Bé Gi¸O DôC Vµ §µO T¹O Vò Dòng Kú TR¦êNG §¹I HäC B¸CH KHOA Hµ NéI -------------------------------------- Vò Dòng Kú NGÀNH §IÒu khiÓn tù ®éng N©ng cao chÊt l-îng bé ®iÒu khiÓn PID trong c«ng nghiÖp LUËN V¡N TH¹C SÜ NgµNH §IÖN KHOÁ: 2002-2004 Hà Néi – 2004 Bé GI¸O DôC Vµ §µO T¹O TR¦êNG §¹I HäC B¸CH KHOA Hµ NéI -------------------------------------- Vò Dòng Kú N©ng cao chÊt l-îng bé ®iÒu khiÓn PID trong c«ng nghiÖp Chuyªn ngà nh : §iÒu khiÓn tù ®éng LUËN V¡N TH¹C SÜ ngµnh ®iÖn Ng-êi h-íng dÉn khoa häc PGS.TS Th¸i Quang Vinh Hà Néi – 2004 MôC LôC Trang Trang phô b×a Lêi cam ®oan Môc lôc Danh môc c¸c b¶ng, h×nh vÏ, ®å thÞ Më ®Çu Ch¦¬ng 1: HÖ thèng SCADA trªn c¬ së RSVIEW32 vµ m¹ng PLC cña Allen-Bradley .1 PLC cña Allen-Bradley vµ m¹ng c«ng nghiÖp DH485.1 CÊu tróc phÇn cøng cña SLC500 .2 Nguyªn t¾c ho¹t ®éng cña SLC 500 .3 Tæ chøc vïng nhí d÷ liÖu cña SLC 500 .4 CÊu tróc hÖ lÖnh cña SLC 500 .5 Giíi thiÖu vÒ phÇn mÒm lËp tr×nh RSLogix 500 .6 Giíi thiÖu vÒ m¹ng DH-485 cña Allen-Bradley .2 RSVIEW32 vµ tæ chøc hÖ SCADA .1 Kh¸i qu¸t vÒ hÖ SCADA .2 HÖ SCADA cña Allen- Bradley ( AB ) .3 PhÇn mÒm c«ng cô SCADA RSView32.3 Tæ chøc bé ®iÒu khiÓn PID trªn SLC 500.1 CÊu tróc vßng ®iÒu khiÓn trªn PLC .2 C¸c khai b¸o tham sè bé ®iÒu khiÓn PID .3 ThuËt to¸n ®iÒu khiÓn PID trªn SLC 500 .38 Ch¦¬ng 2 : Chia sÎ d÷ liÖu gi÷a RSVIEW32 víi DDE Server .1 RSLINX vµ kÕt nèi d÷ liÖu ®éng trªn nÒn Windows .1 Giíi thiÖu phÇn mÒm RSLinx .2 Liªn kÕt víi DDE ( Dynamic Data Exchange ) server .2 Microsoft Excel vµ chia sÎ d÷ liÖu víi RSView32 .3 §¸nh gi¸ chÊt l-îng PID qua d÷ liÖu trªn Microsoft Excel .54 CH¦¥NG 3 : Mét sè thuËt hiÖu chØnh chÊt l-îng ®iÒu khiÓn PID .1 HiÖu chØnh tham sè PID b»ng ph-¬ng ph¸p thèng kª .1 Néi dung ph-¬ng ph¸p .2 ChØ tiªu chÊt l-îng ®iÒu khiÓn th«ng qua c¸c ®¸nh gi¸ thèng kª .3 Ph-¬ng ph¸p tù chØnh tham sè PID b»ng ph-¬ng ph¸p ®¬n h×nh .2 HiÖu chØnh mê tham sè PID .1 Néi dung ph-¬ng ph¸p .2 Tæ chøc ch-¬ng tr×nh hiÖu chØnh tham sè PID .3 S¬ ®å khèi thuËt to¸n hiÖu chØnh .3 N©ng cao chÊt l-îng ®iÒu khiÓn PID b»ng hiÖu chØnh mê gi¸ trÞ ®Æt .1 Bé ®iÒu khiÓn PID víi hÖ sè träng cña gi¸ trÞ ®Æt .2 HiÖu chØnh mê hÖ sè träng cña gi¸ trÞ ®Æt .3 Nh÷ng nguyªn t¾c tæng hîp bé ®iÒu khiÓn mê .89 Ch¦¬ng 4 : M« pháng vµ thùc nghiÖm .1 X©y dùng hÖ thùc nghiÖm .2 C¸c kÕt qu¶ m« pháng vµ thùc nghiÖm .99 KÕt luËn Tµi liÖu tham kh¶o Phô lôc MôC LôC Trang Trang phô b×a Lêi cam ®oan Môc lôc Danh môc c¸c b¶ng, h×nh vÏ, ®å thÞ Më ®Çu Ch¦¬ng 1: HÖ thèng SCADA trªn c¬ së RSVIEW32 vµ m¹ng PLC cña Allen-Bradley .1 PLC cña Allen-Bradley vµ m¹ng c«ng nghiÖp DH485.1 CÊu tróc phÇn cøng cña SLC500 .2 Nguyªn t¾c ho¹t ®éng cña SLC 500 .3 Tæ chøc vïng nhí d÷ liÖu cña SLC 500 .4 CÊu tróc hÖ lÖnh cña SLC 500 .5 Giíi thiÖu vÒ phÇn mÒm lËp tr×nh RSLogix 500 .6 Giíi thiÖu vÒ m¹ng DH-485 cña Allen-Bradley .2 RSVIEW32 vµ tæ chøc hÖ SCADA .1 Kh¸i qu¸t vÒ hÖ SCADA .2 HÖ SCADA cña Allen- Bradley ( AB ) .3 PhÇn mÒm c«ng cô SCADA RSView32.3 Tæ chøc bé ®iÒu khiÓn PID trªn SLC 500.1 CÊu tróc vßng ®iÒu khiÓn trªn PLC .2 C¸c khai b¸o tham sè bé ®iÒu khiÓn PID .3 ThuËt to¸n ®iÒu khiÓn PID trªn SLC 500 .38 Ch¦¬ng 2 : Chia sÎ d÷ liÖu gi÷a RSVIEW32 víi DDE Server .1 RSLINX vµ kÕt nèi d÷ liÖu ®éng trªn nÒn Windows .1 Giíi thiÖu phÇn mÒm RSLinx .2 Liªn kÕt víi DDE ( Dynamic Data Exchange ) server .2 Microsoft Excel vµ chia sÎ d÷ liÖu víi RSView32 .3 §¸nh gi¸ chÊt l-îng PID qua d÷ liÖu trªn Microsoft Excel .54 CH¦¥NG 3 : Mét sè thuËt hiÖu chØnh chÊt l-îng ®iÒu khiÓn PID .1 HiÖu chØnh tham sè PID b»ng ph-¬ng ph¸p thèng kª .1 Néi dung ph-¬ng ph¸p .2 ChØ tiªu chÊt l-îng ®iÒu khiÓn th«ng qua c¸c ®¸nh gi¸ thèng kª .3 Ph-¬ng ph¸p tù chØnh tham sè PID b»ng ph-¬ng ph¸p ®¬n h×nh .2 HiÖu chØnh mê tham sè PID .1 Néi dung ph-¬ng ph¸p .2 Tæ chøc ch-¬ng tr×nh hiÖu chØnh tham sè PID .3 S¬ ®å khèi thuËt to¸n hiÖu chØnh .3 N©ng cao chÊt l-îng ®iÒu khiÓn PID b»ng hiÖu chØnh mê gi¸ trÞ ®Æt .1 Bé ®iÒu khiÓn PID víi hÖ sè träng cña gi¸ trÞ ®Æt .2 HiÖu chØnh mê hÖ sè träng cña gi¸ trÞ ®Æt .3 Nh÷ng nguyªn t¾c tæng hîp bé ®iÒu khiÓn mê .89 Ch¦¬ng 4 : M« pháng vµ thùc nghiÖm .1 X©y dùng hÖ thùc nghiÖm .2 C¸c kÕt qu¶ m« pháng vµ thùc nghiÖm .99 KÕt luËn Tµi liÖu tham kh¶o Phô lôc 0 Ch-¬ng 1 : HÖ thèng SCADA trªn c¬ së RSVIEW32. 1 vµ m¹ng PLC cña Allen-Bradley .1 PLC cña Allen-Bradley vµ m¹ng c«ng nghiÖp DH485 .1 CÊu tróc phÇn cøng cña SLC500 .2 Nguyªn t¾c ho¹t ®éng cña SLC 500.3 Tæ chøc vïng nhí d÷ liÖu cña SLC 500.4 CÊu tróc hÖ lÖnh cña SLC 500 .5 Giíi thiÖu vÒ phÇn mÒm lËp tr×nh RSLogix 500 .6 Giíi thiÖu vÒ m¹ng DH-485 cña Allen-Bradley .2 RSVIEW32 vµ tæ chøc hÖ SCADA .1 Kh¸i qu¸t vÒ hÖ SCADA .2 HÖ SCADA cña Rockwell Automation .3 PhÇn mÒm c«ng cô SCADA RSView32 .3 Tæ chøc bé ®iÒu khiÓn PID trªn SLC 500 .1 CÊu tróc vßng ®iÒu khiÓn trªn PLC .2 C¸c khai b¸o tham sè bé ®iÒu khiÓn PID .3 ThuËt to¸n ®iÒu khiÓn PID trªn SLC 500. 38 Vò Dòng Kú LuËn v¨n cao häc – Bé m«n ®iÒu khiÓn tù ®éng 1 Ch-¬ng 1 : HÖ thèng SCADA trªn c¬ së RSVIEW32 vµ m¹ng PLC cña Allen-Bradley 1.1 PLC cña Allen-Bradley vµ m¹ng c«ng nghiÖp DH485 1.1 CÊu tróc phÇn cøng cña SLC500 SLC500 lµ mét hä PLC cña Allen-Bradley (A-B) cã cÊu tróc d¹ng module, nã gåm c¸c thµnh phÇn chÝnh sau: • Chassis. Chassis Lµ thµnh phÇn khung m¸y trªn ®ã cã c¸c slot ®Ó c¾m c¸c module, cã thÓ nèi c¸c chassis víi nhau ®Ó ®-îc tèi ®a 31 slot.
Cã 4 lo¹i chassis sau : • 4 slot chassis. Khi nèi nhiÒu chassis víi nhau th× c¸c slot ®-îc ®¸nh sè theo chiÒu t¨ng dÇn, nghÜa lµ slot ®Çu tiªn cña chassis sau ®-îc ®¸nh sè kÕ tiÕp slot cuèi cïng cña chasis tr-íc. Chó ý lµ slot sè 0 bao giê còng lµ cña module CPU ( xem h×nh 1. Slot 0 Slot 1 Slot 2 Slot 28 Slot 29 Nguån CPU I/O I/O … I/O I/O nu«i H×nh 1.1 C¸c chassis cã thÓ nèi víi nhau vµ SLC500 qu¶n lý tèi ®a 30 slot Vò Dòng Kú LuËn v¨n cao häc – Bé m«n ®iÒu khiÓn tù ®éng 2 Nguån nu«i Cã nhiÖm vô biÕn ®æi ®iÖn ¸p xoay chiÒu 220V hoÆc 110V thµnh ®iÖn ¸p mét chiÒu +5VDC hoÆc +20VDC Module CPU Module nµy cã nhiÖm vô xö lý c¸c ho¹t ®éng cña SLC 500 vµ ®-îc chia thµnh nhiÒu lo¹i nh-: CPU 5/01, CPU 5/02, CPU 5/03, CPU 5/04 vµ CPU 5/05.
C¸c CPU ®-îc ph©n biÖt ë mét sè ®Æc ®iÓm nh- dung l-îng bé nhí ch-¬ng tr×nh, kh¶ n¨ng ®Þa chØ ho¸ vµo/ra…B¶ng 1.1 ®-a ra so s¸nh mét sè lo¹i module CPU B¶ng 1.1 So s¸nh ®Æc ®iÓm mét sè lo¹i CPU Bé nhí ch-¬ng Kh¶ n¨ng Thêi gian Lo¹i CPU Ký hiÖu tr×nh qu¶n lý vµo ra quÐt 1K 1747-L511 5/01 256 4K 1747-L514 4,8 5/02 4K 1747-L524 480 ms/Kword 8K-OS302 1747-L531 16K- OS300 1747-L532 5/03 960 1 ms/Kword 16K- OS301 1747-L532B 16K- OS302 1747-L532C/D 16K-OS401 1747-L541 24K- OS400 1747-L542A 5/04 32K- OS401 1747-L542B 64K- OS401 1747-L543 Ngoµi ra trªn module CPU cßn tÝch hîp s½n c¸c cæng truyÒn th«ng nh- cæng RS-232, DH-485 ®Ó sö dông khi nèi m¹ng. Vò Dòng Kú LuËn v¨n cao häc – Bé m«n ®iÒu khiÓn tù ®éng 3 Module vµo/ra t-¬ng tù C¸c lo¹i module nµy cã nhiÖm vô biÕn ®æi tÝn hiÖu t-¬ng tù d¹ng dßng hoÆc ¸p thµnh c¸c tÝn hiÖu sè (Analog Input) vµ ng-îc l¹i biÕn ®æi c¸c tÝn hiÖu sè thµnh tÝn hiÖu dßng hoÆc ¸p (Analog Output). C¸c ®Æc ®iÓm chung ®-îc tãm t¾t trong b¶ng 1.2 §Æc ®iÓm biÕn ®æi cña c¸c module vµo t-¬ng tù TÝn hiÖu vµo Kho¶ng biÕn ®æi Gi¸ trÞ sè t-¬ng øng Møc biÕn ®æi -2020mA -1638416384 Dßng 020mA 016384 1,2207A/LSB 420mA 327716384 -1010VDC -3276832764 ¸p 010VDC 032767 305,176V/LSB 05VDC 016384 B¶ng 1.3 §Æc ®iÓm biÕn ®æi cña c¸c module ra t-¬ng tù TÝn hiÖu vµo Kho¶ng biÕn ®æi Gi¸ trÞ sè t-¬ng øng Møc biÕn ®æi 020mA 031208 Dßng 2,5638A/LSB 420mA 624231208 -1010VDC -3276432764 Áp 010VDC 032764 1,22070mV/LSB 05VDC 016384 Module vµo/ra sè • Module vµo/ra d¹ng Sourcing : Cung cÊp dßng cho c¸c thiÕt bÞ nhËn ( sinking devices ) • Module vµo/ra d¹ng Sinking : NhËn dßng tõ c¸c thiÕt bÞ cÊp dßng ( sourcing devices ). C¸c module vµo/ra cã ®Çu ra d¹ng b¸n dÉn mét chiÒu th× khi sö dông c¸c thiÕt bÞ ngoµi cÇn ph©n biÖt vµ thiÕt kÕ phï hîp víi sinking hay soursing module.
Vò Dòng Kú LuËn v¨n cao häc – Bé m«n ®iÒu khiÓn tù ®éng 4 C¸c modul ®Çu ra d¹ng R¬le th× phï hîp c¶ víi hai lo¹i thiÕt bÞ phèi ghÐp : sinking vµ sourcing.2 Nguyªn t¾c ho¹t ®éng cña SLC 500 SLC 500 ho¹t ®éng theo nguyªn t¾c vßng quÐt ( Scan ). Trong mçi chu tr×nh quÐt, c¸c ho¹t ®éng x¶y ra theo chu tr×nh ®-¬c tr×nh bµy ë h×nh 1.2 Chu kú quÐt cña SLC 500 Trong ®ã : • Input scan: ®äc c¸c gi¸ trÞ ®Çu vµo tõ Input module sau ®ã ®-a kÕt qu¶ vµo Input Image. • Program Scan: Thùc hiÖn ch-¬ng tr×nh, ®-a kÕt qu¶ ra Output Image. • Output Scan: ®-a kÕt qu¶ ra Output Module.
• Communication: thùc hiÖn viÖc truyÒn th«ng víi c¸c thiÕt bÞ kh¸c nÕu cã • Internal works (house keeper): thùc hiÖn c¸c thao t¸c bªn trong bé xö lý. Cø mçi vßng quÐt, c¸c gi¸ trÞ ®-îc khai b¸o trong file cÊu h×nh ®-îc cËp nhËt ë Input scan vµ ®-a vµo vïng nhí Input Image. Vò Dòng Kú LuËn v¨n cao häc – Bé m«n ®iÒu khiÓn tù ®éng 5 1.3 Tæ chøc vïng nhí d÷ liÖu cña SLC 500 Vïng nhí d÷ liÖu cña SLC 500 ®-îc tæ chøc d-íi d¹ng c¸c file d÷ liÖu (Data Files) tr×nh bµy ë b¶ng 1.4 C¸c file d÷ liÖu n»m trong Data Files Sè hiÖu file Chøc n¨ng Ký hiÖu 0 OUTPUT IMAGE O 1 INPUT IMAGE I 2 STATUS S 3 BIT B 4 TIMER T 5 COUNTER C 6 CONTROL R 7 INTEGER N 8 RESERVED BIT,TIMER,COUNTER 9 ®Õn 255 Do ng-êi dïng ®Þnh nghÜa thªm CONTROL hoÆc INTEGER Data file 0 vµ 1 (Output vµ Input) §©y lµ vïng nhí ®Öm cña tÝn hiÖu ra (file 0) vµ tÝn hiÖu vµo (file 1). C¶ hai file nµy ®Òu cã tèi ®a 30 phÇn tö (elements), mçi phÇn tö lµ mét word 16 bit hoÆc hai word 8 bit.
C¸c bit biÓu diÔn mét tr¹ng th¸i logic t-¬ng øng víi module vµo/ra sè cßn c¸c word cßn l¹i chøa kÕt qu¶ biÕn ®æi cña mét kªnh analog t-¬ng øng víi module vµo/ra t-¬ng tù.