Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong bối cảnh công nghiệp hiện đại và xu hướng chuyển đổi số theo định hướng Công nghiệp 4.0, các hệ thống cấp nước và điều áp đường ống đóng vai trò cốt lõi trong việc bảo đảm hiệu quả vận hành liên tục cho cả hạ tầng dân dụng lẫn công nghiệp. Sự dao động áp suất không kiểm soát trong mạng lưới đường ống dẫn đến nguy cơ vỡ ống khi quá áp hoặc gián đoạn dòng chảy khi sụt áp, đồng thời gây lãng phí năng lượng tiêu thụ tại các máy bơm. Đồ án tốt nghiệp "Ứng dụng Webserver điều khiển và giám sát áp suất" của sinh viên Nguyễn Công Minh và Đào Bảo Tín (Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh, thực hiện dưới sự hướng dẫn của PGS. Trương Đình Nhơn) tập trung giải quyết bài toán tự động hóa điều khiển ổn định áp suất kết hợp công nghệ truyền thông giám sát từ xa.

Mục tiêu nghiên cứu: Mục tiêu trọng tâm của đề tài là ứng dụng bộ điều khiển lập trình logic (PLC) Siemens S7-1500 để điều khiển biến tần nhằm ổn định áp lực nước trong đường ống theo giải thuật điều khiển phản hồi PID, đồng thời xây dựng hệ thống thu thập, lưu trữ dữ liệu và giám sát vận hành thông qua giao diện HMI và Webserver.

Nhiệm vụ nghiên cứu (theo phân công văn bản):

  1. Tìm kiếm và nghiên cứu tài liệu liên quan đến hệ thống ổn định áp suất đường ống trong thực tế.
  2. Tìm hiểu nguyên lý điều khiển áp suất bằng thuật toán PID, sử dụng PLC S7-1500, module mở rộng và biến tần.
  3. Cài đặt và cấu hình truyền thông, điều khiển biến tần giao tiếp với PLC.
  4. Xây dựng chương trình điều khiển và giải thuật ổn định áp suất cho hệ thống.
  5. Thiết kế giao diện điều khiển và giám sát tại chỗ (HMI) và giám sát từ xa (Webserver kết nối cơ sở dữ liệu MySQL).
  6. Kiểm tra, chạy thử nghiệm thực tế và đánh giá tính ổn định của toàn bộ mô hình.
  7. Hoàn thiện báo cáo đồ án tốt nghiệp.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Cấu hình phần cứng và lập trình PLC S7-1500 (CPU 1511-1 PN); biến tần Emerson Commander SK; thuật toán điều khiển PID_Compact; các module vào/ra số và tương tự (SM 521, SM 522, SM 532, Remote I/O ET-200SP); cảm biến áp suất Yokogawa EJX530A; cảm biến lưu lượng Digital Flow DGT-025AIH; máy bơm ly tâm trục đứng CNP CDLF2-9; giao diện HMI KTP 700 Basic; phần mềm KEPServerEX 6, MySQL và giao diện Webserver nền tảng HTML/CSS/JavaScript.
  • Phạm vi không gian: Mô hình thực nghiệm điều khiển áp suất tại Phòng thí nghiệm thuộc Khoa Điện - Điện tử, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh.
  • Phạm vi thời gian: Đề tài được triển khai từ tháng 02/2024 đến ngày 01/07/2024.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đề tài kết hợp giữa lý thuyết điều khiển tự động kinh điển và kỹ thuật tích hợp hệ thống điều khiển công nghiệp hiện đại:

  • Khung lý thuyết điều khiển PID: Thuật toán điều khiển PID (Proportional - Integral - Derivative) được sử dụng để tính toán độ lệch $e(t) = SP - PV$ giữa giá trị áp suất đặt ($SP$) và giá trị áp suất thực tế đo từ cảm biến ($PV$). Cấu trúc điều khiển gồm ba thành phần:
    • Khâu tỉ lệ ($P$): Tạo tín hiệu tác động tỉ lệ với sai số ($P_{out} = K_p \cdot e$), giúp phản hồi nhanh nhưng luôn tồn tại sai số xác lập nếu hoạt động độc lập.
    • Khâu tích phân ($I$): Tích lũy sai số theo thời gian ($I_{out} = K_i \int e(t)dt$), có nhiệm vụ triệt tiêu hoàn toàn sai số xác lập.
    • Khâu vi phân ($D$): Tác động theo tốc độ biến thiên của sai số ($D_{out} = K_d \frac{de(t)}{dt}$), giúp dự báo xu hướng thay đổi và cải thiện độ ổn định quá độ.
  • Phương pháp xác định tham số PID: Văn bản phân tích hai phương pháp kinh điển của Ziegler - Nichols:
    • Phương pháp 1 (dựa trên hàm quá độ của đối tượng): Nhận dạng hệ thống qua mô hình hàm truyền bậc nhất có trễ $G(s) = \frac{K e^{-T_t s}}{Ts + 1}$ để tra bảng tính $K_p$, $T_N$, $T_V$.
    • Phương pháp 2 (dựa trên dao động tới hạn): Tăng độ lợi khuếch đại ở hệ kín đến giá trị tới hạn $K_{gh}$ để hệ thống dao động liên tục chu kỳ $T_{gh}$, từ đó suy ra tham số điều khiển.
    • Phương pháp tự động hiệu chỉnh (PID Autotuning): Áp dụng khối hàm PID_Compact tích hợp trong Siemens TIA Portal với hai chế độ: hiệu chỉnh sơ bộ (Pretuning dựa trên đáp ứng bước và quy tắc Chien-Hrones-Reswick) và hiệu chỉnh chính xác (Fine tuning dựa trên phương pháp rơ-le dao động giới hạn Åström-Hägglund).
  • Nguyên lý xử lý tín hiệu tương tự (Analog): Tín hiệu dòng điện 4–20 mA từ cảm biến áp suất được chuyển đổi số hóa qua module AI sang định dạng số nguyên nội bộ của PLC (chuẩn 0–27648), sau đó được chuẩn hóa (Scale) thành đơn vị áp suất thực tế (kPa, bar). Ngược lại, tín hiệu điều khiển tần số từ PLC được xuất qua module AO (0–10V hoặc 4–20mA) gửi đến biến tần điều khiển tốc độ động cơ máy bơm.
  • Phương pháp nghiên cứu: Đề tài áp dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết (tổng quan giải pháp truyền động bơm, giao thức mạng công nghiệp) kết hợp phương pháp nghiên cứu thực nghiệm (thiết kế, đấu nối phần cứng, lập trình điều khiển và chạy thực nghiệm thu thập dữ liệu trên mô hình thật).

Thiết kế và triển khai hệ thống

Hệ thống được thiết kế theo cấu trúc điều khiển phân tầng hoàn chỉnh, bao gồm phần cứng đo lường - chấp hành, bộ điều khiển trung tâm PLC, giao diện vận hành tại chỗ HMI và hệ thống lưu trữ - giám sát qua Webserver.

Thành phần hệ thống Mã thiết bị / Phần mềm Thông số kỹ thuật / Đặc tính chức năng
Bộ điều khiển trung tâm Siemens S7-1500 CPU 1511-1 PN (6ES7511-1AK02-0AB0) Bộ nhớ làm việc 150 KB code, 1 MB dữ liệu; cổng Profinet IRT 2 cổng RJ45; xử lý bit 60 ns.
Module Digital Input SM 521 DI 32x24VDC HF (6ES7521-1BL00-0AB0) 32 ngõ vào số 24VDC, trễ 0.05–20 ms, hỗ trợ 2 ngõ đếm xung tốc độ cao.
Module Digital Output SM 522 DQ 32x24VDC/0.5A HF (6ES7522-1BL01-0AB0) 32 ngõ ra số transistor 24VDC, dòng định mức 0.5A/kênh.
Module Analog Output SM 532 AQ 4xU/I ST (6ES7532-5HD00-0AB0) 4 ngõ ra tương tự (áp/dòng), độ phân giải 16-bit, độ chính xác 0.3%.
Trạm I/O phân tán SIMATIC ET 200SP (6ES7155-6AR00-0AN0) Giao tiếp Profinet, kết nối mở rộng tối đa 12 module I/O.
Module Analog Input AI 2xI 2-/4-wire ST (6ES7134-6GB00-0BA1) 2 ngõ vào dòng điện (tương thích 2 dây và 4 dây), nguồn 24VDC.
Biến tần Emerson Commander SK (SKA1200075) Nguồn cấp vào 1 pha 200–240VAC; ngõ ra 3 pha 200–240VAC; công suất 0.75 kW; dòng 4A; dải tần 0–1500 Hz.
Cảm biến áp suất Yokogawa EJX530A (EBS4N-014EL) Dải đo 0–2 MPa; tín hiệu ngõ ra 4–20 mA; thời gian đáp ứng 90 ms.
Cảm biến lưu lượng Digital Flow DGT-025AIH Dải đo 400–5000 L/h; áp suất tối đa 15 MPa; xung 100 P/L (0.010 L/P); ngõ ra NPN Open Collector.
Động cơ bơm nước CNP CDLF2-9 Bơm ly tâm trục đứng đa tầng cánh; điện áp 1P 220V/50Hz; công suất 1.1 kW (1.5 HP); cột áp 67 m; lưu lượng 2 $m^3/h$.
Màn hình HMI Siemens KTP700 Basic (6AV2123-2GB03-0AX0) Màn hình 7 inch TFT, 65.536 màu, độ phân giải 800 x 480 pixel, giao tiếp Profinet.
Thiết bị phụ trợ Omron S8VK-C24024, LS BKN 2P 25A, Mitsubishi S-T20 Nguồn tổ ong 24VDC/1A; CB bảo vệ 2P 25A (6kA); Contactor khởi động từ.
Phần mềm & Giao thức TIA Portal, KEPServerEX 6, MySQL, Webserver Lập trình PLC; OPC Server/IoT Gateway REST; CSDL quan hệ; giao diện HTML/CSS/JQuery.

Cấu trúc phần mềm và luồng truyền thông

  1. Khối chương trình điều khiển PLC: Được tổ chức theo khối cấu trúc trong TIA Portal:
    • Main (OB1): Quản lý vòng quét chính, gọi các chương trình con theo chế độ vận hành (Manual / Auto).
    • Cyclic Interrupt (OB30): Khối ngắt theo chu kỳ thời gian cố định phục vụ thuật toán PID_Compact, bảo đảm tính ổn định và chính xác trong quá trình lấy mẫu tín hiệu áp suất và xuất tín hiệu điều khiển.
    • FTinhASThucTe & Scale: Khối hàm tính toán chuyển đổi giá trị analog đầu vào thành giá trị áp suất thực tế.
    • PID_To_Freq: Khối chuyển đổi đầu ra phần trăm của thuật toán PID sang giá trị tần số tương ứng cấp cho ngõ ra analog của biến tần.
    • sql_Trigger_Change & sql_Trigger_Alarm & transformData: Các khối chức năng tạo cờ kích hoạt ghi nhận sự thay đổi trạng thái, cảnh báo lỗi và đóng gói dữ liệu phục vụ đồng bộ lên cơ sở dữ liệu.
  2. Kiến trúc giám sát Webserver và Cơ sở dữ liệu:
    • PLC S7-1500 truyền thông với máy tính điều khiển qua mạng Profinet/Ethernet.
    • Phần mềm KEPServerEX 6 đóng vai trò trung gian thu thập các Tag dữ liệu từ PLC thông qua giao thức OPC/Profinet, đồng thời kích hoạt module IoT Gateway để cấu hình dịch vụ REST Server / EndPoint.
    • Ứng dụng Webserver kết nối với dịch vụ REST để đọc/ghi dữ liệu thời gian thực xuống PLC và đồng thời ghi các bản ghi sự kiện, lịch sử cảnh báo xuống hệ quản trị cơ sở dữ liệu MySQL.
    • Giao diện người dùng Webserver được xây dựng bằng HTML, CSS, JavaScript kết hợp thư viện JQuery, hiển thị bảng dữ liệu thời gian thực, bảng lịch sử và đồ thị đáp ứng áp suất trực quan.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Giới thiệu đề tài

Chương 1 thiết lập khung nghiên cứu tổng thể của đồ án:

  • Trình bày lý do chọn đề tài dựa trên nhu cầu cấp thiết về tự động hóa điều khiển áp suất và giám sát từ xa trong thời kỳ Công nghiệp 4.0.
  • Xác định mục đích nghiên cứu: Ứng dụng PLC S7-1500 điều khiển biến tần nhằm ổn định áp suất đường ống.
  • Nêu rõ 6 đối tượng nghiên cứu chính (PLC S7-1500, biến tần Emerson Commander SK, truyền thông giao tiếp, giải thuật PID, HMI và Webserver).
  • Xác định phương pháp nghiên cứu gồm lý thuyết và thực nghiệm; phân định giới hạn phạm vi nghiên cứu trên mô hình quy mô đào tạo.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Chương 2 cung cấp nền tảng toán học và kỹ thuật điều khiển:

  • Phân tích và so sánh hai giải pháp điều khiển bơm cấp nước:
    • Giải pháp không dùng biến tần (dùng contactor/khởi động sao-tam giác kết hợp công tắc áp suất): Chi phí thấp, cấu tạo đơn giản nhưng động cơ chạy tốc độ cố định, bật/tắt liên tục gây sốc áp đường ống, tiêu hao điện năng và nhanh hỏng cơ khí.
    • Giải pháp dùng biến tần kết hợp PLC và thuật toán PID: Điều chỉnh trơn tru tốc độ động cơ theo phản hồi liên tục, triệt tiêu hiện tượng sốc áp, bảo vệ động cơ, tiết kiệm điện năng dù chi phí đầu tư ban đầu cao hơn.
  • Phân tích chi tiết tác động động học của từng khâu $P$, $I$, $D$ và hàm truyền hệ thống.
  • Trình bày nguyên lý xác định tham số PID theo hai phương pháp Ziegler - Nichols (hàm quá độ bậc nhất có trễ và dao động tới hạn).
  • Giới thiệu quy trình tự động hiệu chỉnh (PID Autotuning) trên Siemens S7-1500 gồm Pretuning (theo quy tắc Chien-Hrones-Reswick) và Fine tuning (theo phương pháp rơ-le dao động Ziegler-Nichols).
  • Trình bày nguyên lý xử lý tín hiệu analog đầu vào (cảm biến 4–20 mA) và tín hiệu analog đầu ra điều khiển biến tần.

Chương 3: Tìm hiểu về các thiết bị trên mô hình

Chương 3 trình bày chi tiết thông số kỹ thuật, cấu hình chân kết nối và đặc tính của từng thiết bị phần cứng:

  • Biến tần Emerson Commander SK SKA1200075 (0.75 kW).
  • Cảm biến áp suất Yokogawa EJX530A (0–2 MPa, 4–20 mA, đáp ứng 90 ms).
  • Cảm biến lưu lượng Digital Flow DGT-025AIH (ngõ ra xung NPN, giám sát cạn nước đường ống).
  • CPU Siemens S7-1500 CPU 1511-1 PN cùng các module mở rộng tín hiệu SM 521 (32DI), SM 522 (32DO), SM 532 (4AO).
  • Trạm I/O phân tán Remote ET-200SP kèm module AI 2xI 2-/4-wire ST.
  • Máy bơm trục đứng đa cấp CNP CDLF2-9 (1.1 kW, cột áp 67 m, lưu lượng 2 $m^3/h$).
  • Màn hình HMI KTP700 Basic (7 inch, Profinet) và các khí cụ đóng cắt bảo vệ (CB LS BKN 2P 25A, Contactor Mitsubishi S-T20, nguồn Omron 24VDC).

Chương 4: Xây dựng thuật toán, lập trình và kết nối cho hệ thống ổn định áp suất

Chương 4 là phần trọng tâm kỹ thuật của đồ án:

  • Xây dựng lưu đồ thuật toán điều khiển tổng thể hệ thống, phân nhánh chế độ Manual (vận hành tay theo tần số đặt) và chế độ Auto (vận hành kín tự động PID).
  • Cấu hình thông số vận hành cho biến tần Emerson Commander SK.
  • Thiết lập chương trình điều khiển trên TIA Portal: lập trình hàm Main, hàm xử lý tín hiệu analog (FTinhASThucTe), hàm chuyển đổi tín hiệu điều khiển (PID_To_Freq), hàm ngắt chu kỳ PID.
  • Cấu hình khối hàm PID_Compact, thiết lập dải đo, giới hạn ngõ ra và thực hiện quy trình Pretuning / Fine tuning để tìm bộ tham số $K_p$, $T_i$, $T_d$ tối ưu.
  • Thiết kế sơ đồ đấu nối mạch động lực và mạch điều khiển hoàn chỉnh.
  • Thiết kế giao diện HMI KTP700 bằng WinCC và thư viện Symbol Factory 3 (gồm trang Giới thiệu, Tổng quan, Chế độ Tự động, Chế độ Bằng tay).
  • Thiết lập kết nối truyền thông: PLC $\rightarrow$ KEPServerEX 6 (OPC/IoT Gateway REST Server) $\rightarrow$ Webserver $\rightarrow$ CSDL MySQL; lập trình các hàm đọc/ghi dữ liệu, hiển thị đồ thị và danh sách cảnh báo lỗi trên Webserver.

Chương 5: Kết quả đạt được

Chương 5 trình bày và đánh giá kết quả kiểm nghiệm thực tế:

  • Hoàn thiện việc lắp ráp mô hình phần cứng cơ điện, đấu nối tủ điều khiển an toàn, gọn gàng.
  • Đưa vào vận hành thành công giao diện giám sát HMI KTP700 và giao diện Webserver (đăng nhập, điều khiển, theo dõi thông số, ghi nhận cảnh báo và vẽ đồ thị thời gian thực).
  • Đo đạc và ghi nhận đáp ứng áp suất thực nghiệm qua các đồ thị kiểm tra tại nhiều giá trị đặt: 5 kPa, 10 kPa, 15 kPa và kiểm nghiệm khả năng bù áp khi có sự thay đổi tải (áp suất biến động đột ngột).

Chương 6: Kết luận và hướng phát triển

Chương 6 đúc kết các hạng mục đã hoàn thành của đồ án và đề xuất các giải pháp nâng cấp mô hình trong tương lai.

Kết quả và đóng góp

Kết quả thực nghiệm chính

Hệ thống đã vận hành ổn định trên mô hình phần cứng thực tế với các chỉ số và tính năng kỹ thuật ghi nhận trong báo cáo:

  • Tích hợp thành công tín hiệu phản hồi từ cảm biến Yokogawa EJX530A (tín hiệu 4–20 mA) về PLC qua trạm ET-200SP, thời gian trễ xử lý đáp ứng nhanh theo chu kỳ ngắt.
  • Thuật toán PID_Compact sau khi thực hiện quá trình hiệu chỉnh tự động đã duy trì áp suất bám sát các giá trị đặt thử nghiệm tại các mốc:
    • Giá trị đặt áp suất: 5 kPa
    • Giá trị đặt áp suất: 10 kPa
    • Giá trị đặt áp suất: 15 kPa
  • Khi có sự xả van gây sụt áp đột ngột (nhiễu tải), hệ thống tự động tăng tần số biến tần điều khiển bơm bù áp nhanh chóng và xác lập lại trạng thái cân bằng.
  • Chức năng an toàn: Cảm biến lưu lượng Digital Flow DGT-025AIH phát hiện trạng thái đường ống cạn nước, truyền tín hiệu xung về PLC để kích hoạt ngắt bơm và báo lỗi hệ thống sau khoảng thời gian cài đặt.
  • Hệ thống giám sát Webserver thu thập và ghi nhận đầy đủ các biến trạng thái, dữ liệu vận hành xuống MySQL thông qua KEPServerEX 6 IoT Gateway, hiển thị đồ thị trực quan và hỗ trợ điều khiển từ xa.

Đóng góp kỹ thuật của đồ án

  • Xây dựng mô hình tích hợp hoàn chỉnh giữa phần cứng tự động hóa công nghiệp tiêu chuẩn (Siemens S7-1500, ET-200SP, biến tần Emerson, cảm biến công nghiệp Yokogawa) với công nghệ Web hiện đại (REST API, Webserver, MySQL).
  • Chuẩn hóa quy trình cấu hình, tinh chỉnh tham số PID tự động (PID_Compact) trên PLC Siemens phục vụ bài toán điều khiển quá trình (Process Control).
  • Cung cấp giải pháp kết nối trung gian linh hoạt qua OPC/REST Server (KEPServerEX 6), giúp hệ thống PLC truyền thống dễ dàng tích hợp vào nền tảng Web/IoT mà không cần phần cứng chuyên dụng phức tạp.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đề tài

  • Mô hình thử nghiệm có quy mô nhỏ gọn phục vụ mục đích giảng dạy và nghiên cứu trong phòng thí nghiệm; công suất máy bơm (1.1 kW) và biến tần (0.75 kW) thấp hơn nhiều so với các trạm bơm cấp nước công nghiệp thực tế.
  • Các giá trị áp suất thực nghiệm được kiểm thử ở dải áp suất thấp của mô hình đường ống thí nghiệm (5–15 kPa).

Hướng phát triển tiếp theo

  • Nâng cấp thuật toán điều khiển: Nghiên cứu áp dụng các giải thuật điều khiển mờ (Fuzzy Logic), điều khiển thích nghi hoặc PID thông minh để tối ưu hóa thời gian đáp ứng khi hệ thống có độ phi tuyến cao.
  • Mở rộng quy mô điều khiển: Thiết kế thuật toán điều khiển luân phiên và điều khiển tầng cho hệ thống gồm nhiều máy bơm hoạt động song song.
  • Tối ưu hóa hạ tầng Webserver/IoT: Phát triển ứng dụng giám sát trên thiết bị di động (Mobile App), nâng cao tính bảo mật cho giao tiếp Webserver và tích hợp tính năng điện toán đám mây (Cloud Database) để quản lý nhiều trạm bơm phân tán.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu kỹ thuật có giá trị tham khảo thực tế cao đối với sinh viên, giảng viên và kỹ sư thuộc các chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa, Kỹ thuật Điện - Điện tử, Kỹ thuật Cơ điện tử và Công nghệ phần mềm nhúng/IoT.

Nội dung cụ thể có giá trị tham khảo chuyên sâu:

  • Tài liệu tham khảo thực hành TIA Portal: Cấu hình phần cứng dòng S7-1500 kết hợp Remote I/O ET-200SP, lập trình khối ngắt OB30 và cấu hình khối PID_Compact kèm tính năng Pretuning/Fine tuning.
  • Tài liệu tham khảo tích hợp hệ thống: Phương pháp đấu nối mạch động lực và mạch điều khiển cho biến tần Emerson Commander SK; kỹ thuật kết nối cảm biến công nghiệp 4–20 mA và cảm biến lưu lượng xung NPN.
  • Tài liệu tham khảo giải pháp SCADA/Web-based: Quy trình thiết lập KEPServerEX 6 làm IoT Gateway/REST Server để kết nối PLC Siemens với cơ sở dữ liệu MySQL và giao diện Webserver giám sát thời gian thực.

Câu hỏi thường gặp

1. Hệ thống sử dụng dòng PLC và biến tần cụ thể nào trong mô hình?
Đồ án sử dụng bộ điều khiển lập trình PLC Siemens S7-1500 với CPU 1511-1 PN (mã 6ES7511-1AK02-0AB0) và biến tần Emerson Commander SK (mã sản phẩm SKA1200075, công suất 0.75 kW, điện áp ngõ vào 1 pha 200–240VAC, ngõ ra 3 pha 200–240VAC).

2. Cảm biến áp suất và cảm biến lưu lượng trong đồ án có thông số kỹ thuật ra sao?

  • Cảm biến áp suất: Yokogawa EJX530A (mã EBS4N-014EL), tín hiệu đầu ra dòng điện 4–20 mA, dải đo 0–2 MPa, thời gian đáp ứng 90 ms.
  • Cảm biến lưu lượng: Digital Flow DGT-025AIH, dải đo 400–5000 L/h, áp suất làm việc tối đa 15 MPa, hằng số xung 100 P/L (0.010 L/P), ngõ ra NPN Open Collector.

3. Khối hàm nào trong PLC S7-1500 được sử dụng để điều khiển PID và quá trình tinh chỉnh được thực hiện như thế nào?
Hệ thống sử dụng khối hàm PID_Compact được gọi trong khối ngắt chu kỳ (OB30). Quá trình tìm tham số được thực hiện qua tính năng PID Autotuning của TIA Portal gồm hai bước: hiệu chỉnh sơ bộ (Pretuning dựa trên phản hồi bước và quy tắc Chien-Hrones-Reswick) và hiệu chỉnh chính xác (Fine tuning dựa trên phương pháp rơ-le dao động Ziegler-Nichols).

4. Dữ liệu từ PLC S7-1500 được truyền lên giao diện Webserver và cơ sở dữ liệu MySQL thông qua cơ chế nào?
Dữ liệu từ PLC S7-1500 được phần mềm KEPServerEX 6 thu thập qua mạng Profinet/Ethernet. Module IoT Gateway trong KEPServerEX đóng vai trò REST Server cung cấp các EndPoint API. Ứng dụng Webserver (HTML/CSS/JQuery) gửi yêu cầu đọc/ghi dữ liệu thời gian thực tới REST Server, đồng thời kích hoạt các lệnh truy vấn SQL để lưu trữ lịch sử vận hành và cảnh báo vào hệ quản trị cơ sở dữ liệu MySQL.

5. Kết quả kiểm nghiệm thực tế đã thử nghiệm hệ thống tại những mốc áp suất đặt nào?
Hệ thống đã được chạy thực nghiệm và ghi nhận đáp ứng áp suất bám sát các giá trị đặt tại các mốc 5 kPa, 10 kPa, 15 kPa, đồng thời kiểm chứng khả năng tự động tăng tần số bù áp thành công khi có hiện tượng thay đổi tải áp suất đột ngột trên đường ống.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Ứng dụng Webserver điều khiển và giám sát áp suất" của nhóm tác giả Nguyễn Công Minh và Đào Bảo Tín đã hoàn thành toàn diện các mục tiêu đề ra về mặt thiết kế phần cứng, thuật toán điều khiển và tích hợp phần mềm giám sát. Bằng việc kết hợp bộ điều khiển PLC Siemens S7-1500, biến tần Emerson Commander SK, giải thuật PID_Compact cùng kiến trúc truyền thông KEPServerEX - Webserver - MySQL, hệ thống bảo đảm duy trì ổn định áp suất đường ống tại các mốc thử nghiệm 5 kPa, 10 kPa và 15 kPa với khả năng phản hồi bù áp tin cậy. Công trình mang tính ứng dụng thực tiễn cao, đóng vai trò là tài liệu tham khảo chi tiết cho các nghiên cứu và dự án kỹ thuật liên quan đến tự động hóa quá trình và tích hợp SCADA/Web-IoT trong công nghiệp.