TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BÁO CÁO
CHUYÊN ĐỀ TỐT NGHIỆP
Đề tài:
ĐIỀU KHIỂN LÒ NHIỆT VÀ TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG PID

Giảng viên hướng dẫn: Thầ y Tạ Văn Phương
HỌC KỲ: 3 – NĂM HỌC: 2019-2020

Họ và Tên:
PHẠM DUY PHƯƠNG

MSSV
15142287

Tp.Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2019
1|Page


CHUYÊN ĐỀ 2 PLC

THẦY:TẠ VĂN PHƯƠNG

Mục lục
1.1 Vẽ và giải thích được đầy đủ sơ đồ kết nối phần cứng, chuẩn bị datasheet của các
thiết bị được vẽ trong sơ đồ. ............................................................................................ 3
a) Điều khiển lò nhiệt ................................................................................................ 3
b) Điều khiển động cơ. .............................................................................................. 8

1.2 Trình bày được cách tính giá trị đo được của nhiệt độ. ........................................... 13
a) Tính giá trị đo của nhiệt độ. ................................................................................... 13
b) Tính giá trị đo của tốc độ động cơ....................................................................... 13
1.3 Trình bày được cách điều khiển cơ cấu chấp hành ( SSR hoặc biến tần) để thay
đổi công suất ngõ ra. ...................................................................................................... 13
a) Điều khiển lò hơi dùng SSR. ............................................................................... 13
b) Điều khiển tốc độ động cơ bằng biến tần. ........................................................... 14
1.4

Trình bày cách thiết lập dữ liệu ngõ vào, ngõ ra cho bộ PID. ............................ 15

a) Thiết lập PID dùng để điều khiển Motor............................................................. 15
b) Thiết lập PID dùng để điều khiển Nhiệt độ. ........................................................ 19
1.5

Trình bày ảnh hưởng của các tham số KP, KI, KD trong bộ PID....................... 21

2|Page


CHUYÊN ĐỀ 2 PLC

THẦY:TẠ VĂN PHƯƠNG

1.1 Vẽ và giải thích được đầy đủ sơ đồ kết nối phần cứng, chuẩn bị datasheet của
các thiết bị được vẽ trong sơ đồ.
a)
-

Điều khiển lò nhiệt

Sơ đồ kết nối phần cứng:
Transmitter t120
SSR_RM1E23AA100

3|Page


CHUYÊN ĐỀ 2 PLC
-

-

THẦY:TẠ VĂN PHƯƠNG

Module 1769-OF2 ( AO): có ngõ ra Iout 1+ kết nối với chân A1, ANLG com kết
nối với chân A2.

+ Vì ngõ vào của SSR_RM1E23AA100 là nguồn dòng (4-20mA) nên khi cấp từ
1769-OF2 ta chọn ngõ ra là dịng.
Module 1769-IF4 (AI): Có ngõ vào là Iin+ nối với chân số 5 và +24VDC nối với
chân số 6 của Transmitter t120.

4|Page


CHUYÊN ĐỀ 2 PLC

THẦY:TẠ VĂN PHƯƠNG

+ Vì ngõ ra của Transmitter t120 là nguồn dòng từ 4-20mA / 20-4mA, nên khi

kết nối với AI ta chọn nguồn cấp là dòng.

-

Datasheet các thiết bị có trong sơ đồ:
+ Transmitter t120: />Xem trang: 1,4,5.

-

Chọn cấu hình dịng từ 4-20mA ( trang 1 ) với kiểu kết nối là 3 dây.

5|Page


CHUYÊN ĐỀ 2 PLC

THẦY:TẠ VĂN PHƯƠNG

-

Chọn kiểu kết nối 3 dây ( trang 4), kết nối chân 1,3 và 4 với thiết bị nung nhiệt.

-

Trang 5 : sơ đồ kết nối thiết bị ( 3 dây ) và ngõ ra của transmitter t120.

+ SSR_RM1E23AA100:
/>6|Page



CHUYÊN ĐỀ 2 PLC

THẦY:TẠ VĂN PHƯƠNG

Xem trang: 2, 4.
-

Dòng vào chân SSR_RM1E23AA100 là từ 4-20 mADC (trang 2 ).

7|Page


CHUYÊN ĐỀ 2 PLC

THẦY:TẠ VĂN PHƯƠNG

b) Điều khiển động cơ.

-

Sơ đồ nối dây của biến tần.

8|Page


CHUYÊN ĐỀ 2 PLC

THẦY:TẠ VĂN PHƯƠNG

-


Điều khiển biến tần bằng PNP

-

Dựa vào sơ đồ kết nối kiểu PNP, ta lấy ngõ ra ( Analog output ) chân Vout+ kết
nối với chân AI2 của biến tần( chân số 3), chân ANLG com kết nối với chân 0V
của biến tần.

-

Sử dụng module 1769-OF2, ta có Vout 0+ và ANLG com kết nối vào điện áp
Vdc.

9|Page


CHUYÊN ĐỀ 2 PLC

-

THẦY:TẠ VĂN PHƯƠNG

(Datasheet:
/>69-td006_-en-p.pdf ; Trang 74/124 ).
Sử dụng module 1769-OB32,
+ Chân Out 0 nối với DI1, vì kết nối vào chân DI1 tức là đang chọn chế độ on/off
cho bộ biến tần.
+ Chân DC com nối với DIC của biến tần vì tạo thành 1 mạch kín với module
DO (1769-OB32).


10 | P a g e


CHUYÊN ĐỀ 2 PLC

THẦY:TẠ VĂN PHƯƠNG

Datasheet:
/>769-td006_-en-p.pdf ( trang 69/172 ).

-

Sử dụng chân 1769-IF4:
+ Chân Iin 0+ nối với chân A0+ của bộ biến tần .
+ Chân Vin 0- nối với chân A0- của biến tần.
+ Vì ta chọn cấu hình 0->10V(module AO) nên ta chọn được cấu hình 0-20mA
(AI).
Datasheet:
/>69-td006_-en-p.pdf ( trang 10/172 ).

- Sơ đồ kết nối phần cứng:

11 | P a g e


CHUYÊN ĐỀ 2 PLC

-


THẦY:TẠ VĂN PHƯƠNG

• Datasheet các thiết bị có trong sơ đồ:
Bộ biến tần:
/>MICS_V20_Getting_Started_072012_en-US.pdf
+ Trang 20: Sơ đồ hệ thống dây điện.
+ Trang 34: Điều khiển biến tần bằng PNP.
- Sử dụng PLC: 1769 CompactLogix Controllers ,
/>769-um011_-en-p.pdf

12 | P a g e


CHUYÊN ĐỀ 2 PLC

THẦY:TẠ VĂN PHƯƠNG

1.2 Trình bày được cách tính giá trị đo được của nhiệt độ.
a) Tính giá trị đo của nhiệt độ.
- Transmitter đọc giá trị nhiệt độ từ 0 - 100°𝐶 tương ứng với dòng 4-20mA.
- Cấu hình cho ngõ vào AI là 4-20mA, tương ứng với giá trị nguyên là
6243- 31206.
- Gọi giá trị ngõ vào AI là kênh CH1, ta có cơng thức tính nhiệt độ là:
𝐶𝐻1 − 6241
× 100
31206 − 6241
b) Tính giá trị đo của tốc độ động cơ.
- Ngõ ra AO của biến tần xuất tính hiệu dịng 4-20mA vào module Analog Input (
analog input phải được cấu hình nhận dịng 4-20mA). PLC sẽ sử dụng thuật tốn
được cài để tính ra giá trị tốc độ hiện tại của động cơ thơng qua module AI.

- Ta có cơng thức
𝐶𝐻1 × 50
31206

1.3 Trình bày được cách điều khiển cơ cấu chấp hành ( SSR hoặc biến tần) để thay
đổi công suất ngõ ra.
a) Điều khiển lò hơi dùng SSR.

13 | P a g e


CHUYÊN ĐỀ 2 PLC
-

THẦY:TẠ VĂN PHƯƠNG

Rơle này phù hợp để điều khiển máy sưởi, chiếu sáng và tải cảm ứng nhẹ như
quạt nhỏ. Rơle cũng có thể được sử dụng để bật cơng suất cao đèn sợi đốt.
Giải thích: Khi thay đổi dòng từ (4-20 mA) cấp vào SSR (SSR_RM1E23AA100)
, ở đây là dòng Iin.
+ Do dòng Iin cấp vào thay đổi làm thay đổi dòng ở ngõ ra của SSR, làm cho
Heater ( R) có nhiệt độ từ 0 - 100°𝐶 tương ứng với dòng 4-20mA.

-

Khi thay đổi dòng điện từ 4-20 mA thì ta có tỉ lệ phần trăm công suất phát ra từ
0-99%.
Datasheet
( Trang 4).


b) Điều khiển tốc độ động cơ bằng biến tần.
-

Module AO 1769-OF2 xuất tín hiệu điện áp 0-10V tương ứng vơí giá trị nguyên
là từ 0-31206 vào ngõ AI của biến tần ( Biến tần phải được cài đặt tần số định
mức là 50Hz), biến tần sẽ tự điều chỉnh điện áp ở ngõ ra U, V, W điện áp có tần
số từ 0-50Hz.

14 | P a g e


CHUYÊN ĐỀ 2 PLC

THẦY:TẠ VĂN PHƯƠNG

1.4 Trình bày cách thiết lập dữ liệu ngõ vào, ngõ ra cho bộ PID.
- Hệ thống điều khiển PID có mơ hình tổng qt như sau:

-

Trước hết ta cần xác định ngõ vào và ngõ ra của bộ PID:
+ Ngõ vào: Biến Kp ( giá trị hiện tại ), Ki ( giá trị cộng dồn), Kd ( giá trị dự đoán
ở tương lai ), setpoint ( giá trị đặt ).
+ Ngõ ra: Phần trăm đầu ra (SO), giá trị này hiển thị đầu ra.

Datasheet:
/>756-rm003_-en-p.pdf ( trang 678/907 ).
-

a) Thiết lập PID dùng để điều khiển Motor.

Đầu tiên, ta tạo pid trong thư mục Task ( phần mềm RXlogic 5000 ).

15 | P a g e


CHUYÊN ĐỀ 2 PLC

THẦY:TẠ VĂN PHƯƠNG

-

Tại đây ta thiết lập các ngõ vào(MOV) tương ứng với giá trị setpoint , Kp, Ki,
Kd. Ở đây, để thiết lập giá trị cho PID, ta cần đặt test_pid.SP . Khi đó chương
trình sẽ hiểu rằng ta đang cài đặt giá trị cho bộ PID.

-

Với những biến như trên, ta điều chỉnh sao cho độ vọt lố tiệm cận với giá trị
setpoint ( giá trị mong muốn nhất ).
Giá trị tính tốn tần số CPT dựa theo cơng thức:

-

𝐶𝐻1 × 50
31206

-

Giá trị MOV với vùng địa chỉ READ dùng để đọc giá trị nhiệt độ ngõ ra:


16 | P a g e


CHUYÊN ĐỀ 2 PLC
-

THẦY:TẠ VĂN PHƯƠNG

Bộ điều khiển PID: Ta có giá trị biến đổi ( process variable ) ở ngõ ra là tần số
(Hz).

Để thiết lập giá trị cho PID, tại Congiguration, ta thiết lập giá trị như :Thời gian
lấy mẫu ( Loop Update Time ), phần trăm tần số ngõ ra lớn nhất ( CV High Limit
).

Thiết lập control variable để thiết lập ngõ ra cho bộ PID:
Thiết lập control variable để thiết lập ngõ ra cho bộ PID:

17 | P a g e


CHUYÊN ĐỀ 2 PLC

THẦY:TẠ VĂN PHƯƠNG

-

Thiết lập thông số Scaling: Tần số tối đa( Unscaled Max ) có ngõ ra là 60Hz, thiết
lập control variable với giá trị đọc ra là Mhz nên khi ta muốn thiết lập là Hz thì
đặt 10000.0


-

Tại trend: chọn new trend, vì ban đầu ta chọn thời gian lấy mẫu là 0,1 s nên ta
cần thiết lập là 100ms.

18 | P a g e


CHUYÊN ĐỀ 2 PLC
-

-

THẦY:TẠ VĂN PHƯƠNG

Tiếp đến, chọn Scope: Program vì trong bộ PID, ta đặt là program, ở đây ta muốn
lấy 2 thông số cần biểu diễn trên đồ thị là tần số (hz) và setpoint.

b) Thiết lập PID dùng để điều khiển Nhiệt độ.
Tạo thư mục PID như hình:

-

Sau đó, tiến hành thiết lập các thơng số Ki,Kp,Kd và set point:
+ Ta nhấp chuột phải vào New tag mục Data type chọn Real cho tất cả các giá
trị. Nếu muốn thiết lập giá trị cho PID, ta vào Dest nhập tên bộ PID đã đặt ở trên
là Test_PID.
+ Để ngõ vào hiểu được các giá trị,ta nhập lần lược vào Dest là
Test_PID.SP,Test_PID.KP ,Test_PID.KI ,Test_PID.KD.Khi đó chương trình sẽ

hiểu rằng ta đang cài đặt giá trị cho bộ PID.

-

Thiết lập giá trị CPT: Ta có cơng thức tính giá trị nhiệt độ là:
𝐶𝐻1 − 6241
× 100
31206 − 6241

+ Vì vậy ta thiết lập giá trị nhiệt độ như hình dưới:

19 | P a g e


CHUYÊN ĐỀ 2 PLC

THẦY:TẠ VĂN PHƯƠNG

- Tạo bộ điều khiển PID:
+ Nhấp chuột phải vào Add Ladder Element nhập PID nhấn OK

-

Với các thông số KP,KI,KD như trên, ta điều chỉnh sao cho độ vọt lố gần bằng
với giá trị SP .
Ta vào tab Configuration chỉnh các thông số của bộ PID
+ Thời gian lấy mẫu ( Loop Update Time ): Ta chọn là 0,1 s
+ Phần trăm ngõ ra lớn nhất ( CV High Limit ): 70%

20 | P a g e



CHUYÊN ĐỀ 2 PLC

THẦY:TẠ VĂN PHƯƠNG

1.5 Trình bày ảnh hưởng của các tham số KP, KI, KD trong bộ PID.
Độ lợi tỉ lệ Kp: giá trị càng lớn thì đáp ứng càng nhanh do đó sai số càng lớn, bù khâu
tỉ lệ càng lớn. Một giá trị độ lợi tỉ lệ quá lớn sẽ dẫn đến quá trình mất ổn định và dao
động.
Độ lợi tích phân Ki: giá trị càng lớn kéo theo sai số ổn định bị khử càng nhanh. Đổi lại
là độ vọt lố càng lớn: bất kỳ sai số âm nào được tích phân trong suốt đáp ứng quá độ
phải được triệt tiêu tích phân bằng sai số dương trước khi tiến tới trạng thái ổn định.
Độ lợi vi phân Kd: giá trị càng lớn càng giảm độ vọt lố, nhưng lại làm chậm đáp ứng
quá độ và có thể dẫn đến mất ổn định do khuếch đại nhiễu tín hiệu trong phép vi phân
sai số.

21 | P a g e


CHUYÊN ĐỀ 2 PLC

THẦY:TẠ VĂN PHƯƠNG

1.6 Trình bày chương trình và kết quả thực nghiệm trên mơ hình thực.

a) Kết quả thực nghiệm lấy từ động cơ.
-

Ta có kết quả lấy ra từ thực nghiệm:

Với Kp=0,3, Ki=0

-

 Khi thay đổi Kp thì điểm đáp ứng khơng đạt như mong muốn.
Với Kp=0,1 ; Ki= 0,3

 Khi có thơng số Kp thêm vào thì độ nhấp nhơ của đường ( đỏ) nhấp nhơ
khoảng thời gian nhỏ sau đó đó mới đáp ứng với điểm setpoint.
22 | P a g e


CHUYÊN ĐỀ 2 PLC

THẦY:TẠ VĂN PHƯƠNG

Với Kp=0,8 ; Ki=0

 Khi thay đổi giá trị Kp quá lớn làm độ vọt lố vượt quá điểm setpoint gây ảnh
hưởng đến thiết bị, động cơ.
-

Với Kp = 0,3; Ki=0,6

23 | P a g e


CHUYÊN ĐỀ 2 PLC

THẦY:TẠ VĂN PHƯƠNG


 Với kết quả như bảng trên: Ta có thể nhận xét rằng khi thiết lập giá trị Ki càng
lớn thì thời gian đáp ứng càng nhanh, nếu phối hợp Ki và Kp thì giá trị, thời gian
đáp ứng quá độ càng nhanh hơn.

b) Kết quả thực nghiệm lấy từ nhiệt độ.
- Đầu tiên khi hoạt động ta đặt giá trị setpoint tăng dần từ 60 lên 70 rồi 75 sau đó
giảm dần về 40.

24 | P a g e


CHUYÊN ĐỀ 2 PLC

-

THẦY:TẠ VĂN PHƯƠNG

Ở Trend : ta thấy được đồ thị của setpoint và của nhiệt độ
+ Khi ta muốn tăng nhiệt độ lên thì giá trị của nhiệt độ không ngừng tăng lên đến
điểm setpoint mà ta mong muốn, tuy nhiên khi mong muốn nhiệt độ giảm dần (
cụ thể giảm từ 75 về lại 40) thì nhiệt độ vẫn liên tục tăng lên hơn 75 độ rồi mới
giảm dần về điểm setpoint mong muốn.

 Ta có thể nhận xét rằng: Với PID điều khiển nhiệt độ khi tăng lên đến điểm mong
muốn, khả năng đáp ứng của chương trình và thiết bị tương đối nhanh chóng,
nhưng khi muốn giảm đi thì khơng thể giảm nhanh chóng được ( phải có thời
gian để nguội lị nhiệt ).

25 | P a g e