Nghiên cứu và thiết mô hình điều tiết nhiệt độ trong nhà lưới

Tài liệu tham khảo kỹ thuật công nghệ cơ khí Nghiên cứu và thiết mô hình điều tiết nhiệt độ trong nhà lưới

Mở đầu 1 đặt vấn đề

Bước sang thế kỷ XXI kỷ nguyên của công nghệ thông tin và công nghệ sinh học nguồn tài nguyên của thế giới đang dần cạn kiệt do sự khai thác thiếu quy hoạch của con người, cùng với nó là nạn ô nhiễm môi trường và sự tàn phá của thiên nhiên diễn ra ở khắp mọi nơi trên thế giới do quá trình đô thị hoá và công nghiệp hoá Làm cho diện tích đất canh tác nông nghiệp ngày càng bị thu hẹp dần Thế nhưng dân số thế giới ngày càng tăng nhanh và nhu cầu hưởng thụ của con người cũng ngày càng cao Làm cho thế giới sẽ không đủ các sản phẩm nông nghiệp để cung cấp cho mọi người nếu hoạt động lao động chỉ thuần tuý là thủ công, nhỏ lẻ

Để giải quyết vấn đề này thì con đường duy nhất là ứng dụng những tiến bộ khoa học kỹ thuật vào sản xuất đặc biệt là ứng dụng tự động hoá vào sản xuất nông ngiệp

Trên thế giới đã có nhiều nước sớm nhận biết được điều này và họ đã ứng dụng thành công tự động hoá vào sản xuất nông nghiệp và họ đã đạt được những kết quả rất cao về năng suất và chất lượng sản phẩm nông nghiệp, ngày nay họ vẫn đang là những cường quốc về sản xuất nông nghiệp như: Hà Lan, Pháp, Israel, Trung Quốc, Nhật Bản.v.v…

Còn với nước ta, nước ta thuộc nhóm nước đang phát triển với một nền kinh tế nông nghiệp truyền thống, trải qua 20 năm đổi mới nhất là sau nghị quyết khoán 10 của Bộ chính trị (tháng 1 năm 1989) tới nay nền nông nghiệp nươc ta đã có những bước phát triển mạnh mẽ và ngày càng vững chắc

Ngày nay với sự phát triển như vũ bão của khoa học công nghệ và xu hướng toàn cầu hoá nền kinh tế Nền kinh tế thế giới và Việt Nam đang có xu hướng chuyển mạnh sang các ngành công nghiệp và dịch vụ, đặc biệt là công nghệ thông tin Với Việt Nam nói riêng thì nông nghiệp vẫn là một ngành kinh tế quan trọng và có những đóng góp rất lớn vào tổng thu nhập quốc dân (Hiện nay trên 70% dân cư

mà nông nghiệp nước ta luôn luôn được sự quan tâm của Đảng và Nhà Nước, sau Đại hội Đại Biểu Toàn Quốc lần thứ VII của Đảng(tháng 6 năm 1991) với chủ trương đẩy nhanh và mạnh công nghiệp hoá_hiện đại hoá nông nghiệp nông thôn Việt Nam, nền nông nghiệp nước ta dã đạt được kết quả vô cùng to lớn từ chỗ thiếu đói phải nhờ tới sự trợ giúp của cộng đồng quốc tế tới nay Việt Nam đã tự cung cấp đủ lương thực cho người dân và vươn lên trở thành một nước xuất khẩu gạo đứng đầu thế giới (Mỗi năm Việt Nam xuất khẩu khoảng trên 4.5 triệu tấn gạo)

Mặc dù đã đạt được những thành quả cao về mặt sản lượng nhưng về mặt chất lượng sản phẩm nông nghiệp của Việt Nam vẫn còn nhiều vấn đề cần phải giải quyết như: Tồn dư hoá chất trong sản phẩm còn nhiều do sử dụng thuốc bảo vệ thực vật bừa bãi thiếu khoa học của ngư ời nông dân

Vì vậy để đảm bảo cả về mặt năng suất cũng như chất lượng sản phẩm nông nghiệp để các sản phẩm nông nghiệp của Việt Nam có thể cạnh đáp ứng được nhu cầu của người dân trong nước và có thể cạnh tranh được trên thị trường quốc tế thì chúng ta nên lựa chọn giải pháp ứng dụng công nghệ cao vào sản xuất nông nghiệp, trong đó Tự Động Hoá đóng vai trò vô cùng quan trọng về mặt kỹ thuật phục vụ sản xuất nông nghiệp chất lượng cao, nó đảm bảo cho các khâu tưới tiêu, điều tiết nhiệt độ, độ ẩm.v.v…Do tầm quan trọng của việc áp dụng tự động hoá vào sản xuất

nông nghiệp mà chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài:”Nghiên cứu và thiết kế mô hình điều khiển nhiệt độ trong nhà lưới”

Trong quá trình thực hiện đề tài chúng tôi đã tiến hành khảo sát mô hình thực tế,nghiên cứu một số mô hình thực nghiệm với phần mềm điều khiển

SIMATIC S7_200 Qua nhiều lần thí nghiệm và trên cơ sở tính toán lý thuyết chúng tôi khẳng định mô hình chúng tôi xây dựng đảm bảo tính thực tế và có thể ứng dụng trong sản xuất nông nghiệp ở nước ta hiện nay

2 mục đích của đề tài

- Nghiên cứu mô hình điều tiết khí hậu tự động trong nhà lưới phục vụ sản xuất rau an toàn, từ đó thiết kế mô hình thực nghiệm trên cơ sở sử dụng các thiết bị có sẵn ở trong nước

-Nghiên cứu cơ sở lý thuyết để xây dựng mô hình dựa trên phần mềm lập trình SIMATIC S7-200

- ứng dụng phần mềm SIMATIC S7-200 để xây dựng chương trình điều khiển

3 Nội dung đề tài

- Tổng quan đề tài

- Xây dựng thuật toán điều khiển mô hình

- Chọn thiết bị điều khiển, thiết bị nhập, xuất Xây dựng mô hình thực nghiệm và lập trình điều khiển hệ thống tự động điều khiển nhiệt độ trong nhà lưới

4 Phương pháp nghiên cứu

Để thực hiện được nội dung đề tài nghiên cứu, chúng tôi tiến hành phương pháp nghiên cứu sau:

• Các kết quả nghiên cứu kế thừa

- Kế thừa các công trình nghiên cứu của thế hệ trước về cơ sở lý thuyết của các phần mềm lập trình, cụ thể là phần mềm lập trình simatic S7-200

- Kế thừa các mô hình sản xuất đã có trong thực tiễn • Định hướng nghiên cứu

- Nghiên cứu phần mềm lập trình trên máy tính

- Thay đổi phương pháp lập trình để tìm ra phương pháp đơn giản, dễ sử dụng và hiệu quả nhất

- Xây dựng chương trình điều khiển • Phương pháp thực nghiệp kiểm chứng

- Chạy thử mô hình nhiều lần, kiểm tra phát hiện lỗi của mô hình và lỗi của chương trình điều khiển, rồi từ đó hoàn thiện hệ thống

• Thiết bị thí nghiệm

- Máy tính PC

- Bộ điều khiển SIMATIC S7 - 200 với khối xử lý cpu224 - Bộ mô phỏng, hệ thống cáp, dây nối

chương itổng quan

1.1 thực trạng sản xuất rau ở việt nam 1.1.1 Thực trạng

Việt Nam nằm trong khu vực chịu ảnh hưởng của khí hậu nhiệt đới gió mùa do nằm trải dài trên nhiều vĩ độ, địa hình bị chia cắt nên có nhiều loại khí hậu Vì vậy chủng loại cây trồng rất phong phú và đa dạng, điều đó tạo cho nông nghiệp Việt Nam rất nhiều điều kiện thuận lợi để phát triển Đến nay ngành nông nghiệp của nước ta vẫn chiếm một vị trí quan trọng trong nền kinh tế quốc dân Được sự quan tâm của Đảng và Nhà Nước qua hơn 10 năm đổi mới chính sách nông nghiệp, ngành nông nghiệp nước ta đã có những bước phát triển vững chắc và đạt được những thành tựu vô cùng to lớn từ chỗ thiếu lương thực tới nay nước ta không những đã đảm bảo được an ninh lương thực mà còn vươn lên trở thanh một trong những nước xuất khẩu gạo đứng hàng đầu thế giới

Trong những năm gần đây do khoa học kỹ thuật phát triển các viện nghiên cứu, các trung tâm nghiên cứu nông nghiệp đã tạo ra những giống cây trồng mới có năng suất và chất lượng cao hơn để thay thế cho các loại cây trồng truyền thống Cùng với sự phát triển của đất nước nhu cầu về rau của người dân cũng tăng lên, để đáp ứng những nhu cầu đó các vùng chuyên canh cây rau, cây hoa mầu ngắn ngày đã thay thế cách thức trồng rau truyền thống bằng cách áp dụng những tiến bộ khoa học kỹ thuật trồng rau theo phương thức đa canh, xen canh…, những thay đổi này cũng tạo điều kiện thuận lợi để cho nhiều loại sâu bệnh phát triển mạnh mẽ và có thể bùng phát thành dịch

Để đề phòng sâu bệnh hại cây trồng, để nâng cao năng suất chất lượng sản phẩm con người đã nghiên cứu và đưa vào ứng dụng nhiều cách thức trồng cây, chăm sóc cây mà đặc biệt là công nghệ trồng cây không dùng đất trong nhà lưới và

trong nhà kính được tự động điều tiết tiểu khí hậu Khi đời sống của nhân dân ngày càng được nâng cao thì yêu cầu về chủng loại rau phải phong phú và đa dạng, đủ về số lượng, tốt về chất lượng và an toàn đối với sức khỏe con người

Trong ( Đề án phát triển rau, quả và hoa cây cảnh thời kỳ 1999 - 2010) của

Bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn được thủ tướng chính phủ phê duyệt ngày 03/09/1999 Có xác định mục tiêu cho ngành sản xuất rau hoa quả là:’’Đáp ứng nhu cầu rau có chất lượng cao cho nhu cầu tiêu dùng trong nước, nhất là các khu dân cư tập chung (đô thị, khu công nghiệp) và xuất khẩu Phấn đấu đến năm 2010 đạt mức tiêu thụ bình quân đầu người 100 ữ 110kg rau/năm, giá trị kim ngạch suất khẩu đạt 690 triệu USD”.(Giáo trình CÂY RAU của tác giả Tạ Thu Cúc)

Theo tác giả Tạ Thu Cúc dự tính tình hình sản xuất rau ở Việt Nam từ năm 2000 đến năm 2010

Bảng 1.1: Dự tính diện tích rau cho các vùng trong cả nước

Vùng sản xuất rau chuyên canh ven thành phố và khu công nghiệp chiếm 38% ữ 40% diện tích và 45% ữ 50% sản lượng Tại đây phục vụ cho tiêu dùng của dân cư tập trung là chủ yếu, chủng loại rau vùng này rất đa dạng phong phú và năng suất cao

• Hiện nay rau đang bị ô nhiễm nghiêm trọng do nhiều nguyên nhân khác nhau trong đó có:

- Ô nhiễm do hoá chất bảo vệ thực vật Theo Viện Bảo Vệ Thực Vật (1998) hiện nay ở Việt Nam đã và đang sử dụng 270 loại thuốc trừ bệnh, 160 loại thuốc trừ cỏ, 12 loại thuốc diệt chuột, 26 loại thuốc kích thích sinh trưởng với số lượng ngày

càng tăng

Còn theo Giáo sư Phạm Đình Quyền (Trung tâm nghiên cứu tài nguyên và môi trường Đại Học Quốc Gia Hà Nội (CRES)): Nếu cuối thập kỷ 80 lượng thuốc bảo vệ thực vật ở Việt Nam mới chỉ là 10.000 tấn/năm, thì thập kỷ 90 tăng gấp đôi 21.000 tấn/năm (1992), thậm chí gấp 3 lần-30.000 tấn/năm (1995) Ông cho rằng không dưới 90% đất canh tác toàn quốc được phun thuốc bảo vệ thực vật

Tuy chủng loại nhiều song do thói quen hoặc sợ rủi do cùng với sự thiếu hiểu biết hoặc hiểu biết còn hạn chế mức độ độc hại của hoá chất bảo vệ thực vật nên đa số hộ nông dân hay dùng một số loại thuốc quen có độc tố cao, thậm chí bị cấm như: monitor, wofatox, DDT Dẫn tới ngày càng làm cho sản phẩm rau ngày càng ô nhiễm nặng

- Hàm lượng (NO3-) trong rau quá cao Theo fao/who thì hàm lượng (NO3-) ở liều lượng 4g/ngày gây ngộ độc còn 8g/ngày thì có thể gây chết người ở nước ta việc sử dụng phân hoá học không cao so với các nước trong khu vực nhưng ảnh hưởng của phân hoá học tới sự tích luỹ (NO3-) trong rau là nguyên nhân làm rau không sạch Nước ta quy định hàm lượng (NO3-) trong rau như sau: cải bắp 500mg/kg, cà chua 150mg/kg, dưa chuột 150mg/kg

- Tồn dư kim loại nặng trong sản phẩm rau Do sự lạm dụng hoá chất bảo vệ thực vật cùng với phân bón các loại đã làm một lượng N, P, K, và hoá chất bảo vệ thực vật rửa trôi xâm nhập vào mạch nước làm ô nhiễm mạch nước ngầm Theo Phạm Bình Quân (1994) thì hàm lượng kim loại nặng, đặc biệt là asen (as) ở Mai Dịch trong các mương tưới cao hơn hẳn so với ruộng lúa nước các kim loại nặng tiềm ẩn trong đất hoặc từ các nguồn nước ô nhiễm qua nước tưới được rau hấp thụ

- Vi sinh vật gây hại trong rau do sử dụng nước tưới có vi sinh vật gây hại ( ecoli, salmonella, trứng giun.) tuy chưa được thống kê, song tác hại của nó là rất lớn

- Do rau là nguồn thực phẩm quan trọng đối với đời sống con người nên giải pháp duy nhất đối với ngành trồng rau là nhanh chóng đưa tiến bộ vào sản suất

Đặc điểm chung của các cây rau là yêu cầu độ ẩm rất cao thường từ 85-95%, nếu thiếu nước cây rau sẽ không sinh trưởng và phát triển được và chúng cần một nhiệt độ ổn định, do vậy đưa cây rau vào sản xuất thuỷ canh không dùng đất và kết hợp với điều tiết tiểu khí hậu trong nhà lưới và nhà kính là rất phù hợp Phương pháp này sẽ nâng cao một cách đáng kể về năng xuất và cải thiện tương đối về mặt ô nhiễm bảo đảm an toàn cho người sử dụng

Để thực hiện được phương pháp thuỷ canh không dùng đất và kết hợp với điều tiết tiểu khí hậu này thì khâu quan trọng là cung cấp dung dịch cho cây và có những phương pháp điều tiết khí hậu hợp lý, nên việc áp dụng tự động hoá, cụ thể là hệ thống tưới tự động và hệ thống tự động điều tiết khí hậu sẽ tạo một bước đột phá mới cho ngành sản xuất rau an toàn ở nước ta hiện nay

1.1.2 Trồng rau trong nhà lưới ở Việt Nam và trên thế giới

• ứng dụng sản xuất rau sạch trong nhà lưới ở Việt Nam

Từ những năm 80 của thế kỷ XX nước ta đã nhập kỹ thuật chăm sóc cây

bằng màng che phủ, xây dựng một số nhà lưới che phủ băng PE

Trong những năm qua, khi chương trình và các dự án sản xuất rau sạch được mở rộng ở các thành phố lớn của nước ta thì công nghệ sản xuất rau sạch trong nhà lưới dần được giới thiệu và được sản xuất thử ở một số cơ sở sản xuất: Viện Nghiên Cứu Rau Quả, Trường Đại học Nông nghiệp I, vùng trồng rau lớn Đà Lạt.v.v… ở một số vùng này đang sản xuất rau sạch trong nhà lưới theo công nghệ của Đài Loan, Ca Na Đa, Israel…

Hiện nay ở Viện Nghiên Cứu Rau Quả, Trường Đại học Nông nghiệp I còn áp dụng công nghệ sản xuất rau sạch trồng rau trong dung dịch (trồng rau thủy canh hoặc trồng rau không dùng đất) theo công nghệ của Israel và của Ca Na Đa

Trồng cây trong nhà lưới là một biện pháp kỹ thuật rất có triển vọng và phù hợp với điều kiện kinh tế của người nông dân Việt Nam hiện nay Vì vậy cần đẩy mạnh nghiên cứu và tuyên truyền rộng rãi tới mọi người dân để công nghệ này dược ứng dụng rộng rãi vào sản xuất rau sạch để phục vụ đời sống của người dân và

làm nguyên liệu cho công nghiệp chế biến và xuất khẩu • ứng dụng sản xuất rau sạch trong nhà lưới trên thế giới

ở Mỹ, đến thời kỳ đầu những năm 80 của thế kỷ XX đã có hơn 1000 khu

khoa học công nghệ được phân bố trên các bang, với diện tích lên tới hàng trăm nghìn ha

ở Anh những khu vườn ứng dụng công nghệ sản xuất rau bằng màng che phủ PE được xây dựng từ những năm 1930, đến năm 1998 đã có trên 400 khu, với diện tích hơn 20.000ha

ở Israel đến giữa thập kỷ 80 của thế kỷ XX đã xây dựng được hàng trăm khu, với diện tích hàng ngàn ha

ở Nhật từ những năm đầu của thập kỷ 60 họ đã áp dụng công nghệ sản xuất rau này và tới ngày nay họ đã xây dựng được nhiều khu vườn sản xuất rau sạch công nghệ cao với diện tích lớn và năng suất rất cao

ở Trung Quốc, theo thống kê của bộ nông nghiệp Trung Quốc tới năm 1997 đã có 450 khu ứng dụng công nghệ sản xuất rau sạch trong nhà lưới của Hà Lan, Pháp, Israel, Đài Loan.v.v với diện tích mỗi khu từ 50 ha tới 165 ha

Ngoài ra còn có nhiều nước khác cũng ứng dụng công nghệ sản xuất rau và hoa như:Hà Lan, Pháp, Đức… ở một số nước như: Hà Lan, Pháp, Đức, Israel, Anh, Nga.v.v…ngoài công nghệ trồng cây trong nhà lưới có điều tiết nhiệt độ, họ còn áp dụng công nghê sản xuất rau và hoa không dùng đất trong nhà kính và đã thu được những kết quả rất cao, họ đã trở thành những nước xuất khẩu công nghệ và xuất khẩu rau và hoa lớn như: Hà Lan, Mỹ, Trung Quốc.v.v…

(Tài liệu: báo cáo tình hình sản xuất nông nghiệp ở Việt Nam và trên thế giới của Tác giả: Phạm Gia Trung và Vũ Quốc Hằng Nhà xuất bản Nông nghiệp 2004)

• Ưu điểm của phương pháp trồng cây trong nhà lưới có điều tiết nhiệt độ

+ Có thể chủ động được thời vụ gieo trồng

+ ít bị cỏ dại, sâu bệnh hại cây trồng

+ Năng suất cao hơn từ 20 đến 30% so với trồng ngoài đồng ruộng, sản phẩm

đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm

+ Không gây ô nhiễm môi trường do không sử dụng thuốc bảo vệ thực vật • Nhược điểm của phương pháp trồng cây trong nhà lưới có tự động điều

tiết nhiệt độ

+ Vốn đầu tư ban đầu lớn, chi phí sản xuất lớn

+ Giá thành sản phẩm cao

+ Kỹ thuật phức tạp

1.2.Những ảnh hưởng của điều kiện ngoại cảnh đến sản xuất rau

Người trồng rau muốn thành công trong sản xuất rau thì điều quan trọng đầu tiên là phải hiểu được một cách sâu sắc và toàn diện các yếu tố môi trường, yêu cầu và khả năng thích nghi của cây rau đối với điều kiện ngoại cảnh trong quá trình sinh trưởng và phát triển Một số yếu tố về môi trường như địa hình, khí hậu và thời tiết là những yếu tố cơ bản gây ra khó khăn, trở ngại không nhỏ trong quá trình sản xuất rau

Tốc độ sinh trưởng cây rau phụ thuộc vào sự cung cấp đầy đủ các chất dinh dưỡng, độ ẩm với điều kiện nhiệt độ thích hợp nhất

Khi nhiệt độ vượt quá giới hạn, khí khổng sẽ đóng lại ảnh hưởng tới quá trình trao đổi khí CO2, quá trình quang hợp.v.v dẫn đến cây sinh trưởng kém Nếu tình trạng đó kéo dài cây có thể bị chết

Nhiệt độ thay đổi theo vĩ độ địa lý, theo mùa, theo ngày và giữa ngày -

đêm Yêu cầu của cây rau đối với nhiệt độ phụ thuộc vào nguồn gốc , giống, kỹ thuật trồng trọt và sự thuần hóa bồi dục của con người.v.v

Đối với mỗi loại rau đều yêu cầu nhiệt độ thích hợp để sinh trưởng, phát triển Khi vượt quá giới hạn nhiệt độ thích hợp cây rau sinh trưởng phát triển kém, làm giảm năng suất và chất lượng Nhiệt độ quá cao hoặc quá thấp sẽ làm cây ngừng sinh trưởng và chết

Thí dụ: Nhiệt độ thích hợp cho cây cà chua là 220 C ữ 240 C, nhiệt độ tối cao là 350C, nhiệt độ tối thấp là 100

Trên cùng một cây rau nhưng ở thời kỳ khác nhau, yêu cầu đối với nhiệt độ cũng thay đổi

Thí dụ,cây khoai tây : Nẩy mầm tốt ở nhiệt độ : 18 ữ 200 C Sinh trưởng thân lá : 20 ữ 220 C

Chúng ta cần hiểu rõ yêu cầu của cây rau đối với nhiệt độ qua từng thời kỳ để có biện pháp kỹ thuật thích hợp thúc đẩy sự sinh trưởng, phát triển của cây theo hướng có lợi

• Thời kỳ hạt nảy mầm

Hầu hết các hạt giống rau đều nảy mầm nhanh ở nhiệt độ 25 ữ 300 C

Loại rau chịu rét, hạt bắt đầu nảy mầm ở nhiệt độ 10 ữ 150 C, nhiệt độ thích hợp là 18 ữ 200 C Nhiệt độ, nước và oxy trong đất là điều kiện quan trọng cho quá trình nẩy mầm trong đó nhiệt độ là yếu tố quyết định nhất Nếu nhiệt độ trong đất quá thấp hạt giống sẽ không hút được nước, thời gian nhiệt độ thấp kéo dài, hạt giống nằm lâu trong đất có thể do thiếu oxy hoặc do sự xâm nhiễm của sâu bệnh hại sẽ bị thối

• Thời kỳ cây con

ở thời kỳ này cây đòi hỏi nhiệt độ thấp hơn so với nhiệt độ nảy mầm Nhiệt độ thích hợp cho nhiều loại rau ở thời kỳ này là từ 18 ữ 200C Nhiệt độ cao làm cho cây hô hấp mạnh, tiêu hao chất dự trữ, do đó cây nhỏ bé, còi cọc, cuối cùng cho cây giống xấu

• Thời kỳ sinh trưởng sinh dưỡng

ở thời kỳ này khối lượng thân lá tăng trưởng rất nhanh, nhiệt độ cao một chút có lợi cho quá trình quang hợp Nhiệt độ cao còn thuận lợi cho cây thực hiện các nhiệm vụ khác như hô hấp,quá trình hút nước của cây.v.v…

Những cây ưu thích khí hậu mát lạnh thì nhiệt độ thích hợp cho quá trình tích lũy chất dinh dưỡng là 17 ữ 180C Nếu nhiệt độ cao trên 250C thì sẽ gây trở ngại cho cải bắp, cải bẹ…nhiệt độ cao trên 300C thì nụ hoa súp lơ, thân củ khoai tây khó hính thành và phát triển

Những cây rau ưu thích khí hậu ấm áp, chịu nhiệt độ cao như cà, ớt, cà chua… nhiệt độ thích hợp là 20 ữ 300C Nhiệt độ thấp sẽ gây trở ngại cho loại rau này sinh trưởng và phát triển

• Thời kỳ sinh trưởng sinh thực

Nhiệt độ thích hợp ở thời kỳ này là 20cC, nhiệt độ quá cao hoặc quá thấp đều ảnh hưởng không tốt đến quá trình thụ phấn, tinh dẫn đến rụng nụ, rụng hoa

Thí dụ khi nhiệt độ thấp tới (-10 ữ -20

C)sẽ làm cho bầu quả của nhiều loại rau bị chết rét Các cây thuộc họ cà, họ bầu bí khi ra hoa, kết hạt yêu cầu nhiệt độ từ 20 ữ 300C Nếu nhiệt độ ban đêm cao hơn 220C hoặc thấp hơn 150C, cây cà chua dễ bị rụng nụ, rung hoa

1.2.2 ảnh hưởng của ánh sáng

ánh sáng là yêu tố rất cần thiết đối với sản xuất rau vì ánh sáng đóng vai trò quan trọng trong quá trình quang hợp.Chúng ta đã biết 90 ữ 95% năng suất cây trồng là do quang hợp Không có ánh sáng, cây xanh không thể tiến hành quang hợp

Vì ánh sáng thay đổi sẽ làm diễn biến các quá trình quan trọng như:quang tổng hợp, sự nảy mầm của hạt,sự lớn lên của lá, sự thoát hơi nước và sự ra hoa.v.v…

ánh sáng đầy đủ ssẽ làm tăng bề dầy của mô, tăng hàm lượng diệp lục, thúc đẩy quá trình quang hợp Trái lại,trong điều kiện thiếu ánh sáng cây sinh trưởng khó khăn, hàm lượng diệp lục giảm,thịt lá mềm và xốp, gian bào chứa đầy nước, do đó làm giảm khả năng chống chịu với điều kiện bất lợi

Quá trình quang hợp của cây bị ngừng ở cường độ ánh sáng 4,31 lux Điểm bù sáng của nhiều loại rau là 1080 lux

Cung cấp đầy đủ nước cho rau trong quá trình sinh trưởng là biện pháp cơ bản để đạt năng suất cao, chất lượng tốt (cây rau tươi, ngon và có hương vị) Nước thiếu cây rau sinh trưởng kém,thấp bé , còi cọc, năng suất chất lượng giảm Nước thừa trong quá trình sinh trưởng làm cho cây mềm yếu, nồng độ đường thấp, nồng độ các chất hòa tan giảm… dẫn đến chất lượng kém

Nước là yếu tố cơ bản để quang hợp,ảnh hưởng đến quá trình trao đổi chất trong cây, đến trạng thái chất nguyên sinh.nước còn có tác dụng quan trọng trong quá trình vận chuyển, điều chỉnh sự đóng mở khí khổng, sự giãn nở và sự lớn lên của lá Vì vậy nước co vai trò trong quyết định đến sự sinh trưởng phát triển của cây rau

Có nước thì cây mới thực hiện được các hoạt động sống, nên có thể nói không có nước thì không có sự sống Nước là thành phần cơ bản cấu tạo nên chất nguyên sinh Các quá trình trao đỏi chất trong cây đều cần có nước tham gia như tổng hợp và phân giải chất hữu cơ Nước là nguyên liệutham gia vào quá trình quang hợp, nước cần thiết cho sự vận chuyển vật chất trong cây, là dung môi hòa tan các chất, duy trì độ căng của tế bào, làm cho cây ở trạng thái cân bằng.v.v…

Các trạng thái cân bằng nước trong cây:thể hiện bằng tỷ số giữa lượng nước bay hơi (T) và lượng nước cây hút(A):

+ Cân bằng nước âm T/A>1 + Điều kiện tối thích T/A<1

Khi đầy đủ và cân bằng nước (T/A=1) thì tất cả các hoạt động đều thực hiện tốt, cây sinh trưởng bình thường Khi trong đất thiếu ẩm hoặc sự thoát hơi nước qua khí khổng quá mức cây không được cung cấp nước kịp thời, cây luôn ở tình trạng khủng hoảng nước và sinh trưởng kém Hầu hết các loại rau đều có những thời kỳ sinh trưởng tới hạn riêng Nếu khủng hoảng nước vào các thời kỳ sinh trưởng tới hạn đó thì sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất và chất lượng

1.2.4 ảnh hưởng của chất dinh dưỡng và độ ph

Nhìn chung trong quá trình sinh trưởng cây rau hấp thu 70%N, 20%P và 80%K bón vào đất trong suốt vụ trồng

Rau là cây trồng có thời gian sinh trưởng ngắn, chất dinh dưỡng phong phú, năng suất cao Thời vụ khẩn trương, vụ nọ tiếp vụ kia, một năm gieo trồng 2 ữ 3 vụ

Cây rau hút thu được chất dinh dưỡng trong đất phụ thuộc vào nhiều yếu tố: nhiệt độ, oxy, và nước trong đất

Yêu cầu của cây rau với chất dinh dưỡng cũng thay đổi theo quá trình sinh trưởng.Thời kỳ nay mầm cây lớn lên nhờ chất dự trữ trong hạt,khi cây có 4 ữ 5 lá thật, khả năng quang hợp của cây yếu vì vậy cần có dinh dưỡng từ môi trường đất Thời kỳ này hệ dễ rất mẫn cảm với nồng độ dung dịch đất.Thời kỳ hình thành các cơ quan sử dụng(bắp, thân, củ,rễ, quả,…) là thời kỳ tốc độ sinh trưởng rất mạnh, cần cung cấp đầy đủ chất dinh dưỡng, đặc biệt là các chất dinh dưỡng hòa tan

Với các rau khác nhau yêu cầu với các nguyên tố đa lượng cũng thay đổi: Loại rau hút nhiều chất dinh dưỡng như cải bắp giống trung và giống muộn; loại rau hút dinh dưỡng trung bình như cà chua,cà…; loại rau hút ít chất dinh dưỡng như: xà lách, rau diếp.v.v…

Ngoài những yếu tố trên cây trồng còn chịu ảnh hưởng của gió, của vật hại như cỏ dại, sâu hại.v.v…

1.3 ứng dụng tự động hóa vào thiết kế mô hình điều khiển nhiệt độ trong nhà lưới

1.3.1 Khái quát về lịch sử phát triển của ngành tự động hoá

Không chỉ ngày nay con người mới phát minh ra các loại máy móc tự động sản xuất làm việc thay thế con người mà ngay từ khi xã hội còn chưa phát triển, công cụ lao động còn thô sơ con người đã mong muốn điều đó nên ngay từ trước công nguyên các máy tự động cơ học và đồng hồ nước có phao điều chỉnh đã xuất hiện ở Ai cập cổ đại và Hy lạp Bước sang thời kỳ trung cổ albert đã chế tạo ra máy tự động cơ khí thực hiện chức năng của người gác cổng Tuy nhiên các loại máy móc thời kỳ này không có ảnh hưởng gì đến các quá trình sản xuất thời đó

Tự động hoá chỉ thực sự được ứng dụng vào sản xuất khi một thợ cơ khí martop người Nga đã chế tạo thành công máy tiện chép hình để tiện các chi tiết định hình vào năm 1712 và đến năm 1765, pônzulôp người Nga đã chế tạo được hệ diều chỉnh mức đầu tiên, nó được ứng dụng để giữ cố định mức nước trong nồi hơi không phụ thuộc vào lượng tiêu hao hơi nước

Năm 1784, james watt người Anh đã sử dụng bộ điều tốc ly tâm trong máy hơi nước, dùng để điều chỉnh tốc độ của máy hơi nước Từ đó, tự động hoá đã trở thành một lĩnh vực quan trọng trong quá trình nghiên cứu phát triển sản xuất

Bước sang đầu thế kỷ XIX nhiều công trình có mục đích hoàn thiện các cơ cấu điều chỉnh tự động của máy hơi nước đã được thực hiện Cho đến cuối thế kỷ này đã xuất hiện thêm các cơ cấu điều chỉnh tự động cho tuabin hơi nước

Năm 1873, Spender đã chế tạo được máy tiện tự động có ổ cấp phôi mang các cam

Năm 1880 nhiều hãng trên thế giới như Pittler Luding Lower của Đức, hãng RSK của Anh… đã chế tạo được máy tiện dùng phôi thép thanh

Năm 1887, Đ.G Stôleôp đã chế tạo được phần tử cảm quang đầu tiên, một trong những phần tử hiện đại quan trong nhất trong kỹ thuật tự động hoá Cũng trong thời gian này các cơ sở lý thuyết điều khiển và điều chỉnh tự động bắt đầu được nghiên cứu và phát triển mạnh mẽ

Năm 1876 - 1877, I.A Vưsnhegratxki đã cho đăng tải các công trình " lý thuyết cơ sở của các cơ cấu điều chỉnh" và "Các cơ cấu điều chỉnh tác động trực tiếp" Các phương pháp đánh giá ổn định và chất lượng của quá trình quá độ do ông đề xuất vẫn được dùng cho đến ngày nay

Các thành tựu đạt được trong lĩnh vực tự động hoá đã cho phép trong những thập kỷ đầu của thế kỷ XX xuất hiện nhiều loại máy tự động hiện đại cũng trong thời gian này sự phát triển mạnh mẽ của các hệ thống truyền tin đã góp phần đẩy mạnh sự phát triển và ứng dụng của tự động hoá vào các quá trình sản xuất

Vào khoảng giữa thế kỷ XX, tự động hoá không chỉ áp dụng trong sản xuất

mà còn được đưa vào các cuộc chiến tranh vì mục đích cá nhân, nhiều nước đã áp dụng thành tựu của tự động hoá vào chiến tranh để mưu lợi riêng do vậy mà tự động hoá càng được họ thúc đẩy phát triển, từ yêu cầu nâng cao tỉ lệ bắn trúng của pháo phòng không, nguyên lý điều khiển phản hồi đã được đề xuất đưa kỹ thuật tự động hoá bước sang một trang phát triển mới

Cuối thế kỷ XX, do nhu cầu về lương thực của thế giới mà các nước phát triển đã cho ra đời các máy tự động sản xuất trong nông nghiệp Đầu những năm 80 ở Nga đã xuất hiện các máy sấy để bảo quản nông sản, ở Nhật cho ra đời các máy tự động nuôi cá…

Trong những năm gần đây, các nước có nền công nghiệp phát triển tiến hành rông rãi tự động hoá trong sản xuất loại nhỏ Điều này phản ánh xu thế chung của nền kinh tế thế giới từ sản xuất loại lớn và hàng khối sang sản xuất loại nhỏ và hàng khối thay đổi Nhờ các thành tựu to lớn của công nghệ thông tin và các lĩnh vực khoa học khác, ngành công nghiệp gia công cơ của thế giới trong những năm cuối cua thế kỷ XX đã có sự thay đổi sâu sắc Sự xuất hiện của một loạt các công nghệ mũi nhọn như kỹ thuật linh hoạt( Agile Engineening) hệ điều hành sản xuất qua màn hình( Visual Manufacturing System) kỹ thuật tạo mẫu nhanh ( Rapid Prototyping) công nghệ Nanô đã cho phép tự động hoá toàn phần không chỉ trong sản xuất hàng khối mà còn trong san xuất loại nhỏ và đơn chiếc Chính sự thay đổi nhanh của sản xuất đã liên kết chặt chẽ công nghệ thông tin với công nghệ chế tạo máy, làm xuất hiện một loạt các thiết bị và hệ thống tự động hoá hoàn toàn mới như các loại máy móc điều khiển số, các trung tâm gia công, các hệ tống điều khiển theo chương trình lôgic PLC ( Programmable Logic Control), các hệ thống sản xuất linh hoạt FMS( Flexble Manufacturing Systems), các hệ thống sản xuất tích hợp CIM( Computer Integadted Manufacturing) cho phép chuyển đổi nhanh sản phẩm gia công với thời gian chuẩn bị sản xuất ít, rút ngắn chu kỳ sản phẩm, đáp ứng tốt tính thay đổi nhanh cua sản phẩm hiện đại

Về mặt kỹ thuật, lý thuyết điều khiển tự động hoá phát triển qua 3 giai đoạn:

thuyết điều khiển tự đông được hình thành Khi đó các phương pháp khảo sát hệ “một đầu vào, một đầu ra – Siso” như: Hàm truyền và biểu đồ Bode để khảo sát đáp ứng tần số và ổn định; biểu đồ Nyquist và dự trữ độ lợi/pha để phân tích tính ổn định của hệ kín Vào cuối những năm 1940 và đầu những năm 1950 phương pháp đồ thị thực nghiệm của Evans đã được hoàn thiện Giai đoạn này được coi là “điều khiển cổ điển”

thuật điều khiển được gọi là “điều khiển hiện đại” (Modern control) Hệ kỹ thuật ngày càng trở lên phức tạp, có “nhiều đầu vào,nhiều đầu ra-MIMO” Để mô hình hoá thuộc dạng này phải cần đến một tập các phương trình mô tả mối liên quan giữa các trạng thái của hệ Và phương pháp điều khiển bằng biến trạng thái được hình thành Cũng trong thời gian này, lý thuyết điều khiển tối ưu có những bước phát triển lớn dựa trên nền tảng nguyên lý cực đại của POLTRYAGIN và lập trình động lực học của Bellman Đồng thời, học thuyết Kalman được hoàn thiện và nhanh chóng trở thành công cụ chuẩn, được sử dụng trong nhiều lĩnh vực để ước lượng trang thái bên trong của hệ từ tập nhỏ tín hiệu đó được

1980 ứng dụng những thành tựu của toàn học, các nghiên cứu về điều khiển đã đưa ra được các phương pháp thiết kế bộ điều khiển để một hệ kỹ thuật vẫn đảm bảo được kỹ năng sử dụng khi có tác động của nhiễu và sai số Trong hai thập kỷ cuối, nhiều nhánh mới về điều khiển cũng đã hình thành, đó là: Thích nghi, phi tuyến, hôn hợp, mờ, neural

1.3.2 Vai trò của Công nghệ thông tin trong tự động hoá

mặc dù các nguyên lý và máy móc điều khiển tự động xuất hiện trước máy tính điện tử rất lâu nhưng sự ra đời của máy tính điện tử nhất là sự phát triển của kỹ thuật vi xử lý đã đưa tự động hoá công nghiệp đến việc áp dụng tự động hoá trong mọi mặt của xã hội loài người

Công nghệ thông tin hiểu nôm na là công nghệ phần cứng và công nghệ phần

mềm của máy tính và mạng máy tính điện tử

Các hệ thống tự động hoá đã được chế tạo trên nhiều công nghệ khác nhau Ta có thể thấy các thiết bị máy móc tự động bằng các cam chốt cơ khí, các hệ thống tự động hoạt động bằng nguyên lý khí nén, thuỷ lực, rơle cơ điện, mạch điện tử tương tự, mạch điện tử số

Các thiết bị hệ thống này có chức năng xử lý và mức tự động thấp so với các hệ thống tự động hiện đại được xây dựng trên nền tảng của công nghệ thông tin

Trong khi các hệ thống tin học sử dụng máy tính để hỗ trợ và tự động hoá quá trình quản lý, thì các hệ thống điều khiển tự động dùng máy tính để điều khiển và tự động hoá quá trình công nghệ Chính vì vậy các thành tựu của công nghệ phần cứng và công nghệ phần mềm của máy tính điện tử được áp dụng và phát triển có chọn lọc và hiệu quả cho các hệ thống điều khiển tự động Và sự phát triển như vũ bão của công nghệ thông tin kéo theo sự phát triển không ngừng của lĩnh vực tự động hoá

Ta có thể thấy quá trình công nghệ thông tin thâm nhập vào từng phần tử, thiết bị thuộc lĩnh vực tự động hoá như đầu đo, cơ cấu chấp hành, thiết bị giao diện với người vận hành thậm chí vào cả các rơle, contacto, nút bấm mà trước kia hoàn toàn làm bằng cơ khí

Trước kia đầu đo gồm phần tử biến đổi từ thâm số đo sang tín hiệu điện, mạch khuyếch đại, mạch lọc và mạch biến đổi sang chuẩn 4 ữ 20mA để truyền tín hiệu đo về trung tâm xử lý Hiện nay đầu đo đã tích hợp cả chip vi xử lý, biến đổi adc, bộ truyền dữ liệu số với phần mền đo đạc, lọc số, tính toán và truyền kết quả trên mạng số về thẳng máy tính trung tâm Như vậy đầu đo đã được số hoá và ngày càng thông minh do các chức năng xử lý từ máy tính trung tâm trước kia nay đã chuyển xuống xử lý tại chỗ bằng chương trình nhúng trong đầu đo

Tương tự như vậy với cơ cấu chấp hành như mô-tơ đã được chế tạo gắn kết hữu cơ với cả bộ Servo với các thuật toán điều chỉnh pid tại chỗ và khả năng nối

Rơle

Bán dẫn PLC

Hệ ĐK phân cấpHệ ĐK phân tần

Hệ tự tổ chức

100

102 104

Hệ thống cáp truyền tín hiệu analog 4 ữ 20mA, 10V từ các đầu đo, cơ cấu chấp hành về trung tâm điều khiển nhằng nhịt trước đây đã được thay thế bằng vài cáp đồng trục hoặc cáp quang truyền dữ liệu số

Có thể nói công nghệ thông tin đã "chiếm phần ngày càng nhiều'' vào các phần tử, hệ thống tự động hoá

Đồ thị dưới đây cho ta thấy chức năng xử lý ở các hệ thống tự động hoá trong 70 năm qua phát triển như nào

Vào những năm 30 các hệ thống tự động bằng cam chốt cơ khí thường hoạt động đơn lẻ với một chức năng xử lý Các hệ thống tự động dùng rơle điện từ xuất hiện vào những năm 40 có mức xử lý khoảng 10n chức năng Các hệ thống tự động

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

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

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

• Trong nông nghiệp:

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

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:

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 liệutừ 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

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

- 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

Bảng lệnh logic đại số boolean

O n A n

Lệnh thực hiện toán tử ^ (A) và V (O) giữa giá trị logic của tiếp điểm n và giá trị bít đầu tiên trong ngăn xếp Kết quả đ−ợc ghi vào bít đầu tiên của ngăn xếp

n: I,Q,M,SM, T,C,V AN n

ON n

Lệnh thực hiện toán tử ^ (A) và V (O) giữa giá trị logic nghịch đảo của tiếp điểm n và giá trị bít đầu tiên trong ngăn xếp Kết quả đ−ợc ghi lại vào bit đầu của ngăn xếp

AI n OI n

Lệnh thực hiện tức thời toán tử ^ (A) và V (O) giữa giá trị logic của tiếp điểm n và giá trị bit đầu tiên trong ngăn xếp Kết quả đ−ợc ghi lại vào bit đầu của ngăn xếp

n: I (bit)

ANI n ONI n

Lệnh thực hiện toán tử ^ (A) và V(O) giữa giá trị lo gic nghịch đảo của tiếp điểm n và giá trị bít đầu tiên trong ngăn xếp Kết quả đ−ợc ghi lai vào bít đầu tiên trong ngăn xếp

N: I (bit)

Bảng 2.1: Bảng lệnh logic đại số boolean

Các lệnh Stack logic nh− các lệnh:

- Lệnh ALD ( And Load): Lệnh tổ hợp giá trị của bit đầu tiên và bit thứ hai của ngăn xếp bằng phép tính logic A Kết quả ghi lại vào bit đầu tiên trong ngăn xếp giá trị còn lại của ngăn xếp đ−ợc kéo lên một bit

- Lệnh OLD ( Or Load): Lệnh tổ hợp giá trị của bit đầu tiên và bit thứ hai trong ngăn xếp bằng phép tính logic O Kết quả được ghi lại vào bit đầu tiên trong ngăn xếp, giá trị còn lại của ngăn xếp được kéo lên một bit

Tuy nhiên trong nhiều trường hợp ta có thể dựa vào tính giao hoán của các phép tính A và O trong đại số Boolean có thể biến đổi mạch logic phức tạp thành mạch logic đơn giản sao cho khi lập trình Simatic S7-200 chúng ta không cần dùng các lệnh Stack logic nữa

2.2.3.4 Các lệnh so sánh

Khi lập trình, nếu các quyết định về điều khiển được thực hiện dựa trên kết quả của việc so sánh thì có thể sử dụng lệnh so sánh theo byte, từ hay từ kép của S7 - 200

LAD sử dụng lệnh so sánh để so sánh các giá trị của byte, từ và từ kép ( giá trị thực hoặc nguyên) Những lệnh so sánh thường là: so sánh bằng (=), lớn hơn hoặc bằng (>=), nhỏ hơn hoặc bằng (<=) Kết quả của phép so sánh có giá trị bằng 0 (nếu đúng) và bằng 1 (nếu sai) do đó chúng được kết hợp với các lệnh logic LD, A, O để tạo ra được các phép so sánh như: khác (<>), lớn hơn (>), nhỏ hơn (<) Biểu diễn các lệnh so sánh trong LAD như sau:

- Lệnh so sánh bằng n1 n2

= = x Tiếp điểm đóng khi n1 = n2

Trong đó: x là B (byte); I (Integer); D (double Integer); R (Real) N toán hạng theo byte: VB, IB, QB, MB, SMB

- Lệnh so sánh > =

n1 n2 > = x

Tiếp điểm đóng khi n1>=n2

Trong đó n là toán hạng: VW, QW, IW, MW, SMW - Lệnh so sánh < =

n1 n2 < = x

Tiếp điểm đóng khi n1<=n2

Trong đó toán hạng n: VD, ID, QD, SMD, MD, hằng số

2.2.3.5 Lệnh điều khiển Timer

Timer là tạo thời gian trễ giữa tín hiệu vào và tín hiệu ra nên trong điều khiển vẫn thường được gọi là khâu trễ Là nhóm lệnh chỉ thực hiện được khi bit đầu tiên của ngăn xếp có giá trị logic bằng 1

S7-200 có 64 Timer (với CPU 212), 128 Timer (với CPU 214) được chia làm hai loại khác nhau hoặc 256 Timer (với CPU224) đó là:

Timer tạo thời gian trễ không có nhớ (On –Delay Timer) ký hiệu là TON - Timer tạo thời gian trễ có nhớ (Retentive On Delay Timer) ký hiệu là TONR Hai loại TON và TONR sẽ làm việc để tạo thời gian trễ mong muốn khi tín hiệu tại thời điểm có sườn lên ở tín hiệu đầu vào, tức là khi tín hiệu đầu vào chuyển trạng thái logic từ 0 lên 1 được gọi là thời điểm Timer được kích Đối với bộ timer kiểu TON nó sẽ tự động reset khi đầu vào có giá trị logic bằng 0, còn đối với bộ timer kiểu TONR thì nó không tự động reset mà việc reset lại chỉ được thực hiện bằng lệnh R Timer TON được dùng để tạo thời gian trễ trong một khoảng thời gian

( miền liên thông), còn đối với Timer TONR thời gian trễ sẽ được tạo ra trong nhiều khoảng thời gian khác nhau

Khi sử dụng Timer TON hoặc Timer TONR chúng ta phải chú ý đến độ phân giải của chúng để đặt thời gian sao cho phù hợp Timer TON và Timer TONR bao gồm ba loại với ba độ phân giải khác nhau: độ phân giải 1ms, 10ms và 100ms Thời gian trễ được tạo ra chính là tích của độ phân giải của bộ Timer được chọn và giá trị đặt trước cho Timer

Ví dụ: Khi ta cho bộ timer có độ phân giải 10ms và giá trị đặt trước là 60 thì thời gian trễ là: =60*10ms =600ms

Timer của S7-200 có những tính chất cơ bản sau:

- Các bộ Timer được điều khiển bởi một cổng vào và giá trị đếm tức thời Giá trị đếm tức thời của Timer được nhập trong thanh ghi 2 Byte (gọi là T-Word) của Timer, xác định khoảng thời gian trễ kể từ khi Timer được kích Giá trị đặt trước của các bộ Timer được ký hiệu trong LAD và STL là PT Giá trị đếm tức thời của thanh ghi

T- Word thường xuyên được so sánh với giá trị đặt trước của Timer

- Mỗi bộ Timer ngoài thanh ghi 2 byte T-Word lưu giá trị đếm tức thời còn có một bit, ký hiệu là T- bit, chỉ trạng thái logic đầu ra Giá trị logic của bit này phụ thuộc vào kết quả so sánh giữa giá trị đếm tức thời với giá trị đặt trước

- Trong khoảng thời gian tín hiệu x(t) có giá trị logic 1, giá trị đếm tức thời T-Word luôn được cập nhật và thay đổi tăng dần cho đến khi nó đạt giá trị cực đại Khi giá trị đếm tức thời lớn hơn hay bằng giá trị đặt trước thì T- bit có giá trị

T101ữT127

T37ữT63, T101ữT255

10ms 327,67s T1ữT4 T1 ữ T4, T65 ữT68

T1ữT4, T65 ữT68

T69 ữT95

T5ữT31, T69ữT95

2.2.3.6 Lệnh điều khiển bộ đếm Counter

Counter là bộ đếm thể hiện chức năng đếm theo sườn xung trong S7 – 200

Bộ đếm Counter được chia làm hai loại: bộ đếm tiến, ký hiệu (CTU) và bộ đếm tiến lùi, ký hiệu (CTUD)

Bộ đếm tiến CTU đếm số sườn lên của tín hiệu logic đầu vào tức là đếm số lần thay đổi trạng thái logic 0 lên 1 của tín hiệu Số sườn xung đếm dược ghi vào thanh ghi 2 byte của bộ đếm giọ là C_Word

C_Word được gọi là giá trị đếm tứ thời của bộ đếm và nó luôn được so sánh với giá trị đặt trước của bộ đếm dược ký hiệu là PV Khi giá trị đếm tức thời bằng hoặc lớn hơn giá trị đặt trước thì bộ đếm báo ra ngoài bằng cách đặt giá trị logic 1 vào bit đặc biệt C_bit

Bộ đếm tiến cũng như bộ đếm tiến lùi đều có phân lối với tín hiệu điều khiển xoá để thực hiện việc đặt lại chế đọ khởi phát ban đầu (Reset) cho bộ đếm được ký hiệu bằng chữ cái đầu R trong LAD hoặc qui định là trạng thái logic bit đầu tiên của ngăn xếp trong STL

Bộ đếm được Reset khi tín hiệu xoá có tín hiệu logic là 1 hoặc khi lệnh R được thực hiện với C_bit

Với tính năng đa dạng, linh hoạt và dễ sử dụng của Simatic S7 – 200 chúng tôi ứng dụng nó để thành lập chương trình điều khiển

2.2.4 Soạn thảo chương trình lập trình trên phần mềm S7 – 200

Phần mềm Step 7 - Micro/Win 32, người dùng tạo ra các chương trình và cấu hình dưới dạng mà họ thích: biểu đồ thang LAD (Ladder diagram), danh sách lệnh STL (Statement list), biểu đồ các khối chức năng (Function block diagram) Một hoặc hai dự án có thể soạn thảo song song cùng một lúc Việc lập trình được đơn giản hoá một cách đáng kể nhờ chức năng “kéo và thả” (drag and drop), cắt, dán

Hình 2.3: Lựa chọn cấu hình lập trình

nhờ sử dụng bàn phím hoặc con chuột Một số chức năng mới cho phép việc tìm và thay thế tự động, xem trước bản in (print preview), bảng thông tin về các biểu tượng có các địa chỉ, biểu tượng cũng như các địa chỉ được hiển thị cho mỗi phần tử trong quá trình làm việc và giám sát tình trạng làm việc

2.2.4.1 Định cấu hình lập trình

Đây là bước quan trọng đầu tiên cần thực hiện gồm có các bước sau:

- Lựa chọn trên thanh thực đơn Tools Options như trên hình ?

- Hộp thoại Options xuất hiện cho phép ta lựa chọn phương thức lập trình thích

hợp như: Lựa chọn cửa sổ soạn thảo chương trình, ngôn ngữ viết chương trình…

- Để kết thúc ta nhấn nút ENTER hoặc kích vào nút “OK” để xác nhận

những sự lựa chọn đó

2.2.4.2 Tạo và lưu trữ một Project

• Các thành phần của một Project

Một Project bao gồm những thành phần sau:

+ Progam Block : Bao gồm các mã hóa có thể thực hiện được và các lời chú thích Mã hóa có thể thực hiện được bao gồm chương trình chính hay các ngắt và