Đang tải... (xem toàn văn)
Thiết kế hệ thống điều khiển vòng kínvới bộ điều khiển PID.Thuật toán điều khiển vòng kín được sử dụng để điều chỉnh sai lệch giữa giá trịđo được của hệ thống (process variable) với giá trị đặt mong muốn (Setpoint), bằng cách tính toán và điều chỉnh giá trị điều khiển ở ngõ ra. Trong đó, bộ điều khiển PID là một thuật toán điều khiển vòng kín được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp.
Chương 5: Thiết kế hệ thống điều khiển vịng kín với điều khiển PID ( Bài giảng q trình hồn thiện ) 23 May 2021 5.2 Thiết kế hệ thống điều khiển vịng kín với hàm PID - Compact 23 May 2021 5.2.1 Đặt vấn đề 23 May 2021 5.2.1 Đặt vấn đề - ❖Hệ thống gồm: bồn nước, cảm biến siêu âm đọc tín hiệu trả từ 0-10V tương ứng chiều dài 0-100% bồn nước, bơm tuyến tính nhận tín hiệu từ 0-10V, van xả on/off, nút start, nút stop Yếu cầu: - Bấm start hệ thống hoạt động, bấm stop hệ thống dừng Khi hệ thống chạy bơm 70% giá trị đặt cho valve xả hoạt động ❖ Lập trình PLC S7 – 1200 điều khiển mơ hình bồn nước hoạt động theo quy trình sau: Nhấn nút Start cho phép hệ thống hoạt động Nhấn Stop hệ thống dừng hoạt động Tất giá trị cài đặt SP, giá trị phản hồi PV, sai số ER, độ lợi Gian, thời gian Ti, Td… thay đổi thơng qua hình điều khiển HMI/SCADA ❖ - Khi hệ thống chạy 70% giá trị SP (0.7*Setpoint) cho van xả hoạt động Trang 23 May 2021 5.2.2 Yêu cầu kết nối phần cứng a Yếu cầu phần cứng - CPU S7 -1200: Tích hợp sẵn I/O AI - Modul xử lý ngõ tương tự: sử dụng SB modul chuẩn - Các cấu chấp hành đáp ứng yêu cầu toán đặt b Kết nối phần cứng - Start_PID có địa chỉ: I8.4 - Stop_PID có địa chỉ: I8.5 - Valve_Out có địa chỉ: Q8.5 - Ultra_Sensor nhận tín hiệu từ cảm biến siêu âm: IW80 - Pump_Analog gửi tín hiệu điều khiển cho biến tần: QW80 www.themegallery.com Company Logo 5.2.3 Hướng dẫn thực toán a) Các bước khai báo tham số biến lập trình khởi động cho PID ❖ Bước 1: Cấu hình phần cứng bao gồm modul CPU S7 1200, modul AI/AO theo yêu cầu công nghệ ❖ Bước 2: Tạo Tag-Symbol theo phần cứng: PLC Tags → Add new tag table →đặt tên PID tag ❖ Bước 3: Tạo khối liệu PID_Data [DB12]: Program block →Add new block→ Data block, đặt tên PID_Data, chọn kiểu (type) Global DB → chọn OK để hoàn thành www.themegallery.com Company Logo 5.2.3 Hướng dẫn thực toán a) Các bước khai báo tham số biến lập trình khởi động cho PID ❖ Bước 4: Khai báo thông số kiểu liệu muốn sử dụng www.themegallery.com Company Logo 5.2.3 Hướng dẫn thực toán a) Các bước khai báo tham số biến lập trình khởi động cho PID ❖ Bước 5: Khởi tạo hàm PID_Control_Paramter [FC15] để lập trình điều khiển hoạt động Van xả kích hoạt lệnh PID www.themegallery.com Company Logo 5.2.3 Hướng dẫn thực toán a) Các bước khai báo tham số biến lập trình khởi động cho PID ❖ Bước 5: Khởi tạo hàm PID_Control_Paramter [FC15] để lập trình điều khiển hoạt động Van xả kích hoạt lệnh PID www.themegallery.com Company Logo 5.2.3 Hướng dẫn thực toán a) Các bước khai báo tham số biến lập trình khởi động cho PID ❖ Bước 6: Gọi hàm PID_Control_paramter [FC15] Main[OB1] www.themegallery.com Company Logo 5.2.3 Hướng dẫn thực tốn b Cấu hình đối tượng TO cho PID_Compact Bước 1: Khởi tạo đối tượng kỹ thuật TO Technology → Add new object → PID → PID Control → Compact PID → Đặt tên chọn Version hỗ trợ tương ứng với cấu hình CPU Version TIA Portal → OK www.themegallery.com Company Logo 5.2.3 Hướng dẫn thực toán b Cấu hình đối tượng TO cho PID_Compact ❖ Bước 2: Cài đặt cấu hình cho chế độ Basic Settings Controller type: Cho phép người lập trình lựa chọn đối tượng điều khiển kiểu giá trị vào/ra cho điều khiển PID www.themegallery.com Company Logo 5.2.3 Hướng dẫn thực tốn b Cấu hình đối tượng TO cho PID_Compact ❖ Input/Output Paramters: Cho phép lựa chọn tham số phẩn hồi PV ngõ điều khiển PID kiểu I/O analog giá trị Scale người dùng www.themegallery.com Company Logo 5.2.3 Hướng dẫn thực tốn - ❖ Bước 3: Cài đặt cấu hình cho chế độ Process value settings Process value limits: Cho phép cài đặt lựa chọn giá trị giới hạn trên/ cho giá trị trình hoạt động - Process value Scaling: Cho phép chọn tỉ lệ chuyển đổi tương ứng với số hóa www.themegallery.com Company Logo 5.2.3 Hướng dẫn thực toán ❖ Bước 4: Cài đặt cấu hình cho chế độ Advanced settings ❖ Process value monitoring: Cho phép người lập trình giám sát tầm giá trị trình hoạt động giá trị cảnh báo mức thấp mức cao - PWM limits: Cho phép người lập trình cài đặt thời gian tắt/mở nhỏ ngõ PID theo định dạng điều chế độ rộng xung www.themegallery.com Company Logo 5.2.3 Hướng dẫn thực toán www.themegallery.com Company Logo 5.2.3 Hướng dẫn thực toán c Khai báo PID_Compact OB ngắt chu kỳ Bước 1: Khởi tạo OB ngắt chu kỳ: Program Block → Add new block → Organization block (OB) → Cyclic interrupt → Chọn thời gian lấy mẫu (mặc định 100ms) → OK Bước 2: Khai báo khối điều khiển PID_Compact tham số cần thiết để điều khiển Cyclic interrupt [OB30]: Network → Instructions → Technology → PID Control → Compact PID www.themegallery.com Company Logo 5.2.3 Hướng dẫn thực toán c Khai báo PID_Compact OB ngắt chu kỳ ❖ Bước 3: Thực khai báo đối tượng TO tham số cần thiết cho điều khiển PID_Compact www.themegallery.com Company Logo 5.2.3 Hướng dẫn thực toán d Thực Commissioning cho điều khiển PID ❖ Bước 1: Sau thực lập trình đầy đủ theo yêu cầu thực biên dịch lại toàn phần cứng phần mềm trước tải chương trình xuống CPU ❖ Bước 2: Thực tải chương trình xuống CPU ❖ Bước 3: Chọn PLC → Technology Object → DB PID_Compact → Commissioning → chọn biểu tượng Monitor All để thực giám sát chọn chế độ hoạt động cho điều khiển PID www.themegallery.com Company Logo 5.2.3 Hướng dẫn thực tốn e Quy trình thực Auto Tuning PID ❖ PID Auto tuning hay gọi trình tự điều chỉnh để điều khiển PID tự dò tham số Gain, Ti, Td Bộ PID PLC s7 -1200 hỗ trợ người lập trình hai chế độ Tuning ❖ - Pretuning: Phân tích trình đáp ứng PID hệ thống thực tế Hay nói đơn giản hơn, q trình Pretuning thực việc dò số PID đáp ứng nhanh q trình xác lập hệ thống ❖ - Fine Tuning: Phân tích dao động PID gây việc cân giá trị đặt Hay nói đơn giản hơn, q trình Fine tuning thực dò số PID đáp ứng việc xác lập trình cho hệ thống ❖ Các bước để thực Auto Tuning cho điều khiển PID KHỞI ĐỘNG PID www.themegallery.com PRETUNING START PRETUNING FINE TUNING STRAT FINE TUNING CHÊ ĐỘ AUTOMATIC TỐI ƯU HÓA LẠI PLC Company Logo 5.2.3 Hướng dẫn thực toán - ❖ Để chế độ Pretuning hoạt động phải thỏa hai điều kiện: Giá trị (SP – PV) >= 30%*(Giá trị Hi_lim – Lo_lim) PV Giá trị SP – PV >= 50% giá trị SP ❖ Để chế độ Fine Tuning hoạt động phải thỏa mãn điều kiên sau: Bộ điều khiển PID hoạt động tầm giới hạn vận hành Và khơng có nhiễu không mong muốn xảy ❖ Sau thực q trình Pretuning Fine tuning hồn thiện hệ thống kết thúc người lập trình cần lưu trữ lại tham số PID vào project thao tác Upload PID Parameter www.themegallery.com Company Logo www.themegallery.com LOGO