tích hợp bộ điều khiển mờ lai vào plc s7 - 300 để điều khiển tốc độ động cơ một chiều

1
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn này là công trình do tôi tổng hợp và nghiên cứu.
Trong luận văn có sử dụng một số tài liệu tham khảo như đã nêu trong phần tài liệu
tham khảo.

Tác giả luận văn


Nguyễn Quang Á nh












2
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 1
MỤC LỤC 2
DANH MỤC CÁC BẢNG 5
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ 5
PHẦN MỞ ĐẦU 7
1. Lý do lựa chọn đề tài 7
2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài: 7
2.1. Ý nghĩa khoa học: 7
2.2. Về thực tiễn: 8
3. Mục tiêu nghiên cứu: 8
4. Đối tƣợng và phƣơng pháp nghiên cứu: 8
5. Nội dung nghiên cứu: 8
Chƣơng IV : Tích hợp bộ điều khiển mờ vào PLC S7-300 8
CHƢƠNG 1 9
TÌM HIỂU VỀ PLC S7-300 9
1.1. GIỚI THIỆU VỀ PLC ( Programmable Logic Control): 9
1.2 PHÂN LOẠI PLC 11
1.3 GIỚI THIỆU CÁC NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH 12
1.3.1. Ngôn ngữ “hình thang”, ký hiệu LAD (Ladder logic) 12
1.3.2. Ngôn ngữ “liệt kê lệnh”, ký hiệu STL (Statement List). 12
1.3.3. Ngôn ngữ “ hình khối”, ký hiệu là FBD (Function Block
Diagram). 13
1.3.4. Ngôn ngữ GRAPH 13
1.3.5. Ngôn ngữ High GRAPH 14
1.4. CẤU TRÚC PHẦN CỨNG PLC S7-300 14
1.4.1. Các tính năng của PLC S7-300 14
1.4.2. Các Module của PLC S7-300 15
3
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

1.4.3. Các module mềm trong S7-300 17
1.5 CHƢƠNG TRÌNH FCPA 19
1.5.1. Chuẩn bị một Project cho việc khai báo bộ điều khiển mờ bằng
FCPA 19
1.5.2. Sử dụng DB mờ với FB30 (Fuzzy control) 20
1.5.3. Thanh ghi báo trạng thái làm việc của FB30 21
1.6. TẬP LỆNH CỦA S7-300 21
1.6.1 Bảng lệnh của PLC S7 – 300 (Siemens) 21
1.7. PHẠM VI ỨNG DỤNG VÀ ƢU NHƢỢC ĐIỂM 31
1.7.1. Phạm vi ứng dụng 31
1.7.2. Ƣu nhƣợc điểm 32
1.7.3. So sánh hệ điều khiển PLC với hệ điều khiển khác 33
CHƢƠNG II 34
TỔNG QUAN VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ VÀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID 34
2.1. LOGIC MỜ 34
2.1.1. Lịch sử phát triển logic mờ 34
2.1.2. Khái niệm tập mờ 35
2.2. ĐIỀU KHIỂN MỜ 43
2.2.1. Cấu trúc bộ điều khiển mờ 43
2.2.2. Nguyên lý bộ điều khiển mờ 44
2.2.3. Phân loại điều khiển mờ và các mờ cơ bản 44
2.2.4. Các bộ điều khiển mờ nâng cao 45
2.3. BỘ ĐIỀU KHIỂN PID 49
2.3.1 Bộ điều khiển tỷ lệ, vi phân, tích phân 49
2.3.2. Các bộ điều khiển tỷ lệ tích phân, tỷ lệ vi phân, tỷ lệ vi tích phân 54
2.4. Các bộ điều khiển PID số 59
2.4.1. Tích phân xấp xỉ liên tục 59
2.4.2.Vi phân xấp xỉ liên tục 60
2.4.3. Xấp xỉ PID 60
Kết luận Chƣơng 2 61

CHƢƠNG 3 62
4
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

MÔ TẢ TOÁN HỌC VÀ THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ LAI ĐỂ ĐIỀU
KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 62
3.1. Khái quát 62
3.2. Hệ chấp hành T-D 63
3.2.1. Vai trò và ƣu khuyết điểm của hệ chấp hành T-Đ 63
3.2.2. Mô hình toán học động cơ điện một chiều kích từ độc lập 64
3.3. Xây dựng bộ điều khiển mờ chỉnh định PID tốc độ động cơ điện một
chiều 66
3.3.1. Tổng hợp bộ điều khiển tốc độ PID cho động cơ điện một chiều67
3.3.2. Bộ chỉnh lƣu 68
3.3.3. Máy phát tốc: 69
3.3.4. Biến dòng: 69
3.4. Cấu trúc hệ điều khiển tốc độ và phƣơng pháp tổng hợp mạch vòng 69
3.4.1. Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh dòng điện: 69
3.4.2. Sơ đồ simulink của hệ nhƣ sau: 72
3.5. Tính phi tuyến của bộ điều khiển tốc độ 77
3.6. Xây dựng bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số bộ điều khiển PID để
điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều. 78
3.6.1. Đặt vấn đề. 78
3.6.2. Bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số bộ điều khiển PID. 79
CHƢƠNG 4 85
TÍCH HỢP BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ VÀO PLC S7 300 85
4.1. Phƣơng phá p tích hợp bộ điều khiển mờ vào PLC S7 300 85
4.1.1. Chƣơng trình phầ n mề m tí ch hợ p FCPA 85
4.2. Tiế n hà nh tí ch hợ p bộ điề u khiể n mờ và o PLC 89
4.2.1. Sử dụng DB mờ với FB30 (Fuzzy control) 89

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 91
1. Kết luận. 91
2. Kiến nghị. 92
TÀI LIỆU THAM KHẢO 92

5
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên










DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 3.1 Thông số vật lý của động cơ điện một chiều 67
Bảng 3.1.Luật điều khiển Kp 82


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1.Nguyên lý chung về cấu trúc bộ điều khiển khả trình PLC 10
Hình 1.2. Hệ thống điều khiển sử dụng PLC 11
Hình.1.3. Ngôn ngữ lập trình LAD 12
Hình 1.4. Ngôn ngữ lập trình STL 12
Hình 1.5. Ngôn ngữ lập trình FBD 13
Hình 1.6. Ngôn ngữ lập trình GRAPH 13

Hình 1.7. Ngôn ngữ lập trình high GRAPH 14
Hình 1.8. Cổng giao tiếp các PLC 15
Hình 2.1.Độ cao, miền xác định, miền tin cậy của tập mờ 36
Hình 2.2 (a, b). Hàm liên thuộc kiểu tam giác, hình thang 37
Hình 2.3. Nguyên lý giải mờ theo phƣơng pháp cực đại 40
Hình 2.4. Các khối chức năng của bộ điều khiển mờ 44
Hình 2.5 Nguyên lý bộ điều khiển mờ 44
Hình 2.6. Cấu trúc phƣơng pháp điều khiển thích nghi trực tiếp 46
Hình 2.7. Cấu trúc bộ điều khiển thích nghi 47
Hình 2.8. Cấu trúc bộ điều khiển mờ thích nghi trực tiếp 48
Hình 2.9. Cấu trúc bộ điều khiển mờ thích nghi gián tiếp 48
Hình 2.10. Cấu trúc bộ điều khiển tỷ lệ Kp 50
Hình 2.11. Cấu trúc bộ điều khiển tích phân Ki 52
Hình. 2.12. Cấu trúc bộ điều khiển vi phân Kd 53
Hình 2.13. Cấu trúc bộ điều khiển PID 57
Hình 2.14 Mô hình điều khiển đối tƣợng bằng PID số 61
6
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Hình 3.1. Cấu trúc chung của hệ điều chỉnh tốc độ sử dụng hệ chấp hành T-D
63
Hình 3.2. Sơ đồ thay thế động cơ điện một chiều kích từ độc lập 64
Hình 3.3. Sơ đồ cấu trúc từ thông không đổi 66
Hình 3.6. Mô hì nh vò ng điề u chỉnh dòng phần ứng của ĐCMC trong vng
dòng điện liên tục. 72
Hình 3.7. Đá p ƣ́ ng dò ng điệ n trong vù ng dò ng điệ n liên tụ c 73
Hình 3.8. Đá p ƣ́ ng dò ng điệ n khi K
cl
=20 74
Hình 3.9. Đá p ƣ́ ng dò ng điệ n khi K

cl
=19 74
Hình 3.10. Đá p ƣ́ ng dò ng điệ n khi K
cl
=17 75
Hình 3.11. Đá p ƣ́ ng dò ng điệ n khi K
cl
=17 và khi K
cl
=22 75
Hình 3.12. Mô hình vòng điều chỉnh tốc độ của ĐCMC 76
Hình 3.13. Đá p ƣ́ ng tố c độ trong vù ng liên tụ c 77
Hình 3.14. So sá nh vậ n tố c đặ t và đá p ƣ́ ng tố c độ trong vù ng liên tụ c 77
Hình 3.17. Mô hình mạ ch điề u khiể n dung chỉnh tốc độ của ĐCMC 83
Hình 3.18. Đá p ƣ́ ng tố c độ khi có bộ điề u khiể n mờ 83
Hình 3.19. Đá p ƣ́ ng so sá nh bộ điề u khiể n tố c độ bộ PID và bộ điề u khiể n
Fuzzy-PID 84
Hình 4.1: Khai bá o biế n ngôn ngƣ̃ và o/ ra 86
Hình 4.2. Cửa sổ soạn thảo biến ngôn ngữ vào ra và luật hợp thành 86
Hình 4.3. Cƣ̉ a sổ soạn thảo các hàm liên thuộc của đầu vào K
cl
87
Hình 4.4. Cƣ̉ a sổ soạ n thả o cá c hà m liên thuộ c đầ u ra K
p
87
Hình 4.5. Màn hình soạn thảo luật điều khiển 88
Hình 4.6. Quan hệ và o/ra củ a bộ điề u khiể n mờ dạ ng hì nh khố i. 89
Hình 4.8: Kế t nố i cá c khố i trong Simatic đế n module mờ (Fuzzy module) 89

7
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên










PHẦN MỞ ĐẦU
1. Lý do lựa chọn đề tài
Ngày nay hệ truyền động điện một chiều đang được dùng khá phổ biến trong
nhiều ngành công nghiệp. Hệ truyền động điện một chiều có những ưu điểm như
điều chỉnh trơn, phạm vi điều chỉnh rộng, đặc tính cơ cứng … Tuy nhiên hệ truyền
động T-D cũng có nhiều nhược điểm là có vùng dòng điện gián đoạn và khi điện
cảm phần ứng không đủ lớn, dòng điện tải lại nhỏ thì vùng gián đoạn càng bị mở
rộng, làm cho việc điều chỉnh động cơ trong vùng gián đoạn gặp nhiều khó khăn,
chất lượng điều chỉnh kém.

Do vậy việc nghiên cứu ứng dụng lý thuyết điều khiển hiện đại để nâng cao chất
lượng của hệ truyền động T-Đ là vấn đề cấp thiết, được nhiều người quan tâm.
Trong thời gian của khóa học cao học, chuyên ngành Tự Động Hóa tại trường
Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên, được sự giúp đỡ của nhà trường và
Phó Giáo Sư Tiến Sĩ Lại Khắc Lãi em đã lựa chọn đề tài của mình là: “ Tích hợp bộ
điều khiển mờ lai vào PLC S7-300 để điều khiển động cơ điện một chiều”
2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài:
2.1. Ý nghĩa khoa học: Bằng cách sữ dụng bộ điều khiển mờ, đề tài góp phần
khắc phục nhược điểm của hệ thống T-Đ khi làm việc trong vùng dòng điện bị gián
8
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

đoạn. Đồng thời mở ra khả năng ứng dụng modul mở rộng ( Fuzzy modul) của PLC
S7- 300 để nâng cao chất lượng các hệ thống điều khiển trong công nghiệp.
2.2. Về thực tiễn: Việc tích hợp điều khiển mờ vào PLC S7-300 để điều khiển hệ
thống , góp phần khai thác triệt để năng lực của thiết bị, giảm vốn đầu tư nâng cao
chất lượng hệ thống điều khiển.
3. Mục tiêu nghiên cứu:
- Nghiên cứu nắm chắc các modul mở rộng của PLC S7-300
- Thiết kế bộ điều khiển mờ lai điều chỉnh động cơ điện một chiều đảm bảo chất
lượng đề ra kể cả trong vùng dòng điện bị gián đoạn.
- Cài đặt bộ điều khiển mờ vào PLC S7-300
4. Đối tƣợng và phƣơng pháp nghiên cứu:
- Nghiên cứu trên PLC S7-300 và hệ thống T-Đ
- Nghiên cứu lý thuyết mờ lai ( Fuzzy-PID ) để xây dựng thuật toán điều khiển
- Mô phỏng để kiểm tra thuật toán
5. Nội dung nghiên cứu:
Chương 1 : Tìm hiểu về PLC S7-300
Chương 2 : Tổng quan về bộ điều khiển mờ và bộ điều khiển PID
Chương 3 : Mô tả toán học và thiết kế bộ điều khiển mờ lai để điều chỉnh tốc

độ động cơ điện một chiều.
Chương 4 : Tích hợp bộ điều khiển mờ vào PLC S7-300





9
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên











CHƢƠNG 1
TÌM HIỂU VỀ PLC S7-300
1.1. GIỚI THIỆU VỀ PLC ( Programmable Logic Control):
Ý tưởng thiết kế bộ PLC được hình thành từ nhóm các kỹ sư hãng General
Motors với ý tưởng ban đầu là thiết kế bộ điều khiển thỏa mãn các yêu cầu sau:
 Lập trình dễ dàng, ngôn ngữ lập trình dễ hiểu.
 Dễ dàng sửa chữa và thay thế.
 Ổn định trong môi trường công nghiệp.
 Giá cả cạnh tranh.
Thiết bị điều khiển Logic khả trình PLC là loại thiết bị cho phép thực hiện linh

hoạt các thuật toán điều khiển số thông qua một ngôn ngữ lập trình, thay cho việc
thể hiện thuật toán đó bằng mạch số. Như vậy với chương trình điều khiển trong
mình, PLC trở thành một bộ điều khiển số nhỏ gọn, dể thay đổi thuật toán và đặc
biệt là dễ trao đổi thông tin với môi trường xung quanh (với các PLC khác hoặc
máy tính khác). Toàn bộ chương trình điều khiển được lưu trong bộ nhớ của PLC
10
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

dưới dạng các khối chương trình (khối OB, FC hoặc FB) và được thực hiện theo
chu kỳ của vòng quét
Để có thể thực hiện được một chương trình điều khiển, tất nhiên PLC phải có
tính năng như một máy tính, nghĩa là nó phải có một bộ vi xứ lý (CPU), một hệ điều
hành, bộ nhớ để lưu trữ chương trình điều khiển, dữ liệu và các cổng vào/ra để giao
tiếp với các dối tượng điều khiển và trao đổi thông tin với môi trường xung quanh.

Hình 1.1.Nguyên lý chung về cấu trúc bộ điều khiển khả trình PLC
Memory
CPU
Cảm biến, cơ cấu chấp hành
AD/DA
Công suất
I/O
11
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


Hình 1.2. Hệ thống điều khiển sử dụng PLC
1.2 PHÂN LOẠI PLC
PLC được phân loại theo 2 cách sau
 Hãng sản xuất: Gồm các nhãn hiệu như Siemen, Omron, Misubishi,

Alenbratlay …
 Version:
Ví dụ : PLC Siemen có các dòng: Logo, Zen, S7-200, S7-300, S7-400
PLC Misumishi có các dòng: Fx, F
0
x
, F
ON
x

12
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

1.3 GIỚI THIỆU CÁC NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH
Các loại PLC nói chung thường có nhiều ngôn ngữ lập trình nhằm phục vụ
các đối tượng sử dụng khác nhau. PLC S7-300 có 5 loại ngôn ngữ lập trình cơ bản.
1.3.1. Ngôn ngữ “hình thang”, ký hiệu LAD (Ladder logic)

Hình.1.3. Ngôn ngữ lập trình LAD
Đây là ngôn ngữ đồ họa thích hợp với những người quen thiết kế mạch logic.
1.3.2. Ngôn ngữ “liệt kê lệnh”, ký hiệu STL (Statement List).

Hình 1.4. Ngôn ngữ lập trình STL
Đây là ngôn ngữ lập trình thông thường của máy tính. Một chường trình được
ghép bởi nhiều câu lệnh theo một thuật toán nhất định, mỗi lệnh chiếm mỗi hàng và
điều có cấu trúc chung là “tên lệnh” + “ toán hạng”.
13
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

1.3.3. Ngôn ngữ “ hình khối”, ký hiệu là FBD (Function Block Diagram).

Hình 1.5. Ngôn ngữ lập trình FBD
Đây là ngôn ngữ đồ họa thích hợp với người quen thiết kế mạch điều khiển số.
1.3.4. Ngôn ngữ GRAPH
Đây là ngôn ngữ lập trình cấp cao dạng đồ họa. Cấu trúc chương trình rỏ ràng,
chương trình ngắn gọn. Thích hợp với người trong ngành cơ khí vốn quen với giản
đồ Grafcet của khí nén.

Hình 1.6. Ngôn ngữ lập trình GRAPH
14
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

1.3.5. Ngôn ngữ High GRAPH

Hình 1.7. Ngôn ngữ lập trình high GRAPH

Đây là ngôn ngữ được phát triển từ ngôn ngữ GRAPH
1.4. CẤU TRÚC PHẦN CỨNG PLC S7-300
1.4.1. Các tính năng của PLC S7-300
 Hệ thống điều khiển Module nhỏ gọn cho các ứng dụng trong phạm vi trung
bình.
 Có nhiều loại CPU.
 Có nhiều Module mở rộng.
 Có thể mở rộng đến 32 Module.
 Các Bus nối tích hợp phía sau các Module.
 Có thể nối mạng Multipoint Interface (MPI), Profibus hoặc Industrial
Ethernet.
 Thiết bị lập trình trung tâm có thể truy cập đến các Module.
 Không hạn chế rãnh.
 Cài đặt cấu hình và thông số với công cụ trợ giúp “HW-Config”

15
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

1.4.2. Các Module của PLC S7-300
 Module CPU
Module CPU là module chứa bộ vi xữ lý, hệ điều hành, bộ nhớ, các bộ định
thời, bộ đếm, cổng truyền thông (RS 485) … và còn có một vài cổng vào/ra số. Các
cổng vào/ra số có trên module CPU được gọi là cổng vào/ra onboard
Trong họ PLC S7-300 có nhiều loại CPU khác nhau. Chúng được đặt tên theo bộ
vi xữ lý có trong nó.
Những module cùng sữ dụng một loại bộ vi xữ lý, nhưng khác nhau về cổng vào
ra onboard cũng như các khối hàm đặc biệt được tích hợp sẵn trong thư viện của hệ
điều hành phục vụ việc sử dụng các cổng vào/ra onboard này sẽ phân biệt với nhau
trong tên gọi bằng cách thêm cụm chữ cái IFM (Intergrated Function Module).
Ngoài ra, còn có các loại module CPU với hai cổng truyền thông, trong đó cổng
truyền thông thứ hai có chức năng chính là phục vụ việc nối mạng phân tán. Như
mạng PROFIBUS (PROcess FIeld BUS). Các loại CPU này được phân biệt với các
loại CPU khác bằng cách thêm cụm từ DP (Distributed Port)


Hình 1.8. Cổng giao tiếp các PLC
16
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Các loại module mở rộng:
 PS (Power Supply): Module nguồn nuôi, có 3 loại loại 2A, 5A và 10A.
 SM ( Signal Module): Module mở rộng cổng tín hiệu vào/ra, gồm có:
 DI (Digital Input): Module mở rộng các cổng vào số với số lượng
cổng có thể là 8, 16 hoặc 32 tùy theo từng loại module. Gồm 24V/DC
và 120/230V/AC.

 DO (Digital Out): Module mở rộng các cổng ra số với số lượng cổng
có thể là 8, 16 hoặc 32 tùy theo từng loại module. Gồm 24V/DC và
ngắt điện từ.
 DI/DO (Digital Input/Digital Output): Module mở rộng các cổng
vào/ra số với số lượng cổng có thể là 8 vào/8 ra, 16 vào/16 ra tùy theo
từng loại module.
 AI (Analog Input): Module mở rộng các cổng vào tương tự. Về bản
chất chúng là những bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số
có độ dài 12 bits. Số các cổng vào tương tự có thể là 2, 4 hoặc 8 tùy
theo từng loại module. Tín hiệu vào có thể là điện áp, dòng điện hay
điện trở.
 AO (Analog Output): Là module mở rộng các cổng ra tương tự.
Chúng là những bộ chuyển đổi tín hiệu số thành tín hiệu tương tự 12
bits Số các cổng ra tương tự có thể là 2, 4 hoặc 8 tùy theo từng loại
module. Tín hiệu ra có thể là điện áp, dòng điện.
 IM (Interface Module): Module ghép nối. Đây là loại module chuyên dụng
có nhiệm vụ nối từng nhóm các module mở rộng lại với nhau thành một khối
và được quản lý chung bởi CPU. Thông thường các module mở rộng được gá
trên một thanh đở gọi là rack. Trên mỗi thanh rack chỉ có thể gá tối đa 8
module mở rộng. Mỗi module CPU S7-300 có thể làm việc trực tiếp với
nhiều nhất là 4 racks và các rack này được nối với nhau bằng module IM.
17
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


Hình 1.9. Sơ đồ phân bố các rack

 CP (Communication Module): Module phục vụ truyền thông trong mạng
(MPI, PROFIBUS, Industrial Ethernet) giữa các PLC với nhau hoặc giữa
PLC với máy tính

 FM ( Function Module): Module có chức năng điều khiển riêng, như module
diều khiển động cơ servo, module diều khiển động cơ bước, module PID,
module điều khiển vòng kín, module đếm, module điều khiển hồi tiếp…
1.4.3. Các module mềm trong S7-300
 Module mềm PID
Trong phần mềm Step7 cung cấp các module mềm PID để điều khiển các đối
tượng có mô hình liên tục như lò, động cơ, mức … Đầu ra của đối tượng được đưa
vào đầu vào của bộ điều khiển thông qua các cổng vào tương tự của module tương
tự của S7-300. Tín hiệu ra của bộ điều khiển có nhiều dạng và được đưa đến các cơ
cấu chấp hành qua các module vào ra khác nhau như:
18
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

 Qua cổng ra tương tự của module ra tương tự (AO)
 Qua cổng ra số của module ra số (DO)
 Qua các cổng phát ra xung tốc độ cao.
Phụ thuộc vào cơ cấu chấp hành, người sử dụng có thể chọn được module
mềm PID tương thích. Ba module được tích hợp trong phần mềm Step7 phù hợp với
ba kiểu cơ cấu chấp hành sau:
1) Điều khiển liên tục với module mềm FB41 (tên hình thức CONT_C)
2) Điều khiển bước với module mềm FB42 (tên hình thức CONT_S)
3) Điều khiển kiểu phát xung với khối hàm hổ trợ FB43 (tên hình thức
PULSEGEN)
Mỗi module mềm PID đều có một khối dữ liệu riêng (DB) để lưu dữ các dữ
liệu để phục vụ cho chu trình tính toán thực hiện luật điều khiển. Các khối hàm FB
của module mềm PID đều cập nhật được những khối dữ liệu này ở mọi thời điểm.
Module mềm FB “PULSEGEN” được sử dụng kết hợp với module mềm FB
“CONT_C” nhằm tạo ra bộ điều khiển có tín hiệu ra dạng xung tốc độ cao thích ứng
với cơ cấu chấp hành kiểu tỷ lệ.
 Điều khiển liên tục với FB41”CONT_C”

FB41 “CONT_C” được sử dụng để điều khiển các quá trình kỹ thuật với các biến
đầu vào và đầu ra tương tự trên cơ sở thiết bị khả trình Simatic. Trong khi thiết lập
tham số, có thể tích cực hoặc không tích cực một số thành phần chức năng của bộ
điều khiển PID cho phù hợp với đối tượng.
 Điều khiển bước với FB42 “CONT_S”
FB42 ”CONT_S ” là một module mềm được tích hợp sẵn trong phần mềm
STEP7.FB42 “CONT_S” được sử dụng trên cơ sở Simatic S7-300 để điều khiển các
đối tượng kỹ thuật với đầu ra của bộ điều khiển là tín hiệu số.Tín hiệu số hoàn toàn
thích hợp đối với các cơ cấu chấp hành kiểu tích phân. Trong thiết lập tham số, thì
người thiết kế có thể tích cực hoặc không tích cực bộ điều khiển PI bước cho phù
19
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

hợp với yêu cầu của bài toán đặt ra. Ta có thể sữ dụng FB42 như bộ điều khiển theo
luật PI với tín hiệu chủ đạo đặt trước hoặc có thể sử dụng nó trong mạch vòng điều
khiển phụ trong hệ thống thiết kế dựa trên nguyên tắc điều khiển cascade. Chức
năng của bộ điều khiển này hoàn toàn tuân theo thuật điều khiển PI với tín hiệu quá
trình là tín hiệu tương tự và tín hiệu ra của bộ điều khiển là tín hiệu số.
 Khối hàm tạo xung FB43 “PULSEGEN”
Khối hàm FB43”PULSEGEN” có tác dụng hổ trợ việc thiết kế một bộ điều
khiển PID hai hoặc ba vị trí với bộ tạo xung theo nguyên tắc điều biên. Nó biến đổi
tín hiệu đầu vào INV dạng số thực thành một dãy xung có chu kỳ cố định và độ
rộng tương ứng với độ lớn đầu vào.
Khối hàm FB43 “PULSEGEN” thường sử dụng cùng với FB41 “CONT_C”
để có bộ điều khiển PID với tín hiệu đầu ra dạng xung.
1.5 CHƢƠNG TRÌNH FCPA
1.5.1. Chuẩn bị một Project cho việc khai báo bộ điều khiển mờ bằng FCPA
Chương trình FCPA (Fuzzy Control Parameter Assignment) là phần mềm hỗ
trợ việc tạo lập bộ điều khiển mờ cho PLC Simatic S7-300. Nó được tích hợp vào
PLC S7-300 để điều khiển đối tượng theo trình tự các bước như sau:

 Định nghĩa tất cả các biến ngôn ngữ vào/ra
 Định nghĩa tập mờ cho các biến vào/ra
 Xây dựng luật điều khiển
 Chọn động cơ suy diễn
 Chọn phương pháp giải mờ
Bộ điều khiển mờ được tổng hợp với FCPA có dạng một khối dữ liệu (DB). Khối
DB được tạo ra bởi FCPA được gọi là khối DB mờ và được sử dụng cùng với FB
Fuzzy Control có trong Project FuzConEx khi cài đặt chương trình Fuzzy/FB với
tên mặc định là FB30.
20
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

1.5.2. Sử dụng DB mờ với FB30 (Fuzzy control)
Bộ điều khiển mờ được soạn thảo xong cần phải được cất giữ vào Project
bằng lệnh File/save. Nó sẽ được lưu trữ vào Project dưới dạng một khối DB mà ta
đặt tên. Khối dữ liệu mờ này được sử dụng cùng với khối hàm FB30 đã được lấy từ
Project FuzConEx trong thư viện Simatic Manager. Bởi vậy khi sử dụng khối dữ
liệu mờ ta phải kết thúc FCPA và quay lại Simatic Manager. Ta sủ dụng cấu trúc
sau:
CALL FB30 ,DBx
Trong đó:
DBx: Là khối dữ liệu mờ
FB30 (tên hình thức Fuzzy Control) có 8 đầu vào INPUT1÷ INPUT8,
kiểu số thực, 5 biến ra OUTPUT1÷ OUTPUT4 cũng kiểu số thực và INFO kiểu
byte. Khi thực hiện lệnh gọi như trên thì toàn bộ 8 biến đầu vào và 5 biến hình thức
đầu ra sẽ hiện trên màn hình chờ truyền tham trị:
CALL FB 30 , DBx
INPUT1 := // Chỉ gán những giá trị cho biến đầu vào
INPUT2 := //
INPUT3 := //

INPUT4 := //
INPUT5 := //
INPUT6 := //
INPUT7 := //
INPUT8 := // Chỉ gán ngôn ngữ cho những biến đầu vào
OUTPUT1 := // Chỉ gán những giá trị cho biến đầu ra
OUTPUT2 := //
OUTPUT3 := //
OUTPUT4 := // Chỉ gán những giá trị cho biến đầu ra
21
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

INFO := // Thanh ghi báo trạng thái của FB30
1.5.3. Thanh ghi báo trạng thái làm việc của FB30
Giá trị trả về có tên INFO với kích thước một byte là mã báo trạng thái thực
hiện công việc của khối hàm FB30. Nó được quy định như sau:
B#16#00 Khối hàm FB30 đã thực hiện bình thường
B#16#01 Khối hàm FB30 không được thực hiện. Giá trị trả về
ở đầu ra vẫn là giá trị cũ
B#16#11 Không tìm thấy khối DB mờ đã chỉ thị. Có thể khối
DB mờ này không được đổ vào CPU
B#16#21 Khối dữ liệu DB mờ được gọi theo hàm FB30 không
cùng kích thước về biến vào ra.
1.6. TẬP LỆNH CỦA S7-300
1.6.1 Bảng lệnh của PLC S7 – 300 (Siemens)
TT
Tên lệnh
Mô tả
1
+ n

Cộng các số được viết ở điểm n
2
- n
Nội dung của RLOhiện hành được gán cho đối tượng n
3
)
Dùng để đóng ngoặc biểu thức đã mỡ ngoặc trước đó,
lệnh này không có đối tượng
4
+AR1 n
Cộng nội dung của ACCUI hoặc nội dung tại con trỏ n
với nội dung có địa chỉ ở thanh ghi 1
5
+AR2 n
Cộng nội dung của ACCUI hoặc nội dung tại con trỏ n
với nội dung có địa chỉ ở thanh ghi 2
6
+ D
Cộng hai số nguyên 32 bit ở ACCU1 và ACCU2, kết
quả để ở ACCU1.
7
- D
Trừ số nguyên 32 bit ở ACCU2 cho số nguyên 32 bit ở
22
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

ACCU1 kết quả để ở ACCU1
8
* D
Nhân hai số nguyên 32 bit ở ACCU1 và ACCU2, kết

quả để ở ACCU1
9
/D
Chia số nguyên 32 bit ở ACCU2 cho số nguyên 32 bit
ở ACCU1 kết quả để ở ACCU1
10
▪▪ D
So sánh hai số nguyên 32 bit ở ACCU1 và ACCU2 có
bằng nhau không
11
<> D
So sánh hai số nguyên 32 bit ở ACCU1 và ACCU2 có
khác nhau không
12
> D
So sánh số nguyên 32 bit ở ACCU2 có lớn hơn số
nguyên 32 bit ở ACCU1 không
13
<D
So sánh số nguyên 32 bit ở ACCU2 có nhỏ hơn số
nguyên 32 bit ở ACCU1 không
14
>▪D
So sánh số nguyên 32 bit ở ACCU2 có lớn hơn hay
bằng số nguyên 32 bit ở ACCU1 không
15
<▪D
So sánh số nguyên 32 bit ở ACCU2 có nhỏ hơn hay
bằng số nguyên 32 bit ở ACCU1 không
16

+1
Cộng hai số nguyên 16 bit ở ACCU1 và ACCU2, kết
quả để ở ACCU1.
17
-1
Trừ số nguyên 16 bit ở ACCU2 cho số nguyên 16 bit ở
ACCU1, kết quả để ở ACCU1.
18
*1
Nhân hai số nguyên 16 bit ở ACCU1 và ACCU2, kết
quả để ở ACCU1
19
/1
Chia số nguyên 16 bit ở ACCU2 cho số nguyên 16 bit
ở ACCU1 kết quả để ở ACCU1
20
▪▪ 1
So sánh hai số nguyên 16 bit ở ACCU1 và ACCU2 có
23
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

bằng nhau không
21
<>1
So sánh hai số nguyên 16 bit ở ACCU1 và ACCU2 có
khác nhau không
22
>1
So sánh số nguyên 16 bit ở ACCU2 có lớn hơn số
nguyên 16 bit ở ACCU1 không

23
<1
So sánh số nguyên 16 bit ở ACCU2 có nhỏ hơn số
nguyên 16 bit ở ACCU1 không
24
>▪1
So sánh số nguyên 16 bit ở ACCU2 có lớn hơn hay
bằng số nguyên 16 bit ở ACCU1 không
25
<▪1
So sánh số nguyên 16 bit ở ACCU2 có nhỏ hơn hay
bằng số nguyên 16 bit ở ACCU1 không
26
+R
Cộng hai số thực 32 bit ở ACCU1 và ACCU2, kết quả
để ở ACCU1.
27
-R
Trừ hai số thực 32 bit ở ACCU1 và ACCU2, kết quả để
ở ACCU1.
28
*R
Nhân hai số thực 32 bit ở ACCU1 và ACCU2, kết quả
để ở ACCU1.
29
/R
Chia hai số thực 32 bit ở ACCU1 và ACCU2, kết quả
để ở ACCU1.
30
▪▪ R

So sánh hai số thực 32 bit ở ACCU1 và ACCU2 có
bằng nhau không
31
<> R
So sánh hai số thực 32 bit ở ACCU1 và ACCU2 có
khác nhau không
32
> R
So sánh số thực 32 bit ở ACCU2 có lớn hơn số thực 32
bit ở ACCU1 không
33
< R
So sánh số thực 32 bit ở ACCU2 có nhỏ hơn số thực 32
24
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

bit ở ACCU1 không
34
>▪R
So sánh số thực 32 bit ở ACCU2 có lớn hơn hay bằng
số thực 32 bit ở ACCU1 không
35
<▪R
So sánh số thực 32 bit ở ACCU2 có nhỏ hơn hay bằng
số thực 32 bit ở ACCU1 không
36
A n
Thực hiện lệnh AND giữa nội dung của RLO với giá trị
của điểm n, chỉ dẫn trong lệnh kết quả ghi vào RLO.
37

A(
Thực hiện lệnh AND giữa nội dung của RLO với phép
toán trong ngoặc (đơn vị bit) kết quả nạp vào RLO.
38
ABS
Lấy trị tuyệt đối của số thực 32 bit
39
AD
Thực hiện lệnh AND giữa nội dung trong ACCU1 và
ACCU2 kết quả để ở ACCU1 (32 bit)
40
AN n
Thực hiện lệnh AND giữa nội dung của RLO với giá trị
nghịch đảo của điểm n (đơn vị bit) chỉ dẫn trong lệnh,
kết quả ghi vào RLO.
41
AN(
Thực hiện lệnh AND giữa nội dung của RLO với giá trị
nghịch đảo của biểu thức trong ngoặc (có đóng ngoặc),
kết quả ghi vào RLO.
42
AW
Thực hiện lệnh AND giữa nội dung trong ACCU1 và
ACCU2 kết quả để ở ACCU1 (16 bit)
43
BEC
Lệnh kết thúc có điều kiện giữa khối (RLO:I)
44
BEU
Lệnh kết thúc khối không điều kiện, không phụ thuộc

vào RLO.
45
BLD
Hiển thị lệnh của chương trình
46
BTD
Chuyển số dạng mã BCD sang số nguyên 32 bit
47
BTI
Chuyển số dạng mã BCD sang số nguyên 16 bit
25
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

48
CAD
Đổi thứ tự byte trong ACCU1 (32 bit)
49
CAR
Chuyển nội dung thanh ghi 1 với nội dung thanh ghi 2
50
CAW
Đổi thứ tự byte trong ACCU1 (16 bit)
51
CALL
Lệnh gọi khối
52
CC
Lệnh gọi khối có điều kiện
53
CD

Số đếm giảm 1 đơn vị tại sườn lên của RLO, sau đó
không phụ thuộc vào RLO nữa
54
CDB
Chuyển khối dữ liệu chung thành khối dữ liệu riêng
55
CLR
Xóa RLO (RLO = 0)
56
CU
Số đếm tăng 1 đơn vị tại sườn lên của RLO, sau đó
không phụ thuộc vào RLO nữa
57
DEC
Giảm nội dung của ACCU1 đi một đơn vị
58
DTB
Đổi số nguyên 32 bit thành dạng mã BCD
59
DTR
Đổi số nguyên 32 bit thành số thực
60
IN
Chọn lấy sườn âm của RLO
61
FP
Chọn lấy sườn dương của RLO
62
FR T
Khởi động bộ thời gian TIME cả khi không có biến đổi

sườn để khởi động bộ thời gian
63
FR C
Khởi động bộ đếm COUTER cả khi không có biến đổi
sườn để đặt một bộ đếm, đếm lên hoặc đếm xuống
64
INC
Tăng số trong ACCU1 lên một đơn vị
65
INVD
Lấy phần bù của số nguyên 32 bit
66
INVI
Lấy phần bù của số nguyên 16 bit
67
ITB
Đổi số nguyên 16 bit thành dạng mã BCD
68
ITD
Đổi số nguyên 16 bit thành số nguyên 32 bit
69
JBI n
Nhảy sang làm việc ở nhãn n nếu BR = 1