đề tài điều khiển và giám sát lò điện

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐIỀU KHIỂN & GIÁM SÁT LÒ NHIỆT
GVHD : BÙI THANH HUYỀN & 1 & SVTH :NGUYỄN MINH TÂM
PHẦN 1


GIỚI THIỆU
CÁC ĐỐI TƯNG
LIÊN QUAN
uploaded by /> LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐIỀU KHIỂN & GIÁM SÁT LÒ NHIỆT
GVHD : BÙI THANH HUYỀN & 2 & SVTH :NGUYỄN MINH TÂM

CHƯƠNG 1 :

GIỚI THIỆU HỆ THỐNG
ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ
VÀ NHIỆM VỤ LUẬN VĂN

1.1. Giới thiệu về nhiệt độ và phương pháp điều khiển :

Nhiệt độ là một đại lượng vật lý hiện diện khắp nơi và trong nhiều lónh
vực, trong công nghiệp cũng như trong sinh hoạt. Nhiệt độ trở nên là mối quan
tâm hàng đầu cho các nhà thiết kế máy và điều khiển nhiệt độ trở thành một
trong những mục tiêu của ngành Điều Khiển Tự Động. Trong nhiều lónh vực của
nền kinh tế, vấn đề đo và kiểm soát nhiệt độ là một quá trình không thể thiếu
được, nhất là trong công nghiệp. Đo nhiệt độ trong công nghiệp luôn gắn liền
với quy trình công nghệ của sản xuất , việc đo và kiểm soát nhiệt độ tốt quyết
đònh rất nhiều đến chất lượng của sản phẩm trong các ngành công nghiệp thực
phẩm, luyện kim, xi măng, gốm sứ, công nghiệp chế tạo động cơ đốt trong

Tùy theo tính chất , yêu cầu của quá trình mà nó đòi hỏi các phương
pháp điều khiển thích hợp. Tính ổn đònh và chính xác của nhiệt độ cũng được

đòi hỏi ở đây đặt ra các vấn đề cần phải giải quyết.

Một điều thực sự cần thiết là ta phải khảo sát kỹ đối tượng cung cấp
nhiệt mà ta cần phải điều khiển để dẫn đến mô hình toán học cụ thể. Từ đó
chúng ta sẽ giải quyết bài toán điều khiển trên cơ sở lý thuyết đã nghiên cứu
sẳn . Hệ thống điều khiển nhiệt độ có thể phân làm hai loại : hệ thống điều
khiển hồi tiếp (feedback control system) và hệ thống điều khiển tuần tự
(sequence control system) .

 Điều khiển hồi tiếp thường được xác đònh và giám sát kết quả điều khiển ,
so sánh nó với yêu cầu thực thi (ví dụ điểm đặt) và tự động điều chỉnh đúng .

 Điều khiển tuần tự thực hiện từng bước điều khiển tùy theo hoạt động điều
khiển trước khi xác đònh tuần tự .
uploaded by /> LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐIỀU KHIỂN & GIÁM SÁT LÒ NHIỆT
GVHD : BÙI THANH HUYỀN & 3 & SVTH :NGUYỄN MINH TÂM

Một hệ thống muốn chính xác cần phải thực hiện hồi tiếp tín hiệu về so
sánh với tín hiệu vào và ra sẽ được gởi đến bộ điều khiển hiệu chỉnh đầu ra .
Hệ thống điều khiển hồi tiếp có nhiều ưu điểm nên thường được thấy trong các
hệ thống tự động .

Các phương pháp điều khiển khác nhau nhưng nguyên tắc điều khiển là
giống nhau . Một hệ thống điều khiển nhiệt độ dựa trên nguyên tắc hệ thống
hồi tiếp có dạng tổng quát như hình dưới đây :

Đây là một hệ thống hồi tiếp qua bộ cảm biến cho tín hiệu đo lường nhiệt
độ về so sánh với giá trò đặt , sai lệch giữa tín hiệu đặt và đo sẽ được đưa tới bộ
điều khiển tạo tín hiệu điều khiển công suất cấp cho bộ phận gia nhiệt . Như
vậy các phương pháp điều khiển khác nhau về bản chất là do các bộ điều khiển
khác nhau tạo nên .

1.2.Nhiệm vụ luận văn :

1.2.1.Nhiệm vụ của luận văn là tìm hiểu thực hiện các mục tiêu sau :
1. Sử dụng PLC SIEMENS S7-300 điều khiển lò nhiệt bằng phương
pháp mờ lai
2. Giám sát điều khiển và thu thập dữ liệu hoạt động của lò nhiệt sử
dụng phần mềm WinCC (Windows Control Center)
1.2.2.Phạm vi điều khiển : do trong khuôn khổ giới hạn của luận văn nên em chỉ giới
hạn trong phạm vi như sau :
 Đối tượng : PLC S7-300 (CPU 314IFM), modun AI SM331
chuyên dụng có khả năng đọc trực tiếp tín hiệu từ các cảm biến
như Thermocoup, PT và lò nhiệt dân dụng
 Cảm biến : Thermocoup TC loại K có độ nhạy nhiệt 40V/1
0
C
X
Bộ điều khiển
Bộ phận gia nhiệt
Cảm biến nhiệt độ
Giá trò đặt
Nhiệt độ

uploaded by /> LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐIỀU KHIỂN & GIÁM SÁT LÒ NHIỆT
GVHD : BÙI THANH HUYỀN & 4 & SVTH :NGUYỄN MINH TÂM
 Phương tiện điều khiển : OP (Operation Panel), tuy nhiên được
thay thế bằng PC ( Personal Computer ) với hệ điều hành
Windows 98
 Giao tiếp máy tính : thông qua phần mềm WInCC của công ty
SIEMENS
 Bộ điều khiển mờ và PID : tích hợp trong PLC S7-300 của công
ty SIEMENS
 Chương trình điều khiển : soạn thảo bằng phần mềm Step7 của
công ty SIEMENS

uploaded by /> LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐIỀU KHIỂN & GIÁM SÁT LÒ NHIỆT
GVHD : BÙI THANH HUYỀN & 5 & SVTH :NGUYỄN MINH TÂM



CHƯƠNG 2 :
GIỚI THIỆU PLC SIEMEN VÀ PHẦN MỀM
STEP7
1. GIỚI THIỆU PLC
PLC (Programmable Logic Control): thiết bò điều khiển logic khả trình là
loại thiết bò cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông
qua một ngôn ngữ lập trình, thay cho việc phải thể hiện thuật toán đó bằng
mạch logic.
1.1. Vài nét về lòch sử của PLC:
PLC bắt đầu phát triển từ năm 1968 để đáp ứng một yêu cầu của hãng
Hydraumatic Division of General Motors (GM). Thời gian này, GM thường mất
nhiều thời gian để thay thế hệ thống điều khiển dựa trên relay mỗi khi cần hiệu
chỉnh hay thay đổi mẫu mã của xe hơi. Để giảm chi phí cao về việc nối lại dây,
kỹ thuật điều khiển của GM gọi hệ thống điện tử có sự linh động của máy tính,
có thể lập trình và bảo dưỡng bởi các kỹ sư và các chuyên gia trong xí nghiệp.

Nó cũng có thể chòu đựng được bụi bẩn của không khí, sự rung, nhiễu điện, độ
ẩm và nhiệt độ cao trong các môi trường công nghiệp.
PLC đầu tiên được lắp đặt vào năm 1969 và thành công nhanh chóng.
Những chức năng giống như relay được thay thế, thậm chí những PLC đầu tiên
cũng có độ tin cậy hơn hệ thống relay, lý do là thành phần điện tử của nó đơn
giản so với các phần chuyển động của các relay điện cơ. Nó chiếm ít không
gian hơn các counters, timers và các thành phần điều khiển khác mà nó thay
thế. Khả năng lập trình lại của nó rất lớn khi có sự thay đổi về kế hoạch điều
khiển.
Có lẽ chìa khóa lớn nhất để PLC có thể chấp nhận được trong công
nghiệp là ngôn ngữ lập trình đầu tiên dựa trên giản đồ hình thang (ladder
diagram) và các ký hiệu thường dùng của thợ điện.
Hầu hết các nhân viên trong xí nghiệp được huấn luyện theo mức logic hình
thang nên họ dễ dàng chấp nhận nó trong PLC. Thực ra mức logic hình thang có vai trò
chung trong việc lập trình và sửa chữa, cho dù ngôn ngữ lập trình tân tiến hơn đã được
phát triển.
1.2 . Đặc điểm của PLC :
Một hệ điều khiển được gọi là điều khiển lập trình được khi các ngõ ra
và các ngõ vào được nối kết với nhau thông qua một bộ điều khiển có thể lập
trình được. Chức năng của một hệ điều khiển được chuyển đổi thành một
uploaded by /> LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐIỀU KHIỂN & GIÁM SÁT LÒ NHIỆT
GVHD : BÙI THANH HUYỀN & 6 & SVTH :NGUYỄN MINH TÂM
chương trình và được nạp vào bộ điều khiển. Bộ điều khiển dựa theo chương
trình này để thực hiện quá trình điều khiển các ngõ ra và các thông số ngõ vào.
Chúng ta có nên dùng một ngôn ngữ có thể lập trình ? Trong những năm
1970 và đầu thập kỷ 80 nhiều kỹ sư, nhà điều hành sản xuất và những người
thiết kế hệ thống đã tốn nhiều thời gian để tranh luận về đề tài này song song
đó là chi phí cho PLC. Ngày nay, người ta chấp nhận PLC vì nó trở nên kinh tế
và có hiệu quả trong hệ thống điều khiển cần từ ba đến bốn relay hay nhiều hơn
trong khi đó chi phí cho một PLC nhỏ chỉ vài trăm dollars. Các nhà sản xuất đặt

hiệu suất và chất lượng lên hàng đầu nên chi phí trở nên không quan trọng.
Với sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật máy tính nhưng chúng ta vẫn
dùng PLC để điều khiển máy trong công nghiệp là vì:
 Một PLC đơn giản có thể dùng trong nhiều lónh vực công
nghiệp, từ việc điểu khiển lặp đi lặp lại một tác vụ đơn giản
nào đó cho đến việc điều khiển để chạy chỉ một tác vụ phức
tạp.
 Các chương trình điểu khiển có thể được thay đổi một cách dể
dàng, cải tiến để phù hợp với hoạt động mới.
 Chương trình điều khiển có thể dể dàng nạp vào nhiều PLC, dể
dàng trao đổi chương trình.
 Thời gian đáp ứng nhanh trở thành một tiêu chuẩn đối với PLC.
Điều này là cần thiết bởi vì trong điều khiển công nghiệp, các
tín hiệu từ các cảm biến thay đổi rất nhanh.
 Trong PLC có sẳn các bộ đếm, bộ đònh thì có thể sử dụng với
nhiều độ chính xác khác nhau, khi trong quá trình điều khiển
có cần thêm.
 Có thể chấp nhận được về tính kinh tế khi PLC được sử dụng
trong các hệ thống điều khiển có 4 relay hay nhiều hơn.
 Khi dùng PLC có thể giao tiếp với các thiết bò như đèn LED 7
đoạn, bộ chọn nhấn ( thumbwheels), các chức năng về xử lý tín
hiệu analog, xử lý tín hiệu tần số cao
 Cho phép có thể hiển thò đồ hoạ trên một hệ thống.
 Truyền thông: Những hoạt động giao tiếp với những PLC khác
hay mạng máy tính giúp cho việc thu thập dữ liệu và trao đổi
thông tin được dể dàng.
uploaded by /> LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐIỀU KHIỂN & GIÁM SÁT LÒ NHIỆT
GVHD : BÙI THANH HUYỀN & 7 & SVTH :NGUYỄN MINH TÂM
Các thiết kế đầu tiên là nhằm thay thế cho phần cứng các relay dây nối
và các logic thời gian. Tuy nhiên, bên cạnh đó việc đòi hỏi tăng cường dung

lượng nhớ và tính dễ dàng cho PLC mà vẫn đảm bảo được tốc độ xử lý cũng
như giá cả
Chính những điều này đã gây ra sự quan tâm sâu sắc đến việc sử dụng
PLC trong công nghiệp. Các tập lệnh nhanh chóng đi từ các lệnh logic đơn giản
đến các lệnh đếm, đònh thời, thanh ghi dòch sau đó là các chức năng làm toán
trên các máy lớn Sự phát triển của máy tính dẫn đến các bộ PLC có dung
lượng nhớ lớn hơn, số lượng I/O nhiều hơn. PLC sử dụng bộ nhớ có thể lập trình
được để lưu trữ các lệnh và thực thi các chức năng đặc biệt gồm có điều khiển
ON/OFF, đònh thời, đếm, thứ tự, số học và xử lý dữ liệu. Với mọi hệ điều khiển,
các tín hiệu đầu vào, đầu ra được nối vào PLC. PLC hoạt động bằng cách kiểm
tra lại tín hiệu các lệnh (đã được lập trình trong bộ nhớ), sau đó ghi kết quả vào
ngõ ra đưa đến các thiết bò điều khiển.
Trong PLC, phần cứng CPU và chương trình là hai đơn vò cơ bản cho
quá trình điều khiển hoặc xử lý hệ thống. Chức năng mà bộ điều khiển cần thực
hiện sẽ được xác đònh bởi một chương trình. Chương trình này được nạp sẵn vào
bộ nhớ của PLC, PLC sẽ thực hiện việc điều khiển dựa vào chương trình này.
Như vậy nếu muốn thay đổi hay mở rộng chức năng của quy trình công nghệ, ta
chỉ cần thay đổi chương trình bên trong bộ nhớ của PLC. Việc thay đổi hay mở
rộng chức năng sẽ được thực hiện một cách dễ dàng mà không cần một sự can
thiệp mang tính vật lý nào so với các bộ điều khiển dùng dây nối và relay.
Nhiều PLC giúp gia tăng sự cạnh tranh. Các quá trình thường sử dụng
PLC bao gồm: đóng gói, đóng chai và vận chuyển, xử lý vật liệu, vận hành
máy, phát năng lượng, những hệ thống điều khiển xây dựng, hệ thống bảo vệ,
dây chuyền tự động, vẽ đường và xử lý nước. PLC ứng dụng trong nhiều ngành
công nghiệp bao gồm thức ăn và đồ uống, chuyển động tự động, hóa học, nhựa,
bột giấy và giấy, dược và vật liệu. Thực ra, bất kỳ một ứng dụng nào cần đến
điện đều có thể sử dụng PLC.
So sánh PLC với một số hệ thống khác:
Chỉ tiêu so
sánh

Rơ-le
Mạch số
Máy tính
PLC
Giá thành từng
chức năng
Khá thấp
Thấp
Cao
Thấp
Kích thước vất
lý
Lớn
Rất gọn
Khá gọn
Rất gọn
Tốc độ điều
khiển
Chậm
Rất nhanh
Khá nhanh
Nhanh
uploaded by /> LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐIỀU KHIỂN & GIÁM SÁT LÒ NHIỆT
GVHD : BÙI THANH HUYỀN & 8 & SVTH :NGUYỄN MINH TÂM
Khả năng
chống nhiễu
Xuất sắc
Tốt
Khá tốt
Tốt

Lắp đặt
Mất thời gian
thiết kế và lắp
đặt
Mất thời gian
thiết kế
Mất nhiều
thời gian lập
trình
Lập trình
và lắp đặt
đơn giản
Khả năng điều
khiển tác vụ
phức tạp
Không
Có
Có
Có
Dễ thay đổi
điều khiển
Rất khó
Khó
Khó
Đơn giản
Công tác bảo
trì
Kém-có rất
nhiều công tác
Kém- nếu IC

được hàn
Kém- có rất
nhiều mạch
điện từ
chuyên
dùng
Tốt- các
module
được tiêu
chuẩn hóa


1.3. Một vài ưu điểm của PLC trong tự động:
Ưu điểm :
- Thời gian lắp đặt công trình ngắn gọn.
- Dễ dàng thay đổi mà không tổn thất tài chính.
- Có thể tính toán được chính xác giá thành.
- Cần ít thời gian huấn luyện.
- Dễ dàng thay đổi thiết kế nhờ phần mềm.
- Ứng dụng trong phạm vi rộng.
- Dễ bảo trì, các chỉ thò ra vào giúp xử lý sự cố dễ hơn và
nhanh hơn.
- Độ tin cậy cao.
- Chuẩn hóa được phần cứng điều khiển.
- Thích ứng trong môi trường khắc nghiệt: nhiệt độ, độ ẩm,
điện áp dao động, tiếng ồn


.
1.3.1. Điều khiển giám sát:

uploaded by /> LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐIỀU KHIỂN & GIÁM SÁT LÒ NHIỆT
GVHD : BÙI THANH HUYỀN & 9 & SVTH :NGUYỄN MINH TÂM
- Thay cho điều khiển Relay.
- Thời gian đếm.
- Thay cho các panels điều khiển mạch in.
- Điều khiển tự động và bán tự động bằng tay,các máy và các
quá trình.
1.3.2 Điều khiển dãy:
Các phép toán số học.
- Cung cấp thông tin.
- Điều khiển liện tục: nhiệt độ, áp suất
- Điều khiển P.I.D.
- Điều khiển động cơ chấp hành.
- Điều khiển động cơ bước.
1.3.3 Điều khiển mềm dẻo:
- Điều khiển quá trình và báo động.
- Phát hiện lỗi và điều hành.
- Ghép nối qua máy tính.
- Ghép nối với máy in.
- Mạng tự động hóa xí nghiệp.
- Mạng cục bộ.
- Mạng mở rộng.
1.4. Cấu trúc của một PLC :
- Một hệ thống lập trình cơ bản phải gồm có hai phần: khối xử lý
trung tâm (CPU: Central Processing Unit) và hệ thống giao tiếp vào/ra (I/O)

Hình 1.4.a-Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển lập trình
CENTRAL
PROCESSING
UNIT
IN
PUT
OUT
PUT
uploaded by /> LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐIỀU KHIỂN & GIÁM SÁT LÒ NHIỆT
GVHD : BÙI THANH HUYỀN & 10 & SVTH :NGUYỄN MINH TÂM
- Khối điều khiển trung tâm (CPU) gồm 3 phần: bộ xử lý, hệ thống
bộ nhớ và hệ thống nguồn cung cấp








Hình 1.4.b-Sơ đồ khối tổng quát của CPU

2. Giới thiệu PLC SIEMEN
2.1. Cấu trúc , chức năng
1- Các khối của S7-300
- Khối tín hiệu (SM)

+ Khối ngõ vào digital: 24V DC, 120/230V AC
+ Khối ngõ ra digital: 24V DC, ngắt từ
+ Khối ngõ vào analog: Áp, dòng, điện trở, cặp nhiệt
+ Khối ngõ vào digital: 24V DC, Áp, dòng
- Khối giao tiếp (IM): Khối IM360/IM365 và IM365 dùng để nối
nhiều cấu hình. Chúng điều khiển thanh ghi của hệ thống.
- Khối giả lập (DM): Khối DM 370 dự phòng các khối tín hiệu chưa
được chỉ đònh. Chẳng hạn như dành chỗ cho các khối trong tương lai sẽ lắp đặt.
- Khối chức năng (FM): Thể hiện những chức năng đặc biệt sau
+ Đếm
+ Đònh vò
+ Điều khiển hồi tiếp
- Xử lý liên lạc (CP): Cung cấp những tiện nghi liên lạc sau
+ Nối điểm – điểm
+ Mạng PROFIBUS
+ Ethernet công nghiệp
- Phụ tùng: Các thanh nối và bộ phận nối phía trước mặt
2.2- Các thành phần cơ bản của S7-300
- Dẫn nhập: Bảng kê các thiết bò cấu hình S7-300

Bộ phận
Nhiệm vụ
Rãnh trượt
… Là giá của S7-300
Processcor
Memory
Power
Supply
uploaded by /> LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐIỀU KHIỂN & GIÁM SÁT LÒ NHIỆT
GVHD : BÙI THANH HUYỀN & 11 & SVTH :NGUYỄN MINH TÂM

Nguồn cung cấp (PS)
… Biến đổi áp khu vực (120/230V) ra 24V DC là áp
làm việc của S7-300
Vi xử lý (CPU)
… Thực hiện chương trình của người dùng phụ kiện:
khối nhớ, pin lưu trữ
Khối giao tiếp (IM)
… Kết nối các thanh dữ liệu giữa các giá (dãy)
Khối tín hiệu (SM)
(Digital/Analog)
… Làm thích nghi với nhiều mức xử lý của S7-300.
Phụ kiện: nối thanh ghi, nối phía trước
Khối chức năng (FM)
… Thực hiện nhiệm vụ đònh vò, điều khiển hồi tiếp
v.v…
Xử lý truyền thông
(CP)
… Để nối các bộ phận PLC với nhau. Phụ kiện: cáp,
phần mềm, khối giao tiếp

- Ray: Nguồn cung cấp, CPU, IM, và 8 loại khối khác được gắn
chặt vào thanh ray.
- Nguồn:
+ Nguồn cung cấp có nhiều kiểu: 2A, 5A, đến 10A áp 24V.
Nguồn áp cung cấp là lpại cách ly, có bảo vệ ngắn mạch, áp ổn đònh khi không
tải. Có LED báo trạng thái hư hỏng. Đèn LED nhấp nháy khi ngắn mạch.
+ Bạn lưu ý nút đổi điện áp sơ cấp 120V và 230V.
- Khối vi xử lý: CPU có những thành phần sau đây ở mặt trước:
+ Báo trạng thái và báo lỗi
+ Công tắc chuyển đổi cách vận hành với 4 chọn lựa

+ Mối nối nguồn cung cấp 24V
+ Phần giao tiếp nhiều điểm MPI để nối với các thiết bò lập
trình hay PLC khác
+ Hộc chứa pin (không có đối với CPU312/FM)
+ Hộc chứa khối nhớ (không có đối với CPU312/FM, 314/FM)
- Khối giao tiếp: Có thể sắp xếp cấu hình theo nhiều kiểu.
- Khối tín hiệu: Những khối này được chọn tùy theo dãy điện áp sử
dụng và điện áp ngõ ra. Có bộ nối bus điều khiển cho mỗi khối, và các vòng nối
các bus dữ liệu phía sau. Tín hiệu xử lý ở bộ nối phía trước.
- Nối liên kết: Bạn cần có cáp để nối CPU trực tiếp với máy lập
trình.
- Cáp: Cáp PROFIBUS và cáp nối cần có để nối nhiều PLC với
nhau.
- FM: Những khối chức năng thay thế các khối IP.
- CP: Bộ xử lý truyền thông dành cho hệ thống bus dữ liệu của
PROFIBUS.
uploaded by /> LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐIỀU KHIỂN & GIÁM SÁT LÒ NHIỆT
GVHD : BÙI THANH HUYỀN & 12 & SVTH :NGUYỄN MINH TÂM
2.3- Khả năng mở rộng của S7-300
- Độ mở rộng tối đa: cho phép mở rộng đến 32 khối, nhiều nhất là
8 khối trên mỗi giá (chồng). Không có qui luật về số rãnh đăng ký cho các khối
tín hiệu, các khối chức năng, và các bộ xử lý truyền thông. Nghóa là chúng có
thể chiếm bất kỳ rãnh.
- Khối giao tiếp (IM):
+ Khối giao tiếp (IM 360/361) được dùng để hồi tiếp thanh ghi
dữ liệu ở giá. Bộ IMS là khối gửi, và bộ IMR là khối nhận. Các khối giao tiếp
phải dùng đúng rãnh chỉ đònh.
+ Nếu cần, nguồn cung cấp phải gắn thêm ở giá mở rộng.
+ Có loại khối giao tiếp tên IM 365 là dạng tiết kiệm dùng cho
cấu hình kiểu xếp 2 khối. (Không dùng cho nguồn thêm; không nối CP).

- Phân đoạn nội bộ:
+ Có vài khối chức năng, chẳng hạn khối FM NC, có thể phải
chỉ đònh cổng I/O cho chúng. Khối FM có vùng I/O riêng, và khối này có thể
truy cập vùng I/O nhanh chóng. Vùng I/O này là phân đoạn nội bộ.
+ Một phân đoạn nội bộ có thể cấu hình cho từng rãnh, CPU
không thể truy cập I/O.
- Số rãnh
+ Rãnh 1 đến 3:chỉ đònh thường trực
Rãnh 1: PS (nguồn cung cấp), nếu có
Rãnh 2: CPU (vi xử lý), nếu có
Rãnh 3: IM (khối giao tiếp), nếu có
+ Rãnh 4 đến 11 (tự do chỉ đònh): SM, FM, CP có thể cắm vào
bất cứ rãnh nào
- Khoảng cách: các loại cáp với độ dài sau được dùng cho các
kiểu sắp xếp cấu hình
+ Cấu hình 2 chồng với IM 365 tối đa 1m
+ Cấu hình nhiều chồng với IM 360/361 tối đa 10m.
2.4. Cấu trúc phần cứng
Các thành phần trong cấu trúc của S7-300
1. Giá đỡ chuẩn DIN: Nguồn cung cấp CPU, IM và nhiều nhất
là 8 module có khả năng lắp đặt trên một giá.
2. Nguồn cung cấp: có khả năng với dòng ra 2A, 5A, 10A và
điện áp ra 24V DC. Điện áp ra phải cách biệt, bảo vệ khi ngắn mạch và ổn đònh
như khi làm việc không tải. Một đèn báo nguồn làm việc ở chế độ bình thường
uploaded by /> LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐIỀU KHIỂN & GIÁM SÁT LÒ NHIỆT
GVHD : BÙI THANH HUYỀN & 13 & SVTH :NGUYỄN MINH TÂM
và đèn nhấp nháy khi quá tải. Có thể chọn công tắc, chọn lưới điện cung cấp
120V hay 230V AC.
3. Bộ xử lý trung tâm: CPU được lắp ráp với các phần tử đặt ở
mặt trước của thiết bò sau đây:

- Đèn báo trạng thái và báo lỗi.
- Công tắc chọn chế độ làm việc 4 vò trí.
- Chỗ nối cho nguồn 24V.
- Cổng MPI cho thiết bò lập trình hoặc cho ghép nối với một
PLC khác.
- Ngăn đựng pin (không có đối với CPU 312).
- Rãnh đặt một module (không có đối với CPU 312).
4. Module giao diện:

tạo khả năng ghép nối nhiều cấu hình.
5. Module tín hiệu: được lựa chọn theo miền giới hạn của tín
hiệu vào và ra. Mỗi module có thêm một bus nối để tạo ra khả năng mở rộng
tiếp các tín hiệu đo được nối ở bảng đấu dây của bộ nối.
6. Cable nối (Cáp): đấu dây trực tiếp với thiết bò lập trình cần có
một cable dành cho máy lập trình PG Nếu nối một vài PLC với nhau trong
một mạng cần phải có cable profibus và bộ nối cable.
7. FM: module chức năng thay chỗ cho module IP.
8. CP: Bộ xử lý truyền thông dành cho hệ profibus.
2.5. Modul mở rộng: được chia thành 5 loại
1. PS (power supply): module nguồn nuôi. Có 3 loại 2A, 5A, 10A
2. SM (signal module): module mở rộng cổng tín hiệu vào ra. Bao
gồm:
- DI (digital input):

module mở rộng các cổng vào số. Số các
cổng vào số có thể là 8, 16 hoặc 32 tùy thuộc vào từng loại module.
- DO (digital output):

module mở rộng các cổng ra số. Số các
cổng ra số có thể là 8, 16 hoặc 32 tùy thuộc vào từng loại module.

- DI/DO:

module mở rộng các cổng vào/ra số. Số các cổng
vào/ra số có thể là 8, 16 hoặc 32 tùy thuộc vào từng loại module.
- AI (analog input):

module mở rộng các cổng vào tương tự.
Chúng chính là bộ chuyển đổi số 12 bits (AD) tức là mỗi tín hiệu tương tự được
chuyển thành một tín hiệu số (nguyên) có độ dài 12 bits. Số các cổng vào tương
tự có thể là 2/4 hoặc 8 tùy từng loại module.
- AO (analog output):

module mở rộng các cổng ra tương tự.
Chúng chính là bộ chuyển đổi số 12 bits (AD) tức là mỗi tín hiệu tương tự được
chuyển thành một tín hiệu số (nguyên) có độ dài 12 bits. Số các cổng ratương tự
có thể là 2/4 hoặc 8 tùy từng loại module.
uploaded by /> LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐIỀU KHIỂN & GIÁM SÁT LÒ NHIỆT
GVHD : BÙI THANH HUYỀN & 14 & SVTH :NGUYỄN MINH TÂM
- AI/AO:

module mở rộng các cổng vào/ra tương tự. Số các cổng
tương tự có thể là 4 vào/ 4 ra hoặc 4 vào/2 ra tùy loại module.
3. 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 môt module CPU. Thông thường các
module mở rộng được gá liền với nhau trên một thanh đỡ gọi là rack. Trên mỗi
rack chỉ có thể gá được nhiều nhất 8 module mở rộng (không kể module CPU,
module nguồn nuôi). Một module CPU S7-300 có thể làm việc trực tiếp được

với nhiều nhất 8 rack và các rack này phải được nối với nhau bằng module IM.
4. FM

(function module):

module chức năng điều khiển riêng. Ví
dụ module điều khiển động cơ bước, động cơ serco
5. CP (communication module):

module phục vụ truyền thông
trong mạng giữa các PLC với nhau hoặc giữa PLC với máy tính.

CHƯƠNG 3 :
TẬP LỆNH S7-300
Tham khảo phụ lục












CHƯƠNG 4
. CHƯƠNG TRÌNH FCPA

4.1 Chuẩn bò một Project cho việc khai báo bộ điều khiển mờ bằng FCPA

Chương trình FCPA (
Fuzzy Control Parameter Assinment)
là phần

mềm hỗ trợ
việc tạo lập bộ điều khiển mờ cho PLC Simatic S7-300 theo từng bước như đã
trình bày
Trước hết ta phải cài đặt FCPA trên máy tính cá nhân.Việc cài đặt thành công
FCPA đòi hỏi :
- có ít nhất 1Mbytes còn trống trong ổ cứng .
uploaded by /> LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐIỀU KHIỂN & GIÁM SÁT LÒ NHIỆT
GVHD : BÙI THANH HUYỀN & 15 & SVTH :NGUYỄN MINH TÂM
- Chạy dưới hệ điều hành Window 95/98 hoặc NT.

Toàn bộ chương trình gốc của FCPA gồm 2 phần Fuzzy/Tool và Fuzzy/FB với
dung lượng tổng cộng 2,27MB.Để cài dặt ,ta gọi tệp Setup .exe của
Fuzzy/Tool và của Fuzzy/FB từ Window và thực hiện những chỉ dẫn hiện trên

Sau khi đã được cài dặt, phần chính của FCPA sẽ được tích hợp trong Step7
dưới thư mục S7WRFUZ, các công cụ hỗ trợ khác được đưa vào thư viện của
phần mềm Step7 cũng như Project
FuzConEx. Xem hình minh họa

Bộ điều khiển mờ được tổng hợp với
FCPA có dạng một khối dữ liệu (DB) cho
Project ứng dụng. Khối DB tạo bởi FCPA
sẽ 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 đònh là FB30. Bởi
vậy trước khi sử dụng FCPA để tạo lập DB
mờ cho Project ứng dụng, bắt buộc Project
ứng dụng đã phải có FB Fuzzy Control.

Hình 1
:
thư viện của FuzCon
Ví dụ Project ứng dụng của ta có tên là FuzCon. Trước khi sử dụng FCPA để
tạo lập khối DB mờ cho Project ứng dụng FuzCon, ta phải sao chép FB Fuzzy
Control có tên mặc đònh FB30 từ Project FuzConEx sang Project FuzCon. Có
thể thay đổi tên FB30 nếu như trong Project ứng dụng của ta đã có một FB trùng
tên.

uploaded by /> LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐIỀU KHIỂN & GIÁM SÁT LÒ NHIỆT
GVHD : BÙI THANH HUYỀN & 16 & SVTH :NGUYỄN MINH TÂM
Hình 2 : copy FB30 từ ví dụ FuzConEx sang Project hiện hành
4.2 Tạo DB mờ
Sau khi đã chuẩn bò một Projct ứng dụng cho bộ điều khiển mờ (Project có
chứa FB Fuzzy Control), ta có thể bắt đầu sử dụng FCPA để tạo lập DB mờ cho
bộ điều khiển mờ và khối DB mờ này phải nằm trong cùng một thư mục với FB
Fuzzy Control của Project ứng dụng . Để vào FCPA ta thực hiện lệnh gọi từ
Window theo thứ tự.
Start simatic  step7  Fuzzy Control Parameter Assignment
khi đó trên màn hình sẽ xuâùt
hiện cửa sổ
Do khối DB mờ phải

nằm trong một Poject nào đó
nên khi kích vào một trong hai
biểu tượng, FCPA sẽ yêu cầu ta
cho biết tên Project chứa khối
DB mờ đó. Chẳng hạn khi kích
vào biểu tượng tạo DB mờ mới
và khối DB mờ được tạo ra này
sẽ phải nằm trong Project có
tên FuzCon thì ta phải cho FCPA
Hình 3: tập mờ sử dụng trong chương trình

biết tên sẽ được đặt cho khối DB mờ,(vd DB2) và tên của Project là FuzCon. Cửa
sổ màn hình khai báo các dữ liệu đó có dạng như sau (HÌnh 3)
Biến ngôn
ngữ đầu
vào
Biến ngôn
ngữ đầu ra
Luật
hợp
thành
uploaded by /> LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐIỀU KHIỂN & GIÁM SÁT LÒ NHIỆT
GVHD : BÙI THANH HUYỀN & 17 & SVTH :NGUYỄN MINH TÂM
Sau khi đã cho đầy đủ tên Project, tên khối DB mờ, ta ấn phím OK.Chương trình
FCPA sẽ kiểm tra lại trong Project FuzCon thực sự đã có khối hàm Fuzzy
Control hay chưa bằng thông báo liệt kê tất cả các khối hàm đã có trong Project
ứng dụng. Ta phải chọn trongbảng danh mục được liệt kê ra đó khối hàm Fuzzy
Control đã được lấy từ Project FuzConEx sang.
n phím OK để xác nhận và ta bắt đầu công việc tổng hợp bộ điều khiên
mờ với phần mềm FCPA.

Trong luận văn, tập mờ được xây dựng với hai đầu vào ET, DET và ba
đầu ra Kr, Kp và An_pha. ET là tín hiệu sai lệch từ bộ điều khiển và trò đặt,
DET là đạo hàm sai lệch. Kr, Kp, An-pha là các tham số tính toán được theo
phương pháp Zhao Tomizuka và Isaka (xem thêm phần lý thuyết điều khiển
mờ)

4.3.Khai báo số biến ngôn ngữ vào ra
Nếu tạo một DB mờ mới thì sau khi ấn phím
OK xác nhận khối FB Fuzzy Control, chương
trình FCPA sẽ hỏi số các biến ngôn ngữ vào/ra
của bộ điều khiển mờ bằng hộp hội thoại
Viết tên bộ điều khiển mờ (nếu muốn)
và số các biến ngôn ngữ vào ra vào những ô
tương ứng. Hạn chế của FCPA là:
-Chỉ tạo lập được những bộ điều khiển
mờ với tối đa 8 biến vào.
Hình 4 : khai báo biến ngôn ngữ
vào/ra

-Chỉ tạo lập được bộ điều khiển với tối đa 4 biến ra.
n phím OK để xác nhận các giá trò vừa cho. Những biến ngôn ngữ đầu vào
sẽ có tên mặc đònh Input01, Input02,…và Output01, Output02…lần lượt là tên
mặc đònh của biến ngôn ngữ đầu ra.
Sau khi ấn OK, trên màn hình sẽ xuất hiện cửa sổ soạn thảo tiếp giá trò ngôn
ngữ của từng biến vào/ra cũng như luật hợp thành của bộ điều khiển mờ

4.4. Soạn thảo giá trò cho từng biến (ngôn ngữ ) đầu vào
Các giá trò của mỗi biến ngôn ngữ đầu vào được gọi là biến ngôn ngữ. Vì
bản chất của giá trò ngôn ngữ là tập mờ, nên để soạn thảo giá trò ngôn ngữ cho
một biến ngôn ngữ ta cần phải:

1. Khai báo số các giá trò ngôn ngữ (tập mờ) của biến.
2. Soạn thảo tập nền cũng như hàm thuộc cho từng giá trò ngôn ngữ.
uploaded by /> LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐIỀU KHIỂN & GIÁM SÁT LÒ NHIỆT
GVHD : BÙI THANH HUYỀN & 18 & SVTH :NGUYỄN MINH TÂM
Để vào chế độ soạn thảo giá trò ngôn ngữ (tập mờ) cho một biến đầu vào nào
đó ta nháy kép phím chuột trái tại biểu tượng của biến đó. Ví dụ để soạn thảo
giá trò cho biến vào Input01, ta nháy kép vào biểu tượng của(đã đïc đánh dấu
trên màn hình ).Khi đó cửa sổ soạn thảo hiện ra:
Khai báo số các giá trò ngôn ngữ (tập mờ): Để khai báo số các tập mờ cho biến
Input01, ta chỉ cần kích chuột vào phím Insert rồi viết số các tập mờ cần có vào
ô tương ứng trong cửa sổ hiện ra (tối đa là 7):
Tiếp theo ta ấn phím OK. Số các tập mờ tối đa mà FCPA cho phép khai báo là
7. Các tập mờ được khai báo sẽ mặc đònh:
-Có tên lần lượt là n-big, n-small, zero, p-small, p-big.
-Có hàm thuộc hình tam giác được chia đều trên tập nền.
Sau khi ấn phím OK, FCPA sẽ in ra màn hình cửa sổ soạn thảo hàm thuộc cho
mỗi tập mờ như sau:
* Cụ thể trong luận văn :
a. Hàm thuộc cho biến ET :
b. Hàm thuộc cho biến DET :
uploaded by /> LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐIỀU KHIỂN & GIÁM SÁT LÒ NHIỆT
GVHD : BÙI THANH HUYỀN & 19 & SVTH :NGUYỄN MINH TÂM

c. Hàm thuộc cho biến Kr và Kp :
uploaded by /> LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐIỀU KHIỂN & GIÁM SÁT LÒ NHIỆT
GVHD : BÙI THANH HUYỀN & 20 & SVTH :NGUYỄN MINH TÂM


d. Hàm thuộc cho biến An_pha :





uploaded by /> LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐIỀU KHIỂN & GIÁM SÁT LÒ NHIỆT
GVHD : BÙI THANH HUYỀN & 21 & SVTH :NGUYỄN MINH TÂM
Sửa đổi hàm thuộc: Muốn sửa đổi hàm thuộc mặc đònh cho tập mờ nào, ta kích
hoạt tập mờ đó bằng cách ghi trực tiếp tên tập vào ô chứa tên tập mờ hoặc ấn
phím ▼ và chọn tên tập mờ trong bảng danh mục hiện ra. Hàm thuộc của tập mờ
được chọn sẽ chuyển sang màu đỏ báo trạng thái tích cực của nó.
Việc sửa đổi hàm thuộc đồng nghóa với việc đổi dạng (Singleton, tam giác hay
hình thang) và miền xác đònh. Có 2 cách sửa như sau:
1.
-Cách thứ nhất
: Chọn đỉnh của hàm thuộc cần sửa bằng cách đưa
chuột vào đỉnh đó và ấn phím chuột trái FCPA sẽ báo đỉnh đã được
tích cực bằng một vành khuyên nhỏ quanh đỉnh đó, ví dụ như ở hình
dưới thì đỉnh C là đỉnh đã được tích cực. Giữ nguyên phím chuột rồi

kéo đỉnh đó sang phải hoặc sang trái để thay đổi toạ độ của đỉnh.
2.
-Cách thứ hai
: Sửa trực tiếp bằng cách ghi toạ độ mới vào các ô
trong cửa sổ Point.
Như vậy muốn có hàm thuộc hình tam giác, ta cho đỉnh B trùng với đỉnh C (hai
đỉnh có cùng toạ độ). Để có dạng singleton ta cho A trùng với D, B trùng với C.
Sau khi đã soạn thảo hay sửa đổi xong tất cả các giá trò của một biến vào, ta
ấn phím OK để kết thúc, FCPA sẽ quay lại màn hình ban đầu.
4.5. Soạn thảo giá trò cho từng biến (ngôn ngữ) đầu ra
Tương tự như đã khai báo hay sữa đổi cho giá trò biến vào, việc khai báo
các giá trò (tập mờ) cho biến ra cũng được bắt đầu bằng cách nháy kép phím
chuột trái tại biểu tượng của biến đầu ra. Muốn soạn thảo hay sửa đổi giá trò
ngôn ngữ(tập mờ) cho một biến đầu ra nào đó ta nháy kép phím chuột trái tại
biểu tượng của phím đó.
Ví dụ để soạn thảo giá trò cho biến ra Output01, ta nháy kép vào biểu tượng
của nó. Khi đó cửa sổ soạn thảo sẽ hiện ra. Tiếp tục ta kích chuột vào phím
Insert để khai báo số các tập mờ cho biến Output01.
Chú ý là FCPA chỉ cho phép khai báo tối đa 9 giá trò cho mỗi biến ra.
Sau khi khai báo xong số các giá trò (tập mờ )cho biến ra Output01 ta nhấn
phím OK vào màn hình soạn thảo. Khác với biến ngôn ngữ đầu vào, giá trò(tập
mờ) của các ra chỉ có duy nhất một dạng singleton.
Muốn sửa đổi giá trò ngôn ngữ nào ta tích cực nó bằng cách chọn tên tập mờ
của giá trò đó trong bảng danh mục hiện ra khi ấn phím ▼. FCPA sẽ báo trạng
thái tích cực cảu hàm thuộc của tập mờ được chọn bằng cách chuyển nó sang
màu đỏ và thêm một hình khuyên ở chính giữa.
Để sửa đổi hàm thuộc dạng singleton đơn giản ta chỉ cần sửa đổi toạ độ của
nó bằng cách đưa con trỏ vào hình khuyên, giữ phím chuột trái rồi kéo sang
phải/trái, hoặc trực tiếp ghi toạ độ mới vào ô Point của cửa sổ màn hình soạn
thảo.

uploaded by /> LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐIỀU KHIỂN & GIÁM SÁT LÒ NHIỆT
GVHD : BÙI THANH HUYỀN & 22 & SVTH :NGUYỄN MINH TÂM
Luật hợp thành của các biến ngôn ngữ Kr, Kp,
An_pha được xây dựng theo phương pháp
Zhao Tomizuka và Isaka
4.6.Soạn thảo luật hợp thành :
Sau khi khai báo xong biến ngôn ngữ vào/ra và các giá trò(tập mờ) cho chúng
chẳng hạn như ta đã khai báo
m
biến vào Input, … ,Input
m
vớí các giá trò
A
m

và s biến ra Output 1=B
n1
,…, output s với các giá trò B
i1
,…, B
is
bước tiếp theo là
ta xây dựng luật hợp thành. Để vào chế độ xây dựng luật hợp thành có cấu trúc
.
R
1
: Nếu Input 1=A
11
và… và Input 1= A
1m

thì Output 1= B
11
và…và
Output
s
=B
1s

R
2
: Nếu Input 1=A
21
và… và Input
m
=A
2
m
thì Output 1= B
21
và…và
Output
s
=B
2s
:
R
n
: Nếu Input 1=A
n
1

và…và Input
m
=A
nm
thì Output 1= B
n1
và…và
Output
s
=B
ns


ta nháy kép phím trái của chuột tại ô if… then:
Để soạn thảo từng mệnh đề hợp thành. n phím insert để chèn thêm sẽ là một
cột gồm các ô trống. Số các ô trống này được qui đònh bởi số các biến ngôn ngữ
vào ra mà ta đã khai báo từ trước. Mỗi ô trống ứng với một biến ngôn ngữ. Tiếp
theo, nếu ta nháy chuột tại ô trống cua biến ngôn ngữ nào, trên màn hình sẽ
hiện ra bảng các giá trò(tập mờ) của biến ngôn ngữ đó để ta chọn. Ví dụ ở màn
hình soạn phía trên, mệnh đề hợp thành thứ nhất mà ta vừa soạn thảo bằng cách
chọn giá trò cho nó từ bảng các giá trò chính là:
Nếu Intput01=n
-
big và Intput02=n
-
big thì Output01=p_big.
Sau khi khai báo xong đầy đủ các mệnh đề hợp thành, màn hình soạn thảo
luật hợp thành sẽ có dạng như sau:

uploaded by /> LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐIỀU KHIỂN & GIÁM SÁT LÒ NHIỆT

GVHD : BÙI THANH HUYỀN & 23 & SVTH :NGUYỄN MINH TÂM
trong đó, do bò khống chế về kích thước cửa sổ màn hình, số các mệnh đề hợp
thành nhiều nhất có thể được hiển thò là 9. tuy nhiên ta có thể xem các mệnh đề
hợp thành khác bằng cách dòch chuyển phím hiển thò nhờ chuột.
4.7. Chọn động cơ suy diễn
FCPA chỉ cung cấp một động cơ suy diễn là max-MIN nên ta không có khả
năng chọn một động cơ suy diễn khác.
4.8. Chọn phương pháp giải mờ
FCPA cũng chỉ cung cấp một phương pháp giải mờ duy nhất là
phương pháp
điểm trọng tâm.
Bởi vậy trênmàn hình soạn thảo bộ điều khiển của FCPA
không có phím lựa chọn phương pháp giải mờ.
4.9. Quan sát quan hệ vào ra của bộ điều khiển mờ
Cùng với việc khai báo xong luật hợp thành ta đã kết thúc quá trình soạn thảo
một bộ điều khiển mờ. n phím OK để kết thúc quá trình soạn thảo và trở về
cửa sổ màn hình chính của FCPA. Ví dụ sau khi khai báo một bộ điều khiển mờ
có 3 đầu vào, 2 đầu ra với luật hợp thành gồm 13 mệnh đề hợp và ấn phím OK,
FCPA sẽ quay trở về màn hình chính.
* Quan sát một cách trực quan quan hệ vào ra của bộ điều khiển mờ vừa soạn
thảo ta chọn Debug3D Graphic Display, khi đó trên màn hình xuất hiện đồ thò
mô tả quan hệ vào/ra của bộ điều khiển mờ như sau:
a. Kr :
b. Kp :
uploaded by /> LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐIỀU KHIỂN & GIÁM SÁT LÒ NHIỆT
GVHD : BÙI THANH HUYỀN & 24 & SVTH :NGUYỄN MINH TÂM

uploaded by /> LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐIỀU KHIỂN & GIÁM SÁT LÒ NHIỆT
GVHD : BÙI THANH HUYỀN & 25 & SVTH :NGUYỄN MINH TÂM
c. An_pha :

Ngoài ra, ta còn có thể sử dụng chương trình FCPA để mô phỏng tín hiệu vào ra
và các mối quan hệ của bộ điều khiển mờ (hình)
uploaded by />