Đồ án 1: Điều khiển PID tốc độ động cơ DC, AC bằng PLC Trang 1 / 72
LỜI NÓI ĐẦU
gày nay, với sự phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật, công
nghệ thông tin và các chương trình ứng dụng; đã giúp ngành tự động
hóa góp phần không nhỏ trong quá trình phát triển chung của đất nước.
N
Dùng máy tính để hiển thị trạng thái làm việc đươc sử dụng rộng rãi.
Trong lĩnh vực tự động hóa trong công nghiệp, WinCC là một trong những
phần mềm chuyên dùng của hãng Siemens để quản lý, thu thập dữ liệu và điều
khiển quá trình công nghiệp. Xuất phát từ thực tế đó, bằng những kiến thức đã
được học và được đọc ở trường cùng với những kiến thức tìm tòi từ báo chí
sách vở và Internet chúng tôi đã quyết định tìm hiểu về đề tài: “ĐIỀU KHIỂN
PID TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC, AC BẰNG PLC”
Chúng tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Thầy TRẦN VĂN TRINH
đã hướng dẫn, giúp đỡ trong quá trình thực hiện đề tài, cũng như những kiến
thức bổ ích Thầy truyền đạt cho chúng tôi trong thời gian qua.
Trong thời gian thực hiện đề tài chúng tôi không tránh khỏi những thiếu
sót mong thầy cô và các bạn đóng góp thêm để hoàn thiện đề tài hơn nữa.
 Gò Vấp, tháng 06 năm 2009
Đặng Hồng Hòa
Đinh Trương Nam Duy
SVTH: Đ.Hồng Hòa - Đ.T.Nam Duy GVHD:Th.s Trần Văn Trinh
Đồ án 1: Điều khiển PID tốc độ động cơ DC, AC bằng PLC Trang 2 / 72
TÓM TẮT ĐỒ ÁN
Sau khi hoành thành xong đồ án với đề tài là “Điều khiển PID tốc độ
động cơ DC, AC bằng PLC” chúng tôi xin tóm tắt lại những vấn đề như sau:
• Những công việc đã làm được:
- Tìm hiểu rõ bộ điều khiển PID.
- Tìm hiểu rõ chương trình WinCC để thiết kế được giao diện điều
khiển trực quan, dể điều khiển, liên kết với các biến trong PC
ACCESS để điều khiển PLC.


Ký nhận của giáo viên
Th.S Trần Văn Trinh
SVTH: Đ.Hồng Hòa - Đ.T.Nam Duy GVHD:Th.s Trần Văn Trinh
Đồ án 1: Điều khiển PID tốc độ động cơ DC, AC bằng PLC Trang 4 / 72


Chương I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1. PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN PID
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.
1.1. Hàm truyền đạt

Hình 1.1: Sơ đồ khối của bộ điều khiển PID
Hàm truyền của khâu PID là:
( )








++=
sT
sT
KsG
d
i
pC
1
1
Nếu e(t) là đầu vào, u(t) là đầu ra thì:

– Kp là độ lợi của khâu tỷ lệ (Proportional gain)
– K
i
là độ lợi của khâu tích phân (Integral gain)
– Kd là độ lợi của khâu vi phân (Derivative gain)
SVTH: Đ.Hồng Hòa - Đ.T.Nam Duy GVHD:Th.s Trần Văn Trinh
Đồ án 1: Điều khiển PID tốc độ động cơ DC, AC bằng PLC Trang 8 / 72
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:
Đáp ứng vòng
kín
Thời gian
tăng
Vọt lố Thời gian quá
độ
Sai sô xác lập
K
p
Giảm Tăng Ít thay đổi Tăng
K
i
Giảm Tăng Tăng Không xác định
K
d
Ít thay đổi Giảm Giảm Thay đổi ít
Hình 1.2 – Biểu đồ đáp ứng và điều chỉnh dùng PID
1.2. Biến đổi bộ điều khiển PID
Bộ điều khiển PID có hàm truyền dạng liên tục như sau:
( )
i

( )






−
+






−
+
+=
z
z
T
K
z
z
TK
KzG
di
p
1
1




++
=
z
z
T
K
z
T
KTK
K
T
KTK
K
zG
ddi
d
di
p
Đặt:
T
KTK
Ka
di
p
++=
2
0

z
zazaa
zG
Từ đó, ta tính được tín hiệu điều khiển u(k) khi tín hiệu vào e(k) như sau:
SVTH: Đ.Hồng Hòa - Đ.T.Nam Duy GVHD:Th.s Trần Văn Trinh
Đồ án 1: Điều khiển PID tốc độ động cơ DC, AC bằng PLC Trang 9 / 72
( ) ( ) ( ) ( )
ke
z
zazaa
kezGku
1
2
2
1
10
1
−
−−
−
++
==
Cuối cùng ta có được công thức sau:
( ) ( ) ( ) ( ) ( )
211
210
−+−++−= keakeakeakuku
2. GIỚI THIỆU VỀ WINCC
a. Giới thiệu về WinCC
WinCC ( Windows Control Center ): là chương trình kết hợp với PLC

Hình 1.4 Tạo 1 project mới (2)
Khi đó cửa sổ soạn thảo giao diện xuất hiện như hình:
Hình 1.5 Giao diện làm việc khi tạo project
Để kết nối với PLC thì cần liên kết với DRIVER. Chọn phải chuột vào
Tag Management và chọn Add New Driver:
Hình 1.6 Kết nối PLC với máy tính (1)
Khi đó hộp thoại Add New Driver xuất hiện và chọn OPC.CHN và chọn
OK.
SVTH: Đ.Hồng Hòa - Đ.T.Nam Duy GVHD:Th.s Trần Văn Trinh
Đồ án 1: Điều khiển PID tốc độ động cơ DC, AC bằng PLC Trang 11 / 72
Hình 1.7 Kết nối PLC với máy tính (2)
b. Tạo biến nội
Trong WinCC có 2 cách tạo biến là Biến nội :là các vùng nhớ có sẳn
trong WinCC nhằm mô phỏng hệ thống trên giao diện WinCC như một PLC
ảo và biến ngoại dùng để kết nối giữa PLC thực tế và giao diện WinCC phần
này sẽ được nói đến trong phần giới thiệu về PC ACCESS trong phần tiếp
theo. Để tạo các biến nội thì trong mục Internal tags nhấp phải chuột chọn new
tags
Hình 1.8 Tạo biến nội
Sau đó đặt tên cho biến đó và chọn kiểu của biến vừa thiết lập với:
 Binary tag: kiểu nhị phân.
 Unsigned 8 - bit value:kiểu số nguyên 8 bit không dấu.
 Signed 8 - bit value: kiểu số nguyên 8 bit có dấu.
 Unsigned 16 - bit value: kiểu số nguyên 16 bit không dấu.
 Signed 16 - bit value: kiểu số nguyên 16 bit có dấu.
 Unsigned 32 - bit value: kiểu số nguyên 32 bit không dấu
 Signed 32 - bit value: kiểu số nguyên 32 bit có dấu
 Floating Point Number 32 bit IEEE 754: kiểu số thực 32 bit theo
tiêu chuẩn của IEEE 754
SVTH: Đ.Hồng Hòa - Đ.T.Nam Duy GVHD:Th.s Trần Văn Trinh

SVTH: Đ.Hồng Hòa - Đ.T.Nam Duy GVHD:Th.s Trần Văn Trinh
Đồ án 1: Điều khiển PID tốc độ động cơ DC, AC bằng PLC Trang 14 / 72
Hình 1.13 Giao diện của cửa sổ Graphics Designer
Hình ảnh quá trình:
Tất cả các đối tượng hình cần dùng cho
hình ảnh quá trình được lấy trong thư viện của
WinCC hoặc có thể tự thiết kế mới. Trên bảng
chọn lệnh vào View chọn Library
Hoặc cũng có thể nhấp vào biểu tượng
Library trên thanh công cụ
Hình 1.14 Quá trình lấy các hình mẫu
Hộp thoại Library xuất hiện như trên, để lấy hình ảnh ra ngoài làm việc
cần nhấp chọn và kép thả ra ngoài giao diện
SVTH: Đ.Hồng Hòa - Đ.T.Nam Duy GVHD:Th.s Trần Văn Trinh
Đồ án 1: Điều khiển PID tốc độ động cơ DC, AC bằng PLC Trang 15 / 72
• Tạo nút nhấn:
Trong bảng các đối tương điều khiển vào
“Window Objects” chon vào biểu tượng “Button”
Sau khi tạo nút nhấn xuất hiện hộp thoại:
Hình 1.15 Tạo nút nhấn
• Cách lập trình nút nhấn: nhấp phải
chuột chọn Properties của nút nhấn vừa tạo. Hộp
thoại “Objects Properties” xuất hiện. Chọn tab
“Events” >> “Button” >> “Mouse”. Lập trình
cho nút nhấn dùng lập trình C chọn “Mouse
Action” phải chuột chọn “C-Action”
Hình 1.16 Lập trình nút nhấn (1)
• Hộp thoại “Edit Action” :
SVTH: Đ.Hồng Hòa - Đ.T.Nam Duy GVHD:Th.s Trần Văn Trinh
Nút nhấn

Vùng lập trình
Kiểm tra
lỗi
Đồ án 1: Điều khiển PID tốc độ động cơ DC, AC bằng PLC Trang 17 / 72
5. 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.
6. 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:
1. Thoát khỏi Runtime:
Cú pháp: Bool DecactivateRTProject()
Nội dung: Thoát khỏi chương trình WinCC đang chạy Runtime
2. Thoát khỏi WinCC:
Cú pháp: Bool ExitWinCC()
Nội dung: Thoát khỏi chương trình WinCC, kể cả WinCC Explorer
Các hàm xử lý tính toán:
Các hàm tính toán trên bit:
• Tạo và thực thi vùng nhập/xuất dữ liệu (I/O
Field): Trong bảng các đối tượng điều khiển vào
“Smart Objects” chọn vào biểu tượng “Button”. Sau khi
tạo vùng nhập/xuất dữ liệu xuất hiện hộp thoại:
SVTH: Đ.Hồng Hòa - Đ.T.Nam Duy GVHD:Th.s Trần Văn Trinh
Đồ án 1: Điều khiển PID tốc độ động cơ DC, AC bằng PLC Trang 18 / 72
Hình 1.19 Tạo I/O Field
3. GIỚI THIỆU VỀ PC ACCESS
PC Access là phần mềm dùng để tạo các biến ngoại nhằm liên kết giữa

Các biến khác cũng làm tương tự sau đó tiến hành Save chương trình vừa tạo.
4. GIỚI THIỆU VỀ PLC S7_200 CPU224DC
Đối với PLC S7200 thì tài liệu về nó rất nhiều chính vì thế trong bài
này tôi không đề cập tới những kiến thức căn bản trong PLC mà sẽ tìm hiểu về
nhưng kiến thức tổng quát hơn sâu hơn đó là: cách kết nối PLC, cách dùng
HSC, điều xung PWM, bộ điều khiển PID.
4.1. Cách kết nối PLC và giao tiếp với máy tính
Đối với loại CPU S7-200 DC/DC/DC:
SVTH: Đ.Hồng Hòa - Đ.T.Nam Duy GVHD:Th.s Trần Văn Trinh
Đồ án 1: Điều khiển PID tốc độ động cơ DC, AC bằng PLC Trang 20 / 72
 Điện áp cấp nguồn: 24VDC
 Ngõ vào tích cực: 24VDC
 Điện áp tại ngõ ra: 24VDC
Dưới đây là sơ đồ khối của CPU224DC:
Hình 1.22 Sơ đồ khối của CPU224DC
Để có thể giao tiếp giữa máy tính và PLC cho thực hiện việc
Download hoặc Upload cho PLC, trước tiên ta phải chọn cổng giao tiếp:
- Trường hợp cáp giao tiếp là cáp USB thì cổng giao tiếp phải chọn USB
- Trường hợp cáp giao tiếp là cáp COM thì phải chọn đúng cổng giao tiếp của
máy tính.
Để có thể chọn cổng giao tiếp,vào mục Communication, chọn Set
PG/PC Interface.
Hình 1.23 Liên kết PLC với máy tính(1)
Sau đó chọn Properties của PC/PPI cable (PPI)
SVTH: Đ.Hồng Hòa - Đ.T.Nam Duy GVHD:Th.s Trần Văn Trinh
Đồ án 1: Điều khiển PID tốc độ động cơ DC, AC bằng PLC Trang 21 / 72
Trong Tab PPI: chọn đúng tốc độ
Bauds ở phần Transmission Rate:
Tốc độ để mặc định là 9600, tốc độ
Baud mặc định ở cáp cũng là 9600 (

loại PLC,còn không thì nó sẽ báo,ta phải chọn lại cổng COM cũng như địa chỉ
PLC trong phần Communications.
Hình 1.26 Chọn loại CPU
SVTH: Đ.Hồng Hòa - Đ.T.Nam Duy GVHD:Th.s Trần Văn Trinh
Đồ án 1: Điều khiển PID tốc độ động cơ DC, AC bằng PLC Trang 23 / 72
4.2. High Speed Counter:
Để đọc xung tốc độ cao (HSC), ta cần phải thực hiện các bước cho vệc
định dạng Wizard:
Hình 1.27 Thiết lập High Speed Counter (1)
* Chọn Wizard đọc
xung tốc độ cao High
Speed Counter:
Chọn Mode đọc xung tốc độ cao và loại Counter nào (HC0,HC1…)
Hình 1.28 Thiết lập High Speed Counter (2)
SVTH: Đ.Hồng Hòa - Đ.T.Nam Duy GVHD:Th.s Trần Văn Trinh
Đồ án 1: Điều khiển PID tốc độ động cơ DC, AC bằng PLC Trang 24 / 72
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 .
Hình 1.29 Giản đồ xung Mode 0,1 và 2
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.

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
Hình 1.32 Giản đồ xung Mode 9,10 và 11
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.
SVTH: Đ.Hồng Hòa - Đ.T.Nam Duy GVHD:Th.s Trần Văn Trinh