Điều khiển PID tốc độ động cơ DC, AC bằng PLC

LỜI NÓI ĐẦU N gày nay, với sự phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật, công nghệ thông tin và các chương trình ứng dụng; đã giúp ngành tự động hóa góp phần không nhỏ trong quá trình phát triển chung của đất nước. Dùng máy tính để hiển thị trạng thái làm việc đươc sử dụng rộng rãi. Trong lĩnh vực tự động hóa trong công nghiệp, WinCC là một trong những phần mềm chuyên dùng của hãng Siemens để quản lý, thu thập dữ liệu và điều khiển quá trình công nghiệp. Xuất phát từ thực tế đó, bằng những kiến thức đã được học và được đọc ở trường cùng với những kiến thức tìm tòi từ báo chí sách vở và Internet chúng tôi đã quyết định tìm hiểu về đề tài: “ĐIỀU KHIỂN PID TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC, AC BẰNG PLC” Chúng tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Thầy TRẦN VĂN TRINH đã hướng dẫn, giúp đỡ trong quá trình thực hiện đề tài, cũng như những kiến thức bổ ích Thầy truyền đạt cho chúng tôi trong thời gian qua. Trong thời gian thực hiện đề tài chúng tôi không tránh khỏi những thiếu sót mong thầy cô và các bạn đóng góp thêm để hoàn thiện đề tài hơn nữa. & Gò Vấp, tháng 06 năm 2009 Đặng Hồng Hòa Đinh Trương Nam Duy TÓM TẮT ĐỒ ÁN Sau khi hoành thành xong đồ án với đề tài là “Điều khiển PID tốc độ động cơ DC, AC bằng PLC” chúng tôi xin tóm tắt lại những vấn đề như sau: Những công việc đã làm được: Tìm hiểu rõ bộ điều khiển PID. Tìm hiểu rõ chương trình WinCC để thiết kế được giao diện điều khiển trực quan, dể điều khiển, liên kết với các biến trong PC ACCESS để điều khiển PLC. Thiết kế được mạch điều khiển động cơ DC bằng FET đảo chiều bằng role. Thiết kế mạch kích động cơ AC sử dụng vi mạch TCA 785. Mạch đọc xung Encoder hai pha A và B Tìm hiểu và sử dụng được các thuật toán, các bộ HSC, PWM, PTO, PID… trong PLC. Các bộ điều khiển PID điều khiển động cơ rất tốt thời gian xác lập nhỏ, sai số không đáng kể, các thông số của bộ điều khiển ổn định đáp ứng tốt ưu cầu đặt ra. Những việc chưa làm được: Khi động cơ có tốc độ lớn thì nếu vận tốc đặt nhỏ thì bộ điều khiển làm việc chưa được tốt còn có ít sai số trong khoảng thời gian xác lập Đối với động cơ AC một pha, thì khi đặt tốc độ nhỏ <450 vòng/phút, thì động cơ chạy không ổn định. Do cấu tạo động cơ AC khi khởi động cần dòng I lớn hơn nhiều lần so với dòng định mức. Ký nhận của giáo viên Th.S Trần Văn Trinh Ký nhận của giáo viên MỤC LỤC Chương mở đầu: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.MỤC ĐÍCH Trong công nghiệp và điều khiển tự động ngày nay, máy tính và PLC ngày càng trở thành bộ phận không thể thiếu trong quá trình điều khiển và hầu hết các xí nghiệp tự động hiện nay đều dùng đến nó. Để hiểu rõ hơn về PLC và bộ điều khiển PID trong đồ án này chúng tôi chọn và thực hiện đề tài “ĐIỀU KHIỂN PID TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC, AC BẰNG PLC” 2.NỘI DUNG Đề tài “ĐIỀU KHIỂN PID TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC,AC BẰNG PLC” là sự kết hợp giữa WinCC và PLC để điều khiển tốc độ động cơ DC, AC nhằm đạt được tốc độ cài đặt từ trước tùy người sử dụng theo các hệ số tỉ lệ Kp, Ki, Kd trên giao diện được viết bằng WinCC. Sau đó từ chương trình điều khiển được viết trên PLC sẽ tính toán các thông số trên dựa vào thuật toán PID và xuất ra một xung PWM điều khiển động cơ DC hay một tần số PTO để điều khiển động cơ AC, đồng thời sẽ liên tục update tốc độ, độ rộng xung, tần số lên giao diện WinCC. Tổng quan nội dung đề tài: Tìm hiểu bộ điều khiển PID. Tìm hiểu và thiết kế giao diện điều khiển bằng WinCC. Tìm hiểu cách kết nối và điều khiển giữa WinCC, PLC và các hệ thống khác : động cơ, encoder ….. Tìm hiểu bộ HSC, điều xung PWM, điều xung PTO trong PLC. Chương I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN PID Bộ điều khiển PID (A proportional integral derivative controller) là bộ điều khiển sử dụng kỹ thuât điều khiển theo vòng lặp có hồi tiếp được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống điều khiển tự động. Một bộ điều khiển PID cố gắng hiệu chỉnh sai lệch giữa tín hiệu ngõ ra và ngõ vào sau đó đưa ra một một tín hiệu điều khiển để điều chỉnh quá trình cho phù hợp. Hàm truyền đạt Hình 1.1: Sơ đồ khối của bộ điều khiển PID Hàm truyền của khâu PID là: Nếu e(t) là đầu vào, u(t) là đầu ra thì: Hay viết dưới dạng khác: Với: – Kp là độ lợi của khâu tỷ lệ (Proportional gain) – Ki là độ lợi của khâu tích phân (Integral gain) – Kd là độ lợi của khâu vi phân (Derivative gain) Việc hiệu chỉnh 3 thông số KP, KI, KD sẽ làm tăng chất lượng điều khiển. Ảnh hưởng của 3 thông số này lên hệ thống như sau: Đáp ứng vòng kín Thời gian tăng Vọt lố Thời gian quá độ Sai sô xác lập Kp Giảm Tăng Ít thay đổi Tăng Ki Giảm Tăng Tăng Không xác định Kd Ít thay đổi Giảm Giảm Thay đổi ít Hình 1.2 – Biểu đồ đáp ứng và điều chỉnh dùng PID Biến đổi bộ điều khiển PID Bộ điều khiển PID có hàm truyền dạng liên tục như sau: Có 3 phương pháp căn bản để biến đổi Z hàm truyền trên. Phương pháp Euler thuận (Forward Euler): Phương pháp Euler nghịch (Backward Euler): Phương pháp hình thang (Tustin): Theo phương pháp hình thang ta có biến đổi Z như sau: Viết lại G(z) ta có: Đặt: ; ; Ta có: Từ đó, ta tính được tín hiệu điều khiển u(k) khi tín hiệu vào e(k) như sau: Cuối cùng ta có được công thức sau: GIỚI THIỆU VỀ WINCC Giới thiệu về WinCC WinCC ( Windows Control Center ): là chương trình kết hợp với PLC dùng để giám sát, thu thập dữ liệu và điều khiển các hệ thống tự động hóa quá trình sản xuất. nó là một chương trình HMI (Human Machine Interface) hổ trợ người dùng lập trình thiết kế giao diện người – máy. WinCC là hệ thống trung tâm điều khiển của cả hệ thống, nó cung cấp các tính năng như: hiển thị hình ảnh, các số liệu, lưu trữ dữ liệu, cảnh báo, giao diện than thiện, dễ điều khiển… Dưới đây là cách thức tạo một dự án mẫu: Đầu tiên là mở giao diện WinCC: Hình 1.3 . Cách vào WinCC 6.0 Vào menu => simatic => WinCC => windows control Center 6.0. Khi đó màn hình sẽ hiện lên thông báo tạo mới dự án như sau: Single User Project :tạo dự án với 1 máy chủ. Multi-User Project : tạo dự án với nhiều máy tính nối mạng. Client Project :tạo dự án với 2 máy kết nối nhau. Nhấn chọn Single User Project và OK. Hình 1.4 Tạo 1 project mới (1) Sau đó hộp thoại mới xuất hiện để tạo tên dự án và nơi lưu trữ như hình: Hình 1.4 Tạo 1 project mới (2) Khi đó cửa sổ soạn thảo giao diện xuất hiện như hình: Hình 1.5 Giao diện làm việc khi tạo project Để kết nối với PLC thì cần liên kết với DRIVER. Chọn phải chuột vào Tag Management và chọn Add New Driver: Hình 1.6 Kết nối PLC với máy tính (1) Khi đó hộp thoại Add New Driver xuất hiện và chọn OPC.CHN và chọn OK. Hình 1.7 Kết nối PLC với máy tính (2) Tạo biến nội Trong WinCC có 2 cách tạo biến là Biến nội :là các vùng nhớ có sẳn trong WinCC nhằm mô phỏng hệ thống trên giao diện WinCC như một PLC ảo và biến ngoại dùng để kết nối giữa PLC thực tế và giao diện WinCC phần này sẽ được nói đến trong phần giới thiệu về PC ACCESS trong phần tiếp theo. Để tạo các biến nội thì trong mục Internal tags nhấp phải chuột chọn new tags Hình 1.8 Tạo biến nội Sau đó đặt tên cho biến đó và chọn kiểu của biến vừa thiết lập với: Binary tag: kiểu nhị phân. Unsigned 8 - bit value:kiểu số nguyên 8 bit không dấu. Signed 8 - bit value: kiểu số nguyên 8 bit có dấu. Unsigned 16 - bit value: kiểu số nguyên 16 bit không dấu. Signed 16 - bit value: kiểu số nguyên 16 bit có dấu. Unsigned 32 - bit value: kiểu số nguyên 32 bit không dấu Signed 32 - bit value: kiểu số nguyên 32 bit có dấu Floating Point Number 32 bit IEEE 754: kiểu số thực 32 bit theo tiêu chuẩn của IEEE 754 Floating Point Number 64 bit IEEE 754: kiểu số thực 32 bit theo tiêu chuẩn của IEEE 754 Text tag 8 bit character set: kiểu ký tự 8 bit. Text tag 16 bit character set: kiểu ký tự 16 bit. Raw Data type: kiểu dữ liệu thô. Hình 1.8 Tạo kiểu dữ liệu cho biến Sau đó biến được tạo ra trong thư viện, các biến khác thực hiện tương tự sau khi tạo xong thì liên kết các biến này với các phần trong giao diện: Hình 1.9 Biến sau khi tạo Thiết lập giao diện và các thuộc tính Để thiết lệp giao diện điều khiển thì trong giao diện WinCC click chuột phải vào Graphics Dedigner chọn new picture: Sau đó click chuột phải vào nó và chọn rename picture để đổi tên Hình 1.10 Tạo giao diện hoạt động (1) cần dùng và nhấp dúp vào để bắt đầu thiết kế giao diện điều khiển: Hình 1.11 Tạo giao diện hoạt động (2) Sau đó một một file ảnh được tạo với tên mặc định là “NewPdl0.Pdl” để đổi tên file ảnh vừa tạo, nhấp chọn file ảnh và phải chuột chọn “Rename picture” Hình 1.12 Tạo giao diện hoạt động (3) Khi đó trên màn hình hiển thị hộp thoại “New Name”: Cửa sổ Graphics Designer: Giao diện ban đầu của cửa sổ Graphics Designer: Hình 1.13 Giao diện của cửa sổ Graphics Designer Hình ảnh quá trình: Tất cả các đối tượng hình cần dùng cho hình ảnh quá trình được lấy trong thư viện của WinCC hoặc có thể tự thiết kế mới. Trên bảng chọn lệnh vào View chọn Library Hoặc cũng có thể nhấp vào biểu tượng Library trên thanh công cụ Hình 1.14 Quá trình lấy các hình mẫu Hộp thoại Library xuất hiện như trên, để lấy hình ảnh ra ngoài làm việc cần nhấp chọn và kép thả ra ngoài giao diện Tạo nút nhấn: Trong bảng các đối tương điều khiển vào “Window Objects” chon vào biểu tượng “Button” Sau khi tạo nút nhấn xuất hiện hộp thoại: Nút nhấn Đạt tên nút nhấn Liên kết với file ảnh khi được nhấn Lựa chọn file ảnh liên kết Hình 1.15 Tạo nút nhấn Cách lập trình nút nhấn: nhấp phải chuột chọn Properties của nút nhấn vừa tạo. Hộp thoại “Objects Properties” xuất hiện. Chọn tab “Events” >> “Button” >> “Mouse”. Lập trình cho nút nhấn dùng lập trình C chọn “Mouse Action” phải chuột chọn “C-Action” Hình 1.16 Lập trình nút nhấn (1) Hộp thoại “Edit Action” : Tập lệnh cơ bản trong WinCC Vùng lập trình Kiểm tra lỗi Hình 1.17 Lập trình nút nhấn (2) Ví dụ: Tạo nút nhấn “Hoạt động” theo yêu cầu khi nhấn thì đặt biến “bien_1” kiểu binay lên mức 1. Hình 1.18 Lập trình nút nhấn (3) d. Một số lệnh thường dùng trong chương trình SetTagBit: Cú pháp: Bool SetTagBit(Tag Tag_Name, short int value) Nội dung: Định giá trị cho một Tag có kiểu dữ liệu là Binary. SetTagByte Cú pháp: Bool SetTagByte(Tag Tag_Name, byte value) Nội dung: Định giá trị cho một Tag có kiểu dữ liệu là 8 bit. SetTagSByte Cú pháp: Bool SetTagSByte(Tag Tag_Name, signed char value) Nội dung: Định giá trị cho một Tag có kiểu dữ liệu là 8 bit có dấu. Tương tự có các hàm SetTagWord, SetTagDWord . . . GetTagBit Cú pháp: Bool GetTagBit(Tag Tag_Name) Nội dung: Lấy giá trị hiện tại của một Tag có kiểu dữ liệu là Binary. GetTagByte Cú pháp: Bool GetTagByte(Tag Tag_Name) Nội dung: Lấy giá trị hiện tại của một Tag có kiểu dữ liệu là 8 bit. GetTagSByte Cú pháp: Bool GetTagBit(Tag Tag_Name) Nội dung: Lấy giá trị hiện tại của một Tag có kiểu dữ liệu là 8 bit có dấu. Tương tự có các hàm GetTagWord, GetTagDWord . . . Các hàm điều khiển thường dùng: Thoát khỏi Runtime: Cú pháp: Bool DecactivateRTProject() Nội dung: Thoát khỏi chương trình WinCC đang chạy Runtime Thoát khỏi WinCC: Cú pháp: Bool ExitWinCC() Nội dung: Thoát khỏi chương trình WinCC, kể cả WinCC Explorer Các hàm xử lý tính toán: Các hàm tính toán trên bit: Tạo và thực thi vùng nhập/xuất dữ liệu (I/O Field): Trong bảng các đối tượng điều khiển vào “Smart Objects” chọn vào biểu tượng “Button”. Sau khi tạo vùng nhập/xuất dữ liệu xuất hiện hộp thoại: Định dạng kiểu, màu và cỡ chữ I/O Field Liên kết với biến cần nhập/xuất dữ liệu Thời gian cập nhật giá trị vào biến Thiết lập kiểu I/0 là nhập hoặc xuất hoặc cả hai Hình 1.19 Tạo I/O Field GIỚI THIỆU VỀ PC ACCESS PC Access là phần mềm dùng để tạo các biến ngoại nhằm liên kết giữa các công cụ điều khiển và hiển thị WinCC và các ô nhớ trong PLC để có thể điều khiển các ngõ ra trong PLC và hển thị chùng lên WinCC. Giao diện của chương trình như sau: Hình 1.20 Giao diện khởi động PC Access Để tạo các biến ngoại thì trước tên đặt tên cho PLC ảo trong chương trình PC access bằng cách click chuột phải vào MicroWin(com1) và chọn New PLC. Sau đó giao điện PLC Properties hiện và và tiến hành đặt tên cho PLC ảo là New PLC như hình: Để tạo các biến cho chương trình thì click chuột phải vào New PLC và chọn new Item, sau đó giao diện đặt biến hiện ra để đặt tên, địa chỉ ô nhớ, kiểu dữ liệu của biến đó: Hình 1.21 Tạo biến liên kết trong PC Access Các biến khác cũng làm tương tự sau đó tiến hành Save chương trình vừa tạo. GIỚI THIỆU VỀ PLC S7_200 CPU224DC Đối với PLC S7200 thì tài liệu về nó rất nhiều chính vì thế trong bài này tôi không đề cập tới những kiến thức căn bản trong PLC mà sẽ tìm hiểu về nhưng kiến thức tổng quát hơn sâu hơn đó là: cách kết nối PLC, cách dùng HSC, điều xung PWM, bộ điều khiển PID. 4.1. Cách kết nối PLC và giao tiếp với máy tính Đối với loại CPU S7-200 DC/DC/DC: Điện áp cấp nguồn: 24VDC Ngõ vào tích cực: 24VDC Điện áp tại ngõ ra: 24VDC Dưới đây là sơ đồ khối của CPU224DC: Hình 1.22 Sơ đồ khối của CPU224DC Để có thể giao tiếp giữa máy tính và PLC cho thực hiện việc Download hoặc Upload cho PLC, trước tiên ta phải chọn cổng giao tiếp: - Trường hợp cáp giao tiếp là cáp USB thì cổng giao tiếp phải chọn USB - Trường hợp cáp giao tiếp là cáp COM thì phải chọn đúng cổng giao tiếp của máy tính. Để có thể chọn cổng giao tiếp,vào mục Communication, chọn Set PG/PC Interface. Hình 1.23 Liên kết PLC với máy tính(1) Sau đó chọn Properties của PC/PPI cable (PPI) Trong Tab PPI: chọn đúng tốc độ Bauds ở phần Transmission Rate: Tốc độ để mặc định là 9600, tốc độ Baud mặc định ở cáp cũng là 9600 ( tốc độ Baud này chỉ áp dụng đối cáp cổng COM), trên cáp COM, cho phép ta chọn nhiều mức tốc độ Baud khác nhau. Trong phần Local Connection: cho phép ta chọn cổng COM. Sau khi chọn cổng COM, bước kế tiếp là phải chọn địa chỉ PLC, thông thường địa chỉ mặc định của PLC là 2, nếu địa chỉ PLC khác 2 thì ta phải chọn địa chỉ đúng trước khi thực hiện việc Communication. Trường hợp nếu không biết địa chỉ PLC ta có thể thực hiện như sau: Hình 1.24 Liên kết PLC với máy tính(2) Hình 1.25 Liên kết PLC với máy tính(3) Vào phần Communication,chọn Search all baud rate sau đó double click vào phần “ double click to refresh,khi đó chương trình sẽ tự nhận địa chỉ PLC . Sau khi chọn xong cổng Com cũng như địa chỉ PLC, ta thực hiện việc Download cũng như Upload: Chọn mũi tên xuống cho việc Download,mũi tên lên cho việc upload. Ngoài ra việc Communication còn có thể thực hiện bằng cách Vào CPU click chuột phải,chọn Type : Chọn Read PLC,nếu liên thông được thì chương trình có thể đọc được loại PLC,còn không thì nó sẽ báo,ta phải chọn lại cổng COM cũng như địa chỉ PLC trong phần Communications. Hình 1.26 Chọn loại CPU 4.2. High Speed Counter: Để đọc xung tốc độ cao (HSC), ta cần phải thực hiện các bước cho vệc định dạng Wizard: Hình 1.27 Thiết lập High Speed Counter (1) * Chọn Wizard đọc xung tốc độ cao High Speed Counter: Chọn Mode đọc xung tốc độ cao và loại Counter nào (HC0,HC1…) Hình 1.28 Thiết lập High Speed Counter (2) Tuỳ từng loại ứng dụng mà ta có thể chọn nhiều Mode đọc xung tốc độ cao khác nhau,có tất cả 12 Mode đọc xung tốc độ cao như sau: Mode 0,1,2 : Dùng đếm 1 pha với hướng đếm được xác định bởi Bit nội . Hình 1.29 Giản đồ xung Mode 0,1 và 2 Mode 0: Chỉ đếm tăng hoặc giảm, không có Bit Start cũng như bit Reset Mode 1: Đếm tăng hoặc giảm, có bit Reset nhưng không có bit Start Mode 2: Đếm tăng hoặc giảm, có Bit Start cũng như bit Reset để cho phép chọn bắt đầu đếm cũng như chọn thời điểm bắt đầu Reset. Các Bit Start cũng như Reset là các ngõ Input chọn từ bên ngoài. Mode 3,4,5: Dùng đếm 1 pha với hướng đếm được xác định bởi Bit ngoại, tức là có thể chọn từ ngõ vào input. Mode 3: Chỉ đếm tăng hoặc giảm, không có Bit Start cũng như bit Reset Hình 1.30 Giản đồ xung Mode 3,4 và 5 Mode 4: Đếm tăng hoặc giảm,có bit Reset nhưng không có bit Start Mode 5: Đếm tăng hoặc giảm, có Bit Start cũng như bit Reset để cho phép chọn bắt đầu đếm cũng như chọn thời điểm bắt đầu Reset. Các Bit Start cũng như Reset là các ngõ Input chọn từ bên ngoài. Mode 6,7,8: Dùng đếm 2 pha Hình 1.31 Giản đồ xung Mode 6,7 và 8 với 2 xung vào, 1 xung dùng để đếm tăng và một xung đếm giảm Mode 6: Chỉ đếm tăng giảm, không có Bit Start cũng như bit Reset Mode 7: Đếm tăng giảm, có bit Reset nhưng không có bit Start Mode 8: Đếm tăng giảm, có Bit Start cũng như bit Reset để cho phép chọn bắt đầu đếm cũng như chọn thời điểm bắt đầu Reset. Các Bit Start cũng như Reset là các ngõ Input chọn từ bên ngoài. Mode 9,10,11 : Dùng để đếm xung A/B của Encoder,có 2 dạng: Dạng 1 (Quadrature 1x mode): Đếm tăng 1 khi có xung A/B quay theo chiều thuận, và giảm 1 khi có xung A/B quay theo chiều ngược. Dạng 2 (Quadrature 4x mode): Đếm tăng 4 khi có xung A/B quay theo chiều thuận, và giảm 4 khi có xung A/B quay theo chiều ngược. Mode 9: Chỉ đếm tăng giảm, không có Bit Start cũng như bit Reset Mode 10: Đếm tăng giảm, có bit Reset nhưng không có bit Start Hình 1.32 Giản đồ xung Mode 9,10 và 11 Mode 11: Đếm tăng giảm, có Bit Start cũng như bit Reset để cho phép chọn bắt đầu đếm cũng như chọn thời điểm bắt đầu Reset. Các Bit Start cũng như Reset là các ngõ Input chọn từ bên ngoài. Mode 12: Chỉ áp dụng với HSC0 và HSC3, HSC0 dùng để đếm số xung phát ra từ Q0.0 và HSC3 đếm số xung từ Q0.1 ( Được phát ra ở chế độ phát xung nhanh) mà không cần đấu phần cứng, nghĩa là PLC tự kiểm tra từ bên trong. Trên là bảng Mô tả chế độ đếm cũng như loại HSC, quy định địa chỉ vào. Căn cứ vào bảng trên để có thể chọn loại HSC cho từng ứng dụng phù hợp. 1 Số Bit được sử dụng để điều khiển các chế độ của HSC: HDEF Control Bits(used only when HDEF is executed) HSC0 HSC1 HSC2 HSC4 Description SM37.0 SM47.0 SM57.0 SM147.0 Active level control bit for Reset**: 0 = Reset active high 1 = Reset active low SM47.1 SM57.1 Active level control bit for Start**: 0 = Start active high 1 = Start active low SM37.2 SM47.2 SM57.2 SM147.2 Counting rate selection for Quadrature counters: 0 = 4x counting rate 1 = 1x counting rate SM Control Bits for HSC Parameters HSC0 HSC1 HSC2 HSC3 HSC4 HSC5 Description SM37.3 SM47.3 SM57.3 SM137.3 SM147.3 SM157.3 Counting direction control bit: 0 = count down 1 = count up SM37.4 SM47.4 SM57.4 SM137.4 SM147.4 SM157.4 Write the counting direction to the HSC: 0 = no update 1 = update direction SM37.5 SM47.5 SM57.5 SM137.5 SM147.5 SM157.5 Write the new preset value to the HSC: 0 = no update 1 = update preset SM37.6 SM47.6 SM57.6 SM137.6 SM147.6 SM157.6 Write the new current value to the HSC: 0 = no update 1 = update current SM37.7 SM47.7 SM57.7 SM137.7 SM147.7 SM157.7 Enable the HSC: 0 = disable the HSC 1 = enable the HSC Các bit trang thái: Status Bits for HSC0, HSC1, HSC2, HSC3, HSC4, and HSC5 HSC0 HSC1 HSC2 HSC3 HSC4 HSC5 Description SM36.0 SM46.0 SM56.0 SM136.0 SM146.0 SM156.0 Not used SM36.1 SM46.1 SM56.1 SM136.1 SM146.0 SM156.1 Not used SM36.2 SM46.2 SM56.2 SM136.2 SM146.0 SM156.2 Not used SM36.3 SM46.3 SM56.3 SM136.3 SM146.0 SM156.3 Not used SM36.4 SM46.4 SM56.4 SM136.4 SM146.0 SM156.4 Not used SM36.5 SM46.5 SM56.5 SM136.5 SM146.0 SM156.5 Current counting direction status bit: 0 = counting down; 1 = counting up SM36.6 SM46.6 SM56.6 SM136.6 SM146.0 SM156.6 Current value equals preset value status bit: 0 = not equal; 1 = equal SM36.7 SM46.7 SM56.7 SM136.7 SM146.0 SM156.7 Current value greater than preset value status bit: 0 = less than or equal; 1 = greater than 4.3. Điều xung, tần số (PWM,PTO) CPU S7_200 có 2 ngõ ra xung tốc độ cao (Q0.0 ,Q0.1), dùng cho việc điều rộng xung tốc độ cao nhằm điều khiển các thiết bị bên ngoài. Việc điều rộng xung được thực hiện thông qua việc định dạng Wizard. Có 2 cách điều rộng xung:điều rộng xung 50%,và điều rộng xung theo tỉ lệ (PWM) . Điều rộng xung 50% (PTO) Để thực hiện việc phát xung tốc độ cao ( PTO) trước hết ta phải thực hiện các bước định dạng sau: Reset ngõ xung tốc độ cao ở chu kì đầu của chương trình Chọn loại ngõ ra phát xung tốc độ cao Q0.0 hay Q0.1 Định dạng thời gian cơ sở ( Time base) dựa trên bảng sau: PTO/PWM Control Byte Reference: Result of executing the PLS instruction Control Register (Hex Value) Enable Select Mode PTO Segment Operation Time Base Pulse Count Cycle Time 16#81 Yes PTO Single 1 µs/cycle Load 16#84 Yes PTO Single 1 µs/cycle Load 16#85 Yes PTO Single 1 µs/cycle Load Load 16#89 Yes PTO Single 1 ms/cycle Load 16#8C Yes PTO Single 1 ms/cycle Load 16#8D Yes PTO Single 1 ms/cycle Load Load 16#A0 Yes PTO Multiple 1 µs/cycle 16#A8 Yes PTO Multiple 1 ms/cycle Các Byte cho việc định dạng SMB67 ( cho Q0.0) SMB77 ( cho Q0.1) Ngoài ra: Q0.0 Q0.1 SMW68 SMW78 : Xác định chu kì thời gian SMW70 SMW80 : Xác định chu kì phát xung SMD72 SMD82 : Xác định số xung điều khiển Điều rộng xung theo tỉ lệ (PWM) Để thực hiện việc phát xung tốc độ cao ( PWM) trước hết ta phải thực hiện các bước định dạng sau: Reset ngõ xung tốc độ cao ở chu kì đầu của chương trình Chọn loại ngõ ra phát xung tốc độ cao Q0.0 hay Q0.1 Định dạng thời gian cơ sở ( Time base) dựa trên bảng sau: Result of executing the PLS instruction Control Register (Hex Value) Enable Select Mode PWM Update Method Time Base Pulse Width Cycle Time 16#D1 Yes PWM Synchronous 1 µs/cycle Load 16#D2 Yes PWM Synchronous 1 µs/cycle Load 16#D3 Yes PWM Synchronous 1 µs/cycle Load Load 16#D9 Yes PWM Synchronous 1 ms/cycle Load 16#DA Yes PWM Synchronous 1 ms/cycle Load 16#DB Yes PWM Synchronous 1 ms/cycle Load Load Các Byte cho việc định dạng SMB67 ( cho Q0.0) SMB77 ( cho Q0.1) Ngoài ra: Q0.0 Q0.1 SMW68 SMW78 : Xác định chu kì thời gian SMW70 SMW80 : Xác định chu kì phát xung SMD72 SMD82 : Xác định số xung điều khiển Ngoài ra để thực hiện được điều xung nhiềi\u trang thái của xung thì còn dùng nhiều đến lệnh ngắt ATCH: Bit EN : tín hiệu cho phép thực hiện lệnh ATCH INT : Chương trình ngắt được gọi khi có sự kiện ngắt xảy ra EVNT : Số thứ tự sự kiện ngắt Bảng sự kiện ngắt: Lệnh DTCH: lệnh cấm ngắt Bit EN : tín hiệu cho phép thực hiện lệnh DTCH EVNT : Số thứ tự sự kiện ngắt ,bị cấm 4.4. PID Để tìm hiểu rõ hơn về PID thì vào help => contents and Index: Sau đó đánh vào mục tìm kiếm: Sau đó chọn OK để mở file đó ra. Khi đó đựa vào phần lý thuyết tính toán ở trên mà trong PLC sử dụng Và đưa ra công thức tổng quát: Sau khi rút gọn ta được công thức gọn hơn: Và: Với : MN : giá trị ngõ ra. KC : giá trị khâu tỉ lệ EN : sai số tại thời gian lấy mẫu n EN – 1 : sai số tại thời gian lấy mẫu n – 1. KI : giá trị khâu tích phân. KD : giá trị khâu vi phân. MINITIAL : giá trị ban đầu của ngõ ra. MX : giá trị khâu tích phân tại thời gian lấy mẫu n – 1. MPN : giá trị khâu tỉ lệ tại thời gian lấy mẫu n MIN : giá trị khâu tích phân tại thời gian lấy mẫu n MDN : giá trị khâu vi phân tại thời gian lấy mẫu n Và: Với: SPN : giá trị cài đặt tại thời gian lấy mẫu n PVN : giá trị thực tế tại thời gian lấy mẫu n TS : thời gian lấy mẫu TI : tổng thời gian tích phân. TD : tổng thời gian tích phân. MX : giá trị của khâu tích phân tại thời gian lấy mẫu n – 1. Từ công thức trên thì chỉ cần nhập các giá trị cần thiết của bài toán thì PLC sẽ thự hiện chương trình PID và xuất ra giá trị MN tại ngõ ra của PID. Sau đây là bảng giá trị của bộ điều khiển: GIỚI THIỆU VỀ GIAO TIẾP GIỮA PLC VÀ WINCC Cách thức giao tiếp PC access Để giao tiếp được giữa PLC và WinCC thì trước tiên cần tạo các biến ngoại trong PC ACCESS và save lại ví dụ như sau: Hình 1.33 Cách thức giao tiếp PC access (1) Sau đó vào giao diện chính của WinCC chọn Tag management => OPC => OPC Groups sau đó click chuột phải và chọn system Parameter: Tiếp theo giao diện OPC Item Manager hiện ra và chọn tiếp S7200.OPCServer và chọn Browser Server. Tiếp theo check vào read access và Wrire access vào nhấn Next. Sau khi giao diện S7200.OPCServer xuất hiện thì click chọn lần lượt vào S7200.OPCServer =>MicroWin => New PLC sau đó quét tất cả các biến vừa mới thiết lập trong PC Access và chọn Add Items: Hình 1.34 Cách thức giao tiếp PC access (2) Sau đó chọn tiếp S7200_OPCServer và Finish. Sau khi kết nối xong các biến thì nhấn back và chọn Exit. Hiển thị gia trị trên Tag logging Tiếp theo để có thể xuất được các biến cần hiển thị lên giao diện đồ thị thì cần tạo nên 1 tag logging mới. Để khởi động giao diên tag logging trong giao diên WinCC click dúp vào tag logging: Sau đó click phải vào Timer và chọn new: Tiếp theo đặt tên cho biến timers trong muc Base chọn 1 day và trong mục Factor chọn 7: Hình 1.35 Hiển thị giá trị trên tag logging (1) Tiếp theo cần tạo biến lưu trữ bằng cách click phải vào archives và chọn archive Wizard… Và cứ tiếp tục chọn next và đặt tên của biến lưu trữ: Sau đó click select: Và chọn biến cần hiển thị trong OPC: Hình 1.36 Hiển thị giá trị trên tag logging (2) Sau đó trong mục đã xuất hiện các biến cần hiển thị, khi đó cần click chuột phải vao các biến đó chọn Properties: Sau đó chọn các giá trị như trong hình: Hình 1.37 Hiển thị giá trị trên tag logging (3) Sau đó save lại và thoát chương trình. CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG 6.1. ĐỘNG CƠ AC MỘT PHA Hình 6.1 Động cơ AC Động cơ không đồng bộ một pha làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ có cấu tạo gồm stato chỉ có dây quấn một pha và roto thường là kiểu rôt lồng sóc. Stato là phần tĩnh gồm hai phần chính là lõi thép và dây quấn. + Lõi thép Stato hình trụ do các lá thép kỹ thuật điện ghép với nhau. + Dây quấn stato là dây dẫn bọc cách điện đặt trong rãnh các lõi thép Roto là quần quay gồm lõi thép, dây quấn và trục máy. - Dòng điện xoay chiều chạy vào dây quấn stato không tạo ra từ trường quay mà chỉ tạo ra từ trường. Do vậy, để động cơ làm việc được, trước hết ta phải quay roto của động cơ điện theo một chiều nào đó, roto sẽ tiếp tục quay theo chiều ấy và động cơ làm việc. Phân tích từ trường dập mạch thành hai từ trường quay ngược chiều nhau cùng tần số n1 và biên độ bằng một nửa biên độ từ trường dập mạch: Trong đó, từ trường quay BI có chiều quay trùng với chiều quay của roto được gọi là từ trường quay thuận, còn từ trường quay BII có chiều quay ngược với chiều quay của roto được gọi là từ trường quay ngược. Và ta luôn có: Gọi n là tốc độ roto, hệ số trượt với từ trường quay thuận là: Và hệ số trượt với từ trường quay ngược là: Moment quay MI do từ trường quay thuận sinh ra có trị số dương, moment quay MII do từ trường quay nghịch sinh ra có trị số âm. Và moment quay của động cơ là tổng đại số moment MI và MII : M= MI - MII Từ trường đặc tính moment M=f(s), ta thấy rằng lúc mở máy, s=sI=sII=1, MI =MII, è Moment mở máy Mmở= MI - MII=0, động cơ không thể tự mở máy được. Nhưng nếu ta tác động làm động cơ quay : Hình 6.2 Giản đồ Moment quay của động cơ AC 1 pha - Nếu roto quay theo chiều từ trường quay thuận s MII, động cơ có moment M=( MI - MII)>0, sẽ tiếp tục quay theo chiều đó. Đường đặc tính M=f(s) trong trường hợp này là đường (I) - Nếu roto quay theo chiều từ trường quay nghịch 2-s MI, động cơ có moment M=( MI - MII)<0, sẽ tiếp tục quay theo chiều đó. Đường đặc tính M=f(s) trong trường hợp này là đường (II). Vậy đối với động cơ AC một pha ta phải có biện pháp mở máy, nghĩa là tạo cho động cơ một pha một moment mở máy. Và chiều quay thực tế của động cơ phụ thuộc vào chiều quay của bộ phận mở máy. ¯ Các biện pháp mở máy dùng trong động cơ không đồng bộ một pha là: Dùng dây quấn phụ mở máy: Ở động cơ này ngoài dây quấn chính còn dây quấn phụ, dây quấn phụ có thiết kế chỉ để làm việc khi mở máy hoặc làm việc lâu dài. Dây quấn phụ được đặt trong một số rảnh stato, sao cho sinh ra một từ thông lệch với từ thông chính một góc 900 trong không gian, và dòng điện trong dây quấn phụ lệch pha dòng điện trong dây quấn chính một góc 900 về thời gian. Dòng điện ở dây quấn chính và dây quấn phụ sinh ra từ trường quay để tạo moment mở máy. Để dòng điện trong dây quấn phụ và dòng điện trong dây quấn chính lệch nhau một góc 900, ta thường mắc nối tiếp với dây quấn phụ một điện dung C, gọi là tụ khởi động (tụ đề). Động cơ điện một pha có vòng ngắn mạch ở cực từ: Người ta chẻ cực từ ra và cho vào đó một vòng đồng ngắn mạch được coi như là dây quấn phụ.Khi đặt điện áp vào cuộn dây chính để mở máy, dây quấn chính sinh ra một từ trường . Một phần của móc vòng qua vòng ngắn mạch, sinh ra trong vòng ngắn mạch một dòng điện cảm ứng IN và IN sinh ra từ thông . tác dụng với sinh ra từ thông phụ đi qua vòng ngắn mạch. Kết quả là dưới phần cực từ không có vòng ngắn mạch có từ thông (-) đi qua, còn trong vòng ngắn mạch có từ thông đi qua. Giữa (-) và có một góc lệch pha nhất định về không gian và lệch về thời gian tạo nên từ trường quay và máy có moment ban đầu nên làm quay động cơ. ¯ Điều chỉnh tốc độ động cơ AC một pha (roto lồng sóc) có ba phương pháp: Thay đổi tần số f của dòng điện Stato. -Thực hiện bằng bộ biến tần. Điều khiển chính xác, giá thành biến tần cao. b) Thay đổi số cặp cực p: - Phải có động cơ thay đổi số đôi cực từ (động cơ không đồng bộ nhiều cấp tốc độ) c) Thay đổi điện áp cung cấp cho Stato: - Chỉ thực hiện việc giảm điện áp. Khi giảm điện áp hệ số trượt s giảm è tốc độ n của động cơ cũng giảm. 6.2. TCA 785 Vi mạch TCA 785 là một vi mạch phức hợp thực hiện bốn chức năng của một mạch điều khiển : Lấy điện áp đồng bộ , tạo điện áp răng cưa đồng bộ , so sánh và tạo xung ra. Vi mạch TCA 785 do hãng Siemens chế tạo , được dùng để điều khiển các thiết bị chỉnh lưu , các thiết bị điều chỉnh dòng xoay chiều . Có thể điều chỉnh góc kích α từ 00 đến 1800 . Thông số chủ yếu của TCA785: Điện áp nguồn nuôi : VS = -0.5 à 18V Dòng điện đầu ra tại chân 14, 15 : IQ = -10 à 400 mA Điện áp điều khiển : V11 = - 0.5 à VS  Tần số làm việc : f = 10 à 500 Hz  Vref: 2.8 à 3.4V. Nguyên lý hoạt động: - Chân 5 nối qua trở nối lên nguồn xoay chiều để lấy tín hiệu đồng bộ. Qua bộ dò zero để xác định góc 00. - Bộ đăng ký đồng bộ điều khiển xung răng cưa (ramp). Xung răng cưa được điều chỉnh bởi R9 và C10. - Nếu điện áp điều khiển V11 thuộc tầm điện áp Vramp ở chân 10 thì sẽ làm xuất hiện góc kích từ 0 đến 1800. - Điện áp Vramp min= Vsat= 0.2 à 0.8V Với K=1,1 +/- 20% - Mỗi nữa chu kỳ sóng AC một xung kích dương sẽ xuất hiện 30s ở chân số 14,15. 6.3. LM331 Vi mạch LM331 được sử dụng phổ biến để biến đổi từ điện áp sang tần số hoặc từ tần số sang điện áp. Khoảng tần số sử dụng rộng từ 1 à 100KHz. Điện áp sử dụng từ 4.5V à 20V Sai số không tuyến tính nhỏ. Sơ đồ khối của LM331 6.4. Encoder 6.4.1. Cấu tạo chính của Encoder Gồm 1 bộ phát ánh sáng (LED phát), một bộ thu ánh sáng nhạy với ánh sáng từ bộ phát (bộ thu thường là photodiotde hoặc phototransistor), 1 đĩa quang có khoét lỗ gắn trên trục quay đặt giữa bộ phát và thu, thông thường trục quay này sẽ được gắn với trục quay của đối tượng cần đo tốc độ. Một encoder thường có các dây sau: – Dây cấp nguồn (+5V) cho encoder. – Dây nối đất (GND). – Dây pha A – tín hiệu ra theo độ phân giải (1 vòng/N xung (N từ vài chục lên đến vài nghìn xung tuỳ theo độ phân giải)). – Dây pha B – tín hiệu ra theo độ phân giải (1 vòng/N xung (N từ vài chục lên đến vài nghìn xung tuỳ theo độ phân giãi)), pha B chậm pha hơn pha A. Thường tuỳ theo trạng thái pha nhanh hay chậm của 2 pha này ta xác định chiều quay của đối tượng, để từ đấy bộ đếm tiến hoặc đếm lùi 6.4.2. Nguyên lý cơ bản Encoder thực chất là một đĩa tròn xoay, quay quanh trục. Trên đĩa có các lỗ (rãnh). Người ta dùng một đèn led để chiếu lên mặt đĩa. Khi đĩa quay, chỗ không có lỗ (rãnh), đèn led không chiếu xuyên qua được, chỗ có lỗ (rãnh), đèn led sẽ chiếu xuyên qua. Khi đó, phía mặt bên kia của đĩa, người ta đặt một con mắt thu. Với các tín hiệu có, hoặc không có ánh sáng chiếu qua, người ta ghi nhận được đèn led có chiếu qua lỗ hay không. Cứ mỗi lần đi qua một lỗ, chúng ta phải lập trình để thiết bị đo đếm lên 1. Số lỗ trên đĩa sẽ quyết định độ chính xác của thiết bị đo. Ví dụ đĩa của bạn có 1 lỗ tức là khi bạn quay được 1 vòng thì bộ thu sẽ thu được 1 xung, nếu đĩa của bạn khoét N lỗ có nghĩa 1 vòng bạn thu được N xung. Như vậy khi đo tốc độ bạn đếm số xung trong 1 đơn vị thời gian, từ đó bạn tính được số vòng trên 1 đơn vị thời gian (hoặc bạn có thể đo chu kì xung). Nếu đo tốc độ cao thì số lỗ khoét càng nhiều càng chính xác Chương II: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG NHIỆM VỤ, HƯỚNG GIẢI QUYẾT CỦA ĐỒ ÁN Nhiệm vụ Đề tài “ ĐIỀU KHIỂN PID TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC, AC BẰNG PLC ” dùng giao diện được viết bằng WinCC để nhập các giá trị của bài toán như các hệ số: KP, KI, KD, thời gian lấy mẫu, tốc độ đặt, số xung encoder, tốc độ tối đa của động cơ sau đó nhờ PC Access để liên kết các giá trị đó với PLC. Sau đó PLC đọc số xung phát ra từ bộ đếm xung Encoder nối với động cơ DC,AC từ số xung đó tính toán ra được tốc độ thực tế của động cơ sau đó đưa các giá trị ở trên vào bộ điều khiển PID có sẳn trong PLC để xử lý và đưa ra được một giá trị từ 0 => 1000 ( ứng với tốc độ lớn nhất của động cơ DC) hoặc xuất ra xung PTO dạng tần số từ 0 => 10 KHz để điều khiển động cơ AC. Từ số xung PWM hoặc xung dạng PTO ở trên sẽ được vào bộ xuất xung trong PLC xuất ra để điều khiển động cơ. Giải quyết vấn đề Sau khi phân tích được bài toán thì để giải quyết được vấn đề trên thì cần tìm hiểu về : Tìm hiểu bộ điều khiển PID trong PLC. Tìm hiểu và thiết kế giao diện điều khiển bằng WinCC. Tìm hiểu cách kết nối và điều khiển giữa WinCC, PLC và các hệ thống khác : động cơ, cảm biến, encoder ….. Tìm hiểu bộ HSC, điều xung PWM, ngắt trong PLC. THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG ĐIỀU KHIỂN PID TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC BẰNG PLC 2.1.1. Thiết kế phần cứng Từ phân tích bài tóan ở trên thì sau đây là sơ đồ mạch phần cứng của hệ thống: Khối nguồn cung cấp nguồn 24V cho PLC và ngỏ vào của PLC, 12V cho role đảo chiều động cơ, 5V cho Encoder. Khối đọc Encoder Khối điều khiển động cơ và đảo chiều. 2.1.2. Lưu đồ giải thuật và chương trình Lưu đồ giải thuật: Chương trình chính: Start Gọi chương trình con: HSC PID Cài thông số cho PID PWM Ngắt timer Cho phép đọc HSC Cho phép chạy PID START =1 STOP =1 Không cho phép gọi các chương trình: ngắt, PID, PWM = 0. Nạp các giá trị cho bộ điều khiển PID =0 S Đ S Đ Chương trình đọc xung Encoder: Start Chọn loại HSC, chế độ đọc. Nhập giá trị ban đầu. Cho phép đọc HSC Chương trình PID: Start Chuẩn hóa tốc độ đặt => PID_SETPOINT Nap các giá trị ban đầu vào bộ điều khiển PID. Chương trình cài đặt thông số cho bộ PID: Start Chuyển tốc tốc độ tối đa từ vòng/ phút sang vòng /ms =>VD44. VD44 x Thời gian lấy mẫu x số xung/vòng của encoder => VD64. Chuyển Thời gian lấy mẫu/ms sang Thời gian lấy mẫu / s Chương trình điều xung PWM: Start Chọn định dạng thời gian của 1 xung phát. Chọn chu kỳ phát xung, Ton = 0. Nhập giá trị TON từ bộ điều khiển PID. Cho phép phát xung. Chương trình ngắt: Start Nạp các hệ số Kp, Ki, Kd vào bộ điều khiển PID. Toc do dat/ toc do max =>PID cài đặt. Gọi bộ điều khiển PID trong PLC. Đọc xung từ HSC => tốc độ thực tế => đưa vào bộ PID so sánh. Lấy giá trị ngỏ ra từ bộ PID. Chuyển thành dạng xung / phần ngàn. Đưa xung đó vào bộ PWM điều xung động cơ. Liên tục đọc từ HSC và xuất xung PWM ra động cơ. Thiết kế giao diện điều khiển: Dựa vào yêu cầu của bài toán và phần hướng đẫn thiết kế giao diện phần trên ta thiết kế được giao diện như sau: Tạo biến ngoại: Dựa vào lý thuyết đã nêu trong phần PC ACCESS thì phải tạo các biến như hình dưới và add vào chương trình WinCC: Chương trình: Main: HSC: PID: Cài đặt thông số cho PID: PWM: Ngắt: Kết quả thi công Dưới đây là một số kết quả thực tế của bộ điều khiển: Với : Kp : 0.2 thời gian lấy mẫu : 60 ms. Ki : 0.004 tốc độ tối đa : 4000 Kd : 0.01 số xung encoder : 100 Khi đó kết quả như hình dưới với các giá trị lần lượt là: 3000 vòng / phút; 2500 vòng / phút; 2000 vòng / phút; 1000 vòng / phút; 500 vòng / phút; 2000 vòng / phút; 500 vòng / phút Nhận xét: với kết quả đạt được như trên thì ta thấy được bộ điều khiển rất tốt giá trị thực tế bám rất sát giá trị cài đặt, khi thay đổi giá trị đặt đột ngột thì bộ điều khiển vẫn bám tốt và sai số rất nhỏ. ĐIỀU KHIỂN PID TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ AC BẰNG PLC 2.2.1. Vấn đề và hướng giải quyết: Nhiệm vụ cần thực hiện là thiết kế để đo đạt và vẽ đồ thị tốc độ động cơ AC một pha theo phương pháp PID . Vậy yêu cầu đặt ra ở đây là: + Thiết kế bộ chuyển tín hiệu từ tần số sang điện áp. Cụ thể là tần số từ 0 đến 10KHz ra điện áp từ 0 đến 10V. + Thiết kế mạch kích động cơ AC một pha dùng BT137, mạch kích dùng TCA 785. + Viết chương trình trên PLC để điều khiển tốc độ động cơ AC theo phương pháp PID. Xuất tần số ra từ 0 đến 10 KHz ở ngõ ra Q0.0. + Thiết kế giao diện và vẽ đồ thị trên Wincc 6.0 2.2.2. Sơ đồ khối để kết nối: Vì ngõ ra Q0.0 của PLC là tần số. Nên ta phải qua bộ chuyển tần số sang điện áp. Q0.0 Áp điều khiển chân 11 Khối chuyển từ tần số sang điện áp (0-10V) Máy tính hiển thị (Vẽ đồ thị, cài thông số PID) PLC S7200-CPU 224+ Encoder (Vong/phut) chân 11 BT 137 Mạch kích TCA 785 (kích 00 đến 1800) Động cơ AC một pha 2.2.3. Sơ đồ phần cứng: Ø Khối nguồn mạch điều khiển Ø Khối chuyển từ tần số 0 => 10 KHz sang áp từ 0 => 10V. Ø Khối đảo Ø Khối điều khiển động cơ AC dùng TCA785 Ø Khối nguồn Encoder Ø Khối dọc xung từ encoder 2.2.4. Lưu đồ giải thuật và chương trình 2.2.3.1. LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT Chương trình chính: Start Gọi chương trình con: HSC PID Cài thông số cho PID PTO Ngắt timer Cho phép đọc HSC Cho phép chạy PID START =1 STOP =1 Không cho phép gọi các chương trình: ngắt, PID, PTO = 0. Nạp các giá trị cho bộ điều khiển PID =0 S Đ S Đ Chương trình đọc xung Encoder: Start Chọn loại HSC, chế độ đọc. Nhập giá trị ban đầu. Cho phép đọc HSC Chương trình PID: Start Chuẩn hóa tốc độ đặt => PID_SETPOINT Nap các giá trị ban đầu vào bộ điều khiển PID. Chương trình cài đặt thông số cho bộ PID: Start Chuyển tốc tốc độ tối đa từ vòng/ phút sang vòng /ms =>VD44. VD44 x Thời gian lấy mẫu x số xung/vòng của encoder => VD64. Chuyển Thời gian lấy mẫu/ms sang Thời gian lấy mẫu / s Chương trình điều xung PTO: Start Chọn định dạng thời gian của 1 xung phát. Chọn Ton = cố định. Nhập giá trị chu kỳ xung từ bộ điều khiển PID. Cho phép phát xung. Chương trình ngắt Timer: Start Nạp các hệ số Kp, Ki, Kd vào bộ điều khiển PID. Toc do dat/ toc do max =>PID cài đặt. Gọi bộ điều khiển PID trong PLC. Đọc xung từ HSC => tốc độ thực tế => đưa vào bộ PID so sánh. Lấy giá trị ngỏ ra từ bộ PID. Chuyển thành dạng xung / phần ngàn. Đưa xung đó vào bộ PTO điều tần số. Liên tục đọc từ HSC và xuất xung PTO ra động cơ. Chương trình ngắt PTO: Start Resset bộ phát PTO. 2.2.3.2. CHƯƠNG TRÌNH MAIN HSC PID PTO CÀI ĐẶT THÔNG SỐ NGẮT TIMER NGẮT PTO 2.2.5. Kết quả thi công Dưới đây là một số kết quả thực tế của bộ điều khiển: Với : Kp : 0.07 thời gian lấy mẫu : 60 ms. Ki : 0.007 tốc độ tối đa : 1400 Kd : 0.001 số xung encoder : 400 Khi đó kết quả như hình dưới với các giá trị lần lượt là: 800 vòng / phút; 400 vòng / phút; 1000 vòng / phút; 1200 vòng / phút; Nhận xét:Với kết quả đạt được như trên thì ta thấy được bộ điều khiển rất tốt giá trị thực tế bám rất sát giá trị cài đặt, nhưng khi đặt giá trị tốc độ bé (<600 vòng/phút) thì tỉ lệ bám không tốt. CHƯƠNG III: KẾT LUẬN Kết luận: Các vấn đề đã làm được: Đã tìm hiển rõ và thực hành thành thạo với chương trình điều khiển ứng dụng nhiều trong công nghiệp là WinCC như: thiết kế giao diện điều khiển từ nút nhấn, nhập và xuất các giá trị lên PLC và máy tính, tạo các hiệu ứng động flash… Tìm hiểu rõ và sử dụng được các chương trình HSC, PWM, xuất xung dạng tần số PTO trong PLC. Tìm hiểu rõ lý thuyết và sử dụng được chương trình PID trong PLC. Thiết kế mạch điều khiển đơn giản chạy ổn định. Giao diện đơn giản dễ sử dụng . Nhược điểm: Đối với những động cơ có tốc độ lớn khi giá trị đặt nhỏ thì bộ điều khiển đáp ứng chậm thời gian xác lập chậm và dao động hơn khi đặt tốc độ cao và nếu encoder có số xung lớn thì bộ HSC trong PLC đọc không được. Đối với động cơ AC 1 pha thì khi đặt tốc độ nhỏ (<600 vòng/phút) thì tỉ lệ bám không tốt. Khắc phục và hướng phát triển của đề tài: Cách khắc phục: Cần tìm các thông số cho bộ điều khiển hoạt động tốt hơn và PLC phải tốt để có thể đọc được tốt bộ HSC. Hướng phát triển đề tài Điều khiển động cơ có mô ment và công suất lớn. Điều khiển động cơ AC servor. Điều khiển động cơ AC 3 pha. TÀI LIỆU THAM KHẢO: LẬP TRÌNH VỚI S7& WINCC – TS. TRẦN THU HÀ, KS. PHẠM QUANG HUY – NHÀ XUẤT BẢN HỒNG ĐỨC. HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG S7_200 – HÀ VĂN TRÍ – CÔNG TY THHH TM&DVKT SIS. DATASHEET CỦA S7_200 SIEMENS, TCA. HELP TRONG STEP 7 MICROWIN 4.0 www.dientuvietnam.net