Giáo trình cơ điện: Tìm hiểu bộ vi mạch xử lý số trong nền khoa học kỹ thuật hiện nay phần 4 docx

Trong thực tiễn khi áp dụng tự động hoá vào sản xuất sẽ mang lại những hiệu quả không nhỏ: cho phép giảm giá thành sản phẩm và nâng cao năng suất lao động, cải thiện điều kiện sản xuất n

dùng bán dẫn hoạt động theo nguyên lý tương tự (Analog) của thập kỷ 60 có mức

xử lý khoảng 30 chức năng Vào những năm 70 các thiết bị điều khiển khả trình PLC ra đời với mức độ xử lý lên hàng trăm và vào những năm 80 với sự tham gia của các máy tính điện tử main frame mini đã hình thành các hệ thống điều khiển phân cấp với số chức năng xử lý lên tới 105 Sang thập kỷ 90 với sự phát triển của công nghệ phần cứng cũng như phần mềm, các hệ thống điều khiển phân tán ra đời cho mức xử lý lên tới 107 Và sang thế kỷ 21, những hệ thống tự động có tính tổ chức, có tư duy hợp tác sẽ có mức xử lý lên tới 109 Tuy nhiên để đạt được độ thông minh như nhưng sinh vật sống còn cần nhiều thời gian hơn nữa và các hệ thống tự động hoá còn cần tích hợp trong nó nhiều công nghệ cao khác như công nghệ cảm biến, công nghệ vật liệu mới, công nghệ quan và laser Đây là xu thế phát triển của các hệ thống tự động là ngày càng sử dung nhiều công nghệ mới hơn trong cấu trúc và hoạt động của mình

Trước kia các hệ thống tự động hoá thiết kế cad thường là các hệ thống sử dụng máy tính lớn rất đắt tiền nên chỉ ở một số lĩnh vực quan trọng mới được áp dụng Ngày nay với chức năng sử lý đồ hoạ ngày càng nhanh và mạnh của PC, thêm vào đó giá thành của các hệ thống cad trên PC ngày càng rẻ nên cad đã đi sâu len lỏi vào tất cả các ngành nghề và tới mọi ngóc ngách của cuộc sống từ các bài tập thiết

kế của sinh viên đến thiết kế các công trình xây dựng lớn

Trong điều khiển quá trình công nghệ, việc áp dụng công nghệ thông tin

đã tạo ra khả năng tự động hoá toàn bộ dây truyền sản xuất Kiến trúc hệ thống

điều khiển trước kia tập trung xử lý tại một máy tính thì nay các đầu đo, cơ cấu chấp hành, giao diện với người vận hành đều được thông minh hoá có nhiều chức năng xử lý tại các đầu đo, cơ cấu chấp hành, giao diện với người vận hành

đều được thông minh hoá có nhiều chức năng xử lý tại chỗ và khả năng nối mạng nhanh tạo thành hệ thống mạng máy điều khiển hoạt động theo chế độ thời gian thực Ngoài các chức năng điều khiển và giám sát dây chuyền sản xuất

hệ thống còn có nhiều cơ sở dữ liệu, khả năng tự xác định và khắc phục hỏng hóc, khả năng thống kê, báo cáo và kết hợp với mạng máy tính quản lý, lập kế

hoạch, thiết kế và kinh doanh tạo thành hệ thống tự động hoá sản xuất toàn cục

Trong lĩnh vực robot, với sự áp dụng các thành tựu của công nghệ thông tin robot đã có thị giác và xúc giác Việc áp dụng trí khôn nhân tạo vào robot đã đưa robot từ ứng dụng chủ yếu trong công nghiệp sang các lĩnh vực dịch vụ và y tế Kết hợp với các thành tựu của cơ điện tử, robot ngày càng uyển chuyển và thông minh hơn Trong tương lai robot không chỉ thay thế hoạt động cơ bắp của con người mà còn thay thế các công việc đòi hỏi hoạt động trí não của con người Lúc này hệ thống điều khiển của robot không chỉ là các vi xử lý mạch mà con có sự hỗ trợ của máy tính mạng nơron nhân tạo, xử lý song song nhúng trong robot

1.3.3 vai trò của tự động hoá trong quá trình sản xuất

Lịch sử hoàn thiện của công cụ và phương tiện sản xuất trong xã hội văn minh phát triển trên cơ sở cơ giới hoá, điện khí hoá Khi có những đột phá mới trong lĩnh vực công nghệ vật liệu và tiếp theo là điện tử và tin học thì công nghệ tự

động có cơ hội phát triển mạnh mẽ, đem lại muôn vàn lợi ích thiết thực cho xã hội

Đó là mấu chốt của năng suất, chất lượng và giá thành

Trong thực tiễn khi áp dụng tự động hoá vào sản xuất sẽ mang lại những hiệu quả không nhỏ: cho phép giảm giá thành sản phẩm và nâng cao năng suất lao động, cải thiện điều kiện sản xuất như ổn định về giờ giấc, chất lượng gia công , đáp ứng cường độ cao của sản xuất hiện đại, thực hiện chuyên môn hoá và hoán đổi sản xuất

Từ đó sẽ tăng cao khả năng cạnh tranh, đáp ứng yêu cầu sản xuất, tăng thị phần và khả năng bán hàng cho nhà sản xuất

Trong một tương lai rất gần tự động hoá sẽ đóng một vai trò vô cùng quan trọng và không thể thiếu, bởi vì nó không chỉ ứng dụng trong sản xuất mà nó còn

được ứng dụng để phục vụ đời sống con người Trong sản xuất no sẽ thay thế con người trong nhưng công việc cơ bắp nặng nhọc, những công việc nguy hiểm, độc hại hay cả những công việc tinh vi hiện đại…, còn trong đời sống con người những công nghệ này sẽ được ứng dụng để phục vụ cho nhu cầu sống, nó sẽ là nhưng phương tiện không thể thiếu trong đời sống của chúng ta

1.3.4 ứng dụng của tự động hoá trong quá trình sản xuất

Tự động hoá có mặt trong hầu hết tất cả các lĩnh vực của sản xuất và đời sống Mỗi ứng dụng co một đặc điểm và tầm quan trọng riêng, sau đây chúng tôi xin giới thiệu ứng dụng của nó trong một số lĩnh vực chính:

• Tự động hoá sản xuất ( factory automation ), trong quá trình sản xuất của các ngành gang thép, dầu mỏ, hoá chất, nông nghiệp, ngư nghiệp, chăn nuôi, thường dùng các loại đồng hồ tự động hoá và các thiết bị tự động hoá để điều khiển các thông số sản xuất, thực hiện tự động hoá quá trình sản xuất và thiết bị sản xuất Trong những nước kinh tế phát triển, tự động hoá sản xuất đã đạt đến trình độ rất cao, trong quá trình sản xuất họ đã sử dụng rộng rãi kỹ thuật điều khiển tự động

Từ những năm 1960 đến nay tự động hoá sản xuất đã phát triển nhanh chóng ở những mặt: Người máy công nghiệp, hệ thống sản xuất linh hoạt, hệ thống quản lý thông tin, kỹ thuật nhóm, tự động hoá kho tàng, nhà máy tự động hoá không cần công nhân, lắp ráp tự động và phụ trợ máy tính

• Tự động hoá quá trình ( process automation ), lĩnh vực này dùng trong các

hệ thống phức tạp hơn, đo lường và khống chế các đại lượng biến đổi liên tục như lưu lượng, áp suất, nhiệt độ, tốc độ, dòng điện, điện áp Nó có mặt trong các ngành công nghiệp nặng và các công đoạn quan trọng của dây truyền công nghiệp nhẹ

• Quản lý cao ốc, Khách sạn, Trung tâm thương mại ( building control, building management), trong các toà nhà cao ốc, người ta bố trí dày đặc khắp nơi cáp điện thông tin và do các thiết bị điều khiển điện tử tiến hành quản lý tự động hoá đối với hệ thống điều hoà nhiệt độ của mỗi phòng, hệ thống chiếu sáng và hệ thống phòng hoả, chống trộm, tự động điều khiển các thiết bị liên quan, chế tạo nước lạnh cần dùng cho thiết bị khởi động điều hoà nhiệt độ Trình độ tự động hoa của toà nhà rất cao, có thể hút nước thải, dùng gió nóng sấy khô các vật ẩm

• Tự động hoá các khu vực công cộng, nhà ga, sân bay ( public system automation), tại các nhà ga, sân bay, việc quản lý bán vé và kiểm tra hành lý đều

được tự động hoá mặt khác tại các nơi này việc phòng cháy là cực kỳ quan trọng,

do đó hệ thống phòng cháy cũng được tự động hoá

• Tự động hoá văn phòng (office automation ), lợi dụng các thiết bị văn phòng tự động hoá, tự động hoàn thành các việc khởi thảo, sửa chữa, hiệu đính, phân phát, lưu trữ…, thực hiện tự động hoá toàn diện văn phòng Mục tiêu chủ yếu

tự động hoá văn phòng là tự động hoá quản lý xí nghiệp

• Tự động hoá gia đình ( home automation), khi máy tính tiến vào các gia

đình, cuộc sống gia đình sẽ thay đổi toàn diện, con người sẽ được giải phóng khỏi lao động công việc gia đình phiền toái, xuất hiện một cách sống mới mẻ có tính sáng tạo, gia đình càng thêm an ninh, cuộc sống càng thêm thuận tiện dễ chịu và

đầy hứng thú

• Dưới sự điều khiển của máy tính sẽ có thể tự động khởi động điều chỉnh theo giờ giấc, các việc gia đình như đun nước, nấu cơm… sẽ có thể điều khiển từ xa

để thực hiện Khi vắng nhà, có thể dùng điện thoại thông báo cho hệ thống điều khiển trong nhà làm trước các việc chuẩn bị Nếu như liên kết máy tính gia đình với máy tính cửa hàng, ngành giao thông, ngân hàng và bệnh viện…, thì có thể ngồi tại nhà có thể tham gia các hoạt động như bình thường

Công trường thực vật là căn cứ địa sản xuất nông nghiệp của công nghiệp hoá Nhiệt độ, độ ẩm của công trường thực vật, thậm chí toàn bộ quá trình ươm giống đều có thể sử dụng điều khiển tự động, để giảm bớt sức người nâng cao sản lượng Do đó, trong nông nghiệp tự động hoá cũng đã được ứng dụng từ rất lâu

Đầu những năm 80 Liên Xô (cũ) đã chế tạo ra một loại máy tự động ứng dụng trong nông nghiệp Khi làm việc loại máy này có thể tự động quan sát độ ẩm của thổ nhưỡng nhiệt độ không khí và sức gió…, nó có thể xác định phương pháp tưới và tiến hành tưới cho cây trồng, nhờ một loại máy làm mưa nhân tạo khác

Cũng cuối những năm 80 Nhật đã phát minh ra một loại máy tự động ươm giống khoai tây và một loại máy sử dụng máy tính diều khiển ứng dụng vào việc nuôi cá nước ngọt, loại máy này sẽ tự động kiểm tra nhiệt độ nước, hàm lượng

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