ỨNG DỤNG SCADA TRONG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN NHÀ TRỒNG NẤM LINH CHI VỚI PLC S7 200 VÀ CITECT SCADA

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

ỨNG DỤNG SCADA TRONG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU
KHIỂN NHÀ TRỒNG NẤM LINH CHI VỚI
PLC S7 200 VÀ CITECT SCADA

Họ và tên sinh viên: NGUYỄN VŨ XUÂN
Ngành : ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG
Niên khóa : 2007 – 2011
Tháng 6/2011


 

ỨNG DỤNG SCADA TRONG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN NHÀ
TRỒNG NẤM LINH CHI VỚI S7-200 VÀ CITECT SCADA

Tác giả

NGUYỄN VŨ XUÂN

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu
cấp bằng Kỹ sư ngành
Điều khiển tự động

Giáo viên hướng dẫn:
TS. Lê Ngọc Bích

Tháng 6 năm 2011
i 
 


 

LỜI CẢM TẠ
Lời đầu tiên tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Lê Ngọc Bích. Thầy đã trực
tiếp hướng dẫn, cung cấp tài liệu và tạo mọi điều kiện để tôi hoàn thành khóa luận này.
Tôi xin gửi lời cảm ơn đến tất cả các thầy cô bộ môn Điều khiển tự động cũng
như tất cả các thầy cô khoa Cơ khí công nghệ vì thời gian qua đã truyền đạt và trang bị
cho tôi đầy đủ kiến thức để chuẩn bị cho khóa luận tốt nghiệp.
Tuy đã có sự cố gắng của bản thân, nhưng do thời gian và kiến thức còn hạn
chế nên bài viết vẫn có những sai sót. Kính mong quý thầy cô góp ý để bài viết hoàn
thiện hơn.
Tôi xin chân thành cảm ơn.
Người thực hiện
Sinh viên
Nguyễn Vũ Xuân

ii 
 


 

TÓM TẮT
Ngày nay, việc ứng dụng các phần mềm và các thiết bị tự động hóa là hết sức
quan trọng, nhất là trong lĩnh vực nông nghiệp. Với khuôn khổ đề tài “Ứng dụng

SCADA trong giám sát và điều khiển nhà trồng nấm linh chi với PLC S7-200 và
CITECT SACDA” được tiến hành để thực hiện nhiệm vụ mô phỏng, giám sát và điều
khiển nhà trồng nấm linh chi.
Nhiệm vụ chủ yếu của hệ thống là ổn định nhiệt độ , độ ẩm theo yêu cầu đặt ra
và nghiên cứu ứng dụng SCADA vào việc điều khiển và giám sát cũng như cũng như
thu thập số liệu hệ thống.
Nội dung của luận văn bao gồm những phần chính sau:
 Cơ sở lý thuyết:
-

Tính toán cân bằng nhiệt độ, độ ẩm

-

PLC S7-200

-

HIM/SCADA (Citect Scada)

 Thực hiện đề tài:
-

Thiết kế chương trình điều khiển và giám sát

-

Chương trình PLC

-

Chương trình mô phỏng
Sau mười tuần nghiên cứu và thực hiện tại Bộ môn Điều khiển tự động, đề tài

đã đạt được những mục tiêu sau:
-

Lập trình được cho S7-200 theo yêu cầu đề tài đề ra

-

Mô phỏng, giám sát được hoạt động của nhà trồng nấm linh chi, nhất là điều
khiển nhiệt độ và độ ẩm trong nhà trồng.

iii 
 


 

MỤC LỤC
trang
Trang tựa

i

Lời cảm tạ

ii

Tóm tắt

iii

Mục lục

iv

Dang sách các chữ viết tắt

vii

Danh sách các hình

viii

Chương 1.MỞ ĐẦU
1.1 Đặt vấn đề

1

1.2 Mục đích của đề tài

2

Chương 2. TỔNG QUAN
2.1 Giới thiệu về nhà trồng nấm linh chi

3

2.1.1 Qui trình trồng nấm linh chi

4

2.1.2 Yêu cầu cơ bản của một nhà trồng nấm linh chi

5

2.2 Tính toán cân bằng nhiệt độ và độ ẩm trong nhà trồng

6

2.2.1 Tính toán cân bằng nhiệt

6

2.2.1.1 Nhiệt truyền qua kết cấu ngăn che

6

2.2.1.2 Nhiệt truyền vào nhà do bức xạ mặt trời

6

2.2.1.3 Nhiệt tỏa ra

6

2.2.2 Tính toán cân bằng ẩm

7

2.2.2.1 Tỏa hơi nước do người

7

2.2.2.2 Tỏa hơi nước do bốc hơi từ bể chứa

8

2.2.2.3 Tỏa hơi nước từ nền ẩm

8

2.2.2.4 Tỏa hơi nước từ bán thành phẩm

8

2.3 Cấu trúc và lập trình PLC S7 200

8

2.3.1 Cấu trúc chung của một hệ thống PLC

9

2.3.2 Cấu trúc phần cứng PLC

10

2.3.2.1 Bộ xử lý trung tâm

11
iv 

 


 

2.3.2.2 Bộ nhớ

11

2.3.2.3 Khối vào ra (Input/Output)

12

2.3.3 Cấu trúc của PLC S7-200

12

2.3.3.1 Đặt điểm của CPU 224 bao gồm

13

2.3.3.2 Cách giao tiếp giữa máy tính và PLC

14

2.3.4 Phương pháp lập trình

14

2.3.4.1 Ngôn ngữ lập trình

15

2.3.5 Module analog EM235

15

2.4 HMI/SCADA

16

2.4.1Hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu HIM/SCADA

16

2.4.1.1 Phân loại hệ thống SCADA

17

2.4.1.2 Những chuẩn đánh giá một hệ thống SCADA

18

2.4.1.3 Cấu trúc chung của hệ thống SCADA

18

2.5 CitectSCADA

19

2.5.1 Các thành phần trong một dự án

20

2.5.1.1 Môi trường làm việc của dự án

20

2.5.1.2 Quản lý dự án

21

2.5.1.3 Cài đặt giao tiếp

21

2.5.1.4 Trang đồ họa

23

2.6 STEP 7 MicroWin

23

2.7 PC Access

23

Chương 3. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
3.1 Nội dung

25

3.2 Phương pháp

25

3.2.1 Phương pháp thực hiện phần giao diện

25

3.2.2 Phương pháp thực hiện phần lập trình

25

3.3 Phương tiện

25

Chương 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
4.1 Khảo sát mô hình trồng nấm linh chi

26

4.2 Thiết kế chương trình mô phỏng

27

4.3 Thiết kế chương trình điều khiển giám sát hệ thống

27

v 
 


 

4.3.1 Phân tích và đề xuất yêu cầu và phương án thiết kế điều khiển tự động

27

4.3.2 Thiết kế chương trình điều khiển tự động cho hệ thống bằng PLC

28

4.3.2.1 Sơ đồ khối bộ phận điều khiển

28

4.3.2.2 Giải thuật điều khiển

28

4.3.2.3 Chương trình điều khiển bằng PLC

32

4.4 Kết quả xây dựng chương trình giám sát

34

Chương 5. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ
5.1 Kết luận

38

5.2 Đề nghị

38

TÀI LIỆU THAM KHẢO

39

PHỤ LỤC

40

6.1 Lựa chọn thiết bị đầu vào cho hệ thống

40

6.2 Tính toán lựa chọn cơ cấu chấp hành

41

6.2.1 Tính toán lựa chọn hệ thống giảm nhiệt cho nhà trồng

42

6.2.2 Tính toán lựa chọn hệ thống tăng ẩm cho nhà trồng

42

6.3 Thực hiện soạn thảo chương trình điều khiển PLC

43

6.4 Thực hiện trên PC Access

51

6.5 Thực hiện trên CitectScada

52

6.5.1 Tạo dự án

53

6.5.2 Thiết lập giao tiếp

53

6.5.3 Tạo các tags

54

6.5.4 Giao diện

55

vi 
 


 

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
PLC

: Programmable Logic Control

CPU

: Central Processing Unit

RAM

: Random Access Memory

ROM

: Read Only Memory

HIM

: Human Machine Interfac

SCADA

: Supervisory Control And Data Acquisition

ADC

: Analog to Digital Converter

DAC

: Digital to Analog Converter

vii 
 


 

DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 2.1. Sơ đồ thu, toả ẩm trong nhà trồng.
Hình 2.2 sơ đồ khối hệ thống được điều khiển bằng PLC
Hinh 2.3 Một PLC trong thực tế
Hinh 2.4 Chu kỳ quét của PLC S7-200
Bảng 2.1 Cài đặt dãy tín hiệu vào ra cho module analog EM235

Hinh 2.5 Màn hình soạn thảo dự án
Hinh 2.6 Màn hình trang thiết lập đồ họa
Hinh 2.7 Màn hình soạn thảo cicode 
Hình 2.8 Màn hình thiết lập giao tiếp
Hình 2.9 Màn hình khai báo biến trong variable tags
Hình 4.1 Qui trình trồng nấm Linh Chi
Hình 4.2 Giao diện được thiết kế trong đề tài
Hình 4.3 Sơ đồ khối bộ phận điều khiển
Hình 4.4 Giải thuật điều khiển
Hình 4.5 phương pháp thiết kế chương trình điều khiển
Bảng 4.1 Danh sách khai báo biến
Hình 4.6 Giao diện của trường hợp m < x
Hình 4.7 Giao diện trường hợp m > x
Hình 4.8 Giao diện trường hợp m < x-10
Hình 4.9 Giao diện trường hợp n < y- 10%
Hình 4.10 Giao diện của trường hợp y-10% < n < y -5%
Hình 4.11 Giao diện của trường hợp y- 5% < n < y
Hình 6.1 Cảm biến đo nhiệt độ và độ ẩm
Hình 6.2 Chương trình điều khiển PLC
Hình 6.3 Màn hình đặt tên cho dự án trên PC Access
Hình 6.4 Màn hình khai báo Item
Hình 6.5 Màn hình thể hiện liên kết giữa PLC và PC Access
Hình 6.6 Hình khai báo Cluster
viii 
 


 

Hình 6.7 Hình khai báo I/O Server

Hình 6.8 Màn hình khai báo các the tags
Hình 6.9 Công cụ để tạo giao diện trong Graphics

ix 
 


 

Chương 1
MỞ ĐẦU
1.1 Đặt vấn đề
 Hiện nay trên thế giới, việc sản xuất rau và một số cây đã phát triển theo kiểu

công nghiệp, an toàn để đảm bảo chất lượng, năng suất nhằm nâng cao giá trị sản
phẩm. Yêu cầu của sản xuất là không phụ thuộc vào thời tiết, chủ động về môi trường,
sản xuất liên tục, chăm sóc tích cực làm cho cây trồng được sinh trưởng trong điều
kiện tốt nhất. Điều này chỉ có thể thực hiện được trên cơ sở hệ thống thiết bị và công
cụ thích hợp cho từng khâu theo yêu cầu của từng loại công nghệ, cơ bản hệ thống
thiết bị bao gồm: nhà trồng, hệ thống thiết bị chăm sóc trong nhà trồng, hệ thống thiết
bị phụ trợ.
Trong giai đoạn hiện nay ở nước ta tốc độ khai thác và sử dụng tài nguyên đất,
nước cho các mục tiêu đo thị hoá, xây dựng khu công nghiệp, khu chế biến… đang
diễn ra với tốc độ nhanh chóng. Vì vậy quỹ đất phục vụ cho sản xuất nông nghiệp
đang ngày càng bị thu hẹp. Mặt khác nhu cầu về các loại sản phẩm nông sản của người
dân ngày càng cao không những về số lượng mà còn cả về chất lượng. Tuy nhiên hệ
thống cơ sở hạ tầng và các dịch vụ sản xuất nông nghiệp ở nước ta được đánh giá là
còn yếu, chưa đáp ứng được yêu cầu về sản xuất nông nghiệp so với các nước trên thế
giới nói chung cũng như các nước trong khu vực nói riêng.
Việc áp dụng công nghệ sản xuất cây thực phẩm, cây ăn quả, cây hoa… trong

nhà trồng (nhà kính, nhà lưới) và áp dụng các phương pháp tưới tự động nhằm nâng
cao năng xuất, sản lượng, chất lượng cũng như sản xuất chuyên canh từng loại cây
trồng trong từng khu vực đối với từng vùng, đặc biệt ở nước ta với điều kiện khí hậu
tương đối khắc nghiệt đang được coi là vấn đề cấp thiết. Trước những vấn đề đó việc
nghiên cứu, khảo sát, đánh giá thực trạng tình hình sử dụng nhà trồng trong nước cũng
như tham khảo các mô hình nhà trồng trên thế giới làm cơ sở để định hướng, lựa chọn,
cải tiến cấu trúc nhà trồng, thiết bị phụ trợ cho nhà trồng phục vụ sản xuất nông nghiệp

1 
 


 

trong nước góp phần nâng cao đời sống, cũng như giảm bớt sức lao động cho người
nông dân hiện nay là cần thiết.
Hiện nay trên thị trường thế giới có rất nhiều hệ thống và thiết bị điều khiển
ứng dụng vào sản xuất công nghiệp và nông nghiệp nhằm nâng cao chất lượng sản
phẩm, hạ giá thành và giảm số người lao động thủ công trong sản xuất. Một trong các
thiết bị điều khiển đang được ứng dụng rộng rãi là thiết bị điều khiển lập trình được
PLC (Programable Logic Controller). PLC được sản xuất và phân phối bởi một loạt
các nhà sản xuất thiết bị công nghiệp, trong đó có Siemens (Đức).
Do đó, tôi chọn đề tài đồ án tốt nghiệp “Ứng dụng SCADA trong giám sát và
điều khiển nhà trồng nấm linh chi với PLC S7-200 và CITECT SACDA”
1.2 Mục đích đề tài
Mục đích nghiên cứu cấu trúc, công nghệ của nhà trồng, nghiên cứu thiết bị
điều khiển logic lập trình được PLC, cụ thể là họ S7-200 của Siemens từ đó thiết kế hệ
thống.
Đồ án tập trung nghiên cứu các nội dung sau:
− Cấu trúc và yêu cầu công nghệ của nhà trồng nấm.

− Cấu trúc và lập trình PLC S7-200.
− Thiết kế hệ thống giám sát và điều khiển nhiệt độ, độ ẩm trong nhà trồng nấm
linh chi

2 
 


 

Chương 2
TỔNG QUAN
2.1 Giới thiệu về nhà trồng nấm linh chi
Trên thế giới: Cuối thế kỷ 20, nông nghiệp nhà kính bắt đầu phát triển với quy
mô lớn, tốc độ cao. Ở Mỹ, Israel, Hà Lan, Nhật Bản và một số nước phát triển khác đã
đưa nông nghiệp nhà kính lên vị trí hàng đầu. Trong những năm gần đây việc ứng
dụng các loại vật liệu kiến trúc mới đã tạo điều kiện thuận lợi cho nhà kính phát triển
và ngày càng hoàn thiện hơn về hình dáng cũng như kiểu cách để phù hợp với từng
vùng khí hậu của từng nước đồng thời cũng đẩy mạnh xuất khẩu sang các nước chậm
phát triển. Do khoa học ngày càng phát triển nên việc ứng dụng công nghệ thông tin
cũng như tự động hóa vào điều khiển khí hậu trong nhà trồng cũng đạt đến trình độ
cao và đã sản xuất hàng loạt các thiết bị đồng bộ điều khiển khí hậu trong nhà trồng
với các quy mô từ thấp tới cao tùy thuộc vào công nghệ cũng như giá thành của người
sử dụng. Chính vì vậy việc sản xuất thâm canh tăng vụ ngày càng trở nên rõ rệt, môi
trường trong nhà trồng luôn luôn ở mức nhiệt độ, độ ẩm mà yêu cầu của cây sử dụng,
cây trồng không phân biệt được các mùa trong năm bởi vậy sản phẩm có quanh năm
đáp ứng được nhu cầu của người tiêu dùng.
Trong nước: Ở nước ta nông nghiệp nhà kính đã bước đầu có được sự chú trọng
trong sản xuất, nhưng so với các nước phát triển vẫn còn một khoảng cách rất lớn về
quy mô cũng như về trình độ. Hiện nay có một số địa phương cũng đang tích cực áp

dụng công nghệ nhà trồng vào sản xuất rau an toàn và hoa chất lượng cao, nhưng do
trình độ cũng như sự hiểu biết về nhà trồng còn hạn chế nên việc ứng dụng không đem
lại hiệu quả kinh tế cao do không có các thiết bị phụ trợ trong việc điều khiển khí hậu.
Một số trung tâm, hợp tác xã cũng đã nhập khẩu các mẫu nhà trồng nước ngoài vào
sản xuất rau an toàn và hoa chất lượng cao vẫn nhưng không đem lại hiệu quả kinh tế
do một phần không hiểu rõ được công nghệ nhà trồng, một phần kinh phí hạn hẹp nên
không đồng bộ hóa được thiết bị điều khiển cũng như thiết bị phụ trợ điều khiển khí
hậu vì vậy gây lãng phí cũng như làm giảm tác dụng của các thiết bị.

3 
 


 

Hiện nay trên thế giới cũng đưa ra một loạt các kiểu dáng nhà có kèm theo thiết
bị điều khiển tiểu khí hậu trong đó có hai dạng chính như sau:
Nhà trồng đơn giản: Mục tiêu đảm bảo được một số yêu cầu phục vụ công nghệ
chống được mưa, một số loại côn trùng và một số thiết bị điều chỉnh bằng tay hoặc
bằng cơ khí như:
− Hệ thống thiết bị thông gió tự nhiên.
− Hệ thống làm mát, cấp nhiệt đơn giản.
− Hệ thống lưới chống côn trùng.
− Hệ thống chống mưa, sương.
Nhà trồng hiện đại: Đáp ứng thỏa mãn mọi yêu cầu của công nghệ, nó cho phép
tạo ra môi trường khí hậu riêng biệt phía trong nhà trồng thông qua hệ thống điều
khiển trung tâm thu nhận xử lý tín hiệu từ bộ truyền cảm nhiệt độ, ánh sáng, độ ẩm,
gió, mưa…để đưa lệnh điều khiển tới các hệ thống:
− Hệ thống thông gió cưỡng bức (quạt đối lưu, quạt hút…).
− Hệ thống làm mát, cấp nhiệt tự động (điều hòa, bốc hơi nước…).

− Hệ thống kiểm soát và điều khiển cường độ ánh sáng (lưới cắt nắng, hệ thống
chiếu sáng…).
− Hệ thống cung cấp nồng độ khí O2, CO2…
2.1.1 Quy trình trồng nấm linh chi
Thời gian bắt đầu cấy giống từ ngày 15/1 đến 15/3 và từ 15/8 đến 15/9 dương
lịch
Nguyên liệu:
Linh Chi sử dụng nguyên liệu chủ yếu là mùn cưa tươi, khô của các loại gỗ
mềm, không có tinh dầu và độc tố. Ngoài ra còn có thể trồng Linh Chi từ nguyên liệu
là thân gỗ, các cây thuốc họ thân thảo.
Cấy giống:
Với phương pháp này cần tạo lỗ ở túi nguyên liệu có đường kính 1,8-2cm và
sâu 15-17cm.
Khi cấy giống phải đặt túi nguyên liệu gần đèn cồn và túi giống, sau đó gắp
từng que ở túi giống cấy vào túi nguyên liệu.
Ươm túi:
4 
 


 

− Chuyển nhẹ nhàng vào nhà ươm và đặt trên các giàn giá hoặc xếp thành luống.
− Khoảng cách giữa các túi 2-3cm. Giữa các giàn luống có lối đi để kiểm tra.
− Trong thời gian ươm không được tưới nước, hạn chế tối đa việc vận chuyển.
− Trong quá trình sợi nấm phát triển nếu thấy có túi bị nhiễm cần phải loại bỏ
ngay khỏi khu vực ươm, đồng thời tìm nguyên nhân để có cách khắc phục.
chăm sóc:
Nhà trồng nấm phải đảm bảo sạch sẽ thông thoáng, có mái chống mưa dột và
chủ động được các điều kiện sinh thái như sau:

 Nhiệt độ thích hợp cho nấm mọc trong khoảng từ 220C đến 280C.
 Độ ẩm không khí đạt 80-90%.
 Ánh sáng khuếch tán (mức độ đọc sách được) và chiếu đều từ mọi phía.
Kín gió.
− Trong nhà có hệ thống giàn giá để tăng diện tích sử dụng
2.1.2 Yêu cầu cơ bản của một nhà trồng nấm linh chi
Yêu cầu công nghệ nhà trồng nấm là đảm bảo môi trường trong nhà đúng theo
công nghệ mà các chuyên gia cây trồng yêu cầu, theo từng thời kỳ sinh trưởng. Chính
vì vậy, đưa ra được giải pháp điều khiển tổng thể khí hậu trong nhà trồng là rất quan
trọng và cần thiết. Một số yêu cầu đối với nhà trồng nấm như sau:
− Nhiệt độ: là một trong những yếu tố quan trọng quyết định sự sinh trưởng, phát
triển của cây nấm. Nhiệt độ trong nhà trồng để cây nấm phát triển tốt nhất là
vào khoảng 22280C
− Ánh sáng: là yếu tố không thể thiếu trong đời sống của mọi sinh vật trên trái
đất, là một yếu tố cần thiết cho sinh trưởng và phát triển của cây. Ánh sáng
cung cấp năng lượng cho cây tạo ra chất hữu cơ nhờ quá trình quang hợp, ánh
sáng yêu cầu đối với nấm linh chi ánh đọc sách được
− Độ ẩm: luôn luôn là yếu tố cần thiết cung cấp nước cho cây và giữ cân bằng
nước giữa môi trường, chống lại sự héo rũ. Độ ẩm của không khí luôn phải đạt
được mức bão hòa và thích hợp nhất cho cây nấm linh chi là 8095%
− Thông gió: là phần quan trọng đối với mô hình nhà trồng nó là phần thiết yếu
để nhà trồng tồn tại trong điều kiện khí hậu khắc nghiệt. Gió còn có tác dụng
5 
 


 

trao đổi không khí trong nhà trồng tạo ra môi trường trong nhà trồng luôn luôn
trong sạch.

2.2 Tính toán cân bằng nhiệt độ và độ ẩm trong nhà trồng:
2.2.1. Tính toán cân bằng nhiệt:
2.2.1.1 Nhiệt truyền qua kết cấu ngăn che
Q=k.F.∆t ,kcal/h
K: hệ số truyền nhiệt của cơ cấu bao che ,kcal/m2 h0C
F: diện tích của cơ cấu bao che ,m2
∆t: hệ số nhiệt độ tính toán ,0C
2.2.1.2 Nhiệt truyền vào nhà do bức xạ mặt trời
Qbx=0,047.k.F.ε.qbx ,kcal/h
K: hệ số truyền nhiệt của bộ phận kết cấu bao che nhận nhiệt bức xạ , kcal/m2
h0Cm2
F : diện tích bộ phận kết cấu bao che nhận nhiệt bức xạ , m2
qbx: cường độ bức xạ mặt trời, kcal/m2/h
ε : hệ số hấp thụ của bộ phận kết cấu bao che nhận nhiệt bức xạ
2.2.1.3 Nhiệt tỏa ra
 nhiệt tỏa ra từ động cơ điện
Q11=860N.k0(1-η1) ,kcal/h
N: công suất của động cơ điện
K0 : hệ số yêu cầu đối với động cơ điện
η1 : hệ số hiệu dụng của động cơ điện
 nhiệt tỏa do thấp sáng
Q2 =860N ,kcal/h
N: công suất của tất cả các thiết bị chiếu sáng
 nhiệt tỏa ra từ các sản phẩm của quá trình cháy
Q3=φ.G.Qp , kcal/h
Qp : nhiệt năng làm việc của nhiên liệu , kcal/h
G : lượng nhiên liệu tiêu thụ , kg/h
φ: hệ số tính đến sự cháy không hoàn toàn và bằng 0,9÷0,97
6 
 

nhit do ngi to ra
Q4= n.q ,kcal/h
n: s ngi trong phũng
q: lng nhit ton phn do mi ngi ta ra
2.2.2 Tớnh toỏn cõn bng m:
Nh ta ó bit quỏ trỡnh x lý khụng khớ l quỏ trỡnh lm thay i trng thỏi
khụng khớ mụi trng n trng thỏi nh sn. Vic x lý m khụng khớ bao gm
cỏc ni dung sau:
Tng m (tng dung m d).
Gim m (gim d hay cũn gi l lm khụ khụng khớ).
Vi mc tiờu ca ti l nghiờn cu mt s loi thit b cõn bng m trong
nh trng. Vỡ vy quỏ trỡnh x lý khụng khớ õy chỳng ta cn thc hin quỏ trỡnh
tng m hoc gim m. ỏp ng c mc tiờu trờn thỡ ta thy cỏc vn cn phi
nghiờn cu cn phi l tớnh toỏn cõn bng m trong nh:

Bức xạ mặt trời

Bức xạ mặt trời

ẩm do không khí

ẩm do nền,
bán thnh
ẩm do ngƯời phẩm, bể
dung dịch

ẩm do không khí

Hỡnh 2.1. S thu, to m trong nh trng.
2.2.2.1 Ta hi nc do ngi.
Trong quỏ trỡnh hot ng, lm vic con ngi ta mt lng hi nc vo
phũng nhm duy trỡ cõn bng nhit ca c th. Lng hi nc (hay lng m) ta do
ngi Wng [g/h] ph thuc vo nhit , m, vn tc mụi trng khụng khớ xung
quanh v trng thỏi lao ng m con ngi tin hnh c xỏc nh theo cụng thc:
Wng n.g , [g/h]
7



 

g: Lượng ẩm do một người tỏa [g/h.người]
n: Số người có trong phòng [người].
2.2.2.2 Tỏa hơi nước do bốc hơi từ bể chứa.
Lượng hơi nước bốc hơi W [g/h] từ bể chứa xác định theo công thức:
Whn  (6,9  0,4t  13,1.v )103 ( Pbh  P0 )

F
, [g/h]
B

t: Nhiệt độ mặt nước [0C], theo bảng 3.13 [1].
v: Vận tốc của không khí chuyển động trên mặt nước [m/s].
B: áp suất khí quyển [kPa].
pbh: áp suất không khí ở nhiệt độ mặt nước [kPa].
p0: áp suất không khí trong phòng [kPa].

F: diện tích bề mặt bốc hơi [m2].
2.2.2.3. Tỏa hơi nước từ nền ẩm.
Lượng hơi nước bốc hơi đoạn nhiệt từ sàn ướt W [g/h] được xác định theo công
thức:
Wn=6,1.F.(tT-tư), [g/h]
tT: Nhiệt độ không khí trong phòng [0C].
tư: Nhiệt độ không khí ướt [0C].
F: Diện tích của nền [m2].
2.2.2.4. Tỏa hơi nước từ bán thành phẩm.
Các bán thành phẩm đưa vào phòng có thể thay đổi lượng hơi nước chứa trong
chúng. Lượng hơi nước bốc hơi từ bán thành phẩm W [g/h] được xác định theo công
thức:
Wtp=(y1-y2).G, [g/h]
y1: Lượng hơi nước trong bán thành phẩm vào phòng (g/kg bán thành phẩm).
Y2: Lượng hơi nước trong bán thành phẩm ra phòng (g/kg bán thành phẩm).
G: Khối lượng bán thành phẩm đưa vào phòng trong 1 giờ [kg/h].
2.3. Cấu trúc và lập trình PLC S7-200
Trong công nghiệp sản xuất, để điều khiển một dây truyền, một thiết bị máy
móc công nghiệp…người ta thực hiện kết nối các linh kiện điều khiển rời (rơle, timer,
contactor …) lại với nhau tùy theo mức độ yêu cầu thành một hệ thống điện điều
8 
 


 

khiển. Công việc này khá phức tạp trong thi công, sửa chữa bảo trì bảo dưỡng do đó
giá thành cao, khó khăn nhất là khi cần thay đổi một hoạt động nào đó.
Một hệ thống điều khiển ưu việt mà chúng ta phải chọn được điều khiển cho
một máy sản xuất cần phải hội tụ đủ các yêu cầu sau: giá thành hạ, dễ thi công, sửa

chữa, chất lượng làm việc ổn định, linh hoạt… Từ đó hệ thống điều khiển có thể lập
trình được PLC (Programble Logic Controller) ra đời đã giải quyết được vấn đề trên.
Một PLC có đầy đủ các chức năng như: bộ đếm, bộ định thời, các thanh ghi và
tập lệnh cho phép thực hiện các yêu cầu điều khiển phức tạp khác nhau. Hoạt động của
PLC hoàn toàn phục thuộc vào chương trình nằm trong bộ nhớ, nó luôn cập nhật tín
hiệu đầu vào, xử lý tín hiệu để điều khiển đầu ra.
Những đặc điểm của PLC:
− Có khả năng chống nhiễu tốt.
− Có khả năng nối thêm các module để mở rộng đầu vào/ra.
− Ngôn ngữ lập trình dễ hiểu.
− Dễ dàng thay đổi chương trình điều khiển bằng máy tính lập trình hoặc máy
tính cá nhân.
− Độ tin cậy cao, kích thước nhỏ.
− Bảo trì dễ dàng.
Việc sử dụng PLC vào các hệ thống điều khiển ngày càng thông dụng, để đáp
ứng yêu cầu ngày càng đa dạng này, các nhà sản xuất đã đưa ra hàng loạt các dạng
PLC với nhiều mức độ thực hiện đủ để các đáp ứng các yêu cầu khác nhau của người
sử dụng.
Để đánh giá một bộ PLC người ta dựa vào 2 tiêu chuẩn chính: dung lượng bộ
nhớ và số tiếp điểm vào/ra của nó. Bên cạnh đó cũng cần chú ý đến các chức năng
như: bộ vi xử lý, chu kỳ xung clock, ngôn ngữ lập trình, khả năng mở rộng số đầu
vào/ra.
2.3.1 Cấu trúc chung của một hệ thống PLC.
Một hệ thống PLC cơ bản gồm hai phần: khối xử lý trung tâm (CPU: Central
Processing Unit) và hệ thống giao tiếp vào/ra (Input/Output).
− Thiết bị đầu vào (Input): gồm các thiết bị tạo ra tín hiệu điều khiển như nút
nhấn, cảm biến,…….
9 
 

 

− Cơ cấu chấp hành (Actuators): gồm các thiết bị điều khiển như đèn, động cơ,
van khí nén, máy bơm,…..
− Chương trình điều khiển (Program): định ra qui luật thay đổi tín hiệu đầu ra
(Output) theo tín hiệu đầu vào như mong muốn. Các chương trình điều khiển
được tạo ra bằng cách sử dụng bộ lập trình chuyên dùng cầm tay (Hand-hold
programmer PG) hoặc chạy bằng phần mềm điều khiển trên máy vi tính sau đó
được nạp vào PLC thông qua cổng giao tiếp giữa máy vi tính và PLC.
− Khối điều khiển trung tâm (CPU: Central Processing Unit) gồm ba phần: bộ
phận xử lý, bộ nhớ và hệ thống nguồn cung cấp.

Hình 2.2 sơ đồ khối hệ thống được điều khiển bằng PLC
2.3.2 Cấu trúc phần cứng PLC.
Để có thể thực hiện được một chương trình điều khiển tất nhiên PLC phải có
tính năng như một máy tính, nghĩa là phải có bộ vi xử lý (CPU), một hệ điều hành,
một bộ nhơ để lưu chương trình điều khiển, dữ liệu và tất nhiên phải có cổng vào ra để
giao tiếp với các đối tượng điều khiển. Bên cạnh đó, nhằm phục vụ các bài toán điều
khiển, PLC cần có thêm các khối chức năng đặt biệt như bộ đếm (Couter), bộ định thời
gian (Timer) và các khối hàm chuyên dùng.
10 
 


 

2.3.2.1 Bộ xử lý trung tâm.
Bộ xử lý trung tâm CPU điều khiển và quản lý tất cả hoạt động bên trong của
PLC. Việc trao đổi thông tin giữa CPU, bộ nhớ và khối vào/ra được thực hiện thông

qua hệ thống bus dưới sự điều khiển của CPU. Một mạch dao động thạch anh cung cấp
clock tần số chuẩn cho CPU. Tần số xung xác định tốc độ hoạt động của PLC và được
dùng để thực hiện đồng bộ cho tất cả các phần tử trông hệ thống.
2.3.2.2 Bộ nhớ.
PLC thường yêu cầu bộ nhớ trong các trường hợp: làm bộ định thời cho các
kênh trạng thái I/O, làm bộ đệm trạng thái các chức năng trong PLC như định thời,
đếm, ghi các Relay.
Mỗi lệnh của chương trình có một vị trí riêng trong bộ nhớ, tất cả mọi vị trí
trong bộ nhớ đều được đánh số, những số này chính là địa chỉ trong bộ nhớ. Địa chỉ
của từng ô nhớ sẽ được trỏ đến bởi một bộ đếm địa chỉ ở bên trong bộ vi xử lý. Bộ vi
xử lý sẽ ghi giá trị trong bộ đếm này lên trước khi xử lý lệnh tiếp theo. Với một địa
chỉ mới, nội dung của ô nhớ tương ứng sẽ xuất hiện ở đầu ra, quá trình này được gọi
là quá trình đọc.
Bộ nhớ bên trong PLC được tạo bởi các vi mạch bán dẫn, mỗi vi mạch này có
khả năng chứa 20016000 dòng lệnh, tùy theo loại vi mạch. Trong PLC các bộ nhớ
RAM, EPROM đều được sử dụng.
RAM [Random Access Memory] có thể nạp chương trình, thay đổi hay xoá bỏ
nội dung bất kỳ lúc nào. Nội dung của RAM sẽ bị mất nếu nguồn điện nuôi bị mất.
Để tránh tình trạng này các PLC đều được trang bị một pin khô, có khả năng cung
cấp năng lượng dự trữ cho RAM từ vài tháng đến vài năm. Trong thực tế RAM được
dùng để khởi tạo và kiểm tra chương trình. Khuynh hướng hiện nay dùng
CMOSRAM nhờ khả năng tiêu thụ thấp và tuổi thọ lớn.
EPROM [Electrocally Programmable Real Only Memory] là bộ nhớ mà người
sử dụng bình thường chỉ có thể đọc nhưng không ghi nội dung vào được. Nội dung
của EPROM không bị mất đi nguồn nuôi, nó được gắn sẵn trong máy, đã được nhà
sản xuất nạp và chứa trong hệ điều hành sẵn. Nếu người sử dụng không muốn mở
rộng bộ nhớ thì chỉ dùng thêm EPROM gắn bên trong PLC. Trên PG [Programmer]
có sẵn chỗ ghi và xoá EPROM.
11 
 

 

EEPROM [Electrically Erasable Programmable Read Only Memory] liên kết
với những truy suất linh động của RAM và có tính ổn định. Nội dung của nó có thể
được xoá và lập trình bằng điện, tuy nhiên số lần là có giới han.
− Các PLC loại nhỏ có thể chứa 3001000 dòng lệnh tuỳ thuộc vào công nghệ
chế tạo.
− Các PLC loại lớn có kích thước từ 1K16K, có khả năng chứa từ 200016000
dòng lệnh.
Ngoài ra còn cho phép gắn thêm một bộ nhớ mở rộng RAM, EPROM.
2.3.2.3 Khối vào ra.
Các đường tín hiệu từ bộ cảm biến được nối vào các module (các đầu vào của
PLC), các cơ cấu chấp hành được nối với các module ra (các đầu ra của PLC). Hầu hết
các PLC có điện áp hoạt động bên trong là 5V, tín hiện xử lý 12/24VDC
hoặc100/240VAC. Mỗi đơn vị I/O có duy nhất một địa chỉ, các trạng thái của các kênh
I/O được cung cấp bởi các đèn LED trên PLC, điều này làm cho việc kiểm tra hoạt
động nhập xuất trở nên dễ dàng và đơn giản.
Bộ xử lý đọc và xác định các trạng thái đầu vào (ON, OFF) để thực hiện việc
đóng ngắt hay ngắt mạch ở đầu ra.
Tất cả các ngõ vào và ngõ ra đều được cách ly với các tín hiệu điều khiển bên
ngoài bằng mạch cách ly quang trên khối vào/ra. Mạch cách ly quang dùng một diod
phát quang và một transistor quang gọi là một bộ opto-couplet. Mạch này cho tín hiệu
điện áp nhỏ đi qua và ghìm các tín hiệu điện áp cao xuống mức tín hiệu chuẩn và có
tác dụng chống nhiễu.
2.3.3 Cấu trúc của PLC S7-200.
PLC viết tắt của Programmable Logic Controller là thiết bị điều khiển logic lập
trình được, cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển thông qua một ngôn
ngữ lập trình.

S7-200 là thiết bị điều khiển khả trình loại nhỏ của hãng Siemens, có cấu trúc
theo kiểu module và có các module mở rộng. Các module này sử dụng cho nhiều ứng
dụng lập trình khác nhau. Thành phần cơ bản của S7-200 là CPU: có nhiều loại CPU
212, 214, 224, 226, …Mới nhất có CPU 224xp và 226xp có tích hợp analog. Trong nội
12 
 


 

dung đồ án chỉ giới thiệu CPU: CPU 224. Về hình thức bên ngoài, sự khác nhau của
hai loại CPU này nhận biết được nhờ số đầu vào/ra và nguồn cung cấp.

Hinh 2.3 Một PLC trong thực tế
2.3.3.1 Đặt điểm của CPU 224 bao gồm:
− Kích thướt: 120.5mm x 80mm x 62mm
− Dung lượng bộ nhớ chương trình 4096 words.
− Dung lượng bộ nhớ dữ liệu 2560 words.
− Bộ nhớ loại EEFROM.
− Có 14 cổng vào và 10 cổng ra.
− Có thể thêm vào 7 modul mở rộng kể cả modul analog.
− Tốc độ xử lý một lệnh logic Boole 0,37µs.
− Có 256 timer , 256 counter, các hàm số học trên số nguyên và số thực.
− Có 6 bộ đếm tốc độ cao, tần số lên đến 20 KHz.
− Có 2 bộ phát xung nhanh kiểu PTO và PWM, tần số 20 KHz chỉ có ở CPU DC.
− Có 2 bộ điều chỉnh tương tự.
− Các ngắt: phần cứng, theo thời gian và truyền thông.
− Đồng hồ thời gian thực.
− Chương trình được bảo vệ bằng Password.

13 
 




Ton b vựng nh khụng b mt d liu trong khong thi gian 190 gi khi
PLC b mt ngun nuụi.
2.3.3.2 Cỏch giao tip gia mỏy tớnh v PLC.
S7-200 s dng cng truyn thụng ni tip RS485 vi phớch ni 9 chõn phc
v cho vic ghộp ni vi thit b lp trỡnh hoc vi cỏc trm PLC khỏc. Tc truyn
cho mỏy lp trỡnh kiu PPI l 9600 baud.
Chn cng truyn thụng:
Trng hp giao tip l cỏp USB thỡ cng giao tip phi chn USB v cn cú
cỏp ni PC/PPI vi b chuyn i USB/RS485.
Trng hp giao tip l cỏp COM thỡ phi chn ỳng cng COM trờn mỏy tớnh
v cn cú cỏp ni PC/PPI vi b chuyn i RS232/RS485.
2.3.4 Phng phỏp lp trỡnh.
S7-200 biu din mt mch logic cng bng mt dóy cỏc lnh lp trỡnh.
Chng trỡnh bao gm mt dóy cỏc lnh. S7-200 thc hin chng trỡnh bt u t
lnh lp trỡnh u tiờn v kt thỳc lnh cui trong mt vũng. Mt vũng nh vy c
gi l vũng quột.
Mt vũng quột (scan cycle) c bt u bng vic c trng thỏi ca u vo,
v sau ú thc hin chng trỡnh. Scan cycle kt thỳc bng vic thay i trng thỏi u
ra. Trc khi bt u mt vũng quột tip theo S7-200 thc thi cỏc nhim v bờn trong
v nhim v truyn thụng. Chu trỡnh thc hin chng trỡnh l chu trỡnh lp.

4. Chuyển dữ
từ bộ đếm ảo
ra ngoại vi.

1. Nhập dữ liệu
từ ngoại vi vo
bộ đếm ảo.

3. Truyền thông
tự kiểm tra lỗi.

2. Thực hiện
chƯơng trình.
Hinh 2.4 Chu k quột ca PLC S7-200

14



 

2.3.4.1 Ngôn ngữ lập trình.
Cách lập trình cho S7-200 nói riêng và cho các PLC của Siemens nói chung dựa
trên hai phương pháp lập trình cơ bản: Phương pháp hình thang (Ladder Logic viết tắt
là LAD) và phương pháp liệt kê lệnh (Statement List viết tắt là STL).
Nếu chương trình được viết theo kiểu LAD, thiết bị lập trình sẽ tự tạo ra một
chương trình theo kiểu STL tương ứng. Nhưng ngược lại không phải mọi chương trình
được viết theo kiểu STL cũng có thể chuyển được sang LAD.
 Ngôn ngữ lập trình kiểu LAD: LAD là một ngôn ngữ lập trình bằng đồ họa. Những
thành phần cơ bản dùng trong LAD tương ứng với các thành phần của bảng điều
khiển bằng rơle. Trong chương trình LAD các phần tử cơ bản dùng để biểu diễn
lệnh logic như sau:
− Tiếp điểm: là biểu tượng (symbol) mô tả các tiếp điểm của rơle. Các tiếp điểm

đó có thể là thường mở   hoặc thường đóng   
− Cuộn dây (coil): là biểu tượng   mô tả các rơle được mắc theo chiều
dòng điện cung cấp cho rơle.
− Hộp (box): là biểu tượng mô tả các hàm khác nhau nó làm việc khi có dòng
điện chạy đến hộp. Những dạng hàm thường được biểu diễn bằng hộp là các bộ
định thời gian (Timer), bộ đếm (Counter) và các hàm toán học. Cuộn dây và các
hộp phải được mắc đúng chiều dòng điện.
 Ngôn ngữ lập trình kiểu STL: là phương pháp liệt kê lệnh, trong chương trình
nó được thể hiện dươi dạng tập hợp các câu lệnh, mỗi câu lệnh biểu diễn một
chức năng của PLC.
2.3.5 Module analog EM235
Module EM235 là module analog mở rộng dùng cho PLC S7-200 gồm có:
− 4 đầu vào analog hay 4 kênh ADC 12bit:
− Một đầu ra analog hay một kênh DAC 12bit
Module analog là một công cụ xử lý các tín hiệu tương tự thông qua việc xử lý
các tín hiệu số.
Nguyên lý hoạt động của module analog :
− Điện áp: 0 – 5V, 0 – 10V, ± 5V, ± 10V ……
− Dòng điện: 0 – 20mA, 4 – 20mA
15