Thạc Sĩ Tổng hợp hệ thổng điều chỉnh nhiệt độ sử dụng khối PID của PLC S7 - 300

Luận văn thạc sĩ
Đề tài: Tổng hợp hệ thổng điều chỉnh nhiệt độ sử dụng khối PID của PLC S7 - 300
Mô tả bị lỗi font vài chữ, tài liệu thì bình thường

mục lục
Mở đầu 1
Chương I - Nghiên cứu tổng quát PLC 3
1.1 Khái quát về kỹ thuật điều khiển 3
1.2 Thiết bị điều khiển khả trình (PLC) 5
1.3 Cấu trúc PLC S7-300 6
1.3.1 PLC là gì? 6
1.3.2 Nguyên lý chung và cấu trúc bộ PLC 7
1.3.3 Hệ PLC S7-300 9
1.3.4 Các module của PLC S7-300 9
1.4 Phần mềm STEP-7 11
1.4.1 STEP7 định nghĩa và chức năng 11
1.4.2 Bộ chương trình Step7 chuẩn( STEP7 Standard Package) 12
1.5 Kỹ thuật lập trình 15
1.5.1 Lập trình tuyến tính 15
1.5.2 Lập trình có cấu trúc 17
1.5.2.1 Khai báo local block cho FC 18
1.5.2.2 Gọi khối FC và thủ tục chuyển tham trị 20
1.5.2.3 Local block của khối FB 20
1.5.2.4 Instance block và thủ tục gọi khối FB 22
1.5.2.5 Ngăn xếp B và ngăn xếp L (B-Stack, L-Stack) 24
Chương II – Nghiên cứu module mềm pid 25
2.1 Các khối chức năng điều khiển PID trong PLC. 25
2.1.1 Module điều khiển liên tục với FB41 “ CONT_C” 26
2.1.2 Modul điều khiển bước FB42 “ CONT_S” 36
2.1.3 Khối tạo xung FB43 “ PULSEGEN” 38
2.1.4. Module xử lý tín hiệu “ 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 điềukhiển 48
2.2.1. Cài đặt bộ điều khiển PID bằng khối FB41 “CONT_C” và khối
FB43 “PULSEGEN”
48
2.2.2. Cài đặt bộ điều khiển Cascade trên cơ sở FB41 “CONT_C” 50
2.2.3. Cài đặt điều khiển bù ảnh hưởng của nhiễu từtín hiệu đặt bằng
FB41 “CONT_C”.
51
Chương III – Xây dựng hệ thống điều khiển sử dụng
Module mềm PID trong PLC
54
3.1 Cấu trúc hệ thống. 54
3.1.1. Các phần tử trong hệ thống: 55
3.1.2. Nguyên lý hoạt động của hệ thống. 57
3.2. Phần mềm giám sát WinCC 58
Chương 4. Khảo sát hệ thống. 65
4.1 Xác định mô tả động học của đối tượng 65
4.1.1 Các phương pháp xác định mô tả động học của đối tượng 65
4.1.1.1 Phương pháp giải tích 65
4.1.1.2 Phương pháp thực nghiệm chủ động 65
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.Xỏc ủịnh thụng số bộ ủiều khiển 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
4.2.2.2 Thư viện SIMULINK 83
4.2.3 Khảo sát hệ thống lò điện trở dùng công cụ SIMULINK 84
4.3 Khảo sát hệ thống điều khiển thực 89
Kết luận và đề nghị 93
Tài liệu tham khảo 95
Phụ lục 96

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. Doñó 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 thốngñiều 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 ñiều khiển
ðiều khiển trong kỹ thuật ñược hiểu là khoa học nghiên cứu về quá
trình thu thập, xử lý tín hiệu và ñiều khiển các quá trình và hệ thống thiết bị
kỹ thuật. ðó là tập hợp tất cả các tác ñộng mang tính tổ chức của một quá
trình nào ñó nhằm ñạt ñược mục ñích mong muốn của quá trình ñó. Hệ thống
ñiều khiển ( Controll System – HTðK) mà không có sựtham gia trực tiếp của
con người ñược gọi là HTðK tự ñộng.
Kỹ thuật ñiều khiển phát triển từ rất xa xưa. Tuy nhiên, cho ñến những
năm 1940 của thế kỷ XX, cơ sở lý thuyết ñiều khiển tự ñộng ñược hình thành.
Khi ñó, các phương pháp khảo sát hệ “ một ñầu vào, một ñầu ra- SISO” như:
Hàm truyền và biểu ñồ Bode ñể khảo sát ñáp ứng tần số và ổn ñịnh; biểu ñồ
Nyquist và dự trữ ñộ lợi/pha ñể phân tích tính ổn ñịnh của hệ kín. Vào cuối
những năm 1940 và ñầu những năm 1950 phương pháp ñồthị nghiệm của
Evans ñã ñược hoàn thiện. Giai ñoạn này ñược coi là“ ñiều khiển cổ ñiển”.
ðến những năm 1960, là giai ñoạn phát triển của kỹ thuật ñiều khiển
ñược gọi là “ ñiều khiển hiện ñại” ( Modern Control). Hệ kỹ thuật ngày càng
trở nên phức tạp, có “ nhiều ñầu vào, nhiều ñầu ra-MIMO”. Và phương pháp
ñiều khiển bằng biến trạng thái, lý thuyết ñiều khiển tối ưu có những bước
phát triển lớn dựa trên nền tảng nguyên lý cực ñại của Pontryagin và lập trình
ñộng lực của Bellman. ðồng thời, lọc Kalman ñược hoàn thiện và nhanh
chóng trở thành công cụ chuẩn, ñược sử dụng trong nhiều lĩnh vực ñể ước
lượng trạng thái bên trong của hệ từ tập nhỏ các tín hiệu ño ñược.
Bắt ñầu từ những năm 1980, ứng dụng những thành tựucủa toán học,
các nghiên cứu về ñiều khiển ñã ñưa ra ñược 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 thuậtñiều 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 vàneural.
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 cóñầu 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 ramột 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.

TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tài liệu tiếng việt
[1]. Nguyễn Văn Hoà (2001), Lý thuyết ñiều khiển tự ñộng, NXB Khoa học &
kỹ thuật, Hà Nội.
[2]. Phan Xuân Minh, Nguyễn Doãn Phước, Vũ Vân Hà (2006), Tự ñộng hoá
với SIMANTIC S7-300, NXB Khoa học & kỹ thuật, Hà Nội.
[3]. Nguyễn Doãn Phước (2002), Lý thuyết ñiều khiển tuyến tính, NXB Khoa
học & kỹ thuật, Hà Nội.
[4]. Nguyễn Phùng Quang (2006), MATLAB & SIMULINK Dành cho Kỹ sư
ñiều khiển tự ñộng,NXB Khoa học & kỹ thuật, Hà Nội.
[5]. Hoàng Minh Sơn (2006), Cơ sở hệ thống ñiều khiển quá trình, NXB Bách
Khoa Hà Nội, Hà Nội.
Tài liệu nước ngoài
[6]. Astrom,K,T,Hagglund (1995), PID controller, Theory Design Tuning,
Instrument Society Of America, Research Triangle Park.
[7]. Lennart Ljung, System Identification Toolbox 7 User Guide
[8]. Siemen AG, STEP 7 PID controller.