Luận văn Điều khiển PID tay máy

MỤC LỤC Phần 1: LÝ THUYẾT LIÊN QUAN Giới thiệu về động cơ điện một chiều: Động cơ DC là động cơ điện hoạt động với dòng điện một chiều. Động cơ điện một chiều ứng dụng rộng rãi trong các ứng dụng dân dụng cũng như công nghiệp. 1. Cấu tạo: Một động cơ DC có 6 phần cơ bản: – Phần ứng hay Rotor (Armature). – Cổ góp (Commutator). – Chổi than (Brushes). – Trục motor (Axle). – Nam châm tạo từ trường hay Stator (field magnet). – Bộ phận cung cấp dòng điện DC. 2. Nguyên lý hoạt động: Khi đặt lên dây quấn kích từ một điện áp kích từ Uk nào đó thì trong dây quấn kích từ sẽ xuất hiện dòng kích từ i(kt) làm xuất hiện từ thông Ф. Tiếp đó sẽ đặt một giá trị điện áp U lên mạch phần ứng thì trong dây quấn phần ứng sẽ có 1 dòng điện i chạy qua. Tương tác giữa dòng điện phần ứng và từ thông kích thích tạo thành mômen điện từ. 3. Phân loại: Căn cứ vào phương pháp kích từ người ta chia động cơ 1 chiều thành các loại như sau : - Động cơ điện 1 chiều kích từ bằng nam châm vĩnh cửu, - Động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập nghĩa là phần ứng và phần kích từ được cấp điện bởi 2 nguồn riêng rẽ, - Động cơ điện 1 chiều kích thích nối tiếp: cuộn dây kích thích được mắc nối tiếp với phần ứng, - Động cơ điện 1 chiều kích thích song song: cuộn dây kích thích được mắc song với phần ứng, - Động cơ điện 1 chiều kích thích hỗn hợp: gồm có 2 cuộn dây kích từ , 1 cuộn mắc nối tiếp với phần ứng, 1 cuộn mắc song song với phần ứng, 4. Phương trình cơ bản của động cơ điện 1 chiều: E = K Φ. W (1) V = E + Ru.Iu (2) M = K Φ Iu (3) Với: – E: sức điện động cảm ứng (V). – Φ: Từ thông trên mỗi cực (Wb). – Iu: dòng điện phần ứng (A). – V : Điện áp phần ứng (V). – Ru: Điện trở phần ứng (Ohm). – w : tốc độ động cơ (rad/s). – M : moment động cơ (Nm). K: hằng số, phụ thuộc cấu trúc động cơ. 5. Encoder: Gồm 1 bộ phát ánh sáng (LED phát), một bộ thu ánh sáng nhạy với ánh sáng từ bộ phát (bộ thu thường là photodiode hoặc phototransistor), 1 đĩa quang có khoét lỗ gắn trên trục quay đặt giữa bộ phát và thu, thông thường trục quay này sẽ được gắn với trục quay của đối tượng cần đo tốc độ. Một encoder thường có các dây sau: – Dây cấp nguồn (+5V) cho encoder. – Dây nối đất (GND). – Dây pha A – tín hiệu ra theo độ phân giải (1 vòng/N xung (N từ vài chục lên đến vài nghìn xung tuỳ theo độ phân giải)). – Dây pha B – tín hiệu ra theo độ phân giải (1 vòng/N xung (N từ vài chục lên đến vài nghìn xung tuỳ theo độ phân giãi)), pha B chậm pha hơn pha A. Thường tuỳ theo trạng thái pha nhanh hay chậm của 2 pha này ta xác định chiều quay của đối tượng, để từ đấy bộ đếm tiến hoặc đếm lùi Hình 2.29 – Dạng song ngõ ra của LED thu 6. Động cơ được sử dụng trong mô hình: ĐỘNG CƠ DC (MODEL KM3448A) Tốc độ: 120 Rpm Công suất: 25w Tỷ số truyền: 1/40 Áp sử dụng: 24VDC Đường kính động cơ: 37mm Chiều dài động cơ: 80mm Đường kính trục: 6mm Chiều dài trục: 15mm Nhông: Sắt Khối lượng: 250g Moment có tải: 80 gcm Moment khởi động: 790 gcm Dòng có tải: 250 mA Dòng khởi động: 1950mA Nơi sản xuất: Korea ĐỘNG CƠ DC (MODEL KM3348A) Thông số Tốc độ: 80rmp Công suất: 15w Tỷ số truyền: 1/45 Áp sử dụng: 24VDC Đường kính động cơ: 37mm Chiều dài động cơ: 55mm Đường kính trục: 6mm Chiều dài trục: 15mm Khối lượng: 150g Nhông: Sắt ,Đồng Nơi sản xuất: Taiwan Giới thiệu về Xy-lanh, Van khí nén: 1. Xy lanh: Loại một chiều: Đây là loại tự trở về khi được kích Khi không có khí Khi có khí Loại hai chiều: Khi có khí sẽ đóng xy-lanh Khi không có khí sẽ không tự về mà khi về thì ta phải cấp khí. 2. Các loại valse khí: Một valse khí được đặc trưng bởi số vị trí mà valse có được và số lượng cửa nối ống. Hai loại valse khí thường dùng: 2.1. Valse (3/2) 3 cửa, 2 vị trí (loại 1 cuộn dây): Ký hiệu: Hoạt động: Valse 2 vị trí, 3 cửa có 3 đường nối ống: một đường khí vào (lỗ 1), hai đường khí ra (lỗ 2, 4) và hai đường xả (lỗ 3, 5). Valse có hai vị trí: Khi cuộn dây không được cấp điện: khí vào 1 ra 2, khí từ 4 xả qua 5 (hình a). Khi cuộn dây được cấp điện: khí vào 1 ra 4, khí từ 2 xả qua 3 (hình b). Hình a: Vị trí pitton khi cuộn dây không được cấp điện. Hình b: Vị trí pitton khi cuộn dây được cấp điện. 2.2. Valse (3/2) 3 cửa, 2 vị trí (loại 2 cuộn dây): Ký hiệu: Hoạt động: Tương tự loại 1 cuộn dây, tuy nhiên 2 vị trí của valse trong trường hợp này là trạng thái bền. Khi cuộn dây a được cấp điện: khí vào 1 ra 2, khí từ 4 xả qua 5. Khi cuộn dây b được cấp điện: khí vào 1 ra 4, khí từ 2 xả qua 3 Khi hai cuộn dây đều được cấp điện, vị trí valse không thay đổi. (Tài liệu – Giáo trình Hệ thống truyền động thủy khí, PGS. TS Trần Xuân Tùy – ThS. Trần Minh Chính – KS. Trần Ngọc Hải, Đà Nẵng 2005) 3. Truyền động bánh răng: Cơ cấu truyền chuyển động quay giữa các trục và để biến đổi số vòng quay. Phân loại: Phân loại về số lượng bánh răng: Bánh răng một cấp: chỉ có một cặp bánh răng. Bánh răng nhiều cấp: gồm nhiều cặp bánh răng có tỷ số truyền khác nhau tạo thành hộp tốc độ hộp giảm tốc,… Phân loại theo quan hệ truyền: Quan hệ truyền ăn khớp: có truyền động bánh răng trụ, côn, trục vít, hypôit và hỗn hợp. Quan hệ truyền phức tạp: truyền động bánh răng hành tinh, truyền động bánh răng sóng,… Các dạng truyền động a. Thẳng; b. Nghiêng; c. Chữ V; d. Côn; e. Bánh răng xoắn, góc giữa các trục 90o;   g. Hypôit; h. Trục vít lõm (glôbôit) Giới thiệu PLC S7-200: Thiết bị điều khiển Logic khả trình PLC (Programmable Logic Control) là loại thiết bị cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển số thông qua một ngôn ngữ lập trình, thay cho việc phải thể hiện thuật toán đó bằng các mạch số. Như vậy trong chương trình điều. PLC trở thành bộ điều khiển số nhỏ gọn, dễ dàng thay đổi thuật toán và đặc biệt dễ dàng trao đổi thông tin với môi trường xung quanh (Với các PLC khác hoặc với máy tính). Điện áp cấp nguồn: 15 ÷ 30VDC Ngõ vào tích cực: 15 ÷ 30VDC Điện áp tại ngõ ra: 15 ÷ 30VDC 1. Sơ đồ khối cấu tạo của PLC: Có các loại PLC S7-200 (Siemens): Các loại PLC thông thường: CPU222, CPU224, CPU224XP, CPU226 Theo loại điện áp người ta phân ra 2 loại: Loại cấp điện áp 220VAC: Ngõ vào: tích cực mức 1 ở cấp điện áp +24VDC (15VDC – 30VDC) Ngõ ra: Ngõ ra rơ le Loại cấp điện áp 24VDC: Ngõ vào: Tích cực mức 1 ở cấp điện áp +24VDC (15VDC – 30VDC) Ngõ ra: Ngõ ra Transistor 2. Ứng dụng xuất xung tốc độ cao: CPU S7_200 có 2 ngõ ra xung tốc độ cao (Q0.0, Q0.1), dùng cho việc điều rộng xung tốc độ cao nhằm điều khiển các thiết bị bên ngoài. - Việc điều rộng xung được thực hiện thông qua việc định dạng Wizard. - Có 2 cách điều rộng xung: điều rộng xung 50% (PTO) và điều rộng xung theo tỉ lệ (PWM) . 2.1. Điều rộng xung 50% (PTO): Loại này xuất ra ngõ ra giá trị Ton = 50%T, điện áp trung bình = ½ VDC Ngoài ra: Q0.0 Q0.1 SMW68 SMW78 : Xác định chu kì thời gian, SMW70 SMW80 : Xác định chu kì phát xung, SMD72 SMD82 : Xác định số xung điều khiển. Các Byte cho việc định dạng SMB67 (cho Q0.0) và SMB77 (cho Q0.1) Thanh ghi điều khiển (Hex Value) Cho phép Mode Kiểu vận hành Time Base Cập nhật Ton Cập nhật T 16#81 Yes PTO Single 1 µs/cycle Load 16#84 Yes PTO Single 1 µs/cycle Load 16#85 Yes PTO Single 1 µs/cycle Load Load 16#89 Yes PTO Single 1 ms/cycle Load 16#8C Yes PTO Single 1 ms/cycle Load 16#8D Yes PTO Single 1 ms/cycle Load Load 16#A0 Yes PTO Multiple 1 µs/cycle 16#A8 Yes PTO Multiple 1 ms/cycle 2.2 Điều rộng xung theo tỉ lệ (PWM): Ứng dụng này điều rộng xung theo tỷ lệ tùy ý. Ton = 0 ÷ 100% T Định dạng thời gian cơ sở (Time base) dựa trên bảng sau: Thanh ghi điều khiển (Hex Value) Cho phép Mode Phương thức cập nhật Time Base Cập nhật Ton Cập nhật T 16#D1 Yes PWM Synchronous 1 µs/cycle Load 16#D2 Yes PWM Synchronous 1 µs/cycle Load 16#D3 Yes PWM Synchronous 1 µs/cycle Load Load 16#D9 Yes PWM Synchronous 1 ms/cycle Load 16#DA Yes PWM Synchronous 1 ms/cycle Load 16#DB Yes PWM Synchronous 1 ms/cycle Load Load Các Byte cho việc định dạng SMB67 (cho Q0.0) và SMB77 (cho Q0.1) Ngoài ra: Q0.0 Q0.1 SMW68 SMW78 : Xác định chu kì thời gian SMW70 SMW80 : Xác định chu kì phát xung SMD72 SMD82 : Xác định số xung điều khiển 3. Đọc xung tốc độ cao (High Speed Counter - HSC): Định dạng bộ đếm tốc độ cao theo trình Wizard của Step 7 Micro Win. Chọn trình Wizard HSC: Chọn chế độ cho HSC: Định dạng bộ đếm Tuỳ từng loại ứng dụng mà ta có thể chọn nhiều Mode đọc xung tốc độ cao khác nhau, có tất cả 12 Mode đọc xung tốc độ cao như sau: Mode 0,1,2: Dùng đếm 1 pha với hướng đếm được xác định bởi Bit nội. Mode 0: Chỉ đếm tăng hoặc giảm, không có Bit Start cũng như bit Reset. Mode 1: Đếm tăng hoặc giảm, có bit Reset nhưng không có bit Start, Mode 2: Đếm tăng hoặc giảm, có Bit Start cũng như bit Reset để cho phép chọn bắt đầu đếm cũng như chọn thời điểm bắt đầu Reset. Các Bit Start cũng như Reset là các ngõ Input chọn từ bên ngoài. Mode 3, 4, 5: Dùng đếm 1 pha với hướng đếm được xác định bởi Bit ngoại, tức là có thể chọn từ ngõ vào input. Mode 3: Chỉ đếm tăng hoặc giảm, không có Bit Start cũng như bit Reset Mode 4: Đếm tăng hoặc giảm, có bit Reset nhưng không có bit Start Mode 5: Đếm tăng hoặc giảm, có Bit Start cũng như bit Reset để cho phép chọn bắt đầu đếm cũng như chọn thời điểm bắt đầu Reset. Các Bit Start cũng như Reset là các ngõ Input chọn từ bên ngoài. Mode 6, 7, 8: Dùng đếm 2 pha với 2 xung vào, 1 xung dùng để đếm tăng và một xung đếm giảm. Mode 6: Chỉ đếm tăng giảm, không có Bit Start cũng như bit Reset, Mode 7: Đếm tăng giảm, có bit Reset nhưng không có bit Start, Mode 8: Đếm tăng giảm, có Bit Start cũng như bit Reset để cho phép chọn bắt đầu đếm cũng như chọn thời điểm bắt đầu Reset. Các Bit Start cũng như Reset là các ngõ Input chọn từ bên ngoài. Mode 9, 10, 11 : Dùng để đếm xung A/B của Encoder, có 2 dạng: Dạng 1 (Quadrature 1x mode): Đếm tăng 1 khi có xung A/B quay theo chiều thuận và giảm 1 khi có xung A/B quay theo chiều ngược. Dạng 2 (Quadrature 4x mode): Đếm tăng 4 khi có xung A/B quay theo chiều thuận và giảm 4 khi có xung A/B quay theo chiều ngược. Mode 9: Chỉ đếm tăng giảm, không có bit Start cũng như bit Reset, Mode 10: Đếm tăng giảm, có bit Reset nhưng không có bit Start, Mode 11: Đếm tăng giảm, có Bit Start cũng như bit Reset để cho phép chọn bắt đầu đếm cũng như chọn thời điểm bắt đầu Reset. Các Bit Start cũng như Reset là các ngõ Input chọn từ bên ngoài. Mode 12: Chỉ áp dụng với HSC0 và HSC3, HSC0 dùng để đếm số xung phát ra từ Q0.0 và HSC3 đếm số xung từ Q0.1 (Được phát ra ở chế độ phát xung nhanh) mà không cần đấu phần cứng, nghĩa là PLC tự kiểm tra từ bên trong. Các chế độ của HSC và kết nối với ngõ vào của PLC để sử dụng bộ HSC: Chế độ Miêu tả Input HSC0 I0.0 I0.1 I0.2 HSC1 I0.6 I0.7 I0.2 I1.1 HSC2 I1.2 I1.3 I1.1 I1.2 HSC3 I0.1 HSC4 I0.3 I0.4 I0.5 HSC5 I0.4 0 Đếm lên xuống Nhịp 1 Xóa 2 Bắt đầu 3 Đếm lên xuống với điều khiển hướng bên ngoài Nhịp Hướng 4 Xóa 5 Bắt đầu 6 Đếm lên xuống với hai xung nhịp Nhịp lên Nhịp xuống 7 Xóa 8 Bắt đầu 9 Đếm lên xuống với 2 xung AB vuông pha từ Encoder Nhịp A Nhịp B 10 Xóa 11 Bắt đầu 12 Chỉ có HSC0 và HSC3 hổ trợ Chế độ 12 HSC0 đếm số xung và xuất ra Q0.0 HSC3 đếm số xung và xuất ra Q0.1 Các bit được sử dụng để điều khiển các chế độ của HSC: HDEF Control Bits (used only when HDEF is executed) HSC0 HSC1 HSC2 HSC4 Description SM37.0 SM47.0 SM57.0 SM147.0 Active level control bit for Reset**: 0 = Reset active high 1 = Reset active low SM47.1 SM57.1 Active level control bit for Start**: 0 = Start active high 1 = Start active low SM37.2 SM47.2 SM57.2 SM147.2 Counting rate selection for Quadrature counters: 0 = 4x counting rate 1 = 1x counting rate Các bit điều khiển: HSC0 HSC1 HSC2 HSC3 HSC4 HSC5 Description SM37.3 SM47.3 SM57.3 SM137.3 SM147.3 SM157.3 Counting direction control bit: 0 = count down 1 = count up SM37.4 SM47.4 SM57.4 SM137.4 SM147.4 SM157.4 Write the counting direction to the HSC: 0 = no update 1 = update direction SM37.5 SM47.5 SM57.5 SM137.5 SM147.5 SM157.5 Write the new preset value to the HSC: 0 = no update 1 = update preset SM37.6 SM47.6 SM57.6 SM137.6 SM147.6 SM157.6 Write the new current value to the HSC: 0 = no update 1 = update current SM37.7 SM47.7 SM57.7 SM137.7 SM147.7 SM157.7 Enable the HSC: 0 = disable the HSC 1 = enable the HSC Các bit trạng thái: HSC0 HSC1 HSC2 HSC3 HSC4 HSC5 Description SM36.0 SM46.0 SM56.0 SM136.0 SM146.0 SM156.0 Not used SM36.1 SM46.1 SM56.1 SM136.1 SM146.0 SM156.1 Not used SM36.2 SM46.2 SM56.2 SM136.2 SM146.0 SM156.2 Not used SM36.3 SM46.3 SM56.3 SM136.3 SM146.0 SM156.3 Not used SM36.4 SM46.4 SM56.4 SM136.4 SM146.0 SM156.4 Not used SM36.5 SM46.5 SM56.5 SM136.5 SM146.0 SM156.5 Current counting direction status bit: 0 = counting down; 1 = counting up SM36.6 SM46.6 SM56.6 SM136.6 SM146.0 SM156.6 Current value equals preset value status bit: 0 = not equal; 1 = equal SM36.7 SM46.7 SM56.7 SM136.7 SM146.0 SM156.7 Current value greater than preset value status bit: 0 = less than or equal; 1 = greater than (Tài liệu - Hướng dẫn sử dụng S7_200 – Hà Văn Trí – Công ty THHH TM&DVKT SIS). 4. Bộ điều khiển PID: Định nghĩa: Bộ điều khiển PID (A proportional integral derivative controller) là bộ điều khiển sử dụng kỹ thuât điều khiển theo vòng lặp có hồi tiếp được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống điều khiển tự động. Một bộ điều khiển PID cố gắng hiệu chỉnh sai lệch giữa tín hiệu ngõ ra và ngõ vào sau đó đưa ra một một tín hiệu điều khiển để điều chỉnh quá trình cho phù hợp. Sơ đồ khối của bộ điều khiển PID: Trong CPU S7 – 200 có bộ ứng dụng PID (Proportional, Integral, Derivative). Bảng tham số của bộ điều khiển PID ở bảng sau. Quá trình đáp ứng, bộ điều khiển PID giá trị của đầu ra sẽ được điều chỉnh sai số đến bằng không. Sai số được xác định bởi sự sai lệch giữa giá trị đặt (giá trị mong muốn) và giá trị xử lý (giá trị thực tế). Nguyên lý của điều khiển PID được dựa trên phương trình sau đây. Giá trị ra M(t) được mô tả bởi hàm của khâu tỷ lệ, khâu tích phân, khâu vi phân. M(t) giá trị đầu ra theo thời gian t, Kc: độ lợi của vòng lặp, e: sai số = giá trị đặt – giá trị hiện tại, Mdau: giá trị đầu của ngõ ra. Để thi hành bộ điều khiển trên kỹ thuật số máy tính. Hàm liên tục phải được lượng tử hóa trong các mẫu tuần hoàn của sai số đầu ra. Phương trình đáp ứng số đầu ra Mn: giá trị ra ở thời gian lấy mẫu n, en: sai số ở thời gian lấy mẫu n, en-1: sai số ở thời gian lấy mẫu trước đó, KI: hệ số khâu tích phân, KD: hệ số khâu vi phân. Phương trình trên, khâu tích phân miêu tả sai số giữa giá trị đầu và giá trị hiện tại. Sự sai lệch của khâu này là hàm của giá trị hiện tại và giá trị trước đó. Trong khi khâu tỷ lệ chỉ hiệu chỉnh giá trị hiện tại. Tính toán giá trị đầu ra phải phụ thuộc vào sai số của khâu tích phân. MX: giá trị trước của khâu vi phân Phương trình trên được rút gọn như sau: Với: Giá trị của khâu tỷ lệ: SPn: giá trị đặt ở thời gian lấy mẫu n PVn: giá trị xử lý ở thời gian lấy mẫu n Giá trị của khâu tích phân: Giá trị của khâu vi phân: Bảng giá trị các tham số sử dụng trong bộ PID Vùng nhớ (X...) Tên Kiểu định dạng Loại Mô tả 0 PVn Double Word – Real In Giá trị xử lý (0.0 ÷ 1.0) 4 SPn Double Word – Real In Giá trị đặt (0.0 ÷ 1.0) 8 Mn Double Word – Real In/Out Giá trị ra (0.0 ÷ 1.0) 12 KC Double Word – Real In Độ lợi (dương hoặc âm) 16 TS Double Word – Real In Thời gian lấy mẫu (giá trị dương) 20 TI Double Word – Real In Thời gian tích phân (giá trị dương) 24 TD Double Word – Real In Thời gian vi phân (giá trị dương) 28 MX Double Word – Real In/Out Tổng tích phân (0.0 ÷ 1.0) 32 PVn-1 Double Word – Real In/Out Giá trị xử lý ở n-1 (Tài liệu - Datasheet của S7_200 Siemens). Hiệu chỉnh PID: Việc hiệu chỉnh 3 thông số Kp, Ki, Kd sẽ làm tăng chất lượng điều khiển. Ảnh hưởng của 3 thông số này lên hệ thống như sau: K T L t Y(t) Phương pháp Ziegler – Nichols: khi đối tượng có khâu delay có trễ (tử số có hay có khâu quán tính bậc nhất dưới mẫu số điển hình là lò nhiệt. Để tìm thông số cho bộ điều khiển PID đối với đối tượng này thì người ta trước hết khảo sát đặc tính vòng hở của hệ thống, cấp một tín hiệu điều khiển vào cho đối tượng, sau đó khảo sát đặc tính quá độ của hệ thống, từ đó xác định các thông số T và L. Khi đó, các thông số của bộ PID được tính theo T và L. Đường cong hình chữ S có 2 hằng số, thời gian chậm trễ L và hằng số thời gian T. Thời gian chậm trễ xác định cách vẽ đường tiếp tuyến tại điểm uốn của đường cong Ziegler – Nichols đề xuất xác định Kp, Ti, Td. Nguyên tắc hiệu chỉnh theo Ziegler – Nichols Phương pháp Kp Ti Td P T/L 0 PI 0,9 T/L L/0,3 0 PID 1,2 T/L 2L 0,5L Cách 2: Hiệu chỉnh theo phương pháp thử sai của Thomas Chen công ty FOXBORO Ba thông số quan trọng nhất là PID được thể hiện như sau: P: trong lý thuyết thường thể hiện bằng hệ số tỷ lệ nhưng ngày nay trong hầu hết các hệ thống người ta không sử dụng hệ số tỷ lệ K mà dùng một thông số khác gọi là dải tỷ lệ (proportional band – P band). Ý nghĩa của dải tỷ lệ như sau: P band ="20%" thì với sự thay đổi 20 % giá trị đầu vào bộ điều khiển sẽ gây ra sự thay đổi 100% tín hiệu đầu ra, với P band ="500%" thì với sự thay đổi tín hiệu đo 100 % thì tín hiệu đầu ra chỉ thay đổi có 20%. Quan hệ giữa hệ số tỷ lệ và dải tỷ lệ: K=100/%Pband. I: Được thể hiện theo đơn vị đo thời gian là giây. Thời gian càng nhỏ thể hiện tác động điều chỉnh tích phân càng mạnh, ứng với độ lệch càng bé. D: Cũng được thể hiện theo đơn vị đo thời gian là giây. Thời gian càng lớn thì điều chỉnh vi phân càng mạnh, ứng với bộ điều chỉnh đáp ứng với thay đổi đầu vào càng nhanh. Rất ít các mạch điều chỉnh yêu cầu sử dụng điều chỉnh D. Hầu hết mạch điều chỉnh PI đủ đáp ứng yêu cầu điều chỉnh. Sau đây là phương pháp xác định thông số PI. Bước 1: Đặt thời gian tích phân cực đại, thời gian vi phân cực tiểu. Khi đó hệ thống chỉ điều khiển tỉ lệ. Sau đó giảm dải tỉ lệ cho đến khi dao động xuất hiện. Đo chu kì của dao động, (khoảng thời gian giữa hai điểm cực đại hoặc cực tiểu của dao động, ta gọi thời gian này là chu kỳ tự nhiên) Bước 2: Đặt thời gian tích phân bằng chu kỳ tự nhiên. Quan sát chu kỳ dao động mới, nó sẽ tăng thêm khoảng 40 ÷ 43% của chu kỳ tự nhiên. Nếu chu kỳ dao động lớn hơn mức trên thì cần tăng thời gian tích phân. Bước 3: Cuối cùng ta điều chỉnh dải tỷ lệ sao cho độ lệch và thời gian đạt đến ổn định phù hợp với yêu cầu. Nguyên tắc điều chỉnh như sau dải tỷ lệ càng lớn thì độ lệch điều chỉnh càng lớn, thời gian đạt đến ổn định càng ngắn, dải tỷ lệ càng nhỏ thì độ lệch càng nhỏ, thời gian đạt đến ổn định càng dài. Nghĩa là: đối với một số đối tượng có hàm truyền trong mẫu số có dạng dao động bậc hai như K/(1+T1s)*(1+T2s), điển hình là động cơ điện DC. Ta cấp tín hiệu đặt rồi thay đổi dần các thông số Kp, Ki, Kd cho phù hợp. Đầu tiên, sẽ làm cho hệ thống ổn định bằng cách cho Ki, Kd bằng 0. Sau đó tăng dần Kp lên. Khi Kp càng nhỏ thì Nyquist hệ hở càng xa điểm (-1,j0). Hệ chắc chắn sẽ ổn định. Nhưng đổi lại, đáp ứng sẽ lâu. Mình tăng dần Kp đến khi hệ thống bắt đầu dao động thì dừng lại. Để triệt tiêu sai số xác lập, mình sẽ tăng dần Ki lên, nhưng đổi lại, do Ki tăng, hệ thống sẽ rất có khả năng bị vọt lố, mình tăng cho đến khi đặc tính quá độ vọt lố chừng 10% thì dừng. Tiếp theo, mình sẽ tăng tiếp Kd. Khi Kd tăng thì rất có thể thời gian xác lập mình dài ra hơn một chút nhưng bù lại sẽ bù trừ được 10% vọt lố ở trên. IV. Giới thiệu WinCC (Windows Control Center): Các bước để tạo một Project trong WinCC Khởi động WinCC, Tạo một Project mới, Cài đặt Driver kết nối PLC, Tạo các biến, Tạo và soạn thảo một giao diện người dùng, Cài đặt thông số cho winCC Runtime, Chạy chương trình (Activate). 1. Cài đặt Driver kết nối PLC: Để WinCC kết nối được với PLC thì phải cài Driver. Phải chuột vào Tag Management chọn Add New Driver Hộp thoại xuất hiện chọn Driver: OPC.chn 2. Tạo các biến: Đồng thời tạo các biến để liên kết, hiển thị và điều khiển. Phải chuột vào Internal tags Chọn New Tag… 2.1 Biến nội: Hộp thoại Tag Properties xuất hiện Chọn Tên Tag và kiểu dữ liệu chọn xong bấm OK  2.2. Biến ngoại: Sử dụng PC Access Khởi động PC Access – File – New chọn Tên PLC Địa chỉ PLC (từ 1 đến 126) Để tạo các biến ngoại ta chọn New - Item Hộp thoại Item Properties xuất hiện: Sau khi tạo xong các biến ta tiến hành tạo liên kết với WinCC Trong màn hình WinCC phải chuột vào OPC Groups chọn System Parameter Hộp thoại OPC Item Manager : Chọn Browse Server – đánh dấu vào Read Access và Write Access Nhấp vào “+” tại S7200.OPCServer Sau đó chon Add và chọn tiếp S7200 – OPCServer và Finish Tạo và soạn thảo một giao diện người dùng: Phải chuột vào Graphics Designer chọn New Picture Hộp thoại Graphics Designer xuất hiện: Trong màn hình này ta tạo các vùng liên kết, các nút nhấn và đồ thị hiển thị…. Và chỉnh sửa sao cho phù hợp với người dùng. Cài đặt thông số cho WinCC Runtime: Trên cửa sổ WinCC Explorer click chuột phải vào mục Computer, chọn Properies sau đó Chọn Properties lần nữa. Trên tab Graphics Runtime chọn trang màn hình khởi động và đặt các thuộc tính cho màn hình giao diện Nhấn Ok để thoát. Cuối cùng nhấn Active để chạy chương trình. Lâp trình C cho WinCC: WinCC còn hỗ trợ các ngôn ngữ lập trình C và Víual Basic. Sau đây là ngôn ngữ lập trình C. Từ màn hình Graphics Designer, click phải vào đối tượng (object) cần thiết lập Action chọn Properties. Click phải vào mục Dynamics hay Action của Properties hay Events và chọn C -Action từ menu hiện ra Màn hình lập trình xuất hiện Sau khi lập trình cho Action xong thì biên dịch bằng nút . Nếu có lỗi hiển thị trong Output Window thì Double click vào ngay lỗi để biết vị trí lỗi trong chương trình và sửa lỗi, nếu không có lỗi thì chọn OK để thoát. #include "apdefap.h" void OnClick(char* lpszPictureName, char* lpszObjectName, char* lpszPropertyName) Câu lệnh # include”apdefap.h” là khai báo thư viện các Function và Action mà WinCC hỗ trợ sẵn. Header (màu xám): Đây là dòng mã lệnh tự động phát sinh giống nhau cho các Properties và không được thay đổi. Bao gồm : + Picture Name (lpszPictureName) + Object Name (lpszObjectName) + Property Name (lpszPropertyName) Một số lệnh thường dùng trong chương trình: 5.1.1. SetTagBit: Cú pháp: Bool SetTagBit (Tag Tag_Name, short int value) Nội dung: Định giá trị cho một Tag có kiểu dữ liệu là Binary. 5.1.2. SetTagByte: Cú pháp: Bool SetTagByte (Tag Tag_Name, byte value) Nội dung: Định giá trị cho một Tag có kiểu dữ liệu là 8 bit. SetTagSByte Cú pháp: Bool SetTagSByte (Tag Tag_Name, signed char value) Nội dung: Định giá trị cho một Tag có kiểu dữ liệu là 8 bit có dấu. Tương tự có các hàm SetTagWord, SetTagDWord . . . GetTagBit: Cú pháp: Bool GetTagBit (Tag Tag_Name) Nội dung: Lấy giá trị hiện tại của một Tag có kiểu dữ liệu là Binary. GetTagByte: Cú pháp: Bool GetTagByte (Tag Tag_Name) Nội dung: Lấy giá trị hiện tại của một Tag có kiểu dữ liệu là 8 bit. GetTagSByte: Cú pháp: Bool GetTagBit (Tag Tag_Name) Nội dung: Lấy giá trị hiện tại của một Tag có kiểu dữ liệu là 8 bit có dấu. Tương tự có các hàm GetTagWord, GetTagDWord . . . Các hàm điều khiển thường dùng: 5.2.1. Thoát khỏi Runtime: Cú pháp: Bool DecactivateRTProject() Nội dung: Thoát khỏi chương trình WinCC đang chạy Runtime 5.2.2. Thoát khỏi WinCC: Cú pháp: Bool ExitWinCC() Nội dung: Thoát khỏi chương trình WinCC, kể cả WinCC Explorer 5.2.3. Các hàm xử lý tính toán: 5.2.4. Các hàm tính toán trên bit: 5.2.5. Toán tử logic: 5.2.6. Các hàm toán học: 6. Hiển thị các giá trị quá trình và vẽ đồ thị trong WinCC: 6.1. Mở Tag Logging: Trong cửa sổ bên trái của WinCC Explorer ta chọn mục Tag Logging Cửa sổ Tag Logging 6.2. Cấu hình bộ định thời (Timer): Nhấp chuột phải vào Timer, chọn “New” và cài đặt thời gian lấy dữ liệu. Các thời đoạn ghi và lưu trữ được tính bằng cách nhân thời gian cơ sở với hệ số thời gian 6.3. Tạo vùng lưu trữ (Archive): Trong cửa sổ Tag Logging nhấp chuột phải vào Archive, chọn Archive Wizard, nhấn next và thực hiện các bước như sau: Archive Type chọn Process Value Archive Nhấn select chọn Tag cần lưu trữ. Nhấn Finish để hoàn tất việc tạo vùng lưu trữ. Nhấn nút Save trước khi đóng cửa số Tag Logging. 6.4. Tạo bảng biểu(Table): Để tạo bảng biểu trở lại giao diện Graphics Designer, trong bảng đối tượng chọn “Controls” và “WinCC Online Table Control” Trong hộp thoại cấu hình nhanh ở bảng “General” thiết lập các thông số như hình bên. Chuyển sang Tab Columns Sau khi hoàn tất thiết lập các giá trị trên bảng biểu có dạng như hình bên. 6.5. Tạo bảng đồ thị: Việc tạo bảng đồ thị cũng tương tự như việc tạo bảng biểu. Bảng biểu cho phép lấy giá trị của biến và hiển thị theo thời gian, trong khi đó bảng đồ thị cho phép hiển