Transcript
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT
NHIỆT ĐỘ LÒ NHIỆT
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2010
i
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
Tp. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2010
Giáo viên hướng dẫn
TS. Ngô Văn Thuyên
ii
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
Tp. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2010
Giáo viên phản biện
iii
Lời nói đầu
Cơ thể con người là một thể thống nhất gồm nhiều cơ quan và bộ phận phối hợp nhịp nhàng
với nhau để thực hiện những quá trình sinh lý hoá cần thiết cho sự sống. Điều hiển nhiên rằng
tại mọi thời điểm, cơ thể người luôn luôn điều chỉnh và cân bằng mọi thứ nhằm thích nghi với
môi trường và đảm bảo duy trì sự sống được liên tục. Thân nhiệt một người bình thường luôn
ổn định tại 37oC là minh chứng cụ thể cho khả năng tự điều chỉnh tuyệt vời của con người.
Tương tự như cơ thể người , trong sản xuất công nghiệp luôn luôn đòi hỏi nhiều quá trình tự
điều chỉnh và cân bằng thông số của hệ thống, trong đó có quá trình gia nhiệt cho sản phẩm.
Tuy nhiên đây không phải là quá trình tự nhiên xảy ra ngoài ý muốn chủ quan của con người
mà chịu sự chi phối trực tiếp hoặc gián tiếp từ phía người vận hành điều khiển. Trải qua gần
400 năm kể từ khi Cornelis Drebbel (người Hà Lan) phát triển hệ thống điều khiển nhiệt độ tự
động đầu tiên dùng cho lò sưởi[3]
thì lịch sử loài người đã có dịp chứng kiến và hưởng thụ
nhiều công nghệ hiện đại được áp dụng vào mục đích kiểm soát nhiệt độ. Đi đầu về công nghệ
này vẫn thuộc về lĩnh vực điều khiển tự động. Ngày nay, loài người đã biết rất nhiều phương
pháp trên nền những giải thuật khác nhau từ đơn giản đến hiện đại và cả thông minh để kiểm
soát nhiệt độ nhưng đều phục vụ cho việc ổn định hệ thống và xa hơn nữa là cải thiện chất
lượng đáp ứng.
Việc áp dụng một phương pháp cụ thể vào môi trường công nghiệp không đơn giản như lúc
chúng ta tưởng tượng về kết quả cuối cùng. Bất kỳ một phương án nào được chọn lựa cũng
phải được xem xét dưới nhiều khía cạnh khác nhau về đặc điểm kỹ thuật, mặt tích cực và hạn
chế khi làm việc, tính khả thi khi hoạt động và cả lợi ích kinh tế lúc đưa vào vận hành… Tất
cả những vấn đề trên cần được đánh giá khách quan dựa trên cơ sở khoa học rõ ràng, đúng
đắn được thể hiện qua những phương trình toán học, biểu đồ thống kê, bảng so sánh đánh giá
và cả những thực nghiệm kiểm chứng. Một đề tài đồ án tốt nghiệp ngoài việc thực hiện những
công việc trên đây thì còn có ý nghĩa sâu sắc đối với mỗi sinh viên thực hiện. Một lần nữa
iv
sinh viên được trải nghiệm thực tế, những kiến thức học được từ ghế nhà trường sẽ giúp hình
thành những sản phẩm công nghiệp. Trong quá trình tiến hành không thể không gặp những
khó khăn vấp phải, do đó kích thích sinh viên tư duy để tìm ra phương án tối ưu và trao đổi
thảo luận lẫn nhau nhằm mục đích hình thành thói quen hợp tác làm việc nhóm và phương
pháp làm việc hiệu quả.
Sau một học kỳ tìm hiểu, nghiên cứu và thực hiện, đề tài “Xây dựng hệ thống điều khiển và
giám sát nhiệt độ lò nhiệt” đã đạt được những mục đích đề ra. Với kết quả mỹ mãn này, tôi
xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đối với TS. Ngô Văn Thuyên đã tận tình hướng dẫn tôi
trong suốt thời gian thực hiện đề tài.
Ngoài ra để có thiết bị và tài liệu phục vụ cho mục đích nghiên cứu một cách nhanh chóng,
quý thầy cô quản lý phòng D205 đã tạo điều kiện thuận lợi trong khoảng thời gian dài cho tôi
tiến hành nhiều thử nghiệm thực tế đạt kết quả tốt. Tôi xin chân thành cảm ơn!
Tôi cũng xin thể hiện lòng biết ơn đến các bạn sinh viên lớp 05118, khoa Điện - Điện tử
Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh đã đóng góp nhiều ý kiến để tôi hoàn
thành đề tài tốt nhất có thể.
Một lần nữa tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy cô cùng các bạn!
Trần Ngọc Quang Triều
v
Tóm tắt đề tài
Về phương diện vật lý, nhiệt độ là năng lượng trung bình của tất cả các phần tử tự do trong hệ
nhiệt động, đồng thời nhiệt độ cũng là đối tượng điều khiển của ngành tự động hoá. Từ nhu
cầu thực tiễn trong sản xuất công nghiệp cần một hệ thống gia nhiệt đảm bảo tính chính xác,
đáp ứng nhanh với yêu cầu và ổn định với những nhiễu động môi trường, đề tài “Xây dựng hệ
thống điều khiển và giám sát nhiệt độ lò nhiệt” đã được chọn để đáp ứng với nhu cầu đặt ra.
Dựa trên những phân tích tối ưu về đặc điểm kỹ thuật, công nghệ chế tạo, khả năng ứng dụng,
mức độ khả thi và xem xét đến kinh tế. Đề tài này đã hoàn thành với nội dung như sau: Hệ
thống thực hiện chức năng điều khiển nhiệt độ của lò nhiệt truyền nhiệt trong môi trường
không khí. Thiết bị gia nhiệt là thanh điện trở nhiệt dùng điện áp xoay chiều 220V, công suất
1000W. Cảm biến là cặp nhiệt ngẫu loại K thích hợp với môi trường công nghiệp được đọc về
bằng module chuyên dụng TC2 của hãng Panasonic. Công suất nhiệt được điều khiển tuyến
tính bởi phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM) bằng PLC của hãng Panasonic. PLC
thực hiện luật điều khiển PID trong đó các thông số DIP TTK ,, của thuật toán được tính tự
động nhờ vào phương pháp tự điều chỉnh (Auto-Tuning). Quá trình cài đặt nhiệt độ, giám sát
nhiệt độ được thực hiện từ máy tính thông qua các hộp thoại giao diện. Ngoài ra hoạt động
của hệ thống cũng được theo dõi qua màn hình công nghiệp HMI (Panasonic). Trong suốt thời
gian vận hành dữ liệu nhiệt độ cùng với thời gian thực luôn được cập nhật và lưu lại trên ổ
đĩa. Hệ thống thu thập dữ liệu và điều khiển giám sát nhiệt độ phối hợp mọi hoạt động một
cách nhịp nhàng trên cơ sở đảm bảo chức năng cơ bản của một hệ thống SCADA.
vi
Mục lục
Trang
Nhận xét của giáo viên hướng dẫn .............................................................................................. i
Nhận xét của giáo viên phản biện ............................................................................................... ii
Lời nói đầu ................................................................................................................................. iii
Tóm tắt đề tài .............................................................................................................................. v
Mục lục ...................................................................................................................................... vi
Danh sách hình vẽ ................................................................................................................... viii
Danh mục bảng biểu .................................................................................................................. ix
Danh mục các từ viết tắt ............................................................................................................. x
Chương 1: Mở đầu ...................................................................................................................... 1
1.1 Tổng quan ....................................................................................................................... 1
1.2 Mục tiêu, nhiệm vụ của đề tài ......................................................................................... 2
1.3 Giới hạn đề tài nghiên cứu .............................................................................................. 3
1.4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ........................................................................ 3
1.5 Nội dung đề tài ................................................................................................................ 3
Chương 2: Tổng quan họ PLC, HMI, PCWay ........................................................................... 5
2.1 PLC Panasonic ................................................................................................................ 5
2.1.1 Giới thiệu tổng quát ........................................................................................................ 5
2.1.2 Nguồn cung cấp .............................................................................................................. 7
2.1.3 Vùng nhớ ........................................................................................................................ 8
2.1.4 Các ngõ vào, ra tín hiệu (I/O) ......................................................................................... 9
2.1.5 Module mở rộng ........................................................................................................... 14
2.1.6 Các chức năng đặc biệt ................................................................................................. 15
2.1.7 Truyền thông ................................................................................................................. 17
2.2 Giao diện GT32 ............................................................................................................ 19
2.2.1 HMI Panasonic ............................................................................................................. 19
2.2.2 Chức năng của GT32 .................................................................................................... 19
2.2.3 Truyền thông với GT32 ................................................................................................ 19
2.2.4 Phần mềm thiết kế giao diện GTWIN .......................................................................... 20
2.3 PCWay .......................................................................... Error! Bookmark not defined.
2.3.1 Giới thiệu tổng quát ...................................................................................................... 20
2.3.2 Chức năng điều khiển, kiểm soát PLC ......................................................................... 20
2.3.3 Chức năng thu thập, quản lý dữ liệu ............................................................................. 20
2.3.4 Giao diện SCADA ........................................................................................................ 21
vii
Chương 3: Hệ thống điều khiển nhiệt độ .................................................................................. 22
3.1 Sơ đồ khối của hệ thống ............................................................................................... 22
3.2 Các loại cảm biến đo nhiệt độ ....................................................................................... 23
3.2.1 Nhiệt điện trở bán dẫn .................................................................................................. 23
3.2.2 Nhiệt điện trở kim loại .................................................................................................. 24
3.2.3 Cặp nhiệt ngẫu .............................................................................................................. 24
3.2.4 Vi mạch cảm biến nhiệt ................................................................................................ 25
3.2.5 Hoả kế ........................................................................................................................... 25
3.3 Các phương pháp điều khiển nhiệt độ .......................................................................... 27
3.3.1 Phương pháp điều khiển ON-OFF ................................................................................ 27
3.3.2 Phương pháp điều khiển liên tục (PWM) ..................................................................... 28
3.4 Thuật toán điều khiển PID ............................................................................................ 29
3.4.1 Giới thiệu ...................................................................................................................... 29
3.4.2 Đặc trưng của các bộ điều khiển P,I,D ......................................................................... 30
3.4.3 Điều khiển PID tương tự ............................................................................................... 34
3.4.4 Điều khiển PID số ......................................................................................................... 35
3.5 Thiết kế lò nhiệt ............................................................................................................ 35
3.5.1 Chọn thiết bị gia nhiệt ................................................................................................... 35
3.5.2 Chọn cảm biến .............................................................................................................. 36
3.5.3 Khối điều khiển công suất ............................................................................................ 36
3.5.4 Mô hình lò nhiệt ............................................................................................................ 38
3.6 Tính toán các thông số cho bộ điều khiển PID ............................................................. 38
3.6.1 Mô hình toán học .......................................................................................................... 39
3.6.2 Tính toán chọn DIP KKK ,, bằng các phương pháp Auto-Tuning .............................. 39
3.7 Hệ thống SCADA ......................................................................................................... 43
3.7.1 Tổng quan hệ thống SCADA ........................................................................................ 43
3.7.2 Quy trình điều khiển nhiệt ............................................................................................ 44
Chương 4: Kết quả thực nghiệm .............................................................................................. 46
4.1 Mô hình kết nối hệ thống thực tế .................................................................................. 46
4.2 Thông số chương trình .................................................................................................. 47
4.3 Phân tích đồ thị ............................................................................................................. 48
4.4 Lưu trữ dữ liệu .............................................................................................................. 52
Chương 5: Kết luận và hướng phát triển đề tài ........................................................................ 54
5.1 Kết luận ......................................................................................................................... 54
5.2 ........................................................................................................... 54
Tài liệu tham khảo .................................................................................................................... 56
Phụ lục A: Chương trình PLC .................................................................................................. 57
Phụ lục B: Chương trình VBA ................................................................................................. 58
viii
Danh sách hình vẽ
Hình 2.1 PLC của hãng Panasonic ............................................................................................ 6
Hình 2.2 Cách nối nguồn cung cấp cho PLC và module mở rộng ............................................. 8
Hình 2.3 Sơ đồ mạch điện ngõ vào (PLC có ngõ ra relay) ...................................................... 10
Hình 2.4 Sơ đồ mạch điện ngõ vào X0 ÷ X3 (PLC có ngõ ra transistor) ................................. 11
Hình 2.5 Sơ đồ mạch điện ngõ vào từ X4 (PLC có ngõ ra transistor) ..................................... 11
Hình 2.6 Ngõ ra PLC kiểu relay ............................................................................................... 12
Hình 2.7 Sơ đồ mạch điện ngõ ra (Y0 ÷ Y3) kiểu transistor .................................................... 13
Hình 2.8 Sơ đồ mạch điện ngõ ra (từ Y4) kiểu transistor......................................................... 13
Hình 2.9 Module mở rộng (COM5) của Panasonic ................................................................. 15
Hình 2.10 Ứng dụng điều khiển vị trí của PLC hãng Panasonic ............................................. 15
Hình 2.11 Các chế độ điều khỉên PID của PLC hãng Panasonic ............................................ 16
Hình 2.12 Truyền thông Ethernet trong PLC hãng Panasonic ................................................ 17
Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển nhiệt ......................................................................... 23
Hình 3.2 So sánh đặc tuyến của thermistor và RTD ................................................................ 24
Hình 3.3 Sơ đồ khối điều khiển on-off lò nhiệt ........................................................................ 27
Hình 3.4 Sơ đồ khối bộ hiệu chỉnh PID .................................................................................... 29
Hình 3.5 Ảnh hưởng của khâu P đến đáp ứng ngõ ra .............................................................. 31
Hình 3.6 Ảnh hưởng của khâu I đến đáp ứng ngõ ra ............................................................... 32
Hình 3.7 Ảnh hưởng của khâu D đến đáp ứng ngõ ra ............................................................. 33
Hình 3.8 Sơ đồ một mạch PID tương tự điển hình dùng OpAmp ............................................. 34
Hình 3.9 Rời rạc hoá tín hiệu liên tục trong điều khiển số ...................................................... 35
Hình 3.10 Cảm biến nhiệt (thermo-couple - cặp nhiệt ngẫu loại K ) ....................................... 36
Hình 3.11 Sơ đồ mạch kích dẫn triac ....................................................................................... 37
Hình 3.12 Đồ thị kích dẫn triac ................................................................................................ 37
Hình 3.13 Mô hình lò nhiệt ....................................................................................................... 38
Hình 3.14 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển nhiệt ....................................................................... 39
Hình 3.15 Mô hình hoá hệ thống lò nhiệt ................................................................................. 39
Hình 3.16 Đáp ứng nấc của hệ vòng hở có dạng chữ S ........................................................... 40
Hình 3.17 Đáp ứng nấc của hệ kín khi K=Kgh ......................................................................... 41
Hình 3.18 Hệ thống tuyến tính điều khiển bằng relay .............................................................. 42
Hình 3.19 Đáp ứng của hệ thống tuyến tính điều khiển bằng relay ......................................... 42
Hình 3.20 Quy trình điều khiển lò nhiệt ................................................................................... 44
Hình 3.21 Hộp thoại cài đặt quá trình nhiệt độ ....................................................................... 45
Hình 3.22 Giao diện chính điều khiển hệ thống ....................................................................... 45
Hình 4.1 Mô hình hệ thống điều khiển và giám sát nhiệt độ .................................................... 47
Hình 4.2 Thông số DIP TTK ,, sau quá trình Auto-Tuning ....................................................... 47
Hình 4.3 Quá trình Auto-Tuning và điều khiển PID ................................................................ 49
Hình 4.4 Đáp ứng tại 60oC, bias value bằng 0
oC..................................................................... 49
Hình 4.5 Đáp ứng tại 60oC, bias value bằng 5
oC..................................................................... 50
Hình 4.6 Đáp ứng tại 65oC, bias value bằng 7
oC.................................................................... 51
Hình 4.7 Đáp ứng với 3 quá trình nhiệt độ khác nhau: 60oC, 70
oC và 65
oC ........................... 51
Hình 4.8 Đáp ứng với 2 quá trình nhiệt độ khác nhau: 65oC và 60
oC ..................................... 52
ix
Danh mục bảng biểu
Bảng 2.1 Đặc tính nguồn cung cấp cho PLC ............................................................................. 7
Bảng 2.2 Cấu trúc vùng nhớ PLC họ C30/C60 .......................................................................... 9
Bảng 2.3 Cấu trúc vùng nhớ cho cassettes và module mở rộng ................................................ 9
Bảng 2.4 Cấu trúc vùng nhớ cho module mở rộng FP0 ........................................................... 10
Bảng 2.5 Đặc tính ngõ vào (PLC có ngõ ra relay) .................................................................. 11
Bảng 2.6 Sơ đồ mạch điện ngõ vào (PLC có ngõ ra transistor) ............................................. 12
Bảng 2.7 Đặc tính ngõ ra PLC kiểu relay ................................................................................ 13
Bảng 2.8 Đặc tính ngõ ra kiểu transistor (NPN) ...................................................................... 14
Bảng 3.1 Đặc điểm kỹ thuật của các loại cặp nhiệt ngẫu ........................................................ 25
Bảng 3.2 So sánh đặc điểm của ba loại cảm biến nhiệt: cặp nhiệt ngẫu, nhiệt điện trở kim loại
và nhiệt điện trở bán dẫn .......................................................................................................... 26
Bảng 3.3 Sự thay đổi đáp ứng ngõ ra khi tăng các hệ số DIP KKK ,, .................................... 33
Bảng 3.4 Thông số điều chỉnh PID dựa vào đáp ứng nấc hệ hở .............................................. 41
Bảng 3.5 Thông số điều chỉnh PID dựa vào đáp ứng nấc hệ kín ............................................. 41
Bảng 3.6 Bộ thông số điều chỉnh PID dựa vào phương pháp relay-feedback ......................... 43
Bảng 4.1 Dữ liệu thu thập về Excel thông qua PCWay ............................................................ 48
Bảng 4.2 Thông số ứng với quá trình đáp ứng quá độ của hệ thống nhiệt ............................. 50
x
Danh mục các từ viết tắt
1. HMI Human Machine Interface
2. PID Proportional Integral Derivative
3. PLC Programmable Logic Controller
4. PV Present Value
5. PWM Pulse Width Modulation
6. SCADA Supervisory Control And Data Acquisition
7. SP Setpoint
8. TC Thermo-Couple
9. VBA Visual Basic Application
1. Mở đầu 1
Chương 1
Mở đầu
Chương này trình bày vắn tắt quá trình hình thành một đề tài cũng như toàn bộ nội dung của
đề tài. Nội dung gồm các phần chính như sau: tính cấp thiết và lý do chọn đề tài; mục tiêu và
nhiệm vụ nghiên cứu; phạm vi và giới hạn nghiên cứu; ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề
tài.
1.1 Tổng quan
Việc lựa chọn một đề tài để đi vào tìm hiểu nghiên cứu không phải dựa trên cảm quan của
người thực hiện mà phải xuất phát từ nhu cầu thực tế mang tính cấp thiết, và đòi hỏi phải hiện
thực hóa bằng những sản phẩm ứng dụng cụ thể. Hơn nữa, một đề tài khả thi sẽ mang lại cảm
hứng nghiên cứu sáng tạo cho con người.
Ngày nay, các thiết bị điều khiển tự động đã và đang được ứng dụng rộng rãi trong công
nghiệp. PLC thay thế các kỹ thuật điều khiển lạc hậu và phát huy hiệu quả hoạt động tối ưu
trong nhiều dây chuyền sản xuất tự động hoá. Màn hình giao diện công nghiệp (Human
Machine Interface - HMI) giúp kiểm soát hoạt động của hệ thống từ nhiều nơi khác nhau và
thân thiện với người vận hành. Theo nhu cầu thực tế, các thiết bị điều khiển phải được kết nối
với nhau thành một mạng thống nhất để chia sẻ thông tin và dữ liệu của hệ thống, đồng thời
thực hiện kiểm soát từ xa. Từ đó mạng SCADA trở thành sự lựa chọn tất yếu trong điều khiển
hiện đại.
Việc ứng dụng các thiết bị tự động nói trên vào việc điều khiển nhiệt độ đã và đang phổ biến
rộng rãi với nhiều mục đích và quy mô khác nhau. Hầu hết các ứng dụng này đều nhằm giải
1. Mở đầu 2
bài toán ổn định hệ thống với chất lượng tốt nhất bằng thuật toán PID. Tuy nhiên mức độ của
sự ổn định đến đâu, và khả năng vận dụng linh hoạt những đặc tính nổi trội của thiết bị tự
động như thế nào thì cần phải được nghiên cứu cụ thể, nghiêm túc.
Xuất phát từ nhu cầu thực tế nêu trên, tôi quyết định chọn đề tài “Xây dựng hệ thống điều
khiển và giám sát nhiệt độ lò nhiệt” để thực hiện đồ án tốt nghiệp. Đây là đề tài mang tính
công nghệ vì nghiên cứu hướng vào ứng dụng cụ thể.
1.2 Mục tiêu, nhiệm vụ của đề tài
Sau khi xác định được đối tượng và chủ thể nghiên cứu, việc xác định mục tiêu sẽ là bước
quan trọng kế tiếp nhằm định hướng đúng đắn cho quy trình thực hiện đồ án. Tiếp theo, từng
nhiệm vụ cụ thể sẽ được đề ra và thực hiện nhằm đạt được những mục tiêu đã nêu. Mục tiêu
và nhiệm vụ cụ thể được thể hiện như sau:
Mục tiêu:
Điều khiển tối ưu nhiệt độ bằng phương pháp PID sử dụng các sản phẩm tự động của
hãng Panasonic
Xây dựng hệ thống kiểm soát và thu thập dữ liệu nhiệt độ bằng việc liên kết máy tính
với PLC thông qua phần mềm PCWay
Xây dựng hệ thống có khả năng mở rộng ứng dụng, phù hợp với nhu cầu thực tế
Nhiệm vụ:
Chọn lựa cảm biến và thiết bị gia nhiệt hợp lý
Xây dựng mô hình điều khiển nhiệt
Phân tích lựa chọn giải thuật điều khiển tối ưu
Xây dựng giao diện điều khiển
Viết chương trình và thử nghiệm kiểm chứng
1. Mở đầu 3
1.3 Giới hạn đề tài nghiên cứu
Trong phạm vi đề tài này sẽ thực hiện điều khiển nhiệt độ sử dụng điện năng. Việc thu thập
dữ liệu và điều khiển giám sát bao gồm một máy tính đọc dữ liệu về thông qua một PLC và có
tương tác với một màn hình công nghiệp HMI. Hệ thống chỉ điều khiển một lò nhiệt, chưa
liên kết mạng giữa các PLC và máy tính với nhau nên quy mô còn nhỏ. Phương pháp điều
khiển chỉ dựa trên thuật toán PID, chưa sử dụng các thuật toán hiện đại như fuzzy logic và
mạng neuron. Tuy nhiên, hệ thống được xây dựng có tính mở để có thể mở rộng ứng dụng
một cách dễ dàng.
1.4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Việc nghiên cứu thành công đề tài mang lại nhiều ý nghĩa sâu sắc. Bất kỳ một ứng dụng hay
thử nghiệm cụ thể nào cũng dựa trên những cơ sơ lý thuyết khoa học có sẵn hay giả định khoa
học. Kết quả của đề tài này một lần nữa đã kiểm chứng được lý thuyết, chứng minh tính đúng
đắn và tính ưu việt của luật điều khiển PID, tính mở và hiện đại của hệ thống SCADA. Về
thực tiễn, sau khi nghiên cứu thành công đề tài, sinh viên là người trực tiếp thụ hưởng được
nhiều thành quả nhất. Quá trình thực hiện đề tài là một lần trải nghiệm thực tế vô cùng bổ ích.
Lý thuyết điều khiển tự động đã được củng cố thêm, bên cạnh đó môi trường công nghiệp
cũng gần gũi hơn thể hiện qua tiêu chí lựa chọn từng phương pháp và thiết bị cụ thể. Một
minh chứng rõ ràng rằng khâu tích phân (I) làm giảm thời gian tăng trưởng (nghĩa là tiết kiệm
một khoảng thời gian nhỏ bé) nhưng với hàng nghìn hàng triệu sản phẩm mỗi ngày thì bằng
phép nhân chúng ta sẽ tiết kiệm một lượng thời gian đáng kể.
1.5 Nội dung đề tài
Phần còn lại của đề tài có nội dung như sau:
Chương 2: Tổng quan họ PLC, HMI, PCWay
Giới thiệu tổng quát nhất đặc điểm kỹ thuật cũng như khả năng ứng dụng của các sản phẩm
của hãng Panasonic vào hệ thống điều khiển nhiệt.
1. Mở đầu 4
Chương 3: Hệ thống điều khiển nhiệt độ
Đây là chương trọng điểm của đồ án. Trước tiên người thực hiện phải giới thiệu về các loại
cảm biến nhiệt đang được dùng phổ biến; các phương pháp điều khiển nhiệt từ cổ điển đến
hiện đại; thuật toán điều khiển PID với đặc điểm của từng khâu riêng biệt cũng như tính ưu
việt của phương pháp này. Tiếp theo, đồ án trình bày các bước tiến hành từ thiết kế lò nhiệt
đến tính toán chọn thông số PK , IT , DT dựa trên phương pháp Zeigler-Nichols và relay-
feedback. Phần cuối của đồ án giới thiệu về hệ thống SCADA cùng giải thuật điều khiển
chương trình trên cơ sở điều khiển thông qua mạng SCADA.
Chương 4: Kết quả thực nghiệm
Trong chương này, mọi kết quả có được từ mô hình lò nhiệt thực tế được trình bày rõ ràng
mạch lạc, theo thứ tự để đối chiếu với lý thuyết điều khiển, đồng thời đưa ra những phân tích
bình luận về kết quả đạt được.
Chương 5: Kết luận
Nêu kết luận chung về ưu điểm và hạn chế của đề tài, khẳng định những kết quả đóng góp đạt
được, đề xuất ý kiến để cải thiện khuyết điểm và hướng phát triển đề tài.
2. Tổng quan họ PLC, HMI, PCWay 5
Chương 2
Tổng quan họ PLC, HMI, PCWay
Chương này mô tả khái quát các sản phẩm của hãng Panasonic. Họ PLC FPX không những
thể hiện đầy đủ tính năng của một PLC mà còn có những đặc điểm kỹ thuật nổi trội về vùng
nhớ dữ liệu, khả năng mở rộng thêm module, chức năng truyền thông… Bên cạnh PLC, GT32
là một sản phẩm mới kiểu giao diện người máy (Human Machine Interface - HMI), đây là
màn hình công nghiệp đa màu đa chức năng được lập trình từ máy tính bằng phần mềm
chuyên dụng GTWIN tương thích với nhiều loại màn hình của các hãng khác nhau. Chương
này cũng trình bày những đặc điểm của phần mềm giám sát và thu thập dữ liệu PCWay của
Panasonic. Phần mềm này là chương trình nhúng chạy trên nền của Microsoft Excel thể hiện
đầy đủ tính năng của một phần mềm SCADA. Chương 2 được trình bày như sau: mục 2.1 giới
thiệu tổng quan về các đặc điểm của họ PLC Panasonic; màn hình giám sát công nghiệp GT32
được đề cập trong mục 2.2 và mục 2.3 trình bày tính năng của phần mềm PCWay.
2.1 PLC Panasonic
Là thiết bị logic khả trình, họ PLC FPxx của hãng Panasonic không chỉ thể hiện đầy đủ tính
năng của một PLC thương mại mà còn có những ưu điểm nổi bật cho nhiều ứng dụng trong
công nghiệp.
2.1.1 Giới thiệu tổng quát
PLC (Programmable Logic Controller hay Programmable Controller) thực chất là một máy
tính điện tử được sử dụng trong các quá trình tự động hóa trong công nghiệp; là thiết bị điều
2. Tổng quan họ PLC, HMI, PCWay 6
khiển có thể "lập trình mềm", làm việc theo chương trình lưu trong bộ nhớ (như một máy tính
điều khiển chuyên dụng). PLC thích hợp nhất cho điều khiển logic (thay thế các rơle), song
cũng có chức năng điều chỉnh (như PID, mờ,...) và các chức năng tính toán khác. Lúc đầu,
PLC chủ yếu được ứng dụng trong các ngành công nghiệp chế tạo, điều khiển các quá trình
rời rạc. Trong các hệ SCADA, PLC phát huy được nhiều ưu điểm và thế mạnh. Lịch sử phát
triển của PLC như sau:
1968: Richard Morley sáng tạo ý tưởng PLC cho General Motors
1969: PLC đầu tiên (Allen Bradley và Bedford) được GM sử dụng trong công nghiệp
ô-tô (128 DI/DO, 1kByte bộ nhớ)
1971: Ứng dụng PLC đầu tiên ngoài CN ô-tô
1976: Lần đầu tiên sử dụng trong hệ thống phân cấp điều khiển dây chuyền sản xuất
1980: Các module vào/ra thông minh
1981: PLC nối mạng, 16-bit PLC, các màn hình CRT màu
1982: PLC với 8192 I/O (lớn nhất)
1996: Slot-PLC, Soft-PLC,...
Nhờ họat động theo chương trình nên PLC có thể được ứng dụng để điều khiển nhiều thiết bị
máy móc khác nhau. Chỉ cần thay đổi chương trình điều khiển và cách kết nối thì chính PLC
đó để điều khiển thiết bị, hay máy móc khác. Cũng như vậy, nếu muốn thay đổi quy luật hoạt
động của máy móc, thiết bị hay hệ thống sản xuất tự động, rất đơn giản, chỉ cần thay đổi
chương trình điều khiển. Các đối tượng mà PLC có thể điều khiển được rất đa dạng, từ máy
bơm, máy cắt, máy khoan, lò nhiệt… đến các hệ thống phức tạp như: băng tải, hệ thống
chuyển mạch tự động (ATS), thang máy, dây chuyền sản xuất v.v…
Hình 2.1 PLC của hãng Panasonic
(http://www.clrwtr.com/Images/Panasonic/Panasonic-FP-X-PLC.jpg )
2. Tổng quan họ PLC, HMI, PCWay 7
PLC có những ưu điểm mà các bộ điều khiển cổ điển dùng dây nối và Relay không thể nào
sánh được: - Lập trình dễ dàng, ngôn ngữ lập trình dễ học. - Gọn nhẹ nên thuận lợi khi di
chuyển, lắp đặt. - Dễ bảo quản, sửa chữa. - Bộ nhớ có dung lượng lớn , nạp xóa dễ dàng, chứa
được những chương trình phức tạp. - Độ chính xác cao. - khả năng xử lý nhanh. - Hoạt động
tốt trong môi trường công nghiệp. - Giao tiếp được với nhiều thiết bị, máy tính, mạng và các
thiết bị điều khiển khác.
Cùng với các hãng tự động nổi tiếng trên thế giới như: Siemens, Mitsubishi, Allen Bradley,
Omron… tập đoàn điện tử Panasonic cũng cho ra đời thế hệ PLC đầu tiên với tên CES vào
năm 2004. Với mục đích cạnh tranh trên thị trường, thế hệ PLC mới của Panasonic đã mang
đầy đủ các tính năng mà các hãng PLC khác hiện có, ngoài ra còn tích hợp một số chức năng
đặc biệt nhằm thuận lợi hơn cho các ứng dụng trong công nghiệp. Các loại PLC hiện có của
Panasonic gồm: FP0, FP1, FP2, FP3, FP10SH, FP2SH, FP-E, FP-X, FP-M, FP-Sigma. Ở
phạm vi đồ án này, người thực hiện chỉ nghiên cứu FP-X với các tính năng và ứng dụng của
FP-X.
2.1.2 Nguồn cung cấp
Giống như các loại PLC khác, FP-X cũng sử dụng bộ nguồn xung cho phép mở rộng dải điện
áp ngõ vào mà vẫn ổn định điện áp cung cấp cho PLC giúp PLC hoạt động bình thường. Các
đặc trưng của bộ nguồn FP-X cho bởi bảng 2.1.
Thông số Chi tiết
C14 C30/C60
Dải điện áp 100 ÷ 240 VAC
Dòng tiêu thụ ≤ 0.3 A (100 VAC) ≤ 0.7 A (100 VAC)
Thời gian mất nguồn cho phép 10 ms (100 VAC)
Tần số 50/60 Hz (47 ÷ 63 Hz)
Dòng điện rò ≤ 0.75mA giữa ngõ vào và điểm nối đất
Thời gian hoạt động của pin dự trữ 20.000 giờ (tại 55OC)
Cầu chì bảo vệ Gắn ở bên trong, không thể thay thế
Cách điện Sử dụng biến áp cách ly
Bảng 2.1 Đặc tính nguồn cung cấp cho PLC
Nguồn cung cấp cho PLC được kết nối theo một số quy định của nhà sản xuất để đảm bảo sự
hoạt động ổn định của PLC:
2. Tổng quan họ PLC, HMI, PCWay 8
PLC cần dùng biến áp cách ly để tách biệt giữa phần điều khiển và các ngõ vào ra.
Ngoài ra dây nối phải là dây cáp xoắn có thiết diện nhỏ nhất là 2mm2 (Hình 2.2). Đảm
bảo được các điều kiện này sẽ làm giảm đáng kể nhiễu cho PLC.
Cả PLC và các module mở rộng phải được cấp cùng một nguồn điện áp để khi tắt và
mở được đồng thời.
Hình 2.2 Cách nối nguồn cung cấp cho PLC và module mở rộng
Điểm nối đất của các thiết bị khác nhau phải khác nhau, nếu nối chung một điểm sẽ
dẫn tới hiệu ứng ngược, thiết diện dây nối đất nhỏ nhất là 2mm2
và đảm bảo điện trở
đất không vượt quá 100 Ohm.
2.1.3 Vùng nhớ
Đặc điểm vùng nhớ của PLC hãng Panasonic về cơ bản giống như các loại PLC khác nhưng
có thêm các thanh ghi có chức năng đặc biệt làm đặc trưng riêng cho sản phẩm. Chi tiết được
giới thiệu cụ thể trong bảng 2.2.
Tên Vùng nhớ (C30/C60) Chức năng
Relay
Ngõ vào tín hiệu (X) 1760 (X0 ÷ X10F) On/off phụ thuộc bên
ngoài
Ngõ ra điều khiển (Y) 1760 (Y0 ÷ Y10F) Điều khiển thiết bị ngoài
Relay nội (R) 4096 (R0 ÷ R255F) On/off từ chương trình
Relay liên kết (L) 2048 (L0 ÷ L127F) Được sử dụng với PC link
Timer (T) 1024
T0 ÷ T1007
C1008 ÷ C1023
On khi timer đếm tràn
Counter (C)
Relay nội đặc biệt (R) 192 (R9000 ÷ R911F) On/off với điều kiên đặc
biệt và có cờ báo hiệu
2. Tổng quan họ PLC, HMI, PCWay 9
Thanh
ghi
Ngõ vào (WX) 110 (WX0 ÷ WX109) Dữ liệu 16 bit ngõ vào
Ngõ ra (WY) 110 (WY0 ÷ WY109) Dữ liệu 16 bit ngõ ra
Relay nội (WR) 256 (WR0 ÷ WR255) Dùng như tiếp điểm nội
Link relay (WL) 128 (WR0 ÷ WR127) Dùng trong chế độ PLC
link
Thanh ghi dữ liệu 32765 word (DT0 ÷
DT32764)
Lưu dữ liệu của chương
trình
Thanh ghi dữ liệu liên
kết (LD) 256 word (LD0 ÷ LD255)
Dùng trong chế độ PLC
link
Vùng nhớ lưu giá trị
timer/counter (SV)
1024 word (SV0÷
SV1023)
Lưu giá trị cài đặt cho
timer/counter
Vùng nhớ lưu giá trị
timer/counter (EV)
1024 word (EV0÷
EV1023)
Lưu giá trị hiện tại của
timer/counter
Vùng nhớ đặc biệt
(DT)
374 word
(DT90000÷DT90373) Lưu giá trị đặc biệt
Thanh ghi chỉ số 14 word (I0÷I13) Được sử dụng như địa chỉ
của vùng nhớ
Bảng 2.2 Cấu trúc vùng nhớ PLC họ C30/C60
2.1.4 Các ngõ vào, ra tín hiệu (I/O)
PLC FP-X loại C30T có 16 ngõ vào (X0-XF) và 14 ngõ ra (Y0-YD). PLC FP-X cũng hỗ trợ
hai khe cắm cho hai cassettes (gồm nhiều mục đích khác nhau, được chia làm sáu loại từ
COM1 ÷ COM6 dùng cho truyền thông Modbus, RS232, RS485, các kênh analog,…). Ngoài
ra PLC còn cho phép mở rộng thêm tối đa 8 module I/O. Địa chỉ các ngõ vào ra của cassettes
và module mở rộng được cho ở bảng 2.3.
Input Output
PLC X0÷X9F (WX0 ÷WX9) Y0÷Y9F (WY0 ÷WY9)
Cassette 1 X100÷X19F (WX10 ÷WX19) Y100÷Y19F (WY10 ÷WY19)
Cassette 2 X200÷X29F (WX20 ÷WX29) Y200÷Y29F (WY20 ÷WY29)
Module 1 X300÷X39F (WX30 ÷WX39) Y300÷Y39F (WY30 ÷WY39)
Module 2 X400÷X49F (WX40 ÷WX49) Y400÷Y49F (WY40 ÷WY49)
Module 3 X500÷X59F (WX50 ÷WX59) Y500÷Y59F (WY50 ÷WY59)
Module 4 X600÷X69F (WX60 ÷WX69) Y600÷Y69F (WY60 ÷WY69)
Module 5 X700÷X79F (WX70 ÷WX79) Y700÷Y79F (WY70 ÷WY79)
Module 6 X800÷X89F (WX80 ÷WX89) Y800÷Y89F (WY80 ÷WY89)
Module 7 X900÷X99F (WX90 ÷WX99) Y900÷Y99F (WY90 ÷WY99)
Module 8 X1000÷X109F (WX100 ÷WX109) Y1000÷Y109F (WY100 ÷WY109)
Bảng 2.3 Cấu trúc vùng nhớ cho cassettes và module mở rộng
Ở vị trí cuối cùng của đường bus mở rộng các module (tức là phần bên phải của thanh rail)
cho phép kết nối duy nhất một module mở rộng FP0, mỗi module FP0 chỉ cho phép mở rộng
2. Tổng quan họ PLC, HMI, PCWay 10
tối đa 3 module I/O. Kết quả là tuỳ vào vị trí của FP0 mà 3 module I/O sẽ có địa chỉ khác
nhau. Bảng 2.4 trình bày chi tiết về địa chỉ của 3 module này.
Vị trí khối mở rộng Module thứ 1 Module thứ 2 Module thứ 3
1 X300 ÷ X31F X320 ÷ X33F X340 ÷ X35F
Y300 ÷ Y31F Y320 ÷ Y33F Y340 ÷ Y35F
2 X400 ÷ X41F X420 ÷ X43F X440 ÷ X45F
Y400 ÷ Y41F Y420 ÷ Y43F Y440 ÷ Y45F
3 X500 ÷ X51F X520 ÷ X53F X540 ÷ X55F
Y500 ÷ Y51F Y520 ÷ Y53F Y540 ÷ Y55F
4 X600 ÷ X61F X620 ÷ X63F X640 ÷ X65F
Y600 ÷ Y61F Y620 ÷ Y63F Y640 ÷ Y65F
5 X700 ÷ X71F X720 ÷ X73F X740 ÷ X75F
Y700 ÷ Y71F Y720 ÷ Y73F Y740 ÷ Y75F
6 X800 ÷ X81F X820 ÷ X83F X840 ÷ X85F
Y800 ÷ Y81F Y820 ÷ Y83F Y840 ÷ Y85F
7 X900 ÷ X91F X920 ÷ X93F X940 ÷ X95F
Y900 ÷ Y91F Y920 ÷ Y93F Y940 ÷ Y95F
8 X1000 ÷ X101F X1020 ÷ X103F X1040 ÷ X105F
Y1000 ÷ Y101F Y1020 ÷ Y103F Y1040 ÷ Y105F
Bảng 2.4 Cấu trúc vùng nhớ cho module mở rộng FP0
2.1.4.1 Ngõ vào tín hiệu
Ngõ vào được thiết kế với mạch ghép quang photodiode cho phép cách ly an toàn giữa tín
hiệu vào và mạch điện PLC. Hai diode quang ghép ngược nhau giúp PLC nhận được cả tín
hiệu một chiều lẫn xoay chiều.
Ngõ vào (PLC kiểu relay):
Sơ đồ mạch điện ngõ vào của PLC kiểu relay được trình bày như hình 2.3.
Hình 2.3 Sơ đồ mạch điện ngõ vào (PLC có ngõ ra relay)
2. Tổng quan họ PLC, HMI, PCWay 11
Đặc tính ngõ vào ở điện áp 24V và điều kiện nhiệt độ 25oC được mô tả trong bảng 2.5.
Thông số Chi tiết
Cách ly Bộ ghép quang
Điện áp định mức 24 VDC
Dải điện áp cho phép 21.6 ÷ 25.4 VDC
Dòng định mức 4.7mA (X0 ÷ X7)
4.3 mA (X8)
Tổng trở ngõ vào 5.1 kOhm (X0 ÷ X7)
5.6 kOhm (X8)
Thời gian đáp ứng
Off → On
≤ 0.6mS (ngõ vào mặc định)
≤ 50uS (HSC, ngắt…)
≤ 0.6mS (X8)
On → Off
≤ 0.6mS (ngõ vào mặc định)
≤ 50uS (HSC, ngắt…)
≤ 0.6mS (X8)
Bảng 2.5 Đặc tính ngõ vào (PLC có ngõ ra relay)
Ngõ vào (PLC có ngõ ra kiểu transistor):
Với PLC có ngõ ra kiểu transistor thì ngõ vào có sơ đồ kết nối khác với các loại khác ở một
vài điểm được thể hiện trong hai hình 2.4 và 2.5.
Hình 2.4 Sơ đồ mạch điện ngõ vào X0 ÷ X3 (PLC có ngõ ra transistor)
Hình 2.5 Sơ đồ mạch điện ngõ vào từ X4 (PLC có ngõ ra transistor)
2. Tổng quan họ PLC, HMI, PCWay 12
Đặc tính ngõ vào ở điện áp 24V và điều kiện nhiệt độ 25oC được mô tả trong bảng tóm tắt
(Bảng 2.6).
Thông số Chi tiết
Cách ly Bộ ghép quang
Điện áp định mức 24 VDC
Dòng điện định mức
8 mA (X0 ÷ X3)
4.7 mA (X4 ÷ X7)
4.3 mA (từ X8)
Tổng trở ngõ vào
4 kOhm (X0 ÷ X3)
5.1 kOhm (X4 ÷ X7)
5.6 kOhm (từ X8)
Đáp ứng thời gian
Off → On
X0 ÷ X3 ≤ 5uS (HSC, ngắt, đếm xung)
≤ 135uS (ngõ vào mặc định)
X4 ÷ X7 ≤ 135uS (ngõ vào mặc định)
≤ 50uS (HSC, ngắt, đếm xung)
Từ X8 ≤ 0.6 mS
Bảng 2.6 Sơ đồ mạch điện ngõ vào (PLC có ngõ ra transistor)
2.1.4.2 Ngõ ra điều khiển
Cấu tạo ngõ ra là một trong những tiêu chí để phân loại PLC. Họ FP-X có hai dạng ngõ ra là
relay và transistor, cả hai dạng này đều có cấu tạo đảm bảo cách ly về điện giữa ngõ ra và
thiết bị bên trong. Đặc biệt với ngõ ra dạng cực thu để hở cho phép người sử dụng linh hoạt
lựa chọn điện áp cung cấp cho tải và cho phép đáp ứng với tần số cao. Bên cạnh đó, ngõ ra
dạng relay hoạt động tốt với điện áp xoay chiều, công suất lớn nhưng hạn chế về tần số đáp
ứng.
Ngõ ra dạng relay
Sơ đồ mạch điện của ngõ ra dạng relay được thể hiện như hình 2.5.
Hình 2.6 Ngõ ra PLC kiểu relay
2. Tổng quan họ PLC, HMI, PCWay 13
Đặc tính ngõ ra của PLC có ngõ ra kiểu relay được thể hiện trong bảng 2.7.
Thông số Chi tiết
C14 C30/C60
Cách ly Relay
Kiểu ngõ ra Relay (không thay thế)
Dòng định mức 2 A 250 VAC, 2A 30VDC
≤ 6A ≤ 8A
Đáp ứng thời gian Off → On 10 mS
On → Off 8 mS
Độ bền Cơ ≥ 20 triệu lần (180 lần/phút)
Điện 100 nghìn lần (20 lần/phút)
Bảng 2.7 Đặc tính ngõ ra PLC kiểu relay
Ngõ ra kiểu transistor (NPN)
Hình 2.7 và 2.8 trình bày chi tiết sơ đồ mạch điện ngõ ra của PLC có dạng transistor. Qua đó
cho thấy được ưu điểm của ngõ ra transistor dạng cực thu để hở là có thể thay đổi điện áp
cung cấp cho tải.
Hình 2.7 Sơ đồ mạch điện ngõ ra (Y0 ÷ Y3) kiểu transistor
Hình 2.8 Sơ đồ mạch điện ngõ ra (từ Y4) kiểu transistor
2. Tổng quan họ PLC, HMI, PCWay 14
Đặc tính ngõ ra kiểu transistor (NPN) được cho bởi bảng 2.8.
Thông số Chi tiết
Cách ly Bộ ghép quang
Điện áp định mức 5 ÷ 24 VDC
Dải điện áp 4.75 ÷ 26.4 VDC
Dòng điện max 0.5 A
Xung dòng điện max 1.5 A
Dòng rò ≤ 1uS
Điện áp rơi khi dẫn 0.3 VDC
Đáp
ứng
thời
gian
OFF → ON
≤ 2uS (Y0 ÷ Y3) (I_tải ≥ 15mA)
≤ 20uS (C14: Y4 ÷ Y5, C30/C60: Y4 ÷ Y7) (I_tải ≥ 15 mA)
≤ 1mS (C30/C60: từ Y8)
ON → OFF
≤ 8uS (Y0 ÷ Y3) (I_tải ≥ 15mA)
≤ 30uS (C14: Y4 ÷ Y5, C30/C60: Y4 ÷ Y7) (I_tải ≥ 15 mA)
≤ 1mS (C30/C60: từ Y8)
Nguồn ngoài
Diện áp 21.6 ÷ 26.4 VDC
Dòng
điện
Y0÷Y5(Y7) Y8 ÷ YD Y10 ÷ Y17 Y18÷Y1D
C30 ≤ 60mA ≤ 35mA -- --
Bảng 2.8 Đặc tính ngõ ra kiểu transistor (NPN)
2.1.5 Module mở rộng
Module mở rộng là một yêu cầu cần thiết của người sử dụng để tăng số lượng ngõ vào ra tín
hiệu điều khiển, thực hiện một số chức năng chuyên biệt như: chuyển đổi số sang tương tự và
ngược lại, thu thập dữ liệu từ các loại cảm biến, trợ giúp truyền thông, phát xung PWM, bộ
đếm tốc độ cao,…
Có hai phương pháp để mở rộng module cho FP-X:
Gắn trực tiếp các module mở rộng số ngõ vào ra của PLC hay sử dụng bộ tương thích
FP0 thông qua cáp để kết nối các module analog và module đọc nhiệt độ từ TC. FP-X
cho phép mở rộng tối đa 8 module vào ra và 7 module chuyên dụng nếu dùng FP0.
Các module mở rộng phải được đặt trên cùng một thanh rail để các kết nối nguồn và
truyền thông được đảm bảo liên tục.
Sử dụng các cassettes gắn trực tiếp vào PLC. FP-X được thiết kế sẵn hai slot 1 và 2 để
cho phép tối đa 2 cassettes được gắn vào. Trước khi tháo lắp cassettes phải đảm bảo
rằng PLC đã được tắt nguồn.
2. Tổng quan họ PLC, HMI, PCWay 15
Hình 2.9 Module mở rộng (COM5) của Panasonic
2.1.6 Các chức năng đặc biệt
Bên cạnh các chức năng thông dụng mà một PLC cần phải có như: đọc ngõ vào, điều khiển
ngõ ra, thực hiện các phép so sánh logic và tính toán số học, di chuyển và xử lý dữ liệu thì FP-
X được thiết kế với một số chức năng đặc biệt nhằm làm đơn giản công việc khi tiến hành lập
trình và tăng tính ưu việt của sản phẩm.
Điều khiển vị trí (Possition control):
Điều khiển vị trí là một trong những chức năng đặc biệt của của FP-X dùng trong các ứng
dụng liên quan đến xác định tọa độ (Hình 2.10). Được trang bị các hàm dựng sẵn, các ngõ ra
của PLC sẽ phát xung với tần số thay đổi điều khiển động cơ bước (mỗi động cơ bước có một
module điều khiển riêng biệt). Đối với mỗi chế độ làm việc khác nhau, tần số ngõ ra sẽ biến
đổi tương ứng với chế độ đã được xác định. Họ FP-X cho phép điều khiển vị trí theo theo 3
cách chính: điều khiển hình thang (Treperzoidal), điều khiển về gốc toạ độ (Home) và điều
khiển nhảy bước (Jog). Ưu điểm chính của điền khiển vị trí là cho phép gia tốc và giảm tốc
trong thời gian mong muốn phù hợp với chế độ làm việc của tải, đạt được vận tốc yêu cầu.
Chức năng điều khiển vị trí có thể được ứng dụng trong lĩnh vực gia công cơ khí chính xác.
Hình 2.10 Ứng dụng điều khiển vị trí của PLC hãng Panasonic
2. Tổng quan họ PLC, HMI, PCWay 16
PWM
Phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM) được xây dựng sẵn trong hàm F173 và một số
hàm khác cho phép phát xung với tần số và tỉ lệ duty xác định. Tuỳ vào ứng dụng cụ thể đối
với từng đối tượng điều khiển mà người lập trình sẽ chọn tần số điều khiển phù hợp.
Đọc nhiệt độ trực tiếp từ cảm biến
Có hai cách đọc nhiệt độ trực tiếp từ cảm biến. Module mở rộng TC04 hoặc TC08 sẽ có tương
ứng 4 hoặc 8 ngõ vào analog để đọc giá trị điện áp trực tiếp từ cảm biến (cặp nhiệt ngẫu -TC).
Cách thứ hai, nhiệt độ có thế đọc trực tiếp từ TC qua cassettes được gắn vào slot1 hoặc slot2.
Chú ý rằng giá trị nhiệt độ được lưu ở dạng số nguyên trong thanh ghi 1 word. Tương ứng với
thứ tự của module mở rộng hay vị trí của slot mà truy xuất vùng nhớ ngõ vào cho hợp lý.
Auto-Tuning
Trong hàm F356, hàm chuyên biệt điều khiển nhiệt độ bằng thuật toán PID số, kỹ thuật Auto-
Tuning được đưa vào để tính toán các hệ số DIP TTK ,, của bộ điều khiển. Đầu tiên, thông số
DIP TTK ,, được tham chiếu đến vùng nhớ của PLC để lấy các giá trị mặc định. Tiếp theo, tuỳ
vào chế độ làm nóng hay làm lạnh của hệ thống nhiệt mà bộ điều khiển PID sẽ hoạt động ở
chế độ nghịch hay thuận. Sau hai chu kỳ dao động của đáp ứng (là khoảng thời gian Auto-
Tuning được tính toán), bộ thông số DIP TTK ,, thích hợp cho hệ thống sẽ được tính ra. Kết
quả được lưu vào vùng nhớ PLC (đã khai báo) và dùng để điều khiển cho suốt quá trình.
Hình 2.11 Các chế độ điều khiển PID của PLC hãng Panasonic
Tự chẩn đoán và xử lý lỗi (Self-diagnostic and troubleshooting)
Hầu hết các PLC được thiết kế có các đèn báo chỉ thị để thông báo trạng thái hoạt động của
PLC. Trong đó đèn báo Error sáng nhấp nháy khi hoạt động của PLC không bình thường. Các
2. Tổng quan họ PLC, HMI, PCWay 17
lỗi thường xảy ra như trùng địa chỉ ngõ ra hoặc lỗi cú pháp trong câu lệnh… Tất cả các lỗi mà
PLC phát hiện ra đều được thông báo trong hộp thoại để người sử dụng biết và sửa lỗi. Sự cần
thiết của cảnh báo lỗi sẽ đảm bảo rằng các PLC hoạt động đáng tin cậy.
2.1.7 Truyền thông
Truyền thông là một thế mạnh của PLC họ FP-X. Ngoài hai cổng giao tiếp chính là Tool-Port
và USB- Port thì hai slot 1 và 2 cho phép ghép nối với 6 cassettes cũng có chức năng giao tiếp
với nhiều chuẩn khác nhau. Chi tiết được mô tả như hình 2.12:
Hình 2.12 Truyền thông Ethernet trong PLC hãng Panasonic
2.1.7.1 Chức năng của Tool Port
Với Tool Port thì FP-X cho phép hai chế độ truyền thông sau:
Computer link
Computer link được sử dụng để kết nối giữa máy tính và PLC. Lệnh điều khiển là các bức
điện có mang thông tin điều khiển. Việc trao đổi dữ liệu được thực hiện thông qua giao thức
MEWTOCOL-COM. Có hai phương pháp truyền thông chính trong giao thức này là 1:1 và
1:N (được gọi là C-Net). C-Net cho phép kết nối tối đa tới 99 PLC.
General-purpose serial communication
Với cổng giao tiếp General-purpose serial communication thì dữ liệu sẽ được trao đổi qua lại
giữa PLC và thiết bị ngoại vi. Việc giao tiếp chỉ được thực hiện khi PLC ở chế độ RUN, ở chế
độ PROG thì việc giao tiếp sẽ tự động kết nối nhưng dữ liệu chỉ được lưu trong bộ đệm và sẽ
bị xoá khi chuyển sang chế độ RUN.
2. Tổng quan họ PLC, HMI, PCWay 18
2.1.7.2 Chức năng của USB Port
Với USB Port , FP-X chỉ cho phép một chế độ truyền thông duy nhất.
Computer link
Ở chế độ Computer link thì USB Port hoạt động giống hoàn toàn Tool Port. Tuy nhiên việc
liên kết này sẽ được máy tính hiểu là liên kết thông qua COM Port của máy tính.
2.1.7.3 Chức năng truyền thông của cassettes
Với cassettes, FP-X cho phép truyền thông với 4 chế độ.
Computer link
Computer được dùng để truyền thông giữa máy tính và các PLC hay giữa PLC với các thiết bị
ngoại vi khác. Giao thức được sử dụng là MEWTOCOL-COM và cũng cho phép lập trình cho
PLC qua giao thức này. PLC phát lệnh điều khiển được gọi là master, các PLC còn lại nhận
lệnh và thực thi lệnh được gọi là slave. Mặc dù Tool Port cho phép truyền thông với chế độ
Computer link nhưng không được định nghĩa chức năng master. Hai lệnh F145 và F146 được
dùng cho chế độ truyền và nhận dữ liệu trong Computer link.
General-purpose serial communication
Với chế độ General-purpose serial communication, cassettes hoạt động giống hoàn toàn với
Tool-Port ở cùng chế độ truyền thông.
PC(PLC) link
Với chế độ PC(PLC) link, FP-X hỗ trợ liên kết các PLC với nhau thông qua giao thức
MEWNET (tối đa 16 PLC) liên kết bằng cáp xoắn. Trong PC (PLC) link dữ liệu (LR, LD)
được chia sẻ cho tất cả các PLC. Chỉ có COM1 được dùng với PC (PLC) link.
Modbus RTU
Giao thức Modbus RTU cho phép truyền thông giữa FP-X và các thiết bị khác (FP-e, GT và
các bộ điều khiển nhiệt độ). Việc truyền thông được thực hiện thông qua các bức điện chứa
lệnh điều khiển (master) và đáp ứng (slave). Có tối đa 99 thiết bị trên cùng một mạng Modbus
RTU. Cả communication cassettes và USB Port đều được dùng cho Modbus RTU.
2. Tổng quan họ PLC, HMI, PCWay 19
2.2 Giao diện GT32
GT32 là một điển hình của giao diện người - máy được hãng Panasonic phát triển từ dòng sản
phẩm GT. Với tính năng nổi trội và chế độ hiển thị đa màu, GT32 cho phép người dùng tương
tác đến hầu hết các hoạt động của PLC. Điểm mạnh của GT32 là giao diện được thiết kế từ
phần mềm nên rất linh hoạt với mọi đối tượng điều khiển. Trên màn hình, người sử dụng có
thể truy xuất bất kỳ một đối tượng nào, xem thông số của hệ thống, cài đặt thông số, quản lý
dữ liệu hay cảnh báo lỗi…
2.2.1 HMI Panasonic
HMI là dòng sản phẩm đi cùng với hệ thống PLC để hỗ trợ lẫn nhau ở nhiều ứng dụng trong
công nghiệp. Với công nghệ chế tạo màn hình cảm ứng, hãng Panasonic đã cho ra đời nhiều
loại HMI khác nhau. Các loại chính như: GT01, GT05, GT11, GT12, GT21, GT30, GT32,…
bao gồm màn hình đơn sắc và đa sắc. Tất cả các HMI đều được lập trình bởi phần mềm
GTWIN từ máy tính và giao tiếp với PLC qua cổng truyền thông nối tiếp.
2.2.2 Chức năng của GT32
Chức năng chính và được khai thác nhiều nhất của GT32 là việc đọc và hiển thị giá trị các
thông số từ hệ thống giúp người vận hành có thể kiểm soát các quá trình dễ dàng và trực quan
hơn. Bên cạnh đó con người có thể can thiệp trực tiếp vào quá trình bằng cách thay đổi một
hay nhiều thông số từ HMI, tuy nhiên tuỳ vào mức độ quan trọng của thông số mà HMI sẽ
cho phép can thiệp vào sâu hơn bằng cách cung cấp các mã số đăng nhập (password). Để theo
dõi diễn biến của một quá trình liên tục, chức năng vẽ đồ thị của GT32 sẽ cho phép thực hiện
điều này, từ đây mọi diễn biến của hệ thống sẽ được lưu lại. Trong quá trình hoạt động không
thiết bị nào có thể đảm bảo rằng không xảy ra lỗi, do đó GT32 cũng là công cụ hữu hiệu trong
vấn đề cảnh báo lỗi và lưu lại tất cả các lỗi xảy ra để xử lý về sau. Đối với những quá trình
điều khiển mà chỉ có các bộ thông số thay đổi theo thời gian thì chức năng “recipe” của GT32
có thể được dùng để quản lý các thông số này một cách dễ dàng. Hơn nữa, để thuận lợi cho
người sử dụng GT32 cũng cho phép chọn lựa ngôn ngữ hiển thị.
2.2.3 Truyền thông với GT32
Có bốn cách chính để thực hiện việc truyền thông với GT32. Khi sử dụng PLC FP-X có cổng
truyền thông COM-Port, PLC cho phép truyền thông với GT32 theo ba chuẩn RS232C,
RS422, RS485 thông qua các cassettes (COM3, COM4, COM6 khi sử dụng FP-X). Khi muốn
2. Tổng quan họ PLC, HMI, PCWay 20
kết nối GT32 vào mạng PLC thì có thể dùng cổng truyền thông TOOL-Port. Các cách truyền
thông nêu trên cho phép kết nối GT32 vào mạng PLC ở một khoảng cách đủ để kiểm soát
toàn bộ hoạt động của nhà máy ở mọi nơi.
2.2.4 Phần mềm thiết kế giao diện GTWIN
GT32 là thiết bị khả trình nên được lập trình bởi người sử dụng. Hãng Panasonic cung cấp
phần mềm chuyên dụng GTWIN, dựa vào phần mềm này người dùng có thế thiết kế giao diện
nhiều trang màn hình; tham chiếu đến các thanh ghi và bit điều khiển trong PLC; thông báo
trạng thái làm việc; lưu quá trình điều khiển bằng đồ thị; đặt mật khẩu truy nhập; phối hợp
màu sắc tương thích với môi trường làm việc. Đặc biệt GTWIN có thể được dùng để lập trình
cho HMI của nhiều hãng khác nhau như Siemens, Allen Bradley, Mitshubishi, Omron,…
2.3 PCWay
Với chức năng thu thập dữ liệu và điều khiển giám sát, phần mềm PCWay nhúng trong
Microsoft Excel cũng được xem như phần mềm của hệ thống SCADA.
2.3.1 Giới thiệu tổng quát
PCWay được nhúng vào Microsoft Excel để điều khiển, thu thập dữ liệu và giám sát đơn giản,
thuận lợi hơn. Được xây dựng một số hàm chuyên dụng, PCWay có thể dễ dàng chạy trên
VBA tạo môi trường liên kết cơ sở dữ liệu và điều khiển PLC một cách hiệu quả.
2.3.2 Chức năng điều khiển, kiểm soát PLC
Trong từng “sheet” của Microsoft Excel, mỗi “cell” có thể được định nghĩa là một đối tượng
liên kết với PLC. Bằng cách “double click” vào một ô xác định, hộp thoại giao diện xuất hiện.
Trên hộp thoại này, người dùng sẽ lựa chọn đối tượng liên kết là Relay nội (R) hoặc một
thanh ghi dữ liệu (DT) hoặc một tập tin dữ liệu chứa thông số của PLC. Khi PCWay được
kích hoạt, việc đóng mở các Relay nội của PLC có thể được thực hiện trực tiếp từ các “cell ”
nói trên. Thao tác đóng mở này cũng được thực hiện tương tự và dễ dàng từ giao diện điều
khiển của VBA. Như vậy nhờ PCWay, chức năng điều khiển và kiểm soát PLC có thể được
thực hiện từ xa.
2.3.3 Chức năng thu thập, quản lý dữ liệu
2. Tổng quan họ PLC, HMI, PCWay 21
Ngoài khả năng điều khiển hoạt động của PLC thì PCWay còn có thể truy xuất giá trị các
thanh ghi dữ liệu của PLC, đây là chức năng thu thập và quản lý dữ liệu được thực hiện nhờ
PCWay. Trước tiên người sử dụng phải định nghĩa một tập tin quản lý chung. Trong tập tin
này phải khai báo tên, số lượng dữ liệu thu thập, dữ kiện tác động, định dạng dữ liệu thu thập
(số nguyên, số thực, giá trị ngày tháng…). Việc khai báo tập tin được thực hiện thông qua các
hộp thoại của PCWay, công việc được hoàn tất khi tất cả thông tin về tập tin được lưu lại. Sau
đó, trong giao diện Excel phải định nghĩa một “cell” có liên kết với tập tin khai báo trên. Dữ
liệu sẽ được thu thập về khi cả PLC và phần mềm PCWay đang chạy đồng thời. Mọi thông
tin thu thập về có thể được lưu ở dạng file excel hoặc html.
2.3.4 Giao diện SCADA
Trong hệ thống SCADA, ngoài các HMI là màn hình hiển thị cơ sở để vận hành các thiết bị
đầu cuối thì các máy tính đặt ở trung tâm điều khiển sẽ là nơi quản lý chung toàn bộ hệ thống.
Trên màn hình máy tính sẽ mô phỏng lại toàn bộ sơ đồ hệ thống cũng như mọi thông số của
từng thiết bị cùng với trạng thái của chúng. Việc xây dựng giao diện SCADA cho PCWAY có
thể thực hiện ngay trong chương trình VBA được nhúng trong Excel. Trong giao diện này
cũng mô tả được hoạt động của hệ thống, điều khiển được tất cả các đối tượng, cho biết trạng
thái của cơ cấu chấp hành, thông số hoạt động, lưu lại quá trình hoạt động dưới nhiều dạng
tập tin khác nhau. Tuỳ vào quy mô hệ thống và mục đích sử dụng mà người dùng có thể xây
dựng giao diện SCADA với mức độ tương xứng.
3. Hệ thống điều khiển nhiệt độ 22
Chương 3
Hệ thống điều khiển nhiệt độ
Phần đầu của chương này giới thiệu tổng quát các loại cảm biến nhiệt được sử dụng phổ biến
trong công nghiệp, các phương pháp thường dùng để điều khiển nhiệt độ, đặc điểm, bản chất
và ý nghĩa của phương pháp PID. Phần tiếp theo mô tả chi tiết các quá trình thiết kế lò nhiệt
với các cơ sở lựa chọn cảm biến; thiết bị gia nhiệt, công suất tiêu tốn; đưa ra mô hình toán
học, phân tích hệ thống; cơ sở và cách thức tính toán các thông số của bộ điều khiển PID.
Phần cuối nêu tổng quan về hệ thống SCADA, giải thuật điều khiển chương trình và quy trình
vận hành lò nhiệt. Các phần chính được trình bày như sau: mục 3.1 là sơ đồ khối của hệ
thống; các loại cảm biến nhiệt độ được thể hiện trong mục 3.2; các phương pháp điều khiển
nhiệt độ được trình bày trong mục 3.3; mục 3.4 phân tích chi tiết thuật toán PID; mục 3.5 là
bước thiết kế lò nhiệt; tính toán các thông số cho bộ điều khiển PID được thực hiện trong mục
3.6 và cuối cùng là mục 3.7 giới thiệu hệ thống SCADA.
3.1 Sơ đồ khối của hệ thống
Hệ thống điều khiển nhiệt độ được mô tả như sơ đồ khối ở hình 3.1. Trên cùng là màn hình
máy tính và màn hình công nghiệp giao tiếp với nhau qua computer link, hai thành phần này
đóng vai trò là cấp quản lý trong mạng. Cấp quản lý sẽ điều khiển trực tiếp PLC để thực hiện
chức năng điều khiển công suất của thiết bị gia nhiệt và đọc nhiệt độ về từ cảm biến (cặp nhiệt
ngẫu). Hệ thống có tính mở vì khả năng mở rộng số thiết bị và cấp quản lý một cách dễ dàng.
3. Hệ thống điều khiển nhiệt độ 23
FP-X
PC HMI
PLC
SENSOR HEATING
COMPUTER LINK
TC
Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển nhiệt
3.2 Các loại cảm biến đo nhiệt độ
Điều khiển và kiểm soát nhiệt độ là yêu cầu cần thiết trong hầu hết các hệ thống gia nhiệt cho
sản xuất công nghiệp. Ngày nay, con người đã biết đến nhiều phương thức điều khiển khác
nhau từ đơn giản đến phức tạp, cả những hệ thống cho đáp ứng khá chính xác. Tuy nhiên, yếu
tố đầu vào vẫn đóng vai trò tối quan trọng để thu thập dữ liệu nhiệt độ. Vì thế, việc lựa chọn
cảm biến nhiệt độ trở nên vấn đề đáng cân nhắc và tính toán để phù hợp với hệ thống, cho độ
chính xác cao và thoả mãn yêu cầu kinh tế. Trong công nghiệp, các loại cảm biến nhiệt độ
thường được sử dụng gồm: nhiệt điện trở kim loại, nhiệt điện trở bán dẫn, cặp nhiệt ngẫu, vi
mạch cảm biến nhiệt, hỏa kế,… Tương ứng với mỗi loại khác nhau sẽ có các đặc điểm về độ
bền cơ học, phạm vi ứng dụng, độ chính xác và giá thành cũng khác nhau (Bảng 3.2).
3.2.1 Nhiệt điện trở bán dẫn
Nhiệt điện trở bán dẫn là thiết bị bán dẫn có điện trở thay đổi tương ứng với nhiệt độ, Có độ
ổn định và độ nhạy nhiệt rất cao khoảng hơn 10 lần so với độ nhạy nhiệt của nhiệt điện trở
kim loại. Nhiệt điện trở bán dẫn có thể được chia ra làm 2 loại:
3. Hệ thống điều khiển nhiệt độ 24
Nhiệt điện trở bán dẫn có hệ số nhiệt trở dương (PTC) có giá trị điện trở tăng khi nhiệt
độ tăng.
Nhiệt điện trở bán dẫn có hệ số nhiệt trở âm (NTC) có giá trị điện trở giảm khi nhiệt
độ tăng.
Các vật liệu thường được sử dụng có điện trở suất cao cho phép chế tạo những nhiệt điện trở
có giá trị điện trở thích hợp với một lượng vật chất nhỏ mà kích thước tối thiểu (cỡ mm). Kích
thước nhỏ cho phép đo được ở từng điểm, đồng thời do nhiệt dung nhỏ nên tốc độ hồi đáp
lớn. Nhiệt điện trở có thể làm việc ở dải nhiệt độ từ 2K đến 300oC.
10
100
1K
10K
100K
1M
1M
-20
0
-15
0
-10
0
-50 0 50
10
0
15
0
20
0
25
0
30
0
35
0
40
0
TEMPERATURE (oC)
RE
SIS
TA
NC
E (
OH
M)
Thermistor
RTD
Hình 3.2 So sánh đặc tuyến của thermistor và RTD
3.2.2 Nhiệt điện trở kim loại
Nhiệt điện trở kim loại hoạt động dựa trên nguyên tắc thay đổi giá trị điện trở cúa các vật liệu
tinh khiết mà tiêu biêu là sự thay đổi tuyến tính dương của giá trị điện trở với sự thay đổi của
nhiệt độ. Khi nóng điện trở tăng lên và ngược lại khi lạnh giảm xuống. Các nguyên tố được sử
dụng để chế tạo nhiệt điện trở kim loại gồm Niken (Ni), đồng (Cu) nhưng Platin (Pt) được sử
dụng phổ biến nhất do khoảng đo rộng, độ chính xác và ổn định cao. Nhiệt điện trở được sử
dụng phổ biến do có độ ổn định và độ chính xác cao, tuyến tính và đặc biệt có khả năng loại
trừ nhiễu điện nên thích hợp trong môi trường công nghiệp. Nhiệt điện trở kim loại cũng có
nhược điểm là thời gian đáp ứng chậm, độ nhạy thấp. Dải nhiệt độ của Pt-xxx khá rộng từ -
200oC đến 850
oC.
3.2.3 Cặp nhiệt ngẫu
Cặp nhiệt ngẫu hoạt động dựa trên hiệu ứng Seebeck. Khi hai dây dẫn gồm các kim loại khác
nhau được nối lại ở hai đầu và nhiệt độ hai đầu khác nhau thì sẽ có dòng điện liên tục chạy
trong mạch điện. Chính sức điện động (điện áp Seebeck) xuất hiện tại mối hàn đã sinh ra dòng
3. Hệ thống điều khiển nhiệt độ 25
điện. Chiều dòng điện phụ thuộc vào nhiệt độ tương đối của mối hàn. Khi có sự thay đổi nhiệt
độ nhỏ, điện áp Seebeck thay đổi tuyến tính tương ứng với nhiệt độ theo công thức 3.1.
TeAB (3.1)
:ABe Sức điện động giữa hai dây dẫn
: hệ số Seebeck
Như vậy, bằng cách đo sức điện động có thể tìm ra nhiệt độ tương ứng của đối tượng. Khi lựa
chọn cặp nhiệt ngẫu cần quan tâm về loại cặp nhiệt ngẫu (Bảng 3.1), cách điện và cấu trúc đầu
dò. Tất cả những thông số trên ảnh hưởng đến dải nhiệt độ đo, độ chính xác và sai số.
Loại cặp
nhiệt ngẫu Tên vật liệu Giới hạn đo Độ phân giải 0.1 Độ phân giải 0.025
B
Platinum 30%
Rhodium (+)
Platinum 6%
Rhodium (-)
2500 ÷ 3100oF
1370 ÷ 1700oC
1030 ÷ 1800 -
E Chromel (+)
Constantan (-)
200 ÷ 1650oF
95 ÷ 900oC
-240 ÷ 790 -140 ÷ 490
J Iron (+)
Constantan (-)
200 ÷ 1400oC
95 ÷ 760oC
-210 ÷ 1050 -120 ÷ 1050
K Chromel (+)
Alumel (-)
200 ÷ 2300oC
95 ÷ 1260oC
-220 ÷ 1370 -20 ÷ 1150
Bảng 3.1 Đặc điểm kỹ thuật của các loại cặp nhiệt ngẫu
3.2.4 Vi mạch cảm biến nhiệt
Nguyên lý chung của vi mạch cảm biến nhiệt độ là nhận tín hiệu nhiệt độ chuyển thành tín
hiệu ở dạng dòng điện hoặc điện áp. Dựa vào đặc tính rất nhạy về nhiệt của các chất bán dẫn,
tạo ra dòng điện hoặc điện áp tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối, độ C, độ F, hay độ K tuỳ loại,
con người sẽ chế tạo ra các vi mạch cảm biến nhiệt độ. Tầm đo giới hạn từ -55oC đến 150
oC,
độ chính xác từ 1oC đến 2
oC tuỳ loại. Các vi mạch tiêu biểu cho loại này là: tương tự (LM34,
LM35, LM75, AD592…) hay số (DS18B20, DS1620…). Do tầm đo hẹp nên không được sử
dụng nhiều trong công nghiệp.
3.2.5 Hoả kế
Tất cả các vật thể có nhiệt độ lớn hơn độ không tuyệt đối đều phát ra các bức xạ nhiệt. Bức xạ
nhiệt chính là bức xạ điện từ. Dụng cụ đo nhiệt độ của vật thể dựa vào bức xạ nhiệt được gọi
3. Hệ thống điều khiển nhiệt độ 26
là hoả kế. Hỏa kế được dùng chủ yếu để đo nhiệt độ từ 300oC đến 6000
oC và cao hơn. Vì
phương pháp đo không tiếp xúc với đối tượng đo nên không làm sai lệch nhiệt của đối tượng,
về mặt lý thuyết giới hạn đo trên của hoả kế là không hạn chế.
Cặp nhiệt Nhiệt điện trở kim loại
Pt-100
Nhiệt điện trở bán dẫn
Thermistor
Ký hiệu
Dải đo 0
OC÷1600
OC -100
OC ÷ 400
OC -50
OC ÷ 350
OC
Độ chính
xác Trung bình Tốt Khá thấp
Độ ổn định Ít ổn định Rất ổn định Khá
Tốc độ đáp
ứng Tốt
Chậm do dây điện trở
dài Nhanh
Giá thành Rẻ Đắt Rẻ
Các loại
phổ biến
K, J, R, T, L, E, S, U,
N, B, W, PLII Pt100 hoặc JPt100 PTC, NTC
Yếu tố ảnh
hưởng
Nhiệt độ tiếp xúc lạnh,
cần bù nhiệt Điện trở dây nối Điện trở dây nối
Độ tuyến
tính
Tuyến tính không liên
tục Khá tuyến tính
Tuyến tính trong dải
hẹp
Đường đặc
tuyến
V
K0
R
K0
R
K0
Độ bền cơ Tốt Trung bình, cần bảo vệ
tốt Dễ hỏng do va chạm
Các yếu tố
khác
Tự cấp điện áp nhưng
sức điện động nhỏ
(khoảng mV)
Cần nguồn dòng để tạo
áp
Cần nguồn dòng tạo
áp, nếu cần thiết phải
tuyến tính hoá
Bảng 3.2 So sánh đặc điểm của ba loại cảm biến nhiệt: cặp nhiệt ngẫu, nhiệt điện trở kim
loại và nhiệt điện trở bán dẫn
3. Hệ thống điều khiển nhiệt độ 27
3.3 Các phương pháp điều khiển nhiệt độ
Có 2 phương thức điều khiển nhiệt độ thường dùng:
+ Điều khiển dựa trên sự giãn nở của thanh lưỡng kim
+ Điều khiển bằng bộ điều khiển điện tử
Tuy nhiên với phương pháp đầu tiên cho kết quả chính xác không cao, giá thành rẻ, dễ chế tạo
thường được ứng dụng trong thiết bị dân dụng nhiều hơn. Ví dụ: Bàn là, tủ lạnh,… Với
phương pháp thứ hai (bằng bộ điều khiển điện tử) tuy giá thành cao nhưng khá chính xác, hỗ
trợ nhiều đầu vào, đầu ra, được ứng dụng nhiều trong công nghiệp. Mỗi bộ điều khiển điện tử
khác nhau sẽ áp dụng một phương thức khác nhau để tối ưu hoá quá trình điều khiển nhiệt.
Sau đây là những phương pháp mà bộ điều khiển nhiệt thường dùng:
Phương pháp điều khiển ON-OFF
Phương pháp điều khiển tỉ lệ P
Phương pháp điều khiển kết hợp PI, PD, PID
3.3.1 Phương pháp điều khiển ON-OFF
Điều khiển ON-OFF là phương pháp điều khiển đơn giản nhất của bộ điều khiển nhiệt. Nhiệt
độ được cung cấp cho hệ thống một cách gián đoạn. Phương pháp này được áp dụng cho
những hệ thống đơn giản, đáp ứng chậm, không yêu cầu chặt chẽ về độ chính xác.
3.3.1.1 Sơ đồ điều khiển
Sơ đồ điều khiển lò nhiệt được thể hiện qua hình 3.3
Lò nhiệtw(k) u(k) y(k)
Khâu Relay
e(k)
u
umin
umax
e?-?
+-
Hình 3.3 Sơ đồ khối điều khiển on-off lò nhiệt
3. Hệ thống điều khiển nhiệt độ 28
3.3.1.2 Nguyên lý làm việc
Đây là dạng điều khiển cổ điển nhưng vẫn còn được sử dụng rộng rãi cho đến ngày nay.
Phương pháp điều khiển ON-OFF còn được gọi là phương pháp đóng ngắt hay dùng khâu
relay có trễ: cơ cấu chấp hành sẽ đóng nguồn để cung cấp năng lượng ở mức tối đa cho thiết
bị tiêu thụ nhiệt nếu nhiệt độ đặt w(k) lớn hơn nhiệt độ đo y(k), ngược lại mạch điều khiển sẽ
ngắt mạch cung cấp năng lượng khi nhiệt độ đặt nhỏ hơn nhiệt độ đo. Khi đó công suất cấp
cho sợi đốt cũng chỉ có 2 giá trị (nghĩa là 100% hoặc 0%). Cho nên bộ điều khiển tác động
ON-OFF còn gọi là bộ điều khiển tác động 2 vị trí.
Một vùng trễ được đưa vào để hạn chế tần số đóng ngắt như sơ đồ khối ở trên: nguồn chỉ
đóng khi sai số e(k) > ∆ và ngắt khi e(k) < - ∆. Như vậy, nhiệt độ đo y(k) sẽ dao động quanh
giá trị đặt w(k) và 2∆ còn được gọi là vùng trễ của relay.
Điều khiển ON-OFF có ưu điểm là:
Thiết bị tin cậy, chắc chắn, vận hành đơn giản, hệ thống luôn hoạt động được với mọi
tải
Tính toán thiết kế ít phức tạp và cân chỉnh dễ dàng
Nhưng có nhược điểm là sai số xác lập sẽ lớn do hệ chỉ cân bằng động quanh nhiệt độ đặt và
thay đổi theo tải. Khuyết điểm này có thể được hạn chế khi giảm vùng trễ bằng cách dùng
phần tử đóng ngắt điện tử ở mạch công suất (cho phép tăng tần số đóng cắt).
3.3.2 Phương pháp điều khiển liên tục (PWM)
Khi yêu cầu về mặt công nghệ trở nên nghiêm ngặt hơn thì hệ thống kiểm soát nhiệt độ cũng
cần đảm bảo nhiệm vụ duy trì nền nhiệt độ ổn định, đáp ứng nhanh cho hệ thống gia nhiệt.
Lúc này phương pháp cổ điển ON/OFF lại bộc lộ nhiều khuyết điểm thuộc về bản chất cố
hữu, không thể cải tiến được. Do đó yêu cầu đặt ra là xây dựng một phương thức điều khiển
tối ưu hơn tương thích với công nghệ hiện đại. Dựa trên nguyên lý điều khiển điện áp trung
bình một cách tuyến tính và liên tục, kỹ thuật điều chế độ rộng xung (PWM) được đưa vào sử
dụng hiệu quả với nhiều đối tượng điều khiển (tốc độ, nhiệt, chất lưu, mômen, vị trí…) Ưu
điểm nổi bật nhất của phương pháp PWM là tần số đáp ứng nhanh, giảm sai số xác lập, điều
chỉnh công suất liên tục và tiết kiệm năng lượng.
3. Hệ thống điều khiển nhiệt độ 29
3.4 Thuật toán điều khiển PID
PID là thuật toán điều khiển tuy không tối ưu bằng phương pháp hiện đại mới ra đời (fuzzy
logic, mạng neuron…) nhưng vẫn được áp dụng rộng rãi, phổ biến ở nhiều ứng dụng trong
công nghiệp đem lại hiệu quả kinh tế cao. PID chỉ phát huy khả năng khi bộ thông số
( DIP TTK ,, ) được chọn phù hợp với từng hệ thống cụ thể.
3.4.1 Giới thiệu
Bộ điều khiển PID (Hình 3.4) được sử dụng rất rộng rãi trong thực tế để điều khiển nhiều loại
đối tượng khác nhau như nhiệt độ lò nhiệt, tốc độ động cơ, mực chất lỏng trong bồn chứa, vị
trí,… Lý do bộ điều khiển này được sử dụng rộng rãi là vì nó có khả năng triệt tiêu sai số xác
lập, cải thiện đáp ứng quá độ, giảm độ vọt lố nếu các tham số bộ điều khiển được chọn lựa
thích hợp. Do sự phổ biến của nó nên nhiều hãng sản xuất thiết bị điều khiển đã cho ra đời các
bộ điều khiển thương mại rất thông dụng. Thực tế các phương pháp thiết kế bộ điều khiển
PID dùng quỹ đạo nghiệm số, giản đồ Bode hay phương pháp giải tích rất ít được sử dụng do
khó khăn trong việc xây dựng hàm truyền đối tượng. Phương pháp phổ biến nhất để chọn
tham số PID thương mại hiện nay là phương pháp Ziegler-Nichols.
Hình 3.4 Sơ đồ khối bộ hiệu chỉnh PID
(http://en.wikipedia.org/wiki/File:Pid-feedback-nct-int-correct.png)
Bộ điều khiển PID có hàm truyền liên tục như (3.2).
1( ) 1i
p d p D
I
KG s K K s K T s
s T s (3.2)
3. Hệ thống điều khiển nhiệt độ 30
Biến đổi Z của G(s):
1 1
( )2 1
i dp
K T Kz zG z K
z T z (3.3)
G(z) được viết lại:
1 2
1
/ 2 / / 2 2* / /( )
1
p i d p i d dK K T K T K K T K T z K T zG z
z (3.4)
Đặt:
0 1 2/ 2 / ; / 2 2* / ; /p i d p i d da K K T K T a K K T K T a K T
Suy ra:
1 2
0 1 2
1( )
1
a a z a zG z
z (3.5)
Từ đó (3.5) tính được tín hiệu điều khiển u(k) khi tín hiệu vào e(k) như (3.6).
1 2
0 1 2
1( ) ( )* ( ) * ( )
1
a a z a zu k G z e k e k
z (3.6)
Do đó:
0 1 2( ) ( 1) * ( ) * ( 1) * ( 2)u k u k a e k a e k a e k (3.7)
3.4.2 Đặc trưng của các bộ điều khiển P, I, D
Việc hiểu biết bản chất của các khâu P, I, D tác động như thế nào đến đáp ứng ngõ ra là cơ sở
để điều chỉnh và chọn thông số thích hợp cho hệ thống. Bằng tri thức thuộc lĩnh vực điều
khiển tự động ngày nay, con người đã nắm vững những quy luật tác động của từng thành phần
trong thuật toán PID và ứng dụng thành công trong công nghiệp.
3.4.2.1 Bộ điều khiển P (Proportional)
Thành phần P được tính bởi công thức 3.8.
teKtu PP (3.8)
3. Hệ thống điều khiển nhiệt độ 31
Trong đó:
uP: Tín hiệu ngõ ra của khâu P
PK : Hệ số khuếch đại tỉ lệ
e: Sai số = SP - PV
Bộ điều khiển tỉ lệ sinh ra hành động điều khiển tỉ lệ với sai lệch[1]
(Hình 3.5). Khi tăng PK
sẽ cho phép giảm sai lệch, giảm thời gian tăng trưởng nhưng nếu PK quá lớn sẽ làm cho hệ
thống dao động.
Hình 3.5 Ảnh hưởng của khâu P đến đáp ứng ngõ ra
(http://en.wikipedia.org/wiki/File:Change_with_Kp.png )
3.4.2.2 Bộ điều khiển I (Integral)
Thành phần I được tính bởi công thức 3.9.
dtteKtu
T
o
II (3.9)
Trong đó:
uI: Tín hiệu ngõ ra của khâu I
3. Hệ thống điều khiển nhiệt độ 32
IK : Hệ số khuếch đại tích phân
e : Sai số = SP- PV
Bộ điều khiển tích phân sinh ra hành động điều khiển liên tục tăng khi tín hiệu sai lệch vẫn
còn[1]
(Hình 3.6). Khi tăng IK sẽ cho phép giảm nhanh thời gian tăng trưởng, hệ thống đáp
ứng nhanh, tuy nhiên độ vọt lố tăng dễ dẫn đến dao động của hệ thống. Sự tồn tại của thành
phần IK sẽ cho phép loại bỏ hẳn sai số.
Hình 3.6 Ảnh hưởng của khâu I đến đáp ứng ngõ ra
(http://en.wikipedia.org/wiki/File:Change_with_Ki.png)
3.4.2.3 Bộ điều khiển D (Derivative)
Thành phần D được tính bởi công thức 3.10.
dt
tdeKtu DD (3.10)
Trong đó:
uD: Tín hiệu ngõ ra của khâu D
DK : Hệ số khuếch đại vi phân
e : Sai số = SP - PV
3. Hệ thống điều khiển nhiệt độ 33
Bộ điều khiển vi phân sinh ra hành động điều khiển tỉ lệ với tốc độ biến đổi của tín hiệu sai
lệch[1]
(Hình3.7). Khâu này giúp hệ thống phản ứng nhanh với biến động của nhiễu. Mặc dù
khâu vi phân không ảnh hưởng đến sai số nhưng khi tăng DK sẽ giảm được độ vọt lố và thời
gian quá độ.
Hình 3.7 Ảnh hưởng của khâu D đến đáp ứng ngõ ra
(http://en.wikipedia.org/wiki/File:Change_with_Kd.png )
Điều khiển tỉ lệ ( PK ) có ảnh hưởng làm giảm thời gian lên và sẽ làm giảm nhưng không loại
bỏ sai số xác lập. Điều khiển tích phân ( IK ) sẽ loại bỏ sai số xác lập nhưng có thể làm đáp
ứng quá độ xấu đi. Điều khiển vi phân ( DK ) có tác dụng làm tăng sự ổn định của hệ thống,
giảm vọt lố và cải thiện đáp ứng quá độ. Ảnh hưởng của mỗi bộ điều khiển khi tăng
PK , IK , DK lên hệ thống vòng kín được tóm tắt ở bảng 3.3.
Đáp ứng
vòng kín
Thời gian
lên Vọt lố
Thời gian
xác lập
Sai số
xác lập
PK Giảm Tăng Thay đổi nhỏ Giảm
IK Giảm Tăng Tăng Loại bỏ
DK Giảm nhỏ Giảm Giảm Không ảnh hưởng
Bảng 3.3 Sự thay đổi đáp ứng ngõ ra khi tăng các hệ số PK , IK , DK
3. Hệ thống điều khiển nhiệt độ 34
Mối liên giữa các thông số trong bảng 3.3 không chính xác hoàn toàn bởi vì PK , IK và DK
phụ thuộc vào nhau. Vì vậy, bảng này chỉ dùng tham khảo khi xác định các tham số
PK , IK và DK .
3.4.3 Điều khiển PID tương tự
PID tương tự là một quá trình liên tục. Quá trình liên tục là loại có xuất nhập liên tục. Trong
bộ điều khiển có phản hồi (điều khiển vòng kín), PID tương tự có nhiệm vụ phát hiện sai lệch,
chuyển đổi sai lệch và thực hiện một số phương thức điều khiển nhằm làm giảm sai lệch.
Những bộ điều khiển loại này đã từng là các hệ thống khuếch đại thuật toán (OpAmp)
(Hình3.8) dựa trên ba mạch điện cơ bản: mạch khuếch đại không đảo, mạch vi phân (lọc
thông cao), mạch tích phân (lọc thông thấp). Tuy nhiên ngày nay hệ thống máy tính đã nhanh
chóng thay thế chúng và hệ thống điều khiển số trực tiếp được sử dụng khi máy tính ở trong
vòng lặp có phản hồi và thực hiện điều khiển theo phương thức này.
Hình 3.8 Sơ đồ một mạch PID tương tự điển hình dùng OpAmp
3. Hệ thống điều khiển nhiệt độ 35
3.4.4 Điều khiển PID số
Một trong những phương pháp điều khiển số là PID số. Đây là quá trình rời rạc điều khiển các
hoạt động nối tiếp. Sự nối tiếp của các hoạt động có thể dựa trên cơ sở “thời gian” hoặc trên
cơ sở “sự kiện” hoặc kết hợp cả hai loại này. Với hệ thống trên cơ sở thời gian các hoạt động
được thực hiện tại các thời điểm cụ thể. Trong một số hệ thống các hoạt động không hoạt
động tại thời điểm mà đáp ứng theo sự kiện. Những hệ thống như vậy được gọi là trên cơ sở
“sự kiện”. Thời gian đáp ứng xảy ra được quyết định bởi quá trình chứ không theo đồng hồ
của hệ thống điều khiển. Thuật ngữ “thời gian thực” được sử dụng cho hệ thống điều khiển
bằng máy tính trong đó sự trễ từ thời gian nhập đến thời gian xuất là đủ để đáp ứng được chấp
nhận là hiệu quả ngay sau khi nhập[2]
.
C(t)
Ts t
Hình 3.9 Rời rạc hoá tín hiệu liên tục trong điều khiển số
Có nhiều sơ đồ điều khiển khác nhau có thể áp dụng cho hệ rời rạc, trong đó thông dụng nhất
là sơ đồ hiệu chỉnh nối tiếp với bộ điều khiển mà PID số đóng vai trò là bộ hiệu chỉnh. Trong
thực tế, đa số trường hợp bộ điều khiển số là các thuật toán phần mềm chạy trên máy tính
hoặc vi xử lý. Vì vậy, các bài toán phải đưa về hệ rời rạc bằng phép biến đổi Z[2]
(Bản chất
của việc biến đổi Z một tín hiệu chính là rời rạc hoá tín hiệu đó). Hình 3.9 mô tả tín hiệu rời
rạc (đường nét liền) được rời rạc hoá từ tín hiệu liên tục (đường nét đứt).
3.5 Thiết kế lò nhiệt
3.5.1 Chọn thiết bị gia nhiệt
Theo lý thuyết về kỹ thuật nhiệt thì truyền nhiệt đối lưu là quá trình trao đổi nhiệt xảy ra khi
có sự di chuyển của chất lỏng hoặc chất khí được gọi chung là chất lưu trong không gian từ
vùng nhiệt độ này đến vùng nhiệt độ khác. Nếu đối lưu xảy ra tự nhiên mà không có sự tác
động bên ngoài (quạt, máy bơm, máy nén) thì thời gian cần thiết để hệ cân bằng sẽ kéo dài.
Lò nhiệt là một thiết bị trao đổi nhiệt thực hiện quá trình trao đổi nhiệt từ nguồn nhiệt (nguồn
Ts
3. Hệ thống điều khiển nhiệt độ 36
nóng) ra môi trường xung quanh (lò nhiệt) phục vụ cho những mục đích cụ thể. Trong phạm
vi đồ án này không nghiên cứu sâu về hai phương trình cơ bản để tính toán nhiệt của thiết bị
trao đổi nhiệt: phương trình cân bằng nhiệt và phương trình truyền nhiệt. Vì hệ thống được
điều khiển bằng điện nên cách đơn giản và hiệu quả nhất là gia nhiệt bằng thiết bị điện, cụ thể
là dây điện trở (wonfram). Với cách chọn này, quá trình truyền nhiệt sẽ diễn ra chậm thông
qua hình thức đối lưu là chủ yếu.
3.5.2 Chọn cảm biến
Là loại cảm biến nhiệt phổ biến trên thị trường với nhiều ưu thế như: giá thành thấp; được sử
dụng rộng rãi nên dễ dàng thay thế; kích thước nhỏ gọn nên dễ dàng đo được nhiệt độ ở
những nơi hẹp; với cấu tạo đặc biệt nên bền với tác động cơ học và hoá học; khả năng chống
nhiễu cao; đặc biệt là tầm đo rộng từ -200OC ÷ +1200
oC thích hợp cho các ứng dụng trong
công nghiệp và độ nhạy xấp xỉ 41 /VoC. Do đó cặp nhiệt ngẫu loại K (Hình 3.10) được
chọn để làm cảm biến nhiệt cho lò nhiệt. Hơn nữa, một số loại PLC của nhiều hãng khác nhau
cũng có sẵn module đo nhiệt độ trực tiếp từ cảm biến nên rất thuận tiện cho người dùng.
Hình 3.10 Cảm biến nhiệt (thermo-couple - cặp nhiệt ngẫu loại K )
3.5.3 Khối điều khiển công suất
Thuật toán điều khiển PID chỉ đưa ra tín hiệu điều khiển tối ưu hệ thống nhưng không thể
dùng trực tiếp tín hiệu này để khống chế bộ phận chấp hành. Do đó một khâu quan trọng cần
thiết phải có là khối điều khiển công suất (Hình3.11). Khối này có nhiệm vụ khuếch đại tín
hiệu điều khiển thành tín hiệu điện có trị số dòng và áp lớn cung cấp cho cơ cấu chấp hành
(sợi đốt wonfram). Vì sợi đốt là thiết bị điện dùng điện áp xoay chiều 220V, công suất 1000W
nên sử dụng Triac 12A dẫn được cả hai bán kỳ (BTA12). Với mục đích cách ly về điện giữa
3. Hệ thống điều khiển nhiệt độ 37
bộ điều khiển và khối công suất nhằm bảo vệ và chống nhiễu nên linh kiện ghép quang
MOC3020 được sử dụng để kích dẫn triac.
R2 470
C2103
J1
CONTROL
12
Q1
M OC30201
2
64
R339
J2
LOAD
12
Q2
BTA12
J3
AC220
12
C1503
R1 360
Hình 3.11 Sơ đồ mạch kích dẫn triac
Hình 3.11 là sơ đồ điều khiển triac BTA12 được kích dẫn trực tiếp từ diac quang MOC3020
cho phép dẫn cả hai bán kỳ. J1 là tín hiệu lấy trực tiếp từ ngõ ra của PLC, J2 là ngõ ra của tải
được nối tiếp với BTA12 được cung cấp bởi nguồn điện xoay chiều từ J3.
Nếu ngõ ra của PLC được điều chế PWM với tần số 1s thì tương ứng sẽ có 50 chu kỳ của điện
áp xoay chiều được điều khiển qua triac (Hình 2.12). Công thức tính công suất theo (3.11).
10050
100100%n
T
T
TT
TdutyP ON
OFFON
ONnhiet (3.11)
Trong đó n là số chu kỳ được dẫn qua BTA12
Duty
V_in
V_out
t
v
T=1s
Hình 3.12 Đồ thị kích dẫn triac
3. Hệ thống điều khiển nhiệt độ 38
3.5.4 Mô hình lò nhiệt
Mô hình lò nhiệt (Hình 3.13) được làm từ vật liệu nhựa tổng hợp cách điện, cách nhiệt tốt.
Dung tích buồng nhiệt là 20 x 30 x 20 (cm). Thanh điện trở gia nhiệt được đặt ở đáy mô hình,
bên trên có hai cửa sổ có kích thước 6 x 6 (cm) giả lập cho bộ phận thu nhiệt, truyền nhiệt
theo hình thức đối lưu cưỡng bức (dùng quạt hút). Cảm biến được đặt ở giữa mô hình.
Hình 3.13 Mô hình lò nhiệt
3.6 Tính toán các thông số cho bộ điều khiển PID
Thuật toán PID được đưa vào hệ thống để hiệu chỉnh tín hiệu sai lệch và đưa ra tín hiệu điều
khiển nhằm mong muốn ngõ ra đáp ứng tốt nhất với các tiêu chí về thời gian quá độ, độ vọt
lố… Tuy nhiên nếu thông số của bộ điều khiển được chọn không phù hợp sẽ gây ra tác dụng
ngược lại làm cho hệ thống dao động mất ổn định, tăng vọt lố… Ba thông số khi điều khiển
PID cần qua tâm là DIP TTK ,, sẽ tác dụng trực tiếp đến chất lượng của hệ thống. Ngoài hai
phương pháp thực nghiệm vòng hở và vòng kín phổ biến của Zeigler-Nichols, phương pháp
hồi tiếp relay (relay feedback) cũng được sử dụng như một công cụ hữu hiệu để tính bộ thông
số PID, tất cả được gọi chung là phương pháp điều chỉnh tự động (Auto-Tuning).
3. Hệ thống điều khiển nhiệt độ 39
3.6.1 Mô hình toán học
Mô hình toán học là các phương trình toán học có được bằng phương pháp mô hình hoá dựa
vào các quy luật vật lý chi phối toàn bộ hoạt động của hệ thống. Cách thức thực hiện mô hình
hoá phải trải qua ba giai đoạn phân tích. Đó là, phân tích chức năng: phân tích hệ thống
thành các khối chức năng, trong đó các khối chức năng có mô hình toán học đã biết hoặc
được rút ra từ các quy luật vật lý; phân tích vật lý: rút ra mô hình toán học của các khối chứa
năng dựa vào các quy luật vật lý; phân tích toán học: liên kết mô hình toán học của các khối
chức năng để có mô hình toán học hệ thống.
Sơ đồ khối điều khiển vòng kín của lò nhiệt được thể hiện trong hình 3.14.
Lò NhiệtBộ điều khiển
PID
w(k) u(k) y(k)e(k)
Hình 3.14 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển nhiệt
Hình 3.15 là mô hình tuyến tính hoá hệ thống lò nhiệt vòng hở.
1
30s+1
300
100s+1
Step Transfer Fcn Transfer Fcn1 Scope
Mô hình khảo sát vòng hở
Hình 3.15 Mô hình hoá hệ thống lò nhiệt
3.6.2 Tính toán chọn DIP KKK ,, bằng các phương pháp Auto-Tuning
Bộ điều khiển PID gồm sự kết hợp của 3 khâu điều khiển tỷ lệ (P), tích phân(I) và vi phân(D)
nên nhược điểm của khâu này trong điều khiển được ưu điểm của khâu kia khắc phục. Vì vậy
nhiệt độ luôn được giữ ổn định bởi khâu tích phân tự động hiệu chỉnh độ sai lệch xác lập của
khâu tỷ lệ, đồng thời khâu vi phân giúp bộ điều khiển PID phản ứng nhanh với nhiễu ngoài.
Các tham số của bộ điều khiển PID thường được tính theo các phương pháp chính sau:
3. Hệ thống điều khiển nhiệt độ 40
3.6.2.1 Phương pháp thực nghiệm của Zeigler-Nichols
Zeigler-Nichols là phương pháp thực nghiệm để thiết kế bộ điều khiển P, PI hoặc PID bằng
cách dựa vào đáp ứng quá độ của đối tượng điều khiển. Bộ điều khiển PID cần thiết kế có
hàm truyền theo (3.12).
1( ) 1i
p d p D
I
KG s K K s K T s
s T s (3.12)
Tuỳ theo đặc điểm của từng đối tượng mà áp dụng một trong hai phương pháp thực
nghiệm sau:
Cách 1: Dựa vào đáp ứng quá độ của hệ hở, áp dụng cho các đối tượng có đáp ứng đối với tín
hiệu vào là hàm nấc có dạng chữ S như hình 3.16 ví dụ như nhiệt độ lò, tốc độ động cơ,…
L T
K
aThời gian
Nhiệt
độ
Hình 3.16 Đáp ứng nấc của hệ vòng hở có dạng chữ S
Đáp ứng này có thể được xấp xỉ bởi hàm truyền sau (trong không gian Laplace):
( )1
LsKG s e
Ts (3.13)
Trong đó: K : độ lợi tĩnh
T : hằng số thời gian
L : thời gian trễ
3. Hệ thống điều khiển nhiệt độ 41
Các thông số DIP TTK ,, được tính dựa vào bảng 3.4 (L
a KT
).
Bộ điều khiển PK iT DT
P 1/a -- --
PI 0.9/a 3L --
PID 1.2/a 2L L/2
Bảng 3.4 Thông số điều chỉnh PID dựa vào đáp ứng nấc hệ hở
Cách2 : Dựa vào đáp ứng quá độ của hệ kín, áp dụng cho các đối tượng có khâu tích phân lý
tưởng, ví dụ như mực chất lỏng bồn chứa, vị trí truyền động nhờ động cơ,… Đáp ứng quá độ
(hệ hở) áp dụng cho các đối tượng có khâu tích phân lý tưởng không có dạng như hình 3.18
mà tăng đến vô cùng. Đối với các đối tượng thuộc loại này việc chọn thông số bộ điều khiển
PID dựa vào đáp ứng quá độ của hệ kín như hình 3.17. Tăng dần hệ số khuếch đại của hệ kín
ở hình 3.17 đến giá trị giới hạn Kgh, khi đó đáp ứng ra của hệ kín ở trạng thái xác lập là dao
động ổn định với chu kỳ Tgh .
Tgh t
C(t)
0
1
Hình 3.17 Đáp ứng nấc của hệ kín khi K=Kgh
Các thông số DIP TTK ,, được tính dựa vào bảng 3.5.
Bộ điều khiển PK iT DT
P 0.5Kgh -- --
PI 0.45Kgh 0.83Tgh --
PID 0.6Kgh 0.5Tgh 0.125Tgh
Bảng 3.5 Thông số điều chỉnh PID dựa vào đáp ứng nấc hệ kín
3. Hệ thống điều khiển nhiệt độ 42
3.6.2.2 Phương pháp hồi tiếp relay (Relay feedback)
G(s)r u y
Khâu Relay
u
umin
umax
e?-?
+ -
Hình 3.18 Hệ thống tuyến tính điều khiển bằng relay
Ý tưởng chính là việc quan sát các chu kỳ dao động khi hồi tiếp về relay như hình 3.18 Tín
hiệu ngõ vào và ngõ ra có được khi tín hiệu kích thích r bằng 0 như hình 3.19.
C(t)
0
1
-1 t
ry
Hình 3.19 Đáp ứng của hệ thống tuyến tính điều khiển bằng relay
Hình 3.19 mô tả dao động điều hoà của hệ thống được thiết lập khá nhanh. Ngõ ra dao động
với tần số sóng sin xác định, điều này có nghĩa là hiệu ứng sóng hài bậc cao đã bị suy giảm
bởi quá trình. Nếu biên độ sóng vuông là d thì biên độ sóng cơ bản là /4d . Tín hiệu ngõ ra
có tần số là u và biên độ ujGd
a4
(3.14)
Điều kiện để hệ dao động là:
)arg( uG và CKd
aujG
1
4 (3.15)
Chu kỳ dao động là u
CT2
(3.16)
3. Hệ thống điều khiển nhiệt độ 43
Bộ thông số PID được tính theo bảng 3.6.
Bộ điều khiển PK iT DT
P 0.5KC -- --
PI 0.45KC TC/1.2 --
PID 0.6KC TC/2 T/8
Bảng 3.6 Bộ thông số điều chỉnh PID dựa vào phương pháp relay-feedback
3.7 Hệ thống SCADA
SCADA (Supevisory Control And Data Acquisition) - hiểu một cách nôm na là hệ thống điều
khiển và thu thập số liệu. Việc giám sát, thu thập số liệu và điều khiển là rất cần thiết đối với
một hệ thống công nghiệp bất kỳ. Tuỳ theo mức độ quan trọng và yêu cầu những tính năng
điều khiển, các chức năng điều khiển và thu thập số liệu được phân phối và phân cấp cho các
thiết bị khác nhau. Hệ thống SCADA có thể được chia thành ba cấp.
3.7.1 Tổng quan hệ thống SCADA
Ở cấp thấp nhất của hệ thống SCADA, là các phần có chức năng theo dõi và điều khiển cho
từng thiết bị riêng biệt. Thường gặp nhất là các rơ le bảo vệ. Khi thiết bị gặp sự cố, các rơle
này hoàn toàn có thể tính toán và tác động theo thông số chỉnh định trước mà không cần liên
lạc với hệ thống cấp trên. Ngoài chức năng điều khiển, các phần tử thuộc cấp này còn có chức
năng thu thập số liệu, thông số của các thiết bị để gửi lên các substation server. Trong các hệ
thống hiện đại, các phần tử này được gọi chung là IED (Intelligent Electronic Devices), có các
nguyên lý làm việc và chức năng khác nhau, nhưng có cùng chuẩn giao tiếp, cho phép IED
này có thể nói chuyện được với các IED khác trong cùng trạm (peer to peer) và trao đổi với
substation server. Về nguyên tắc, sự hỏng hóc hay bảo trì tại một IED sẽ không làm ảnh
hưởng đến các IED khác trong hệ thống.
Cấp thứ hai của hệ thống SCADA là các Substation Server, với chức năng chủ yếu là thu
thập số liệu từ các IED do nó quản lý, lưu lại trong cơ sở dữ liệu, phục vụ các nhu cầu đọc dữ
liệu tại chỗ qua các HMI (Human Machine Interface).
Cấp thứ ba là Trung tâm điều khiển của toàn hệ thống, nơi thực hiện việc thu thập số liệu từ
các Substation Server, thực hiện các chức năng tính toán đánh giá trạng thái của hệ thống, dự
3. Hệ thống điều khiển nhiệt độ 44
báo nhu cầu, và thực hiện các chức năng điều khiển quan trọng, như việc lên kế hoạch vận
hành của toàn hệ thống.
3.7.2 Quy trình điều khiển nhiệt
Quy trình hoạt động của lò nhiệt được thể hiện trong hình 3.20. Trước tiên phải khởi động
PLC và phần mềm PCWay để đảm bảo hệ thống được phối hợp giữa phần cứng và phần
mềm. Tiếp theo nhiệt độ được cài đặt từ hộp thoại như hình 3.21. Lúc này hệ thống đã sẵn
sàng hoạt động.
Bắt đầu
Khởi động PLC
Khởi động Pcway
Gia nhiệt
Vẽ đồ thị
Kết thúc
Cài đặt nhiệt độ
Lưu dữ liệu
Y
NHoàn thành ?
Hình 3.20 Quy trình điều khiển lò nhiệt
Khi kích nút “Start” trên hình 3.22 chương trình PLC bắt đầu thực thi, ngõ ra Y0 phát xung
PWM điều khiển công suất thanh điện trở nhiệt. Giá trị nhiệt độ được cập nhật liên tục về
PLC cứ sau thời gian lấy mẫu 1s làm tín hiệu so sánh ngõ vào của bộ điều khiển.
3. Hệ thống điều khiển nhiệt độ 45
Hình 3.21 Hộp thoại cài đặt quá trình nhiệt độ
Trong suốt thời gian hệ thống hoạt động, mọi thông số về giá trị nhiệt độ và thời gian tương
ứng luôn được cập nhật và lưu lại trên ổ đĩa để kiểm soát lỗi hay phục vụ lưu trữ thống kê.
File dữ liệu được ghi ở dạng “file.txt”.
Hình 3.22 Giao diện chính điều khiển hệ thống
4. Kết quả thực nghiệm 46
Chương 4
Kết quả thực nghiệm
Chương này trình bày kết quả của quá trình vận hành hệ thống điều khiển nhiệt độ thực tế.
Trình bày cách ghép nối tất cả các thiết bị với nhau tạo thành một mạng hoàn chỉnh trên cơ sở
mạng SCADA. Việc phân tích đồ thị cho phép rút ra được những kết luận chung về hệ thống,
so sánh thực tế với lý thuyết và đưa ra phương án lựa chọn để điều khiển tối ưu. Chương 4
được trình bày như sau: Mục đầu tiên 4.1 là mô hình thực tế của hệ thống điều khiển và giám
sát nhiệt độ; tiếp theo là thông số của chương trình PLC được thể hiện trong mục 4.2; việc
phân tích các đồ thị đáp ứng của hệ thống thực tế, từ đó đưa ra nhận xét đánh giá chung là nội
dung của mục 4.3 và quá trình lưu trữ dữ liệu được trình bày trong mục 4.4.
4.1 Mô hình kết nối hệ thống thực tế
Hình 4.1 mô tả toàn cảnh hệ thống điều khiển nhiệt. Vị trí và tên gọi của từng khối chức năng
được thể hiện rõ trong hình. Từ giao diện điều khiển, người vận hành có thể cài đặt nhiệt độ
qua hộp thoại mỗi khi kích chọn nút “setting”. Việc điều khiển PLC được thực hiện bằng cách
kích chọn nút “Start/Stop” để cho phép hoặc không cho phép điều khiển ngõ ra bằng thuật
toán PID. Giá trị nhiệt độ được cập nhật về máy tính thông qua chương trình ngắt timer một
phút. Đồ thị đáp ứng nhiệt độ được vẽ liên tục mỗi khi cập nhật giá trị nhiệt độ mới. Bên cạnh
đó, màn hình HMI cũng cho phép cài đặt nhiệt độ trực tiếp, giám sát theo dõi từng quá trình
với thời gian cập nhật về là một giây. Vì các thiết bị được đặt gần nhau nên mô hình chỉ thể
hiện nguyên lý kết nối của mạng điều khiển và giám sát chứ chưa thấy được quy mô thực tế
về mặt khoảng cách địa lý.
4. Kết quả thực nghiệm 47
Kết nối
PLC
Tín hiệu
PWM
Nguồn AC
HMI
Giao diện
điều khiển
Hình 4.1 Mô hình hệ thống điều khiển và giám sát nhiệt độ
4.2 Thông số chương trình
Khi PLC chạy ở chế độ online (điều khiển từ máy tính), nó cho phép người dùng tương tác
với PLC thông qua giao diện “Monitoring Registers” (Hình 4.2). Từ giao diện này người vận
hành biết được giá trị các thanh ghi trong PLC, ngoài ra còn có thể thay đổi chúng dễ dàng.
Từ hình 4.2 giá trị DIP TTK ,, được hiển thị dưới dạng số thập phân, các giá
trị này sẽ được tính ra sau hai chu kỳ dao động của đáp ứng. “MV” chính là giá trị tính toán
của khâu PID liên quan đến tỉ lệ duty của xung PWM điều khiển ngõ ra.
Hình 4.2 Thông số DIP TTK ,, sau quá trình Auto-Tuning
4. Kết quả thực nghiệm 48
Bảng 4.1 thể hiện đầy đủ thông số của hệ thống điều khiển nhiệt độ từ đầu quá trình đến cuối
quá trình (T1 ÷ T6). Sau mỗi một giây phần mềm PCWay sẽ tự động cập nhật về giá trị mới
bao gồm: nhiệt độ hiện tại, ngày, giờ, trạng thái của PLC. Các số liệu này được truy xuất trực
tiếp bằng VBA để tính toán, xử lý số liệu và trao đổi dữ liệu với PLC thông qua môi trường
PCWay.
Point of Temp.
Time of Temp.
Set Temp.
Pre. Temp.
Time Date Status
T6 60 4 600 44.1 ON
T5 60 4 60 437 14:50:47 1/15/2010
T4 60 4 437 14:50:46 1/15/2010
T3 60 4 437 14:50:44 1/15/2010
T2 60 4 439 14:50:43 1/15/2010
T1 60 10 439 14:50:43 1/15/2010
439 14:50:42 1/15/2010
441 14:50:40 1/15/2010
441 14:50:39 1/15/2010
441 14:50:37 1/15/2010
441 14:50:36 1/15/2010
Bảng 4.1 Dữ liệu thu thập về Excel thông qua PCWay
4.3 Phân tích đồ thị
Phân tích đồ thị là bước quan trọng của việc đánh giá chất lượng của một hệ thống. Thông
thường có hai cách chính để đánh giá đồ thị là so sánh giữa những lần thí nghiệm kế tiếp nhau
trên cùng một hệ thống hoặc đối chiếu giữa kết quả thực tiễn với lý thuyết (Hình 4.3) để rút ra
kết luận.
Hình 4.4 là kết quả đáp ứng của hệ thống khi đặt “bias value” bằng 0 (nghĩa là SP’ = SP). Lúc
này ngõ ra vẫn tiếp tục điều khiển gia nhiệt khi chưa đạt nhiệt độ đặt, do đó xảy ra hiện tượng
vọt lố cả trong quá trình tính Auto-Tuning lẫn quá trình chạy với PID đã được tính tự
động. Để hạn chế hiện tượng vọt lố xảy ra khi điều khiển nhiệt, một phương pháp tối ưu được
đưa ra như trong hình 4.3. Theo đó, một giá trị dương (bias value) được đưa vào để đặt lại giá
trị SP thành SP’ (nghĩa là SP’ = SP - bias value). Điều này cho phép đáp ứng của hệ thống chỉ
dao động quanh giá trị SP’ và Auto-Tuning cũng được tính dựa vào ngưỡng nhiệt độ này. Sau
khi hoàn thành Auto-Tuning thì hệ thống sẽ hoạt động tại giá trị SP với bộ thông số PID đã
được tính ra. Tuy nhiên không có cơ sở cụ thể để định lượng chính xác giá trị của bias value,
nó tuỳ thuộc vào từng hệ thống.
4. Kết quả thực nghiệm 49
Hình 4.3 Quá trình Auto-Tuning và điều khiển PID
Hình 4.4 Đáp ứng tại 60oC, bias value bằng 0
oC
Hình 4.5 và hình 4.6 là đồ thị đáp ứng ngõ ra tương ứng với hai giá trị khác nhau của bias
value. Qua đó thấy rằng hiện tượng vọt lố giảm đáng kể trong hình 4.5 (1oC khi Auto-Tuning,
0.2oC khi chạy PID) và không có vọt lố trong hình 4.6. Bảng thống số của quá trình đáp ứng
quá độ gồm thời gian tăng trưởng, thời gian xác lập và độ vọt lố được cho bởi bảng 4.2.
4. Kết quả thực nghiệm 50
Thông số
Bias value Độ vọt lố (
oC) Tsettling (s) Trising (s)
Bias value = 5oC 0.2
oC 298 331
Bias value = 6oC 0.1
oC 212 256
Bảng 4.2 Thông số ứng với quá trình đáp ứng quá độ của hệ thống nhiệt
Dựa vào bảng số liệu (Bảng 4.1) kết luận rằng: ứng với giá trị bias value bằng 6oC hệ thống
cho đáp ứng tốt hơn về cả 3 tiêu chí độ vọt lố, thời gian xác lập và thời gian tăng trưởng. Do
đó, việc điều khiển tối ưu cho hệ thống nhiệt mặc dù đã có công cụ hữu hiệu Auto-Tuning
nhưng lại phụ thuộc khá lớn vào giá trị bias value - giá trị này được thiết lập thủ công.
Hình 4.5 Đáp ứng tại 60oC , bias value bằng 5
oC
4. Kết quả thực nghiệm 51
Hình 4.6 Đáp ứng tại 65oC, bias value bằng 7
oC
Hệ thống đáp ứng được với các quá trình nhiệt có nhiệt độ thay đổi khác nhau. Cụ thể là quá
trình sau có nhiệt độ cao hơn quá trình trước (Hình 4.7) và ngược lại (Hình 4.8). Tuy nhiên vì
thời gian đáp ứng nhiệt chậm nên thời gian xác lập còn khá lớn. Để cải thiện điều này cần
điều chỉnh lại công suất nhiệt của thiết bị gia nhiệt và chế độ hoạt động của tải.
Hình 4.7 Đáp ứng với 3 quá trình nhiệt độ khác nhau: 60oC, 70
oC và 65
oC
4. Kết quả thực nghiệm 52
Hình 4.8 Đáp ứng với 2 quá trình nhiệt độ khác nhau: 65oC và 60
oC
4.4 Lưu trữ dữ liệu
Dữ liệu được lưu trữ ở dạng file text (.txt) như sau:
“ Set Temperature : Present Temperature : Time : Date
65.0 : 39.5 : 14:13:22 : 1/13/2010
65.0 : 45.3 : 14:14:23 : 1/13/2010
65.0 : 52.0 : 14:15:22 : 1/13/2010
65.0 : 59.4 : 14:16:22 : 1/13/2010
65.0 : 62.5 : 14:17:22 : 1/13/2010
65.0 : 63.3 : 14:18:22 : 1/13/2010
65.0 : 62.7 : 14:19:22 : 1/13/2010
65.0 : 61.4 : 14:20:22 : 1/13/2010
65.0 : 59.5 : 14:21:22 : 1/13/2010
65.0 : 57.6 : 14:22:22 : 1/13/2010
65.0 : 55.8 : 14:23:22 : 1/13/2010
65.0 : 58.2 : 14:24:22 : 1/13/2010
65.0 : 58.7 : 14:25:22 : 1/13/2010
65.0 : 57.8 : 14:26:22 : 1/13/2010
65.0 : 57.0 : 14:27:22 : 1/13/2010
4. Kết quả thực nghiệm 53
---------------------------------------------------------------
65.0 : 58.0 : 14:28:22 : 1/13/2010
65.0 : 60.3 : 14:29:22 : 1/13/2010
65.0 : 62.8 : 14:30:22 : 1/13/2010
65.0 : 64.0 : 14:31:22 : 1/13/2010
65.0 : 64.9 : 14:32:22 : 1/13/2010 ”
Trên đây là một phần nội dung của file text lưu dữ liệu của hệ thống khi chạy. Nội dung bao
gồm nhiệt độ cài đặt, nhiệt độ đáp ứng và thời gian hoạt động tương ứng. Chương trình sẽ tự
động lưu dữ liệu cứ sau khoảng thời gian 1 phút. Tuy nhiên có nhiều cách khác nhau để định
dạng cấu trúc dữ liệu, đây là một cấu trúc đơn giản, điển hình.
5. Kết luận 54
Chương 5
Kết luận và hướng phát triển đề tài
5.1 Kết luận
. Auto-Tuning
( DIP TTK ,, )
, . Tuy nhiên
(bias value).
SCADA
.
chung SCADA .
5.2
.
.
5. Kết luận 55
,
khai t
cần sâu.
vấn đề
ề .
56
Tài liệu tham khảo
Sách:
[1] Trương Hữu Chí, Võ Thị Ry, Cơ điện tử các thành phần cơ bản, NXB Khoa học Kỹ
thuật, 2005.
[2] Nguyễn Thị Phương Hà, Huỳnh Thái Hoàng, Lý thuyết điều khiển tự động, NXB Đại
học Quốc gia Tp. Hồ Chí Minh, 2005.
Bài viết trên mạng:
[3] F.L. Lewis, A brief history of feedback control, Prentice-Hall, 1992.
URL http://www.theorem.net/theorem/lewis1.html
[4] Makelsan Ltd., Istanbul, Turkey, Temperature control using improved autotuning PID
control methods.
URL http://www.emo.org.tr/ekler/cc1c015c32f74bc_ek.pdf
[5] Panasonic Electric Works Europe AG, Progammable Controllers.
URL http://www.panasonic-electric-works.com/peweu/en/html/402.php
57
Phụ lục A: Chương trình PLC
58
Phụ lục B: Chương trình VBA
Public pv, sp, sv As Integer
Dim netTemp As Single
Public status As Boolean
Dim finish As Boolean
Dim row As Byte
Dim time As Integer
Dim m, n As Integer
Dim enableDisp As Byte
Dim dec1, dec2, dec3, dec4 As Integer
Dim tenfile As String
Private Sub cmdCancel_Click()
ans = MsgBox(" Do you want to quit?", vbYesNo + vbApplicationModal, "Warning")
If ans = vbYes Then
End
Else
GoTo Xuly 'thoat ra de tiep tuc cong viec
End If
Xuly:
End Sub
Private Sub cmdDrawing_Click()
If (cmdStart.Caption = "Start") And (finish = False) Then MsgBox "Process stopping"
If finish = True Then MsgBox "Process finished"
Form2.Show
End Sub
Private Sub cmdSave_Click()
On Error GoTo Xuly
CommonDialog1.Filter = "All file(*.*)|*.*|Text File(txt)|*.txt"
CommonDialog1.FilterIndex = 2
CommonDialog1.ShowSave
tenfile = CommonDialog1.filename
Open tenfile For Output As #1
Print #1, textSave.Text
Close #1
RSTimer5.Enabled = True
MsgBox "Saved data successful!"
Xuly:
End Sub
Private Sub cmdSetting_Click()
Form3.Show
End Sub
Private Sub cmdOnoff_Click()
cmdOnoff.Caption = IIf(cmdOnoff.Caption = "ON", "OFF", "ON")
59
If cmdOnoff.Caption = "ON" Then cmdStart.Caption = "Start" 'Tat Start khi tat ca he thong
If cmdOnoff.Caption = "OFF" Then
Call Application.Run("PCWAYsubShellPCWayStart")
Else
Call Application.Run("PCWAYsubExecuteStop")
End If
If cmdOnoff.Caption = "OFF" Then
If enableDisp < 1 Then
enableDisp = enableDisp + 1 'chi cau hinh cho NTgraph mot lan, cac lan sau bo qua
n = 0: m = 10 ' dat gia tri dau tien cua X la 10
With Form2.NTGraph1 ' cai dat thong so cho do thi
.PlotAreaColor = vbBlack ' chon mau nen la mau den
.FrameStyle = Scope ' chon khung dang scope
.Caption = " Graph of Temperature "
.XLabel = " Time (seconds)" 'truc X
.YLabel = " Temperature (oC)" 'truc Y
.ClearGraph ' Xoa tat ca cac do thi
.ElementLineColor = RGB(255, 255, 0) ' chon mau
.AddElement ' them do thi thu 2
.ElementLineColor = vbGreen ' chon mau
.XGridNumber = 10
.YGridNumber = 10
End With
End If
End If
End Sub
Private Sub cmdStart_Click()
Dim i As Byte
Dim disableStart As Boolean
For i = 1 To 6
If (Sheet1.Cells(10 - i, "C") = "") Or (Sheet1.Cells(10 - i, "D") = "") Or (Sheet1.Cells(10 -
i, "c") = 0) Or (Sheet1.Cells(10 - i, "D") = 0) Then disableStart = True
Next i
If cmdOnoff.Caption = "ON" Then
MsgBox "You have to turn ON before" 'chi thong bao dong nay neu chua ON
Else
If disableStart = True Then
MsgBox "Have no database from Setting"
Else
cmdStart.Caption = IIf(cmdStart.Caption = "Start", "Stop", "Start")
RSTimer2.Enabled = True 'bat dau ve do thi
finish = False 'tat thong bao "process finished" de chay tiep
If cmdStart.Caption = "Stop" Then
status = True 'chuong trinh dang on
Call Application.Run("PCWAYsubRunStart") 'cho phep PCWay chay
RSTimer3.Enabled = True
Range("J4").Select 'on/off PLC (de o cuoi- sau khi PCWay chay)
Call Application.Run("PCWAYsubDoubleClickEntry")
Else
status = False 'chuong trinh dang off
RSTimer4.Enabled = False ' tat quat
Range("J4").Select 'on/off PLC (de o cuoi- sau khi PCWay chay)
60
Call Application.Run("PCWAYsubDoubleClickEntry")
Call Application.Run("PCWAYsubRunStop") 'tat PCWay
RSTimer3.Enabled = False
End If
If cmdStart.Caption = "Stop" Then
Sheet1.Cells(4, "E") = Sheet1.Cells(9, "C") * 10
sp = Sheet1.Cells(4, "E") 'cap nhat gia tri sp dau tien de ve do thi
txtSp.Text = sp \ 10 'hien thi gia tri sp len interface
Range("E4").Select
Call Application.Run("PCWaysubdownload")
End If
textSave.Text = " Set Temperature : Present Temperature : Time : Date " & vbCrLf
RSTimer4.Enabled = True
End If
End If
End Sub
Private Sub RSTimer1_Timer()
pv = Sheet1.Cells(5, "f"): dec1 = pv \ 10: dec2 = pv Mod 10
Sheet1.Cells(4, "F") = dec1 & "." & dec2
sv = Sheet1.Cells(4, "E"): dec3 = sv \ 10: dec4 = sv Mod 10
Sheet1.Cells(5, "E") = dec3 & "." & dec4
netTemp = Round(pv / 10, 1) 'luu tam thoi gia tri nhiet do thuc vao trong bien NetTemp
txtPv.Text = netTemp 'cap nhat gia tri luu trong bien pv
TxtTemp.Text = netTemp 'lam tron den 1 chu so thap phan, cho hien thi
Form3.txt3Pv = netTemp
End Sub
Private Sub RSTimer2_Timer()
If m = n Then m = m * 2
With Form2.NTGraph1
X1 = n
Y = sp \ 10 ' y la nhiet do cai dat
.PlotXY X1, Y, 0 've y tren do thi thu nhat
.AddElement
X2 = X1
Y = netTemp 'y la nhiet do hien tai doc ve, lam tron 1 chu so thap phan
.PlotXY X2, Y, 1 've y tren do thi thu 2
.SetRange 0, m, 30, 100 'xac lap ti le tren cac truc
'X min =0, X max = m, Y min = 20, Y max = 100
If Val(txtPv) <> 0 Then n = n + 1
End With
Form2.txt2Sp.Text = sp \ 10 ' cap nhat hai gia tri Sp va Pv de hien thi gia tri do thi hien tai
Form2.txt2Pv.Text = netTemp
End Sub
Private Sub RSTimer3_Timer()
Dim a, b, c As Single
Dim h, m, s As Single
a = Sheet1.Cells(5, "G"): h = (a * 24 * 10) \ 10
b = a * 24 – h: m = (b * 60 * 10) \ 10
c = b * 60 – m: s = (c * 60 * 10) \ 10
textSave.Text = textSave.Text & " " & dec3 & "." & dec4 & " :" & " " & dec1
& "." & dec2 & " :" & " " & h & ":" & m & ":" & s & " : " & Sheet1.Cells(5, "H") &
vbCrLf
61
time = time + 1
If (time = Sheet1.Cells(9 - row, "D")) Then 'so sanh thoi gian cai dat
textSave.Text = textSave.Text & "-------------------------------" & vbCrLf
time = 0: row = row + 1
If row < 6 Then
Sheet1.Cells(4, "E") = Sheet1.Cells(9 - row, "C") * 10 ' gan cac gia tri cua nhiet do vao o
sp
sp = Sheet1.Cells(4, "E") ' cap nhat gia tri sp de ve do thi
txtSp.Text = sp \ 10 'hien thi gia tri sp len interface
Range("e4").Select
Call Application.Run("PCWaysubdownload")
End If
End If
If row = 6 Then
row = 0
RSTimer3.Enabled = False 'ket thuc quy trinh khong cho set nhiet do tiep theo
RSTimer2.Enabled = False 'ket thuc quy trinh, khong cho ve do thi
RSTimer5.Enabled = False 'ket thuc luu tru data
status = False 'tat chuong trinh sau khi hoan thanh chu trinh nhiet
cmdStart.Caption = "Start"
finish = True
Call Application.Run("PCWAYsubRunStop")
MsgBox "Process finished!"
End If
End Sub
Private Sub RSTimer4_Timer()
fan1.Visible = IIf(fan1.Visible = True, False, True)
fan2.Visible = IIf(fan2.Visible = False, True, False)
lbDate.Caption = Format(Now, "hh:nn:ss ddd dd/mm/yy")
End Sub
Private Sub RSTimer5_Timer()
Open tenfile For Output As #1
Print #1, textSave.Text
Close #1
End Sub
top related