Đề tài Nghiên cứu hệ thống cân băng định lượng trong nhà máy sản xuất xi măng lò đứng

u cầu khác nhau của từng ứng dụng. Có nhiều Modul mở rộng khác nhau như các Modul ngõ vào/ ra tương tự, Modul ngõ vào/ ra số. Modul truyền thông để kết nối PLC trong hệ S7-200 vào mạng Profibus- DP như là một Slave. Modul truyền thông để kết nối PLC trong hệ S7 - 200 vào mạng AS- I như là một MASTER. Phần mềm STEP 7- Micro/ Win softwarl. Trong phạm vi đồ án này, em xin được giới thiệu về CPU 215 của hãng SIEMENS . CPU 215 như hình sau: 4.5.1. Các đặc tính kỹ thuât của CPU 215 và Modull 315 Đặc tính kỹ thuật CPU 215 Kích thước vật lý 246 x 80 x 62 mm Trọng lượng 0,5 kg Công suất tiêu thụ 8w GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC 78 Dung lượng bộ nhớ chương trình 4 K Word Dung lượng bộ nhớ dữ liệu 2,5 K Word Số lượng đầu vào tương tự 16 Số lượng đầu ra tương tự 10 Số lượng đầu vào số 64 Số lượng đầu ra số 64 Có thể ghép nối mở rộng các Modul 2 Số lượng bộ tạo thời gian trễ 256 Số lượng bộ đếm 256 Số lượng bít nhớ đặc biệt 368 Đầu vào Kiểu đầu vào Kiểu khe cắm Dải tín hiệu vào Từ 15 ÷ 30 V điện áp một chiều , 4mA Thời gian phản ứng lại: I0.0 tới I1.5 I0.6 tới I1.5 Từ 0,2 ms đến 8,7 ms mặc định 0,2ms 6 μs bật và 30 μs tắt Có cách ly quang 500 V AC ,1 phút Đầu ra Dải điện áp Từ 24,4 đến 28,8 V một chiều Dòng tải tối đa Q0.0 tới Q0.7 Q1.0 tới Q1.1 Ở nhiệt độ từ 00 đến 550 C 0,5 A/ Điểm 10 A/ Điểm Dòng điện dò Q0.0 tới Q0.7 Q1.0 tới Q1.1 200 μA 400 μA Thời gian chuyển mạch Q0.0 tới Q0.7 Các đầu ra khác 100 μs, ON/OF 150 μs ON, 400 μs OF GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC 79 Điện trở trong lớn nhất 400 mΩ Bảo vệ dòng ngắn mạch Q0.0 tới Q0.7 Q1.0 tới Q1.1 0,7 đến 1,5 A/ Kênh 1,5 đến 3 A/ Kênh Có cách ly quang 500 VAC , 1phút Nguồn cấp Điện áp Từ 20,4 đến 28,8 VDC Dòng vào 120 mA Cách kết nối các cổng dành cho CPU 215 được biểu diễn như hình sau: Modull mở rộng EM235 Đặc tính kỹ thuật CPU 215 Kích thước vật lý 90 x 80 x 62 mm Trọng lượng 0,2 kg Công suất tiêu thụ 2w Số lượng đầu vào tương tự 3 Số lượng đầu ra tương tự 1 Đầu vào Kiểu đầu vào Diferential Dải tín hiệu vào cực đại 30 V điện áp một chiều , 32mA Độ phân giải chuyển đổi từ Analog sang Digital 12 bit hoặc 1 trong 4096 Thời gian chuyển đổi từ Analog sang tương tự 25 μs Đầu ra Điện áp ra ± 10 V Dòng tải tối đa Từ 0 đến 20 mA GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC 80 4.5.2. Cổng truyền thông. S7-200 sử dụng cổng truyền thông nối tiếp RS 485 với phích nối 9 chân để phục vụ cho việc ghép nối với thiết bị lập trình hoặc với các trạm PLC khác. Tốc độ truyền cho máy lập trình kiểu PPI là 9600 baud. Chân Giải thích 1 Đất 2 24 VDC 3 Truyền và nhận dữ liệu 4 Không sử dụng 5 Đất 6 5VDC 7 24 VDC 8 Truyền và nhận dữ liệu 9 Không sử dụng Ghép nối S 7- 200 với máy lập trình PG 702 hoặc với các loại máy lập trình thuộc họ PG7 XX có thể sử dụng một cáp nối thẳng qua MPI. Ghép nối S7- 200 với máy tính qua cổng RS 232 cần có cáp nối PC/ PPI với bộ chuyển đổi RS 232/ RS 485. 4.5.3. Cấu chúc chương trình của S 7 - 200 Có thể lập trình cho PLC S7-200 bằng cách sử dụng một trong những phần mềm: STEP - MICRO/ DOS. STEP - MICRO/WIN. Phần mềm này có thể cài đặt được trên các máy lập trình hoặc PG 7xx và các máy tính cá nhân (PC). Chương trình có thể viết bằng các ngôn ngữ sau Lưu đồ hệ điều khiển (Control system flow chart) Giản đồ thang (Ladder Diagram). Danh sách lệnh (Statment List). Các lệnh kiểu khối và các lệnh bậc cao. Trong bản đồ án này em giới thiệu về ngôn ngữ lập trình giản đồ thang bằng máy tính cá nhân. Các chương trình cho S7-200 có cấu trúc bao gồm chương trình chính và các chương trình con và các chương trình xử lý ngắt. Chương trình chính được kết thúc bằng lệnh kết thúc chương trình (MEND). Chương trình con là một bộ phận của chương trình. Các chươngtrình con được viết sau lệnh kết thúc chương trình, đó là lệnh MEND). Các chương trình con được nhóm lại thành một 5 4 3 2 1 9 8 7 6 GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC 81 nhóm ngay sau chương trình chính. Sau đó đến các chương trình xử lý ngắt thì cấu trúc chương trình được rõ ràng và thuận tiện hơn trong việc đọc chương trình. Main program MEND Thực hiện trong một vòng quét SBR0 chương trình con thứ nhất RET Thực hiện khi được chương trình tính gọi SBRn chương trình con thứ n+1 RET INT O chương trình xử lý ngắt thứ nhất RETI Thực hiện khi có tín hiệu báo ngắt INTn chương trình xử lý ngắt thứ n+1 RETI 4.6. NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH CỦA S7 - 200. 4.6.1. Phương pháp lập trình. S7-200 biểu diễn một mạch logic cứng bằng một dãy các lệnh lập trình. Chương trình là một dãy các lệnh S7 - 200. Thực hiện chương trình bắt đầu từ lệnh lập trình đầu tiên và kết thúc ở lệnh lập trình cuối trong một vòng được gọi là vòng quét (scan). Một vòng quét (scan cycle) được bắt đầu bằng việc đọc trạng thái của đầu vào, và sau đó thực hiện chương trình. Một vòng quét kết thúc bằng việc thay đổi trạng thái đầu ra. Trước khi bắt đầu một vòng quét tiếp theo S7-200 thực thi các nhiệm vụ bên trong và nhiệm vụ truyền thông. Chu trình thực hiện chương trình là chu trình lặp được thể hiện ở hình 3.3. Cách lập trình cho S7 -200 nói riêng và cho các PLC của Siemen nói chung dựa trên hai phương pháp cơ bản: Phương pháp hình thang (Ladder logic viết tắt thành LAD). Phương pháp liệt kê lệnh (Stamennt List viết tắt thành STL). Giai ®o¹n nhËp d÷ liÖu tõ ngo¹i vi Giai ®o¹n chuyÓn d÷ liÖu ra ngo¹i vi Giai ®o¹n thùc hiÖn ch−¬ng tr×nh Giai ®o¹n truyÒn th«ng néi bé vμ tù kiÓm tra lçi H×nh 4.3. Ch−¬ng tr×nh theo vßng quÐt trong S7-200 thùc hiÖn GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC 82 Phương pháp hình thang LAD là một ngôn ngữ lập trình bằng đồ hoạ. Những thành phần cơ bản dùng trong lad tương ứng với các thành phần của Bảng điều khiển bằng rơ le. Trong chương trình LAD các phần tử cơ bản dùng để biểu diễn lệnh logic. Các tiếp điểm thường mở được mô tả Các tiếp điểm thường kín được mô tả Cuộn dây được mô tả Hộp là biểu tượng mô tả các hàm khác nhau nó làm việc khi có dòng điện chạy đến hộp. Những dạng hàm thường được biểu diễn bằng hộp là các bộ thời gian (TIM ER) bộ đếm (COUNTER)và các hàm toán học Mạng LAD là đường nối các phần tử thành một mạch hoàn thiện đi từ đường nguồn bên trái sang đường nguồn bên phải, đường nguồn bên trái là dây nóng, đường nguồn bên phải là dây trung hoà hay là đường trở về nguồn cung cấp Phương pháp liệt kê lệnh STL là phương pháp thể hiện chương trình dưới dạng tập hợp các câu lệnh. Mỗi câu lệnh trong trương trình kể cả những lệnh hình thức biểu diễn một chức năng của PLC. Hệ lệnh của S7- 200 được chia làm ba nhóm và xắp xếp theo thứ tự Alphaber 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 được khi bit đầu tiên của ngăn xếp có giá trị logic bằng 1. Các nhãn lệnh đánh dần vị trí trong tập lệnh. Chương trình được viết theo kiểu LAD, thiết bị lập trình sẽ tự tạo ra một chương trình theo kiểu STL tương ứng. Ngược lại không phải mọi chương trình được viết theo kiểu STL cũng có thể chuyển sang được LAD. Mô tả việc thực hiện lệnh đưa giá trị logic của tiếp điểm IO.O vào trong ngăn sắp xếp theo cách biểu diễn LAD và STL như sau: LAD STl LD IO.O = Q1.0 4.6.2. Cú pháp hệ lệnh của S7- 200. SIMATIC S7- 200 có một khối lượng lệnh tương đối lớn thể hiện các thuật toán của đại số Boolean, song chỉ có một vài các kiểu lệnh khác nhau. Từng lệnh của S7- 200 được mô tả chi tiết về cách sử dụng, chức năngvà tác động của chúng vào nội dung ngăn xếp.Giới hạn toán hạng của CPU 215 được trình bày như sau: Phương pháp truy cập Giới hạn cho phép toán hạng CPU 215 I O.O Q 1.O GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC 83 Truy cập bit (Địa chỉ byte, chỉ số bit) V I Q M SM T C S (0.0 đến 5119.7) (0.0 đến 7.7) (0.0 đến 7.7) (0.0 đến 31.7) (0.0 đến 194.7) (0 đến 255) (0 đến 255) (0 đến 31.7) Truy cập byte VB IB MB SMB AC SB Hằng số (0 đến 5119) (0 đến 7) (0 đến 7) (0 đến 31) (0 đến 194) (0 đến 15) Truy cập từ đơn (địa chỉ byte cao) VW T C IW QW (0 đến 5118) (0 đến 255) (0 đến 255) (0 đến 6) (0 đến 6) Truy cập từ đơn (địa chỉ byte cao) MW SMW AC AIW AQW SW Hằng số (0 đến 30) (0 đến 193) (0 đến 3) (0 đến 30) (0 đến 30) (0 đến 30) GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC 84 Truy cập từ kép (địa chỉ byte cao) VD ID QD MD SMD AC HC SD Hằng số (0 đến 5116) (0 đến 4) (0 đến 4) (0 đến 28) (0 đến 191) (0 đến 3) (0 đến 2) (0 đến 3) 4.6.3. Lệnh cơ bản của PLC SIMATIC S7- 200 1. Lệnh nhảy và lệnh gọi chương trình con Các lệnh của chương trình nếu không có những lệnh điều khiển riêng sẽ được thực hiện theo thứ tự từ trên xuống dưới trong một vòng quét. Lệnh điều khiển chương trình cho phép thay đổi thứ tự thực hiện lệnh. Lệnh gọi chương trình con là lệnh chuyển điều khiển đến chương trình con. Khi chương trình con thực hiện xong các phép tính của mình thì việc điều khiển lại được trở về lệnh tiếp theo trong chương trình chính nằm ngay sau lệnh gọi chương trình con. JMP,CALL: Lệnh nhảy JMP và lệnh gọi chương trình con SBR cho phép chuyển LBL. SBR điều khiển từ vị trí này đến một vị trí khác trong một chương trình. LAD STL Mô tả JMP Kn Lệnh nhảy thực hiện việc chuyển điều khiển đến nhãn n trong một chương trình LBL Kn Khai báo nhãn n trong một chương trình Call Kn Lệnh gọi chương trình con SBR Kn Lệnh gán nhãn n CRET Lệnh trở về đã gọi chương trình con có điều kiện RET Lệnh trở về đã gọi chương trình con không có điều kin 2. Lệnh vào: LD và LDN. Lệnh LD nạp giá trị logic của một tiếp điểm vào trong bit đầu tiên của ngăn xếp. Các giá trị cũ còn lại trong ngăn xếp bị đẩy lùi xuống một bit. RET CRET LBL: n SBR:n n JMP n Call GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC 85 Lệnh LDN nạp giá trị logic, nghịch đảo của một tiếp điểm vào trong bit đầu tiên của ngăn xếp, các giá trị cũ còn lại trong ngăn xếp bị đẩy lùi xuống một bít. Mô tả lệnh bằng LAD: LAD Mô tả Toán hạng Tiếp điểm thường mở sẽ được đóng nếu n= 1 n: I, Q, M, SM, T,C, V (bit) Tiếp điểm thường đóng sẽ mở khi n= 1 Tiếp điểm thường mở sẽ đóng thức thời khi n= 1 n: I Tiếp điểm thường đóng sẽ mở thức thời khi n= 1 Mô tả lệnh bằng STL: Lệnh Mô tả Toán hạng LD n Lệnh nạp gía trị logic của điểm n đầu tiên trong ngăn xếp n: I,Q,M,SM,T (bit) C,V LDN n Lệnh nạp nghịch đảo của điểm n vào bit đầu tiên trong ngăn xếp LDI n Lệnh nạp tức thời giá trị logic của điểm n vào bít đầu tiên trong ngăn xếp. n: I LDNI n Lệnh nạp tức thời giá trị logic nghịch đảo của điểm n vào bít đầu tiên trong ngăn xếp 3. Lệnh ra. OUT PUT (=): Lệnh sao chép nội dung của bit đầu tiên trong ngăn xếp vào bit được chỉ định trong lệnh. Nội dung của ngăn xếp không bị thay đổi. Mô tả lệnh bằng LAD: LAD Mô tả Toán hạng Cuộn dây đầu ra ở trạng thái kích thích khi có dòng điều khiển đi qua n: I,Q,M,SM,T,C,V (bit) Cuộn dây đầu ra được kích thích tức thời khi có dòng điều khiển đi qua n: Q Mô tả lệnh bằng STL như sau: STL Mô tả Toán hạng n n n n n n GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC 86 = n Lệnh = sao chép giá trị của đỉnh ngăn xếp tới tiếp điểm n được chỉ dẫn trong lệnh. n: I,Q,M,SM,T,C,V (bit) = 1 n Lệnh = 1 sao chép tức thời giá trị của đỉnh stack tới tiếp điểm n được chỉ dẫn trong lệnh n: Q (bit) 4. Các lệnh ghi / xoá giá trị cho tiếp điểm. SET (S) RESET (R) Lệnh dùng để đóng và ngắt các điểm gián đoạn đã được thiết kế. Trong LAD, logic điều khiển dòng điện đóng hoặc ngắt các cuộn dây đầu ra. Khi dòng điều khiển đến các cuộn dây thì các cuộn dây đóng hoặc mở các tiếp điểm (hoặc một dãy các tiếp điểm). Trong STL, lệnh truyền trạng thái bit đầu của ngăn xếp đến các điểm thiết kế. Nếu bit này có giá trị bằng 1, các lệnh S và R sẽ đóng ngắt tiếp điểm hoặc một dãy các tiếp điểm (giới hạn từ 1 đến 255) Nội dung của ngăn xếp không bị thay đổi bởi các lệnh này. Mô tả lệnh S và R bằng LAD: LAD Mô tả Toán hạng Đóng một mảng gồm n tiếp điểm kể từ S_ BIT S_ BIT: I, Q, M, SM, T C,V(bit) n: IB,QB, MB, SMB, VB (byte) AC, hằng số, *VD, * AC Ngắt một mảng gồm n tiếp điểm kể từ S_BIT. Nếu S_BIT lại chỉ vào Timer hoặc Counter thì lệnh sẽ xoá bít đầu ra của Timer/ Counter đó. Đóng tức thời một mảng gồm n các tiếp điểm kể từ S_BIT S_BIT: Q (bit) n: IB,QB,MB,SMB,VB (byte) AC, hằng số, *VD, *AC Ngắt tức thời một mảng gồm n các tiếp điểm kể từ địa chỉ S_BIT Mô tả lệnh S (set) và R (Reset) bằng STL như sau: Lệnh Mô tả Toán hạng S S_BIT n Ghi giá trị logic, vào một mảng gồm n bit kể từ địa chỉ S_BIT S_BIT : I, Q, M, SM, T C,V(bit) S' Bit RI n S' Bit S n S' Bit R n S' Bit SI n GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC 87 R S_BIT n xoá một mảng gồm n bit kể từ địa chỉ S_BIT. Nếu S_BIT lại chỉ vào Timer hoặc Counter thì lệnh sẽ xoá bit đầu ra của Timer/ Couter. SI S_BIT n Ghi tức thời giá trị logic 1 vào một mảng gồm n bít kể từ địa chỉ S_BIT S_BIT: Q n:IB,QB,MBSMB,VB (byte) AC, hằng số, *VD, * AC RI S_BIT n Xoá tức thời một mảng gồm n bít kể từ địa chỉ S_BIT 5. Các lệnh logic đại số boolean Các lệnh tiếp điểm đại số Boolean cho phép tạo lập được các mạch logic (không có nhớ). Trong LAD các lệnh này được biểu diễn thông qua cấu trúc mạch, mắc nối tiếp hay song song các tiếp điểm thường đóng và các tiếp điểm thường mở. STL có thể sử dụng các lệnh A (And) và O (Or) cho các hàm hở hoặc các lệnh AN (And Not), ON (Or Not) cho các hàm kín. Giá trị của ngăn xếp thay đổi phụ thuộc vào từng lệnh. Lệnh Mô tả Toán hạng O n A n Lệnh thực hiện toán tử ∧ (A) và∨ (O) giữa giá trị logic của tiếp điểm n và giá trị bit đầu tiên trong ngăn xếp. Kết quả được ghi lại vào bit đầu của ngăn xếp n: I,Q,M,SM, (bit) T,C,V AN n ON n Lệnh thực hiện toán tử ∧ (A) và∨ (O) giữa giá trị logic nghịch đảo của tiếp điểm n và giá trị bit đầu tiên trong ngăn xếp. Kết quả được ghi lại vào bit đầu của ngăn xếp AI n OI n Lệnh thực hiện toán tử ∧ (A) và∨ (O) giữa giá trị logic của tiếp điểm n và giá trị bit đầu tiên trong ngăn xếp. Kết quả được ghi lại vào bit đầu của ngăn xếp n: I (bit) ANI n ONI n Lệnh thực hiện toán tử ∧ (A) và∨ (O) giữa giá trị logic nghịch đảo của tiếp điểm n và giá trị bit đầu tiên trong ngăn xếp. Kết quả được ghi lại vào bit đầu của ngăn xếp 6. Các lệnh can thiệp vào thời gian vòng quét. Trong LAD và STL chương trình chính phải kết thúc bằng lệnh kết thúc không điều kiện MEND. Có thể sử dụng lệnh kết thúc có điều kiện END trước lệnh kết thúc không điều kiện. Lệnh STOP kết thúc chương trình, nó chuyển điều kiện chương trình đến chế độ STOP. Nếu như gặp lệnh STOP trong chương trình chính hoặc trong chương trình con thì chương trình đang được thực hiện sẽ được kết thúc ngay lập tức. GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC 88 Nếu như gặp lệnh STOP trong chương trình xử lý ngắt thì chương trình xử lý ngắt sẽ kết thúc ngay lập tức và tất cả các tín hiệu ngắt đang chờ xử lý, sau đó đều bị bỏ qua và không được thực hiện. Lệnh WOR sẽ khởi động lại đồng hồ quan sát và chương trình tiếp tục được thực hiện trong vòng quét ở chế độ quan sát. Sử dụng lệnh MEND, STOP và WDR trong LAD như sau: LAD Mô tả Toán hạng Lệnh kết thúc chương trình chính hiện hành có điều kiện. không có Lệnh kết thúc không điều kiện dùng để kết thúc một chương trình hiện hành. Lệnh STOP kết thúc chương trình hiện hành và chuyển sang chế độ STOP. Lệnh WRD khởi tạo lại đồng hồ quan sát. Lệnh NOP không có hiệu lực trong chương trình hiện hành. Toán hạng n là một số nằm trong khoảng 0÷255 n: 0 ÷ 255 Sử dụng lệnh END, STOP và WDR trong STR trong STL như sau: STL Mô tả Toán hạng END Lệnh kết thúc chương trình chính hiện hành nếu bit đầu ngăn xếp có giá trị logic 1. không có MEND Lệnh kết thúc không điều kiện dùng để kết thúc một chương trình hiện hành. STOP Lệnh STOP kết thúc chương trình hiện hành và chuyển sang chế độ STOP. WDR Lệnh WRD khởi tạo lại đồng hồ quan sát. NOP n Lệnh NOP không có hiệu lực trong chương trình hiện hành. Toán hạng n là một số nằm trong khoảng 0 ÷ 255 n: 0 ÷ 255 7. Các lệnh số học : Các lệnh số học dùng để thực hiện các phép tính số học trong chương trình .Các phép tính với số thực hoặc với số thực dấu phẩy động và phép biến đổi giữa số thực và số nnguyên kiểu từ kép chỉ thực hiện được ở CPU214.Ngoài bốn phép toán cơ bản (cộng, trừ, nhân, chia) .S7-200 STOP WRD NOP END END GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC 89 còn cung cấp các lệnh thực hiện phép biến đổi số thực (4byte)còn có số nguyên kiểu từ kép và lấy dấu căn. Lệnh ADD _I (LAD) +I (STL) Lệnh thực hiện phép cộng các số nguyên 16 bit IN1và IN2 .Trong LAD kết quả là một số nguyên 16 bit được ghi vào out tức là : IN1+ IN2 = OUT Trong STL kết quả cũng là một giá trị 16 bit nhưng được ghi vào IN2 tức là : IN1 + IN2 = IN2 Lệnh SUB_I(LAD) -I (STL) Lệnh thực hiện phép trừ các số nguyên 16 bit IN1và IN2. Trong LAD kết quả là một số nguyên 16 bit được ghi vào out tức là : IN1- IN2 = OUT Trong STL kết quả cũng là một giá trị 16 bit nhưng được ghi vào IN2 tức là : IN1- IN2 = IN2 Cú pháp dùng lệnh cộng trừ hai số nguyên 16 bit trong LAD và STL như sau : LAD STL Toán hạng + IN1 IN2 IN1,IN2 : VW, T, C, QM, MW, SMW, AC, AIW OUT : VW , T, C, QM, MW, SMW, AC, AIW - IN1 IN2 Lệnh ADD-DI (LAD) +D (STL) Lệnh thực hiện phép cộng các số nguyên 32 bit IN1và IN2. Trong LAD kết quả là một số nguyên 32 bit được ghi vào OUT tức là : IN1 + IN2 = OUT Trong STL kết quả cũng là một giá trị 32 bit nhưng được ghi vào IN2 tức là : IN1 + IN2 = IN2 Lệnh SUB_DI (LAD) -D (STL) SUB-I EN IN1 OUT IN2 ADD-I EN IN1 OUT IN2 GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC 90 Lệnh thực hiện phép trừ các số nguyên 32 bit IN1và IN2. Trong LAD kết quả là một số nguyên 32 bit được ghi vào OUT tức là : IN1- IN2 = OUT Trong STL kết quả cũng là một giá trị nguyên 32 bit nhưng được ghi vào IN2 tức là : IN1- IN2 = IN2 Cú pháp dùng lệnh cộng trừ hai số nguyên 32 bit trong LAD và STL như sau : LAD STL Toán hạng + IN1 IN2 IN1,IN2 : VD, ID, QD, MD, SMD, AC, OUT : VD, ID, QD, MD, SMD, AC, - IN1 IN2 Lệnh ADD _R (LAD) +R (STL) Lệnh thực hiện phép cộng các số thực 32bit IN1và IN2 .Trong LAD kết quả là một số thực 32 bit được ghi vào OUT tức là : IN1+IN2=OUT Trong STL kết quả cũng là một giá trị thực 32 bit nhưng được ghi vào IN2 tức là IN1+IN2=IN2 Lệnh SUB-R (LAD) -R (STL) Lệnh thực hiện phép trừ các số thực 32bit IN1và IN2 .Trong LAD kết quả là một số thực 32 bit được ghi vào OUT tức là : IN1-IN2=OUT Trong STL kết quả cũng là một giá trị thực 32 bit nhưng được ghi vào IN2 tức là IN1-IN2=IN2 Cú pháp dùng lệnh cộng trừ hai số thực 32 bit trong LAD và STL như sau: LAD STL Toán hạng SUB-DI EN IN1 OUT IN2 ADD -DI EN IN1 OUT IN2 GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC 91 + IN1 IN2 IN1,IN2 : VD, ID, QD, MD, SMD, AC, OUT : VD, ID, QD, MD, SMD, AC, - IN1 IN2 Lệnh MUL: *R (STL) Trong LAD: Lệnh thực hiện phép nhân hai số thực 32-bit IN1và IN2 và cho ra kết quả 32 bit chứa trong từ kép OUT (4byte). Trong STL: Lệnh thực hiện phép nhân hai số thực 32-bit IN1 và số nguyên chứa trong từ thấp (từ 0-bit 15)của toán hạng 32bit IN2.Kết quả 32 bit được ghi trong IN2. Cú pháp dùng lệnh nhân hai số thực trong LAD và STL: Lệnh DIV: Trong LAD: lệnh thực hiện phép chia hai số nguyên 16-bit IN1và IN2 và cho ra kết quả 32 bit chứa trong từ kép OUT (4byte) gồm thương số ghi trong mảng 16 bit từ 0-15 (từ thấp) và phần dư cũng 16 bit ghi trong mảng từ bit 16 đến 31(từ cao) Trong STL: Lệnh thực hiện phép chia hai số nguyên 16-bit IN1 cho số nguyên 16 bit chứa trong từ thấp (từ 0-bit 15) của toán hạng 32bit IN2.Kết quả 32bit được ghi trong IN2 bao gồm LAD STL Toán hạng MUL IN1 IN2 IN1,IN2: VW, IW, QW, MW, SMW, AC, AIW, hằng số OUT : VD, ID, QD, MD, SMD, AC, AC, MUL - R EN IN1 OUT IN2 SUB -R EN IN1 OUT IN2 ADD -R EN IN1 OUT IN2 GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC 92 thương số ghi trong mảng 16 bit tư 0-15 (từ thấp) và phần dư cũng 16 bit ghi trong mảng từ bit 16 đến 31(từ cao) Cú pháp dùng lệnh chia hai số 32 bit trong LAD và STL như sau: LAD STL Toán hạng DIV IN1 IN2 IN1,IN2: VW, IW, QW, MW, SMW, AC, AIW, hằng số OUT : VD, ID, QD, MD, SMD, AC, AC, Các lệnh chuyển MOV Lệnh chuyển thực hiện việc di chuyển hoặc sao chép nội dung từ vùng này sang vùng khác trong bộ nhớ. Trong LAD và trong STL lệnh dịch chuyển thực hiện việc di chuyển hay sao chép nội dung của một byte, một từ đơn, một từ kép,hoặc một giá trị thực từ vùng này sang vùng khác trong bộ nhớ. 8. Các lệnh chuyển trong LAD Lệnh sao chép nội dung Byte MOV-B Lệnh sao chép nội dung từ đơn MOV-W Lệnh sao chép nội dung từ kép MOV-DW Lệnh sao chép nội dung một số thực MOV-R Cú pháp dùng di chuyển trong LAD và STL: LAD STL Toán hạng MOVB IN OUT IN VB, IB, QB, MB, SMB, hằng số OUT VB, IB, QB, MB, SMB, MOVW IN OUT IN : VW, IW, QW, MW, SMW, AC, AIW, hằng số OUT: VW, IW, QW, MW, SMW, AIW hằng số MOVDW IN OUT IN : VD, ID, QD, MD, SMD, AC, AIW, hằng số OUT : VD, ID, QD, MD, SMD, AC, AIW, hằng số MOVR IN OUT IN : VD, ID, QD, MD, SMD, AC, AIW, hằng số MOV-R EN IN1 OUT MOV-DW EN IN1 OUT MOV-W EN IN1 OUT MOV-B EN IN1 OUT DIV EN IN1 OUT IN2 GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC 93 OUT : VD, ID, QD, MD, SMD, AC, AIW, hằng số *Ngắt và xử lý ngắt Chế độ ngắt và xử lý ngắt cho phép thực hiện các quá trình tốc độ cao phản ứng kịp thời với các sự kiện ở bên trong và ở bên ngoài khi có một tín hiệu báo ngắt hệ thống sẽ tổ chức gọi và thực hiện chương trình con tương ứng với tín hiệu ngắt đó ATCH lệnh khai báo sử dụng một chế độ ngắt với kiểu được xác định bằng toán hạng EVENT LAD STL ATCH INT EVENT Lệnh DTCH hủy bỏ chế độ ngắt LAD STL DTCH EVENT 4.7 . Bộ điều khiển PID trong CPU 215 S7-200 Trong các hệ thống điều chỉnh tự động trong công nghiệp hiện nay thường sử dụng các quy luật điều chỉnh chuẩn như tỷ lệ, tích phân, tỷ lệ vi tích phân, tỷ lệ vi phân, tỷ lệ tích phân. Quy luật tỷ lệ (P : Proportion) Tín hiệu điều khiển trong quy luật tỷ lệ tỷ lệ với tín hiệu sai lệch được thể hiện theo công thức sau: Ud = K .e Trong đó: K là hệ số khuyếch đại của quy luật e là sai lệch của tín hiệu vào và tín hiệu ra Theo tính chất của khâu khuyếch đại ta thấy tín hiệu ra của khâu khuyếch đại luôn trùng pha với tín hiệu vào, nên ưu điểm của khâu này là tốc độ tác động nhanh nhưng có nhược điểm la không triệt tiêu được sai lệch Quy luật tích phân (I : Integral) ATCH EN INT EVENT DTCH EN EVENT GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC 94 Trong quy luật tích phân, tín hiệu điều khiển được xác định bàng công thức: Trong đó: Ti = 1/K là thời gian tích phân e là sai lệch của tín hiệu vào và tín hiệu ra Trong quy luật này giá trị Ud chỉ xác lập khi giá trị sai lệch ấn e = 0. ưu điểm của quy luật này là triệt tiêu được sai lệch nhưng nhược điểm của quy luật này là tác động chậm do tín hiệu ra của nó luôn chậm pha so với tìn hiệu vào một góc π/2 Quy luật tỷ lệ tích phân (PI) Để vừa tác động nhanh vừa triệt tiêu được sai lệch người ta thường kết hợp hai quy luật tỷ lệ và tích phân lại với nhau tín hiệu điều khiển được xác định theo công thức sau: Km là hệ số tích phân Ti là hệ số thời gian tích phân Với Km và Ti thích hợp thì quá trình điều khiển sẽ tối ưu với thời gian tác động nhỏ và giảm được sai lệch. Nhưng do có thành phần tích phân nên tốc độ tác động chậm đi, nếu đối tượng có nhiễu tác động liên tục mà hệ thống đòi hỏi có độ chính xác cao thì quy luật PI không đáp ứng được. Quy luật tỷ lệ vi tích phân PID Để tăng tốc độ tác động của quy luật PI ta kết hợp thêm quy luật vi phân thành một bộ PID bộ này có khả năng giảm thời gian tác động, sai lệch,chống được nhiễu tác động. Tín hiệu điều khiển được xác định theo công thức sau: Trong đó: Km là hệ số tích phân Ti là hệ số thời gian tích phân Td là hệ số thời gian vi phân Trong hệ thống cân băng tải này ta ổn định lưu lượng theo quy luật PID để có thể đảm bảo độ tác động nhanh, sai lệch tĩnh ít, chịu được nhiễu và độ chính xác cao. Sau đây là nguyên lý thực hiện viêc tính toán của bộ PID số trong CPU 215-S7200 SEIMEN. Bộ điều khiển PID thực hiện việc tính toán PID dựa trên những thông tin về đầu vào và cấu hình trong bảng. Bộ điều khiển PID dùng để thực hiện việc tính toán PID. Để thực hiện việc tính toán PID. Lệnh này có hai toán hạng: Một là bảng địa chỉ (là địa chỉ lúc ban đầu của vòng bảng) và một hằng số từ 0 đến 7. Trong một chương trình chỉ được sử dụng 8 PID lệnh. Nếu có hai lệnh trở lên được sử dụng với cùng một vòng (cho dù chúng có hai bảng khác nhau) thì việc tính toán trong PID sẽ bị cản trở việc tính toán khác và kết quả sẽ không thể dự báo được. GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC 95 Vòng bảng lưu trữ 9 thông số dùng để điều khiển và định hướng quá trình vận hành và bao gồm các giá trị của biến số hiện tại và trước, giá trị đặt, giá trị gia tăng, phản hồi, giá trị đạt được, thời gian mẫu, thời gian thực toàn bộ (khởi động lại), thời giam đạo hàm và giá trị lệch chuẩn Để thực hiện việc tính toán PID tại tỷ lệ mẫu mong muốn, lệnh PID phải được thực hiện cả trong một chu trình bị gián đoạn định trước hoặc từ chương trình chính với một tỷ lệ được điều khiển bởi một bộ thời gian. thời gian mẫu phải được coi là một đầu vào của lệnh PID 4.8. Thuật toán PID Trong quá trình vận hành một bộ điều khiển PID sẽ điều chỉnh giá trị của kết quả đầu ra sao cho từ đó nó có thể giảm sai lệch (e) trở về 0. Cách xác định sai lệch được xác định bằng việc xác định sự khác nhau giữa giá trị đặt và giá trị thực. Nguyên tắc tính toán của bộ điều khiển PID dựa trên cơ sở hàm sau (thể hiện giá trị đầu ra), M(t) là hàm bao gồm một hàm tỷ lệ, một hàm tích phân và một hàm vi phân. Trong đó M(t) là tín hiệu ra Kc là hệ số khuyếch đại e là giá trị sai lệch Minnial là giá trị ban đầu của đầu ra Để thực hiện chức năng điều khiển trong một máy tính kỹ thuật số thì các hàm liên tục phải được lượng hoá thành các mẫu định kỳ của giá trị sai lệch cùng với giá trị tính toán của đầu ra. Hàm số dưới đây là cơ sở cho quá trình điều khiển bằng máy tính số hoá: Trong đó Mn là giá trị đầu ra đã được tính toán tại thời điểm lấy mẫu n KC là hệ số tỷ lệ en là giá trị sai lệch tai thời diểm lấy mẫu n en-1 là giá trị sai lệch tai thời diểm lấy mẫu n-1 KI là hệ số tích phân Minnial là giá trị ban đầu của đầu ra KD là hệ số vi phân Từ hàm này suy ra số tích phân sẽ được thể hiện là một hàm của tất cả các giá trị sai lệch bao gồm từ mẫu đầu tiên cho đến mẫu hiện tại. Hàm vi phân ở đây là một hàm của sai lệch hiện tại và sai lệch trước đó còn hàm tỷ lệ chỉ là một hàm của sai lệch hiện tại. PLC không bao giờ lưu tất cả các giá trị sai lệch bởi vì điều đó không cần thiết. Mỗi khi phát hiện sai lệch thì sẽ phải tính toán giá trị đầu vào ngay ở mẫu đầu tiên vì vậy chỉ cần lưu giá trị sai lệch trước đó và giá trị của các hàm tích phân. Do tính chất giửi lặp đi lặp lại của PLC nên người ta đã làm đơn giản hoá hàm để có thể giải quyết được mẫu sai lệch này. Phương trình đơn giản hoá là: GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC 96 Trong đó Mn là giá trị đầu ra đã được tính toán tại thời điểm lấy mẫu n KC là hệ số tỷ lệ en là giá trị sai lệch tai thời diểm lấy mẫu n en-1 là giá trị sai lệch tai thời diểm lấy mẫu n-1 KI là hệ số tích phân MX là giá trị của đầu ra tại n-1 KD là hệ số vi phân CPU sử dụng một hình thức của hàm đã được đơn giản hoá trên khi tính toán giá trị đầu ra của vòng điều khiển Hàm đơn giản là: Trong đó Mn là giá trị đầu ra đã được tính toán tại thời điểm n MPn là giá trị của khâu tỷ lệ tại thời điểm n MIn là giá trị của khâu tích phân tại thời điểm n MDn là giá trị của khâu tích phân tại thời điểm n *Hàm tỷ lệ: Giá trị tỷ lệ MP là kết quả giá trị đạt được giá trị này điều khiển độ nhạy bén của việc tính toán và giá trị sai lệch (được tính bằng sự khác nhau giữa giá trị đặt và giá trị thực tại một thời điểm cho trước). Hàm trị tỷ lệ được CPU xử lý là: Trong đó MPn là giá trị đầu ra của khâu tỷ lệ tại thời điểm n KC là hệ số tỷ lệ SPn là giá trị đặt tại thời điểm n PVn là giá trị thực tại thời điểm n *Hàm tích phân: Giá trị đầu ra của khâu tích phân MI tỷ lệ tích phân với sai lệch Hàm của tích phân được CPU xử lý là: Trong đó MIn là giá trị đầu ra của khâu tích phân tại thời điểm n KC là hệ số tích phân TS là thời gian lấy mẫu TI là hệ số thời gian tích phân SPn là giá trị đặt tại thời điểm n GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC 97 PVn là giá trị thực tại thời điểm n MX là giá trị của hàm tích phân tại thời điểm n-1 Tổng tích phân (MX) là tổng các giá trị trước đó đang chạy của giá trị tích phân. Sau mỗi lần tích toán Minm tổng tích phân sẽ được cập nhật bằng giá trị Min đã được điều chỉnh (xem phần Biến số và phạm vi để biết thêm chi tiết). Giá trị ban đầu của tổng tích phân được đặt theo giá trị đầu ra Minnitial ngày trước quá trình tính toán đầu ra vòng đầu tiên. Giá trị tích phân gồm một vài hằng số như hệ số tích phân và hằng số thời gian mà trong một thời gian quét một vòng mà PID tính lại giá trị đầu ra và tích phân thời gian (Ti) mà trong một khoảng thời gian cần để điều khiển sự tác động của hàm tích phân trong việc tính toán đầu ra. *Hàm vi phân: Hàm vi phân MD tỷ lệ thuận với sự thay đổi của sai lệch. Hàm dưới đâythể hiện giá trị vi phân. Để tránh sự thay đổi bất thường của đầu ra do việc phát sinh những thay đổi trong điểm đặt, hàm này được điều chỉnh để giá trị đặt là một hằng số (SPn = SPn-1). Điều này sẽ có hiệu quả trong việc tính toán sự thay đổi giá trị thực chứ không phải thay đổi sai lệch dưới đây: hoặc chỉ là: Trong đó MDn là giá trị đầu ra của khâu vi phân tại thời điểm n Kc là hệ số Ts là thời gan mẫu Td là thời gian vi phân SPn là giá trị đặt tại thời điểm n SPn-1 là giá trị đặt tại thời điểm n-1 PVn là giá trị thực tại thời điểm n PVn-1 là giá trị thực tại thời điểm n-1 CPU phải lưu giá trị thực chứ không lưu sai lệch để sử dụng trong việc tính toán giá trị vi phân tiếp sau đó. Trong lần lấy mẫu đầu tiên giá trị PVn-1được coi là tương đương với giá trị PVn. Lựa chọn vòng điều khiển: Trong nhiều hệ thống điều khiển người ta thường sử dụng một hoặc hai vòng điều khiển. Ví dụ người ta có thể sử dụng vòng điều khiển tỷ lệ hoặc điều khiển tỷ lệ và tích phân.Việc lựa chọn vòng điều khiển được thực hiện bằng việc lập giá trị thông số không đổi. Nếu không muốn tính toán bằng tích phân (không ‘I’ trong việc tính toán PID) thì người ta phải xác định giá trị vô cực cho thời gian tích phân. Thậm chí nếu không tính toán tích phân thì giá trị của hàm tích phân có thể không bằng 0 bởi giá trị ban đầu của tổng tích phân MX nếu người ta không muốn dùng bộ D trong tính toán PID thì thời gian đạo hàm Td sẽ được coi bằng 0.0. Nếu không muốn sử dụng bộ P trong tính toán PID và bạn lại muốn sử dụng bộ I hoặc ID thì hằng số thời gian sẽ được xác định bằng 0.0. Bởi vì giá trị hệ số tỷ lệ là một nhân tố trong các GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC 98 hàm dùng để tính toán giá trị tích phân, giá trị vi phân thì việc đặt giá trị 0.0 cho hệ số sẽ trở thành giá trị 1.0 sử dụng trong hàm tích phân, vi phân. Cả giá trị đặt và giá trị thực đều là những số thực mà phạm vi, độ lớn và đơn vị vận hành có thể khác nhau. Trước khi bộ PID xử lý các giá trị thực đó thì chúng phải được chuyển hoá thành những điểm rõ ràng đúng tiêu chuẩn. Bước đầu tiên là chuyển một số nguyên 16 bit thành một điểm hoặc số thực. Dòng lệnh sau cho thấy cách chuyển từ số nguyên sang số thực. Lệnh XORD AC0, AC0 MOVW AIW0, AC0 LDW >= AC0,0 JMP 0 NOT CRD 16#FFFF0000,AC0 LBL 0 DTR AC0, AC0 Bước tiếp theo là chuyển số thực thành giá trị tiêu chuẩn (Số hoá tín hiệu) 00 và 1.0. Hàm sau dùng để tiêu chuẩn hoá cả giá trị thực và giá trị đặt. Trong đó : RNorm là gá trị số thực đã được chuẩn hoá. Rraw là gá trị số thực chưa được chuẩn hoá. Offset bằng 0.0 đối với giá trị đơn cực. 0.5 đối với giá trị song cực. Span là giá trị lớn nhất của độ phân giải . = 32000 cho giá trị đơn cực. = 64000 cho giá trị song cực. *Chuyển vòng đầu ra thành gá trị nguyên cân bằng:Vòng đầu ra là một số thực tiêu chuẩn giữa 00 đến 01. Trước khi sử dụng giá trị đầu ra để xác định tín hiệu tương tự đầu ra ta phải chuyển giá trị đầu ra thành một số nguyên 16 bít được sắp xếp thứ tự. Quá trình này là sự đảo ngược quá trình chuyển đổi PV và SP sang giá trị tiêu chuẩn. Bước đầu tiên, chuyển vòng đầu ra thành giá trị số thực ta sử dụng công thức dưới đây: Công thức Rscal = (Mn- Offset) . Span Trong đó: Rscal là độ chia độ của giá trị số thực đầu ra Mn là giá trị số thực đầu ra đã được chuẩn hoá Offset bằng 0.0 đối với giá trị đơn cực 0.5 đối với giá trị song cực Span là giá trị lớn nhất của độ phân giải = 32000 cho giá trị đơn cực GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC 99 = 64000 cho giá trị song cực Chuỗi lệnh sau cho biết cách sắp xếp thứ tự vòng đầu ra: MOVR VD108 -R 0,5, AC0 *R 64000.0, AC0 Tiếp theo, giá trị thực thể hiện vòng đầu ra phải được chuyển thành một số nguyên 16 bits. Dòng lệnh dưới đây cho thấy cách chuyển đổi đó: TRUNC AC0, AC0 MOV-W AC0, AQW0 *Các vòng hoạt động đúng chiều và ngược chiều: Gọi là vòng đúng chiều nếu như hệ số tích phân dương và gọi là vòng ngược chiều nếu hệ số là âm (đối với bộ điều khiển I hoặc ID, giá trị của hệ số là 0.0 việc xác định hệ số tích phân dương cho giá trị thời gian tích phân và giá trị thời gian đạo hàm sẽ ảnh hưởng tới vòng xuôi chiều và việc xác định giá trị âm sẽ ảnh hưởng tới vòng ngược chiều). *Các biến số và phạm vi: Biến số và giá trị đặt là đầu vào của bộ tính toán PID. Như vậy ta có thể đọc các trường Bảng lặp của các biến số đó như không thể thay đổi bởi lệnh PID. Bộ tính toán PID có thể tạo ra giá trị đầu ra vì vậy trường giá trị đầu ra trong bảng thông số được cập nhật sau mỗi bộ tính toán PID. Giá trị đầu ra được tập hợp thành các giá trị từ 00 đến 1.0. Ta có thể sử dụng giá trị đầu ra như một đầu vào để xác định giá trị đầu ra ban đầu khi chuyển đổi từ trạng thái điều khiển bằng tay sang trạng thái điều khiển tự động của đầu ra. Nếu ta sử dụng bộ điều khiển tích phân thì bộ tính toán PID sẽ cập nhật giá trị sai lệch và giá trị vừa được cập nhật đó sẽ được sử dụng như một đầu vào của bộ tính toán PID tiếp theo. Khi giá trị đầu ra vừa được tính toán nằm ngoài phạm vi cho phép (nhỏ hơn 0.0 hoặc lớn hơn 1.0) thì ta có thể điều chỉnh giá trị sai lệch theo công thức sau: MX = 1.0 – (MPn + MDn) Khi kết quả tính toán đầu ra Mn > 1.0 MX = 1.0 – (MPn + MDn) Khi kết quả tính toán đầu ra Mn < 0.0 Trong đó: MX là giá trị sai lệch đã được điều chỉnh MPn là giá trị đầu ra của khâu tỷ lệ tại thời điểm n MDn là giá trị đầu ra của khâu vi phân tại thời điểm n Mn Là giá trị đầu ra tại thời điểm n Bằng việc điều chỉnh giá trị lệch chuẩn như đã trình bày ở trên, khả năng đáp ứng của hệ thống được nâng cao đáng kể bởi đầu ra đã tính được ở trên trở lại trong phạm vi cho phép. Giá trị sai lệch chuẩn đã được tính toán cũng được tập hợp từ 0.0 đến 1.0 và sau đó được viết trong trường lệch chuẩn của Bảng lặp sau khi hoàn thành mỗi bộ tính toán PID. Giá trị lưu trong Bảng lặp sẽ được sử dụng trong việc tính toán PID tiếp theo. Giá trị lệch chuẩn trong Bảng lặp có thể được thay đổi trước khi thực hiện lệnh PID để xác định các vấn đề phát sinh trong khi tính giá trị lệch chuẩn trong một số ứng dụng cụ thể. Ta phải cẩn thận khi điều chỉnh bằng tay bất cứ giá trị sai lệch chuẩn nào viết trong Bảng lặp phải là một số thực từ 0.0 đến 1.0. GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC 100 Một giá trị so sánh của biến số thực được lưu giữ trong Bảng lặp để sử dụng trong phần phát sinh của bộ tính toán PID do đó ta không nên thay đổi giá trị này. Không có bộ điều khiển chuẩn cho các vòng lặp PID S7-200. Bộ tính toán PID được thực hiện chỉ khi có dòng điện truyền đến hộp PID. Như vậy trạng thái “tự động” sẽ được bật khi bộ tính toán PID được thực hiện một cách tuần tự. Trạng thái bằng tay sẽ bật khi ta không thực hiện bộ tính toán PID. Bộ lệnh PID có một Power-flow history bit. Lệnh sử dụng bit đánh dấu này để dò tìm từ 0 đến 1 Power flow transition. Và khi dò thấy lệnh này sẽ thực hiện một loạt các công việc nhằm thay đổi từ chế độ điều khiển bằng tay sang chế độ điều khiển tự động. Để quá trình thay đổi sang chế độ điều khiển tự động đó không gặp trở ngại thì giá trị đầu ra do bộ điều khiển bằng tay tạo ra phải cùng định dạng với đầu vào của lệnh PID (giá trị Mn trong Bảng lặp) trước khi chuyển sang chế độ điều khiển tự động. Lệnh PID thực hiện một chuỗi công việc sau đối với các giá trị trong Bảng lặp để đảm bảo một sự thay đổi từ chế độ bằng tay sang chế độ tự động khi dò được sự chuyển đổi dòng điện từ 0 đến 1. Lập điểm đặt (SPn) = biến số thực (PVn) Lập biến số thực (PVn-1) = biến thực (PVn) Lập giá trị lệch chuẩn (MX) = giá trị đầu ra (Mn) Trạng thái mặc định của PID history bit là “Set” và trạng thái đó được thiết lập trong bước khởi động của CPU và trong mỗi lần thay đổi từ trạng thái STOP sang trạng thái RUN của bộ điều khiển. Nếu dòng năng lượng chạy tới hộp PID lần đầu tiên mà lệnh này được thực hiện sau khi vào trạng thái RUN thì khi đó lệnh sẽ không dò được sự chuyển đổi năng lượng và sự thay đổi trạng thái một cách bình thường sẽ không thể thực hiện được. *Báo động, quá trinh vận hành đặc biệt: Lệnh PID là một lệnh đơn giản nhưng rất hiệu quả để tính PID. Nếu các quá trình xử lý cần thêm các tính năng như báo động hoặc tính toán đặc biệt các biến số lặp thì ta phải sử dụng các lệnh cơ bản do CPU cung cấp. *Các điều kiện của sai lệch: Trong khi dịch, CPU sẽ tạo ra một lỗi biên dịch (sai lệch về mặt phạm vi) và việc biên dịch sẽ không thể tiếp tục được nếu địa chỉ khởi động trong Bảng lặp hoặc toán tử số vòng lặp được xác định trong lệnh PID ngoài phạm vi cho phép. Các giá trị đầu vào Bảng lặp nhất định không phải là phạm vi mà lệnh PID kiểm soát. Bạn phải lưu ý rằng biến số thực và điểm đặt (hay là giá trị lệch chuẩn và biến thực liền kề trước đó nếu được coi như là các đầu vào) là những số thực giữa 0.0 và 1.0 Nếu gặp phải bất kỳ lỗi nào trong khi thực hiện các phép toán của bộ tính toán PID thì SM1.1 (giá trị tràn hay giá trị không hợp lệ) được đặt và lệnh PID sẽ không thể được thực hiện tiếp. (việc cập nhật các giá trị trong Bảnglặp có thể không được hoàn chỉnh) vì vậy bạn không nên quan tâm tới các giá trị đó vì việc sửa giá trị đầu vào sẽ gây ra những sai lệch toán học trước khi thực hiện lệnh PID của vòng tiếp theo . Bảng lặp dài 36 bytes vào có định dạng như sau: STT Thông số Ý nghĩa 1 VD100 Giá trị thực (PVn) 2 VD104 Giá trị đặt (SPn) GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC 101 3 VD108 Tín hiệu đưa ra điều khiển biến tần (Mn) 4 VD112 Hệ số Kc(khuếch đại) 5 VD116 Hằng số thời gian Ts mẫu 6 VD120 Hằng số thời gian tích phân(Ti) 7 VD124 Hằng số thời gian vi phân(Td) 8 VD132 Biến số thực đã được lưu từ lần thực hiện trước Trong mô hình cân này, với yêu cầu công nghệ là với một giá trị đặt trước của lưu lượng liệu và bộ PLC có nhiệm vụ tính tóan và điều chỉnh biến tần để điều chỉnh một động cơ quay băng tải sao cho lưu lượng liệu ra khỏi cân băng bằng lượng đã đặt trước. Điểm đặt ở đây là lưu lượng liệu được đặt từ bộ TD200. Điểm đặt được xác định trước và sẽ được nhập trực tiếp vào Bảng lặp. Biến thực sẽ là một giá trị tương tự và được hiển thị trên TD200. Đầu ra được ghi trong Bảng đầu ra tương ứng đơn cực dùng để điều khiển tốc độ động cơ quay băng. Từ yêu cầu công nghệ như trên ta có thể lập trình cho bộ điều khiển khả trình PLC Lập trình cho CPU S7-200 Để lập trình cho PLC ta cần thực hiện các bước sau: 1. Tìm hiểu kỹ yêu cầu công nghệ, bổ sung những yêu cầu còn thiếu. 2. Chọn PLC có số đầu vào đầu ra lớn hơn số đầu vào đầu ra yêu cầu. 3. Phân cổng vào ra cho PLC. 4. Lập lưu đồ cách mà PLC thực hiện công nghệ yêu cầu. 5. Phiên dịch lưu đồ sang giản đồ thang và lập trình vào PLC. 6. Kiểm tra và sửa đổi chương trình và chạy thử. 7. Nối PLC với hệ thống thực. 8. Kiểm tra và sửa đổi chương trình. 9. Chạy thử nghiệm và sửa đổi. 10. Lưu giữ chương trình và hoàn tất tài liệu. 11. kết thúc công việc. *Phân cổng vào ra cho PLC: Cổng V0 M đưa điện áp điều khiển ra điều khiển biến tần. Cổng A+ A- là cổng đưa điện áp từ LoadCell vào PLC. Cổng A+ A- là cổng đưa điện áp từ máy phát tốc vào PLC. Lưu đồ cho PLC thực hiện như Hình 4.8 dưới đây Thực hiện chương trình con Bắt đầu Chu kỳ 1 ? Đ S Tải iá t ị đặt từ TD200 ố GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC 102 Phiên dịch lưu đồ sang giản đồ thang chương trình như hình sau: MOV-R EN ENO IN OUT AC0 VD104 VD100 SBR-0 SM0.0 DIV-R EN ENO IN1 IN2 OUT AC0 16000 AC0 MOV-W EN ENO IN OUT 0.25 GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC 103 ATCH EN ENO IN1 IN 2 0 10 VD1000 ENI MOV-B EN ENO IN OUT 100 SMB34 GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC 104 *Thuyết minh chương trình Theo yêu cầu công nghệ thì lưu lượng của quá trình bằng lưu lượng đặt Qđ= Qt= P.V. Kqđ| Gọi tín hiệu AIW0 là tín hiệu áp lực Tín hiệu vận tốc là AQW0 Chương trình chính Thực hiện khai báo chương trình chính lúc này tiếp điểm SM0.1 bắt đầu thực hiện chương trình gồm có. Khai báo địa chỉ V14.6 là địa chỉ của hệ số Kqđ và địa chỉ V14.7 là địa chỉ của giá trị đặt Tiếp điểm I0.0 bật lên thực hiện chương trình chuyển giá trị đặt từ vùng địa chỉ VW59 tới địa chỉ VD104. Được thông qua các bước sau: Xóa tín hiệu trong thanh ghi AC3 (tín hiệu AC3 đang là số nguyên). Chuyển giá trị VW59 (số nguyên) kết quả đưa vào AC3. Chuyển giá trị AC3 thành số thực kết quả đưa vào AC3. Chia giá trị AC3 cho 1000 kết quả đưa vào AC3. Nhân tín hiệu AC3 với VD80 (hệ cố quy đổi) kết quả đưa vào VD100 Thực hiện tính PID. Tín hiệu VD108 (tín hiệu ra điều khiển) nhân với 16000 để Uđk chỉ nằm trong khoảng 0-5V đựợc gửi ra tín hiệu AQW0 ở đây lấy tín hiệu AQW0 là tín hiệu vận tốc luôn. Chuyển tín hiệu Kết thúc Chương trình con ngắt - Xoá AC0 - Lấy mẫu áp lực P tại AIW0 chuyển vào thanh ghi AC0 - Đổi AC0 sang số thực - Chuyển AC0 về giá trị thực - Xoá AC1 - Lấy mẫu áp lực V tại AIW1 chuyển vào thanh ghi AC1 - Đổi AC1 sang số thực - Chuyển AC1 về giá trị thực - Nhân AC0 với AC1 - Chuyển kết quả ra vùng nhớ VD100 để đưa vào bộ PID sử lý sai lệch GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC 105 AQW0 thành số thực. Kết quả ghi vào VD100. Chuyển tín hiệu VD100 lên màn hình hiển thị TD200. VD69 chia cho hệ số quy đổi lúc này là tín hiệu Q(t) với địa chỉ VD69. Chương trình con Khai báo các hằng số. Đặt giá trị đặt VD104 (địa chỉ trên CPU) Hằng số Kc=0.25 được chuyển vào địa chỉ VD112 trong vòng bảng PID. Hằng số thời gian Ts=0.1 được chuyển vào địa chỉ VD116 trong vòng bảng PID. Hằng số tích phânTi= 0.5phút được chuyển vào địa chỉ VD120 trong vòng bảng PID. Hằng số vi phân Td=0 được chuyển vào địa chỉ VD124 trong vòng bảng PID. Khai báo ngắt dùng lệnh ATCH ở đây khai báo ngắt 10. Kết thúc chương trình khai báo ngắt. Chương trình ngắt Xóa tín hiệu trong thanh ghi AC0 (tín hiệu AC0 đang là số nguyên). Chuyển giá trị AIW0 (số nguyên) kết quả đưa vào AC0. Chuyển giá trị AC0 thành số thực kết quả đưa vào AC0. Chia giá trị AC0 cho 16000 kết quả đưa vào AC0. Chuyển tín hiệu AC0 ra VD1000. Tín hiệu áp lực AIW0 được chuyển đổi từ số nguyên sang số thực và kết quả được gửi sang VD1000. Chương trình cứ thế được thực hiện Sau khi đã lập trình xong chương trình đó được đổ xuống PLC và từ PLC được nối với màn hình hiển thị TD200 để điều khiển cầm tay. Với các thông số được thay đổi như Q(đ). Tín hiệu áp lực thay đổi làm cho tốc độ động cơ thay đổi được hiển thị trên màn hình TD cụ thể là áp lực tác động lớn làm cho tốc độ động cơ giảm và áp lực nhỏ làm cho động cơ quay nhanh. GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC 106 Mục lục Trang Lời mở đầu ................................................................................................................................. 1 Chương 1: Hệ thống cân băng định lượng .................................................................................. 3 1.1. Khái niệm ............................................................................................................................ 4 1.2. Cấu tạo của cân băng định lượng ..................................................................................... 5 1.3. Tế bào cân đo trọng lượng ................................................................................................ 6 1.3.1. Nguyên lý tế bào cân số SST .......................................................................................... 6 1.3.2. Nguyên lý tế bào cân Tenzomet ...................................................................................... 7 1.3.3. Chuẩn bì .......................................................................................................................... 8 1.4. Nguyên lý tính lưu lượng của cân băng định lượng ........................................................ 9 1.4.1. Nguyên lý tính lưu lượng ................................................................................................ 9 1.4.2. Đo trọng lượng liệu trên băng tải .................................................................................. 10 1.5. Khái quát về điều chỉnh cấp liệu cho cân băng ............................................................. 10 Chương 2: Thiết kế động lực cho cân băng định lượng có công suất 40 - 60T/h ..................... 12 2.1. Hoạt động của cân băng .................................................................................................. 13 2.1.1. Cấu trúc điều khiển cân ................................................................................................. 14 2.1.2. Thông số kỹ thuật của cân ............................................................................................. 14 2.2. Tính trọn công suất động cơ cho băng cân .................................................................... 15 2.2.1. Sơ đồ cấu trúc hệ truyền động ....................................................................................... 15 GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC 107 2.2.2. Tính trọn công suất động cơ .......................................................................................... 16 2.3. Tính trọn loadcell ............................................................................................................. 17 2.2.3. Tính trọn biến tần ......................................................................................................... 18 Chương 3: Xây dựng cấu trúc hệ điều chỉnh ............................................................................ 19 3.1. Cấu trúc hệ điều chỉnh ..................................................................................................... 20 3.2. Hệ điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ dùng biến tần ....................................... 20 3.2.1. Khái quát về động cơ không đồng bộ ........................................................................... 20 3.2.2. Điều chỉnh tần số động cơ bằng biến tần ...................................................................... 23 3.3. Biến tần công nghiệp TOSHIBA ..................................................................................... 26 3.3.1. Mạch lực của biến tần ................................................................................................... 26 3.3.2. Chức năng các cực của mạch điều khiển ...................................................................... 27 3.3.3. Bàn phím và màn hình hiển thị ..................................................................................... 29 3.3.4. Tiêu chuẩn kết nối ......................................................................................................... 31 3.3.5. Phần mềm thuyết minh ................................................................................................. 32 3.4. Cấu trúc của Loadcell và bộ khuếch đại ........................................................................ 66 3.4.1. Cấu trúc của loadcell ..................................................................................................... 66 3.4.2. Bộ khuếch đại ................................................................................................................ 68 3.5. Bộ vi điều khiển ................................................................................................................ 70 3.6. Tổng hợp bộ điều chỉnh lưu lượng ................................................................................. 70 3.6.1. Sơ đồ cấu trúc ................................................................................................................ 70 2.6.2. Xác định thông số bộ điều chỉnh ................................................................................... 72 Chương 4: Mô phỏng Matlab & Simulink ................................................................................ 73