GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ, ẨM ĐỘ TRONG NHÀ KÍNH ỨNG DỤNG MATLAB VÀ WINCC

Đề tài tốt nghiệp

GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ, ẨM ĐỘ TRONG NHÀ KÍNH
ỨNG DỤNG MATLAB VÀ WINCC

Tác giả

Nguyễn Nhật Minh
Nguyễn Minh Tuấn

Khóa luận được đệ trình đề để đáp ứng yêu cầu cấp bằng Kỹ sư ngành
Cơ điện tử

Giáo viên hướng dẫn:
Ths.Trần Thị Kim Ngà
Ts.Nguyễn Văn Hùng

i


Đề tài tốt nghiệp

Cảm tạ
Trước hết, chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy giáo TS.Nguyễn Văn
Hùng và cô Ths.Trần Thị Kim Ngà, người đã giúp đỡ rất nhiều về định hướng nghiên
cứu, thiết bị thí nghiệm phục vụ cho đề tài.
Chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo đã giảng dạy chúng em, đặc
biệt là các thầy cô giáo trong Bộ môn Cơ điện tử.
Chúng em xin chân thành cảm ơn anh kỹ sư Thanh Thương ở công ty TNHH
Âu Việt đã cho em mượn thiết bị làm đề tài.
Xin chân thành cảm ơn các bạn ở diễn đàn siemens đã tận tình giải đáp thắc của

chúng em ,đặc biệt là Romulus và Umencho.
Và cuối cùng, chúng em xin dành tất cả lòng biết ơn và kính trọng sâu sắc nhất
tới bố mẹ chúng em, những người đã sinh thành, nuôi dưỡng chúng em nên người, đã
lo lắng, chỉ bảo từ những việc nhỏ nhất, đã tạo mọi điều kiện cho chúng em được sống
và học tập một cách tốt nhất để vươn tới những ước mơ và hoài bão của mình.
Mặc dù đã rất nỗ lực và cố gắng để hoàn thành luận văn tốt nghiệp này, song
chắc chắn không thể tránh khỏi sai sót. Vì vậy, chúng em rất mong nhận được sự chỉ
bảo của thầy cô giáo để đề tài hoàn thiện hơn.

ii


TÓM TẮT
Đề tài nghiên cứu “giám sát và điều khiển nhiệt độ, ẩm độ trong nhà kính ứng
dụng matlab và WinCC” được tiến hành tại trường Đại Học Nông Lâm Tp Hồ Chí
Minh, thời gian từ 1 tháng 4 năm 2010 đến 30 tháng 6 năm 2010.
Kết quả đạt được là điều khiển được nhiệt độ và ẩm độ như yêu cầu. Giám sát
được nhiệt độ ẩm độ và các đối tượng điều khiển. Mô phỏng và đánh giá được hệ
thống bằng matlab
Giao diện trên WinCC có hai chế độ lựa chọn là tự động và điều khiển bằng tay,
việc điều khiển bằng tay được thực hiện bằng cách nhấn vào các nút trên giao diện, khi
nhấn nút thì đối tượng điều khiển sẽ hoạt động còn khi thả chuột ra thì sẽ ngưng hoạt
động việc này được lập trình trên WinCC. Khi chọn chế độ tự động thì sẽ cho phép
PLC thực thi chương trình đã được cài đặt cho PLC. Trên giao diện ta có thể giám sát
động cơ và cảm biến.
Giao diện giám sát với matlab dùng để hiển thị các giá trị nhiệt độ, ẩm độ trong
nhà kính và mô phỏng các giá trị đo được từ cảm biến bằng đồ thị trong lập trình GUI
của matlab. Việc mô phỏng đồ thị này đóng một vai trò khá quan trọng trong việc đánh
giá một hệ thống điều khiển trong nhà kính có đạt yêu cầu hay không. Giao diện được
thiết kế thân thiện và dễ sử dụng đối với mọi người.

Đề tài tốt nghiệp

MỤC LỤC
Trang tựa..........................................................................................................................i
Cảm tạ ............................................................................................................................ ii
Tóm tắt .......................................................................................................................... iii
Mục lục ..........................................................................................................................iv
Danh sách các chữ viết tắt .............................................................................................vi
Danh sách các hình ...................................................................................................... vii
Danh sách các bảng .......................................................................................................ix
CHƯƠNG 1. MỞ ĐẦU ............................................................................................... 1
1.1. Đặt vấn đề ................................................................................................................ 1
1.2 Mục đích ................................................................................................................... 1
CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN ....................................................................................... 2
2.1. Cấu trúc nhà kính..................................................................................................... 2
2.2. Yêu cầu các tiểu khí hậu trong nhà lưới nhà kính ................................................... 2
2.3. Giải pháp tối ưa hóa tiểu khí hậu trong nhà kính .................................................... 3
2.4. Tổng quan về PLC S7-200 ...................................................................................... 6
2.5. Tổng quan về modun analog EM 235 ...................................................................... 9
2.6 .Cảm biến ................................................................................................................11
2.7. Tổng quan về phầm mềm giám sát điều khiển WinCC.........................................12
2.8. Truyền dữ liệu nối tiếp giữa vi điều khiển và máy tính ........................................13
2.9. Tìm hiểu về ADC ..................................................................................................18
CHƯƠNG 3. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.........................21
3.1 Nội dung nghiên cứu ..............................................................................................21
3.2 Phương pháp nghiên cứu ........................................................................................21
3.3 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm ...................................................................23
CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.............................................................25

4.1. Kết quả chế tạo bộ phận giám sát với matlab ........................................................25
4.2 Kết quả thiết kế bộ phận điều khiển PLC ...............................................................34
4.3 Kết quả thiết kế giao diện điều khiển và giám sát trên WinCC .............................37
4.4. Nhận xét chung ......................................................................................................41

iv


Đề tài tốt nghiệp

CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ................................................................42
TÀI LIỆU THAM KHẢO..........................................................................................43
PHỤ LỤC ....................................................................................................................44

v


Đề tài tốt nghiệp

Danh sách các chữ viết tắt
PLC :Programmable logic controller
WinCC: Windows Control Center
VDK: Vi điều khiển

vi


Đề tài tốt nghiệp

Danh sách các hình

Hình 2.1: Các yếu tố tiểu khí hậu tronh nhà kính......... Error! Bookmark not defined.
Hình 2.2: Lưới cắt nắng Aluminet ............................... Error! Bookmark not defined.
Hình 2.3: Lưới cắt nắng aluminet ................................. Error! Bookmark not defined.
Hình 2.4: Vòi phun sương làm mát nhà kính ............... Error! Bookmark not defined.
Hình 2.5: a. Thông thoáng tự nhiên .............................. Error! Bookmark not defined.
Hình 2.6: Phân bố gió cưỡng bức nhờ bố trí quạt trong nhà kính.Error!

Bookmark

not defined.
Hình 2.7: Sơ đồ chân cổng truyền thông ...................... Error! Bookmark not defined.
Hình 2.8: Sơ đồ kết nối PLC S7-200 và máy tính ........ Error! Bookmark not defined.
Hình 2.9 Bộ nhớ trong và ngoài của S7-200 ................ Error! Bookmark not defined.
Hình 2.10:cảm biến ẩm độ............................................ Error! Bookmark not defined.
Hình 2.11Thành phần của WinCC (Nguồn :WinCC information system) .......... Error!
Bookmark not defined.
Hình 2.12. Cổng COM máy tính loại 9 chân và loại 25 chânError!

Bookmark

not

defined.
Hình 2.13. Sơ đồ chân MAX232 ................................. Error! Bookmark not defined.
Hình 2.14: Sơ đồ chân ADC0809 ............................................................................................ 19

Hình 3.1: Sơ đồ khối mạch giám sát ............................................................................21
Hình 3.2 cáp kết nối giữa WinCC và PLC ...................................................................23
Hình 3.3. Vị trí đặt các lớp cảm biến đo trên mô hình ............................................................ 23
Hình 3.4: Vị trí đặt cảm biến đo trên mô hình........................................................................ 24

Hình 4.1 : Sơ đồ khối mạch thu thập và hiển thị dữ liệu ..............................................25
Hình 4.2: Sơ đồ mạch nguồn ........................................................................................26
Hình 4.3: Sơ đồ mạch chuyển đổi ADC .......................................................................26
Hình 4.4: Sơ đồ mạch hiển thị giá trị cảm biến ra bên ngoài .......................................27
Hình 4.5: Sơ đồ mạch điều khiển .................................................................................28
Hình 4.6: sơ đồ mạch giao tiếp máy tính.....................................................................29
Hình 4.7: mô phỏng cảm biến nhiệt độ LM35 thông qua ADC0809 ...........................31
Hình. 4.8: Mô phỏng nhiệt độ trong nhà kính bằng đồ thị theo màu ...........................32

vii


Đề tài tốt nghiệp

Hình 4.9: Mô phỏng nhiệt độ trong nhà kính bằng nội suy hàm spline bậc 3 .............32
Hình 4.10: Mô phỏng ẩm độ trong nhà kính bằng nội suy hàm spline bậc 3...............33
Hình 4.11: Mô phỏng ẩm độ của nhà kính ở vị trí 3 tầng bằng nội suy hàm spline
bậc 3 ..............................................................................................................................34
Hình 4.12 : Sơ đồ khối của bộ điều khiển bằng PLC và giám sát trên WinCC ...........35
Hình 4.13: Mạch điều khiển các yếu tố trong nhà kính ...............................................36

viii


Đề tài tốt nghiệp

Danh sách các bảng
Bảng 2.1: Chọn giới hạn đầu vào và độ phân giải bằng cách chỉnh switch (Nguồn từ
manual của EM 235) ......................................................................................................... 10

Bảng 2.2: Các chế độ của cổng nối tiếp .......................................................................14
Bảng 2.3: Thanh ghi điều khiển cổng nối tiếp .............................................................14
Bảng 2.4: Sự bố trí chân của phích cắm RS232 ...........................................................16
Bảng 4.1: mã ASCII của các số tự nhiên từ 0 đến 9 ....................................................30

ix


Đề tài tốt nghiệp

Chương 1
MỞ ĐẦU
1.1 Đặt vấn đề
Với xu hướng công nghiệp hoá, hiện đại hoá vào Nông nghiệp. Một trong
những hướng công nghiệp hoá nông nghiệp là áp dụng hình thức sản xuất kiểu công
nghiệp tức là thực hiện thâm canh hiệu quả cao và bền vững bằng phương thức sản
xuất nông nghiệp hiện đại, sản xuất quanh năm không phụ thuộc vào điều kiện khí hậu
môi trường. Để đáp ứng được mục tiêu này nhất thiết các cây trồng phải được trồng
trong nhà kính, trong đó hệ thống thiết bị điểu khiển tiểu khí hậu trong nhà kính nhằm
tạo ra môi trường tốt cho cây trồng phát triển là yếu tố quyết định. Ứng dụng kỹ thuật
trồng cây trong nhà lưới, nhà kính sẽ mang lại hiệu quả thiết thực cho người sản xuất
cũng như nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm nông nghiệp.
Do vậy góp phần nâng cao công nghệ và với mong muốn được áp dụng những
kiến thức đã học vào thực tiễn chúng em đã đề xuất thực hiện đề tài “giám sát và điều
khiển nhiệt độ và ẩm độ trong nhà kính ứng dụng Matlab và WinCC”.
1.2 Mục đích
Giám sát và điều khiển nhiệt độ và ẩm độ trong nhà kính ứng dụng Matlab và
WinCC nhằm góp phần nâng cao mức độ tự động hóa, thuận tiện cho người sử dụng
và nâng cao chất lượng hệ thống. Kết quả của đề tài không những hữa ích trong hệ
thống thực mà còn có thể được dùng làm học cụ cho các ngành liên quan

1


Đề tài tốt nghiệp

Chương 2
TỔNG QUAN
2.1 Cấu trúc nhà kính
Khi thiết kế nhà lưới nhà kính, cần quan tâm đến các khía cạnh quan trọng sau:
• Thông gió tự nhiên
• Độ xuyên thấu ánh sáng
• Độ đồng đều của các điều kiện khí hậu trong nhà kính
• Tải trọng
• Độ bền, tuổi thọ nhà kính
• Dễ lắp đặt và bảo dưỡng
• Thích nghi với dải rộng các loại cây trồng
• Kích thước: Chiều cao, Chiều rộng, Chiều dài & Số nhịp nhà kính, hành lang
• Kiểu thông gió
• Kiểu che phủ
• Thải nhiệt dư
• Hệ thống điều khiển khí hậu và tưới có phân bón
2.2. Yêu cầu các tiểu khí hậu trong nhà lưới nhà kính
Điều kiện môi trường trong nhà lưới, nhà kính bao gồm các yếu tố chính như
nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng và độ thông thoáng. Nhà lưới, nhà kính có thể tạo môi
trường tiểu khí hậu tối ưu cho cây trồng qua việc khống chế các yếu tố chính như nhiệt
độ, ẩm độ, ánh sáng và CO2. Các yếu tố tiểu khí hậu thể hiện như (hình 2.1)
2.2.1 Nhiệt độ

2

Đề tài tốt nghiệp

Mỗi loại rau, hoa đều yêu cầu một giới hạn nhiệt độ để sinh trưởng và phát triển.
Hiệu suất quang hợp của hầu hết các loại rau đều dừng lại ở nhiệt độ là 300C. Một số
loài rau thực hiện quang hợp có hiệu quả ở 12 - 240C, trong khi một số loại khác lại
quang hợp tốt ở nhiệt độ từ 18 - 240C. Ở nhiệt độ thích hợp đồng thời được cung cấp
đầy đủ nước và dinh dưỡng thì cây có thể phát triển nhanh nhất. Nhiệt độ quá cao và
quá thấp đều làm cho cây dừng sinh trưởng và có thể bị chết ở nhiệt độ thấp (00C) và
nhiệt độ cao (400C)

Hình 2.1: Các yếu tố tiểu khí hậu tronh nhà kính
2.2.2 Độ ẩm
Độ ẩm tuyệt đối của không khí là khối lượng của hơi nước có trong 1m3 không
khí ẩm, (kg/m3 không khí ẩm). Độ ẩm tương đối là tỷ số giữa độ ẩm tuyệt đối trên độ
ẩm tuyệt đối lớn nhất ứng với nhiệt độ nào đó của không khí ẩm. Độ ẩm không khí
thấp sẽ làm cho cây bị khô do hiện tượng chênh lệch áp suất riêng phần của hơi nước
của cây và trong không khí. Ngược lại ẩm độ không khí quá cao sẽ làm cho cây trồng
trong nhà kính dễ bị bệnh
2.2.3 Thông Thoáng
Làm loãng không khí có chứa hơi nước và các chất độc hại do phân,cây trồng
thải vào không khí. Tạo ra sự trao đổi không khí bên trong và bên ngoài nhà kính, giúp
cây trồng hô hấp, quang hợp và sinh trưởng trong điều kiện tối ưu nhất.
2.3 Giải pháp tối ưa hóa tiểu khí hậu trong nhà kính
2.3.1 Giải pháp làm mát nhà kính

3

Đề tài tốt nghiệp

Nhà lưới nhà kính thường được làm mát bằng các giải pháp như chắn sáng bằng
lưới cắt nắng phủ nhôm, phun sương, làm mát bằng hệ thống tạo ẩm cooling pad, tăng
thông thoáng. Tùy theo điều kiện cụ thể mà một hay tất cả các phương án có thể được
bao gồm trong cấu trúc nhà kính.
• Màng phủ giảm sáng và lưới cắt nắng aluminet được thể hiện như (Hình 2.2)

Hình 2.2: Lưới cắt nắng Aluminet

Màng cắt nắng aluminet ta dùng có hai mặt, một mặt màu bạc, mặt này được
hướng ra nhà kính để phản xạ ánh nắng mặt trời, mặt còn lại màu xanh được hướng
vào nhà kính (hình2.3)

Hình 2.3: Lưới cắt nắng aluminet

4


Đề tài tốt nghiệp

• Vòi phun làm mát Coolnet (hình 2.4)

Hình 2.4: Vòi phun sương làm mát nhà kính

2.3.2 Giải pháp thông thông thoáng cho nhà lưới nhà kính
Có hai phương pháp chính thông thoáng cho nhà kính là thông thoáng tự nhiên
(natural ventilation) (hình 2.5a) và thông thoáng cưỡng bức (force ventilation) (hình
2.5b).

(a)

(b)
Hình 2.5: a. Thông thoáng tự nhiên
b. Thông thoáng cưỡng bức dùng quạt

Thông thoáng hợp lý không những giảm nhiệt độ trong nhà mà còn làm phân bố
nhiệt trong nhà. Theo mô hình của Netafim, quạt thông gió là loại quạt hướng trục có
lưu lượng 40m3/phút, công suất 1 - 1,5 kWh. Số lượng quạt được tính theo công thức
sau:
N=(I*V)/Q

5


Đề tài tốt nghiệp

Trong đó:

N: số quạt cần thiết
I : Lượng gió cần thiết trong khuôn viên nhà (m3)
V: Yếu tố thông thoáng (lần/giờ hoạt động quạt)
Q: Lưu lượng quạt (m3/giờ)

Quạt được bố trí như (hình 2.6) tạo đối lưu cưỡng bức làm giảm nhiệt độ, ẩm độ trong
nhà.

Hình 2.6: Phân bố gió cưỡng bức nhờ bố trí quạt trong nhà kính.
2.4 Tổng quan về PLC S7-200
Chức năng cơ bản của S7-200 là giám sát đầu vào và dựa trên chương trình điều

khiển, bật hoặc tắt các đầu ra
Thiết bị điều khiển logic lập trình được (PLC) hiện nay có ứng dụng rất rộng rãi.
Chức năng điều khiển của PLC có thể thay thế cả một mảng rơle, hơn thế nữa, PLC
giống như một máy tính nên có thể lập trình được. Chương trình của PLC có thể thay
thế rất dễ dàng, các chương trình cũng có thể được sửa đổi nhanh chóng. Vì vậy không
chỉ có các chuyên gia phần mềm mà ngay cả các kỹ thuật viên hay người vận hành
cũng có thể lập trình được cho PLC
2.4.1Cấu hình của PLC S7-200 CPU 214 .
• 2048 từ đơn (4 K byte), để lưu chương trình thuộc miền bộ nhớ đọc/ghi.
• 2048 từ đơn (4K byte), kiểu đọc/ghi để lưu giữ dữ liệu, trong đó 512 từ đầu
thuộc miền non-volatile.
• 14 cổng vào và 10 cổng ra logic.
• Có 7 modul để mở rộng thêm cổng vào/ra bao gồm cả modul analog.
• Tổng số cổng vào/ra cực đại là 64 cổng vào và 64 cổng ra.

6


Đề tài tốt nghiệp

• 128 bộ tạo thời gian trễ (Timer), chia làm 3 loại theo độ phân giải khác nhau:
trong đó 4 Timer có độ phân giải 1ms, 16 Timer có độ phân giải 10ms, 108
Timer có độ phân giải 100ms.
• 128 bộ đếm (Counter), được chia làm hai loại: loại bộ đếm chỉ đếm tiến và loại
vừa đếm tiến vừa đếm lùi.
• 688 bit nhớ đặc biệt dùng để thông báo trạng thái và đặt chế độ làm việc.
• Các chế độ ngắt và xử lý ngắt bao gồm: ngắt truyền thông, ngắt theo sườn lên
hoặc xuống, ngắt thời gian, ngắt của bộ đếm tốc độ cao và ngắt truyền xung.
• 3 bộ đếm tốc độ cao với nhịp 2 KHz và 7 KHz.
Toàn bộ vùng nhớ không bị mất dữ liệu trong khoảng thời gian 190 giờ khi PLC bị

mất nguồn nuôi.
2.4.2 Cổng truyền thông
S7-200 sử dụng cổng truyền thông nối tiếp RS485 (hình 2.7) với phích nối 9
chân để phục vụ cho việc ghép nối với thiết bị lập trình hoặc các PLCkhác. Tốc độ
truyền cho máy lập trình kiểu PPI là 9600 baud.

5

4

Chân
1
2
3
4
5
6

3 2 1

7
8

Hình 2.7: Sơ đồ chân cổng truyền thông

S7-200

Máy tính

COM

Giải thích
Đất
24 VDC
Truyền và nhận dữ liệu
Không sử dụng
Đất
5 VDC(Điện trở trong
100Ω)
24 VDC (120mA tối đa)
Truyền và nhận dữ liệu

PC/PPI

Hình 2.8: Sơ đồ kết nối PLC S7-200 và máy tính

7


Đề tài tốt nghiệp

Ghép nối S7-200 với máy tính PC qua cổng RS-232 (cổng COM) cần có cáp nối
PC/PPI với bộ chuyển đổi RS232/RS485 (hình 2.8)
2.4.3 Cấu trúc bộ nhớ.

Phân chia bộ nhớ:
Bộ nhớ của S7-200 được chia thành 4 vùng với một tụ có nhiệm vụ duy trì dữ
liệu trong một khoảng thời gian nhất định khi mất nguồn. Bộ nhớ của S7-200 có tính
năng động cao, đọc và ghi được trong toàn vùng, loại trừ các bit nhớ đặc biệt được ký
hiệu bởi SM (Special Memory) chỉ có thể truy nhập được để đọc.

Sơ đồ cấu trúc của bộ nhớ trong và ngoài của S7-200 (hình 2.9)
EEPROM

Miền nhớ ngoài

Hình 2.9 Bộ nhớ trong và ngoài của S7-200
• Vùng chương trình: được sử dụng để lưu giữ các chương trình
• Vùng tham số: là miền lưu giữ các tham số như : từ khoá, địa chỉ trạm.. đọc
ghi được.
• Vùng dữ liệu: được sử dụng để cất giữ các dữ liệu của chương trình bao
gồm các kết quả các phép tính, hằng số được định nghĩa trong chương trình,
bộ đếm truyền thông.... Vùng dữ liệu là vùng nhớ động. Nó có thể được truy
cập theo từng bit, từng bye, từng từ đơn hoặc từng từ kép và được sử dụng
làm miền lưu trữ dữ liệu cho các thuật toán truyền thông, lập bảng các hàm
dịch chuyển, xoay vòng thanh ghi, con trỏ địa chỉ..
Vùng dữ liệu lại được chia ra thành những miền nhớ nhỏ với các công dụng
khác nhau. Chúng được ký hiệu bằng các chữ cái đầu của tên tiếng Anh, đặc trưng cho
công dụng riêng của chúng như sau:

8


Đề tài tốt nghiệp

V- Variable memory.
I

- Input image register.

O

- Output image register.

M

- Internal Memory bits.

• Vùng đối tượng: Bao gồm các Timer, bộ đếm tốc độ cao và các cổng
vào/ra tương tự được đặt trong vùng nhớ cuối cùng.
Vùng đối tượng được sử dụng để lưu giữ dữ liệu cho các đối tượng lập trình
như các giá trị tức thời, giá trị đặt trước của bộ đếm, hay Timer. Dữ liệu kiểu đối
tượng bao gồm dữ liệu của thanh ghi, Timer, bộ đếm tốc độ cao, bộ đệm vào/ra tương
tự và các thanh ghi Accumulator (AC).
2.4.4 Thực hiện chương trình
PLC thực hiện chương trình theo chu trình lặp. Mỗi vòng lặp được gọi là vòng
quét (scan). Mỗi vòng quét được bắt đầu bằng giai đoạn đọc dữ liệu từ các cổng vào
vùng bộ đệm ảo, tiếp theo là giai đoạn thực hiện chương trình. Trong từng vòng quét,
chương trình được thực hiện bằng lệnh đầu tiên và kết thúc bằng lệnh kết thúc
(MEND). Sau giai đoạn thực hiện chương trình là giai đoạn chuyển các nội dung của
bộ đệm ảo tới các cổng ra.

4. Giai đoạn chuyển dữ

1. Giai đoạn nhập dữ
liệu từ ngoại vi và
bộ đệm ảo.

liệu từ bộ đệm ảo ra
ngoại vi.
3. Giai đoạn truyền

2. Giai đoạn thực
hiện chương trình.

thông nội bộ và tự
kiểm tra lỗi.
Vòng quét của PLC

2.5 Tổng quan về modun analog EM 235
EM 235 có 4 ngõ vào analog (AI), và một ngõ ra Analog output (AO).

9


Đề tài tốt nghiệp

Chọn dãy điện áp đầu vào trong giới hạn 0V÷10V cho EM235, bật các switch trên
module theo các vị trí đã được ấn định tương ứng với từng dãy điện áp đầu vào và độ
phân dải của tín hiệu vào bảng 2.1
Bảng 2.1: Chọn giới hạn đầu vào và độ phân giải bằng cách chỉnh switch (Nguồn từ
manual của EM 235)
Unipolar
SW1 SW2 SW3 SW4 SW5 SW6
ON

OFF OFF

ON OFF

Full Scale Input

ON

0 to 50 mV

12.5 µV

0 to 100 mV

25 µV

0 to 500 mV

125 µV

OFF ON OFF

ON

ON OFF OFF

OFF ON

OFF ON OFF

OFF ON ON

0 to 1 V

250 µV

ON OFF OFF

OFF OFF ON

0 to 5 V

1.25 mV

ON OFF OFF

OFF OFF ON

0 to 20 mA

OFF ON

OFF OFF ON

0 to 10 V

OFF

OFF ON

Resolution

ON

5 µA

2.5 mV

Bipolar
SW1 SW2 SW3 SW4 SW5 SW6
ON

OFF OFF

Full Scale Input

Resolution

ON OFF

OFF

+-25 mV

12.5 µV

OFF ON OFF

ON

OFF

OFF

+-50 mV

25 µV

OFF ON OFF

ON OFF

OFF

+-100 mV

50 µV

ON OFF OFF

OFF ON

OFF

+-250m V

125 µV

OFF ON OFF

OFF ON

OFF

+-500mV

250 µV

OFF OFF ON

OFF ON

OFF

+-1V

500µV

ON OFF

OFF

OFF OFF OFF

+-2.5V

1.25 mV

OFF ON

OFF

OFF OFF

OFF

+-5V

2.5 mV

OFF

OFF

+-10V

5mV

OFF OFF ON

OFF

10


Đề tài tốt nghiệp

Tuỳ thuộc vào số kênh sử dụng trên module analog EM235 tương ứng với địa
chỉ đầu vào (từ đơn) được sử dụng trong quá trình lập trình: AWI0 cho channel 1, AWI2
cho channel 2, AWI4 cho channel 3.
Ngõ ra analog output có giá trị +-10V hoặc 0 đến 20 mA tương ứng với giá trị 32000 đến 32000 cho điện áp và 0 đến 32000 cho giá trị dòng.
2.6 Cảm biến
Cảm biến là thiết bị dùng để cảm nhận biến đổi các đại lượng vật lý và các đại
lượng không có tính chất điện cần đo thành các đại lượng điện có thể đo và xử lý được.
2.6.1 Cảm biến nhiệt độ Pt 100
Pt 1000 là nhiệt điện trở kim loại, thường gọi là RTD (Resistance Temperature

Detector) cấu tạo bằng dây kim loại bạch kim (Platinum), có điện trở suất cao
0.105uΩm, chống oxy hóa, có thể đo trong khoảng -220 đến 8500 C, độ phi tuyến
khoảng 0.4% trên 1000 C.
2.6.2 Cảm biến độ ẩm
Sử dụng cảm độ ẩm tương đối có thang đo từ 0% đến 100%. Hình 2.10

Hình 2.10:cảm biến ẩm độ
Cảm biến độ ẩm tương đối có tầm đo từ 0-100%. Cảm biến bao gồm một mạch
tích hợp (Honeywell HIH 3600), trong đó có sử dụng thermoset capacitive polymer để

11


Đề tài tốt nghiệp

đo độ ẩm. Từ đó mạch tích hợp tạo ra một điện áp thay đổi tương ứng với giá trị của
độ ẩm tương đối.
Cảm biến được đặt trong hộp có lỗ, để không khí đi vào cảm biến.Thòi gian đáp
ứng là 15s với dòng khí di chuyển chậm ở 250 C. Ngoài ra hộp còn có chức năng bảo
vệ cảm biến và che chắn ánh sáng. Cảm biến tương đối nhạy với ánh sáng ,để có kết
quả đo chính xác tránh để cảm biến bị ánh sáng chiếu thẳng trực tiếp vào.
2.7 Tổng quan về phầm mềm giám sát điều khiển WinCC
WinCC là một hệ thống giao diện người máy HMI mạnh mẽ, dùng cho hệ điều
hành Windows Xp ,Windows Vista và Microsoft Windows Server 2003. WinCC cho
phép hoạt động và giám sát các tiến trình hoạt động của thiết bị .
Thành phần cơ bản của WinCC là Configuration Software (CS) and Runtime
Software (RT)( xem hình 2.11)

Hình 2.11Thành phần của WinCC (Nguồn :WinCC information system)

* Chức năng của WinCC
Chúng ta sẽ sử dụng cửa sổ soạn thảo editor để tạo dự án của chúng ta. Tất cả
các soạn thảo WinCC lưu trữ thông tin dự án của chúng ta trong Configuration
database (cấu hình cơ sở dữ liệu CS). Trong khi chạy thời gian thực (Runtime), thông
tin của dự án được đọc từ cấu hình cơ sở dữ liệu bởi Runtime software và dự án được

12


Đề tài tốt nghiệp

thực thi. Dữ liệu xử lý hiện tại được lưu trữ tạm thời trong Runtime database (RT
database)(Cơ sở dữ liệu của Runtime)
• The Graphics System (hệ thống đồ họa) hiển thị những giao diện trên màn hình
máy tính. Ngược lại, nó cũng cho phép người dùng tác động vào nó, như nhập
số liệu, nhấn nút điều khiển…
• Truyền thông giữa WinCC và hệ thống điều khiển tự động chịu sự tác động bởi
driver truyền thông hay những phương tiện truyền thông khác nhau. Phương
tiện truyền thông có nhiệm vụ thu thập những yêu cầu giá trị xử lý của tất cả
thiết bị đang thực thi, đọc những giá trị của biến ngoại của hệ thống tự động
(PLC)và nếu cần thiết chúng sẽ viết giá trị mới vào hệ thống tự động
• Việc trao đổi dữ liệu giữa WinCC và những ứng dụng khác có thể được thực
hiện bởi OPC (OLE for Process Control) và OLE (Object Linking and
Embedding ).
• Hệ thống lưu trữ dữ liệu lưu những giá trị quá trình trong Process value archive
(Lưu trữ dữ liệu quá trình ). Ví dụ những giá trị quá trình được lưu trữ cần được
hiển thị theo thời gian trong biểu đồ trend hoặc bảng.
• Những giá trị quá trình riêng lẽ được giám sát bởi Alarm logging. Nếu một giá
trị tới hạn bị vượt quá, Alarm Logging sẽ tạo ra một thông báo mà được cung cấp
trong Alarm Control. Hệ thống thông báo cũng tiếp nhận những phản hồi do bộ

điều khiển gửi đến và quản lý trạng thái thông báo. Alarm Logging lưu tất cả thông
báo trong lưu trữ thông báo ( message archive)
• Quá trình sẽ được xuất bởi hệ thống báo cáo ( Report System) khi có yêu cầu
hoặc tại những thời điểm đánh giá hệ thống
2.8. Truyền dữ liệu nối tiếp giữa vi điều khiển và máy tính
2.8.1. Cổng nối tiếp của vi điều khiển 8952
8952 có một port nối tiếp trong chip có thể hoạt động ở nhiều chế độ trên một
dãy tần số rộng. chức năng chủ yếu là thực hiện chuyển đổi song song sang nối tiếp
với dữ liệu xuất và chuyển đổi nối tiếp sang song song với dữ liệu nhập.
Port nối tiếp cho hoạt động song công (full duplex: thu và phát đồng thời) và
đệm thu (receiver buffering) cho phép một ký tự sẽ được thu và được giữ trong khi ký

13


Đề tài tốt nghiệp

tự thứ hai được nhận. Nếu CPU đọc ký tự thứ nhất trước khi ký tự thứ hai được thu
đầy đủ thì dữ liệu sẽ không bị mất.
2.8.1.1. Các thanh ghi của cổng nối tiếp vi điều khiển
Hai thanh ghi chức năng đặc biệt cho phép phần mềm truy xuất đến port nối
tiếp là: SBUF và SCON. Bộ đệm port nối tiếp (SBUF) ở điạ chỉ 99h nhận dữ liệu để
thu hoặc phát. Thanh ghi điều khiển port nối tiếp (SCON) ở điạ chỉ 98h là thanh ghi có
điạ chỉ bit chứa các bit trạng thái và các bit điều khiển. Các bit điều khiển đặt chế độ
hoạt động cho port nối tiếp, và các bit trạng thái báo cáo kết thúc việc phát hoặc thu ký
tự . Các bit trạng thái có thể được kiểm tra bằng phần mềm hoặc có thể lập trình để tạo
ngắt.
Chế độ hoạt động của port nối tiếp được đặt bằng cách ghi vào thanh ghi chế
độ port nối tiếp (SCON) ở địa chỉ 98h .Sau đây các bản tóm tắt thanh ghi SCON và
các chế độ của port nối tiếp:

Bảng 2.2: Các chế độ của cổng nối tiếp:
SM0

SM1

Chế độ

Mô tả

Tốc độ baud

0

0

0

Thanh ghi dịch

Cố định (Fosc /12 )

0

1

1

UART 8 bit

Thay đổi ( đặt bằng timer )

1

0

2

UART 9 bit

Cố định (Fosc /12 hoặc Fosc/64 )

1

1

3

UART 9 bit

Thay đổi ( đặt bằng timer )

Bảng 2.3: Thanh ghi điều khiển cổng nối tiếp:
Bit

Ký hiệu

Địa chỉ

Mô tả

SCON.7

SM0

9FH

Bit 0 của chế độ port nối tiếp

SCON.6

SM1

9EH

Bit 1 của chế độ port nối tiếp

SCON.5

SM3

9DH

Bit 2 của chế độ port nối tiếp . Cho phép truyền thông
xử lý trong các chế độ 2 và 3, RI sẽ không bị tác động
nếu bit thứ 9 thu được là 0

SCON.4

REN

9CH

Cho phép bộ thu phải được đặt lên 1 để thu các ký tự

SCON.3

TB8

9BH

Bit 8 phát, bit thứ 9 được phát trong chế độ 2 và 3, được

14


Đề tài tốt nghiệp

đặt và xóa bằng phần mềm.
SCON.2

RB8

9AH

B it 8 thu, bit thứ 9 thu được

SCON.1

TI

99H

Cờ ngắt phát. Đặt lên 1 khi kết thúc phát ký tự, được
xóa bằng phần mềm

SCON.0

RI

98H

Cờ ngắt thu. Đặt lên 1 khi kết thúc thu ký tự, được xóa
bằng phần mềm

Trước khi sử dụng port nối tiếp, phải khởi động SCON cho đúng chế độ. Ví dụ, lệnh
sau:
MOV SCON, #01010010B
Khởi động port nối tiếp cho chế độ 1 (SM0/SM1=0/1), cho phép bộ thu
(REN=1) và cờ ngắt phát (TP=1) để bộ phát sẳn sàng hoạt động..
2.8.1.2. Các chân thực hiện chức năng truyền nối tiếp
Chân

Tên

Chức năng chuyển đổi

P3.0(chân 10)

RXT

Ngõ vào dữ liệu nối tiếp.

P3.1(chân 11)

TXD

Ngõ xuất dữ liệu nối tiếp.

2.8.2. Cổng nối tiếp của máy tính
Giống như cổng máy in, cổng nối tiếp RS232 cũng được sử dụng rất thuận tiện
trong việc ghép nối máy tính với các thiết bị ngoại vi. việc truyền dữ liệu qua cổng
RS232 được tiến hành theo cách nối tiếp, nghĩa là các bit dữ liệu được gởi đi nối tiếp
với nhau trên một đường dẫn.
Trước hết loại truyền này có khả năng dùng cho những khoảng cách lớn hơn,
bởi vì khả năng gây nhiễu là nhỏ đáng kể hơn là khi dùng một cổng song song. việc
dùng cổng song song có một nhược điểm đáng kể là cáp truyền nhiều sợi và vì vậy rất
đắt tiền, hơn nữa mức tín hiệu nằm trong khoảng 0..5v đã tỏ ra không thích ứng với
khoảng cách lớn

15


Đề tài tốt nghiệp

Hình 2.12. Cổng COM máy tính loại 9 chân và loại 25 chân
Bảng 2.4: Sự bố trí chân của phích cắm RS232:
CHÂN

CHÂN

KÝ HIỆU

Ý NGHĨA

(loại 9 chân )

( loại 25 chân )

1

8

DCD

Data carrier detect

2

3

RxD

Nhận dữ liệu

3

2

TxR

Phát dữ liệu

4

20

DTR

Dữ liệu đầu cuối sẵn sàng

5

7

GND

Nối đất

6

6

DSR

Thiết bị thông tin saơn sàng

7

4

RTS

Yêu cầu gửi

8

5

CTS

Thiết bị thông tin sẵn sàng truyền

9

22

RI

Ring in dicator

Việc truyền dữ liệu xảy ra trên 2 đường dẫn qua chân cắm ra TxD, gửi dữ liệu
của nó đến thiết bị khác. trong khi đó dữ liệu mà máy tính nhận được dẫn đến chân
RxD. các tín hiệu khác đóng vai trò như tín hiệu hỗ trợ khi trao đổi thông tin và vì thế
không phải trong mọi ứng dụng đều dùng đến.
Mức tín hiệu trên chân ra RxD tùy thuộc vào đường dẫn TxD và thông tin
thường nằm trong khoảng – 12V.. + 12V các bit dữ liệu được đảo ngược lại. Mức điện

16