Đề tài Điều khiển và giám sát lò nhiệt PID bằng PLC s7300

PHẦN 1
GIỚI THIỆU
CÁC ĐỐI TƯỢNG
LIÊN QUAN


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 lĩnh
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 lĩnh 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 định 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 định 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 định 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 định tuần tự .
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 :
Giá trị đặt
X

Bộ điều khiển

Bộ phận gia nhiệt

Nhiệt độ

Cảm biến nhiệt độ

Đây là một hệ thống hồi tiếp qua bộ cảm biến cho tín hiệu đo lường nhiệt
độ về so sánh với giá trị 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 :

Đo 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 40µV/10C

•

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
•
ty SIEMENS

Chương trình điều khiển : soạn thảo bằng phần mềm Step7 của công



CHƯƠNG 2 :

GIỚI THIỆU PLC SIEMEN VÀ PHẦN
MỀM STEP7

1. GIỚI THIỆU PLC
PLC (Programmable Logic Control): thiết bị điều khiển logic khả trình là

loại thiết bị 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 lịch 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 chịu 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 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 lĩnh 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 định 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 bị 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 thị 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.
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, định thời, thanh ghi dịch... 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, định 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 bị điều
khiển.
Trong PLC, phần cứng CPU và chương trình là hai đơn vị cơ bản
cho quá trình điều khiển hoặc xử lý hệ thống. Chức năng mà bộ điều khiển
cần thực hiện sẽ được xác định 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
Giá
thành từng
chức năng
Kích
thước vất lý
Tốc độ
điều khiển
Khả

Rơ-le

Mạch

Máy

PLC

Khá

số
Thấp

tính
Cao

Thấ

thấp
Lớn
Chậm
Xuất sắc

p
Rất

Khá

Rất

gọn
Rất

gọn
Khá

gọn
Nha

nhanh
Tốt

nhanh
Khá

nh
Tốt


năng chống

tốt

nhiễu
Lắp đặt

Mất thời

Mất

Mất

Lập

gian thiết kế và

thời gian

nhiều thời

trình và lắp

lắp đặt

thiết kế

gian lập

đặt đơn

Khả

Không

Có

Rất khó

Khó

trình
Có

giản
Có

năng điều
khiển tác vụ
phức tạp
Dễ thay
đổi điều khiển
Công tác
bảo trì

Khó

Đơn

Kém-có

Kém-

Kém- có rất

giản
Tốt-

rất nhiều công

nếu IC được

nhiều mạch

các module

tác

hàn

điện

được tiêu

từchuyên

chuẩn hóa

dùng

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 thị ra vào giúp xử lý sự cố dễ hơn và nhanh hơn.
- Độ tin cậy cao.
- Chuẩn hóa được phần cứng điều khiển.


- Thớch ng trong mụi trng khc nghit: nhit , m, in ỏp dao
ng, ting n.
1.3.1. iu khin giỏm sỏt:
- Thay cho iu khin Relay.
- Thi gian m.
- Thay cho cỏc panels iu khin mch in.
- iu khin t ng v bỏn t ng bng tay,cỏc mỏy v cỏc quỏ trỡnh.
1.3.2 iu khin dóy:
Cỏc phộp toỏn s hc.
- Cung cp thụng tin.
- iu khin lin tc: nhit , ỏp sut...
- iu khin P.I.D.
- iu khin ng c chp hnh.

- iu khin ng c bc.
1.3.3 iu khin mm do:
- iu khin quỏ trỡnh v bỏo ng.
- Phỏt hin li v iu hnh.
- Ghộp ni qua mỏy tớnh.
- Ghộp ni vi mỏy in.
- Mng t ng húa xớ nghip.
- Mng cc b.
- Mng m rng.
1.4. Caỏu truực cuỷa moọt PLC :
- Mt h thng lp trỡnh c bn phi gm cú hai phn: khi x lý trung tõm
(CPU: Central Processing Unit) v h thng giao tip vo/ra (I/O

IN
PUT

CENTRAL
PROCESSING
UNIT

OUT
PUT


Hình 1.4.a-Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển lập trình
- Khối điều khiển trung tâm (CPU) gồm 3 phần: bộ xử lý, hệ thống bộ nhớ
và hệ thống nguồn cung cấp

Processcor

Memory

Power
Supply

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 định. 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
+ Định vị
+ 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 bị cấu hình S7-300
Bộ phận
Rãnh trượt
Nguồn cung cấp
(PS)

Nhiệm vụ
… Là giá của S7-300
… Biến đổi áp khu vực (120/230V) ra 24V DC

Vi xử lý (CPU)

là áp làm việc của S7-300
… Thực hiện chương trình của người dùng phụ

Khối giao tiếp

kiện: khối nhớ, pin lưu trữ
… Kết nối các thanh dữ liệu giữa các giá (dãy)

(IM)
Khối tín hiệu
(SM)

… Làm thích nghi với nhiều mức xử lý của S7300. Phụ kiện: nối thanh ghi, nối phía trước

(Digital/Analog)
Khối chức năng
(FM)

Xử lý truyền
thông (CP)

… Thực hiện nhiệm vụ định vị, điều khiển hồi
tiếp v.v…
… 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 định 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 bị 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.
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. Nghĩa 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 định.
+ 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 định 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 định 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 định): 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 định như khi làm
việc không tải. Một đèn báo nguồn làm việc ở chế độ bình thường 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 bị sau đây:
- Đèn báo trạng thái và báo lỗi.
- Công tắc chọn chế độ làm việc 4 vị trí.
- Chỗ nối cho nguồn 24V.
- Cổng MPI cho thiết bị 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 bị 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.
- 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 bị 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 .

-

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 định 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 định 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.


Hình 2 : copy FB30 từ ví dụ FuzConEx sang Project hiện hành

4.2 Tạo DB mờ
Sau khi đã chuẩn bị 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

Biến ngôn
ngữ đầu
vào
Luật
hợp
thành

Biến ngôn

ngữ đầu ra


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)
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.
Aán 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 trị 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.
-Chỉ tạo lập được bộ điều khiển với tối đa 4 biến ra.
Ấn phím OK để xác nhận các giá trị vừa cho. Những biến ngôn ngữ đầu


vào sẽ có tên mặc định Input01, Input02,…và Output01, Output02…lần lượt là tên
mặc định của biến ngôn ngữ đầu ra.
Sau khi ấn OK, trên màn hình sẽ xuất hiện cửa sổ soạn thảo tiếp giá trị
ngôn ngữ của từng biến vào/ra cũng như luật hợp thành của bộ điều khiển mờ
4.4. Soạn thảo giá trị cho từng biến (ngôn ngữ ) đầu vào
Các giá trị của mỗi biến ngôn ngữ đầu vào được gọi là biến ngôn ngữ. Vì
bản chất của giá trị ngôn ngữ là tập mờ, nên để soạn thảo giá trị ngôn ngữ cho một
biến ngôn ngữ ta cần phải:
1. Khai báo số các giá trị ngôn ngữ (tập mờ) của biến.
2. Soạn thảo tập nền cũng như hàm thuộc cho từng giá trị ngôn ngữ.
Để vào chế độ soạn thảo giá trị 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 trị cho biến vào Input01, ta nháy kép vào biểu tượng của(đã đuợc đánh dấu
trên màn hình ).Khi đó cửa sổ soạn thảo hiện ra:
Khai báo số các giá trị 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 định:
- 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 :



c. Hàm thuộc cho biến Kr và Kp :

d. Hàm thuộc cho biến An_pha :


Sửa đổi hàm thuộc: Muốn sửa đổi hàm thuộc mặc định 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 nghĩa với việc đổi dạng (Singleton, tam giác
hay hình thang) và miền xác định. 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.
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 trị của một biến vào, ta

ấn phím OK để kết thúc, FCPA sẽ quay lại màn hình ban đầu.
4.5. Soạn thảo giá trị cho từng biến (ngôn ngữ) đầu ra
Tương tự như đã khai báo hay sữa đổi cho giá trị biến vào, việc khai báo
các giá trị (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 trị 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 trị 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 trị cho mỗi biến ra.