Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong các hệ thống sản xuất công nghiệp và dây chuyền tự động hóa hiện đại, động cơ điện một chiều (DC Motor) đóng vai trò là cơ cấu chấp hành quan trọng nhờ các ưu điểm về khả năng khởi động tải lớn, dải điều chỉnh tốc độ rộng và đặc tính điều khiển tuyến tính. Việc kiểm soát chính xác tốc độ và duy trì sự ổn định của hệ truyền động khi phụ tải biến động là yêu cầu công nghệ bắt buộc nhằm đảm bảo năng suất và chất lượng sản phẩm.

Khóa luận tốt nghiệp được thực hiện tại Khoa Điện – Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội (năm 2021) với đề tài: "Xây dựng hệ thống điều khiển, giám sát tốc độ hệ truyền động điện – chỉnh lưu – động cơ một chiều". Nghiên cứu tập trung giải quyết bài toán ứng dụng thiết bị điều khiển khả trình PLC S7-1200 kết hợp màn hình giao diện người - máy HMI Weintek để điều khiển và giám sát hệ truyền động điện một chiều kích từ độc lập qua bộ biến đổi chỉnh lưu.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu được xác định theo văn bản:

  1. Tìm hiểu kiến thức chuyên sâu về bộ điều khiển PLC, bộ biến đổi điện tử công suất AC/DC và các phương pháp điều khiển góc mở bộ biến đổi.
  2. Tổng hợp phương pháp luận để xây dựng bài toán điều khiển, giám sát tốc độ động cơ ứng dụng trong thực tế sản xuất.
  3. Ứng dụng các thiết bị sẵn có tại phòng thực hành điều khiển điện 402-A7 (Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội) để thiết kế, lắp đặt, lập trình giải thuật PID và xây dựng giao diện SCADA/HMI giám sát hệ truyền động chỉnh lưu – động cơ một chiều.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Hệ truyền động điện chỉnh lưu Thyristor – Động cơ điện một chiều kích từ độc lập công suất 0,75 kW; giải thuật điều khiển tự động PID số; hệ thống điều khiển vòng kín sử dụng PLC Siemens S7-1200 và giao diện giám sát HMI Weintek.
  • Phạm vi không gian: Mô hình thực nghiệm tại phòng thực hành điều khiển điện 402-A7, Khoa Điện, Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội.
  • Phạm vi công nghệ: Sử dụng phương pháp điều khiển tương tự (Analog 0–10V) qua module mở rộng SM 1232; đo tốc độ gián tiếp qua cảm biến Encoder quang học kết hợp bộ chuyển đổi tần số – điện áp (F-U); cấu hình mạng truyền thông công nghiệp Ethernet TCP/IP giữa PLC và HMI.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và mô hình toán học

Nghiên cứu dựa trên hệ thống phương trình trạng thái và đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập:

  1. Phương trình cân bằng điện áp mạch phần ứng: $$U_ư = E_ư + (R_ư + R_f) I_ư$$ Trong đó: $U_ư$ là điện áp phần ứng (V); $E_ư$ là suất điện động phần ứng (V); $R_ư$ là điện trở trong của mạch phần ứng ($\Omega$); $R_f$ là điện trở phụ mắc thêm ($\Omega$); $I_ư$ là dòng điện phần ứng (A).

  2. Phương trình sức điện động và mômen điện từ: $$E_ư = \frac{p \cdot N}{2\pi a} \Phi \omega = K \Phi \omega = K_e \Phi n$$ $$M_{đt} = K \Phi I_ư$$ Trong đó: $p$ là số đôi cực; $N$ là số thanh dẫn tác dụng; $a$ là số đôi mạch nhánh song song; $\Phi$ là từ thông kích từ (Wb); $\omega$ là tốc độ góc (rad/s); $n$ là tốc độ quay (vòng/phút); $K_e \approx 0,105 K$.

  3. Phương trình đặc tính cơ: $$\omega = \frac{U_ư}{K\Phi} - \frac{R_ư + R_f}{(K\Phi)^2} M$$ Độ cứng đặc tính cơ được định nghĩa qua hệ số $\beta = \frac{dM}{d\omega}$. Động cơ kích từ độc lập có đặc tính cơ rất cứng ($\beta > 40$).

Tác giả phân tích 3 phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều:

  • Thay đổi điện trở phần ứng ($R_f$): Làm tăng độ dốc đặc tính cơ, giảm tốc độ dưới định mức, tổn hao nhiệt lớn trên điện trở phụ.
  • Thay đổi từ thông kích từ ($\Phi$): Thực hiện bằng cách giảm dòng kích từ $I_{kt}$, cho phép điều chỉnh tốc độ tăng cao hơn tốc độ cơ bản ($\omega > \omega_0$), bị giới hạn bởi điều kiện đổi chiều cổ góp.
  • Thay đổi điện áp phần ứng ($U_ư$): Giữ nguyên từ thông $\Phi = \Phi_{đm}$, tạo ra họ đường đặc tính cơ song song với độ cứng không đổi ($\beta = \text{const}$). Đây là phương pháp tối ưu được lựa chọn thông qua bộ biến đổi chỉnh lưu Thyristor.

Phương pháp điều khiển và mạch biến đổi

  • Bộ biến đổi Thyristor – Động cơ (T-Đ): Sử dụng sơ đồ chỉnh lưu cầu 1 pha không đối xứng. Trị trung bình điện áp tải được xác định theo góc mở $\alpha$: $$U_d = \frac{\sqrt{2}U_2}{\pi} (1 + \cos\alpha)$$
  • Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính: Tạo xung kích mở Thyristor bằng cách so sánh điện áp răng cưa đồng bộ từ lưới ($U_{RC}$) với điện áp điều khiển một chiều ($U_{đk}$), với dải điện áp $U_{RC\max} = U_{đk\max} = 10\text{V}$, góc mở xác định theo biểu thức $\alpha = \pi \frac{U_{đk}}{U_{RC\max}}$.
  • Thuật toán điều khiển PID số: Tín hiệu điều khiển $u(t)$ được tính toán theo công thức: $$u(t) = K_P \left( e(t) + \frac{1}{T_I} \int_{0}^{t} e(\tau)d\tau + T_D \frac{de(t)}{dt} \right)$$ Chỉnh định thông số bộ điều khiển theo phương pháp Ziegler-Nichols 1 (dựa trên đường cong đáp ứng quá độ bậc thang) kết hợp công cụ tự động dò tìm thông số (Pretuning/Fine tuning) của khối hàm PID_Compact trên phần mềm TIA Portal.

Phương pháp nghiên cứu và nguồn dữ liệu

  • Phương pháp phân tích – tổng hợp lý thuyết: Tính toán giải tích mạch lực, mạch điều khiển, lựa chọn công suất thiết bị.
  • Phương pháp thực nghiệm – đo lường: Thu thập dữ liệu tốc độ thực tế thông qua Encoder quang học phát xung, xử lý chuyển đổi tín hiệu qua bộ chuyển đổi F-U, truyền tín hiệu analog về PLC để xử lý vòng kín và xuất đồ thị đáp ứng lên HMI.

Thiết kế và triển khai hệ thống kỹ thuật

Cấu trúc phần cứng hệ thống

Hệ thống điều khiển vòng kín gồm các phần tử phần cứng được kết nối theo sơ đồ khối kỹ thuật:

Thành phần Thiết bị / Mã hiệu Thông số kỹ thuật chính Chức năng trong hệ thống
Bộ điều khiển trung tâm Siemens S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC (6ES7214-1AG40-0XB0) Nguồn 24VDC, 14 DI, 10 DO, 2 AI (0–10V), bộ nhớ 75 kB Xử lý thuật toán điều khiển PID, đọc tín hiệu Analog từ F-U, xuất tín hiệu điều khiển
Module mở rộng Analog Siemens SM 1232 2AO (6ES7232-4HB32-0XB) 2 ngõ ra Analog Output (dạng điện áp 0–10V / $\pm 10\text{V}$, dòng 0–20mA) Xuất điện áp điều khiển $0–10\text{V}$ (địa chỉ QW112, QW114) tới bộ biến đổi AC/DC
Động cơ chấp hành Động cơ điện một chiều DC $P_{đm} = 0,75\text{ kW}$, $U_{đm} = 200\text{ V}$, $I_{đm} = 4,2\text{ A}$, $N_{đm} = 1800\text{ vòng/phút}$ Cơ cấu chấp hành truyền động chính
Bộ biến đổi công suất Bộ biến đổi chỉnh lưu AC/DC $U_d = 200\text{ V}$, $I_d = 15\text{ A}$ Biến đổi điện xoay chiều thành một chiều cấp cho phần ứng động cơ qua điều khiển Analog
Cảm biến tốc độ Omron E6B2-CWZ6C Độ phân giải 2000 xung/vòng, nguồn 5–24VDC, tần số đáp ứng 100 kHz, pha A, B, Z, ngõ ra NPN Đo tốc độ quay trục động cơ dưới dạng chuỗi xung vuông lệch pha $90^\circ$
Bộ biến đổi tín hiệu Bộ biến đổi F-U (Frequency to Voltage) Tín hiệu vào xung tần số, ngõ ra điện áp $0–10\text{V}$ Chuyển đổi tần số xung Encoder sang tín hiệu điện áp tuyến tính $0–10\text{V}$ cấp cho ngõ vào AI0 của PLC
Màn hình giám sát Weintek MT8102iP Màn hình cảm ứng 10.1 inch (độ phân giải 1024x600 px), cổng truyền thông RJ45 Ethernet, RS485 Cài đặt tốc độ đặt, hiển thị tốc độ thực, vẽ biểu đồ thời gian thực và cảnh báo vượt ngưỡng
Khối phụ tải Bộ điều chỉnh mômen tải một chiều Cụm tạo tải hãm cơ điện Tạo tải cơ học lên trục động cơ để kiểm chứng tính ổn định của hệ thống vòng kín

Sơ đồ đấu nối và phối hợp tín hiệu

  1. Mạch lực: Nguồn điện xoay chiều cấp qua máy biến áp vào bộ biến đổi AC/DC. Đầu ra $+V_{dc}$ và $-V_{dc}$ của bộ biến đổi nối vào cực $+U$ và $-U$ của động cơ DC và cơ cấu tải.
  2. Mạch điều khiển và phản hồi:
    • Ngõ ra Analog AQ1 và chân mass 1M của module SM 1232 đấu nối trực tiếp vào ngõ điều khiển Analog (dây vàng và dây đen) của bộ biến đổi AC/DC.
    • Đầu ra Encoder nối vào ngõ vào bộ chuyển đổi F-U; ngõ ra điện áp $0–10\text{V}$ của bộ F-U đấu vào ngõ vào AI0 và 2M của CPU 1214C.
    • Màn hình HMI Weintek kết nối với PLC S7-1200 qua cáp mạng chuẩn RJ45 Ethernet, cài đặt cùng dải địa chỉ IP và lớp mạng Gateway.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan về hệ truyền động chỉnh lưu – động cơ một chiều

Chương 1 hệ thống hóa cấu trúc tổng quát của hệ truyền động điện tự động gồm mạch lực (nguồn điện, bộ biến đổi BBĐ, động cơ ĐC, máy sản xuất MSX) và mạch điều khiển (cơ cấu đo lường, bộ điều chỉnh tham số, thiết bị đóng cắt, giao diện ghép nối người vận hành). Tác giả trình bày chi tiết các phương trình đặc tính cơ điện, đặc tính cơ tự nhiên và nhân tạo của động cơ DC kích từ độc lập.

Chương này đi sâu phân tích nguyên lý hoạt động của hệ truyền động Thyristor – Động cơ (T-Đ) ở hai chế độ: dòng điện liên tục và dòng điện gián đoạn. Tác giả đánh giá dạng sóng dòng điện, điện áp và xây dựng biểu đồ làm việc của bộ biến đổi cầu 1 pha đối xứng (dùng 4 Thyristor) và cầu 1 pha không đối xứng (gồm sơ đồ catot chung và sơ đồ mắc thẳng hàng kết hợp giữa Thyristor và Diode). Ngoài ra, nguyên lý điều khiển thẳng đứng tuyến tính dựa trên việc so sánh điện áp răng cưa $U_{RC}$ đồng bộ từ lưới với điện áp điều khiển $U_{đk}$ một chiều được thiết lập làm cơ sở cho mạch phát xung.

Chương 2: Tính chọn các thiết bị mạch lực và mạch điều khiển

Chương 2 phân tích bài toán thực tế và lựa chọn phương án điều khiển tốc độ động cơ DC bằng tín hiệu tương tự (Analog) từ PLC. Nội dung chương trình bày nguyên lý cấu tạo của Encoder quang học gia tăng (Incremental Optical Encoder), cấu trúc 3 kênh A, B, Z với độ lệch pha $90^\circ$ giữa hai kênh A-B giúp nhận diện chiều quay và độ phân giải $N$ xung/vòng quyết định độ chính xác phép đo. Tác giả thuyết minh chức năng của bộ biến đổi F-U dùng chuyển đổi tần số xung thành điện áp $0–10\text{V}$ để đưa vào kênh Analog Input của PLC.

Về mặt thuật toán, chương này phân tích cấu trúc bộ điều khiển PID liên tục và PID số, vai trò của từng thành phần $K_P$, $T_I$, $T_D$, phương pháp xác định tham số theo đáp ứng quá độ Ziegler-Nichols 1. Đồng thời, tác giả khảo sát cấu trúc khối hàm PID_Compact tích hợp trong phần mềm TIA Portal (các chân tín hiệu Setpoint, Input, Input_PER, ManualEnable, ManualValue, Reset, ScaledInput, Output, Output_PER, Output_PWM, v.v.). Chương 2 kết thúc bằng việc tính toán, lựa chọn cụ thể danh mục thiết bị phần cứng: động cơ DC 0,75 kW, bộ biến đổi AC/DC (200V – 15A), Encoder Omron E6B2-CWZ6C (2000 p/r), PLC S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC, module SM 1232 2AO và HMI Weintek MT8102iP.

Chương 3: Xây dựng hệ thống điều khiển và giám sát

Chương 3 tập trung vào thiết kế sơ đồ tổng thể và triển khai lắp đặt phần cứng mô hình thực nghiệm. Tác giả xác định rõ nhiệm vụ của từng khối chức năng: PLC thực hiện điều khiển vòng kín và xử lý logic; bộ biến đổi AC/DC điều chỉnh điện áp phần ứng; Encoder và bộ F-U làm nhiệm vụ đo lường và phản hồi tốc độ; cơ cấu mômen điều chỉnh tải một chiều dùng để khảo sát đặc tính khi mang tải.

Quy trình đấu nối liên kết giữa các module phần cứng được hướng dẫn chi tiết qua các cổng kết nối vật lý (RJ45, DB9, trạm cầu đấu Analog AQ/AI). Tiếp theo, tác giả trình bày quy trình cài đặt phần mềm EasyBuilder Pro, tạo dự án HMI, thiết lập loại thiết bị kết nối là Siemens S7-1200/S7-1500 (Absolute Addressing) (Ethernet), cấu hình địa chỉ IP đồng bộ giữa HMI và PLC, và thực hiện ánh xạ biến (Import Tags) từ TIA Portal sang phần mềm thiết kế giao diện HMI.

Chương 4: Phân tích, lập trình và mô phỏng kiểm chứng

Chương 4 mô tả toàn bộ quá trình lập trình điều khiển trên TIA Portal và thiết kế giao diện HMI trên EasyBuilder Pro. Trên TIA Portal, tác giả thực hiện cấu hình phần cứng CPU 1214C (6ES7214-1AG40-0XB0, Firmware V4.2) và module SM 1232 2AO (6ES7232-4HB32-0XB), thiết lập kiểu ngõ ra kênh Channel 0 và Channel 1 là dạng điện áp (Voltage) với địa chỉ tương ứng QW112, QW114.

Chương trình PLC được cấu trúc bằng việc khai báo bảng biến PLC Tags, khối dữ liệu Data Block (DB), chương trình ngắt chu kỳ Cyclic Interrupt để gọi khối hàm PID_Compact, chương trình xử lý lỗi và cấu hình thông số giới hạn tốc độ đặt, giới hạn phát xung ngõ ra. Tác giả lập trình khối hàm xử lý tín hiệu đọc tốc độ động cơ từ ngõ vào Analog AI0 và xử lý cảnh báo quá tốc độ. Trên HMI Weintek, tác giả thiết kế màn hình vận hành gồm các nút điều khiển chạy/dừng, ô nhập tốc độ đặt (chế độ bằng tay/tự động), đồ thị hiển thị đáp ứng tốc độ thời gian thực (Trend Plot) và trang cảnh báo lỗi. Phần cuối chương trình bày kết quả chạy thực nghiệm hệ thống khi thay đổi giá trị đặt tốc độ và khi thay đổi mômen tải tác động lên trục động cơ.

Kết quả và đóng góp

Kết quả thực nghiệm

Mô hình thực nghiệm tại phòng thực hành 402-A7 đã hoàn thành và kiểm chứng các chức năng vận hành theo đúng thiết kế:

  1. Khả năng điều khiển vòng kín ổn định: Khối hàm PID_Compact trên PLC S7-1200 đã tự động hiệu chỉnh điện áp ngõ ra Analog $0–10\text{V}$ cấp cho bộ biến đổi AC/DC, đảm bảo điện áp phần ứng động cơ thay đổi mượt mà tương ứng với dải tốc độ đặt từ 0 đến 1800 vòng/phút.
  2. Đáp ứng quá độ khi thay đổi tốc độ đặt: Hệ thống bám sát giá trị đặt với sai số tĩnh nhỏ. Khi thay đổi đột ngột tốc độ đặt (tín hiệu bước nhảy), đường cong đáp ứng tốc độ có thời gian quá độ ngắn, độ quá điều chỉnh thấp và nhanh chóng xác lập trạng thái ổn định.
  3. Khả năng chống nhiễu khi thay đổi mômen tải: Khi động cơ đang hoạt động ổn định và tiến hành tăng mômen tải hãm trên trục, tốc độ động cơ ban đầu có xu hướng suy giảm nhẹ nhưng bộ điều khiển PID đã phản ứng kịp thời, tăng điện áp điều khiển để đưa tốc độ quay trở lại bám đúng giá trị đặt.
  4. Hiệu năng giám sát trên HMI: Giao diện Weintek MT8102iP hiển thị trực quan thông số vận hành, cập nhật chính xác đồ thị tốc độ thực tế từ Encoder qua bộ F-U, cho phép người dùng thay đổi điểm đặt trực tiếp và kích hoạt tín hiệu cảnh báo khi tốc độ vượt quá ngưỡng an toàn định trước.

Đóng góp của đề tài

  • Xây dựng thành công mô hình thực hành hoàn chỉnh kết hợp giữa khí cụ điện công suất, cơ cấu truyền động cơ điện và hệ thống điều khiển số công nghiệp (PLC – HMI) phục vụ đào tạo và nghiên cứu tại Khoa Điện.
  • Chuẩn hóa quy trình cấu hình, lập trình giải thuật PID_Compact trong môi trường TIA Portal để điều khiển ngõ ra tương tự (Analog Output) điều khiển bộ biến đổi bán dẫn.
  • Hoàn thiện giải pháp kết nối truyền thông Ethernet giữa PLC Siemens S7-1200 và màn hình HMI Weintek qua phần mềm EasyBuilder Pro, tối ưu hóa chi phí đầu tư thiết bị giám sát trong các ứng dụng tự động hóa quy mô vừa và nhỏ.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đề tài

  • Khâu đo lường trung gian: Hệ thống sử dụng bộ biến đổi F-U để chuyển đổi tín hiệu xung tần số từ Encoder sang điện áp Analog $0–10\text{V}$ trước khi đưa vào cổng AI0 của PLC. Khâu biến đổi trung gian này dễ phát sinh sai số lượng tử hóa và độ trễ tín hiệu so với phương pháp đếm xung trực tiếp.
  • Quy mô mô hình: Nghiên cứu mới dừng lại ở mức mô hình thực nghiệm trong phòng thực hành 402-A7 với động cơ công suất nhỏ (0,75 kW), sử dụng nguồn cấp và bộ chỉnh lưu 1 pha thay vì hệ thống chỉnh lưu 3 pha công suất lớn dùng trong công nghiệp nặng.
  • Phương thức điều khiển: Tín hiệu điều khiển mới chỉ thực hiện theo chế độ một chiều quay, chưa tích hợp thuật toán hãm tái sinh và đảo chiều quay tự động bằng cầu chỉnh lưu kép (cầu H hoặc chỉnh lưu đảo chiều).

Hướng nghiên cứu tiếp

  • Lập trình đọc trực tiếp tín hiệu xung tốc độ cao từ Encoder thông qua các kênh High Speed Counter (HSC) tích hợp sẵn trên CPU 1214C, loại bỏ bộ chuyển đổi F-U nhằm nâng cao độ chính xác và giảm thời gian trễ của vòng phản hồi tốc độ.
  • Nâng cấp mạch lực lên bộ chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển hoàn toàn để mở rộng ứng dụng cho các động cơ một chiều công suất lớn trong môi trường công nghiệp.
  • Mở rộng mạng truyền thông công nghiệp (Profinet, Modbus TCP) để tích hợp điều khiển đồng bộ nhiều động cơ và đưa dữ liệu lên hệ thống SCADA quản lý cấp cao hơn.

Giá trị tham khảo

Báo cáo đồ án là tài liệu tham khảo kỹ thuật hữu ích cho:

  • Sinh viên ngành Kỹ thuật Điều khiển & Tự động hóa, Kỹ thuật Điện, Điện tử: Tham khảo phương pháp xây dựng hệ thống điều khiển vòng kín cho động cơ DC, kỹ năng lập trình PLC Siemens S7-1200 trên TIA Portal và thiết kế giao diện HMI Weintek bằng EasyBuilder Pro.
  • Cán bộ giảng dạy và sinh viên thực hành: Sử dụng làm tài liệu hướng dẫn vận hành, đấu nối và khai thác thiết bị tại phòng thực hành điều khiển điện 402-A7 (Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội).
  • Kỹ sư tích hợp hệ thống tự động hóa: Tham khảo giải pháp kết nối truyền thông công nghiệp Ethernet giữa PLC Siemens và các dòng HMI hãng thứ ba (Weintek), cùng quy trình chỉnh định bộ điều khiển PID_Compact cho các đối tượng điều khiển tương tự.

Câu hỏi thường gặp

1. Động cơ một chiều và bộ biến đổi AC/DC trong đồ án có các thông số kỹ thuật định mức nào?

Động cơ điện một chiều được sử dụng có công suất định mức $P_{đm} = 0,75\text{ kW}$, điện áp định mức $U_{đm} = 200\text{ V}$, dòng điện định mức $I_{đm} = 4,2\text{ A}$, tốc độ định mức $N_{đm} = 1800\text{ vòng/phút}$. Bộ biến đổi AC/DC có điện áp ngõ ra danh định $U_d = 200\text{ V}$ và dòng điện tải cực đại $I_d = 15\text{ A}$.

2. PLC S7-1200 xuất tín hiệu điều khiển bộ biến đổi AC/DC thông qua phần cứng và địa chỉ nào?

PLC phát tín hiệu điều khiển dạng điện áp tương tự ($0–10\text{V}$) thông qua module mở rộng ngõ ra Analog SM 1232 2AO (mã 6ES7232-4HB32-0XB). Tín hiệu được cấu hình tại kênh AQ 2, Channel 0 với địa chỉ ngõ ra mặc định trong chương trình là QW112 (hoặc Channel 1 với địa chỉ QW114), đấu nối trực tiếp vào chân điều khiển của bộ biến đổi AC/DC.

3. Tín hiệu phản hồi tốc độ từ Encoder quang học Omron được đưa về PLC xử lý như thế nào?

Encoder Omron E6B2-CWZ6C (độ phân giải 2000 xung/vòng) phát tín hiệu xung vuông khi trục động cơ quay. Tín hiệu xung này được đưa qua bộ chuyển đổi trung gian F-U để chuyển đổi tần số xung thành điện áp Analog $0–10\text{V}$. Tín hiệu điện áp sau đó được nối vào chân ngõ vào tương tự AI0 và chân 2M của CPU 1214C để PLC tính toán ra tốc độ quay thực tế.

4. Giao tiếp giữa màn hình cảm ứng HMI Weintek MT8102iP và PLC Siemens S7-1200 được cấu hình ra sao?

Hai thiết bị được kết nối vật lý thông qua chuẩn mạng Ethernet bằng cáp mạng bấm đầu RJ45. Trong phần mềm EasyBuilder Pro, kiểu thiết bị kết nối được chọn là Siemens S7-1200/S7-1500 (Absolute Addressing) (Ethernet). Địa chỉ IP của PLC và HMI được cấu hình cùng lớp mạng Gateway, đồng thời các biến quản trị (Tags) được nhập (import) trực tiếp từ TIA Portal sang EasyBuilder Pro.

5. Thuật toán điều khiển ổn định tốc độ trên PLC S7-1200 được thiết lập bằng công cụ nào?

Hệ thống sử dụng khối hàm chuyên dụng PID_Compact được gọi trong khối ngắt chu kỳ (Cyclic Interrupt) của phần mềm TIA Portal. Bộ điều khiển tiếp nhận giá trị tốc độ đặt (Setpoint) từ HMI/người dùng và giá trị tốc độ đo phản hồi (Input/Input_PER), tính toán sai lệch và xuất tín hiệu điều khiển (Output/Output_PER) tới module Analog để ổn định tốc độ động cơ theo thời gian thực.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp đã thiết kế và triển khai thành công hệ thống điều khiển, giám sát tốc độ hệ truyền động điện chỉnh lưu – động cơ một chiều công suất 0,75 kW tại phòng thực hành 402-A7 Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội. Bằng việc kết hợp bộ điều khiển lập trình PLC Siemens S7-1200, module mở rộng Analog SM 1232, thuật toán PID_Compact và màn hình cảm ứng HMI Weintek MT8102iP, hệ thống đã thực hiện tốt việc ổn định tốc độ động cơ khi điểm đặt thay đổi cũng như khi chịu tác động của mômen tải. Kết quả nghiên cứu đáp ứng đầy đủ các yêu cầu kỹ thuật đề ra, đóng góp một mô hình thực hành trực quan, chuẩn mực cho công tác đào tạo chuyên ngành Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa.