thiết kế hệ thống giám sát nhiệt độ phòng sever máy tính

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA ĐIỆN

ĐỒ ÁN : ĐO LƯỜNG VÀ CẢM BIẾN

Đề tài : Đo nhiệt độ phòng server và báo động khi nhiệt độ quá ngưỡng

Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Bá Khá
Sinh viên thực hiện : Nguyễn Đình Nam
MSV:1041040062
Lớp: Điện 1_K10


Lời nói đầu

Đất nước đang càng ngày phát triển theo xu thế công nghiêp hóa hiện
đại hóa . Thế giở trải qua các cuộc cách mạng công lần thứ nhất là
nước , lần thứ hai là điện, lần ba là internet và cuộc cách mạng công
nghiệp lần thứ 4 đang ngày càng đến gần đó là cuộc cách mạng về tự
động hóa . Đó cũng là một cơ hội và thách thức cho nước ta. Nên các
môn tự động hóa càng được chú trọng
Dựa vào môn lập trình PLC và sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy
Nguyễn Bá Khá trong bộ môn đo lương và điều khiển. Em đã được tự
mình làm một đề tài khá thú vị mang lại cho em rất nhiều kiến thức đó
là đề tài : “ Đo nhiệt độ ở phòng sever báo động khi nhiệt độ quá
ngưỡng” . Do kiến thức của em có hạn nên trong đề tài này không thể
tránh được sai sót . Em mong được sự đóng góp của thầy để đề tài của
em được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!

1


Mục lục

Chương 1
1.1

Tổng quan về phương pháp đo nhiệt độ....................................................3

khái niệm nhiệt độ và các thang đo nhiệt..........................................................3

1.1.1

khái niệm nhiệt độ.....................................................................................3

1.1.2

Các phương pháp đo nhiệt độ....................................................................5

Chương 2

thiết kế hệ thống đo và điều khiển.............................................................7

2.1

, Sơ đồ khối hệ thống........................................................................................7

2.2

Lựa chọn thiết bị thực tế...................................................................................8

2.2.1

, Cảm biến nhiệt độ PT100........................................................................8

2.2.2

Bộ xử lý (CPU)..........................................................................................8

A,

PLC S7-200(CPU224)...............................................................................9

B,

Module anolog EM235............................................................................10

Mô tả....................................................................................................................... 11
2.2.3

loa............................................................................................................18

2.2.4

Đèn báo....................................................................................................18

2.3

Lập trình phần mền.........................................................................................19

Chương 3

Kết luân...................................................................................................20

Chương 1 Tổng quan về phương pháp đo nhiệt độ

2


1.1 khái niệm nhiệt độ và các thang đo nhiệt
1.1.1 khái niệm nhiệt độ

 Nhiệt độ là đại lương vật lý đặc trưng cho cường độ chuyển
động của các nguyên tử, phân tử của một hệ vật chất. Tuỳ theo
từng trạng thái của vật chất ( rắn, lỏng, khí) mà chuyển động
này có khác nhau. Ở trạng thái lỏng, các phân tử dao động
quanh vi trí cân bằng nhưng vi trí cân bằng của nó luôn dịch
chuyển làm cho chất lỏng không có hình dạng nhất định. Còn ở
trạng thái rắn, các phần tử, nguyên tử chỉ dao động xung quanh
vị trí cân bằng. Các dạng vận động này của các phân tử, nguyên
tử được gọi chung là chuyển động nhiệt. Khi tương tác với bên
ngoài có trao đổi năng lượng nhưng không sinh công, thì quá
trình trao đổi năng lượng nói trên gọi là sự truyền nhiệt. Quá
trình truyền nhiệt trên tuân theo 2 nguyên lý:
-Nhiệt chỉ có thể tự truyền từ nơi có nhiệt độ cao đến nơi có
nhiệt độ thất.Ở trạng thái rắn, sự truyền nhiệt xảy ra chủ yếu
bằng dẫn nhiệt và bức xạ nhiệt.
-Đối với các chất lỏng và khí ngoài dẫn nhiệt và bức xạ nhiệt
còn có truyền nhiệt bằng đối lưu. Đó là hiện tượng vận chuyển

năng lượng nhiệt bằng cách vận chuyển các phần của khối vật
chất giữa các vùng khác nhau của hệ do chênh lệch về tỉ trọng.
b) Các thang đo nhiệt
 Fahrenheit
-Độ Fahrenheit được nghĩ ra vào đầu thế kỉ 18. Trên thang đo
này, điểm băng là 32o và điểm hơi nước là 212o. Những con số
này phát sinh bởi vì Fahrenheit không sử dụng điểm băng và
điểm hơi nước cố định mà chọn một hỗn hợp băng/muối làm
điểm mốc dưới mà ông gán cho giá trị 0 o, và nhiệt độ cơ thể
người được gán cho giá trị 96o.
3


-Thang đo Fahrenheit thỉnh thoảng vẫn được sử dụng trên bản
tin thời tiết ở Mĩ, còn trong khoa học thì nó đã thuộc về lịch
sử.

 Celsius
-Vào năm 1742, nhà thiên văn học người Thụy Điển
Anders Celsius đề xuất một thang đo nhiệt độ trong đó băng tan
ở 0o và nước sôi ở 100o. Thang Celsius được sử dụng rộng rãi,
thỉnh thoảng được gọi là thang bách phân vì có 100 độ chia giữa
hai điểm cố định đã nói. Nhiệt độ trên thang đo này được cho
theo “độ Celsius”, oC.

4


-Một nhược điểm của thang Celsius là nhiệt độ thấp hơn điểm
đóng băng là âm.

 Kelvin
-Vào năm 1848, nhà vật lí William Thomson (sau này là huân
tước Kelvin) đề xuất một thang đo nhiệt độ bắt đầu tại nhiệt độ
thấp nhất có thể có trên lí thuyết, độ không tuyệt đối. Thang đo
này được gọi là nhiệt giai tuyệt đối hay nhiệt giai Kelvin. Các
độ chia trên thang đo này được gọi là kelvin và được kí hiệu là
K (không phải oK). Một độ chia kelvin bằng cỡ với một độ
chia Celsius, tức là 1 K = 1oC.

1.1.2Các phương pháp đo nhiệt độ

Nhiệt độ là đại lượng chỉ có thể đo gián tiếp trên cơ sở tính chất
của vật phụ thuộc nhiệt độ. Hiện nay chúng ta có nhiều nguyên lí cảm
biến khác nhau để chế tạo cảm biến nhiệt độ như: nhiệt điện trở, cặp
nhiệt ngẫu, phương pháp quang dựa trên phân bố phổ bức xạ nhiệt,
phương pháp dựa trên sự dãn nở của vật rắn, lỏng, khí hoặc dựa trên
tốc độ âm… Có 2 phương pháp đo chính:
 Ở dải nhiệt độ thấp và trung bình phương pháp đo là phương
pháp tiếp xúc, nghĩa là các chuyển đổi được đặt trực tiếp ngay
trong môi trường đo. Thiết bị đo như: nhiệt điện trở, cặp nhiệt,
bán dẫn.
 Ở dải nhiệt độ cao phương pháp đo là phương pháp không tiếp
xúc ( dụng cụ đặt ngoài môi trường đo). Các thiết bị đo hay
được sử dụng là cảm biến nhiệt.
5


1.1

Các thiết bị đo nhiệt độ chuyên dụng

 Đồng hồ đo nhiệt độ
Đồng hồ đo nhiệt độ được ứng dụng công nghệ cảm biến tiên
tiến nhất hiện nay, đảm bảo độ chính xác trong việc đo nhiệt độ,
độ ẩm của môi trường, xí nghiệp, nhà máy, hệ thống sản xuất,
hệ thống lò nung…
Thiết bị đo nhiệt độ này phổ biến như Đồng hồ đo nhiệt độ TB24, Nhiệt kế, Đông Hồ Nhiệt Độ ( TG-32)
 Cảm Biến Nhiệt Độ

-Cảm biến nhiệt độ chuyên được sử dụng để đo nhiệt độ của hệ
thống sản xuất công nghiệp trong quá trình hoạt động tại các nhà
máy, khu công nghiệp.
-Cảm biến nhiệt độ đi cùng với bộ điều khiển để đo nhiệt độ tại
các nhà máy được dễ dàng hơn. Trong thực tế, cảm biến nhiệt
độ được lắp sẵn tại hệ thống, các máy cần đo và theo dõi nhiệt
độ.
 Thiết bị đo nhiệt độ
-Một số loại cảm biến nhiệt độ phổ biến: Thiết bị đo nhiệt độ kim
loại lỏng Tempstick 529, Bộ chuyển đổi tín hiệu can nhiệt K,
Pt ,S, -Cảm biến nhiệt độ trực tiếp lò thép W330, Thiết bị đo
nhiệt độ hiển thị điện tử SK-1260...
 Máy Đo Nhiệt Độ Cầm tay

6


- Đây là một thiết bị đo nhiệt độ gọn nhẹ nên rất tiện ích, thường
được sử dụng cho, thợ cơ khí, thợ điện, người bảo trì máy móc,
thanh tra xây dựng …
- Thiết bị đo nhiệt độ cầm tay đo nhiệt độ bằng phương pháp tiếp

xúc, khi đo nhiệt độ thì ấp đầu dò của thiết bị vào thiết bị cần đo
và kết quả sẽ hiển thị trên thiết bị đo.
- Thiết bị đo nhiệt độ cầm tay được thiết kế đơn giãn, dễ sử
dụng, độ chính xác cao, an toàn tuyệt đối. Đặc biệt, chiều dài
đầu dò bằng thép cáp lên đến 1m chuyên dùng trong vật liệu
đông lạnh, các loại hoa quả. Giá trị đọc nhiệt độ tự động, có thể
hiệu chuẩn bằng tinh chỉnh.

Chương 2 thiết kế hệ thống đo và điều khiển
2.1 , Sơ đồ khối hệ thống

Cảm biến nhiệt
độ

Đối tượng đo

Bộ xư lý
CPU

LOA

Đèn báo
Nguồn cấp

7


2.2 Lựa chọn thiết bị thực tế
2.2.1, Cảm biến nhiệt độ PT100

Các loại đầu dò loại K, Pt100, có dạng ren 13, ren 9.6, hoặc không ren.
– Đường kính: 3.2mm, 4mm, 6.4mm, 8mm.
– Chiều dài: 30mm, 40mm, 50mm, 100mm…
– Nhiệt độ: -50~200 độ C (Pt100), 0-400 độ C (K).
– Dây Cáp dài: 2 mét.
– Thân: Inox 304, inox 316.

2.2.2Bộ xử lý (CPU)

8


A, PLC S7-200(CPU224)

- Nguồn cấp 220VAC
🔽Hàng phía trên :
🔽Chân M và L+ nối vào chân âm ( M) và chân dương (L+) của nguồn một chiều
24V , ta không quan tâm đến chân có dấu mũi tên.
🔽Từ Q0.0 đến Q0.4 ta nối tải , đầu còn lại của tải nối nới chân 1M và chân âm(M) của
nguồn 24V , chân dương của nguồn 24V nối với chân 1L+
🔽Tương tự Q0.5 đến Q1.1 ta cung làm như vậy nhưng là nối với 2M và 2L+
Hàng phía dưới ( hàng ngõ vào Input kí hiệu I0.0 đến I1.5):
🔽Hàng này ta có thể nối công tắc ( như hình ) hoặc nút bấm , sensor,... nói chung là
nối các ngõ vào để điều khiển ngõ ra
9


🔽Một đầu của công tắc nối với cổng I và đầu còn lại nối với chân dương của nguồn
24V , còn nguồn âm của 24v ta nối vào 1M hoặc 2M tùy theo bạn sử dụng cổng I nào (
có 2 nhóm là I0.0 đến i0.7 và I1.0 đến I1.5)

🔽 Chân M và L+ cấp nguồn 24V cho bạn nào muốn sử dụng thì lấy ra

B, Module anolog EM235

EM 235 là một module tương tự gồm có 4AI và 1AO 12bit (có tích hợp các bộ
chuyển đổi A/D và D/A 12bit ở bên trong).

10


2.1 Các thành phần của module analog EM235.

Thành phần

Mô tả

4 đầu vào tương tự
được kí hiệu bởi
các chữ cái
A,B,C,D

Các đầu nối của đầu vào A
Các đầu nối của đầu vào B
Các đầu nối của đầu vào C
Các đầu nối của đầu vào D
Các đầu nối của đầu ra
Chỉnh hệ số khuếch đại
Chỉnh trôi điểm không
Cho phép chọn dải đầu vào và độ phân
giải

A+ , A- , RA
B+ , B- , RB
C+ , C- , RC
D+ , D- , RD
1 đầu ra tương tự (MO,VO,IO)
Gain
Offset
Switch cấu hình
Sơ đồ khối của đầu vào Analog.

11


Sơ đồ khối đầu ra Analog

12


2.2 Định dạng dữ liệu
a/ Dữ liệu đầu vào:
- Kí hiệu vùng nhớ : AIWxx (Ví dụ AIW0, AIW2…)
- Định dạng:
+ Đối với dải tín hiệu đo không đối xứng (ví dụ 0-10V,0-20mA):
MSB
LSB
15 14
3 2
1
0

0
Dữ liệu 12 bit
0
0
0
Modul Analog Input của S7-200 chuyển dải tín hiệu đo đầu vào (áp,
dòng) thành giá trị số từ 032000.
+ Đối với dải tín hiệu đo đối xứng (Ví dụ 10V, 10mA,):
MSB
LSB
15
4 3
2
1
0
Dữ liệu 12 bit
0
0
0
0
Modul Analog Input của S7-200 chuyển dải tín hiệu đo đầu vào áp,
dòng) thành giá trị số từ -3200032000.
b/ Dữ liệu đầu ra:
- Kí hiệu vung nhớ AQWxx (Ví dụ AQW0, AQW2…)
- Định dạng dữ liệu
+ Đối với dải tín hiệu đo không đối xứng (ví dụ 0-10V,4-20mA):
MSB
LSB
15 14
4 3

2
1
0
0
Dữ liệu 11 bit
0
0
0
0
Modul Analog output của S7-200 chuyển đổi con số 032000 thành tín
hiệu điện áp đầu ra 010V.
+ Đối với dải tín hiệu đo đối xứng (Ví dụ 10V, 10mA,): Kiểu này các module
Analog output của S7-200 không hỗ trợ.
MSB
15
Dữ liệu 12 bit

4

3

2
0

0

LSB
1
0
0

0

c/ Bảng tổng hợp :
Định dạng dữ liệu
Kiểu tín hiệu đối xứng
(10V, 10mA,)
Tín hiệu không đối xứng
(010V, 420mA)

Giá trị chuyển đổi
- 32000 đến +32000
0 đến +32000

2.3 Cách nối dây
13


-

a/ Đầu vào tương tự:
Với thiết bị đo đầu ra kiểu điện áp:

RA
+
-

A+

Điện áp

A-

-

Với thiết bị đo tín hiệu đầu ra dòng điện:

RA
A+
A-

+
4-20
mA

-

PS
PS

M
Hoặc :

RA
A+
A-

+
-

4-20

mA

L+
M

b/ Đầu ra tương tự:

14


MO
VO

Tải điện áp

IO

Tải dòng điện

c/ Cấp nguồn cho Module:

M

Nguồn
24 VDC

L+

Tổng quát cách nối dây:

15


2.4 Cài đặt dải tín hiệu vào.
Module EM 235 cho phép cài đặt dải tín hiệu và độ phân giải của đầu vào
bằng switch:
On
Off

Sau đây là bảng cấu hình :
Dải không đối xứng
SW1
SW2 SW3
ON
OFF
OFF
OFF
ON
OFF
ON
OFF
OFF
OFF
ON
OFF
ON
OFF
OFF
ON
OFF

OFF
OFF
ON
OFF
Dải đối xứng
SW1
SW2 SW3
ON
OFF
OFF
OFF
ON
OFF
OFF
OFF
ON
ON
OFF
OFF
OFF
ON
OFF
OFF
OFF
ON
ON
OFF
OFF
OFF
ON

OFF
OFF
OFF
ON

SW4
ON
ON
OFF
OFF
OFF
OFF
OFF

SW5
OFF
OFF
ON
ON
OFF
OFF
OFF

SW6
ON
ON
ON
ON
ON
ON

ON

SW4
ON
ON
ON
OFF
OFF
OFF
OFF
OFF
OFF

SW5
OFF
OFF
OFF
ON
ON
ON
OFF
OFF
OFF

SW6
OFF
OFF
OFF
OFF
OFF

OFF
OFF
OFF
OFF

Dải đầu vào

Độ phan giải

0 – 50 mV
0 – 100 mV
0 – 500 mV
0–1V
0–5V
0 – 20 mA
0 – 10 V
Dải đầu vào

12.5 uV
25 uV
125 uV
250 uV
1.25 mV
5 uA
2.5 mV
Độ phân giải

± 25 mV
± 50 mV
± 100 mV

± 250 mV
± 500 mV
± 1V
± 2.5 V
±5V
± 10 V

12.5 uV
25 uV
50 uV
125 uV
250 uV
500 uV
1.25 mV
2.5 mV
5 mV

2.5 Trình tự thiết lập và căn chỉnh cho module analog .
a/ Căn chỉnh đầu vào cho module analog
- Hãy tắt nguồn cung cấp cho module
- Gạt switch để chọn dải đo đầu vào
- Bật nguồn cho CPU và module. Để module ổn định trong vòng 15 phút.
- Sử dụng các bộ truyền, nguồn áp, hoặc nguồn dòng, cấp giá trị 0 đến một trong
những đầu vào.
- Đọc giá trị nhận được trong CPU.
- Căn cứ vào giá trị đó hãy chỉnh OFFSET để đưa giá trị về 0 (căn chỉnh điểm
không) , hoặc giá trị số cần thiết kế.
- Sau đó nối một trong những đầu vào với giá trị lớn nhất của dải đo.
- Đọc giá trị nhận được trong CPU.
16

-

Căn cứ vào giá trị đó hãy chỉnh GAIN để đọc được giá trị là 32000, hoặc giá trị
số cần thiết kế.
Lặp lại các bước chỉnh OFFSET và GAIN nếu cần thiết.
Chú ý :
Phải chắc chắn nguồn cung cấp cho cảm biến phải được loại bỏ nhiễu và phải
ổn định.
Dây dẫn tín hiệu phải có lớp bảo vệ chống nhiễu.
Các đầu vào analog không sử dụng phải được nối ngắn mạch (ví dụ A+ nối với
A-)

2.6 Cách tính qua bộ chuyển đổi
OV đầu ra từ(0-100*C)
LV đầu vào (6400-32000) tương ứng với điện áp của cảm biến nhiệt độ từ (0-10V)
hoặc từ(4mA-20mA)
OSH đầu ra max 100
OHI đầu ra min 0
ISH đầu vào max 32000
ISL đầu vào min 6400
OV=
OV=
=0.00390625IV-25

17


2.2.3loa

Thông số kỹ thuật :
- Điện áp :12V,24V,110V,220V AC 50~60 Hz
- 98 DB
- Trọng lượng : 0,5 KG

2.2.4Đèn báo

Chứ năng: dùng để cảnh báo những nơi nguy hiểm, thường được lắp đặt ở
công trường, cầu đường đang thi công sửa chữa, đặc biệt phát huy tác dụng
vào ban đêm.
18


Thông số kỹ thuật
-

Điện áp :12V, 24V, 110V, 220V, AC 50 60 Hz

2.3 Lập trình phần mền

19


Chương 3 Kết luân
Đây là một đề tài rất thực tế . Đề tài này đã giúp em kết nối giữa các môn học liên
quan đến nhau. Tuy là dùng PLC trong thực tế giá thành khá là cao nhưng bù lại thì nó
có độ chính xác cao và không bị nhiễu sóng. Em rất cảm ơn thầy đã hướng dẫn nhiệt
tình trong quá trình làm đồ án
Tham khảo

20


21