ĐẠI HỌC BÁCH KHOA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG
–– —— && –– ——
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

Đề tài

Ư
Ư
Ù
Ù
N
N
G
GD
D
U
U
Ï
Ï
N

I
E
E
Å
Å
N
NM
M
Ơ
Ơ
Ø
ØL
L
A
A
I
IV
V
A
A
Ø

E
Ä
ÄT
T
H
H
O
O
Á
Á
N
N
G
GT
T
H
H
Ư
Ư
Û
ÛB

Tiếp đến, chúng em xin chân thành cảm ơn toàn thể ban lãnh đạo và tất cả
các anh chò trong công ty Vinh Nam đã tạo mọi điều kiện thuận lợi để chúng em
hoàn thành nhiệm vụ, đặc biệt chúng em xin gửi lời cảm ơn đến anh Thái Công
Hùng – Giám đốc công ty – đã cho phép và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho
chúng em đến thực tập tại công ty, anh Nguyễn An – Trưởng phòng kỹ thuật, anh
Bùi Văn Quang, anh Nguyễn Vónh Thuận, anh Nguyễn Hoàng Thanh Hải, là
những người đã trực tiếp hướng dẫn chúng em trong quá trình nghiên cứu và hoàn
thành luận văn.
Cuối cùng, chúng em xin chân thành cảm ơn tất cả.
HCMC, 14.1.2002

Nguyễn Tuấn Anh
Ngô Hoàng Quân Nhận xét của giáo viên hướng dẫn
Nhaọn xeựt cuỷa coõng ty Vinh Nam
6. Các lệnh điều khiển chương trình 66
7. Bộ thời gian (Timer) 71
8. Bộ đếm (Counter) 75
9. Kỹ thuật lập trình 78
9.1. Lập trình tuyến tính và lập trình có cấu trúc 78
9.2. Tổ chức bộ nhớ CPU 79
9.3. Trao đổi dữ liệu giữa CPU và các modules mở rộng 80
9.4. Gọi khối FC 81
9.5. Instance block và thủ tục gọi khối FB 81
Chương 2 Điều khiển mờ với S7-400 82
1. Chương trình FCPA 82
2. Sử dụng DB mờ vơi FB30 (Fuzzy Control) 82
3. Module mềm PID 83
Mục lục ii

Chương 3 Thuật toán điều khiển PID 93
1. Điều khiển PID liên tục 93
2. Dạng rời rạc của bộ điều khiển PID 95
2.1. Sự hiệu chỉnh thực tế của bộ điều khiển 96
2.2. Kỹ thuật antiwindup bộ tích phân 96
2.3. Chức năng cụ thể của các thành phần trong PID 101
Phần 3 HMI/SCADA (Development with iFIX/Intellution) 107
1. Tổng quan 108
1.1. Giới thiệu về iFIX 108
1.2. Thu thập dữ liệu 108
1.3. Quản lý dữ liệu 108
2. Cấu trúc 109
2.1. Giới thiệu về đồ họa (Graphics) 109
2.2. Thẻ (Tags) 111
2.3. Scheduler 112

7.2. Kết nối các thiết bò trong mạng Industrial Ethernet 145
7.3. Đặt cấu hình cho S7-400 149
7.4. Kết nối các thiết bò của mô hình hệ thống thử bơm vào PLC 150
Chương 3 Chương trình chính 153
1. Diễn giải hệ thống 153
1.1. iFIX 153
1.2. Step 7 Manager 153
1.3. Lưu đồ giải thuật 153
2. Giao diện 155
2.1. Màn hình chính 155
2.2. Màn hình đặt giá trò 156
2.3. Màn hình xem báo động 158
2.4. Màn hình hiển thò kết quả 159
2.5. Màn hình About Program 160
3. Chương trình điều khiển 161
3.1. Cấu trúc chương trình 161
3.2. Project LVTN 161
Chương 4 Kết quả thi công và hướng mở rộng đề tài 163
1. Kết quả thi công 163
1.1. Điều khiển một điểm [lưu lượng] 163
1.2. Điều khiển 7 điểm [lưu lượng] 165
2. Hướng mở rộng đề tài 168

Tài liệu tham khảo
Phụ lục 1 : Đặc điểm kỹ thuật của một số thiết bò
Phụ lục 2 : Chương trình điều khiển hệ thống viết trên iFIX V2.21
Phụ lục 3 : Chương trình điều khiển hệ thống viết trên Step7

mờ để hệ thống có thể tự chỉnh đònh các thông số của nó nhằm đưa hệ thống đạt
được yêu cầu của bài toán.
Nhận thấy tầm ứng dụng to lớn của PLC SIMATIC S7-400 sẵn có tại công
ty và phần mềm rất hiệu quả Step7, những người thực hiện đã tranh thủ đưa vào
ứng dụng cho hệ thống của mình. Như vậy, nội dung của luận văn gồm những phần chính như sau:

• Cơ sở lý thuyết:
Phần 1: Lý thuyết điều khiển mờ
Phần 2: PLC SIMATIC S7-400 và Tập lệnh
Phần 3: HMI/SCADA (Development with iFIX – Intellution)
• Ứng dụng – Vận hành
Phần 4: Thiết kế kỹ thuật sơ đồ công nghệ hệ thống thử bơm

Việc gì cũng có khó khăn, trở ngại của nó, không nhiều thì ít (thời gian,
thiết bò, ) và do đó, sai sót, khuyết điểm,… là điều không tránh khỏi. Những
người thực hiện kính mong quý thầy cô cũng như các anh chò trong công ty thông
cảm và lượng thứ. Mọi ý kiến góp ý, những người thực hiện đều xin ghi nhận.
Cuối cùng, những người thực hiện xin chân thành cảm ơn tất cả.

Sinh viên

Nguyễn Tuấn Anh
Ngô Hoàng Quân

LL
LL
YY
YY
ÙÙ
ÙÙTT
TT
HH
HH
UU
UU
YY
YY
EE
EE
ÁÁ
ÁÁ
TT
TT

MM
ÔÔ
ÔÔ
ØØ
ØØPhần 1: Điều khiển mờ

ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN MỜ VÀ SCADA TRONG HỆ THỐNG THỬ BƠM Trang 2

Chương
11
11C
C
A
A
Ù
Ù
C
CK
K
H
H

Û
Û
N
N
1. KHÁI NIỆM VỀ TẬP MỜ
1.1. Đònh nghóa tập mờ
Hàm phụ thuộc
A
µ
(x) đònh nghóa trên tập A được đònh nghóa trong tập hợp
kinh điển chỉ có hai giá trò là 1 nếu x thuộc A hoặc 0 nếu x không thuộc A. Ta
thấy cách biểu diễn như vậy sẽ không phù hợp với những tập mô tả “mờ” như
tập B gồm các số thực dương nhỏ hơn nhiều so với 6
B ={ x∈R | x << 6 } (1.1)
Hoặc tập C gồm các số thực gần bằng 3
C ={ x∈R | x ≈ 3 } (1.2)
Lý do với những đònh nghóa mờ như vậy chưa đủ để xác đònh được một số
x=3,5 có thuộc B hay không hoặc x=2,5 có thuộc C hay không. Nếu đã không
khẳng đònh được x=3,5 có thuộc B hay không thì cũng không thể khẳng đònh được
x=3,5 không thuộc B. Vậy thì x=3,5 thuộc B bao nhiêu phần trăm?. Giả sử rằng
câu trả lời đó có thì hàm phụ thuộc µ
B
(x) tại điểm x=3,5 phải có một giá trò trong
khoảng [0,1], tức là
0 <
B
µ

x ∈ M
x
µ
F
: M → [0, 1] (1.4)
Ánh xạ µ
F
(x) được gọi là hàm liên thuộc (hoặc hàm phụ thuộc) của tập mờ
F. Tập kinh điển mờ được gọi là cơ sở của tập mờ F.
Sử dụng các hàm liên thuộc để tính độ phụ thuộc của một phần tử x nào đó
có hai cách: tính trực tiếp (nếu µ
F
(x) cho trước dưới dạng công thức tường minh)
hoặc tra bảng (nếu µ
F
(x) cho dưới dạng bảng).
Các hàm liên thuộc thường có dạng trơn được gọi là hàm liên thuộc kiểu S.
Đối với hàm liên thuộc kiểu S do các công thức biểu diễn µ
F
(x) có độ phức tạp
lớn nên thời gian tính độ phụ thuộc cho một phần tử lâu. Bởi vậy trong kỹ thuật
điều khiển mờ thông thường các hàm liên thuộc kiểu S hay được thay gần đúng
bằng một hàm tuyến tính từng đoạn và được gọi là hàm liên thuộc có mức
chuyển đổi tuyến tính.

: Hàm liên thuộc có mức chuyển đổi tuyến tính.
Phần 1: Điều khiển mờ

ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN MỜ VÀ SCADA TRONG HỆ THỐNG THỬ BƠM Trang 4
S = { x∈M | µ
F
(x) > 0 } (1.6)
Đònh nghóa 1.4: Miền tin cậy của tập mờ F (trên cơ sở M), được ký hiệu bởi T là
tập con của M thỏa mãn
T = { x∈M | µ
F
(x) = 1 } (1.7)

2. CÁC PHÉP TOÁN TRÊN TẬP MỜ
2.1. Phép hợp hai tập mờ
Đònh nghóa hợp hai tập mờ có cùng cơ sở: Hợp của hai tập mờ A và B có cùng
cơ sở M là một tập mờ cũng xác đònh trên cơ sở M với hàm liên thuộc
)(x

A
µ
)(x
B
µ
(Tổng trực tiếp) (1.10)
Công thức (1.8) cũng áp dụng được cho hai tập mờ không cùng cơ sở như đã
làm đối với giao của hai tập mờ
x
µ
F
(x)

1

0

miền tin cậy
miền xác đònh
Hình 1.2: Minh họa về miền xác đònh và miền tin cậy của một tập mờ

Phần 1: Điều khiển mờ

ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN MỜ VÀ SCADA TRONG HỆ THỐNG THỬ BƠM Trang 5

, ),( yx
B
µ
} (1.11)
trong đó
),( yx
A
µ
= )(x
A
µ
với mọi y∈Y (1.12)
),( yx
B
µ
= )(y
B
µ
với mọi x∈X (1.13)
),( yx
B
µ
b)
Phần 1: Điều khiển mờ

ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN MỜ VÀ SCADA TRONG HỆ THỐNG THỬ BƠM Trang 6
)(µ
B
A
x
∩ 2.2. Phép giao hai tập mờ
Đònh nghóa giao hai tập mờ cùng cơ sở: Giao của hai tập mờ A và B có cùng cơ
sở X là một tập mờ xác đònh trên cơ sở X có hàm liên thuộc:
A ∩B:

x
∩
=
A
µ
B
µ (Tích đại số) (1.16)
Công thức (1.14) cũng áp dụng được cho hợp hai tập mờ không cùng cơ sở
bằng cách đưa cả hai tập mờ về cùng một cơ sở là tích của hai cơ sở đã cho.
y
),( yx
BA∪
µ

x
c)
Hình 1.4: Phép hợp hai tập mờ không cùng cơ sở
a) Hàm liên thuộc của hai tập mờ A và B.
b) Đưa hai tập mờ về cùng một cơ sở.
c) Giao hai tập mờ cùng cơ sở là tích hai cơ sở X và Y.

A
~µ
B
~µ

Hình 1.5: Giao hai tập mờ cùng cơ sở
Phần 1: Điều khiển mờ

ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN MỜ VÀ SCADA TRONG HỆ THỐNG THỬ BƠM Trang 7

µµ
= ∀x∈X (1.18)
Đònh nghóa giao hai tập mờ không cùng cơ sở: Giao của hai tập mờ
A
~
có hàm
liên thuộc )(~ x
A
µ
đònh nghóa trên cơ sở X và tập mờ
B
~
có hàm liên thuộc )(~ y
B
µ

đònh nghóa trên cơ sở Y là một tập mờ đònh nghóa trên cơ sở X×Y có hàm liên
thuộc.
),( yx
BA∩
µ

=Min { ),( yx
A
µ
, ),( yx
B
µ
} (1.19)
trong đó

A
µ
x
)(~ y
B
µ

a)
x
y
),( yx
A
µ
x
X×Y
),( yx
B
µ
b)
Phần 1: Điều khiển mờ

ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN MỜ VÀ SCADA TRONG HỆ THỐNG THỬ BƠM Trang 8
Con người suy nghó và giao tiếp với nhau bằng ngôn ngữ tự nhiên. Vì vậy
muốn thiết kế một bộ điều khiển bắt chước sự suy nghó, xử lí thông tin và ra
quyết đònh của con người trước tiên chúng ta cần phải biểu diễn được ngôn ngữ tự
0
1
)(µ
A
~ x
x
1
a)
b)
Hình 1.7: Tập bù A
C
của tập mờ A
a) Hàm liên thuộc của tập mờ A
b) Hàm liên thuộc của tập mờ A
C

x
(
)
yx
BA
,
∩
µ
y
c)
Hình 1.4: Phép giao hai tập mờ không cùng cơ sở

Với ví dụ trên ta có thể lấy biến tốc độ làm ví dụ.
Với tốc độ thì ta có thể nói là cho xe chạy với tốc độ chậm, hoặc cho xe chạy với
tốc độ trung bình, hoặc là cho xe chạy với tốc độ nhanh.
Với các từ :
-Chậm
-Trung bình
-Nhanh
là thay thế cho tốc độ trong một khoảng vận tốc nào đó. Do đó mà mỗi giá trò
ngôn ngữ đó của biến tốc độ được xác đònh bằng một tập mờ đònh nghóa trên cơ
sở là tập các số thực dương chỉ giá trò vật lí của biến tốc độ v như 40km/h, 50km/h
Vậy ta có các khái niệm sau:
Biến ngôn ngữ là biến mà giá trò của nó là các từ (tốc độ). Biến này nhận
các giá trò ngôn ngữ (chậm, trung bình, nhanh) làm giá trò cho nó.
Phần 1: Điều khiển mờ

ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN MỜ VÀ SCADA TRONG HỆ THỐNG THỬ BƠM Trang 10
Vậy giá trò ngôn ngữ là giá trò của biến ngôn ngữ
4. LUẬT HP THÀNH MỜ
4.1. Mệnh đề hợp thành
Trên đây biến ngôn ngữ (ví dụ biến v chỉ tốc độ xe) được xác đònh thông
qua các giá trò mờ của nó. Cùng là một đại lượng vật lý chỉ tốc độ nhưng biến v
có hai khái niệm.
• Là biến vật lý với các giá trò rõ như v=40km/h hay v=75km/h, (miền xác
đònh là tập kinh điển).
• Là biến ngôn ngữ với các giá trò mờ như rất chậm, chậm, trung bình, (miền
xác đònh là tập các tập mờ).
Để phân biệt chúng, sau đây là ký hiệu La mã ν sẽ được dùng để chỉ biến
tốc độ v là biến ngôn ngữ.
Cho hai biến ngôn ngữ χ và γ. Nếu biến χ nhận giá trò (mờ) A có hàm liên
thuộc µ

B’
(y).
Mô tả mệnh đề hợp thành:
Ánh xạ µ
A
(x
0
) → µ
B’
(y) chỉ ra rằng mệnh đề hợp thành là một tập mà mỗi
phần tử là một giá trò (µ
A
(x
0
), µ
B’
(y)), tức là mỗi phần tử là một tập mờ. Mô tả
mệnh đề hợp thành chính là mô tả ánh xạ trên.
Sau đây, ánh xạ µ
A
(x
0
) → µ
B’
(y) sẽ được gọi là hàm liên thuộc của luật hợp
thành. Trong toán logic kinh điển, giữa mệnh đề hợp thành p ⇒ q và các mệnh
đề điều kiện p, kết luận q có các quan hệ sau:
Phần 1: Điều khiển mờ

ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN MỜ VÀ SCADA TRONG HỆ THỐNG THỬ BƠM Trang 11

A
(x), µ
B
(y)} (Công thức Max-Min)
µ
A⇒B
(x,y) = µ
A
(x).µ
B
(y) (Công thức Max-Prod)
Hai công thưc trên cho mệnh đề hợp thành A ⇒ B được gọi là mệnh đề hợp
thành.
Giả sử biến ngôn ngữ χ chỉ tốc độ và γ chỉ sự tác động ga xe. Luật điều
khiển cho xe chạy với tốc độ trung bình không đổi sẽ tương đương với mệnh đề
hợp thành mờ một điều kiện sau
NẾU χ = chậm THÌ γ = tăng (1.25)
với µ
chậm
(x), µ
tăng
(y) (như trong hình 1.8a) có hàm liên thuộc µ
chậm⇒tăng
(x,y) sử
dụng qui tắc Max-Min tại một giá trò rõ x=x
0
là phần dưới của hàm µ
tăng
(y) bò cắt
bởi đường H=µ

4.2. Luật hợp thành mờ
Hàm liên thuộc µ
chậm⇒tăng
(x
0
,y) trong ví dụ trên với một giá trò vật lý rõ x=x
0

có cùng cơ sở với µ
tăng
(y). Tổng quát lên thì hàm liên thuộc µ
A⇒B
(x,y) của mệnh
đề hợp thành A⇒B bây giờ sẽ ký hiệu ngắn gọn thành R tại một giá trò rõ x=x
0
là
một hàm liên thuộc cho một giá trò mờ nào đó của biến ngôn ngữ y.
a)
µ
µ
chậm

b)
µ
µ
chậm
(x)

x
µ
µ
tăng
(x)
x
µ
chậm⇒tăng
(x
0
,y)
H
Hình 1.8: Hàm liên thuộc của luật hợp thành µ
chậm
⇒
tăng
(x,y)
a) Hàm liên thuộc µ
chậm
(x) vàµ
tăng
(y)
b) µ
chậm⇒tăng

(x
0
, y) = Min { µ
A
(x
0
), µ
B
(y) } (1.26)
tức là khi độ cao của B bằng 1, tập mờ B’ (cùng cơ sở với B) sẽ có độ cao
H = µ
A
(x
0
) (1.27)
Từ này về sau trong mệnh đề hợp thành A⇒B cũng như trong luật hợp
thành R đại lượng H sẽ có tên gọi là độ thỏa mãn mệnh đề điều kiện hay ngắn
gọn là độ thỏa mãn.
Cùng với (1.27) công thức (1.26) viết được thành
µ
B’
(y) = µ
R
(x
0
, y) = Min { H, µ
B
(y) } (1.28)
Với qui tắc Max-Prod hàm liên thuộc của B’ sẽ là
µ

hàm µ
B
(y) bò chặn trên bởi độ thỏa mãn
H = Max Min{ µ
A’
(x), µ
A
(x) } (1.30)

Nếu xem luật hợp thành (1.25) như là một luật điều khiển của bộ điều
khiển mờ thì đầu ra sẽ là một giá trò mờ có hàm liên thuộc µ
B’
(y).
4.3. Luật hợp thành của mệnh đề nhiều điều kiện
Một mệnh đề hợp thành với d mệnh đề điều kiện
NẾU χ
1
= A
1
VÀ χ
2
= A
2
V VÀ χ
d
= A
d
THÌ γ = B (1.31)
bao gồm d biến ngôn ngữ đầu vào χ
1