1 Tổng quan về bộ điều khiển PID

3.1.2 Chỉnh định PID

Các phương pháp chỉnh định tham số cho bộ PID được phân loại thành 5 nhóm

chính như sau:

- Các phương pháp dựa trên đặc tính sử dụng một số đặc điểm của q trình

và tính tốn các tham số bộ điều khiển để thu được các đặc tính vòng kín mong

muốn.

-Các phương pháp mơ hình mẫu tổng hợp bộ điều khiển dựa trên mơ hình

tốn học của q trình và mơ hình mẫu của hệ kín hoặc hệ hở ( đưa ra dưới dạng

hàm truyền đạt hoặc đặc tính đáp ứng tần số ).

- Các phương pháp nắn đặc tính tần số theo quan điểm thiết kế truyền thơng,

sử dụng mơ hình hàm truyền đạt hoặc mơ hình đáp ứng tần số của q trình và tính

tốn các khâu bù sao cho các đường đặc tính tần số hệ hở hay hệ kín đạt được các

chỉ tiêu thiết kế trên miền tần số như dải thông, độ dự trữ biên và pha …

- Các phương pháp tối ưu tham số sử dụng mơ hình tốn học của q trình

tốn học của q trình và xác định các tham số của bộ điều khiển bằng cách cực

tiểu hóa/cực đại hóa một tiêu chuẩn chất lượng.

- Các phương pháp dựa trên luật kinh nghiệm bắt trước suy luận của con

người, có thể sử dụng cả đáp ứng của quá trình và các đặc tính đáp ứng vòng kín

mong muốn.



3.1.3 Lựa chọn luật điều khiển

Theo astrom và hangglund đưa ra một số nguyên tắc cơ bản sau:

-



Chọn luật điều khiển PI là đủ nếu như q trình có đặc tính của một khâu

qn tính bậc nhất và khơng có thời gian trễ, hoặc yêu cầu chính là chất

lượng điều khiển ở trạng thái xác lập, còn đặc tính bán tín hiệu chử đạo

trong q trình q độ khơng đặt ra hàng đầu. Thành phần I có thể bỏ qua

nếu đối tượng đã có đặc tính tích phân hoặc sai lệch tĩnh không nhất thiết

phải triệt tiêu.



-



Chọn luật điều khiển PID nếu như q trình có đặc tính của khâu bậc 2 và



-



thời gian trễ tương đối nhỏ.

Đối với các quá trình có thời gian trễ lớn cần sử dụng các khâu bù trễ

Sử dụng các khâu bù nhiễu nếu khả năng thực hiện cho phép để cải thiện



-



chất lượng điều khiển.

Các luật điều khiển P, PI, PD có thể chưa đáp ứng được yêu cầu đặt ra về

chất lượng điều khiển đối với các quá trình bậc cao, thời gian trễ lớn hoặc

giao động mạnh. Khi đó cần sử dụng các thuật toán điều khiển tiên tiến hoặc

các sách lược điều khiển đặc biệt hơn.



Kết luận: Từ 5 nguyên tăc trên với nhu cầu đáp ứng theo hệ thống trong đồ án có

đối tượng đáp ứng là bậc nhất thì chúng em đưa ra kết luận sử dụng luật điều khiển P hoặc

PI. Vì quá trình và cảm biến trong vòng điều khiển áp suất nhanh hơn thiết bị chấp hành.

Q trình có đặc tính tích phân nên sử dụng luật P cho điều khiển lỏng và luật luật PI cho

điều khiển chặt (thời gian tích phân lớn ). Nhưng do u cầu cao hơn về độ chính xác vì

lý do an tồn trong q trình đo. Ngồi ra còn khâu PID thường đáp ứng với khâu quán

tính bậc 2. Và thành phần vi phân D ít sử dụng bởi thực sự không cần thiết, hơn nữa phép

đo áp suất ít khi có sự ảnh hưởng của nhiễu. Nên trong q trình đo áp suất khơng sử

dụng luật PID.

Cách chọn luật điều khiển cũng như sự cần thiết sử dụng các sách lược bổ sung

tóm tắt trong bảng sau:

Điều khiển chặt

STT



1

2



3

4



Điều kiện

q1và k1

q1 > 1

k1 < 1, 5

0, 6 < q1 > 1

1, 5 < k1 <

2, 25

0,15 < q1 <

0, 6

2, 25 < k1 <

15

q1 < 0,15; k1



Nhiễu đo

lớn



Giới hạn

điều khiển

nhỏ



I



I+FFC+

(DTC)



PI+FFC

+(DTC)



Nhiễu đo nhỏ

và giới hạn

điều

khiển lớn

PI+FFC+DT

C



I or PI



I+(FFC)



PI+ (FFC)



PI+FFC+DT C



PI



PI



PI or PID



PID



P or PI



PI



PI or PID



PI or PID



Điều khiển

lỏng



5



> 1, 5

q2 > 0.3; k2

<2

q1 < 0, 3

k2 > 2



PD+

S PW



PPT



PD

+SPW



GHI CHÚ

FFC : bù nhiễu lọc nhiễu(Feed Forward compensation)

DTC ; bù trễ(Dead time compensation)

SPW : trọng số tín hiệu đặt (SetPoint Weighting)

PPT : chỉnh đặt điểm cực(pole Placement Tuning)



PD +SPW



Đối với đối tượng có mơ hình là khâu qn tính bậc nhất có trễ:

Hệ số khuếch đại chuẩn hóa và thời gian trễ chuẩn hóa là :

và

Từ các hệ số trên áp dụng vào quá trình đo áp suất với đối tượng điều khiển có hàm

truyền đạt được xác định ở phần dưới:



Khi đó ta xác định được:

Dựa theo bảng trên ta thấy đối tượng trên sử dụng luật điều khiển PI

hoặc luật PID do =0,16 nên thuộc vào trường hợp 3 trong bảng trên.

Từ các nhận xét trên, chúng ta thấy lựa trọn luật điều khiển PI cho đối tượng cụ thể

trong đồ án này là phù hợp.



3.1.4 Tổng hợp bộ điều khiển PID

Xét hệ thống điều khiển PI có cấu trúc vòng kín như hình vẽ sau:



Trong đó:

r : là tín hiệu đặt

y : tín hiệu đáp ứng đầu ra(Process value)

e : tín hiệu sai lệch,sai số(e=SP-PV)

u : là tín hiệu đầu ra bộ điều khiển

3.1.4.1 Thiết kế bộ điều khiển PI theo Ziegler-Nichols

Nội dung chính của phần này là trình bây cách tổng hợp bộ điều khiển PI sao cho

tín hiệu ra của hệ thống(y) bám vào giá trị đặt là giá trị mà chúng ta mong muốn ở đầu ra

hệ thống.

Mô phỏng hệ thống dùng bộ điều khiển PI với sự trợ giúp của máy tính.

Phương trình vi phân mơ tả hiệu chỉnh PI là:

u(t) = KP e(t) + KI ò e(t)dt

KP: hệ số khâu tỉ lệ.

KI: hệ số khâu tích phân.

KD:hệ số khâu vi phân.

Biến đổi Laplace:

Trong đó:

,



,



Trong đó:

Kc là hệ số khuếch đại

Ti :thời gian tích phân

Từ hàm truyền đạt trên miền ảnh laplace ta chuyến sang miền ảnh Z. Theo tustin

thì:

với T là chu kì trích mẫu

Ta thay vào biểu thức ta được biểu thức:



3.1.4.2 Hai phương pháp xác định tham số PID của Ziegler-Nichols

+ Phương pháp 1:

Sử dụng dạng mơ hình xấp xỉ qn tính bậc nhất có trễ của đối tượng điều khiển:



+ Phương pháp 2:

Khơng dùng đến mơ hình tốn học của đối tượng,nhưng chỉ áp dụng cho 1 lớp các

đối tượng nhất định

Nhận xét:

Do hàm truyền đối tượng là động cơ bơm là khâu qn tính bậc nhất có trễ:



Nên ta sẽ chọn phương pháp 1 để tìm tham số PID cho hệ thống.

Các tham số của bộ điểu khiển thực dụng sẽ được chỉnh định theo luật tương ứng

tóm tắt bảng dưới đây:

Luật điều khiển

P

PI

PID



Kc



Ti

--



Td

--



3,3T1

2 T1



0,5 T1



4



GIỚI THIỆU PHẦN MỀM TIA PORTAL



4.1 Tổng quan

Phần mềm TIA Portal cung cấp một môi trường thân thiện cho chúng ta nhằm phát

triển, chỉnh sửa và giám sát mạng logic được yêu cầu để điều khiển ứng dụng, bao gồm

các công cụ dành cho quản lý và cấu hình tất cả các thiết bị trong dự án, như các thiết bị

PLC hay HMI.

TIA Portal cung cấp hai ngơn ngữ lập trình (LAD và FBD) để thuận tiện và có hiệu

quả trong việc phát triển chương trình điều khiển đối với ứng dụng, và còn cung cấp các

cơng cụ để tạo ra và cấu hình các thiết bị HMI trong đề án.

Để cài đặt TIA Portal, cần đưa đĩa CD vào trong ổ CD-ROM của máy tính.

Trình cài đặt sẽ khởi động một cách tự động và nhắc trong suốt quá trình cài đặt.

Cấu hình thiết bị:

Chúng ta tạo ra cấu hình thiết bị cho PLC bằng cách thêm một CPU và các Module

bổ sung vào đề án.



Figure 27 Kết cấu làm việc vói TIA PORTAL

(1) Module truyền thơng (CM): Tối đa là 3, được chèn vào các khe số 101, 102

và 103.

(2) CPU: Khe số 1.

(3) Cổng Ethernet của CPU.

(4) Bảng tín hiệu (SB): Tối đa là 1, được chèn vào CPU.

(5) Module tín hiệu (SM) dành cho I/O tương tự hay số: Tối đa là 8, được chèn

vào trong các khe từ 2 đến 9.



4.2 Cách tạo project

Bước 1: Từ màn hình desktop nhấp đúp chọn biểu tượng Tia Portal V14



Bước 2: Click chuột vào Create new project để tạo dự án.



Bước 3: Nhập tên dự án vào Project name sau đó nhấn Create.



Bước 4: Chọn configure a device.



Bước 5: Chọn add new device



Bước 6: Chọn loại CPU PLC sau đó chọn add



Bước 7: Project mới được hiện ra



 Thêm Module vào project

Bước 1: Click chuột loại Module cần thêm



Bước 2: Chọn Module cần thêm



Lúc này trên giao diện sẽ hiện ra các khung màu xanh. Đây là vị trí để đặt Module

cần thêm.

Bước 3: Kéo thả Module vào khung xanh hoặc nhấp đúp chuột vào Module.

Module được thêm vào



 Xóa Module

Click chuột phải vào Module cần xóa và chọn Delete



4.3 Tag của PLC

4.4 Làm việc với một trạm PLC



4.4.1 Quy định địa chỉ IP cho Module PLC

IP TOOL có thể thay đổi IP address của PLC S7-1200 bằng 1 trong 2 cách.

Phương pháp thích hợp được tự động xác định bởi trạng thái của địa chỉ IP đó