Giới thiệu hệ thống điều khiển nhiệt độ và nhiệm vụ luận văn

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐIỀU KHIỂN & GIÁM SÁT LÒ NHIỆT
PHẦN 1
GIỚI THIỆU
CÁC ĐỐI TƯỢNG
LIÊN QUAN
GVHD : BÙI THANH HUYỀN & 1 & SVTH :NGUYỄN MINH TÂM
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐIỀU KHIỂN & GIÁM SÁT LÒ NHIỆT
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
GVHD : BÙI THANH HUYỀN & 2 & SVTH :NGUYỄN MINH TÂM
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐIỀU KHIỂN & GIÁM SÁT LÒ NHIỆT
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 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 : 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 40µV/1
0

C
• 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
GVHD : BÙI THANH HUYỀN & 3 & SVTH :NGUYỄN MINH TÂM
X
Bộ điều khiển Bộ phận gia nhiệt
Cảm biến nhiệt độ
Giá trị đặt
Nhiệt độ
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐIỀU KHIỂN & GIÁM SÁT LÒ NHIỆT
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
GVHD : BÙI THANH HUYỀN & 4 & SVTH :NGUYỄN MINH TÂM
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐIỀU KHIỂN & GIÁM SÁT LÒ NHIỆT

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.
GVHD : BÙI THANH HUYỀN & 5 & SVTH :NGUYỄN MINH TÂM
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐIỀU KHIỂN & GIÁM SÁT LÒ NHIỆT
 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,
GVHD : BÙI THANH HUYỀN & 6 & SVTH :NGUYỄN MINH TÂM
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐIỀU KHIỂN & GIÁM SÁT LỊ NHIỆT
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
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
Khơng Có Có Có
Dễ thay đổi
điều khiển
Rất khó Khó Khó Đơn giản
Cơng tác bảo
trì

Kém-có rất
nhiều cơng tác
Kém- nếu IC
được hàn
Kém- có rất
nhiều mạch
điện từ
chun
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.
GVHD : BÙI THANH HUYỀN & 7 & SVTH :NGUYỄN MINH TÂM
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐIỀU KHIỂN & GIÁM SÁT LỊ NHIỆT
- 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:
- 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)
GVHD : BÙI THANH HUYỀN & 8 & SVTH :NGUYỄN MINH TÂM
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐIỀU KHIỂN & GIÁM SÁT LÒ NHIỆT

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

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
GVHD : BÙI THANH HUYỀN & 9 & SVTH :NGUYỄN MINH TÂM
Processcor Memory
Power
Supply
CENTRAL
PROCESSING

UNIT
IN
PUT
OUT
PUT
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐIỀU KHIỂN & GIÁM SÁT LÒ NHIỆT
Bộ phận Nhiệm vụ
Rãnh trượt … Là giá của S7-300
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 định vị, 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 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
GVHD : BÙI THANH HUYỀN & 10 & SVTH :NGUYỄN MINH TÂM
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐIỀU KHIỂN & GIÁM SÁT LÒ NHIỆT
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.
GVHD : BÙI THANH HUYỀN & 11 & SVTH :NGUYỄN MINH TÂM
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐIỀU KHIỂN & GIÁM SÁT LÒ NHIỆT
- 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.
GVHD : BÙI THANH HUYỀN & 12 & SVTH :NGUYỄN MINH TÂM
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐIỀU KHIỂN & GIÁM SÁT LÒ NHIỆT
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
GVHD : BÙI THANH HUYỀN & 13 & SVTH :NGUYỄN MINH TÂM
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐIỀU KHIỂN & GIÁM SÁT LÒ NHIỆT
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 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
GVHD : BÙI THANH HUYỀN & 14 & SVTH :NGUYỄN MINH TÂM
Biến ngôn
ngữ đầu
vào
Biến ngôn
ngữ đầu ra
Luật
hợp
thành
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐIỀU KHIỂN & GIÁM SÁT LÒ NHIỆT
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.
Hình 4 : khai báo biến ngôn ngữ vào/ra
-Chỉ tạo lập được bộ điều khiển với tối đa 4 biến ra.
Aán 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:
GVHD : BÙI THANH HUYỀN & 15 & SVTH :NGUYỄN MINH TÂM
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐIỀU KHIỂN & GIÁM SÁT LÒ NHIỆT
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 :
GVHD : BÙI THANH HUYỀN & 16 & SVTH :NGUYỄN MINH TÂM
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐIỀU KHIỂN & GIÁM SÁT LÒ NHIỆT

c. Hàm thuộc cho biến Kr và Kp :
GVHD : BÙI THANH HUYỀN & 17 & SVTH :NGUYỄN MINH TÂM
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐIỀU KHIỂN & GIÁM SÁT LÒ NHIỆT
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
GVHD : BÙI THANH HUYỀN & 18 & SVTH :NGUYỄN MINH TÂM
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐIỀU KHIỂN & GIÁM SÁT LÒ NHIỆT
▼ 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.
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 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.
Sau khi khai báo xong số các giá trị (tập mờ )cho biến ra Output01 ta nhấn
phím OK vào màn hình soạn thảo. Khác với biến ngôn ngữ đầu vào, giá trị(tập mờ)
của các ra chỉ có duy nhất một dạng singleton.
Muốn sửa đổi giá trị ngôn ngữ nào ta tích cực nó bằng cách chọn tên tập mờ
của giá trị 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.
4.6.Soạn thảo luật hợp thành :
Sau khi khai báo xong biến ngôn ngữ vào/ra và các giá trị(tập mờ) cho chúng chẳng
hạn như ta đã khai báo m biến vào Input, … ,Inputm vớí các giá trị A
m
và s biến ra
Output 1=B
n1
,…, output s với các giá trị 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
Outputs =B
1s
R
2
: Nếu Input 1=A
21
và… và Inputm =A

2m
thì Output 1= B
21
và…và
GVHD : BÙI THANH HUYỀN & 19 & SVTH :NGUYỄN MINH TÂM