Giáo trình nghiên cứu ứng dụng quy trình cảm biến hóa với khối xử lý vi mạch tần số p3 pps

Mục đích và ý nghĩa của việc thiết kế mô hình điều tiết khí hậu trong nhà lưới Kỹ thuật trồng cây không dùng đất là kỹ thuật trồng cây tiên tiến và hiện đại, ngày nay kỹ thuật này được

muối trong nước và đình ra phương pháp cấp thức ăn cho cá

Trong chăn nuôi gia súc, gia cầm cũng co những loại máy ứng dụng trong công việc này, như loại máy tự động chăn nuôi do Liên Xô ( cũ) chế tạo loại máy này có thể chuẩn bị thức ăn gia súc, phân phát thức ăn gia súc, vắt sữa, đỡ đẻ cho lợn nái

Mặc dù tự động hoá trong nông nghiệp đã được ứng dụng từ lâu, song nó chỉ phát triển ở một số nước phát triển, còn đối với các nước chậm phát triển, tuy co nền nông nghiệp chiếm tỷ lệ lớn nhưng việc ứng dụng tự động hoá vào nông nghiệp vẫn còn rất chậm Hiện nay, được sự trợ giúp của nước ngoài các nước đang phát triển đã đưa dần tự động hoá vào sản xuất nông nghiệp, đặc biệt là các nước Đông Nam á trong đó có Việt Nam

1.3.5 thành tựu của tự động hoá trong quá trình sản xuất

Thế giới đang ngày càng phát triển, cuộc sống con người ngày cáng thay đổi, hàng loạt các máy móc tự động đã và đang xuất hiện, robot được chế tạo ra thay thế con người ở nhiều mặt…, đó là những thành tựu của ngành tự động hoá mang lại Trong 40 năm qua nó đã mang lại những thành quả to lớn:

• Dẫn hướng và điều khiển thiết bị trong không gian, bao gồm máy bay dân dụng, tên lửa, máy bay chiến đấu, tàu vận tải, vệ tinh.Hệ thống điều khiển này đã

đảm bảo được tính ổn định và chính xác dưới tác động của nhiễu môi trường và của chính hệ thống

• Hệ thống điều khiển trong sản xuất công nghiệp, từ máy tự động đến mạch tích hợp.Những thiết bị điều khiển bằng máy tính đã có độ chính xác định vị và lắp ráp rất cao để tạo ra nhiều sản phẩm có chất lượng tốt

• Hệ thống điều khiển quá trình công nghiệp, ví dụ trong quá trình sản xuất hydrocacbon và nhiều chất hoá học khác Hệ điều khiển này đã xử lý hàng ngàn thông tin lấy từ cảm biến để điều khiển hàng trăm cơ cấu chấp hành : van, cấp nhiệt, bơm…, để cho ra sản phẩm với yêu cầu khắt khe về tính năng kỹ thuật

• Điều khiển hệ thống truyền thông bao gồm: hệ thống điện thoại và internet

Hệ thống điều khiển có nhiệm vụ kiểm soát mức năng lượng ở đầu vào, đầu ra và khi truyền dẫn, thông báo những sự cố đa dạng, phức tạp thường xảy ra trong truyền thông

1.3.6 Mục đích và ý nghĩa của việc thiết kế mô hình điều tiết khí hậu trong nhà lưới

Kỹ thuật trồng cây không dùng đất là kỹ thuật trồng cây tiên tiến và hiện

đại, ngày nay kỹ thuật này được kết hợp với tự động điều tiết tiểu khí hậu trong nhà lưới và nhà kính đã và đang được ứng dụng rộng rãi trên thế giới Trồng rau bằng phương thức không dùng đất kết hợp với tự động điều tiết tiểu khí hậu trong nhà lưới và nhà kính là giải pháp có hiệu quả nhất hiện nay trong việc sản xuất rau an toàn mà không gây ô nhiễm môi trường, tận dụng được mặt bằng không gian (ngay cả trên đất nghèo dinh dưỡng, nhiễm độc, nhiễm mặn), hạn chế được những tác hại của thời tiết khắc nghiệt, tiết kiệm được công lao động, giải phóng được sức lao động nặng nhọc khi trồng cây ngoài đất,chủ động trồng

được nhiều vụ trong năm, có thể tăng số vụ gấp 3 ữ 4 lần và năng suất có thể cao gấp 20 lần so với trồng trên đất

Chính vì những lợi ích to lớn đó mà vấn đề áp dụng tự động hóa vào điều tiết tiểu khí hậu trong nhà lưới và nhà kính là vô cùng quan trọng, cùng với kỹ thuật trồng cây không dùng đất thì hai biện pháp kỹ thuật này sẽ là giải pháp mấu chốt

đưa nền nông nghiệp nước ta vốn lạc hậu sang một giai đoạn mới, giai đoạn của nền nông nghiệp tiên tiến, hiện đại, góp phần chung trong công cuộc công nghiệp hóa hiện đại hóa nông nghiệp nông thôn hiện nay

Như vậy chúng ta đã thấy rõ vai trò quan trọng của tự động hóa trong đời sống con ngườitrong mọi lĩnh vực: Từ y tế,vui chơi giải trí, đến công nghiệp, nông nghiệp… Do đó việc ứng dụng tự động hóa vào điều tiết tiểu khí hậu trong nhà lưới và nhà kính này càng trở nên cấp thiết, cùng với kỹ thuật trồng cây không dùng đất thì hai biện pháp kỹ thuật này cần được nghiên cứu kỹ lưỡng

để sớm đưa vào ứng trong thực tiễn sản xuất nông nghiệp chất lượng cao ở Việt

Nam

1.4.kết luận chương I

Ngày nay, trong mọi lĩnh vực, mọi công nghệ sản xuất cụ thể đều có sự góp mặt của tự động hoá Người ta nói tự động hoá gắn với năng xuất, chất lượng sản phẩm, công nghệ tự động hoá đã góp phần lớn vào quá trình phát triển của xã hội, cải thiện đời sống con người Từ đó mà chúng ta nên đề cao vai trò của nó để tiếp tục học tập và nghiên cứu để ứng dụng chúng một cách hiệu quả hơn và hữu ích hơn

Đối với nước ta, theo chủ chương chính sách của Đảng và Nhà Nước, đẩy mạnh công nghiệp hoá hiện đại hoá nông nghiệp nông thôn để đến 2010 đưa nước ta thành một nước công nghiệp hoá, hiện đại hoá Thì công nghệ tự động hoá càng trở nên quan trọng đối với chúng ta, và cần có nhiều công trình hơn nữa nghiên cứu về tự động hoá để có thể ứng dụng vào thực tế một cách đơn giản và hiệu quả nhất

Từ những phân tích trong chương I này cho thấy một triển vọng to lớn của hệ thống trồng rau sạch trong nhà lưới có tự động điều tiết tiểu khí hậu, cùng với kỹ thuật trồng cây không dùng đất, trồng rau trong dung dịch hay trồng rau thủy canh

Sự kết hợp các biện pháp kỹ thuật này là rất hợp lý và kinh tế Vì phương pháp điều tiết khí hậu trong nhà lưới và nhà kính sẽ đảm bảo cho cây trồng sinh trưởng và phát triển ở một nhiệt độ phù hợp với sinh lý của cây Còn phương pháp thủy canh,

hệ thống tưới nhỏ giọt không chỉ cung cấp nước cho cây mà còn kèm theo cả chất dinh dưỡng cần thiết cho cây, sử dụng phương pháp tưới nhỏ giọt sẽ tiết kiệm được dung dịch, cung cấp cho cây chính xác không lãng phí, hơn nữa theo phương pháp này cây sẽ được trồng trong nhà lưới, không tiếp xúc với đất sẽ tránh được các mầm bệnh và không phải dùng thuốc bảo vệ thực vật, nông sản sẽ được đảm bảo an toàn, môi trường không bị ô nhiễm, rút ngắn mùa vụ, giảm bớt công lao động, năng suất cao, hiệu quả kinh tế lớn, có thể áp dụng sản xuất đại trà Đây sẽ là mũi nhọn của ngành nông nghiệp hiện đại

Chương II giới thiệu về simatic s7-200 2.1 chọn thiết bị điều khiển

Trong đề tài này chúng tôi chọn thiết bị điều khiển là thiết bị điều khiển logic khả trình PLC S7 - 200 với khối xử lý cpu 224

2.1.1 Giới thiệu chung về S7 – 200

S7 - 200 là thiết bị điều khiển logic khả trình loại nhỏ của hãng Siemens (CHLB Đức), có cấu trúc theo kiểu module và có các module mở rộng Các module này được sử dụng cho nhiều những ứng dụng lập trình khác nhau Thành phần cơ bản của S7 - 200 là khối vi xử lý trung tâm CPU Hiện tại, nhờ tiến bộ của khoa học công nghệ đã cho ra đời các thế hệ S7 - 200 ứng với các CPU212, CPU214,… đến CPU221, CPU222, CPU224, CPU226 Về hình thức bên ngoài, sự khác nhau của các loại CPU này được nhận biết nhờ số đầu vào/ra và nguồn cung cấp

Ví dụ: - CPU212 có 8 cổng vào và 6 cổng ra và có khả năng được mở rộng bằng 2 module mở rộng

- CPU214 có 14 cổng vào và 10 cổng ra và có khả năng được mở rộng bằng 7 module mở rộng

S7 - 200 có nhiều loại module mở rộng khác nhau

Sau đây là hình ảnh một số S7 - 200 với các CPU tương ứng:

2.2 nghiên cứu Phần mềm Simatic S7 – 200

2.2.1 Vòng quét

PLC thực hiện chương trình theo một chu trình lặp mỗi vòng lặp là một vòng quét (scan cycle) Mỗi vòng quét được bắt đầu bằng giai đoạn đọc dữ liệu từ các cổng vào vùng bộ đếm ảo, tiếp đến là giai đoạn thực hiện chương trình sau đó là

giai đoạn truyền thông nội bộ và kiểm tra lỗi, kết thúc vòng quét là giai đoạn chuyển nội dung của bộ đệm ảo tới các cổng.trong từng vòng quét chương trình

được thực hiện bằng lệnh đầu tiên và lệnh kết thúc tại lệnh kết thúc (MEND)

Thời gian quét phụ thuộc độ dài của chương trình, không phải vòng quét nào thời gian quét cũng bằng nhau mà nó phụ thuộc các lệnh thoả mãn trong chương trình Trong thời gian thực hiện vòng quét nếu có tín hiệu báo ngắt chương trình sẽ dừng lại để thực hiện xử lý ngắt, tín hiệu báo ngắt có thể thực hiện ở bất kỳ giai

đoạn nào

Tại thời điểm thực hiện lệnh vào/ra Thông thường các lệnh không làm việc trực tiếp với cổng vào ra mà chỉ thông qua các bộ đệm ảo của cổng trong vùng nhớ tham số Việc truyền thông giữa bộ đệm ảo với ngoại vi trong giai đoạn đầu và cuối

do CPU đảm đương

Hình 2.2: Vòng quét

2.2.2 Phương pháp lập trình

S7-200 là ngôn ngữ lập trình Thông qua S7-200 mà người sử dụng thông tin

được với bộ diều khiển PLC bên ngoài S7-200 biểu diễn một mạch logic cứng bằng một dãy các lệnh lập trình

- Cách lập trình cho S7 -200 nói riêng và cho bộ PLC của siemen nói chung dựa trên hai phương pháp cơ bản

- Phương pháp hình thang: (lader logic viết tắt là LAD) đây là phương pháp

đồ hoạ thích hợp đối với những người quen thiết kế mạch điều khiển logic, những

2 Thực hiện chương trình

1 Nhập dữ liệu

từ ngoại vi vào

bộ đệm ảo

3 Truyền thông

và tự kiểm tra lỗi

4 Truyền dữ liệu

từ bộ đệm ảo ra

ngoại vi

kỹ sư ngành điện

- Phương pháp liệt kê: STL(Statement list) đây là dạng ngôn ngữ lập trình thông thường của máy tính Bao gồm các câu lệnh được ghép lại theo một thuật toán nhất định để tạo một chương trình Phương pháp này phù hợp với các kỹ sư lập trình

Một chương trình được viết theo phương pháp LAD có thể được chuyển sang dạng STL tuy nhiên không phải chương trình nào viết theo dạng STL cũng có thể

được chuyển sang dạng LAD

Trong quá trình lập trình điều khiển chúng tôi viết theo phương pháp LAD

do vậy khi chuyển sang STL thì bộ lệnh của STL có chức năng tương ứng như các tiếp điểm, các cuộn dây và các hộp dây dùng trong LAD

Để làm quen và hiểu biết các thành phần cơ bản trong LAD và STL ta cần nắm vững các định nghĩa cơ bản sau

- Định nghĩa về LAD: LAD là một ngôn ngữ lập trình bằng đồ hoạ Những thành phần 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 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 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 biểu diễn bằng hộp là các bộ thời gian (Timer), bộ đếm (Counter) và các hàm toán học.Cuộn dây và các hộp phải mắc theo đúng chiều dòng điện

Chiều dòng điện trong mạng LAD đi từ đường nguồn bên trái sang đường nguồn bên phải Đường nguồn bên trái là dây nóng đường nguồn bên phải là dây trung hoà hay là đường trở về của nguồn cung cấp (Khi sử dụng chương trình tiện

dùng Step 7 Micro / Dos hoặc Step 7 Micro / Win thì đường nguồn bên phải không

được thực hiện ) Dòng điện chạy từ trái qua các tiếp điểm đóng đến các cuộn dây hoặc các hộp trở về nguồn bên phải

- Định nghĩa về STL: Phương háp liệt kê lệnh là phương pháp thể hiện chương trình dưới dạng tập hợp các câu lệnh Mỗi câu lệnh trong chương trình kể cả các lệnh hình thức biểu diễn một chức năng của PLC

Để tạo ra chương trình STL, người lập trình cần phải hiểu rõ phương thức sử dụng 9 bit ngăn xếp logic của S7-200 Ngăn xếp logic là một khối gồm 9 bit chồng lên nhau Tất cả các thuật toán liên quan đến ngăn xếp đều làm việc với bit đầu tiên hoặc với bit đầu và bit thứ hai của ngăn xếp Giá trị logic mới đều có thể được gửi ( hoặc được nối thêm) vào ngăn xếp Khi phối hợp hai bit đầu tiên của ngăn xếp, thì ngăn xếp sẽ được kéo lên một bit Ngăn xếp và từng bit của ngăn xếp được biểu diễn như sau:

S0 Stack 0 - bit đầu tiên của ngăn xếp (bit trên cùng)

S1 Stack 1- bit thứ hai của ngăn xếp

S2 Stack 2- bit thứ ba của ngăn xếp

S3 Stack 3- bit thứ tư của ngăn xếp

S4 Stack 4- bit thứ năm của ngăn xếp

S5 Stack 5- bit thứ sáu của ngăn xếp

S6 Stack 6- bit thứ bảy của ngăn xếp

S7 Stack 7- bit thứ tám của ngăn xếp

S8 Stack 8- bit thứ chín của ngăn xếp

2.2.3 Cú pháp lệnh S7-200

Trong S7-200 có một khối lượng lệnh tương đối lớn chúng được chia làm ba nhóm chính

- Nhóm các lệnh mà khi thực hiện thì làm việc độc lập không phụ thuộc vào giá trị logic của ngăn xếp

- Nhóm các lệnh chỉ thực hiện được khi bit đầu tiên của ngăn xếp có giá trị bằng 1

- Nhóm các nhãn lệnh đánh dấu vị trí trong tập lệnh

Do các lệnh trong S7 – 200 là rất lớn nên chúng tôi chỉ đưa ra một số lệnh cần thiết cho quá trình lập trình

2.2.3.1 Lệnh vào/ra

- Load (LD): Lệnh LD nạp giá trị logic của một tiếp điểm vào trong bit đầu tiên của ngăn xếp, các giá trị logic cũ còn lại trong ngăn xếp bị đẩy lùi xuống một bít

- Load Not (LDN): Là lệnh nạp giá trị logic nghịch đảo của một tiếp điểm vào trong bit đầu tiên của ngăn xếp, các giá trị cũ còn lại trong ngăn xếp bị đẩy lùi xuống một bit

Khi biểu diễn LAD các lệnh được thể hiện như sau:

- Tiếp điểm thường mở sẽ được đóng nếu n=1

- Tiếp điểm thường đóng sẽ mở nếu n=1

- Tiếp điểm thường mở sẽ đóng tức thời khi n=1

- Tiếp điểm thường đóng sẽ mở tức thời khi n=1

Các lệnh được biểu diễn trong STL như sau:

- LD n lệnh nạp giá trị logic của điểm n vào bit đầu tiên trong ngăn xếp

- LDN n lệnh nạp giá logic nghịch đảo của điểm n vào bit đầu tiên trong ngăn xếp

- LDI n lệnh nạp tức thời giá trị logic của điểm n vào bit đầu tiên trong ngăn xếp

- LDNI n lệnh nạp giá trị nghịch đảo của điểm n vào bit đầu tiên của ngăn xếp

Trong đó n là toán hạng

Đối với các lệnh thường mở, thường đóng, LD, LDN thì n là toán hạng đầu vào, đầu ra, bộ nhớ, bộ đếm, bộ thời gian và miền

Đối với các lệnh thường mở đóng tức thời , thường đóng mở tức thời, LDI, DNI thì n là toán hạng đầu vào

2.2.3.2 Các lệnh ghi xoá giá trị cho tiếp điểm

- SET (S): lệnh dùng để đóng các điểm gián đoạn đã được thiết kế

- RESET (R): Lệnh dùng để ngắt các điểm gián đoạn đã được thiết kế

Trong LAD, logic điều khiển dòng điện đóng hoặc ngắt các cuộn dây đầu ra Khi dòng điều khiển đến các cuộn dây thì các cuộn dây đóng hoặc mở các tiếp

điểm (hoặc một dãy các tiếp điểm)

Trong STL, lệnh truyền trạng thái bit đầu của ngăn xếp các điểm thiết kế Nếu bit này có giá trị bằng 1, các lệnh S và R sẽ đóng ngắt tiếp điểm hoặc một dãy các tiếp

điểm (giới hạn từ 1 đến 255) Nội dung của ngăn xếp không bị thay đổi bởi các lệnh này

2.2.3.3 Các lệnh logic đại số Boolean

Là các lệnh mà khi thực hiện thì làm việc độc lập không phụ thuộc giá trị logic của ngăn xếp Các lệnh tiếp điểm của đại số Boolean cho phép tạo lập được các mạch logic (không có nhớ ) Khi thực hiện các lệnh tiếp điểm đại số Boolean trong LAD thì các lệnh này được biểu diễn thông qua cấu trúc mạch , mắc nối tiếp hay song song các tiếp điểm thường đóng và các tiếp điểm thường mở Còn trong STL các tiếp điểm được thay bằng các lệnh A ( And ) và O ( Or ) cho các hàm hở hoặc các lệnh AN (And not), ON (Or not) cho các hàm kín Giá trị của ngăn xếp thay đổi phụ thuộc vào từng lệnh

Ngoài những lệnh làm việc trực tiếp với tiếp điểm, S7-200 còn có 5 lệnh đặc biệt biểu diễn các phép tính của đại số Boolean cho các bit trong ngăn xếp, được gọi là các lệnh Stack logic Đó là các lệnh ALD (And load), OLD (Or load), LPS (Logic push), LRD (Logic read) và LPP (Logic pop) Lệnh Stack logic được dùng

để tổ hợp, sao chụp hoặc xoá các mệnh đề logic LAD không có bộ đếm dành cho lệnh Stack logic STL sử dụng các lệnh Stack logic để thực hiện phương trình tổng thể có nhiều biểu thức con