Giáo trình vận hành những phát minh khoa học kỹ thuật vào mô hình điều tiết khí hậu tự động trong nhà lưới p6 doc

Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tú _ Lớp
TĐH46


Khoa cơ điện - 61 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội

Qua sơ đồ kết nối chúng ta thấy rằng nguồn cung cấp cho các đầu vào, đầu
ra của CPU là 24VDC
Tất cả các đầu cuối của S7-200 đợc nối đất để đảm bảo an toàn và để khử
nhiễu cho tín hiệu điều khiển.
Nguồn cung cấp cho cảm biến cũng là 24VCD cũng là một chiều có thể sử
dụng cho các đầu vào cơ sở, các modul mở rộng và các cuộn dây rơ le mở rộng.
2.4 một số modul mở rộng
Để tăng tính năng của bộ điều khiển trong ứng dụng thực tế mà ở đó phần
lớn các đối tợng điều khiển có số lợng đầu vào, đầu ra cũng nh chủng loại tín
hiệu vào/ra khác nhau mà các bộ PLC đợc thiết kế không bị cứng hoá về cấu
hình.Vì vậy chúng đợc chia nhỏ thành các modul.
S7 - 200 có nhiều loại modul mở rộng khác nhau. Các modul mở rộng vào/ra
số hoặc các cổng vào/ra tơng tự, các tín hiệu đầu ra có thể là điện áp 24 VDC hoặc
rơ le, có các tín hiệu đầu vào và điện áp 24VDC.
Bảng 2.3: Một số loại modul mở rộng của S7 200
Loại
modul
Số lợng
đầu vào
Số lợng
đầu ra
Tín hiệu
đầu vào
Tín hiệu đầu ra Kích thớc
rộng x dài x

cao
EM221 8 0 24VDC 0
EM222 8 0 0 24VDC hoặc rơle 46 x 80 x 62
EM223 4 đến 16
4 ữ 16
24 VDC 24VDC hoặc rơle
(46 ữ 173,3)
x80 x62
EM231 4 0
0 ữ 20m A
0 71,2 x 80 x 62
EM232 0 2
0 ữ 10 v 0 ữ 20m A
46 x 80 x 62
EM235 4 1
0 ữ 5 v 0 ữ 20m A
71,2 x 80 x 62
Tùy theo từng bài toán ( đối tợng cần điều khiển ) mà ta có thể sử dụng số
modul nhiều hay ít, nhng luôn phải có modul chính là modul CPU. Các modul còn
lại (các modul mở rộng) có nhiệm vụ nhận truyền tín hiệu với đối tợng điều khiển,
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tú _ Lớp
TĐH46


Khoa cơ điện - 62 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội

điều khiển động cơ
2.4.1.Modul m rng EM 235
2.4.1.1. Đặc tính chung

Hình 2.13: Sơ đồ nối ngoài khối mở rộng EM235
Modul vào/ra EM 235 là loại modul analog có 4 đầu vào và 1 đầu ra analog.
Nó có khả năng chuyển đổi một tín hiệu vào analog thành giá trị số tơng đơng
trong 171 s đối với CPU 212 va 139 s đối với tất cả các CPU S7_200 khác. Việc
chuyển đổi tín hiệu vào analog đợc thực hiện mỗi khi đầu vào đợc truy cập bởi
chơng trình.
Đặc tính vật lý:
- kích thớc:( L3W3D) 90 x 80 x62
- khối lợng: 0,2 kg
- Công suất tiêu thụ: 2 W
- Số đầu vào/ra: 4 đầu vào analog
1 đầu ra analog
Đặc tính đầu ra:
- Dải tín hiệu: Điện áp: 10 V
Dòng điện: 0 ữ 20 mA
- Kiẻu dữ liệu: Lỡng cực: -32000 ữ 32000
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tú _ Lớp
TĐH46


Khoa cơ điện - 63 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội

Đơn cực: 0 ữ 32000

- Thời gian ổn định: Điện áp ra: 100 s
Dòng điện ra: 2 s
- Điện áp cung cấp: 24 V
Đặc tính đầu vào:
- Dạng đầu vào: Kiểu vi phân
- Điện trở vào: 100 M

- Điện áp vào cực đại: 30 V
- Dòng điện vào cực đại: 32 mA
- Độ phân giải: Bộ chuyển đổi A/D 12 bits
- Không có sự cách ly
- Thời gian chuyển đổi A/D: < 250 s
- Dải dữ liệu: Lỡng cực: -32000 ữ 32000
Đơn cực: 0 ữ 32000
- Nguồn cung cấp mở rộng: 60 mA, cộng với dòng điện ra 20 mA, từ khối cơ
sở hay nguồn mở rộng.
Kiểu đèn chỉ thị: LED, EXTF
Lỗi nguồn cung cấp: Điện áp thấp hơn hoặc trên 24 V.








H
ình 2.14: Sơ đồ khối đầu vào khối mở r
ộ
n
g
EM 235
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tú _ Lớp
TĐH46


Khoa cơ điện - 64 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội

2.4.1.2. Điều chỉnh đầu vào
Cần phỉa lựa chọn dải đầu vào tơng ứng với dải số nguyên trong CPU bằng
cách điều chỉnh đầu vào. Việc điều chỉnh đầu vào ảnh hởng đến các đầu vào và có
thể có sự khác nhau trong việc đọc tín hiệu ở các kênh sau khi đọc.
Để điều chỉnh các modul chính xác thì ta phải dùng chơng trình đợc thiết
kế để tính giá trị trung bình từ modul. Sử dụng Analog Input Filtring wizad trong
Step7 Micro Win32 để tạo chơng trình này với 64 hay hơn số mẫu để tính giá trị
trung bình.
Các bớc cụ thể nh sau:
1. Tắt nguồn cho modul. Lựa chọn dải đầu vào.
2. Bật nguồn CPU và modul, để modul ổn định trong 15 phút
3. Sử dụng một số nguồn vào dòng điện hoặc điện áp, đặt giá trị một đầu
vào bằng không.
4. Đọc giá trị từ CPU bằng kênh thích hợp
5. Điều chỉnh OFFSET cho đến khi đọc đợc giá trị không hay giá trị cần
đặt
6. Đặt một giá trị full scale vào trong một trong những đầu vào. Đọc giá trị
Hình 2.15: Sơ đồ khối đầu ra khối mở rộng EM 235.

Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tú _ Lớp
TĐH46


Khoa cơ điện - 65 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội

từ CPU.
- Điều chỉnh GAIN cho đến khi giá trị đọc là 32000 hay giá trị cần đặt
- Điều chỉnh lại OFFSET hay GAIN khi cần.
Bảng 2.4: Dải điều chỉnh và độ phân giải các giá trị vào
Đơn cực
SW1 SW2 SW3 SW4 SW5 SW6
Dải điện áp Độ phân
giải
ON OFF OFF ON OFF ON
0 ữ 50 mV 12,5 V
OFF ON OFF ON OFF ON
0 ữ 100 mV 25 V
ON OFF OFF OFF ON ON
0 ữ 500 mV 125 V
OFF ON OFF OFF ON ON
0 ữ 1 V 250 V
ON OFF OFF OFF OFF ON
0 ữ 5 V 1,25 V
ON OFF OFF OFF OFF ON
0 ữ 20 mA 5 A
OFF ON OFF OFF OFF ON
0 ữ 10 mV 2,5 V
Lỡng cực
SW1 SW2 SW3 SW4 SW5 SW6

Dải điện áp Độ phân
giải
ON OFF OFF ON OFF OFF
25 mV 12,5 V
OFF ON OFF ON OFF OFF
50 mV 25 V
OFF OFF ON ON OFF OFF
100 mV 50 V
ON OFF OFF OFF ON OFF
250 mV 125 V
OFF ON OFF OFF ON OFF
500 mV 250 V
OFF OFF ON OFF ON OFF
1 V 500 V
ON OFF OFF OFF OFF OFF
2.5 V 1,25 V
OFF ON OFF OFF OFF OFF
5 V 2,5 V
OFF OFF ON OFF OFF OFF
10 V 5 V
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tú _ Lớp
TĐH46


Khoa cơ điện - 66 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội

2.4.1.3. Cách sử dụng modul mở rộng EM 235
Chúng ta sử dụng theo các nguyên tắc sau sẽ đảm bảo EM 235 làm việc
chính xác và tin cậy:
- Đảm bảo nguồn cung cấp 24 VDC không có nhiễu và ổn định.

- Điều chỉnh modul.
- Sử dụng dây cảm biến càng ngắn càng tốt.
- Sử dụng cặp dây xoắn có bảo vệ cho dây cảm biến.
- Nối ngắn mạch những đầu vào không sử dụng.
- Tránh làm gập dây.
- Sử dùng loại dây cho một tuyến dây.
- Tránh đặt dây tín hiệu song song với dây điện cao thế cao.
-Nếu hai dây gặp nhau, đặt chúng tạo thành góc vuông.
2.5. Trình tự thiết kế hệ thống điều khiển sử dụng PLC.
Việc lập trình cho PLC đã ngày càng trở nên phổ biến. ở Việt Nam hiện nay,
nhờ sự phổ cập PLC đã cho rất nhiều ứng dụng. Ngời lập trình có thể lập trình trên
máy tính và viết ra các chơng trình theo yêu cầu cụ thể rồi nạp vào PLC để điều
khiển 1 hệ thống nào đó.
Quy trình thực hiện là:
- Nghiên cứu yêu cầu điều khiển.
- Phân định đầu vào và đầu ra.
- Viết chơng trình điều khiển.
- Nạp chơng trình vào bộ nhớ PLC.
- Cho PLC chạy thử để điều khiển đối tợng.
2.5.1. Nghiên cứu yêu cầu điều khiển của thiết bị.
Điều đầu tiên chúng ta phải quyết định thiết bị hoặc hệ thống nào mà chúng
tao muốn điều khiển. Mục đích chủ yếu của bộ điều khiển đợc lập trình hoá là để
điều khiển 1 hệ thống bên ngoài. Hệ thống đợc điều khiển này có thể là 1 thiết bị,
máy móc, hoặc quá trình sử lý và thờng đợc gọi là hệ thống điều khiển.
2.5.2. Phân định những đầu vào và những đầu ra.
Tất cả các thiết bị đầu vào và đầu ra bên ngoài đợc nối với những bộ điều
khiển PLC phải đợc xác định. Những thiết bị đầu vào là những chủng loại chuyển
mạch, thiết bị cảm ứng, những thiết bị đầu ra là những thiết bị từ tính, những van
điện từ, động cơ và đèn chỉ báo.
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tú _ Lớp

TĐH46


Khoa cơ điện - 67 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội


2.5.3. Viết chơng trình điều khiển.
Tiếp theo, viết chơng trình dới dạng sơ đồ ladder thông qua thứ tự thao tác
hệ thống điều khiển nh đã xác định, theo từng bớc 1. Từ sơ đồ ladder có thể dịch
sang các dạng khác để tiện theo dõi chơng trình.
2.5.4. Nạp chơng trình vào bộ nhớ.
Từ chơng trình đã viết và các đầu vào/ra xác định. Ta truy nhập chơng
trình trong bộ nhớ hoặc bàn phím lập trình hoặc bằng máy vi tính với sự trợ giúp
của công cụ phần mềm lập trình.
2.5.5. Chạy thử các chơng trình điều khiển.
Để đảm bảo cấu trúc chơng trình và các tham số đã cài đặt là chính xác
trớc khi đa vào hệ điều khiển, ta cần chạy thử chơng trình điều khiển.
Nối tất cả thiết bị
vào / ra với PLC
Kiểm tra tất cả
các dâ
y
nối
Chạy thử chơng trình
Sửa lại
p
hần mềm
Chơng trình
đúng
Lu chơng trình

vào EPROM
Sắp xếp có hệ thống
tất cả các bản vẽ
Kết thúc
Tìm hiểu các yêu cầu
của h
ệ
thốn
g
điều khiển
Dựng một lu đồ chung
của h
ệ
thốn
g
điều khiển
Liên kết các đầu vào / ra
tơng ứng vỡc các đầu
I
/
O của PLC
Phiên dịch lu đồ sang
g
iản đồ than
g

Lập trình giản đồ thang
vào PL
C

Thay đổi
chơn
g
trình
Mô phỏng chơng trình
và kiểm tra
p
hần mềm
Chơng trình
đúng
ềể
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tú _ Lớp
TĐH46


Khoa cơ điện - 68 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội

2.6. Kết luận chơng II.
Trong chơng II này chúng tôi tiến hành đi tìm hiểu và nghiên cứu về phần
cứng và phần mềm của SIMATIC S7- 200 với khối xử lý CPU 224.
Với cơ sở lý thuyết đã nghiên cứu ở chơng này tạo tiền đề để chúng tôi đi
xây dựng thuật toán và viết chơng trình điều khiển ở chơng III.

Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tú _ Lớp
TĐH46


Khoa cơ điện - 69 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội

Chơng iiI
Thiết kế mô hình điều tiết nhiệt độ trong nhà lới

3.1. một số phơng pháp điều tiết nhiệt độ
Trong một vài năm trở lại đây khi chơng trình và các dự án sản xuất rau
sạch đợc mở rộng ở các thành phố lớn ở nớc ta thì các công nghệ sản xuất rau
sạch dần đợc giới thiệu và đợc ứng dụng vào sản xuất thử ở một số cơ sở sản
xuất, viện nghiên cứu rau quả và trờng Đại học Nông nghiệp I-Hà Nội nh công
nghệ sản xuất rau trong nhà lới của Đài Loan, Trung Quốc, Hà Lan.v.v

ở Việt Nam trong nhng tháng 5, 6, 7, 8 nhiệt độ trung bình thờng từ 26
0
Cữ
29
0
C , nhiệt độ trung bình cao nhất lên tới 30
0
C ữ 32
0
C, độ ẩm trung bình từ 80% ữ
85% (Tài liệu: Đặc điểm khí hậu ở Miền Bắc nớc ta của nha khí tợng 1962).
Theo tác giả PGS.TS Tạ Thu Cúc thì nhiệt độ thích hợp để cho cây rau sinh
trởng và phát triển là từ 18 đến 24
0
C và độ ẩm thích hợp là từ 85ữ 95%.
Do đó để cho cây rau có thể sinh trởng và phát triển đợc trong những điều
kiện về nhiệt độ và độ ẩm thích hợp nhất thì chúng ta áp dụng một số phơng pháp
nhằm hạ thấp nhiệt độ xuống tới nhiệt độ cho phép cây rau sinh trởng và phát
triển nh phơng pháp điều hoà nhiệt độ trong nhà kính. Còn trong nhà lới thì
chúng ta sử dụng một số phơng pháp nh:
+ Phơng pháp phun sơng.
+ Phơng pháp quạt thông gió.
+ Phơng pháp tổng hợp.
3.1.1. Phơng pháp phun sơng
Phun sơng là phơng pháp sử dụng hệ thống bao gồm động cơ có thể tạo ra
áp suất lớn, ống dẫn nớc và vòi phun để tạo thành những hat sơng mù nhằm làm
giảm nhiệt độ và làm tăng độ ẩm.
- Ưu điểm của phơng pháp phun sơng:
+ Làm giảm nhanh nhiệt độ trong nhà lới.
+ Đảm bảo và tăng cờng thêm độ ẩm cho đất.

Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tú _ Lớp
TĐH46


Khoa cơ điện - 70 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội

- Nhợc điểm của phơng pháp phun sơng:
+ Giá thành đầu t động cơ, vòi phun, ống dẫn lớn.
+ Có thể làm thừa độ ẩm của đất.
3.1.2. Phơng pháp quạt thông gió
Phơng pháp quạt thông gió là phơng pháp đợc sử dụng rộng rãi trong
ngành công nghiệp. Trong ngành nông nghiệp thì phơng pháp này đợc ứng dụng
vào điều tiết nhiệt độ trong nhà lới, trong sấy nông sản
Nguyên tắc chính của Phơng pháp này là dùng hệ thống quạt gió nhằm làm
trao đổi đối lu kkông khí giữa trong phòng và ngoài trời để làm giảm nhiệt độ
trong phòng.
- Ưu điểm của phơng pháp quạt gió:
+ Hệ thống đơn giản, giá thành thấp.
- Nhợc điểm của phơng pháp quạt gió:
+ Làm giảm độ ẩm trong nhà lới.
+ Nếu ngoài trời nhiệt độ cao thì hiệu quả điều tiết nhiệt độ kém.
3.1.3. Phơng pháp tổng hợp
Phơng pháp tổng hợp là phơng pháp kết hợp của cả hai phơng pháp phun
sơng và phơng pháp quạt thông gió. Khi động cơ phun sơng ra thì đợc hệ
thống quạt gió quạt làm sơng khuếch tán trong phòng nhanh làm hiệu quả điều
tiết nhiệt độ tăng lên.
- Ưu điểm của phơng pháp tổng hợp:
+ Hiệu quả điều tiết nhiệt độ tốt.
+ Đảm bảo đợc độ ẩm trong nhà lới.
- Nhợc điểm của phơng pháp tổng hợp

:
+ Hệ thống phức tạp.
+ Giá thành đầu t ban đầu lớn.


Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tú _ Lớp
TĐH46


Khoa cơ điện - 71 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội

3.2. Tính toán, thiết kế chọn thiết bị cho hệ thống điều tiết nhiệt độ trong nhà
lới.
Yêu cầu của hệ thống là điều tiết nhiệt độ, do đó ta phải có thiết bị để đo
đợc nhiệt độ ở trong nhà lới. Mặt khác do yêu cầu của đề tài là đo cờng độ ánh
sáng để điều khiển động cơ cuốn mái. Do đó chúng tôi đã tính toán và thiết kế làm
hai loại cảm biến là cảm biến nhiệt độ và cảm quang.
3.2.1. Cảm biến nhiệt độ.
Để có thể điều tiết đợc nhiệt độ thì chúng ta cần phải có thiết bị để đo đợc
nhiệt độ hiện tại.
Trong tất cả các đại lợng vật lý, nhiệt độ là một trong số những đại lợng
đợc quan tâm nhiều nhất. Đó là vì nhiệt độ có vai trò quyết định trong nhiều tính
chất vật chất. Một trong những đặc điểm tác động của nhiệt độ là làm thay đổi một
cách liên tuc các đại lợng chịu sự ảnh hởng của nó, thí dụ nh áp suất và thể tích
của một chất khí, sự thay đổi pha hay điểm Curi của các vật liệu từ tính.Bởi vậy,
trong nghiên cứu khoa học, trong công nghiệpvà trong đời sống hằng ngày việc đo
nhiệt độ là rất cần thiết.
Tuy nhiên, để đo đợc trị số chính xác của một nhiệt độ là vấn đề không
đơn giản. Có nhiều cách đo nhiệt độ, trong đó có thể liệt kê các phơng pháp chính
sau đây:

- Phơng pháp quang dựa trên sự phân bố phổ bức xạ nhiệt do dao động
nhiệt (hiệu ứng Doppler).
- Phơng pháp cơ dựa trên sự giãn nở của vật rắn, của chất lỏng hoặc khí (với
áp suất không đổi), hoặc dựa trên tốc độ âm.
- Phơng pháp điện dựa trên sự phụ thuộc của điện trở vào nhiệt độ, hiệu ứng
Seebeck, hoặc dựa trên sự thay đổi tần số dao động của thạch anh.
ứ ng với mỗi phơng pháp đo nhiệt độ khác nhau thì ngời ta lại sử dụng
một dụng cụ đo nhiệt độ khác nhau.
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tú _ Lớp
TĐH46


Khoa cơ điện - 72 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội

Trớc tiên chúng ta đi tìm hiểu về lịch sử phát triển của các dụng cụ đo
nhiệt độ:
+ Galileo c cho l ngi u tiờn phỏt minh ra thit b o nhit vo
khong nm 1592. ễng ta ó lm thớ nghim nh sau: trờn mt bn h cha y
cn, ụng cho treo ng thu tinh di cú c hp, u trờn ca nú cú bu hỡnh cu
cha y khụng khớ. Khi gia tng nhit , khụng khớ trong bỡnh n ra v sụi
sựng sc trong cn. Cũn khi lnh thỡ khụng khớ co li v cn dõng lờn trong lũng
ng thu tinh. Do ú, s thay i ca nhit trong bu cú th bit c bng
cỏch quan sỏt v trớ ca cn trong lũng ng thu tinh. Tuy nhiờn, ngi ta ch bit
c s thay i ca nhit ch khụng bit nú l bao nhiờu vỡ cha cú mt tm
o cho nhit .
+ u nhng nm 1700, Gabriel Fahrenheit, nh ch to thit b o ngi
H Lan, ó to ra mt thit b o chớnh xỏc v cho phộp lp li nhiu ln. u
di ca thit b c gỏn l 0 , ỏnh du v trớ ca nhit nc ỏ trn vi
mui (hay ammonium chloride) vỡ õy l nhit thp nht thi ú. u trờn ca
thit b c gỏn l 96 , ỏnh du nhit ca mỏu ngi. Ti sao l 96 m

khụng phi l 100 ? Cõu tr li l bi vỡ ngi ta chia t l theo 12 phn nh
cỏc t l khỏc thi ú.
+ Khong nm 1742, Anders Celsius xut ý kin ly im tan ca nc
ỏ gỏn 0 v sụi ca nc gỏn 100 , chia lm 100 phn.
+ u nhng nm 1800, William Thomson (Lord Kelvin) phỏt trin mt tm
o ph quỏt da trờn h s gión n ca khớ lý tng. Kelvin thit lp khỏi nim v
khụng tuyt i v tm o ny c chn l tiờu chun o nhit hin i.
Sau õy l phng trỡnh chuyn i ca 4 loi tm o:
o
C =
9
5
*(
o
F 32) (3.1)
o
F =
5
9
*
o
C + 32 (3.2)
o
K =
o
C + 273,15 (3.3)

o
R =
o

F +459,67 (3.4)
Tm o Rankine (
o
R) n gin l tng ng ca Fahrenheit theo tm ca
Kelvin, t tờn theo W.J.M Rankine (ngi tiờn phong trong lnh vc nhit ng).