Điều khiển và giám sát hệ thống hút bụi trong công nghiệp

MỤC LỤC:
ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG HÚT BỤI TRONG CÔNG NGHIỆP
TÓM TẮT LUẬN VĂN..............................................................................................................................1
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỂ TÀI...........................................................................................................2
1.1. Giới thiệu và nhiệm vụ của luận văn................................................................................................2
1.2. Đối tượng nghiên cứu.......................................................................................................................2
1.3. Phương pháp thực hiện luận văn......................................................................................................3
CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG MÁY HÚT BỤI CÔNG NGHIỆP..................................................................4
2.1. Bài toán thực tế.................................................................................................................................4
2.1.1. Vấn đề của hệ thống hút bụi công nghiệp.................................................................................4
2.1.2. Hoạt động và yêu cầu kỹ thuật của hệ thống hút bụi................................................................4
2.1.3. Tính chất hoạt động của hệ thống hút bụi.................................................................................5
2.1.4. Giải pháp tiết kiệm dùng PLC và biến tần................................................................................5
2.2. Thiết kế và thi công mô hình............................................................................................................7
CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG MÔ HÌNH VÀ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN........................................8
3.1. Cấu trúc phần cứng...........................................................................................................................8
3.1.1. Mô tả thống hút bụi công nghiệp trên thực tế...........................................................................8
3.1.2. Biến tần PowerFlex 535..........................................................................................................10
3.1.3. Cảm biến áp suất......................................................................................................................12
3.2. PID trong Compact Logix..............................................................................................................12
3.2.1. Giới thiệu sơ lược về PAC Compact Logix............................................................................12
3.2.2. Giải quyết bài toán bằng PID..................................................................................................14
3.3. Lập trình trên Compact Logix........................................................................................................18


5.3.1. Thư viện Symbol Factory .NET..............................................................................................43
5.3.2. HMI Advanced.........................................................................................................................44
5.4. Ứng dụng HMI Advanced lập trình SCADA hệ thống máy hút bụi công nghiệp........................47
5.4.1. Main Form...............................................................................................................................47
5.4.2. Trend Form..............................................................................................................................53
5.4.3. Alarm........................................................................................................................................55

5.4.4. Report.......................................................................................................................................56
5.5. Kết quả và đánh giá........................................................................................................................57
5.5.1. Kết quả.....................................................................................................................................57
5.5.2. Đánh giá kết quả......................................................................................................................60
CHƯƠNG 6: SCADA WEB - ỨNG DỤNG ANDROI............................................................................62
6.1. Chức năng.......................................................................................................................................62
6.2. Sơ đồ công nghệ..............................................................................................................................62
6.2.1. Sơ đồ công nghệ......................................................................................................................62
6.2.2. Phương thức hoạt động............................................................................................................63
6.3. Chuẩn giao tiếp OPC......................................................................................................................64
6.3.1. Giới thiệu OPC........................................................................................................................64
6.3.2. OPC Server..............................................................................................................................65
6.3.3. OPC Client...............................................................................................................................66
6.4. Cơ sở dữ liệu...................................................................................................................................67
6.4.1. Microsoft SQL Server 2008R2 Express..................................................................................67
6.4.2. Cấu trúc cơ sở dữ liệu..............................................................................................................68
6.4.3. Dữ liệu trong bảng...................................................................................................................69
6.5. Giao diện Website...........................................................................................................................70
6.5.1. Nền tảng ASP.net:....................................................................................................................70
6.5.2. Bootstrap..................................................................................................................................72
6.5.3. Cấu trúc Project.......................................................................................................................73
6.5.4. Giao diện..................................................................................................................................74
6.6. Ứng dụng Androi............................................................................................................................78
6.6.1. Giới thiệu Webview.................................................................................................................78
6.6.2. Giao diện ứng dung Androi.....................................................................................................79


CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN.........................................................................................................................83
7.1. Kết luận...........................................................................................................................................83
7.2. Kết quả đạt được.............................................................................................................................83

7.3. Hạn chế đề tài.................................................................................................................................84
7.4. Hướng phát triển đề tài...................................................................................................................84


DANH MỤC HÌNH
Hình 2.1: Sơ đồ hoạt động của hệ thống....................................................................5
Hình 2.2: Đặc tuyến áp suất của quạt hút theo lưu lượng..........................................6
Hình 2.3: Sơ đồ tự xây dựng......................................................................................7
Hình 3.1: Sơ đồ hệ thống tổng quan..........................................................................8
Hình 3.2: Mô hình hệ thống chi tiết...........................................................................8
Hình 3.3: Sơ đồ hệ thống...........................................................................................9
Hình 3.4: Mô hình tự xây dựng...............................................................................10
Hình 3.5: PAC Compact Logix................................................................................11
Hình 3.6: Giải thuật PID..........................................................................................14
Hình 3.7: Khối PID trong RSLogix 5000................................................................16
Hình 3.8: Giao diện config của khối PID................................................................16
Hình 3.9: Giao diện set up Scale của khối PID............................................17
Hình 3.10: Khối CPT chức năng SCALE................................................................20
Hình 3.11: Đồ thị lúc khởi động..............................................................................21
Hình 3.12: Đồ thị khi tắt vòi hút xa nhất.................................................................21
Hình 3.13: Đồ thị khi tắt 2 vòi hút xa nhất..............................................................22
Hình 3.14: Đồ thị khi tắt vòi hút gần nhất...............................................................22
Hình 3.15: Đồ thị khi tắt 2 vòi hút gần nhất............................................................24
Hình 4.1: Panelview Plus 7......................................................................................26
Hình 4.2: Kết nối HMI với PLC..............................................................................27
Hình 4.3: Cấu hình IP cho HMI...............................................................................28
Hình 4.4: Cấu hình RSLink Enterprise....................................................................29
Hình 4.5: Phần mềm Facorytalk View.....................................................................30
Hình 4.6: Tạo User..................................................................................................33
Hình 4.7: Thiết lập Security Codes..........................................................................33

Hình 4.8: Gán Security Codes cho trang Main........................................................34
Hình 4.9: Tạo Data Log...........................................................................................35
Hình 4.10: Khai báo Tag..........................................................................................35
Hình 4.11: Trang LOGIN........................................................................................36
Hình 4.12: Giao diện HMI trang MAIN..................................................................37
Hình 4.13: Giao diện HMI trang TREND................................................................38
Hình 5.1: Thư viện của Symbol Factory .NET........................................................44
Hình 5.2: Các thuộc tính trong Advanced HMI.......................................................46
Hình 5.3: Các thuộc tính trong Advanced HMI Controls........................................46
Hình 5.4: Các thuộc tính trong Advanced HMI Drivers.........................................47
Hình 5.5: Main Form...............................................................................................50
Hình 5.6: Properties của một thuộc tính sẵn có.......................................................51
Hình 5.7: Giao diện cài đặt đồ thị............................................................................53
Hình 5.8: Giao diện cài đặt thông số hiển thị đồ thị................................................54
Hình 5.9: Trend Form..............................................................................................55
Hình 5.10: Giao diện cài đặt DataLogger................................................................57
Hình 5.11: Kết quả demo Main Form......................................................................58
Hình 5.12: Kết quả demo Trend Form bám theo chế độ Manual.............................58
Hình 5.13: Kết quả demo theo chế độ Auto.............................................................59
Hình 5.14: Report dưới dạng file .log......................................................................59
Hình 5.15: Report dưới dạng file .csv......................................................................60
Hình 5.16: Alarm Form...........................................................................................60
Hình 6.1: Sơ đồ công nghệ SCADA Web................................................................62
Hình 6.2: Chuẩn giao tiếp OPC...............................................................................64
Hình 6.3: Cấu hình OPC Server..............................................................................65
Hình 6.4: Danh sách tag trong OPC Server.............................................................65
Hình 6.5: Danh sách cột trong SQL Server..............................................................68

Hình 6.6: Dữ liệu trong bảng cơ sở dữ liệu............................................................69
Hình 6.7: Nền tảng ASP.NET..................................................................................70
Hình 6.8: Plugin Boostrap.......................................................................................72
Hình 6.9: Cấu trúc Project.......................................................................................73
Hình 6.10: Giao diện web trang LOGIN.................................................................74
Hình 6.11: Giao diện web trang HomePage.............................................................75
Hình 6.12: Giao diện web trang About....................................................................76
Hình 6.13: Giao diện web trang Contract................................................................77
Hình 6.14: Cấu trúc ứng dụng Androi.....................................................................78
Hình 6.15: Tab HOME............................................................................................79
Hình 6.16: Tab About US........................................................................................80
Hình 6.17: Tab Contact US......................................................................................81
Hình 6.18: Tab Website...........................................................................................82


DANH MỤC BẢNG
YBảng 3.1: Control Tag...........................................................................................19
Bảng 3.2: Program Tag............................................................................................20
Bảng 4.1: Danh sách HMI Tag................................................................................32
Bảng 5.1: Các thành phần của Main Form và tag liên kết với PAC.........................49
Bảng 6.1: Liên kết tag OPC Server/Client và database............................................66

TÓM TẮT LUẬN VĂN


Trong quá trình công nghiệp hóa – hiện đại hóa đất nước, Tự động hóa là yếu tố
không thể thiếu trong một nền công nghiệp hiện đại. Nói đến tự động hóa thì máy tính
là một công cụ hỗ trợ đắc lực nhất và không thể thiếu được trong rất nhiều lĩnh vực,
đặc biệt là trong đo lường, điều khiển và giám sát. Nhưng nhược điểm của máy tính là

cồng kềnh, khó di chuyển, không thích hợp với giám sát thu thập dữ liệu từ xa.
Được sự định hướng của thầy Trương Đình Châu về tính khả thi của hệ thống
SCADA, SCADA Webserver và SCADA Mobile; nhóm chúng em đã nhận và thực
hiện đề tài: “ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG HÚT BỤI TRONG CÔNG
NGHIỆP”.
Với đề tài này, nhóm sẽ ứng những công cụ .NET vào việc xây dựng các công
nghệ giám sát và điều khiển từ xa như SCADA, SCADA Webserver và SCADA
Mobile. .NET cung cấp mọi dịch vụ cơ bản giúp ta tạo các công dụng mà ứng dụng
(application) đòi hỏi, giống như hệ điều hành cung cấp các dịch vụ cơ bản cho ứng
dụng (application), ví dụ như: đọc hay viết các tập tin (files) vào dĩa cứng (hard drive),
… Hệ thống giám sát và điều khiển từ xa không chỉ đáp ứng được nhu cầu làm việc tại
chỗ mà còn có tính di động. Khả năng lưu trữ dữ liệu với chức năng Datalogger và đồ
thị thời gian thực cho phép quản lý tính ổn định của hệ thống.
Để minh họa cho việc ứng dụng những công nghệ trên, nhóm đã tìm hiểu và
thực hiện trực tiếp lên hệ thống hút bụi công nghiệp - một trong những hệ thống phụ
trong các nhà máy nhưng có vai trò cực kỳ quan trọng.
Hi vọng đây sẽ là một trong những nghiên cứu bổ ích, có tính ứng dụng cao và
khả năng thực hiện diện rộng cho các nhà máy sản xuất công nghiệp, đáp ứng được quá
trình công nghiệp hóa - hiện đại hóa của nước nhà. Chúng em rất mong nhận được sự
đánh giá, chỉ ra những ưu – nhược điểm của luận văn của thầy cô, của bạn bè và người
đọc để có thể hoàn thiện thêm đề tài.


CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỂ TÀI
1.1. Giới thiệu và nhiệm vụ của luận văn
Ngày nay, khi các ngành công nghiệp đang phát triển vượt bậc, các thiết bị tại
nhà máy và phân xưởng được tự động hóa và hạn chế sự can thiệp trực tiếp của con
người, thì việc giám sát và điều khiển từ xa càng được nâng cao vai trò.
Tại nhà máy và phân xưởng, các thông số và tín hiệu được gửi về một trung tâm
điều khiển và được đưa ra các báo cáo dưới dạng cơ sở dữ liệu (database) và đồ thị.

Người sử dụng dựa trên các báo cáo này và điều chỉnh từ xa thông qua các thiết bị lập
trình sẵn như PLC hoặc vi xử lý. Các điều chỉnh này lại được đưa đến để điều khiển
các cơ quan chấp hành tại hiện trường như động cơ, van đóng mở,… Một vòng tuần
hoàn như vậy được diễn ra dưới sự điều khiển và giám sát từ xa của con người.
Trên thực tế, việc điều khiển tại các nhà máy phân xưởng được cải thiện nhiều
từ việc sử dụng các công cụ vật lý liên quan trực tiếp đến các phần tử chấp hành; đến
việc điều khiển trên một giao diện người – máy là HMI. Tuy nhiên, giải pháp HMI
cũng chỉ được sử dụng tại chỗ, ngay tại bảng điều khiển của nhà máy. Vì thế vai trò của
SCADA, HMI Webserver và Mobile SCADA được đánh giá cao hơn. Tính di động của
các công cụ này được dự đoán sẽ dần thay thế chức năng của con người trong lĩnh vực
điều khiển và giám sát, giúp tiết kiệm được khá lớn công sức con người cũng như giảm
thiểu sự nguy hiểm tại hiện trường, đặc biệt là các ngành hóa học, năng lượng, công
nghệ sinh học và dược phẩm,… gây ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe.
Đề tài của nhóm được chọn nhằm phát triển hệ điều khiển và giám sát từ xa của
các hệ thống công nghiệp trong tương lai, đưa lĩnh vực tự động hóa lên một tầm cao
mới, đáp ứng được nhu cầu công nghiệp hóa, hiện đại hóa ngày càng cấp thiết của
nước nhà.
1.2. Đối tượng nghiên cứu
Luận văn chủ yếu xoay quanh các chức năng điều khiển và giám sát từ xa. Từ
đó ứng dụng thực tế vào mô hình máy hút bụi công nghiệp.
1.3. Phương pháp thực hiện luận văn


Dựa trên cấu tạo và chức năng của hệ thống máy hút bụi công nghiệp, luận văn
được thực hiện theo quy trình:
- Nghiên cứu hệ thống máy hút bụi thực tế trong công nghiệp.
- Nghiên cứu và tìm hiểu PLC, biến tần, HMI.
- Mô hình hóa bằng sơ đồ khối.
- Thực hiện lắp ráp phần cứng.
- Kết nối phần cứng và lập trình.

- Xây dựng giao diện người máy HMI.
- Xây dựng giao diện điều khiển và giám sát SCADA.
- Xây dựng hệ cơ sở dữ liệu database và đưa lên giám sát trên Webserver.
- Xây dựng Mobile SCADA dựa trên nền tảng Webview dưới trang Web đã
-

xây dựng trước.
Theo dõi kết quả và đánh giá các chức năng trên.


CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG MÁY HÚT BỤI CÔNG NGHIỆP
2.1. Bài toán thực tế
2.1.1. Vấn đề của hệ thống hút bụi công nghiệp
Hiện nay, hệ thống hút bụi có mặt ở tất cả các nhà máy sản xuất như nhà máy
gỗ, gạch, chế tạo kim loại, sơn…Tuy nhiên, nếu hoạt động hết công suất, hệ thống này
sẽ tiêu thụ khá nhiều năng lượng.
Vấn đề năng lượng đang ngày càng trở nên quan trọng trên thế giới, vì vậy
những hệ thống trong sản xuất nên được tối ưu hóa khả năng tiết kiệm năng lượng,
nhằm tránh những chi phí phát sinh trong quá trình sản xuất để tạo được sản phẩm có
giá trị sử dụng cao nhưng vẫn đảm bảo được giá cả vừa phải trên thị trường. Đối với hệ
thống máy hút bụi công nghiệp, việc áp dụng công nghệ khởi động mềm bằng biến tần
dưới sự điều khiển của PLC sẽ giúp tiết kiệm được một khoản lớn trong việc tiêu thụ
năng lượng. Mặt khác, đa phần bụi công nghiệp có ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe
của con người. Vì vậy, một hệ thống điều khiển và giám sát từ xa sẽ đảm bảo được
công suất hoạt động của hệ thống cũng như giải quyết được vấn đề con người trong
qua trình sản xuất.
2.1.2. Hoạt động và yêu cầu kỹ thuật của hệ thống hút bụi
Quy trình hoạt động của hệ thống:
1. Khí sạch được quạt đẩy ra ngoài.
2. Van khóa chụp hút (blast gate): khóa chụp hút lại khi không chạy máy.

3. Quạt hút (fan): bụi tạo ra áp suất hút (âm) ở đầu đường hút bụi.
4. Chụp hút (Pick up hood): bố trí ở vị trí các máy sản xuất có bụi. Luồng không
khí được hút vào chụp hút, kéo theo bụi do sản xuất sinh ra.


5. Hệ thống ống dẫn (ducting): dẫn luồng khí đem theo bụi từ các chụp hút đi đến
bộ phận tách bụi (duct collector). Bộ phận tách bụi có thể là cyclone hoặc túi lọc
bụi (bags).
6. Bụi ở đáy bộ phận tách bụi được tái sử dụng.

Hình 2.1: Sơ đồ hoạt động của hệ thống
2.1.3. Tính chất hoạt động của hệ thống hút bụi
Quạt hút phải tạo đủ áp suất hút P để hút hạt bụi vào và đẩy hạt bụi đi theo
đường ống về cyclone và bộ lọc.
 Áp suất hút P phụ thuộc vào lưu lượng quạt hút Q và trở kháng đường ống dẫn
khí.
 Lưu lượng hút Q càng cao thì áp suất hút P càng lớn.
 Với cùng một lưu lượng không khí Q, nếu đường ống bị bóp lại (tăng trở kháng)
thì áp suất hút P sẽ tăng lên.
 Hệ thống hút bụi được thiết kế để hút bụi cho tất cả các máy trong xưởng. Lưu
lượng định mức Qn của quạt hút phải bảo đảm áp suất hút định mức P n khi tất cả
các chụp hút được mở.


2.1.4. Giải pháp tiết kiệm dùng PLC và biến tần
 Thông thường, luôn có một số máy trong xưởng không hoạt động, các chụp hút
ở các máy này đóng lại, tổng đường ống bị bóp lại làm áp suất hút P mạnh hơn
so với áp suất hút yêu cầu Pn.
 Nếu động cơ của quạt chạy trực tiếp với điện áp lưới, động cơ chạy hết tốc độ
làm cho quạt chạy thừa công suất so với yêu cầu hút bụi.

Để giải quyết nhu cầu tiết kiệm điện, PLC và biến tần điều chỉnh tốc độ quay
của quạt. Ở chế độ tự động, biến tần giảm tốc độ quay của quạt, giúp áp suất hút dư
thừa được giảm xuống đến mức vừa đủ để hút bụi Pn.

Hình 2.2: Đặc tuyến áp suất của quạt hút theo lưu lượng
Nguyên lý tiết kiệm năng lượng được giải quyết như sau:


1. Biến tần giảm tốc độ quay của quạt xuống còn n 2, điểm làm việc chuyển về

điểm Ab, với áp suất hút vừa đủ vừa bằng P n. Năng lượng tiêu thụ W b lúc này là
diện tích hình chữ nhật với đường chéo OAb.
2. Chế độ làm việc đầy tải là khi tất cả các máy hoạt động, điểm làm việc A n là
giao điểm đặc tuyến của quạt và đặc tuyến đường ống với tất cả chụp hút mở.
Áp suất hút là Pn.
3. Khi một số chụp hút đóng lại, trở kháng đường ống tăng lên. Điểm làm việc
chuyển về điểm Av, áp suất hút là P2 cao hơn áp suất hút cần thiết Pn. Năng
lượng tiêu thụ Wv là diện tích hình chữ nhật với đường chéo OAv.
4. Tốc độ của quạt giảm khi chạy nhẹ tải làm giảm năng lượng tiêu thụ.
2.2. Thiết kế và thi công mô hình
Trên thực tế, để tiết kiệm năng lượng, thường chỉ cần sử dụng biến tần ở chế độ
tự điều chỉnh PID theo cảm biến. Tuy nhiên, việc điều khiển và giám sát sẽ trở nên khó
khăn. Vì vậy, điều khiển biến tần thông qua một PLC sẽ đảm bảo được yêu cầu của bài
toán đặt ra.
Từ đó, nhóm đã thiết kế lại mô hình với hệ thống ống dẫn, quạt hút, cảm biến
dưới sự điều khiển của PLC và biến tần. Tuy nhiên, về mặt kỹ thuật, mô hình chỉ đảm
bảo được việc kiểm tra tính khả thi của hệ thống cũng như các ứng dụng giám sát, còn
về giải pháp tiết kiệm năng lượng vẫn chưa thực sự chính xác vì đòi hỏi nhiều kiến
thức động lực học của hệ thống.

Hình 2.3: Mô hình tự xây dựng


CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG MÔ HÌNH VÀ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN
3.1. Cấu trúc phần cứng
3.1.1. Mô tả thống hút bụi công nghiệp trên thực tế

Hình 3.1: Sơ đồ hệ thống tổng quan
Dựa trên yêu cầu kỹ thuật của các nhà máy, hệ thống trên được điểu khiển dưới
một PLC và biến tần để đảm bảo hiệu suất tối đa của các ống hút nhưng vẫn giữ được
mức năng lượng tối thiểu nhằm tiết kiệm hơn những chi phí.

Hình 3.2: Mô hình hệ thống chi tiết
3.1.2. Mô hình thực tế của luận văn


Từ sơ đồ trên, ta có sơ đồ khối sau, thể hiện sự kết nối và vai trò của PLC và
biến tần trong hệ thống:

Hình 3.3: Sơ đồ hệ thống
Sơ đồ trên cho ta thấy, khí từ các ống nhánh sẽ được đưa về một nhánh tổng,
cuối nhánh tổng có một cảm biến áp suất. Cảm biến này sẽ truyền tín hiệu về cho PLC,
PLC sẽ xử lý đưa ra các thông số điều khiển để biến tần hoạt động, điều khiển tần số
của quạt hút sao cho phù hợp. Dựa trên sơ đồ khối, nhóm đã xây dựng mô hình thực tế
gồm các thành phần: hệ thống ống gồm 3 nhánh và một nhánh tổng, cảm biến áp suất,
cyclone và quạt hút được tích hợp chung trong một máy hút bụi, bộ điều khiển
Compact Logix và biến tần Power Flex 525.

Hình 3.4: Mô hình tự xây dựng
3.1.2. Biến tần PowerFlex 535
a/ Chức năng của biến tần
Biến tần là thiết bị làm thay đổi tần số dòng điện đặt lên cuộn dây bên trong
động cơ và thông qua đó biến tần có thể điều khiển tốc độ động cơ một cách vô cấp,
không cần dùng đến các hộp số cơ khí. Biến tần được trang bị nhiều tính năng thông
minh như: tự động nhận dạng động cơ, tính năng điều khiển qua mạnh, khống chế dòng
khởi động động cơ giúp quá trình khởi động êm ái (mềm) nâng cao độ bền kết cấu cơ
khí; giảm thiểu chi phí lắp đặt, bảo trì; tiết kiệm không gian lắp đặt; các chế độ tiết
kiệm năng lượng,…. Ngoài ra biến tần còn có các chế độ bảo vệ quá tải, quá nhiệt, quá
dòng, quá áp, lỗi mất pha,…
b/ Thông số cơ bản
PowerFlex 525 0.75kW (1Hp) AC Drive
RS Stock No.890-4307
BrandAllen Bradley
Mfr. Part No.25B-A4P8N114


 Power Rating

0.75 (Heavy Load) kW, 0.75 kW

 Phase

1

 Supply Voltage

200 → 240 V

 For Use With

Networked Machine

 Current Rating

4.8 A

 IP Rating

IP20, IP30

 Output Frequency

500Hz

 Control Panel

Yes

 Filter Included

Yes

 Field Bus Communication Type: DeviceNet Option Card, Ethernet/IP,
Ethernet/IP Option Card, Integral RS485 with ModBus RTU/DSI Dual Port,
Profibus DP Option Card
c/ Cấu hình biến tần
- Thiết lập thông số động cơ:
P031 [Motor NP Volts]

Điện áp động cơ

P032 [Motor NP Hertz]

Tần số động cơ

P033 [Motor OL Current] Giá trị quá dòng
P035 [Motor NP Poles]

Số cực động cơ

P036 [Motor NP RPM]

Tốc độ quay của động cơ

P037 [Motor NP Power]

Công suất động cơ

P043 [Minimum Freq]

Tần số điều khiển nhỏ nhất

P044 [Maximum Freq]

Tần số điều khiển lớn nhất

- Thiết lập chế độ điều khiển: điều khiển thông qua Enthernet
P046 [Start Source 1]

Điều khiển Start/Stop

P047 [Speed Reference1] Điều khiển tốc độ

2 “DigIn TrmBlk”
5 “0-10V Input”


3.1.3. Cảm biến áp suất
VALCOM VPRNP-A6
- Tầm đo:

+/- 10kPa

- Nguồn cấp: 24VDC
- Tín hiệu ra: 4-20mA
- Cảm biến 2 dây
3.2. PID trong Compact Logix
3.2.1. Giới thiệu sơ lược về PAC Compact Logix
Compact Logix là dòng PAC (Programmable Automation Controller) thuộc họ
Logix cho các ứng dụng vừa và nhỏ (mid-range applications). Compact Logix cho
phép người dùng có thêm nhiều lựa chọn linh động cho các ứng dụng của mình từ các
máy độc lập đơn lẻ, các dây chuyền sản xuất hoặc các hệ thống SCADA vừa. Hệ thống
vừa và nhỏ ở đây có thể được hiểu là dưới 1000 I/O.
Một số đặc tính nổi bật của Compact Logix:


Tích hợp Motion trên Ethernet/IP tối đa 16 trục (L3)



Trên mỗi CPU có sẵn 2 cổng Ethernet (Dual-port) hỗ trợ Devive Level Ring.



Cổng USB 2.0 để lập trình



Thẻ nhớ SD 1G dùng để Backup chương trình



Hỗ trợ Remote I/O trên Ethernet/IP



Không cần pin.



Lập trình bằng phần mềm Rslogix 5000 Version 20 trở lên.


Hình 3.5: PAC Compact Logix


Compact Logix không cần Chassis mà có thể gắn luôn lên Din-rail. Các Module
được nối với nhau qua khớp nối bên hông mỗi Module và kết thúc bằng nắp chặn

cuối.



CPU: Có thể là L1x, L2x hay L3x. L1x sử dụng các module IO là PointIO còn
L2x và L3x sử dụng CompactIO.



Bộ nguồn: Bộ nguồn cấp nguồn cho các module. Đối với L1x và L2x bộ nguồn
tích hợp luôn với CPU. Cần mua thêm bộ nguồn 24VDC.



Module I/O: Các module gắn như hình minh họa trên.



Compact Logix gần như không lắp thêm được module truyên thông mạng nào
mà chủ yếu sử dụng mạng Ethernet/Ip qua các cổng có sãn trên CPU. Các module
mạng có thể mở rộng thường chỉ là DeviceNet hoặc Modbus.
Compactlogix rất linh động cho các ứng dụng vừa và nhỏ. Tận dụng được tối đa

các lợi ích của Kiến trúc tích hợp của Rockwell Automation trong khi tiết kiệm được
chi phí.


3.2.2. Giải quyết bài toán bằng PID
Như đã nói ở phần giới thiệu, hệ thống hút bụi công nghiệp sử dụng thêm biến
tần và PLC để điều khiển nhằm nâng cao năng suất và tiết kiệm năng lượng, để làm

được điều này áp dụng giải thuật PID vào hệ thống là giải pháp tối ưu nhất.
a/ Sơ lược về giải thuật PID
PID là cách viết tắc của các từ Propotional (tỉ lệ), Integral (tích phân),
Derivative (đạo hàm) và là giải thuật điều khiển được dùng nhiều nhất trong các ứng
dụng điều khiển tự động với yêu cầu chính xác (accurate), nhanh (fast response), ổn
định

(small

overshot).

Hình 3.6: Giải thuật PID
Một điều rất tự nhiên, với yêu cầu nhanh thì một cách đơn giản để công thức
hóa ý tưởng này là dùng quan hệ tuyến tính:

F=Kp*e


Trong đó Kp là một hằng số dương nào đó mà chúng ta gọi là hệ số P
(Propotional gain), e là sai số cần điều khiển. Mục tiêu điều khiển là đưa e (sai số) tiến
về 0 càng nhanh càng tốt. Rõ ràng nếu Kp lớn thì tác động nhanh của điều khiển cũng
càng lớn. Tuy nhiên, do quán tính mà việc điều khiển càng nhanh càng gây ra tính mất
ổn định (do lực quán tính và lực điều khiển tạo ra cặp đối lực xuất hiện ở hai khoảng
thời gian liên tiếp nhau vì vậy chúng tạo ra dao động không kiểm soát được).
Như vậy, ta sẽ sử dụng đạo hàm của sai số e để làm tăng giá trị nhưng ngược
chiều của lực F (vì e đang giảm nhanh dần). Nếu sử dụng đạo hàm làm thành phần
“thắng” thì có thể giảm được overshot của xe. Thành phần “thắng” này chính là thành
phần D (Derivative) trong bộ điều khiển PID mà chúng ta đang khảo sát. Thêm thành
phần D này vào bộ điều khiển P hiện tại, chúng ta thu được bộ điều khiển PD như sau:

F=Kp*e + Kd*(de/dt)
Trong đó (de/dt) là vận tốc thay đổi của sai số e và Kd là một hằng số không âm
gọi là hệ số D (Derivative gain).
Sự hiện diện của thành phần D làm giảm overshot vật thể điều khiển khi nó tiến
gần về vị trí cân bằng (vị trí ổn định), lực F gồm 2 thành phần Kp*e > =0 (P) và
Kd*(de/dt) <=0 (D). Trong một số trường hợp thành phần D có giá trị lớn hơn thành
phần P và lực F đổi chiều, “thắng” (hãm tốc) lại, yếu tố cần điều khiển (ví dụ vận tốc,
vị trí...) của vật thể giảm mạnh ở gần vị trí cân bằng. Một vấn đề nảy sinh là nếu thành
phần D quá lớn so với thành phần P hoặc bản thân thành phần P nhỏ thì khi tiến gần
điểm cân bằng (chưa thật sự đến vị trí này), vật thể có thể dừng hẳn, thành phần D
bằng 0 (vì sai số e không thay đổi nữa), lực F = Kp*e. Trong khi Kp và e lúc này đều
nhỏ nên lực F cũng nhỏ và có thể không thắng được lực ma sát tĩnh. Sai số e trong tình
huống này gọi là steady state error (tạm dịch là sai số trạng thái tĩnh). Để tránh steady
state error, người ta thêm vào bộ điều khiển một thành phần có chức năng “cộng dồn”
sai số. Khi steady state error xảy ra, 2 thành phần P và D mất tác dụng, thành phần điều
khiển mới sẽ “cộng dồn” sai số theo thời gian và làm tăng lực F theo thời gian. Đến


một lúc nào đó, lực F đủ lớn để thắng ma sát tĩnh và đẩy vật tiến tiếp về điểm cân bằng.
Thành phần “cộng dồn” này chính là thành phần I (Integral - tích phân) trong bộ điều
khiển PID. Vì chúng ta điều biết, tích phân một đại lượng theo thời gian chính là tổng
của đại lượng đó theo thời gian. Bộ điều khiển đến thời điểm này đã đầy đủ là PID:

F=Kp*e + Kd*(de/dt)+Ki*∫edt
Như vậy, chức năng của từng thành phần trong bộ điều khiển PID giờ đã rõ. Tùy
vào mục đích và đối tượng điều khiển mà bộ điều khiển PID có thể được lượt bớt để
trở thành bộ điều khiển P, PI hoặc PD. Công việc chính của người thiết kế bộ điều
khiển PID là chọn các hệ số Kp, Kd và Ki sao cho bộ điều khiển hoạt động tốt và ổn
định (quá trình này gọi là PID gain tuning). Đây không phải là việc dễ dàng vì nó phụ
thuộc vào nhiều yếu tố.

b/ PID trong Compact Logix

Hình 3.7: Khối PID trong RSLogix 5000
Khối PID trong Compact Logix ngoài chức năng người dùng tự nhập các thông
số Ki, Kp, Kd của bộ điều khiển; còn có chức năng tự tìm ra thông số cho hệ thống.
Sau khi config một số thông số cơ bản trong khối ở bảng cài đặt, PID Block sẽ tự điều
chỉnh thông số sao cho phù hợp với yêu cầu. Sau đây là một số tùy chọn được chỉnh
trong phần cài đặt khối PID.


Hình 3.8: Giao diện config của khối PID
Trong ô PID Equation có 2 lựa chọn là Dependent và Independent:
-

Chọn Dependent. Hàm truyền bộ điều khiển có dạng phụ thuộc

-

Chọn Independent. Hàm truyền bộ điều khiển có dạng độc lập

Với hệ thống của bài toán ta chọn Independent, với các thông số Kp, Ki, Kd
được điền vào khung Turning. Các thông số còn lại chọn như trên hình 3.8.
Chuyển sang ô Scalling.