Luận văn Ứng dụng bộ điều khiển mờ lai và scada trong hệ thống thử bơm

ÑAÏI HOÏC BAÙCH KHOA THAØNH PHOÁ HOÀ CHÍ MINH KHOA ÑIEÄN – ÑIEÄN TÖÛ BOÄ MOÂN ÑIEÀU KHIEÅN TÖÏ ÑOÄNG –—&–— LUAÄN VAÊN TOÁT NGHIEÄP Ñeà taøi ÖÙÙNG DUÏÏNG BOÄÄ ÑIEÀÀU KHIEÅÅN MÔØØ LAI VAØØ SCADA TRONG HEÄÄ THOÁÁNG THÖÛÛ BÔM GVHD : Th. PHAN NGUYEÃN PHUÏC QUOÁC SVTH : 1. NGUYEÃN TUAÁN ANH - 49700039 2. NGO HOAØNG QUAÂN - 49701157 NIEÂN KHOÙA 1997 - 2002 Thaùng 1/2002 Lôøi Caùm Ônø ù Coù leõ ñeå baøy toû loøng bieát ôn cuûa chuùng em ñeán taát caû moïi ngöôøi thì nhöõng lôøi caùm ôn döôùi ñaây chaúng theå naøo taû heát, bôûi vì söï giuùp ñôõ cuûa moïi ngöôøi quaû laø quaù lôùn lao. Tröôùc heát, chuùng em xin baøy toû loøng bieát ôn saâu saéc ñeán thaày Phan Nguyeãn Phuïc Quoác, laø giaùo vieân höôùng daãn, ngöôøi ñaõ giôùi thieäu chuùng em vôùi coâng ty Vinh Nam, ngöôøi thaày luoân nhieät tình vôùi hoïc troø, cuøng taát caû caùc thaày coâ giaùo trong boä moân Ñieàu Khieån Töï Ñoäng ñaõ taïo cho chuùng em moät neàn taûng kieán thöùc caàn thieát cho söï nghieäp cuûa chuùng em sau naøy. Tieáp ñeán, chuùng em xin chaân thaønh caûm ôn toaøn theå ban laõnh ñaïo vaø taát caû caùc anh chò trong coâng ty Vinh Nam ñaõ taïo moïi ñieàu kieän thuaän lôïi ñeå chuùng em hoaøn thaønh nhieäm vuï, ñaëc bieät chuùng em xin göûi lôøi caûm ôn ñeán anh Thaùi Coâng Huøng – Giaùm ñoác coâng ty – ñaõ cho pheùp vaø taïo moïi ñieàu kieän thuaän lôïi cho chuùng em ñeán thöïc taäp taïi coâng ty, anh Nguyeãn An – Tröôûng phoøng kyõ thuaät, anh Buøi Vaên Quang, anh Nguyeãn Vónh Thuaän, anh Nguyeãn Hoaøng Thanh Haûi, laø nhöõng ngöôøi ñaõ tröïc tieáp höôùng daãn chuùng em trong quaù trình nghieân cöùu vaø hoaøn thaønh luaän vaên. Cuoái cuøng, chuùng em xin chaân thaønh caûm ôn taát caû. HCMC, 14.1.2002 Nguyeãn Tuaán Anh Ngoâ Hoaøng Quaân Nhaän xeùt cuûa giaùo vieân höôùng daãn ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ Nhaän xeùt cuûa giaùo vieân phaûn bieän ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ Nhaän xeùt cuûa coâng ty Vinh Nam ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ Muïc luïc i MUÏC LUÏC Lôøi Caùm Ôn Nhaän Xeùt Giôùi Thieäu Ñeà Taøi Phaàn 1 Lyù thuyeát ñieàu khieån môø ............................................................................1 Chöông 1 Caùc khaùi nieäm cô baûn .............................................................................2 1. Khaùi nieäm veà taäp môø .........................................................................................2 2. Caùc pheùp toaùn treân taäp môø................................................................................4 3. Bieán ngoân ngöõ vaø caùc giaù trò cuûa noù................................................................8 4. Luaät hôïp thaønh môø............................................................................................10 5. Giaûi môø ...............................................................................................................15 Chöông 2 Ñieàu khieån môø .............................................................................................21 1. Boä ñieàu khieån môø cô baûn ................................................................................21 2. Nhöõng nguyeân taéc toång hôïp boä ñieàu khieån môø...........................................22 3. Heä ñieàu khieån môø lai .......................................................................................28 4. Chænh ñònh môø tham soá boä ñieàu khieån PID ..................................................32 Phaàn 2 PLC S7-400 vaø Taäp leänh ..........................................................................37 Chöông 1 Ngoân ngöõ laäp trình STL .......................................................................38 1. Caáu truùc leänh vaø traïng thaùi keát quaû...............................................................39 2. Caùc leänh cô baûn.................................................................................................45 3. Caùc leänh toaùn hoïc.............................................................................................55 4. Leänh logic tieáp ñieåm treân thanh ghi traïng thaùi............................................57 5. Leänh ñoåi kieåu döõ lieäu.......................................................................................62 6. Caùc leänh ñieàu khieån chöông trình ..................................................................66 7. Boä thôøi gian (Timer).........................................................................................71 8. Boä ñeám (Counter).............................................................................................75 9. Kyõ thuaät laäp trình..............................................................................................78 9.1. Laäp trình tuyeán tính vaø laäp trình coù caáu truùc ...........................................78 9.2. Toå chöùc boä nhôù CPU ....................................................................................79 9.3. Trao ñoåi döõ lieäu giöõa CPU vaø caùc modules môû roäng.............................80 9.4. Goïi khoái FC ...................................................................................................81 9.5. Instance block vaø thuû tuïc goïi khoái FB ......................................................81 Chöông 2 Ñieàu khieån môø vôùi S7-400 ...................................................................82 1. Chöông trình FCPA...........................................................................................82 2. Söû duïng DB môø vôi FB30 (Fuzzy Control) .................................................82 3. Module meàm PID .............................................................................................83 Muïc luïc ii Chöông 3 Thuaät toaùn ñieàu khieån PID ....................................................................93 1. Ñieàu khieån PID lieân tuïc...................................................................................93 2. Daïng rôøi raïc cuûa boä ñieàu khieån PID..............................................................95 2.1. Söï hieäu chænh thöïc teá cuûa boä ñieàu khieån..................................................96 2.2. Kyõ thuaät antiwindup boä tích phaân..............................................................96 2.3. Chöùc naêng cuï theå cuûa caùc thaønh phaàn trong PID..................................101 Phaàn 3 HMI/SCADA (Development with iFIX/Intellution) ...........................107 1. Toång quan.........................................................................................................108 1.1. Giôùi thieäu veà iFIX ......................................................................................108 1.2. Thu thaäp döõ lieäu..........................................................................................108 1.3. Quaûn lyù döõ lieäu...........................................................................................108 2. Caáu truùc ............................................................................................................109 2.1. Giôùi thieäu veà ñoà hoïa (Graphics) ..............................................................109 2.2. Theû (Tags)....................................................................................................111 2.3. Scheduler .....................................................................................................112 2.4. Trình quaûn lyù cô sôû döõ lieäu (Database Manager) .................................114 2.5. Baùo ñoäng (Alarming) .................................................................................115 Phaàn 4 Thieát keá kyõ thuaät sô ñoà coâng ngheä heä thoáng thuû bôm .......................117 Chöông 1 Toång quan .............................................................................................118 1. Muïc ñích cuûa heä thoáng thöû bôm...................................................................118 2. Thuyeát minh kyõ thuaät .....................................................................................118 2.1. Phöông trình naêng löôïng............................................................................118 2.2. Toån thaát doïc ñöôøng trong oáng ..................................................................120 2.3. Toån thaát cuïc boä trong ñöôøng oáng.............................................................122 3. Phöông phaùp nghieân cöùu vaø öùng duïng lyù thuyeát giaûi quyeát baøi toaùn....126 3.1. Phöông phaùp nghieân cöùu...........................................................................126 3.2. Thieát keá boä ñieàu khieån môø ñeå chænh ñònh tham soá boä ñieàu khieån PID.. .................................................................................................................127 3.3. Thieát keá moâ hình vaø Laäp trình ñieàu khieån.............................................128 4. Höôùng daãn vaän haønh heä thoáng .....................................................................132 5. Baûng chuù giaûi teân cuûa caùc thieát bò söû duïng................................................133 6. Baûng Chuù Giaûi Caùc Ñaïi Löôïng Vaät Lyù vaø Caùc Thuaät Ngöõ Söû Duïng ...134 Chöông 2 Caùc thieát bò duøng trong luaän vaên ......................................................135 1. PLC S7-400......................................................................................................135 2. Combined Liquid Flow Transducer/Transmitter (Caûm bieán löu löôïng) 140 3. Proportional Solenoid Valves & Modules (Van ñieàu khieån tæ leä)..........141 DIP Switch.....................................................................................................................143 4. General Purpose Pressure Transducers/ Transmitters (GEMS Transinstruments) (Caûm bieán aùp suaát löu löôïng)...................................................143 Muïc luïc iii 5. Pump (Bôm) .....................................................................................................143 6. Tuû ñieän..............................................................................................................144 7. Ñaët caáu hình – Keát noái caùc thieát bò..............................................................144 7.1. Sô ñoà chung .................................................................................................144 7.2. Keát noái caùc thieát bò trong maïng Industrial Ethernet.............................145 7.3. Ñaët caáu hình cho S7-400 ...........................................................................149 7.4. Keát noái caùc thieát bò cuûa moâ hình heä thoáng thöû bôm vaøo PLC ............150 Chöông 3 Chöông trình chính ..............................................................................153 1. Dieãn giaûi heä thoáng..........................................................................................153 1.1. iFIX ...............................................................................................................153 1.2. Step 7 Manager ...........................................................................................153 1.3. Löu ñoà giaûi thuaät.........................................................................................153 2. Giao dieän..........................................................................................................155 2.1. Maøn hình chính............................................................................................155 2.2. Maøn hình ñaët giaù trò....................................................................................156 2.3. Maøn hình xem baùo ñoäng............................................................................158 2.4. Maøn hình hieån thò keát quaû .........................................................................159 2.5. Maøn hình About Program ..........................................................................160 3. Chöông trình ñieàu khieån................................................................................161 3.1. Caáu truùc chöông trình.................................................................................161 3.2. Project LVTN ..............................................................................................161 Chöông 4 Keát quaû thi coâng vaø höôùng môû roäng ñeà taøi .....................................163 1. Keát quaû thi coâng..............................................................................................163 1.1. Ñieàu khieån moät ñieåm [löu löôïng]............................................................163 1.2. Ñieàu khieån 7 ñieåm [löu löôïng].................................................................165 2. Höôùng môû roäng ñeà taøi....................................................................................168 Taøi lieäu tham khaûo Phuï luïc 1 : Ñaëc ñieåm kyõ thuaät cuûa moät soá thieát bò Phuï luïc 2 : Chöông trình ñieàu khieån heä thoáng vieát treân iFIX V2.21 Phuï luïc 3 : Chöông trình ñieàu khieån heä thoáng vieát treân Step7 GIÔÙI THIEÄU ÑEÀ TAØIÙ Ä À Ø –—&–— Nhöõng naêm ñaàu cuûa thaäp kyû 90, moät ngaønh ñieàu khieån kyõ thuaät môùi ñöôïc phaùt trieån raát maïnh meõ vaø ñaõ ñem laïi nhieàu thaønh töïu baát ngôø trong lónh vöïc ñieàu khieån, ñoù laø ñieàu khieån môø. Öu ñieåm cô baûn cuûa ñieàu khieån môø so vôùi caùc phöông phaùp ñieàu khieån kinh ñieån laø coù theå toång hôïp ñöôïc boä ñieàu khieån maø khoâng caàn bieát tröôùc ñaëc tính cuûa ñoái töôïng moät caùch chính xaùc. Trong thöïc teá ñeå phaùt huy heát öu ñieåm cuûa moãi loaïi boä ñieàu khieån môø vaø boä ñieàu khieån roõ (kinh ñieån), ngöôøi ta thöôøng duøng caùc heä keát hôïp giöõa hai loaïi boä ñieàu khieån truyeàn thoáng vaø ñieàu khieån môø vôùi nhau, ta goïi ñoù laø boä ñieàu khieån môø lai. Töø ñoù, vieäc keát hôïp giöõa boä ñieàu khieån kinh ñieån vaø boä ñieàu khieån môø chính laø cô sôû lyù thuyeát cho ñeà taøi naøy. Moät trong nhöõng ñôn vò nghieân cöùu vaø öùng duïng caùc thaønh töïu khoa hoïc ñaõ ñöa cô sôû lyù thuyeát naøy vaøo öùng duïng thöïc teá, coâng ty TNHH TM&DV Vinh Nam, vôùi döï aùn Heä thoáng thöû bôm vaø Maùy neùn khí, ñöôïc laép ñaët taïi xí nghieäp lieân doanh VietsoPetro. Quasöï giôùi thieäu cuûa thaày Phan Nguyeãn Phuïc Quoác, nhöõng ngöôøi thöïc hieän ñaõ ñöôïc coâng ty giao cho vieäc thöïc hieän moät moâ hình Demo thu nhoû cuûa döï aùn (dó nhieân laø ñôn giaûn hôn heä thoáng thaät) vôùi teân goïi “ÖÙNG DUÏNG BOÄ ÑIEÀU KHIEÅN MÔØ LAI VAØ SCADA TRONG HEÄ THOÁNG THÖÛ BÔM” vôùi muïc ñích thöû nghieäm thaønh coâng cô sôû lyù thuyeát naøy. Beân caïnh ñoù, nhöõng ngöôøi thöïc hieän coøn nghieân cöùu öùng duïng SCADA (Supersisory Control And Data Acquisition) vaøo vieäc ñieàu khieån vaø giaùm saùt cuõng nhö thu thaäp soá lieäu cuûa heä thoáng. Heä thoáng thöû bôm laø moät heä thoáng coù quaùn tính lôùn, caùc thoâng soá cuûa heä thoáng laïi hoaøn toaøn khoâng bieát tröôùc, vì theá ñeå ñieàu khieån heä thoáng, nhöõng ngöôøi thöïc hieän ñaõ keát hôïp giöõa boä ñieàu khieån kinh ñieån PID vaø lyù thuyeát ñieàu khieån môø ñeå heä thoáng coù theå töï chænh ñònh caùc thoâng soá cuûa noù nhaèm ñöa heä thoáng ñaït ñöôïc yeâu caàu cuûa baøi toaùn. Nhaän thaáy taàm öùng duïng to lôùn cuûa PLC SIMATIC S7-400 saün coù taïi coâng ty vaø phaàn meàm raát hieäu quaû Step7, nhöõng ngöôøi thöïc hieän ñaõ tranh thuû ñöa vaøo öùng duïng cho heä thoáng cuûa mình. Nhö vaäy, noäi dung cuûa luaän vaên goàm nhöõng phaàn chính nhö sau: · Cô sôû lyù thuyeát: Phaàn 1: Lyù thuyeát ñieàu khieån môø Phaàn 2: PLC SIMATIC S7-400 vaø Taäp leänh Phaàn 3: HMI/SCADA (Development with iFIX – Intellution) · ÖÙng duïng – Vaän haønh Phaàn 4: Thieát keá kyõ thuaät sô ñoà coâng ngheä heä thoáng thöû bôm Vieäc gì cuõng coù khoù khaên, trôû ngaïi cuûa noù, khoâng nhieàu thì ít (thôøi gian, thieát bò,...) vaø do ñoù, sai soùt, khuyeát ñieåm,…... laø ñieàu khoâng traùnh khoûi. Nhöõng ngöôøi thöïc hieän kính mong quyù thaày coâ cuõng nhö caùc anh chò trong coâng ty thoâng caûm vaø löôïng thöù. Moïi yù kieán goùp yù, nhöõng ngöôøi thöïc hieän ñeàu xin ghi nhaän. Cuoái cuøng, nhöõng ngöôøi thöïc hieän xin chaân thaønh caûm ôn taát caû. Sinh vieân Nguyeãn Tuaán Anh Ngoâ Hoaøng Quaân Maët Tröôùc Cuûa Moâ Hình Heä Thoáng Maët Sau Cuûa Moâ Hình Heä Thoáng Phaààn 1 LYÙÙÙÙ THUYEÁÁÁÁT ÑIEÀÀÀÀU KHIEÅÅÅÅ N MÔ ØØØØ Phaàn 1: Ñieàu khieån môø ÖÙNG DUÏNG ÑIEÀU KHIEÅN MÔØ VAØ SCADA TRONG HEÄ THOÁNG THÖÛ BÔM Trang 2 Chöông 1 CAÙÙC KHAÙÙI NIEÄÄM CÔ BAÛÛN 1. KHAÙI NIEÄM VEÀ TAÄP MÔØ 1.1. Ñònh nghóa taäp môø Haøm phuï thuoäc Am (x) ñònh nghóa treân taäp A ñöôïc ñònh nghóa trong taäp hôïp kinh ñieån chæ coù hai giaù trò laø 1 neáu x thuoäc A hoaëc 0 neáu x khoâng thuoäc A. Ta thaáy caùch bieåu dieãn nhö vaäy seõ khoâng phuø hôïp vôùi nhöõng taäp moâ taû “môø” nhö taäp B goàm caùc soá thöïc döông nhoû hôn nhieàu so vôùi 6 B ={ xÎR | x << 6 } (1.1) Hoaëc taäp C goàm caùc soá thöïc gaàn baèng 3 C ={ xÎR | x » 3 } (1.2) Lyù do vôùi nhöõng ñònh nghóa môø nhö vaäy chöa ñuû ñeå xaùc ñònh ñöôïc moät soá x=3,5 coù thuoäc B hay khoâng hoaëc x=2,5 coù thuoäc C hay khoâng. Neáu ñaõ khoâng khaúng ñònh ñöôïc x=3,5 coù thuoäc B hay khoâng thì cuõng khoâng theå khaúng ñònh ñöôïc x=3,5 khoâng thuoäc B. Vaäy thì x=3,5 thuoäc B bao nhieâu phaàn traêm?. Giaû söû raèng caâu traû lôøi ñoù coù thì haøm phuï thuoäc µB(x) taïi ñieåm x=3,5 phaûi coù moät giaù trò trong khoaûng [0,1], töùc laø 0 < Bm < 1 (1.3) Haøm soá cho bieát ñoä phuï thuoäc cuûa caùc phaàn töû vaøo taäp môø goïi laø haøm lieân thuoäc. Nhö ñaõ trình baøy ôû phaàn tröôùc, töø phaùt bieåu moâ taû taäp hôïp kinh ñieån ta hoaøn toaøn coù theå suy ra haøm ñaëc tröng cuûa taäp hôïp. Traùi laïi töø phaùt bieåu moâ taû taäp hôïp môø ta khoâng theå suy ra haøm lieân thuoäc. Do ñoù haøm lieân thuoäc phaûi ñöôïc neâu leân nhö laø moät ñieàu kieän trong ñònh nghóa taäp môø. Ñònh nghóa 1.1: Taäp môø F xaùc ñònh treân taäp kinh ñieån M laø moät taäp maø moãi phaàn töû cuûa noù laø moät caëp caùc giaù trò (x, mF(x)) trong ñoù x Î M vaø mF laø aùnh xaï. Phaàn 1: Ñieàu khieån môø ÖÙNG DUÏNG ÑIEÀU KHIEÅN MÔØ VAØ SCADA TRONG HEÄ THOÁNG THÖÛ BÔM Trang 3 m1 m2 m3 m4 0 1 mF(x) x Î M x mF: M ® [0, 1] (1.4) AÙnh xaï mF (x) ñöôïc goïi laø haøm lieân thuoäc (hoaëc haøm phuï thuoäc) cuûa taäp môø F. Taäp kinh ñieån môø ñöôïc goïi laø cô sôû cuûa taäp môø F. Söû duïng caùc haøm lieân thuoäc ñeå tính ñoä phuï thuoäc cuûa moät phaàn töû x naøo ñoù coù hai caùch: tính tröïc tieáp (neáu mF(x) cho tröôùc döôùi daïng coâng thöùc töôøng minh) hoaëc tra baûng (neáu mF(x) cho döôùi daïng baûng). Caùc haøm lieân thuoäc thöôøng coù daïng trôn ñöôïc goïi laø haøm lieân thuoäc kieåu S. Ñoái vôùi haøm lieân thuoäc kieåu S do caùc coâng thöùc bieåu dieãn mF(x) coù ñoä phöùc taïp lôùn neân thôøi gian tính ñoä phuï thuoäc cho moät phaàn töû laâu. Bôûi vaäy trong kyõ thuaät ñieàu khieån môø thoâng thöôøng caùc haøm lieân thuoäc kieåu S hay ñöôïc thay gaàn ñuùng baèng moät haøm tuyeán tính töøng ñoaïn vaø ñöôïc goïi laø haøm lieân thuoäc coù möùc chuyeån ñoåi tuyeán tính. Haøm lieân thuoäc mF(x) nhö treân vôùi m1= m2 vaø m3= m4 chính laø moät haøm phuï thuoäc cuûa moät taäp kinh ñieån. 1.2. Ñoä cao, mieàn xaùc ñònh vaø mieàn tin caäy cuûa taäp môø Thoâng thöôøng caùc haøm lieân thuoäc ñeàu coù ñoä cao baèng 1. Ñieàu ñoù noùi raèng caùc taäp môø ñeàu coù ít nhaát moät phaàn töû coù ñoä phuï thuoäc baèng 1. Trong thöïc teá khoâng phaûi taäp môø naøo cuõng coù phaàn töû coù ñoä phuï thuoäc baèng 1, töông öùng vôùi ñieàu ñoù thì khoâng phaûi moïi haøm lieân thuoäc ñeàu coù ñoä cao laø 1. Ñònh nghóa 1.2: Ñoä cao cuûa taäp môø F (treân cô sôû M) laø giaù trò H = sup mF(x) (1.5) Moät taäp môø vôùi ít nhaát moät phaàn töû coù ñoä phuï thuoäc baèng 1 ñöôïc goïi laø taäp môø chính taéc töùc laø H =1, ngöôïc laïi moät taäp môø F vôùi H<1 ñöôïc goïi laø taäp môø khoâng chính taéc. Ñònh nghóa 1.3: Mieàn xaùc ñònh cuûa taäp môø F (treân cô sôû M), ñöôïc kyù hieäu bôûi S laø taäp con cuûa M thoûa maõn Hình 1.1: Haøm lieân thuoäc coù möùc chuyeån ñoåi tuyeán tính. Phaàn 1: Ñieàu khieån môø ÖÙNG DUÏNG ÑIEÀU KHIEÅN MÔØ VAØ SCADA TRONG HEÄ THOÁNG THÖÛ BÔM Trang 4 S = { xÎM | mF(x) > 0 } (1.6) Ñònh nghóa 1.4: Mieàn tin caäy cuûa taäp môø F (treân cô sôû M), ñöôïc kyù hieäu bôûi T laø taäp con cuûa M thoûa maõn T = { xÎM | mF(x) = 1 } (1.7) 2. CAÙC PHEÙP TOAÙN TREÂN TAÄP MÔØ 2.1. Pheùp hôïp hai taäp môø Ñònh nghóa hôïp hai taäp môø coù cuøng cô sôû: Hôïp cuûa hai taäp môø A vaø B coù cuøng cô sôû M laø moät taäp môø cuõng xaùc ñònh treân cô sôû M vôùi haøm lieân thuoäc )(xBAÈm =Max{ )(~ xAm , )(~ xBm } (1.8) Ngoaøi ra coøn coù nhöõng coâng thöùc tính hôïp hai taäp môø nhö: )(xBAÈm = min{1, )(xAm + )(xBm } (Pheùp hôïp Lukasiewicz) (1.9) )(xBAÈm = )(xAm + )(xBm – )(xAm )(xBm (Toång tröïc tieáp) (1.10) Coâng thöùc (1.8) cuõng aùp duïng ñöôïc cho hai taäp môø khoâng cuøng cô sôû nhö ñaõ laøm ñoái vôùi giao cuûa hai taäp môø x mF(x) 1 0 mieàn tin caäy mieàn xaùc ñònh Hình 1.2: Minh hoïa veà mieàn xaùc ñònh vaø mieàn tin caäy cuûa moät taäp môø Phaàn 1: Ñieàu khieån môø ÖÙNG DUÏNG ÑIEÀU KHIEÅN MÔØ VAØ SCADA TRONG HEÄ THOÁNG THÖÛ BÔM Trang 5 Ñònh nghóa hôïp hai taäp môø khoâng cuøng cô sôû : Hôïp hai taäp môø A coù haøm lieân thuoäc )(xAm (ñònh nghóa treân cô sôû X) vaø B ~ coù haøm lieân thuoäc )(yBm (ñònh nghóa treân cô sôû Y) laø moät taäp môø xaùc ñònh treân cô sôû X´Y vôùi haøm lieân thuoäc : ),( yxBAÈm =max{ ),( yxAm , ),( yxBm } (1.11) trong ñoù ),( yxAm = )(xAm vôùi moïi yÎY (1.12) ),( yxBm = )(yBm vôùi moïi xÎX (1.13) m x mA(x) mB(x) Hình 1.3: Hôïp cuûa hai taäp môø cuøng cô sôû )(xAm x )(yBm a) x X´Y y ),( yxAm x X´Y ),( yxBmb) Phaàn 1: Ñieàu khieån môø ÖÙNG DUÏNG ÑIEÀU KHIEÅN MÔØ VAØ SCADA TRONG HEÄ THOÁNG THÖÛ BÔM Trang 6 )(µ BA xÇ 2.2. Pheùp giao hai taäp môø Ñònh nghóa giao hai taäp môø cuøng cô sôû: Giao cuûa hai taäp môø A vaø B coù cuøng cô sôû X laø moät taäp môø xaùc ñònh treân cô sôû X coù haøm lieân thuoäc: A ÇB: BA µ Ç (x) = min{ Aµ (x) , )(µ B x } (1.14) Tuy nhieân coù nhieàu caùch khaùc ñònh nghóa giao hai taäp môø nhö: )(µ BA xÇ =Max {0, Aµ (x)+ )(µ B x –1} (Pheùp giao Lukasiewicz) (1.15) )(µ BA xÇ = Aµ Bµ (Tích ñaïi soá) (1.16) Coâng thöùc (1.14) cuõng aùp duïng ñöôïc cho hôïp hai taäp môø khoâng cuøng cô sôû baèng caùch ñöa caû hai taäp môø veà cuøng moät cô sôû laø tích cuûa hai cô sôû ñaõ cho. y ),( yxBAÈm x c) Hình 1.4: Pheùp hôïp hai taäp môø khoâng cuøng cô sôû a) Haøm lieân thuoäc cuûa hai taäp môø A vaø B. b) Ñöa hai taäp môø veà cuøng moät cô sôû. c) Giao hai taäp môø cuøng cô sôû laø tích hai cô sôû X vaø Y. A~µ B~µ Hình 1.5: Giao hai taäp môø cuøng cô sôû Phaàn 1: Ñieàu khieån môø ÖÙNG DUÏNG ÑIEÀU KHIEÅN MÔØ VAØ SCADA TRONG HEÄ THOÁNG THÖÛ BÔM Trang 7 Ví duï: Coù hai taäp môø A (ñònh nghóa treân cô sôû X) vaø B (ñònh nghóa treân cô sôû Y). Do hai cô sôõ X vaø Y ñoäc laäp vôùi nhau neân haøm lieân thuoäc )(xAm (xÏ X) cuûa taäp môø A seõ khoâng phuï thuoäc vaøo Y vaø ngöôïc laïi )(yBm (yÏ Y) cuûa taäp môø B cuõng seõ khoâng phuï thuoäc vaøo X. Nhö vaäy treân cô sôû môùi laø taäp tích X´Y cuûa hai cô sôû thì haøm lieân thuoäc )(xAm phaûi laø moät maët cong doïc theo truïc y vaø haøm lieân thuoäc )(yBm phaûi laø moät maët cong doïc theo truïc x. Ñeå phaân bieät ñöôïc chuùng, kí hieäu A seõ ñöôïc duøng ñeå chæ taäp môø A treân cô sôû X´Y .Töông töï cho kí hieäu B . Vôùi nhöõng kí hieäu ñoù thì: )(),( xyx AA mm = "yÎY (1.17) )(),( yyx BB mm = "xÎX (1.18) Ñònh nghóa giao hai taäp môø khoâng cuøng cô sôû: Giao cuûa hai taäp môø A~ coù haøm lieân thuoäc )(~ x A m ñònh nghóa treân cô sôû X vaø taäp môø B~ coù haøm lieân thuoäc )(~ y B m ñònh nghóa treân cô sôû Y laø moät taäp môø ñònh nghóa treân cô sôû X´Y coù haøm lieân thuoäc. ),( yxBAÇm =Min { ),( yxAm , ),( yxBm } (1.19) trong ñoù ),( yxAm = )(xAm vôùi moïi yÎY (1.20) ),( yxBm = )(yBm vôùi moïi xÎX (1.21) )(~ x A m x )(~ y B m a) x y ),( yxAm x X´Y ),( yxBmb) Phaàn 1: Ñieàu khieån môø ÖÙNG DUÏNG ÑIEÀU KHIEÅN MÔØ VAØ SCADA TRONG HEÄ THOÁNG THÖÛ BÔM Trang 8 2.3. Pheùp buø cuûa moät taäp môø Buø cuûa moät taäp môø A~ coù cô sôû laø X vaø haøm lieân thuoäc laø )(~ x A m laø moät taäp môø CA xaùc ñònh treân cuøng cô sôû X vôùi haøm lieân thuoäc: )(µ CA x =1- )(~ xAm (1.22) 3. BIEÁN NGOÂN NGÖÕ VAØ CAÙC GIAÙ TRÒ CUÛA NOÙ Con ngöôøi suy nghó vaø giao tieáp vôùi nhau baèng ngoân ngöõ töï nhieân. Vì vaäy muoán thieát keá moät boä ñieàu khieån baét chöôùc söï suy nghó, xöû lí thoâng tin vaø ra quyeát ñònh cuûa con ngöôøi tröôùc tieân chuùng ta caàn phaûi bieåu dieãn ñöôïc ngoân ngöõ töï 0 1 )(µ A~ x x 1 a) b) Hình 1.7: Taäp buø AC cuûa taäp môø A a) Haøm lieân thuoäc cuûa taäp môø A b) Haøm lieân thuoäc cuûa taäp môø AC x ( )yxBA ,Çm y c) Hình 1.4: Pheùp giao hai taäp môø khoâng cuøng cô sôû a) Haøm lieân thuoäc cuûa hai taäp môø A vaø B. b) Ñöa hai taäp môø veà cuøng moät cô sôû. c) Giao hai taäp môø cuøng cô sôû laø tích hai cô sôû X vaø Y. Phaàn 1: Ñieàu khieån môø ÖÙNG DUÏNG ÑIEÀU KHIEÅN MÔØ VAØ SCADA TRONG HEÄ THOÁNG THÖÛ BÔM Trang 9 nhieân baèng moâ hình toaùn hoïc. Ñaëc ñieåm cuûa ngoân ngöõ töï nhieân laø chöùa thoâng tin mô hoà, khoâng chaéc chaén, maø taäp hôïp môø cuõng chöùa thoâng tin mô hoà khoâng chaéc chaén neân roõ raøng chuùng ta thaáy ngay raèng coù theå duøng taäp hôïp môø ñeå bieåu dieãn ngoân ngöõ töï nhieân. Trong muïc naøy chuùng ta xeùt khaùi nieäm bieán môø. Ví duï ñeå minh hoïa veà bieán môø vaø bieán ngoân ngöõ Xeùt phaûn öùng cuûa moät con ngöôøi trong vieäc ñieàu khieån chieác xe maø oâng ta ñang laùi treân con ñöôøng. - Ñaïi löôïng ñieàu khieån thöù nhaát laø con ñöôøng tröôùc maët. OÂng ta coù nhieäm vuï ñieàu khieån chieác xe ñi ñuùng phaàn ñöôøng qui ñònh, töùc laø phaûi luoân giöõ cho xe naèm trong phaàn ñöôøng beân phaûi keå töø vaïch phaân caùch, tröø nhöõng tröôøng hôïp phaûi vöôït qua xe khaùc. Ñeå laøm ñöôïc coâng vieäc ñoù, thaäm chí oâng ta cuõng khoâng caàn phaûi bieát chính xaùc raèng xe cuûa oâng hieän thôøi caùch vaïch phaân caùch bao nhieâu centimeter, chæ caàn nhìn vaøo con ñöôøng tröôùc maët, oâng ta coù theå suy ra raèng xe hieän ñang caùch vaïch phaân caùch nhieàu hay ít vaø töø ñoù ñöa ra quyeát ñònh phaûi ñaùnh tay laùi sang phaûi hay sang traùi maïnh hay nheï - Ñaïi löôïng ñieàu khieån thöù hai laø toác ñoä xe. OÂng ta phaûi ñieàu khieån toác ñoä xe tuøy thuoäc vaøo con ñöôøng tröôùc maët maø coù luùc oâng phaûi chaïy chaäm hay chaïy nhanh. Ví duï ñoaïn ñöôøng naøo ít ngöôøi vaéng veû thì oâng ta coù theå taêng toác ñoä cuûa xe vaø chaïy nhanh, ñoaïn ñöôøng naøo nhieàu ngöôøi thì oâng ta phaûi giaûm toác ñoä vaø chaïy chaäm ... - Ngoaøi hai ñaïi löôïng ñieàu khieån ôû treân thì coøn coù nhöõng ñaïi löôïng khaùc maø oâng ta caàn quan taâm trong quaù trình ñieàu khieân laø: aùp suaát hôi trong loáp, nhieät ñoä maùy, aùp suaát daàu cao hay thaáp... Vôùi ví duï treân ta coù theå laáy bieán toác ñoä laøm ví duï. Vôùi toác ñoä thì ta coù theå noùi laø cho xe chaïy vôùi toác ñoä chaäm, hoaëc cho xe chaïy vôùi toác ñoä trung bình, hoaëc laø cho xe chaïy vôùi toác ñoä nhanh. Vôùi caùc töø : -Chaäm -Trung bình -Nhanh laø thay theá cho toác ñoä trong moät khoaûng vaän toác naøo ñoù. Do ñoù maø moãi giaù trò ngoân ngöõ ñoù cuûa bieán toác ñoä ñöôïc xaùc ñònh baèng moät taäp môø ñònh nghóa treân cô sôû laø taäp caùc soá thöïc döông chæ giaù trò vaät lí cuûa bieán toác ñoä v nhö 40km/h, 50km/h ....Vaäy ta coù caùc khaùi nieäm sau: Bieán ngoân ngöõ laø bieán maø giaù trò cuûa noù laø caùc töø (toác ñoä). Bieán naøy nhaän caùc giaù trò ngoân ngöõ (chaäm, trung bình, nhanh) laøm giaù trò cho noù. Phaàn 1: Ñieàu khieån môø ÖÙNG DUÏNG ÑIEÀU KHIEÅN MÔØ VAØ SCADA TRONG HEÄ THOÁNG THÖÛ BÔM Trang 10 Vaäy giaù trò ngoân ngöõ laø giaù trò cuûa bieán ngoân ngöõ 4. LUAÄT HÔÏP THAØNH MÔØ 4.1. Meänh ñeà hôïp thaønh Treân ñaây bieán ngoân ngöõ (ví duï bieán v chæ toác ñoä xe) ñöôïc xaùc ñònh thoâng qua caùc giaù trò môø cuûa noù. Cuøng laø moät ñaïi löôïng vaät lyù chæ toác ñoä nhöng bieán v coù hai khaùi nieäm. · Laø bieán vaät lyù vôùi caùc giaù trò roõ nhö v=40km/h hay v=75km/h,... (mieàn xaùc ñònh laø taäp kinh ñieån). · Laø bieán ngoân ngöõ vôùi caùc giaù trò môø nhö raát chaäm, chaäm, trung bình,.. (mieàn xaùc ñònh laø taäp caùc taäp môø). Ñeå phaân bieät chuùng, sau ñaây laø kyù hieäu La maõ n seõ ñöôïc duøng ñeå chæ bieán toác ñoä v laø bieán ngoân ngöõ. Cho hai bieán ngoân ngöõ c vaø g. Neáu bieán c nhaän giaù trò (môø) A coù haøm lieân thuoäc mA(x) vaø g nhaän giaù trò (môø) B coù haøm lieân thuoäc mB(y) thì hai bieåu thöùc c = A (1.23a) g = B (1.23b) ñöôïc goïi laø hai meänh ñeà. Kyù hieäu meänh ñeà (1.23a) laø p vaø (1.23b) laø q thì meänh ñeà hôïp thaønh p Þ q (töø p suy ra q), hoaøn toaøn töông xöùng vôùi luaät ñieàu khieån (meänh ñeà hôïp thaønh moät ñieàu kieän) NEÁU c = A THÌ g = B Trong ñoù meänh ñeà p ñöôïc goïi laø meänh ñeà ñieàu kieän vaø q laø meänh ñeà hôïp thaønh. Meänh ñeà hôïp thaønh treân laø moät ví duï ñôn giaûn veà boä ñieàu khieån môø. Noù cho pheùp töø moät giaù trò ñaàu vaøo x0 hay cuï theå hôn laø töø ñoä phuï thuoäc mA(x0) ñoái vôùi taäp môø A cuûa giaù rò ñaàu vaøo x0 xaùc ñònh heä soá thoûa maõn cuûa meänh ñeà keát luaän cuûa giaù trò ñaàu ra y. Bieåu dieãn heä soá thoûa maõn meänh ñeà q cuûa y nhö moät taäp môø B’ cuøng cô sôû vôùi B thì meänh ñeà hôïp thaønh chính laø aùnh xaï mA(x0) ® mB’(y). Moâ taû meänh ñeà hôïp thaønh: AÙnh xaï mA(x0) ® mB’(y) chæ ra raèng meänh ñeà hôïp thaønh laø moät taäp maø moãi phaàn töû laø moät giaù trò (mA(x0), mB’(y)), töùc laø moãi phaàn töû laø moät taäp môø. Moâ taû meänh ñeà hôïp thaønh chính laø moâ taû aùnh xaï treân. Sau ñaây, aùnh xaï mA(x0) ® mB’(y) seõ ñöôïc goïi laø haøm lieân thuoäc cuûa luaät hôïp thaønh. Trong toaùn logic kinh ñieån, giöõa meänh ñeà hôïp thaønh p Þ q vaø caùc meänh ñeà ñieàu kieän p, keát luaän q coù caùc quan heä sau: Phaàn 1: Ñieàu khieån môø ÖÙNG DUÏNG ÑIEÀU KHIEÅN MÔØ VAØ SCADA TRONG HEÄ THOÁNG THÖÛ BÔM Trang 11 P q p Þ q 0 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 1 Noùi caùch khaùc: meänh ñeà hôïp thaønh p Þ q coù giaù trò logic cuûa qvp Bieåu thöùc töông ñöông cho haøm lieân thuoäc cuûa meänh ñeà hôïp thaønh seõ laø A Þ B ® Max{1 - mA(x), mB(y) } (1.24) Haøm lieân thuoäc cuûa meänh ñeà hôïp thaønh (1.24) coù cô sôû laø taäp tích hai taäp cô sôû ñaõ coù. Do coù söï maâu thuaãn raèng p Þ q luoân coù giaù trò ñuùng (giaù trò logic 1) khi p sai neân söï chuyeån ñoåi töông ñöông töø meänh ñeà hôïp thaønh pÞq kinh ñieån sang meänh ñeà hôïp thaønh môø A Þ B nhö (1.24) khoâng aùp duïng ñöôïc trong kyõ thuaät ñieàu khieån môø. Nhaèm khaéc phuïc nhöôïc ñieåm treân, ñaõ coù nhieàu yù kieán khaùc nhau veà nguyeân taéc xaây döïng haøm lieân thuoäc mAÞB(x,y) song nguyeân taéc cuûa Mamdani “ Ñoä phuï thuoäc cuûa keát luaän khoâng ñöôïc lôùn hôn ñoä phuï thuoäc cuûa ñieàu kieän “ laø coù tính thuyeát phuïc hôn caû vaø hieän ñang ñöôïc söû duïng nhieàu nhaát ñeå moâ taû luaät meänh ñeà thaønh môø trong kyõ thuaät ñieàu khieån. Töø nguyeân taéc cuûa Mamdani coù ñöôïc caùc coâng thöùc xaùc ñònh haøm lieân thuoäc sau cho meänh ñeà hôïp thaønh A Þ B: mAÞB(x,y) = Min {mA(x), mB(y)} (Coâng thöùc Max-Min) mAÞB(x,y) = mA(x).mB(y) (Coâng thöùc Max-Prod) Hai coâng thöc treân cho meänh ñeà hôïp thaønh A Þ B ñöôïc goïi laø meänh ñeà hôïp thaønh. Giaû söû bieán ngoân ngöõ c chæ toác ñoä vaø g chæ söï taùc ñoäng ga xe. Luaät ñieàu khieån cho xe chaïy vôùi toác ñoä trung bình khoâng ñoåi seõ töông ñöông vôùi meänh ñeà hôïp thaønh môø moät ñieàu kieän sau NEÁU c = chaäm THÌ g = taêng (1.25) vôùi mchaäm(x), mtaêng(y) (nhö trong hình 1.8a) coù haøm lieân thuoäc mchaämÞtaêng(x,y) söû duïng qui taéc Max-Min taïi moät giaù trò roõ x=x0 laø phaàn döôùi cuûa haøm mtaêng(y) bò caét bôûi ñöôøng H=mchaäm(x0) (hình 1.8b), coøn hình 1.8c laø haøm lieân thuoäc cuûa (1.8a) vôùi quy taéc Max-Prod. Phaàn 1: Ñieàu khieån môø ÖÙNG DUÏNG ÑIEÀU KHIEÅN MÔØ VAØ SCADA TRONG HEÄ THOÁNG THÖÛ BÔM Trang 12 x0 4.2. Luaät hôïp thaønh môø Haøm lieân thuoäc mchaämÞtaêng(x0,y) trong ví duï treân vôùi moät giaù trò vaät lyù roõ x=x0 coù cuøng cô sôû vôùi mtaêng(y). Toång quaùt leân thì haøm lieân thuoäc mAÞB(x,y) cuûa meänh ñeà hôïp thaønh AÞB baây giôø seõ kyù hieäu ngaén goïn thaønh R taïi moät giaù trò roõ x=x0 laø moät haøm lieân thuoäc cho moät giaù trò môø naøo ñoù cuûa bieán ngoân ngöõ y. a) m mchaäm(x) x m mtaêng(x) x c) mchaäm(x) x x0 mchaämÞtaêng(x0,y) m m mtaêng(x) x H b) m mchaäm(x) x m mtaêng(x) x mchaämÞtaêng(x0,y) H Hình 1.8: Haøm lieân thuoäc cuûa luaät hôïp thaønh mchaämÞtaêng(x,y) a) Haøm lieân thuoäc mchaäm(x) vaømtaêng(y) b) mchaämÞtaêng(x0,y) vôùi qui taéc Miax-Min c) mchaämÞtaêng(x0,y) vôùi qui taéc Max-Prod Phaàn 1: Ñieàu khieån môø ÖÙNG DUÏNG ÑIEÀU KHIEÅN MÔØ VAØ SCADA TRONG HEÄ THOÁNG THÖÛ BÔM Trang 13 x Luaät hôïp thaønh laø teân goïi chung moâ hình R bieåu dieãn (moät hay nhieàu) haøm lieân thuoäc mAÞB(x,y) cho (moät hay nhieàu) meänh ñeà hôïp thaønh AÞB. Neáu haøm lieân thuoäc mAÞB(x,y) ñöôïc bieåu dieãn theo qui taéc Max-Min thì R coù teân goïi laø luaät hôïp thaønh Max-Min. Cuõng nhö vaäy R seõ coøn coù nhöõng teân goïi khaùc nhau nhö: · Luaät hôïp thaønh Max-Prod neáu qui taéc söû duïng laø Max-Prod. · Luaät hôïp thaønh Sum-Min neáu qui taéc söû duïng laø Sum-Min. · Luaät hôïp thaønh Sum-Prod neáu qui taéc söû duïng laø Sum-Prod.... Kyù hieäu giaù trò ñaàu ra laø B’ thì haøm lieân thuoäc cuûa B’ vôùi qui taéc Max-Min seõ laø mB’(y) = mR(x0, y) = Min { mA(x0), mB(y) } (1.26) töùc laø khi ñoä cao cuûa B baèng 1, taäp môø B’ (cuøng cô sôû vôùi B) seõ coù ñoä cao H = mA(x0) (1.27) Töø naøy veà sau trong meänh ñeà hôïp thaønh AÞB cuõng nhö trong luaät hôïp thaønh R ñaïi löôïng H seõ coù teân goïi laø ñoä thoûa maõn meänh ñeà ñieàu kieän hay ngaén goïn laø ñoä thoûa maõn. Cuøng vôùi (1.27) coâng thöùc (1.26) vieát ñöôïc thaønh mB’(y) = mR(x0, y) = Min { H, mB(y) } (1.28) Vôùi qui taéc Max-Prod haøm lieân thuoäc cuûa B’ seõ laø mB’(y) = mR(x0, y) = mA(x0).mB(y) = H.mB(y) (1.29) Toùm laïi, ñeå xaùc ñònh haøm lieân thuoäc mB’(y) cuûa giaù trò ñaàu ra B’ khi ñaàu vaøo laø moät giaù trò roõ x0 phaûi thöïc hieän caùc böôùc cuûa thuaät toaùn sau: · Xaùc ñònh ñoä thoûa maõn H theo (1.27). · Tính mB’(y) töø H theo (1.28) hoaëc (1.29). Trong tröôøng hôïp tín hieäu ñaàu vaøo A’ laø moät giaù trò môø vôùi haøm lieân thuoäc mA’(x), ñaàu ra B’ cuõng laø moät giaù trò môø coù haøm lieân thuoäc mB’(y) laø phaàn döôùi cuûa haøm mB(y) bò chaën treân bôûi ñoä thoûa maõn H = Max Min{ mA’(x), mA(x) } (1.30) Neáu xem luaät hôïp thaønh (1.25) nhö laø moät luaät ñieàu khieån cuûa boä ñieàu khieån môø thì ñaàu ra seõ laø moät giaù trò môø coù haøm lieân thuoäc mB’(y). 4.3. Luaät hôïp thaønh cuûa meänh ñeà nhieàu ñieàu kieän Moät meänh ñeà hôïp thaønh vôùi d meänh ñeà ñieàu kieän NEÁU c1 = A1 VAØ c2 = A2 VAø ... VAØ cd = Ad THÌ g = B (1.31) bao goàm d bieán ngoân ngöõ ñaàu vaøo c1, c2,..., cd vaø moät bieán ñaàu ra y cuõng ñöôïc moâ hình hoùa gioáng nhö vieäc moâ hình hoùa meänh ñeà hôïp thaønh coù moät ñieàu kieän, Phaàn 1: Ñieàu khieån môø ÖÙNG DUÏNG ÑIEÀU KHIEÅN MÔØ VAØ SCADA TRONG HEÄ THOÁNG THÖÛ BÔM Trang 14 trong ñoù lieân keát VAØ giöõa caùc meänh ñeà (hay giaù trò môø) ñöôïc thöïc hieän baèng pheùp giao caùc taäp môø A1, A2,... , Ad vôùi nhau theo coâng thöùc (1.14). Keát quaû cuûa pheùp giao ñoù seõ laø ñoä thoûa maõn H cuûa luaät. Caùc böôùc xaây döïng luaät hôïp thaønh R nhö sau: · Rôøi raïc hoùa mieàn xaùc dònh haøm lieân thuoäc mA1(x1), mA2(x2),..., mAd(xd), mBd(xd) cuûa caùc meänh ñeà ñieàu kieän vaø meänh ñeà keát luaän . · Xaùc ñònh ñoä thoûa maõn H cho töøng vector caùc giaù trò roõ ñaàu vaøo laø vector toå hôïp d ñieåm maãu thuoäc mieàn xaùc ñònh cuûa caùc haøm lieân thuoäc mAi (xi), i=1,...d Chaúng haïn vôùi moãi vector caùc giaù trò roõ ñaàu vaøo x = [ c1......cd ] T Trong ñoù ci, i = 1,....,d laø moät trong caùc ñieåm maãu mieàn xaùc ñònh cuûa mAi(xi), thì H = Min {mA1(c1), mA2(c2),..., mAd(cd) } (1.32) · Laäp R goàm caùc haøm lieân thuoäc giaù trò môø ñaàu ra cho töøng vector caùc giaù trò ñaàu vaøo theo nguyeân taéc: mB’(y) = Min {H, mB(y) } neáu qui taéc söû duïng laø Max-Min hoaëc mB’(y) = H.mB(y) neáu qui taéc söû duïng laø Max-Prod. Khoâng nhö luaät hôïp thaønh coù moät meänh ñeà ñieàu kieän. Luaät hôïp thaønh R vôùi d ñieàu kieän khoâng theå bieåu dieãn döôùi daïng ma traän maø thaønh moät löôùi trong khoâng gian d+1 chieàu. Haõy xeùt moät meänh ñeà hoïp thaønh vôùi hai meänh ñeà ñieàu kieän NEÁU a = A VAØ b = B THÌ g = C laøm moät ví duï (xem hình 1.9). Luaät hôïp thaønh R coù daïng sau R: AÙ B Þ C § Caùc böôùc xaây döïng R 1. Rôøi raïc hoùa caùc haøm lieân thuoäc : Haøm lieân thuoäc mA(x) ñöôïc rôøi raïc hoùa taïi 5 ñieåm 1 0.5 0.1 0.3 0.5 0.3 0.5 0.7 0.5 0.7 1 mA(x) mB(y) mC(z) Hình 1.9: Xaây döïng R cho luaät hôïp thaønh hai meänh ñeà ñieàu kieän Phaàn 1: Ñieàu khieån môø ÖÙNG DUÏNG ÑIEÀU KHIEÅN MÔØ VAØ SCADA TRONG HEÄ THOÁNG THÖÛ BÔM Trang 15 x Î { 0,1 ; 0,2 ; 0,3 ; 0,4 ; 0,5 } Haøm lieân thuoäc mB(y) ñöôïc rôøi raïc hoùa taïi 5 ñieåm y Î { 0,3 ; 0,4 ; 0,5 ; 0,6 ; 0,7 } Haøm lieân thuoäc mC(z) ñöôïc rôøi raïc hoùa taïi 5 ñieåm z Î { 0,5 ; 0,6 ; 0,7 ; 0,8 ; 0,9 } 2. Laäp R goàm caùc haøm lieân thuoäc cho töøng vector giaù trò ñaàu vaøo: Nhö vaäy seõ coù taát caû 5x5=25 caëp ñieåm giaù trò ñaàu vaøo vaø öùng vôùi töøng caëp ñieåm ñaàu vaøo laø moät haøm lieân thuoäc mC’(z) cuûa bieán môø ñaàu ra C’. Ví duï cho caëp ñieåm (x=0,2 ; y=0.5) laø haøm mC’(z) = mR(0,2 ; 0,5) = {0 ; 0,5 ; 0,5 ; 0,5 ; 0} cho caëp ñieåm (x=0,5 ; y=0.5) laø haøm mC’(z) = mR(0,5 ; 0,5) = {0 ; 0 ; 0 ; 0 ; 0} vaø cho caëp ñieåm (x=0,5 ; y=0,3) laø haøm mC’(z) = mR(0,5 ; 0,3) = {0 ; 0 ; 0 ; 0 ; 0} Bieåu dieãn taát caû 25 haøm treân cuûa R trong khoâng gian R3 thì r seõ laø moät löôùi 3 chieàu, trong ñoù taïi moät ñieåm nuùt treân löôùi laø moät giaù trò cuûa mR(x,y) 5. GIAÛI MÔØ Boä ñieàu khieån môø cho duø vôùi moät hoaëc nhieàu luaät ñieàu khieån (meänh ñeà hôïp thaønh), cuõng chöa theå aùp duïng ñöôïc trong ñieàu khieån ñoái töôïng , vì ñaàu ra luoân laø moät giaù trò môø B’. Moät boä ñieàu khieån môø hoaøn chænh caàn phaûi coù theâm khaâu giaûi môø (quaù trình roõ hoùa taäp môø ñaàu ra B’) vì keát quaû sau khi ñöa ra töø luaät hôïp thaønh laø giaù trò môø, caùc giaù trò môø naøy caàn ñöôïc chuyeån ñoåi thaønh giaù trò roõ ñeå ñöa vaøo ñieåu khieån ñoái töôïng. Giaûi môø laø quaù trình xaùc ñònh moät giaù trò roõ y’ naøo ñoù coù theå chaáp nhaän töø haøm lieân thuoäc mB’(y) cuûa giaù trò môø B’ (taäp môø). Coù hai phöông phaùp giaûi môø chính laø phöông phaùp cöïc ñaïi vaø phöông phaùp ñieåm troïng taâm seõ ñöôïc trình baøy döôùi ñaây, trong ñoù cô sôû cuûa taäp môø B’ ñöôïc kyù hieäu thoáng nhaát laø Y. 5.1. Phöông phaùp cöïc ñaïi Giaûi môø theo phöông phaùp cöïc ñaïi goàm hai böôùc: · Xaùc ñònh mieàn chöùa giaù trò roõ y’. Giaù trò roõ y’ laø giaù trò maø taïi ñoù haøm lieân thuoäc ñaït giaù trò cöïc ñaïi (ñoä cao Hcuûa taäp môø B’), töùc laø mieàn G = { yÎY | mB’(y) = H } · Xaùc ñònh y’ coù theå chaáp nhaän ñöôïc töø G Phaàn 1: Ñieàu khieån môø ÖÙNG DUÏNG ÑIEÀU KHIEÅN MÔØ VAØ SCADA TRONG HEÄ THOÁNG THÖÛ BÔM Trang 16 y Î G y Î G Trong ví duï ôû hình 1.10 thì G laø khoaûng [y1, y2]. Cuûa mieàn giaù trò cuûa taäp môø ñaàu ra B2 cuûa luaät ñieàu khieån R2: NEÁU c = A2 THÌ g = B2 Trong soá hai luaät R1, R2 vaø luaät R2 ñöôïc goïi laø luaät quyeát ñònh. Vaäy luaät ñieàu khieån quyeát ñònh laø luaät Rk, k Î {1, 2,...,p} maø giaù trò môø ñaàu ra cuûa noù coù ñoä cao lôùn nhaát, töùc laø baèng ñoä cao H cuûa B’ Ñeå thöïc hieän böôùc hai coù ba nguyeân lyù: Ø Nguyeân lyù trung bình. Ø Nguyeân lyù caän traùi. Ø Nguyeân lyù caän phaûi. Neáu kyù hieäu y1 = inf (y) vaø y2 = sup (y) (1.33) thì y1 chính laø ñieåm caän traùi vaø y2 laø ñieåm caän phaûi cuûa G 5.1.1. Nguyeân lyù trung bình Theo nguyeân lyù trung bình giaù trò roõ y’ seõ laø 2 ' 21 yy y + = (1.34) Nguyeân lyù naøy thöôøng ñöôïc duøng khi G laø moät mieàn lieân thoâng vaø nhö vaäy y’ cuõng seõ laø giaù trò coù ñoä phuï thuoäc lôùn nhaát. Trong tröôøng hôïp B’ oàm caùc haøm lieân thuoäc daïng ñeàu thì giaù trò roõ y’ (1.34) khoâng phuï vaøo ñoä thoûa maõn cuûa luaät ñieàu khieån quyeát ñònh y1 y2 mB’ B1 B2 H y Hình 1.10: Giaûi môø baèng phöông phaùp cöïc ñaïi Phaàn 1: Ñieàu khieån môø ÖÙNG DUÏNG ÑIEÀU KHIEÅN MÔØ VAØ SCADA TRONG HEÄ THOÁNG THÖÛ BÔM Trang 17 5.1.2. Nguyeân lyù caän traùi Giaù trò roõ y’ ñöôïc laáy baèng caän traùi y1 theo (1.33). Giaù trò roõ laáy theo nguyeân lyù caän traùi naøy seõ phuï thuoäc tuyeán tính vaøo ñoä thoûa maõn cuûa luaät ñieàu khieån quyeát ñònh. 5.1.3. Nguyeân lyù caän phaûi Giaù trò roõ y’ ñöôïc laáy baèng caän phaûi y2 theo (1.33). Cuõng gioáng nhö nnguyeân lyù caän traùi. Giaù trò roõ y’ ôû ñaây phuï thuoäc tuyeán tính vaøo ñaùp öùng vaøo cuûa luaät ñieàu khieån quyeát ñònh. Hình 1.13: Giaù trò roõ y’ phuï thuoäc tuyeán tính vôùi ñaùp öùng vaøo cuûa luaät hôïp thaønh quyeát ñònh mB’ B1 B2 H y y’ Hình 1.12: Giaù trò roõ y’ phuï thuoäc tuyeán tính vôùi ñaùp öùng vaøo cuûa luaät ñieàu khieån quyeát ñònh y y’ mB B1 B2 H Hình 1.11: Giaù trò roõ y’ khoâng phuï thuoäc vaøo ñaùp öùng cuûa luaät ñieàu khieån quyeát ñònh mB’ B1 B2 H y y’ Phaàn 1: Ñieàu khieån môø ÖÙNG DUÏNG ÑIEÀU KHIEÅN MÔØ VAØ SCADA TRONG HEÄ THOÁNG THÖÛ BÔM Trang 18 Ghi chuù: Sai leäch cuûa ba giaù trò roõ, xaùc ñònh theo trung bình, caän traùi hay caän phaûi seõ caøng lôùn neáu ñoä thoûa maõn H cuûa luaät ñieàu khieån quyeát ñònh caøng nhoû. Moät caâu hoûi ñaët ra chung cho caû ba nguyeân lyù treân laø y’ seõ ñöôïc choïn nhö theá naøo khi G khoâng phaûi laø moät mieàn lieân thoâng?, töùc laø khi coù nhieàu luaät hôïp thaønh coù cuøng moät ñaùp öùng vaøo cho nhöõng giaù trò quyeát ñònh khaùc nhau cuûa bieán ngoân ngöõ ñaàu ra. Chaúng haïn neáu vaãn cöù aùp duïng nguyeân lyù trung bình thì coù theå giaù trò roõ y’ seõ laø giaù trò coù ñoä phuï thuoäc nhoû hôn H, hoaëc neáu söû duïng nguyeân lyù caän traùi hay phaûi thì caùc tröôøng hôïp coøn laïi laø y3 vaø y4 thì sao? (Hinh 1.13) Ñoái vôùi nhöõng tröôøng hôïp nhö vaäy, thoâng thöôøng moät khoaûng con lieân thoâng trong G seõ ñöôïc choïn laøm khoaûng lieân thoâng coù möùc öu tieân cao nhaát, ví duï laø G1, sau ñoù aùp duïng moät trong ba nguyeân lyù ñaõ bieát tôùi mieàn G1 thay cho G. Trong caùc hình veõ minh hoïa treân, taäp môø B’ thu ñöôïc laø do ñaõ söû duïng qui taéc Max-Min. Ñoái vôùi luaät hôïp thaønh Max-Prod, mieàn G seõ cho ra moät ñieåm duy nhaát vaø do ñoù caû ba nguyeân lyù trung bình, caän traùi, caän phaûi seõ cho ra cung moät keát quaû. 5.2. Phöông phaùp ñieåm troïng taâm Phöông phaùp ñieåm troïng taâm seõ cho ra moät keát quaû y’ laø hoaønh ñoä cuûa ñieåm troïng taâm ñöôïc bao bôûi truïc hoaønh vaø ñöôøng mB’(y). Coâng thöùc xaùc ñònh y’ theo phöông phaùp ñieåm troïng taâm nhö sau: y1 y2 y3 y4 G1 G2 B1 B2 mB’ H Hình 1.14: Haøm lieân thuoäc cuûa B’ coù mieàn giaù trò G khoâng lieân thoâng G= G1È G2 Phaàn 1: Ñieàu khieån môø ÖÙNG DUÏNG ÑIEÀU KHIEÅN MÔØ VAØ SCADA TRONG HEÄ THOÁNG THÖÛ BÔM Trang 19 ò ò = S B S B dyy dyyy y )( )( ' 'm m (1.35) trong ñoù S laø mieàn xaùc ñònh cuûa taäp môø B’. Coâng thöùc (1.35) cho phaùp xaùc ñònh y’ vôùi söï tham gia cuûa taát caû caùc taäp môø ñaàu ra cuûa moïi luaät dieàu khieån moät caùch bình ñaúng vaø chính xaùc, tuy nhieân laïi khoâng ñeå yù tôùi ñoä thoûa maõn cuûa luaät ñieàu khieån quyeát ñònh vaø thôøi gian tính (1.35) laâu. Ngoaøi ra moät trong nhöõng nhöôïc ñieåm cô baûn cuûa phöông phaùp ñieåm troïng taâm laø coù theå giaù trò y’ xaùc ñònh ñöôïc laïi coù ñoä phuï thuoäc nhoû nhaát, thaäm chí baèng 0. Bôûi vaäy ñeå traùnh nhöõng tröôøng hôïp nhö vaäy, khi ñònh nghóa haøm lieân thuoäc cho töøng giaù trò môø cho moät bieán ngoân ngöõ neân ñeå yù sao cho mieàn xaùc ñònh cuûa caùc giaù trò môø ñaàu ra laø moät mieàn lieân thoâng. y mB’ Taêng giöõ nguyeân giaûm y’ Hình 1.16: Xaùc ñònh giaù trò roõ y’ theo phöông phaùp ñieåm troïng taâm khi mieàn giaù trò cuûa taäp môø khoâng lieân thoâng S y’ mB’ B1 B2 y Hình 1.15: Giaù trò roõ y’ laø hoaønh ñoä cuûa ñieåm troïng taâm Phaàn 1: Ñieàu khieån môø ÖÙNG DUÏNG ÑIEÀU KHIEÅN MÔØ VAØ SCADA TRONG HEÄ THOÁNG THÖÛ BÔM Trang 20 5.2.1. Phöông phaùp ñieåm troïng taâm cho luaät hôïp thaønh Sum-Min Giaû söû coù q luaät ñieàu khieån ñöôïc trieån khai. Vaäy thì moãi moät giaù trò môø B’ taïi ñaàu ra cuûa boä ñieàu khieån seõ laø toång cuûa q giaù trò môø ñaàu ra cuûa töøng luaät hôïp thaønh. Kyù hieäu giaù trò môø ñaàu ra cuûa luaät hôïp thaønh thöù k laø mB’k(y) vôùi k=1, 2,...., q thì vôùi qui taéc Sum-Min haøm lieân thuoäc mB’(y) seõ laø å = = q k BB yy k 1 '' )()( mm (1.36) thay (1.36) vaøo (1.35) sau ñoù ñoåi choã cuûa toång vaø tích phaân cho nhau thì coâng thöùc tính y’ seõ ñôn giaûn nhö sau å å å ò å ò òå ò å = = = = = = = ÷÷ ø ö çç è æ ÷÷ ø ö çç è æ = ÷÷ ø ö çç è æ = q k k q k k q k S B q k S B S q k B S q k B A M dyy dyyy dyy dyyy y k k k k 1 1 1 ' 1 ' 1 ' 1 ' )( )( )( )( ' m m m m (1.37) Chuù yù: Maëc duø coâng thöùc (1.37) chæ ñöôïc xaây döïng cho luaät hôïp thaønh kieåu Sum- Min, song thöïc theá noù vaãn ñöôïc duøng cho caû luaät hôïp thaønh Max-Min. 5.2.2. Phöông phaùp ñoä cao Söû duïng coâng thöùc (1.37) cho caû hai loaïi luaät hôïp thaønh Max-Min vaø Sum- Min vôùi theâm giaû thieát laø moãi taäp môø mB’k(y) ñöôïc xaáp xæ baèng moät caëp giaù trò (yk, Hk) duy nhaát (singleton), trong ñoù Hk laø ñoä cao cuûa mB’k(y) vaø yk laø moät ñieåm maãu trong mieàn giaù trò cuûa mB’k(y) coù mB’k(yk) = Hk thì å å = == q k k q k kk H Hy y 1 1' (1.38) Coâng thöùc (1.38) goïi laø coâng thöùc tính xaáp xæ y’ theo phöông phaùp ñoä cao vaø khoâng chæ aùp duïng cho luaät hôïp thaønh Max-Min, Sum-Min maø coøn coù theå cho nhöõng luaät hôïp thaønh khaùc nhö Max-Prod hay Sum-Prod. Phaàn 1: Ñieàu khieån môø ÖÙNG DUÏNG ÑIEÀU KHIEÅN MÔØ VAØ SCADA TRONG HEÄ THOÁNG THÖÛ BÔM Trang 21 Chöông 2 ÑIEÀÀU KHIEÅÅN MÔØØ ieàu khieån môø chieám moät vò trí raát quan troïng trong ñieàu khieån hoïc kyõ thuaät hieän ñaïi. Ngay töø buoåi ñaàu tieân, ñieàu khieån môø ñaõ ñem laïi söï ngaïc nhieân ñaùng keå hoaøn toaøn traùi vôùi teân goïi cuûa noù, kyõ thuaät ñieàu khieån naøy ñoàng nghóa vôùi ñoä chính xaùc vaø khaû naêng thöïc hieän. Tuy laø ngaønh kyõ thuaät ñieàu khieån non treû nhöng nhöõng öùng duïng trong coâng nghieäp cuûa ñieàu khieån môø thaät roäng raõi nhö: ñieàu khieån nhieät ñoä, ñieàu khieån giao thoâng vaän taûi, ñieàu khieån trong caùc lónh vöïc haøng hoùa daân duïng... So vôùi caùc giaûi phaùp kyõ thuaät töø tröôùc ñeán nay ñöôïc aùp duïng ñeå toång hôïp boä ñieàu khieån, phöông phaùp toång hôïp heä thoáng baèng boä ñieàu khieån môø chæ ra nhöõng öu ñieåm roõ reät sau ñaây: · Khoái löôïng coâng vieäc thieát keá giaûm ñi nhieàu do khoâng caàn söû duïng moâ hình ñoái töôïng trong vieäc toång hôïp heä thoáng. · Boä ñieàu khieån môø deã hieåu hôn so vôùi caùc boä ñieàu khieån khaùc (caû veà kyõ thuaät) vaø deã daøng thay ñoåi. · Ñoái vôùi caùc baøi toaùn thieát keá coù ñoä phöùc taïo cao, giaûi phaùp duøng boä ñieàu khieån môø cho pheùp giaûm khoái löôïng tính toaùn vaø giaûm giaù thaønh saûn phaåm. · Trong nhieàu tröôøng hôïp boä ñieàu khieån môø laøm vieäc oån ñònh hôn, beàn vöõng hôn vaø chaát löôïng ñieàu khieån cao hôn. 1. BOÄ ÑIEÀU KHIEÅN MÔØ CÔ BAÛN Moät boä ñieàu khieån môø cô baûn goàm ba thaønh phaàn cô baûn: · Khaâu Fuzzy hoùa · Thieát bò thöïc hieän luaät hôïp thaønh · Khaâu giaûi môø Ñ Phaàn 1: Ñieàu khieån môø ÖÙNG DUÏNG ÑIEÀU KHIEÅN MÔØ VAØ SCADA TRONG HEÄ THOÁNG THÖÛ BÔM Trang 22 Do boä ñieàu khieån môø cô baûn chæ coù khaû naêng xöû lyù caùc giaù trò tín hieäu hieän thôøi neân noù thuoäc nhoùm caùc boä ñieàu khieån tónh. Tuy vaäy ñeå môû roäng mieàn öùng duïng cuûa chuùng vaøo caùc baøi toaùn ñieàu khieån ñoäng, caùc khaâu ñoäng hoïc caàn thieát seõ ñöôïc noái theâm vaøo boä ñieàu khieån môø cô baûn. Caùc khaâu ñoäng ñoù chæ coù nhieäm vuï cung caáp theâm cho boä ñieàu khieån môø cô baûn caùc giaù trò ñaïo haøm hay tích phaân cuûa tín hieäu. Cuøng vôùi nhöõng khaâu ñoäng boå sung naøy, boä ñieàu khieån cô baûn seõ ñöôïc goïi laø boä ñieàu khieån môø 2. NHÖÕNG NGUYEÂN TAÉC TOÅNG HÔÏP BOÄ ÑIEÀU KHIEÅN MÔØ 2.1. Ñònh nghóa caùc bieán vaøo ra Trong ví duï naøy, vieäc ñònh nghóa caùc bieán vaøo ra cho boä hôïp thaønh môø töông ñoái ñôn giaûn. Ñaïi löôïng vaøo cuûa boä ñieàu khieån môø chình laø sai leäch ( ñöôïc kyù hieäu baèng ET) giöõa nhieät ñoä caàn giöõ oån ñònh (tín hieäu chuû ñaïo x) vaø nhieät ñoä thöïc y (nhieät ñoä ño ñöôïc töø boä caûm bieán tín hieäu ra cuûa ñoái töôïng). Ngoaøi ra trong boä Hình 1.17: Boä ñieàu khieån môø cô baûn x1 xq y’ R1: NEÁU ... THÌ ... Rq: NEÁU ... THÌ ... H1 Hq . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B’ m ò dt.... .... dt d Boä ñieàu khieån môø cô baûn x(t) y’(t) Hình 1.18: Ví duï veà moät boä ñieàu khieån môø ñoäng Phaàn 1: Ñieàu khieån môø ÖÙNG DUÏNG ÑIEÀU KHIEÅN MÔØ VAØ SCADA TRONG HEÄ THOÁNG THÖÛ BÔM Trang 23 ñieàu khieån môø coøn söû duïng ñeán söï bieán ñoåi theo thôøi gian cuûa sai leäch (ñaïo haøm ET dt d ) giöõa tín hieäu chuû ñaïo vaø tín hieäu ra cuûa ñoái töôïng (kyù hieäu baèng DET). Coâng suaát söôûi noùng hay laøm maùt P laø bieán ra cuûa boä ñieàu khieån. P laø moät giaù trò roõ. Beân trong, thuoäc phaàn giao dieän ñaàu ra, beân caïnh khaâu giaûi môø boä ñieàu khieån coøn phaûi söû duïng khaâu tích phaân ñeå bieán ñoåi giaù trò P dt d , ñöôïc kyù hieäu laø DP, taïi ñaàu ra cuûa boä ñieàu khieån môø cô baûn, töùc laø ñaàu ra roõ cuûa thieát bò hôïp thaønh, tín hieäu P cuûa ñieàu khieån môø. Thieát bò hôïp thaønh coù hai bieán vaøo laø ET, DET vaø moät bieán ra DP (Hình 2.1) 2.2. Xaùc ñònh taäp môø Böôùc tieáp theo laø ñònh nghóa caùc bieán vaøo/ra bao goàm soá caùc taäp môø vaø daïng caùc haøm lieân thuoäc cuûa chuùng. Ñeå laøm ñöôïc ñieàu ñoù caàn xaùc ñònh: 1. Mieàn giaù trò vaät lyù (cô sôû) cuûa caùc bieán ngoân ngöõ vaøo/ra Sai leäch nhieät ñoä ET ñöôïc choïn trong mieàn giaù trò töø –12oC deán +12oC, toác ñoä bieán ñoåi DET cuûa sai leäch coù giaù trò bieán ñoåi töø –6oC/s deán +6oC/s vaø toác ñoä bieán ñoåi coâng suaát ra DP naèm trong khoaûng –120W/s deán +120W/s. 2. Soá löôïng taäp môø (giaù trò ngoân ngöõ) Veà nguyeân taéc, soá löôïng caùc giaù trò ngoân ngöõ cho moãi bieán ngoân ngöõ neân naèm trong khoaûng töø 3 ñeán 10 giaù trò. Neáu soá löôïng giaù trò ít hôn 3 thì coù ít yù nghóa, vì khoâng thöïc hieän ñöôïc vieäc laáy vi phaân. Neáu lôùn hôn 10, con ngöôøi khoù coù khaû naêng bao quaùt, vì con ngöôøi phaûi nghieân cöùu ñaày ñuû ñeå ñoàng thôøi phaân E DE DP P y x ET - D P Thieát bò hôïp thaønh vaø giaûi môø I Ñoái töôïng Luaät ñieàu khieån Thieát bò ño Hình 2.1: Boä ñieàu khieån nhieät ñoä. Phaàn 1: Ñieàu khieån môø ÖÙNG DUÏNG ÑIEÀU KHIEÅN MÔØ VAØ SCADA TRONG HEÄ THOÁNG THÖÛ BÔM Trang 24 bieät khoaûng 5 ñeán 9 phöông aùn khaùc nhau coù khaû naêng löu tröõ trong moät thôøi gian ngaén. Ñoái vôùi quaù trình ñieàu khieån nhieät ñoä, coù theå xaùc ñònh caùc giaù trò sau: ET Î { aâm, khoâng, döông} hoaëc ET Î { aâm, aâm ít, khoâng, döông ít, döông} hoaëc ET Î { aâm nhieàu, aâm, aâm ít, khoâng, döông ít, döông, döông nhieàu} Sau ñaây, nhöõng teân goïi giaù trò ngoân ngöõ treân seõ ñöôïc duøng moät kyù hieäu ngaén goïn suy ra töø tieáng Anh nhö sau: Aâm nhieàu – NB (Negativ Big), Aâm – NM (Negativ Medium), Aâm ít – NS (Negativ Small), Khoâng – ZE (Zero), Döông ít – PS (Positiv Small), Döông– PM (Positiv Medium), Döông nhieàu – PB (Positiv Big). Vôùi nhöõng yù hieäu nhö vaäy thì mieàn xaùc ñònh (ngoân ngöõ) cuûa caùc bieán vaøo ra seõ laø: ET Î { NB, NM, NS, ZE, PS, PM, PB }, DET Î { NB, NM, NS, ZE, PS, PM, PB }, DP Î { NB, NM, NS, ZE, PS, PM, PB }. 3. Xaùc ñònh haøm lieân thuoäc Ñaây laø moät ñieåm cöïc kyø quan troïng vì quaù trình laøm vieäc cuûa boä ñieàu khieån raát phuï thuoäc vaøo daïng vaø kieåu haøm lieân thuoäc. Ñaùng tieác laø khoâng coù moät lôøi khuyeân naøo khaùc cho vieäc choïn haøm lieân thuoäc laø haõy choïn haøm lieân thuoäc töø nhöõng daïng haøm ñaõ bieát tröôùc vaø moâ hình hoùa noù cho ñeán khi nhaän ñöôïc boä ñieàu khieån môø laøm vieäc nhö mong muoán. Caàn choïn haøm lieân thuoäc coù daïng choàng leân nhau vaø phuû kín mieàn giaù trò vaät lyù ñeå trong quaù trình ñieàu khieån khoâng xuaát hieän “loã hoång”. Trong tröôøng hôïp vôùi moät giaù trò vaät lyù roõ x0 cuûa bieán ñaàu vaøo maø taäp môø B’ ñaàu ra coù ñoä cao baèng 0 (mieàn xaùc ñònh laø moät taäp roãng) vaø boä ñieàu khieån khoâng theå ñöa ra moät quyeát ñònh ñieàu khieån naøo ñöôïc goïi laø hieän töôïng “chaùy nguyeân taéc”, lyù do laø hoaëc khoâng ñònh nghóa ñöôïc nguyeân taéc ñieàu khieån phuø hôïp hoaëc laø do caùc taäp môø cuûa bieán ngoân ngöõ coù nhöõng “loã hoång” Cuõng nhö vaäy ñoái vôùi bieán ra, caùc haøm lieân thuoäc daïng hình thang vôùi ñoä cao xeáp choàng leân nhau raát nhoû, nhìn chung khoâng phuø hôïp ñoái vôùi boä ñieàu khieån Phaàn 1: Ñieàu khieån môø ÖÙNG DUÏNG ÑIEÀU KHIEÅN MÔØ VAØ SCADA TRONG HEÄ THOÁNG THÖÛ BÔM Trang 25 môø vì nhöõng lyù do ñaõ trình baøy ôû treân. Noù taïo ra moät “vuøng cheát” (dead zone) trong traïng thaùi laøm vieäc cuûa boä ñieàu khieån. Trong moät vaøi tröôøng hôïp ñaëc bieät, choïn haøm lieân thuoäc daïng hình thang hoaøn toaøn hôïp lyù, vì ñoù laø tröôøng hôïp maø söï thay ñoåi caùc mieàn giaù trò cuûa tín hieäu vaøo khoâng keùo theo söï thay ñoåi baét buoäc töông öùng cho mieàn giaù trò cuûa tín hieäu ra. Noùi chung, haøm lieân thuoäc ñöôïc choïn sao cho mieàn tin caäy cuûa noù chæ coù moät phaàn töû, hay noùi caùch khaùc chæ toàn taïi moät ñieåm vaät lyù coù ñoä phuï thuoäc baèng ñoä cao cuûa taäp môø. Trong ví duï naøy, taäp môø ñöôïc choïn coù daïng hình tam giaùc caân vôùi (Hình 2.2) a = b = 1 (2.1) ET -12 m +12 NB NM NS ZE PS PM DET [C/s] -6 m +6 NB NM NS ZE PS PM DP [W/s] -12 m +12 NB NM NS ZE PS PM Hình 2.2: Ñònh nghóa taäp môø cho caùc bieán ngoân ngöõ Phaàn 1: Ñieàu khieån môø ÖÙNG DUÏNG ÑIEÀU KHIEÅN MÔØ VAØ SCADA TRONG HEÄ THOÁNG THÖÛ BÔM Trang 26 4. Rôøi raïc hoùa caùc taäp Ñoä phaân giaûi caùc giaù trò phuï thuoäc ñöôïc choïn tröôùc hoaëc laø cho caùc nhoùm ñieàu khieån môø loaïi daáu phaåy ñoäng (caùc soá bieåu dieãn döôùi daïng daáu phaåy ñoäng chính xaùc hôn ) hoaëc nguyeân ngaén (giaù trò phuï thuoäc laø caùc soá nguyeân coù ñoä daøi 2 byte) hoaëc theo byte (caùc giaù trò phuï thuoäc laø caùc soá khoâng daáu coù ñoä daøi 1 byte). Nhöõng khaû naêng ñeå toång hôïp caùc heä thoáng raát khaùc nhau tuøy theo loaïi linh kieän cuûa moãi haõng. Phöông phaùp rôøi raïc hoùa seõ laø yeáu toá quyeát ñònh giöõa ñoä chính xaùc vaø toác ñoä ñieàu khieån. 2.3. Xaây döïng caùc luaät ñieàu khieån Trong vieäc xaây döïng caùc luaät ñieàu khieån (meänh ñeà hôïp thaønh) caàn löu yù laø ôû vuøng laân caän ñieåm khoâng (ví duï nhö trong tröôøng hôïp DT=ZE) khoâng ñöôïc taïo ra caùc “loã hoång”, bôûi vì khi gaëp phaûi caùc “loã hoång” xung quanh dieåm laøm vieäc boä ñieàu khieån seõ khoâng laøm vieäc ñuùng nhö theo trình töï ñaõ ñònh. Ngoaøi ra caàn ñeå yù raèng, trong phaàn lôùn caùc boä ñieàu khieån, tín hieäu ra seõ baèng khoâng neáu nhö taát caû caùc tín hieäu vaøo baèng khoâng. § Nhöõng nguyeân taéc sau ñaây ñöôïc ñaët ra cho boä ñieàu khieån nhieät ñoä 1. R1: NEÁU ET = NB VAØ DET = ZE THÌ DP = PB HOAËC 2. R2: NEÁU ET = NM VAØ DET = ZE THÌ DP = PM HOAËC 3. R3: NEÁU ET = NS VAØ DET = ZE THÌ DP = PS HOAËC 4. R4: NEÁU ET = ZE VAØ DET = ZE THÌ DP = ZE HOAËC 5. R5: NEÁU ET = PS VAØ DET = ZE THÌ DP = NS HOAËC 6. R6: NEÁU ET = PM VAØ DET = ZE THÌ DP = NM HOAËC 7. R7: NEÁU ET = PB VAØ DET = ZE THÌ DP = NB HOAËC 8. R8: NEÁU ET = ZE VAØ DET = NB THÌ DP = PB HOAËC 9. R9: NEÁU ET = ZE VAØ DET = NM THÌ DP = PM HOAËC 10. R10: NEÁU ET = ZE VAØ DET = NS THÌ DP = PS HOAËC 11. R11: NEÁU ET = ZE VAØ DET = PS THÌ DP = NS HOAËC 12. R12: NEÁU ET = ZE VAØ DET = PM THÌ DP = NM HOAËC 13. R13: NEÁU ET = ZE VAØ DET = PB THÌ DP = NB Hình 2.3 bieåu dieãn caùc luaät ñieàu khieån naøy döôùi daïng ma traän. Caùch bieåu dieãn naøy raát tieän lôïi vaø bao quaùt. Töø ma traän hình 2.3 coù theå thaáy roõ chæ coù 13 luaät trong toång soá 149 khaû naêng phoái hôïp laø thích öùng vôùi nguyeân taéc ñieàu khieån nhieät ñoä. Caùc luaät ñieàu khieån ñöôïc thieát laäp döïa treân meänh ñeà hôïp thaønh vôùi hai ñieàu kieän vaø moät keát luaän. Thöïc chaát, nhö ví duï treân ñaõ chæ ra, chæ coù moät phaàn trong Phaàn 1: Ñieàu khieån môø ÖÙNG DUÏNG ÑIEÀU KHIEÅN MÔØ VAØ SCADA TRONG HEÄ THOÁNG THÖÛ BÔM Trang 27 toaøn boä caùc khaû naêng lieân keát döôïc laáp kín, ñoù laø caùc tröôøng hôïp theo kinh nghieäm ñöôïc coi laø thöôøng xaûy ra trong thöïc teá. DET NB NM NS ZE PS PM PB NB PB NM PM NS PS ET ZE PB PM PS ZE NS NM NB PS NS PM NM PB NB Hình 2.3: Bieåu dieãn luaät ñieàu khieån döôùi daïng ma traän Ñeå phaùt trieån theâm, coù theå choïn heä soá an toaøn cho töøng luaät ñieàu khieån, töùc laø khi thieát laäp luaät hôïp thaønh chung R = R1Ú R2Ú R3Ú ..........Ú R1Ú R13 (2.2) Khoâng phaûi taát caû caùc luaät ñieàu khieån Rk, k=1,2,..., 13 ñöôïc tham gia moät caùch bình ñaúng maø theo moät heä soá an toaøn cho tröôùc. Ngoaøi nhöõng heä soá an toaøn cho töøng luaät ñieàu khieån coøn coù heä soá an toaøn cho töøng meänh ñeà ñieàu kieän cuûa moät luaät ñieàu khieån khi soá caùc meänh ñeà cuûa noù lôùn hôn 1. Song trong tröôøng hôïp xeùt ô ûñaây khoâng caàn ñeán caû hai loaïi heäsoá an toaøn ñoù. 2.4. Choïn thieát bò hôïp thaønh Coù theå choïn thieát bò hôïp thaønh theo nhöõng nguyeân taéc ñaõ ñöôïc giôùi thieäu ôû caùc phaàn tröôùc ñeå khai trieån pheùp hoaëc trong (2.2) bao goàm: · Söû duïng coâng thöùc (1.11) coù luaät Max-Min, Max-Prod, · Söû duïng coâng thöùc Lukasiewics coù luaät Sum-Min, Sum-Prod, · Söû duïng toång Einstein, · Söû duïng toång tröïc tieáp, ........ 2.5. Choïn nguyeân lyù giaûi môø Caùc phöông phaùp xaùc ñònh ñaàu ra roõ, hay coøn goïi laø quaù trình giaûi môø hoaëc roõ hoùa ñaõ ñöôïc trình baøy trong chöông 1. Phöông phaùp giaûi môø ñöôïc choïn cuõng Phaàn 1: Ñieàu khieån môø ÖÙNG DUÏNG ÑIEÀU KHIEÅN MÔØ VAØ SCADA TRONG HEÄ THOÁNG THÖÛ BÔM Trang 28 gaây aûnh höôûng ñeán ñoä phöùc taïp vaø traïng thaùi laøm vieäc cuûa toaøn boä heä thoáng. Thöôøng trong thieát keá heä thoáng ñieàu khieån môø, giaûi môø baèng phöông phaùp ñieåm troïng taâm coù nhieàu öu ñieåm hôn caû, bôûi vì nhö vaäy trong keát quaû coù söï tham gia cuûa taát caû keát luaän cuûa caùc luaät ñieàu khieån Rk, k=1,2,..., 13 (meänh ñeà hôïp thaønh) 2.6. Toái öu Sau khi boä ñieàu khieån môø ñaõ ñöôïc toång hôïp, coù theå gheùp noái noù vôùi ñoái töôïng ñieàu khieån thöïc hoaëc moät ñoái töôïng moâ phoûng ñeå thöû nghieäm. Trong quaù trình thöû nghieäm caàn ñaëc bieät kieåm tra xem coù toàn taïi “loã hoång” naøo trong quaù trình laøm vieäc hay khoâng, töùc laø phaûi xaùc ñònh xem taäp caùc luaät ñieàu khieån ñöôïc xaây döïng coù ñaày ñu û hay khoâng ñeå khaéc phuïc. Nguyeân nhaân cuûa hieän töôïng “loã hoång” coù theå do vieäc thieát laäp caùc nguyeân taéc ñieàu khieån chung quanh ñieåm laøm vieäc khoâng phuû leân nhau hoaøn toaøn, hoaëc laø coù moät soá keát quaû sai trong caùc nguyeân taéc ñieàu khieån ñöôïc thieát laäp. Moät nguyeân nhaân nöõa coù theå xaûy ra laø boä ñieàu khieån laøm vieäc khoâng oån ñònh, vì noù naèm quaù xa ñieåm laøm vieäc. Trong moïi tröôøng hôïp neân xem laïi caùc luaät ñieàu khieån cô sôû. Sau khi ñaõ ñaûm baûo ñöôïc boä ñieàu khieån laøm vieäc oån ñònh vaø khoâng coù caùc “loã hoång”, böôùc tieáp theo laø toái öu traïng thaùi laøm vieäc cuûa noù theo caùc chæ tieâu khaùc nhau. Chænh ñònh boä ñieàu khieån theo caùc chæ tieâu naøy chuû yeáu ñöôïc thöïc hieän thoâng qua vieäc hieäu chænh haøm lieân thuoäc vaø thieát laäp theâm caùc nguyeân taéc ñieàu khieån boå sung hoaëc söûa ñoåi laïi caùc ngyeân taéc ñieàu khieån ñaõ coù. Vieäc chænh ñònh seõ raát coù keát quaû neáu nhö thöïc hieän treân moät heä kín. Khi xöû lyù caùc keát quaû chænh ñònh caàn ñaëc bieät ñeå yù khi caùc heä thoáng khoâng phuï thuoäc vaøo thôøi gian hoaëc caùc heä thoáng coù haèng soá thôøi gian treã Tt lôùn. Nhöõng tính chaát naøy cuûa heä seõ laøm cho caùc bieán ñoåi k hi chænh ñònh thöôøng khoù nhaän bieát. Trong caùc tröôøng hôïp ñoù toát hôn laø neân thöïc hieän töøng böôùc vaø ghi laïi bieân baûn cho moïi tröôøng hôïp. 3. HEÄ ÑIEÀU KHIEÅN MÔØ LAI 3.1. Khaùi nieäm Trong thöïc teá ñeå phaùt huy heát öu ñieåm cuûa moãi loaïi boä ñieàu khieån môø vaø boä ñieàu khieån roõ, ngöôøi ta thöôøng duøng caùc heä keát hôïp giöõa hai loaïi boä ñieàu khieån truyeàn thoáng vaø ñieàu khieån môø vôùi nhau, do vaäy ta coù caùc heä ñieàu khieån môø lai. Ta xeùt heä ñieàu khieån coù caáu truùc hai voøng, moät trong hai voøng ñoù duøng boä ñieàu khieån môø. Ta thaáy coù hai khaû naêng noái: boä ñieàu khieån môø duøng ôû voøng thöù nhaát, coøn voøng thöù hai laø boä ñieàu khieån khoâng môø (hình 2.4a) hoaëc voøng thöù nhaát laø boä ñieàu khieån truyeàn thoáng (chaúng haïn boä ñieàu khieån PID) vaø voøng thöù hai laø boä ñieàu khieån môø (hình 2.4b) Phaàn 1: Ñieàu khieån môø ÖÙNG DUÏNG ÑIEÀU KHIEÅN MÔØ VAØ SCADA TRONG HEÄ THOÁNG THÖÛ BÔM Trang 29 Ñònh nghóa: Heä môø lai (Fuzzy-hybrid) laø moät heä thoáng ñieàu khieån töï ñoäng trong ñoù thieát bò ñieàu khieån bao goàm hai thaønh phaàn: · Phaàn thieát bò ñieàu khieån kinh ñieån. · Phaàn heä môø. Boä ñieàu khieån maø trong quaù trình laøm vieäc coù khaû naêng töï chænh ñònh thoâng soá cuûa noù cho phuø hôïp vôùi söï thay ñoåi cuûa ñoái töôïng ñöôïc goïi laø boä ñieàu khieån thích nghi. Phaàn lôùn caùc heä thoáng ñieàu khieån môø lai laø heä thích nghi, nhöng khoâng phaûi moïi heä lai laø heä thích nghi. Öu ñieåm chính cuûa heä ñieàu khieån noái nhieàu voøng laø coù theå thieát keá boä ñieàu khieån cho moãi voøng theo yeâu caàu chaát löôïng rieâng cuûa voøng ñoù, vì vaäy boä ñieàu khieån seõ ñôn giaûn hôn vaø chaát löôïng cao hôn, ñaëc bieät vôùi heä ñieàu khieån coù caáu truùc nhö ôû hình 2.4a, ta coù theå thieát keá boä ñieàu khieån môø maø chöa quan taâm ñeán ñieàu kieän oån ñònh, sau ñoù khi thieát keá boä ñieàu khieån cho maïch voøng ngoaøi môùi Boä ñieàu khieån khoâng môø Boä ñieàu khieån môø Quaù trình Hình 2.4a Boä ñieàu khieån môø Boä ñieàu khieån truyeàn thoáng Quaù trình Hình 2.4b Phaàn 1: Ñieàu khieån môø ÖÙNG DUÏNG ÑIEÀU KHIEÅN MÔØ VAØ SCADA TRONG HEÄ THOÁNG THÖÛ BÔM Trang 30 xeùt ñeán vaán ñeà oån ñònh cuûa heä. Vôùi heä coù caáu truùc nhö ôû hình 2.4b, ta xeùt tröôøng hôïp maïch voøng trong duøng boä ñieåu khieån PID truyeàn thoáng vaø maïch voøng ngoaøi duøng boä ñieàu khieån môø. Thöïc teá öùng duïng kyõ thuaät môø cho thaáy raèng khoâng phaûi cöù thay moät boä ñieàu khieån môø vaøo choã boä ñieàu khieån kinh ñieån laø seõ coù moät heä thoáng toát hôn. Trong nhieàu tröôøng hôïp, ñeå heä thoáng coù ñaëc tính ñoäng hoïc toát vaø beàn vöõng caàn phaûi thieát keá thieát bò ñieàu khieån lai giöõa boä ñieàu khieån môø vaø boä ñieàu khieån kinh ñieån. 3.2. Heä lai khoâng thích nghi coù boä ñieàu khieån kinh ñieån Haõy quan saùt caáu truùc cuûa moät heä lai trong hình 2.4 coù boä tieàn xöû lyù môø. Nhieäm vuï ñieàu khieån ñöôïc giaûi quyeát baèng boä ñieàu khieån kinh ñieån (ví duï boä ñieàu khieån PID kinh ñieån) vaø caùc thoâng soá cuûa boä ñieàu khieån khoâng ñöôïc chænh ñònh thích nghi. Heä môø ñöôïc söû duïng ñeå ñieàu cheá tín hieäu chuû ñaïo cho phuø hôïp vôùi heä thoáng ñieàu khieån. Veà nguyeân taéc, tín hieäu chuû ñaïo laø moät haøm thôøi gian baát kyø vaø chæ phuï thuoäc vaøo nhöõng öùng duïng cuï theå. Moät caáu truùc cuï theå cuûa heä môø lai coù boä tieàn xöû lyù môø nhö vaäy ñöôïc bieåu dieãn trong hình 2.5. . . . Boä tieàn xöû lyù môø Boä ñieàu khieån Ñoái töôïng - Hình 2.4: Boä ñieàu khieån môø lai coù khaâu tieàn xöû lyù môø Boä môø -Du Du PI R T K 1 + G(p) y x E, DE + D - e Ñoái töôïng Hình 2.5:Heä môø lai vôùi boä loïc môø cho tín hieäu chuû ñaïo x. Phaàn 1: Ñieàu khieån môø ÖÙNG DUÏNG ÑIEÀU KHIEÅN MÔØ VAØ SCADA TRONG HEÄ THOÁNG THÖÛ BÔM Trang 31 Tín hieäu chuû ñaïo x ñöa vaøo heä thoáng ñöôïc ñieàu cheá qua boä môø. Tín hieäu vaøo x ñöôïc so saùnh vôùi tín hieäu ra y cuûa heä thoáng vaø sai leäch E cuøng ñaïo haøm DE cuûa noù ñöôïc ñöa vaøo ñaàu vaøo cuûa boä loïc môø taïo ra moät löôïng hieäu chænh Dx, tín hieäu chuû ñaïo ñaõ ñöôïc loïc coù giaù trò baèng x+Dx. Taùc duïng cuûa boä loïc môø trong toaøn boä heä thoáng laø laøm cho heä coù ñaëc tính ñoäng toát hôn vaø naâng cao khaû naêng beàn vöõng cuûa heä khi caùc thoâng soá cuûa heä bieán ñoåi. Nguyeân taéc ñieàu khieån naøy seõ ñöôïc minh hoïa baèng ví duï döôùi ñaây vôùi ñoái töôïng goàm khaâu tuyeán tính coù moâ hình toaùn hoïc bieåu dieãn döôùi daïng haøm truyeàn ñaït )2,01( 1 )( pp pG + = (2.3) noái tieáp vôùi moät khaâu khueách ñaïi coù vuøng keùm nhaïy coù ñoä roäng baèng 2Du cuøng vôùi heä soá khueách ñaïi K. Boä ñieàu khieån ñöôïc choïn laø boä ñieàu khieån PI vôùi caùc thoâng soá: KR = 10 vaø TI = 0.3s Tröôùc tieân cho heä thoáng laøm vieäc khoâng coù boä loïc môø vaø caùc thoâng soá cuûa boä khueách ñaïi coù vuøng keùm nhaïy nhö sau: Du = 1 k=0,5 Ñaùp öùng cuûa heä thoáng ñoái vôùi tín hieäu vaøo laø haøm baäc thang ñôn vò. Keát quaû vôùi nhöõng giaù trò Du, K khaùc nhau coøn cho thaáy raèng ñaëc tính ñoäng cuûa heä thoáng seõ xaáu ñi khi vuøng keùm nhaïy roäng vaø heä soá khueách ñaïi lôùn. Ñeå hieäu chænh ñaëc tính ñoäng vaø naâng cao ñoä beàn vöõng cuûa heä thoáng, moät boä loïc môø ñöôïc ñöa vaøo heä thoáng nhö hình 2.5. Boä loïc môø ñieàu cheá tín hieäu hieäu chænh Dx döïa treân vieäc phaân tích tín hieäu sai leäch E vaø ñaïo haøm DE cuûa noù. Haøm lieân thuoäc cuûa caùc ñaïi löông vaøo E vaø DE ñöôïc choïn daïng hình tam giaùc tieâu chuaån vaø cho ñaïi löông ra Dx laø daïng singleton (hình 2.6) m -1 0 +1 E -20 0 +20 DE NB NS ZE PS PB -1 0 +1 m NB NS ZE PS PB Dx Hình 2.6: Ñònh nghóa caùc giaù trò môø cho bieán ngoân ngöõ E, DE Phaàn 1: Ñieàu khieån môø ÖÙNG DUÏNG ÑIEÀU KHIEÅN MÔØ VAØ SCADA TRONG HEÄ THOÁNG THÖÛ BÔM Trang 32 Luaät ñieàu khieån cô sôû khoâng phaûi söû duïng taát caû caùc nguyeân taéc ñieàu khieån vì tín hieäu vaøo coù daïng haøm baäc thang ñôn vò coù ñoä bieán ñoåi lôùn, do vaäy chæ caàn söû duïng moät phaàn caùc nguyeân taéc ñieàu khieån. Luaät ñieàu khieån seõ nhö sau: DE NB NS ZE PS PB NB NB NS NS NS NS NS ZE E ZE NB NS ZE PS PB PS PS PS PS PS PB PB PS PB Taát caû 18 luaät ñieàu khieån töø baûng treân coù caáu truùc chuaån döôùi daïng meänh ñeà nguyeân nhaân vaø meänh ñeà keát quaû nhö sau: NEÁU E = ZE VAØ DE = NS THÌ Dx = NS ……… Keát quaû khaúng ñònh boä loïc môø caûi thieân roõ reät ñaëc tính ñoäng ôû choã quaù trình quaù ñoä keát thuùc raát nhanh vaø haàu nhö khoâng phuï thuoäc vaøo Du. 4. CHÆNH ÑÒNH MÔØ THAM SOÁ BOÄ ÑIEÀU KHIEÅN PID Boä ñieàu khieån PID kinh ñieån ñöôïc thieát keá döïa teân caùc phöong phaùp ñaõ bieát nhö phöông phaùp toång hôïp heä thoáng cuûa Ziegler vaø Nichols, phöông phaùp cuûa Offerein, phöông phaùp cuûa Reinisch…. Boä ñieàu khieån naøy laø cô sôû cho vieäc toång hôïp heä thích nghi sau naøy. Khaùc vôùi phöông phaùp duøng coâng taéc choïn boä ñieàu khieån phuø hôïp trong heä lai, caùc thoâng soá cuûa boä ñieàu khieån thích nghi ñöôïc hieäu chænh trôn. Moät boä ñieàu khieån PID vôùi ñaàu vaøo e(t), ñaàu ra u(t) coù moâ hình toaùn hoïc nhö sau: ú û ù ê ë é ++= ò )()( 1 )()( . 0 teTde T teKtu D t I R tt (2.4) hoaëc pK p K KpG D I RPID ++=)( (2.5) trong ñoù I R I K K T = vaø R D D K K T = Phaàn 1: Ñieàu khieån môø ÖÙNG DUÏNG ÑIEÀU KHIEÅN MÔØ VAØ SCADA TRONG HEÄ THOÁNG THÖÛ BÔM Trang 33 Caùc tham soá KR, TI, TD vaø KR, KI, KD cuûa boä ñieàu khieån PID ñöôïc chænh ñònh treân cô sôû phaân tích tín hieäu chuû ñaïo vaø tín hieäu ra cuûa heä heä thoáng, chính xaùc hôn laø sai leäch e(t) vaø ñaïo haøm e’(t) cuûa sai leäch. Coù nhieàu phöông phaùp chænh ñònh tham soá cho boä ñieàu khieån PID nhö chænh ñònh qua phieám haøm muïc tieâu, chænh ñònh tröïc tieáp, song phöông aùn ñôn giaûn nhöng deã aùp duïng hôn caû laø phöông phaùp chænh ñònh môø cuûa Zhao, Tomizuka vaø Isaka (hình 2.7). Vôùi giaû thieát caùc tham soá KR, KD bò chaën, töùc laø KR Î [ KR min, KR max ] vaø KD Î [ KD min, KD max ], Zhao, Tomizuka vaø Isaka ñaõ chuaån hoùa caùc tham soá ñoù nhö sau: minmax min RR RR R KK KK k - - = , minmax min DD DD D KK KK k - - = (2.6) ñeå coù 0 £ kR, kD £ 1 Nhö vaäy boä chænh ñònh môø seõ coù hai ñaàu vaøo laø e(t) vaø e’(t) vaø ba ñaàu ra laø kR, kD, a trong ñoù D R I D I K K K T T a a 2 , =Þ= (2.7) Do ñoù noù coù theå xem nhö ba boä chænh ñònh môø nhoû, moãi boä coù hai ñaàu vaøo vaø moät ñaàu ra (hình 2.8) y - x e, e’ Boä chænh ñònh môø Thieát bò chænh ñònh Ñoái töôïng Boä ñieàu khieån PID Hình 2.7: Phöông phaùp chænh ñònh môø tham soá boä ñieàu khieån PID Phaàn 1: Ñieàu khieån môø ÖÙNG DUÏNG ÑIEÀU KHIEÅN MÔØ VAØ SCADA TRONG HEÄ THOÁNG THÖÛ BÔM Trang 34 c) Bieán ngoân ngöõ kR, kD coù hai giaù trò môø ñöôïc ñònh nghóa trong hình 2.9a: 1. B (big) vaø 2. S (small). Bieán a coù boán giaù trò vôùi nhöõng haøm lieân thuoäc töông öùng trong hình 2.9b: 1. S (small), 2. MS (medium small), 3. M (medium), 4. B (big). m b) S MS M P a 1 2 3 4 5 m kR, kD S B 0 1 a) m NB NM NS ZE PS PM e, e’ -emax emax Hình 2.9: Ñònh nghóa taäp môø vaøo/ra kR kD a e e’ Boä chænh ñònh môø 1 Boä chænh ñònh môø 3 Boä chænh ñònh môø 2 Hình 2.8: Beân trong boä chænh ñònh môø a Phaàn 1: Ñieàu khieån môø ÖÙNG DUÏNG ÑIEÀU KHIEÅN MÔØ VAØ SCADA TRONG HEÄ THOÁNG THÖÛ BÔM Trang 35 Saùu giaù trò môø: 1. NB (negativ big), 2. NM (negativ medium), 3. NS (negativ small). 4. ZE (zero), PS (positiv small), 5. PM (positiv medium), 6. PB (positiv big). cuûa e vaø e’ trong hình 2.9c, trong ñoù e vaø e’ ñöôïc giaû thieát laø bò chaën -emax £ e, e’ £ emax (2.8) Caû ba khaâu chænh ñònh môø trong hình 2.7 ñeàu söû duïng nguyeân taéc ñoä cao ñeå giaûi môø. Luaät ñieàu khieån ñeå chænh ñònh ñöôïc xaây döng theo nguyeân taéc: ”Tín hieäu ñieàu khieån caøng maïnh neáu kR caøng lôùn, kD vaø a caøng nhoû”. Khi giaù trò tuyeät ñoái cuûa sai leäch lôùn caàn coù tín hieäu ñieàu khieån maïnh ñeå ñöa sai leäch veà 0. Döïa theo nguyeân taéc naøy maø coù ñöôïc caùc ma traän quan heä sau cho töøng khaâu chænh ñònh, caû ba ma traän quan heä naøy ñeàu coù daïng nghòch ñaûo gaàn ñoái xöùng qua ñöôøng cheùo chính hoaëc phuï. § Luaät chænh ñònh kR e’(t) NB NM NS ZE PS PM PB NB B B B B B B B NM S B B B B B S NS S S B B B S S e(t) ZE S S S B S S S PS S S B B B S S PM S B B B B B S PB B B B B B B B Phaàn 1: Ñieàu khieån môø ÖÙNG DUÏNG ÑIEÀU KHIEÅN MÔØ VAØ SCADA TRONG HEÄ THOÁNG THÖÛ BÔM Trang 36 § Luaät chænh ñònh kD e’(t) NB NM NS ZE PS PM PB NB S S S S S S S NM B B S S S B B NS B B B S B B B e(t) ZE B B B B B B B PS B B B S B B B PM B B S S S B B PB S S S S S S S § Luaät chænh ñònh a e’(t) NB NM NS ZE PS PM PB NB S S S S S S S NM MS MS S S S MS MS NS M MS MS S MS MS M e(t) ZE B M MS MS MS M B PS M MS MS S MS MS M PM MS MS S S S MS MS PB S S S S S S S Phaààn 2 PLC SIMATIC S7-400 & TAÄÄÄÄ P LEÄÄÄÄ NH Phaàn 2: PLC SIMATIC S7-400 & Taäp leänh ÖÙNG DUÏNG ÑIEÀU KHIEÅN MÔØ VAØ SCADA TRONG HEÄ THOÁNG THÖÛ BÔM Trang 38 Chöông 1 NGOÂÂN NGÖÕÕ LAÄÄP TRÌNH STL aùc loaïi PLC thöôøng coù nhieàu ngoân ngöõ laäp trình nhaèm phuïc vuï caùc ñoái töôïng söû duïng khaùc nhau. PLC-400 coù ba ngoân ngöõ laäp trình cô baûn: · Ngoân ngöõ “lieät keâ leänh” (STL - Statement List) laø moät ngoân ngöõ laäp trình daïng text ñöôïc duøng ñeå vieát caùc ñoaïn maõ cho caùc khoái logic. Cuù phaùp leänh gioáng vôùi ngoân ngöõ assembler, bao goàm leänh ñi keøm vôùi ñòa chæ maø leänh seõ laøm vieäc treân ñoù. · Ngoân ngöõ “hình thang” (LAD – Ladder Logic) laø daïng ngoân ngöõ ñoà hoïa thích hôïp vôùi nhöõng ngöôøi quen thieát keá maïch ñieàu khieån logic · Ngoân ngöõ “hình khoái” (FBD – Function Block Diagram) cuõng laø kieåu ngoân ngöõ ñoà hoïa daønh cho ngöôøi coù thoùi quen thieát keá maïch ñieàu khieån soá. C ( ) I0.0 I0.1 I0.3 I0.2 Q4.1 Ladder Diagram (LAD) Statement List (STL) A I0.0 A I0.1 O A I0.2 A I0.3 = Q4.1 Function Block Diagram (FBD) & & ³1 I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 Q4.1 Ba kieåu ngoân ngöõ laäp trình cho S7-400 Phaàn 2: PLC SIMATIC S7-400 & Taäp leänh ÖÙNG DUÏNG ÑIEÀU KHIEÅN MÔØ VAØ SCADA TRONG HEÄ THOÁNG THÖÛ BÔM Trang 39 Moät chöông trình vieát treân LAD hoaëc FBD coù theå chuyeån sang ñöôïc daïng STL, nhöng ngöôïc laïi thì khoâng vì trong STL coù nhieàu leänh khoâng coù trong LAD hay FBD. 1. CAÁU TRUÙC LEÄNH VAØ TRAÏNG THAÙI KEÁT QUAÛ 1.1. Caáu truùc Teân leänh Toaùn haïng Ví duï: L PIW304 1.1.1. Toaùn haïng laø döõ lieäu · Döõ lieäu logic TRUE (1) vaø FALSE (0) coù ñoä daøi 1 bit CALL FC1 In_Bit_1 := TRUE In_Bit_2 := FALSE Ret_Val := MW0 · Soá nhò phaân L 2#110011 · Soá Hexadecimal x xoù ñoä daøi 1 byte (B#16#x), 1 töø (W#16#x) hoaëc moät töø keùp (DW#16#x) L B#16#1E L W#16#3A2 L DW#16#D3A2E · Soá nguyeân x vôùi ñoä daøi 2 bytes cho bieán kieåu INT L 930 L -1025 · Soá nguyeân x vôùi ñoä daøi 4 bytes daïng L#x cho bieán kieåu DINT L L#930 L L#-2047 · Soá thöïc x cho bieán kieåu REAL L 1.234567e+13 L 930.0 STL laø ngoân ngöõ maïnh nhaát trong ba ngoân ngöõ laäp trình cho S7-400 STL LAD FBD Phaàn 2: PLC SIMATIC S7-400 & Taäp leänh ÖÙNG DUÏNG ÑIEÀU KHIEÅN MÔØ VAØ SCADA TRONG HEÄ THOÁNG THÖÛ BÔM Trang 40 · Döõ lieäu thôøi gian cho bieán kieåu S5T daïng giôø_phuùt_giaây_mili giaây L S5T#2h_1m_0s_5ms · Döõ lieäu thôøi gian cho bieán kieåu TOD daïng giôø:phuùt:giaây L TOD#5:45:00 · DATE: bieåu dieãn giaù trò thôøi gian theo naêm/thaùng/ngaøy L DATE#1999-12-8 · C: bieåu dieãn giaù trò soá ñeám ñaët tröôùc cho boä ñeám L C#20 · P: döõ lieäu bieåu dieãn ñòa chæ cuûa moät bit oâ nhôù L P#Q0.0 · Döõ lieäu ‘kyù töï’ L ‘ABCD’ 1.1.2. Toaùn haïng laø ñòa chæ Ñòa chæ trong S7-400 goàm 2 phaàn: phaàn chöõ vaø phaàn soá Ví duï: PIW304 Phaàn chöõ phaàn soá a. Phaàn chöõ chæ vò trí vaø kích thöôùc oâ nhôù. Chuùng coù theå laø: · M : chæ oâ nhôù trong mieàn caùc bieán côø coù kích thöôùc laø 1 bit. · MB : chæ oâ nhôù trong mieàn caùc bieán côø coù kích thöôùc laø 1 byte (8 bits). · MW : chæ oâ nhôù trong mieàn caùc bieán côø coù kích thöôùc laø 2 byte (16 bits). · MD : chæ oâ nhôù trong mieàn caùc bieán côø coù kích thöôùc laø 4 byte (32 bits). · I : chæ oâ nhôù coù kích thöôùc laø 1 bit trong mieàn boä ñeäm coång vaøo soá. · IB : chæ oâ nhôù coù kích thöôùc laø 1 byte trong mieàn boä ñeäm coång vaøo soá. · IW : chæ oâ nhôù coù kích thöôùc laø 1 töø trong mieàn boä ñeäm coång vaøo soá. · ID : chæ oâ nhôù coù kích thöôùc laø 2 töø trong mieàn boä ñeäm coång vaøo soá. · Q : chæ oâ nhôù coù kích thöôùc laø 1 bit trong mieàn boä ñeäm coång ra soá. · QB : chæ oâ nhôù coù kích thöôùc laø 1 byte trong mieàn boä ñeäm coång ra soá. · QW : chæ oâ nhôù coù kích thöôùc laø 1 töø trong mieàn boä ñeäm coång ra soá. · QD : chæ oâ nhôù coù kích thöôùc laø 2 töø trong mieàn boä ñeäm coång ra soá. · T : chæ oâ nhôù trong mieàn nhôù cuûa boä thôøi gian (Timer). Maëc duø cuøng teân song noù coù theå laø ñòa chæ cuûa bit ñaàu ra boä timer hay ñòa chæ cuûa thanh ghi ñeám töùc thôøi CV. Tuøy vaøo leänh maø ñòa chæ naøy ñöôïc hieåu laø ñòa chæ cuûa bit ñaàu ra hay cuûa thanh ghi CV. A T1 // T1 laø ñòa chæ ñaàu ra (bit) cuûa boä ñeám L T1 // T1 laø ñòa chæ cuûa thanh ghi 16 bits CV · C : chæ oâ nhôù trong mieàn nhôù cuûa boä ñeám (Counter). Maëc duø cuøng teân song noù coù theå laø ñòa chæ cuûa bit ñaàu ra boä ñeám hay ñòa chæ cuûa thanh ghi Phaàn 2: PLC SIMATIC S7-400 & Taäp leänh ÖÙNG DUÏNG ÑIEÀU KHIEÅN MÔØ VAØ SCADA TRONG HEÄ THOÁNG THÖÛ BÔM Trang 41 ñeám töùc thôøi CV. Tuøy vaøo leänh maø ñòa chæ naøy ñöôïc hieåu laø ñòa chæ cuûa bit ñaàu ra hay cuûa thanh ghi CV. A C1 // C1 laø ñòa chæ ñaàu ra (bit) cuûa boä ñeám L C1 // C1 laø ñòa chæ cuûa thanh ghi 16 bits CV · PIB : chæ oâ nhôù coù kích thöôùc 1 byte thuoäc vuøng peripheral input. Thöôøng laø ñòa chæ coång vaøo cuûa caùc module töông töï (I/O external input) · PIW : chæ oâ nhôù coù kích thöôùc 1 töø (2 bytes) thuoäc vuøng peripheral input. Thöôøng laø ñòa chæ coång vaøo cuûa caùc module töông töï (I/O external input) · PID : chæ oâ nhôù coù kích thöôùc 2 töø (4 bytes) thuoäc vuøng peripheral input. Thöôøng laø ñòa chæ coång vaøo cuûa caùc module töông töï (I/O external input) · PQB : chæ oâ nhôù coù kích thöôùc 1 byte thuoäc vuøng peripheral output. Thöôøng laø ñòa chæ coång ra cuûa caùc module töông töï (I/O external output) · PQW : chæ oâ nhôù coù kích thöôùc 1 töø (2 bytes) thuoäc vuøng peripheral output. Thöôøng laø ñòa chæ coång ra cuûa caùc module töông töï (I/O external output) · PQD : chæ oâ nhôù coù kích thöôùc 2 töø (4 bytes) thuoäc vuøng peripheral output. Thöôøng laø ñòa chæ coång ra cuûa caùc module töông töï (I/O external output) · DBX : chæ oâ nhôù coù kích thöôùc 1 bit trong khoái döõ lieäu DB ñöôïc môû baèng leänh OPN DB (Open Data Block) · DBB : chæ oâ nhôù coù kích thöôùc 1 byte trong khoái döõ lieäu DB ñöôïc môû baèng leänh OPN DB (Open Data Block) · DBW : chæ oâ nhôù coù kích thöôùc 1 töø trong khoái döõ lieäu DB ñöôïc môû baèng leänh OPN DB (Open Data Block) · DBD : chæ oâ nhôù coù kích thöôùc 2 töø trong khoái döõ lieäu DB ñöôïc môû baèng leänh OPN DB (Open Data Block) · DBx.DBX : chæ tröïc tieáp oâ nhôù coù kích thöôùc 1 bit trong khoái döõ lieäu DBx, vôùi x laø chæ soá cuûa khoái DB. Ví duï: DB5.DBX 1.6 · DBx.DBB : chæ tröïc tieáp oâ nhôù coù kích thöôùc 1 byte trong khoái döõ lieäu DBx, vôùi x laø chæ soá cuûa khoái DB. Ví duï: DB5.DBB 1 · DBx.DBW : chæ tröïc tieáp oâ nhôù coù kích thöôùc 1 töø trong khoái döõ lieäu DBx, vôùi x laø chæ soá cuûa khoái DB. Ví duï: DB5.DBW 1 · DBx.DBD : chæ tröïc tieáp oâ nhôù coù kích thöôùc 2 töø trong khoái döõ lieäu DBx, vôùi x laø chæ soá cuûa khoái DB. Ví duï: DB5.DBD 1 · DIX : chæ oâ nhôù coù kích thöôùc 1 bit trong khoái döõ lieäu DB ñöôïc môû baèng leänh OPN DI (Open instance data block) · DIB : chæ oâ nhôù coù kích thöôùc 1 byte trong khoái döõ lieäu DB ñöôïc môû baèng leänh OPN DI (Open instance data block) Phaàn 2: PLC SIMATIC S7-400 & Taäp leänh ÖÙNG DUÏNG ÑIEÀU KHIEÅN MÔØ VAØ SCADA TRONG HEÄ THOÁNG THÖÛ BÔM Trang 42 · DIW : chæ oâ nhôù coù kích thöôùc 1 töø trong khoái döõ lieäu DB ñöôïc môû baèng leänh OPN DI (Open instance data block) · DID : chæ oâ nhôù coù kích thöôùc 2 töø trong khoái döõ lieäu DB ñöôïc môû baèng leänh OPN DI (Open instance data block) · L : chæ oâ nhôù coù kích thöôùc 1 bit trong mieàn döõ lieäu ñòa phöông (local block) cuûa caùc khoái chöông trình OB, FC, FB · LB : chæ oâ nhôù coù kích thöôùc 1 byte trong mieàn döõ lieäu ñòa phöông (local block) cuûa caùc khoái chöông trình OB, FC, FB · LW : chæ oâ nhôù coù kích thöôùc 1 töø trong mieàn döõ lieäu ñòa phöông (local block) cuûa caùc khoái chöông trình OB, FC, FB · LD : chæ oâ nhôù coù kích thöôùc 2 töø trong mieàn döõ lieäu ñòa phöông (local block) cuûa caùc khoái chöông trình OB, FC, FB b. Phaàn soá chæ ñòa chæ cuûa byte hoaëc bit trong mieàn nhôù ñaõ xaùc ñònh. Neáu oâ nhôù ñaõ ñöôïc xaùc ñònh thoâng qua phaàn chöõ laø coù kích thöôùc 1 bit thì phaàn soá seõ goàm ñòa chæ cuûa byte vaø soá thöù töï cuûa bit trong byte ñoù ñöôïc taùch vôùi nhau baèng daáu chaám. Ví duï: I1.3 // Chæ bit thöù 3 trong byte 1 cuûa mieàn nhôù boä ñeäm coång vaøo soá PII M101.5 // Chæ bit thöù 5 trong byte 101 cuûa mieàn caùc bieán côø M Trong tröôøng hôïp oâ nhôù ñaõ ñöôïc xaùc ñònh laø byte, töø hoaëc töø keùp thì phaàn soá seõ laø ñòa chæ byte ñaàu tieân trong maûng byte cuûa oâ nhôù ñoù. Ví duï: DIB15 // Chæ oâ nhôù coù kích thöôùc 1 byte (byte 15) trong khoái DB ñaõ ñöôïc môû baèng leänh OPN DI DB2.DBW15 // Chæ oâ nhôù coù kích thöôùc 2 byte 15 vaø 16 trong khoái döõ lieäu DB2 1.2. Thanh ghi traïng thaùi Khi thöïc hieän leänh, CPU seõ ghi nhaän laïi traïng thaùi cuûa pheùp tính trung gian cuõng nhö cuûa keát quaû vaøo moät thanh ghi ñaëc bieät 16 bits ñöôïc goïi laø thanh ghi traïng thaùi (status word). Maëc duø thanh ghi traïng thaùi naøy coù ñoä daøi 16 bits nhöng chæ söû duïng 9 bits vôùi caáu truùc nhö sau: 8 7 6 5 4 3 2 1 0 BR CC1 CC0 OV OS OR STA RLO FC Phaàn 2: PLC SIMATIC S7-400 & Taäp leänh ÖÙNG DUÏNG ÑIEÀU KHIEÅN MÔØ VAØ SCADA TRONG HEÄ THOÁNG THÖÛ BÔM Trang 43 § FC (First Check): Khi phaûi thöïc hieän moät daõy caùc leänh logic lieân tieáp nhau goàm caùc pheùp tính Ù , Ú vaø nghòch ñaûo, bit FC coù giaù trò baèng 1. Noùi caùch khaùc, FC=0 khi daõy leänh logic tieáp ñieåm vöøa ñöôïc keát thuùc. Ví duï: A I0.3 // FC=1 AN I0.3 // FC=1 = Q4.0 // FC=0 § RLO (Result of Logic Operation): Keát quaû töùc thôøi cuûa pheùp tính logic vöøa ñöôïc thöïc hieän Ví duï: A I0.3 · Neáu tröôùc khi thöïc hieän bit FC=0 thì coù taùc duïng chuyeån noäi dung cuûa coång vaøo soá I0.3 vaøo bit traïng thaùi RLO. · Neáu tröôùc khi thöïc hieän bit FC=1 thì coù taùc duïng thöïc hieän pheùp tính Ù giöõa RLO vaø giaù trò logic coång vaøo I0.3. Keát quaû cuûa pheùp tính ñöôïc ghi laïi vaøo bit traïng thaùi RLO. § STA (Status Bit): Bit traïng thaùi naøy luoân coù giaù trò cuûa tieáp ñieåm ñöôïc chæ ñònh trong leänh. Ví duï: Caû 2 leänh A I0.3 AN I0.3 Ñeàu gaùn cho bit STA cuøng moät giaù trò laø noäi dung cuûa coång vaøo soá I0.3 § OR: Ghi laïi giaù trò cuûa pheùp tính logic Ù cuoái cuøng ñöôïc thöïc hieän ñeå phuï giuùp cho vieäc thöïc hieän pheùp toaùn Ú sau ñoù. Ñieàu naøy laø caàn thieát vì trong moät bieåu thöùc haøm hai trò, pheùp tính Ù bao giôø cuõng phaûi ñöôïc thöïc hieän tröôùc caùc pheùp tính Ú § OS (Stored Overflow Bit): Ghi laïi giaù trò bit bò traøn ra ngoaøi maûng oâ nhôù § OV (Overflow Bit): Bit baùo keát quaû pheùp tính bò traøn ra ngoaøi maûng oâ nhôù § CC0 vaø CC1 (Condition Code): Hai bit baùo traïng thaùi cuûa keát quaû pheùp tính vôùi soá nguyeân, soá thöïc, pheùp dòch chuyeån hoaëc pheùp tính logic trong ACCU (giôùi thieäu sau). CC1 CC0 YÙ nghóa 0 0 Keát quaû = 0 0 1 Keát quaû < 0 1 0 Keát quaû > 0 a) Khi thöïc hieän leänh toaùn hoïc nhö coäng, tröø, nhaân, chia vôùi soá thöïc Phaàn 2: PLC SIMATIC S7-400 & Taäp leänh ÖÙNG DUÏNG ÑIEÀU KHIEÅN MÔØ VAØ SCADA TRONG HEÄ THOÁNG THÖÛ BÔM Trang 44 CC1 CC0 YÙ nghóa 0 0 Keát quaû quaù nhoû khi thöïc hieän leänh coäng (+I, +D) 0 1 Keát quaû quaù nhoû khi thöïc hieän leänh nhaân (*I, *D) hoaëc quaù lôùn khi thöïc hieän leänh coäng tröø (+I, +D, -I, -D) 1 0 Keát quaû quaù lôùn khi thöïc hieän leänh nhaân chia(*I, *D, /I, /D) hoaëc quaù nhoû khi thöïc hieän leänh coäng tröø (+I, +D, -I, -D)û 1 1 Keát quaû bò traøn do thöïc hieän leänh chia cho 0 CC1 CC0 YÙ nghóa 0 0 Keát quaû coù soá muõ e quaù lôùn 0 1 Keát quaû coù mantissa quaù nhoû 1 0 Keát quaû coù mantissa quaù lôùn 1 1 Pheùp tính sai qui chuaån CC1 CC0 YÙ nghóa 0 0 Giaù trò cuûa bit bò ñaåy ra ngoaøi baèng 0 1 0 Giaù trò cuûa bit bò ñaåy ra ngoaøi baèng 1 CC1 CC0 YÙ nghóa 0 0 Keát quaû = 0 1 0 Keát quaû 0 § BR (Binary Result Bit): Bit traïng thaùi cho pheùp lieân keát hai loaïi ngoân ngöõ laäp trình STL vaø LAD. Chaúng haïn cho pheùp ngöôøi söû duïng coù theå vieát moät khoái chöông trình FB hoaëc FC treân ngoân ngöõ STL nhöng goïi vaø söû duïng chuùng trong moät chöông trình khaùc vieát treân LAD. Ñeå taïo ra ñöôïc moái lieân keát ñoù, ta caàn phaûi keát thuùc chöông trình trong FB, FC baèng leänh ghi: · 1 vaøo BR, neáu chöông trình chaïy khoâng coù loãi. · 0 vaøo BR, neáu chöông trình chaïy coù loãi. Khi söû duïng caùc khoái haøm ñaëc bieät cuûa heä thoáng (SFC hoaëc SFB), traïng thaùi laøm vieäc cuûa chöông trình cuõng ñöôïc thoâng baùo ra ngoaøi qua bit traïng thaùi BR nhö sau: · 1, neáu SFC hay SFB thöïc hieän khoâng coù loãi · 0, neáu coù loãi khi thöïc hieän SFC hay SFB b) Khi thöïc hieän leänh toaùn hoïc vôùi soá nguyeân nhöng keát quaû bò traøn oâ nhôù c) Khi thöïc hieän leänh toaùn hoïc vôùi soá thöïc nhöng keát quaû bò traøn oâ nhôù d) Khi thöïc hieän leänh dòch chuyeån e) Khi thöïc hieän leänh logic trong ACCU Phaàn 2: PLC SIMATIC S7-400 & Taäp leänh ÖÙNG DUÏNG ÑIEÀU KHIEÅN MÔØ VAØ SCADA TRONG HEÄ THOÁNG THÖÛ BÔM Trang 45 Chuù yù: Moät chöông trình vieát treân STL coù theå goàm nhieàu Network. Moãi moät Network chöùa moät ñoaïn chöông trình phuïc vuï moät coâng ñoaïn cuï theå. ÔÛ moãi ñaàu Network, thanh ghi traïng thaùi nhaän giaù trò 0. Chæ sau leänh ñaàu tieân cuûa Network, caùc bit traïng thaùi môùi thay ñoåi theo keát quaû pheùp tính. Network 1 þ ý ü Ñoaïn chöông trình 1 Network 2 þ ý ü Ñoaïn chöông trình 2 Network 3 þ ý ü Ñoaïn chöông trình 3 2. CAÙC LEÄNH CÔ BAÛN 2.1. Nhoùm leänh logic tieáp ñieåm 2.1.1. Leänh gaùn Cuù phaùp: = Toaùn haïng laø ñòa chæ bit I, Q, M, L, D Leänh gaùn giaù trò logic cuûa RLO tôùi oâ nhôù coù ñòa chæ ñöôïc chæ thò trong toaùn haïng. Leänh taùc ñoäng vaøo thanh ghi traïng thaùi nhö sau (kí hieäu - chæ noäi dung bit khoâng bò thay ñoåi, x laø bò thay ñoåi theo leänh): BR CC1 CC0 OV OS OR STA RLO FC - - - - - 0 x - 1 2.1.2. Leänh thöïc hieän pheùp tính Ù Cuù phaùp: A Toaùn haïng laø döõ lieäu kieåu BOOL hoaëc ñòa chæ bit I, Q, M, L, D, T, C. Neáu FC=0 leänh seõ gaùn giaù trò logic cuûa toaùn haïng vaøo RLO. Ngöôïc laïi khi FC=1 noù seõ thöïc hieän pheùp tính Ù giöõa RLO vôùi toaùn haïng vaø ghi laïi keát quaû vaøo RLO. BR CC1 CC0 OV OS OR STA RLO FC - - - - - x x x 1 Phaàn 2: PLC SIMATIC S7-400 & Taäp leänh ÖÙNG DUÏNG ÑIEÀU KHIEÅN MÔØ VAØ SCADA TRONG HEÄ THOÁNG THÖÛ BÔM Trang 46 2.1.3. Leänh thöïc hieän pheùp tính Ù vôùi giaù trò nghòch ñaûo Cuù phaùp: AN Toaùn haïng laø döõ lieäu kieåu BOOL hoaëc ñòa chæ bit I, Q, M, L, D, T, C. Neáu FC=0 leänh seõ gaùn giaù trò logic nghòch ñaûo cuûa toaùn haïng vaøo RLO. Ngöôïc laïi khi FC=1 noù seõ thöïc hieän pheùp tính Ù giöõa RLO vôùi giaù trò nghòch ñaûo cuûa toaùn haïng vaø ghi laïi keát quaû vaøo RLO. BR CC1 CC0 OV OS OR STA RLO FC - - - - - x x x 1 2.1.4. Leänh thöïc hieän pheùp tính Ú Cuù phaùp: O Toaùn haïng laø döõ lieäu kieåu BOOL hoaëc ñòa chæ bit I, Q, M, L, D, T, C. Neáu FC=0 leänh seõ gaùn giaù trò logic cuûa toaùn haïng vaøo RLO. Ngöôïc laïi khi FC=1 noù seõ thöïc hieän pheùp tính Ú giöõa RLO vôùi toaùn haïng vaø ghi laïi keát quaû vaøo RLO. BR CC1 CC0 OV OS OR STA RLO FC - - - - - 0 x x 1 2.1.5. Leänh thöïc hieän pheùp tính Ú vôùi giaù trò nghòch ñaûo Cuù phaùp: ON Toaùn haïng laø döõ lieäu kieåu BOOL hoaëc ñòa chæ bit I, Q, M, L, D, T, C. Neáu FC=0 leänh seõ gaùn giaù trò logic nghòch ñaûo cuûa toaùn haïng vaøo RLO. Ngöôïc laïi khi FC=1 noù seõ thöïc hieän pheùp tính Ú giöõa RLO vôùi giaù trò nghòch ñaûo cuûa toaùn haïng vaø ghi laïi keát quaû vaøo RLO. BR CC1 CC0 OV OS OR STA RLO FC - - - - - 0 x x 1 2.1.6. Leänh thöïc hieän pheùp tính Ù vôùi giaù trò moät bieåu thöùc Cuù phaùp: A( Leänh khoâng coù toaùn haïng Neáu FC=0 leänh seõ gaùn giaù trò logic cuûa bieåu thöùc trong daáu ngoaëc sau noù vaøo RLO. Ngöôïc laïi khi FC=1 noù seõ thöïc hieän pheùp tính Ù giöõa RLO vôùi giaù trò logic cuûa bieåu thöùc trong daáu ngoaëc sau noù vaø ghi laïi keát quaû vaøo RLO. Phaàn 2: PLC SIMATIC S7-400 & Taäp leänh ÖÙNG DUÏNG ÑIEÀU KHIEÅN MÔØ VAØ SCADA TRONG HEÄ THOÁNG THÖÛ BÔM Trang 47 BR CC1 CC0 OV OS OR STA RLO FC - - - - - 0 1 - 0 2.1.7. Leänh thöïc hieän pheùp tính Ù vôùi giaù trò nghòch ñaûo cuûa moät bieåu thöùc Cuù phaùp: AN( Leänh khoâng coù toaùn haïng Neáu FC=0 leänh seõ gaùn giaù trò logic nghòch ñaûo cuûa bieåu thöùc trong daáu ngoaëc sau noù vaøo RLO. Ngöôïc laïi khi FC=1 noù seõ thöïc hieän pheùp tính Ù giöõa RLO vôùi giaù trò nghòch ñaûo logic cuûa bieåu thöùc trong daáu ngoaëc sau noù vaø ghi laïi keát quaû vaøo RLO. BR CC1 CC0 OV OS OR STA RLO FC - - - - - 0 1 - 0 2.1.8. Leänh thöïc hieän pheùp tính Ú vôùi giaù trò nghòch ñaûo cuûa moät bieåu thöùc Cuù phaùp: O( Leänh khoâng coù toaùn haïng Neáu FC=0 leänh seõ gaùn giaù trò logic cuûa bieåu thöùc trong daáu ngoaëc sau noù vaøo RLO. Ngöôïc laïi khi FC=1 noù seõ thöïc hieän pheùp tính Ú giöõa RLO vôùi giaù trò logic cuûa bieåu thöùc trong daáu ngoaëc sau noù vaø ghi laïi keát quaû vaøo RLO. BR CC1 CC0 OV OS OR STA RLO FC - - - - - 0 1 - 0 2.1.9. Leänh thöïc hieän pheùp tính Ú vôùi giaù trò moät bieåu thöùc Cuù phaùp: ON( Leänh khoâng coù toaùn haïng Neáu FC=0 leänh seõ gaùn giaù trò logic nghòch ñaûo cuûa bieåu thöùc trong daáu ngoaëc sau noù vaøo RLO. Ngöôïc laïi khi FC=1 noù seõ thöïc hieän pheùp tính Ú giöõa RLO vôùi giaù trò nghòch ñaûo cuûa bieåu thöùc bieåu thöùc trong daáu ngoaëc sau noù vaø ghi laïi keát quaû vaøo RLO. BR CC1 CC0 OV OS OR S