Đồ án PLC Ứng dụng PID trong ổn định mức nước S71200

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KĨ THUẬT
TPHCM
KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN CÔNG NGHIỆP

ĐỒ ÁN PLC

GVHD : Th.S Nguyễn Tử Đức
SVTH : Châu Thành Hiển - 14142097
Võ Duy Luyện - 14142187
Thủ Đức, 12 tháng 12 năm 2017


ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH

GVHD NGUYỄN TỬ ĐỨC

LỜI NÓI ĐẦU
Tự động hóa quá trình công nghệ đã thực sự phát triển và ứng dụng mạnh mẽ
trong công nghiệp, là sự lựa chọn tối ưu trong mọi lĩnh vực nhằm tạo ra sản phẩm
chất lượng cao, tiết kiệm chi phí tạo khả năng cạnh tranh mạnh mẽ trên thị trường.
Trong các ngành công nghiệp sản xuất chất lỏng như hóa chất, nước uống
đóng chai, sữa, nước mắm, dầu ăn, dầu khí, … vấn đề cần điều khiển mức chất lỏng
cần đáp ứng với độ chính xác cao để phục vụ quá trình sản xuất đạt hiệu quả tốt
hơn, đảm bảo quá trình sản xuất các chất lỏng không bị gián đoạn, tăng tuổi thọ
thiết bị, người vận hành không cần phải trực tiếp kiểm tra trong các bồn chứa hoặc
đóng mở bơm liên tục, vấn đề bị cạn hay tràn trong bồn chứa chất lỏng hoàn toàn
được khắc phục cho dù đầu ra thay đổi.
Đó chính là lý do em thực hiện đề tài tốt nghiệp: Ứng dụng thuật toán PID
điều khiển và ổn định mức nước. Về nội dung đồ án được chia thành 4 chương:
Chương 1 Tổng quan về hệ thống điều khiển ổn định mức nước.

Chương 2 Cơ sở về PLC S7-300, WinCC và thuật toán PID.
Chương 3 Lập trình trên S7-300 và WinCC.
Chương 4 Thực hiện mô phỏng.


ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH

GVHD NGUYỄN TỬ ĐỨC

MỤC LỤC
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MỨC NƯỚC..............5
I.

Giới thiệu chương..........................................................................................5

II.

Đặt vấn đề......................................................................................................5

III.

Ứng dụng.....................................................................................................5

IV.

Lựa chọn phương án thực hiện.....................................................................6

1.

Điều khiển ON/OFF..................................................................................6

2.

Điều khiển PID.........................................................................................6

CHƯƠNG 2 CÁC THIẾT BỊ CẦN DÙNG CHO HỆ THỐNG.........................13
I.

Mô hình hệ thống điều khiển mức nước......................................................13

II.

Sơ đồ khối....................................................................................................13

III. Các thiết bị chính...........................................................................................14
CHƯƠNG 3 BẢN VẼ KẾT NỐI VÀ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN..........23
I.

Kết nối phần cứng và bản vẽ........................................................................23

II.

Chương trình điều khiển..............................................................................25
1. Chương trình chính......................................................................................25
2. Khối PID – FC41.........................................................................................28

III.

Màn hình giám sát......................................................................................29

CHƯƠNG 4 MÔ PHỎNG HỆ THỐNG BẰNG FACTORY I/O.......................31
I.

Mô phỏng hệ thống bằng phần mềm Factory I/O........................................31

II.

Mô hình thực tế............................................................................................32


ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH

GVHD NGUYỄN TỬ ĐỨC

TÓM TẮT ĐỒ ÁN
Đồ án này tìm hiểu về ứng dụng của bộ điều khiển PID trong việc điều khiển
và ổn định mức nước. Đồ án đã tìm hiểu về các vấn đề như: nguyên lý hoạt động
của cảm biến siêu âm, xử lý tín hiệu analog trên S7-300, bộ điều khiển PID, mô
phỏng hệ thống ổn định mức nước trên S7-300, WinCC và kiểm chứng với mô hình
mô phỏng.


ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH

GVHD NGUYỄN TỬ ĐỨC

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MỨC
NƯỚC
I.

Giới thiệu chương
Trong chương này em giới thiệu tổng quan về hệ thống điều khiển mức nước,

ứng dụng và giải pháp công nghệ đang được sử dụng. Từ đó nêu lên nhiệm vụ
chung của đồ án.
II.

Đặt vấn đề

Hiện nay, đất nước ta đang bước vào thời kỳ công nghiệp hóa hiện đại hóa, để
quá trình này phát triển nhanh chóng ta cần tập trung đầu tư vào các dây chuyền sản
xuất tự động hóa, nhằm mục đích giảm chi phí sản xuất, nâng cao năng suất lao
động và đem tới các sản phẩm có chất lượng cao. Một trong những phương án đầu
tư vào tự động hóa là việc ứng dụng các thành tựu khoa học kỹ thuật, ở đây là ứng
dụng PLC vào các dây chuyền sản xuất, điều khiển và giám sát hệ thống tự động.
Việc thực hiện điều khiển các quá trình, hệ thống bơm, hệ thống van xả, cảnh
báo một cách tự động có thể sử dụng trong nhiều lĩnh vực như: thủy lợi, nước sinh
hoạt, hóa chất, dầu khí,… nói chung là việc thực hiện quá trình kết hợp của nhiều
thiết bị được sử dụng rộng rãi trong thực tế, nhằm phục vụ cho cuộc sống, sinh hoạt
và sản xuất. Hệ thống điều khiển mức dùng PID ứng dụng một trong những thuật
toán điều khiển quá trình như : Điều khiển mức, điều khiển lưu lượng, điều khiển
vận tốc dòng chảy. Việc ứng dụng PID điều khiển chính xác này vào thực tế nhằm
làm giảm sai số trong kết quả điều khiển, giúp điều khiển chính xác các quá trình
tích nước cũng như các quá trình xả của van xả và điều khiển máy bơm trong các
bồn chứa của các nhà máy hóa chất, thực phẩm, trong các dây chuyền công nghệ
khác.
III.

Ứng dụng

Hệ thống bơm ổn định mức được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp
nói chung và ngành công nghiệp chất lỏng nói riêng như hóa chất, nước uống đóng
chai, dầu ăn, sản xuất xi măng, sản xuất giấy, sản xuất điện năng… Đặc biệt trong
hệ thống cung cấp nước cho hộ dân, khu chung cư, nhà cao tầng.

5


ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH

IV.

GVHD NGUYỄN TỬ ĐỨC

Lựa chọn phương án thực hiện

Trong các bộ điều khiển nhiệt ta thường thấy 2 chế độ điều khiển là điều khiển
ON/OFF và điều khiển PID.
1. Điều khiển ON/OFF
Có thể dễ dàng nhận thấy đây là chế độ điều khiển đơn giản nhất, được sử
dụng từ khá lâu và hiện nay vẫn còn được ứng dụng khá nhiều trong các ngành khác
nhau.
Là kiểu điều khiển khi bơm nước tới một mức nào đó thì cho bơm ngừng hoạt
động, và khi nước được tiêu thụ và giảm xuống tới mức đặt thấp thì cho bơm chạy.
Ưu điểm của chế độ này là điều khiển đơn giản, dễ hiểu, giá thành thấp. Tuy nhiên
nó lại có nhược điểm là hệ thống không ổn định, đáp ứng chậm và không tốt, độ
chính xác không cao, độ sai lệch lớn, dòng điện khởi động lớn gây sụt áp gây tổn
thất năng lượng. Với những đặc điểm như trên thì chế độ điều khiển ON/OFF
thường được ứng dụng trong những hệ thống điều khiển nhiệt độ hay mức nước quy
mô lớn, cho phép độ sai lệch lớn.

2. Điều khiển PID
PID: Proportional Integral Derivative (bộ điều khiển tỉ lệ vi tích phân ) là 1
thuật ngữ để chỉ cơ chế điều khiển vòng phản hồi. Ưu điểm của bộ điều khiển PID
là điều khiển với độ chính xác cao, tiết kiệm năng lượng tối đa, đảm bảo sự ổn định
của hệ thống. Nhưng kiểu điều khiển này có nhược điểm là thuật toán điều khiển
phức tạp, đòi hỏi người sử dụng có trình độ và kinh nghiệm.
Có thể nói ngày nay PID đã xâm nhập vào hầu hết các ứng dụng điều khiển
(ko chỉ mức nước mà còn nhiều lĩnh vực khác). Tuy nhiên nõ vẫn được ưu tiên hơn
cả khi hệ thống yêu cầu độ chính xác cao, khoảng thay đổi cho phép nhỏ.
2.1 Điều khiển bằng khâu tỉ lệ P

6


ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH

GVHD NGUYỄN TỬ ĐỨC

Đây là hình thức điều khiển bằng cách đưa tín hiệu điều khiển dựa vào sự khác
biệt mức nước giữa mức nước thực tế của đối tượng và mức nước đặt, với K P được
xem là độ khuếch đại tỷ lệ của bộ điều khiển.
W = Kp.(TS – TO)

(2.2)

Đáp ứng ra của điều khiển bằng khâu tỉ lệ (P)
Ta thấy hệ số khếch đại KP càng lớn thì sai số xác lập càng nhỏ tuy nhiên đáp
ứng của hệ thống càng dao động, độ vọt lố càng cao. Nếu KP tăng quá giới hạn thì
hệ thống sẽ trở nên mất ổn định. Do đó không thể có sai số của hệ thống bằng 0 và
cũng không thể tăng hệ số khếch đại lên vô cùng.

2.2 Điều khiển bằng khâu vi phân tỉ lệ PD
Vấn đề về tính ổn định và quá tầm trong điều khiển tỷ lệ với độ khuếch đại lớn,
có thể được giảm đi khi thêm vào đó là khâu vi phân cho tín hiệu sai số.
d
�
W  Kp. �
 TS  TO   TD .  TS  TO  �
�
dt
�
�

(2.3)

Với KD = KP .TD; TD : là thời hằng vi phân của bộ điều khiển PD
Kỹ thuật đó được gọi là kỹ thuật điều khiển PD. Khâu vi phân có thể hiệu chỉnh
khả năng đáp ứng sự thay đổi tại mức nước đặt, đó là giảm độ vọt lố , đáp ứng ra
c(t) bớt nhấp nhô hơn, được biểu diễn ở hình sau:
7


ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH

GVHD NGUYỄN TỬ ĐỨC

Đáp ứng ra của điều khiển bằng khâu vi phân tỉ lệ (PD) với P = 1
Dựa vào đáp ứng quá độ của hệ thống khi thay đổi giá trị TD và giữ hệ số KP
bằng hằng số. Ta thấy TD càng lớn thì đáp ứng càng nhanh, thời gian lên càng ngắn.
Tuy nhiên, nếu thời gian lên nhanh quá thì sẽ dẫn đến vọt lố mặc dù đáp ứng không
có dao động.

Bộ hiệu chỉnh PD không thể thực hiện bằng các linh kiện mạch thụ động, có thể
dùng khếch đại thuật toán, điện trở và tụ điện. Nhược điểm của bộ PD này là rất
nhạy về nhiễu vì bản thân bộ PD là mạch lọc thông cao, với độ lợi lớn hơn 1 sẽ làm
tăng sự ảnh hưởng của tín hiệu nhiễu.
2.3 Điều khiển bằng khâu tỉ lệ tích phân PI
Vấn đề về sai số xác lập có thể khắc phụ bằng hiệu chỉnh PI. Hiệu chỉnh PI có
tác dụng làm chậm đáp ứng quá độ, tăng độ vọt lố, giảm sai số xác lập. Do hệ số
khếch đại của khâu PI bằng vô cùng tại tần số bằng 0 nên khâu hiệu chỉnh PI làm
cho sai số đối với tín hiệu vào là hàm nấc của hệ thống không có khâu tích phân lý
tưởng bằng 0 (hệ vô sai bậc 1). Ngoài ra khâu PI là một bộ lọc thông thấp nên nó
còn có tác dụng triệt tiêu nhiễu tần số cao tác động vào hệ thống.
t
�
�
1
W  Kp. �
e ( )  .�
e( )d �
TI 0
�
�

(2.4)
8


ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH

GVHD NGUYỄN TỬ ĐỨC

Với: e(  ) = TS –T0
Ki = Kp/TI, TI là thời hằng tích phân của bộ điều khiển PI

Đáp ứng ra của điều khiển bằng khâu vi phân tỉ lệ (PI) với P = 1
Khâu hiệu chỉnh PI làm cho sai số xác lập của hệ thống đối với tín hiệu vào là
hàm nấc bằng 0. Tuy nhiên khâu hiệu chỉnh PI lại làm cho hệ thống kém ổn định do
làm tăng thời gian xác lập.
Dựa trên đáp ứng quá độ của hệ thống khi giảm thời hằng tích phân TI thì độ vọt
lố của hệ thống càng cao, hệ thống càng chậm xác lập. Vậy hằng số thời hằng tích
phân TI ta nên cho giá trị lớn nhằm hạn chế độ vọt lố. Tuy vậy khi TI bằng hằng số
thì ảnh hưởng của P đến chất lượng của hệ thống chính là ảnh hưởng của khâu
khếch đại, P càng tăng thì độ vọt lố càng cao, tuy nhiên thời gian quá độ lại không
thay đổi.
2.4 Điều khiển bằng khâu vi tích phân tỉ lệ PID
Bộ điều khiển PID được sử dụng rất rộng rãi trong thực tế để điều khiển nhiều
loại đối lập, với đầu vào thay đổi theo hàm nấc sẽ gây ra vọt lố và trong vài trường
hợp là không chấp nhận được đối với mạch động lực. Sự có mặt của khâu vi phân tỉ
lệ (PD) làm giảm độ vọt lố và đáp ứng ra bớt nhấp nhô hơn và hệ thống sẽ đáp ứng
nhanh hơn. Khâu tích phân tỉ lệ(PI) có mặt trong hệ thống sẽ dẩn đến sai lệch tĩnh
triệt tiêu( hệ vô sai). Muốn tăng độ chính xác ta phải tăng hệ số khuếch đại, song
9


ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH

GVHD NGUYỄN TỬ ĐỨC

với mọi hệ thống thực đều bị hạn chế và sự có mặt của khâu PI là bắt buộc. Khâu
hiệu chỉnh vi tích phân tỉ lệ (PID) kết hợp những ưu điểm của khâu PI và PD, có
khả năng tăng độ dự trử pha ở tần số cắt, khử chậm pha. Sự có mặt PID ở vòng hồi

tiếp có thể dẩn đến sự dao động trong hệ do đáp ứng quá độ bị vọt lố bởi hàm Dirac
(t).Các bộ hiệu chỉnh PID được ứng dụng nhiều trong công nghiệp dưới dạng thiết
bị điều khiển hay thuật toán phần mềm.
Do sự thông dụng của nó nên nhiều hãng sản xuất thiết bị điều khiển đã cho ra
đời các bộ điều khiển thương mại rất thông dụng.
Thực tế các phương pháp thiết kế bộ điều khiển PID dùng quỹ đạo nghiệm số,
giản đồ Bode hay phương pháp giải tích rất ít được sử dụng do việc khó khăn trong
xây dựng hàm truyền đối tượng. Phương pháp phổ biến nhất để chọn tham số PID
thương mại hiện nay là phương pháp Ziegler-Nichols.

Sơ đồ điều khiển sử dụng bộ điều khiển PID
Bộ điều khiển PID có hàm truyền liên tục như sau:
G(s )  K p 

� 1
�
Ki
 Kd s  K p �
1
 TD s �
s
� TI s
�

(2.5)

Với các giá trị Kp, Ki, Kd là các hằng số thực.
Phương trình vi tích phân mô tả sự tương quan giữa tín hiệu ra u(t) với tín hiệu
sai lệch e(t) của bộ điều khiển PID là:
(2.6)

Trong đó:

e(t) là sai lệch trong hệ thống e(t) = r(t) – c(t).

r(t) và c(t) là tín hiệu vào và đáp ứng ra của hệ thống.
10


ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH

GVHD NGUYỄN TỬ ĐỨC

Vấn đề thiết kế là cần xác định giá trị Kp, Ki, Kd sao cho thoả mãn các yêu cầu
về chất lượng.
Đối tượng khác nhau như nhiệt độ lò nhiệt, tốc độ động cơ, mực chất lỏng trong
bồn chứa,… Lý do bộ điều khiển này được sử dụng rộng rãi là vì nó có khả năng
triệt tiêu sai số xác lập, tăng đáp ứng quá độ, giảm độ vọt lố nếu các tham số bộ
điều khiển được chọn lựa thích hợp.
Khâu hiệu chỉnh khuếch đại tỉ lệ (P) được đưa vào hệ thống nhằm làm giảm sai
số xác.

Dòng tuần hoàn của PID được xác định theo sơ đồ trên, dựa vào đó chúng ta có
thể cài đặt các biến cho khối PID (FC41) cho phù hợp với mục đích sử dụng. Các
biến cần thiết phải cài đặt như sau : PVPER_ON đặt ở mức 0, D_SEL đặt ở mức 1,
MAN_ON đặt ở mức 1, ngoài ra thông số DEABAND (sai số cho phép) có thể

11


ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH

GVHD NGUYỄN TỬ ĐỨC

setup tùy người dùng nhưng tốt nhaasrt nên set gia trị 0 để đạt ổn định đầu ra là cao
nhất .

12


ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH

GVHD NGUYỄN TỬ ĐỨC

CHƯƠNG 2 CÁC THIẾT BỊ CẦN DÙNG CHO HỆ THỐNG

I.

Mô hình hệ thống điều khiển mức nước

Hình 1.1 Mô hình hệ thống điều khiển mức nước
1
2
3
4
5

Bồn nước
Bơm nước vào
Van xả
Cảm biến khoảng cách

Tủ điều khiển

II.

Sơ đồ khối

Sơ đồ khối của hệ thống

13


ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH

GVHD NGUYỄN TỬ ĐỨC

- Khối cảm biến: Gồm có cảm biến siêu âm, lấy thông tin mức nước đưa tín hiệu về
module tương tự.
- Khối PLC: là khối đọc tín hiệu từ module tương tự (tín hiệu đã được chuyển đổi
về dạng số) báo về, xử lý tín hiệu số theo chương trình lập trình.
- Khối máy tính: lập trình chương trình cho PLC, WinCC.
- Bơm: bơm nước.
* Lưu đồ chương trình của hệ thống :

Lưu đồ của hệ thống
III. Các thiết bị chính
1. Bồn chứa
Việc chọn bồn dường như là qui trình quan trọng nhất đối với đồ án này nó
ảnh hưởng đến việc chọn công suất của bơm ,biến tần , thời gian ổn định mức
nước ,…
Vậy nên bước này chúng ta hết sức lưu ý và cẩn thận:

Thông số bồn được chọn:

14


ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH

- Đường Kính:

960 mm

- Chiều Cao:

1830 mm

- Rộng chân:

1040 mm

- Dung lượng :

1000L

GVHD NGUYỄN TỬ ĐỨC

2. Cảm biến siêu âm
Là loại cảm biến sử dụng sóng siêu âm phát ra từ đầu cảm biến tác động lên
một mặt phẳng như mặt nước, tấm kính, vách tường, mặt phẳng các loại dung dịch
miễn là có diện tích đủ lớn, từ đó sẽ xác định được khoảng cách từ đầu cảm biến
đến mặt phẳng, khi khoảng cách thay đổi thì tín hiệu ngõ ra của cảm biến xuất

ra cũng thay đổi theo, với dạng tín hiệu là 4-20mA hoặc 0-10VDC, ngoài ra cảm
biến còn có ngõ ra NPN hoặc PNP (trong phạm vi thì báo hoặc ngoài phạm vi thì
báo).

15


ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH

GVHD NGUYỄN TỬ ĐỨC

Chúng ta cứ hình dung cảm biến siêu âm như một đèn pin, ánh sáng phát ra là
sóng siêu âm, và phạm vi sóng phát ra là dạng trụ, nên khi nghỉ tới ứng dụng siêu
âm thì phải nghỉ đến không gian đo có đủ rộng cho sóng hoạt động không, và không
được có bất kỳ vật cản nào trên đường sóng.

Nhờ khả năng có thể đo được khoảng cách mà không cần tiếp xúc với vật
nên cảm biến siêu âm có ứng dụng rất rộng, báo mức của dung dịch keo, báo mức
dầu, báo mức các loại chất rắn… và tất cả các loại vật chất nào có mặt phẳng đủ
rộng là có thể báo được hết.
Điều đặc biệt là cảm biến siêu âm có ngõ ra là dạng tín hiệu analog nên chúng
ta có thể biết và kiểm soát được từng mức cần đo. Đó là ưu điểm lớn nhất của cảm
biến siêu âm so với các loại cảm biến khác như phao báo mức nước, cảm biến điện
dung hoặc đo mức nước bằng điện cực. Với tín hiệu này khi ta kết hợp với bộ điều
khiển PID ta có thể điều bơm đầy, xả cạn như chức năng của cảm biến báo mức
điện cực.
Thông số kỹ thuật cảm biến siêu âm đo khoảng cách, đo mức nước.


Nguồn cấp: 15-30VDC.



Output: 4-20mm/0-10VDC, NPN/PNP.



IP: 67.



Cáp: dài 2m PVC.



Thời gian đáp ứng: <500ms ( loại 2200mm), <50ms (loại 400mm), <125ms

(loại 900mm).

16


ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH



Power on delay: <300ms.



Cấp chính xác: 1% F.S.



Nhiệt độ hoạt động: -20~60 độ C.



Góc phát sóng: 7 độ hoặc 8 độ.

GVHD NGUYỄN TỬ ĐỨC

Cách nối dây cảm biến siêu âm:
Có 4 dây: nâu, xanh dương, trắng và đen.
Trong đó 2 dây nâu và xanh dương là 2 dây nguồn, dây đen trả tín hiệu, ta cắm
vào cổng Analog Input, dây trắng không cần sử dụng.
Cách cài đặt khoảng cách hoạt động cho cảm biến siêu âm.
– Đầu tiên ta xác định ngưỡng xa (P1) và ngưỡng gần (P2) phải đảm bào nằm
trong phạm vi hoạt động của từng loại cảm biến.
– Cấp nguồn cho cảm biến, sau đó đặt cảm biến vuông góc với mặt phẳng
( ngưỡng xa trước (P1)). Nhấn nút 1 lần trên cảm biến rồi nhả ra, thấy đèn chớp một
cái rồi tắt vậy là xong ngưỡng xa P1. Sau đó di chuyển cảm biến lại ngưỡng gần
(P2), nhấn nút 1 lần rồi nhả ra, thấy đèn chớp 5 lần rồi tắt, vậy là phần cài đặt
khoảng cách đã xong P2.
3. Bơm
Lý thuyết :
Công suất bơm được tính bằng tích của lưu lượng nhân với áp suất. Đây
chính là diện tích trên đường đặc tuyến. Ta có công thức tính công suất như sau:
xét lưu lượng Q tính theo (m3 /s)
P = (d * H * Q) / k

(3.4)
Với:
d: Khối lượng riêng của chất được bơm (kg/m3) .
H: Độ cao cột áp cần bơm (m) .
Q: lưu lượng bơm (m3/s) .

17


ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH

GVHD NGUYỄN TỬ ĐỨC

k: Tỷ số giữa công suất đầu ra với công suất trên trục của bơm.
Thực tế:
Công suất bơm tình theo công suất và thời gian yêu cầu ổn định mức nước trong
bồn.

Thông số bơm:
CM 32-160C

Công suất
Model

CM 32-160C

Nguồn điện
(v/pha)

380

(W)

(HP)

2000

2

4. Lựa chọn biến tần
Biến tần được chọn theo công suất của động cơ:

18

Cột áp “H”
(mét)

Lưu lương “Q”
(m3/h)

24.7 – 14.1

4.5 – 21


ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH

GVHD NGUYỄN TỬ ĐỨC

Công suất động cơ là 2KW ta chọn biến tần 2,2KW.

ACS 150-03E-05A6-4 - 2.2KW – 380/440VAC.
5. Lựa chọn CPU PLC
5.1.PS

Ta chọn bộ nguồn loại 2A của CPU 6ES7313-5BG04-0AB0 là phù hợp và vừa
đủ với mục đích sử dụng là cấp nguồn cho CPU PLC hoạt động
5.2.CPU

19


ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH

GVHD NGUYỄN TỬ ĐỨC

Ta chọn loại CPU S7-300 313C – 6ES7313-5BG04-0AB0.

Module CPU 313c – 6ES7313-5BG04-0AB0
Các thông số của CPU 313c
Hãng sản xuất: Siemens
Xuất xứ: Đức
Mã: 6ES7313-5BG04-0AB0
- Số đầu vào số tích hợp sẵn: 24
- Số đầu ra số tích hợp sẵn: 16
- Số đầu vào analog: 4
- Số đầu ra analog: 2
- Bộ đếm tốc độ cao tích hợp sẵn: 3 x 30 KHz,
- Nguồn cung cấp: 24V DC
- Bộ nhớ làm việc: 128Kbyte
- Ngôn ngữ lập trình: Step 7, từ V5.1 hoặc cao hơn

- Kiểu kết nối: MPI
6. Bảng giá các thiết bị

20


ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH

GVHD NGUYỄN TỬ ĐỨC

Sau khi đã thống kê được các thiết bị cần thiết cho hệ thống thì ta có được
bảng kê giá trị tương đối của dự án như sau :

Bảng giá các thiết bị

21


ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH

GVHD NGUYỄN TỬ ĐỨC

7. Kết luận chương
Chương 1 đã giúp ta hiểu về tính thực tế của đề tài, các ứng dụng của hệ
thống điều khiển mức, của bộ điều khiển PID và nguyên lý hoạt động của cảm biến
siêu âm.

22

ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH

GVHD NGUYỄN TỬ ĐỨC

CHƯƠNG 3 BẢN VẼ KẾT NỐI VÀ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU
KHIỂN
I.

Kết nối phần cứng và bản vẽ

Trước khi tiến hành viết chương trình điều khiển hệ thống thì ta cần có bản vẽ
kết nối các ngõ vào ra PLC và tín hiệu điều khiển biến tần. Dựa vào các kiến thức
đã được học thì ta có được bản vẽ kết nối ngõ vào ra PLC và bản vẽ chi tiết như
sau:

23


ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH

GVHD NGUYỄN TỬ ĐỨC

24


ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH

II.

GVHD NGUYỄN TỬ ĐỨC

Chương trình điều khiển

1. Chương trình chính
Trong chương trình chính OB1 ta tiến hành xử lí chế độ auto/manual, đọc tín
hiệu analog ngõ vào bằng hàm FC105 – Scale, chuyển đổi các giá trị từ DWORD
sang INT để có thể hiển thị ra màn hình số để giám sát. Trong khối OB1 này, do có
phần mô phỏng bằng phần mềm factory IO nên ta cần xử lí thêm tín hiệu của
Dimmer từ mô hình mô phỏng để thay đổi giá trị cho Setpoint của PID và van xả
của bồn nước, ta xử lí tín hiệu Dimmer này bằng hàm Move và hàm Scale.
Sau đây là chương trình trong khối OB1 :

25