truyền thông

Bảng 3.1: Bảng thông số kỹ thuật của dòng PLC S7-200 họ 22X

Đầu vào nguồn: 24VDC/220VAC (tùy theo loại CPU)

Hình 3.1: Hình dáng bên ngoài của PLC S7-200

Đèn Qx.x (màu xanh): Chỉ báo trạng thái của đầu ra số (ON/OFF)

- Port truyền thông:

Port truyền thông nối tiếp RS485: Giao tiếp với PC, PG, TD200, OP, mạng biến tần,…

Port cho module mở rộng: Kết nối với module mở rộng

- Công tắc chuyển chế độ:

RUN: Cho phép PLC thực hiện chương trình, khi chương trình lỗi hoặc gặp lệnh STOP thì PLC tự động chuyển sang chế độ STOP mặc dù công tắc vẫn ở vị trí RUN (quan sát đèn trạng thái)

STOP: Dừng cưỡng bức chương trình đang chạy, các đầu ra chuyển về OFF TERM: Cho phép người dùng chọn một trong hai chế độ RUN/STOP từ xa, ngoài ra còn được dùng để download chương trình người dùng

Hình 3.3: Mô hình tổng quát của một PLC S7-200

- Đơn vị xử lý trung tâm (CPU Central Processing Unit):

CPU dùng để xử lý, thực hiện những chức năng điều khiển phức tạp quan trọng của PLC Mỗi PLC thường có từ một đến hai đơn vị xử lý trung tâm

CPU thường được chia làm hai loại: đơn vị xử lý “một bit” và đơn vị xử lý “từ ngữ”:

Đơn vị xử lý “một bit”: Chỉ áp dụng cho những ứng dụng nhỏ, đơn giản, chỉ đơn thuần xử lý ON/OFF nên kết cấu đơn giản, thời gian xử lý dài

Đơn vị xử lý “từ ngữ”: Có khả năng xử lý nhanh các thông tin số, văn bản, phép toán, đo lường, đánh giá, kiểm tra nên cấu trúc phần cứng phức tạp hơn nhiều tuy nhiên thời gian xử lý được cải thiện nhanh hơn

- Bộ nhớ:

Bao gồm các loại bộ nhớ RAM, ROM, EEFROM, là nơi lưu trữ các thông tin cần

xử lý trong chương trình của PLC

Bộ nhớ được thiết kế thành dạng module để cho phép dễ dàng thích nghi với các chức năng điều khiển với các kích cỡ khác nhau Muốn mở rộng bộ nhớ chỉ cần cắm thẻ nhớ vào rãnh cắm chờ sẵn trên module CPU

Bộ nhớ có một tụ dùng để duy trì dữ liệu chương trình khi mất điện

- Khối vào/ra:

Khối vào ra dùng để giao tiếp giữa mạch vi điện tử của PLC (điện áp 5/15VDC) với mạch công suất bên ngoài (điện áp 24VDC/220VAC)

Khối ngõ vào thực hiện việc chuyển mức điện áp từ cao xuống mức tín hiệu tiêu chuẩn để đưa vào bộ xử lý

Khối ngõ ra thực hiện việc chuyển mức tín hiệu từ tiêu chuẩn sang tín hiệu ngõ ra

và cách ly quang

- Bộ nguồn:

Biến đổi từ nguồn cấp bên ngoài vào để cung cấp cho sự hoạt động của PLC

- Khối quản lý ghép nối:

Dùng để phối ghép giữa PLC với các thiết bị bên ngoài như máy tính, thiết bị lập trình, bảng vận hành, mạng truyền thông công nghiệp

3.1.3 Cấu trúc bộ nhớ

3.1.3.1 Phân chia bộ nhớ

Bộ nhớ được chia làm 4 vùng cơ bản, hầu hết các vùng nhớ đều có khả năng đọc/ghi chỉ trừ vùng nhớ đặc biệt SM (Special Memory) là vùng nhớ có số chỉ đọc, số còn lại có thể đọc/ghi được

Hai vùng nhớ cuối cùng có ý nghĩa quan trọng trong việc thực hiện một chương trình Do vậy sẽ được trình bày chi tiết ở mục tiếp theo

Hình 3.4: Bộ nhớ trong và ngoài của S7-200 3.1.3.2 Vùng nhớ chương trình

Vùng nhớ chương trình gồm ba khối chính: OB1, SUBROUTIN và INTERRUPT

OB1: Chứa chương trình chính, các lệnh trong khối này luôn được quét trong mỗi vòng quét

SUBROUTIN: Chứa chương trình con, được tổ chức thành hàm và có biến hình thức để trao đổi dữ liệu, chương trình con sẽ được thực hiện khi có lệnh gọi từ chương trình chính

INTERRUPT: Miền chứa chương trình ngắt, được tổ chức thành hàm và có khả năng trao đổi dữ liệu với bất kỳ một khối chương trình nào khác Chương trình này sẽ được thực hiện khi có sự kiện ngắt xảy ra

 V (Variable memory): Vùng nhớ biến

 I (Input image register): Vùng đệm đầu vào

 Q (Output image register): Vùng đệm đầu ra

 M (Internal memory bits): Vùng nhớ các bit nội

 SM (Special memory): Vùng nhớ đặc biệt

3.1.3.4 Vùng đối tượng

Vùng đối tượng được sử dụng để lưu giữ dữ liệu cho các đối tượng lập trình như các giá trị tức thời, giá trị đặt trước của bộ đếm, hay timer Dữ liệu kiểu đối tượng bao gồm các thanh ghi của Timer, Counter, HSC, bộ đệm vào ra tương tự và các thanh ghi chỉ mục

3.1.4 Ngôn ngữ lập trình của PLC S7-200

3.1.4.1 Phương pháp lập trình

 Có hai loại thiết bị có thể dùng để lập trình cho PLC S7- 200 là PG và PC:

PG: Là thiết bị lập trình chuyên dụng được dùng cho PLC S7-200 tuy nhiên chỉ

sử dụng để lập trình với ngôn ngữ STL

PC: Là máy tính cá nhân trên đó có cài phần mềm STEP7-MICROWIN Phần

mềm này cho phép lập trình với cả ba ngôn ngữ là STL, LAD và FBD Để cài phần mềm này người phải có bản quyền và PC phải cài hệ điều hành WIN98/2000/NT/XP Hiện nay hầu hết sử dụng STEP7- MICROWIN 3.0, 3.2, 4.0 để lập trình cho S7 để có thể sử dụng được những ứng dụng nâng cao

 Giao diện làm việc: Sau khi đã cài đặt phần mềm STEP7-MICROWIN và vào chương trình làm việc, giao diện làm việc sẽ được thể hiện như sau:

Hình 3.5: Giao diện soạn thảo của phần mềm lập trình

 Phương pháp lập trình:

S7-200 biểu diễn chương trình dưới dạng một mạch logic cứng bằng một dãy các lệnh và khối chương trình theo thứ tự quy định Các lệnh và khối này sẽ lần lượt được quét trong chương trình từ đầu đến cuối trong một vòng quét PLC sẽ làm việc ngay tại vòng quét đầu tiên và từ đó thực hiện liên tục chu kỳ quét Trong mỗi vòng quét nếu

có một lệnh được gọi PLC sẽ nhận lệnh đó và thực hiện, nếu không quét kịp thì tại vòng quét tiếp theo sẽ thực hiện

 Có ba phương pháp lập trình cơ bản:

Lập trình hình thang (LAD – Ladder Logic)

Phương pháp khối hàm (FBD – Function Block Diagram)

Phương pháp liệt kê câu lệnh (STL – Statement List)

Nếu chương trình được viết theo kiểu LAD hoặc FBD thì có thể chuyển sang dạng STL nhưng không phải mọi chương trình viết bằng STL đều có thể chuyển sang hai dạng kia

LAD: Là ngôn ngữ lập trình bằng đồ hoạ mô phỏng theo mạch relay Các phần

tử cơ bản dùng để biểu diễn lệnh logic

Tiếp điểm: Mô tả các tiếp điểm dùng trong mạch relay, toán hạng của tiếp điểm dùng trong chương trình là bit Có hai loại tiếp điểm:

Tiếp điểm thường đóng

Tiếp điểm thường mở

Cuộn dây: Mô tả cuộn dây relay Toán hạng sử dụng là bit

Hộp: Là biểu tượng mô tả các hàm khác nhau làm việc khi có tín hiệu đến kích Những hàm thường được biểu diễn bằng hộp là các hàm tạo thời gian (Timer), hàm đếm (Counter) và các hàm toán học

STL: Phương pháp liệt kê lệnh là phương pháp lập trình bằng cách tập hợp các

câu lệnh, mỗi câu lệnh thể hiện một chức năng của chương trình Để tạo một chương trình dạng STL người lập trình cần phải hiểu rõ phương thức sử dụng ngăn xếp Ngăn xếp logic là một khối gồm 9 bit chồng lên nhau từ S0 – S8 Tất cả các thuật toán liên quan đến ngăn xếp đều chỉ làm việc với bít đầu tiên (S0) và bit thứ hai (S1) của ngăn xếp Giá trị logic mới đều có thể được gửi hoặc nối thêm vào ngăn xếp Khi phối hợp hai bit đầu tiên của ngăn xếp thì ngăn xếp sẽ được kéo lên một bit

Bảng 3.2: Ngăn xếp và tên bit

S0 Bit đầu tiên hay bit trên cùng của ngăn xếp

S1 Bit thứ hai của ngăn xếp

S2 Bit thứ ba của ngăn xếp

S3 Bit thứ tư của ngăn xếp

S4 Bit thứ năm của ngăn xếp

S5 Bit thứ sáu của ngăn xếp

S6 Bit thứ bảy của ngăn xếp

S7 Bit thứ tám của ngăn xếp

S8 Bit thứ chín của ngăn xếp

FBD: Là phương pháp lập trình khối hàm mô phỏng các lệnh và khối làm việc

trong mạch số Các phần tử cơ bản trong phương pháp này là các khối lệnh được liên kết với nhau

3.1.4.2 Bảng lệnh của PLC S7-200

 Tập lệnh của S7-200 chia làm ba nhóm:

Các lệnh mà khi thực hiện thì làm việc độc lập không phụ thuộc vào giá trị logic của ngăn xếp

Các lệnh chỉ thực hiện khi bit đầu tiên của ngăn xếp có giá trị logic bằng 1

Các nhãn lệnh đánh dấu vị trí trong tập lệnh hay còn gọi là nhóm lệnh điều khiển chương trình

Cả ba phương pháp đều sử dụng ký hiệu I để chỉ các lệnh làm việc tức thời, tức là giá trị được chỉ định trong lệnh vừa được chuyển vào thanh ghi ảo đồng thời được chuyển ngay đến tiếp điểm được chỉ dẫn ngay trong lệnh ngay khi được thực hiện chứ không phải chờ đến giai đoạn trao đổi với ngoại vi của vòng quét Điều đó khác với lệnh không tức thời là giá trị chỉ chuyển vào thanh ghi ảo khi thực hiện lệnh

 Các nhóm lệnh được cho trong cây lệnh của S7-200:

Bit Logic: Tập lệnh làm việc với bit

Clock: Tập lệnh làm việc với thời gian của hệ thống