Thiết kế hệ thống điều khiển độ ẩm trong nhà trồng

Luận văn : Thiết kế hệ thống điều khiển độ ẩm trong nhà trồng

MỤC LỤC

Mở đầu 3

Chương 1: Cấu trúc và yêu cầu công nghệ của nhà trồng thực vật 6

1.1.1 Cấu trúc của nhà trồng thực vật ngoài nước 7

1.1.2 Cấu trúc của nhà trồng thực vật trong nước 8

1.2 Yêu cầu công nghệ của nhà trồng thực vật 11

1.3 tính toán cân bằng ẩm trong nhà trồng 15

1.3.1 Tỏa hơi nước do người 15

1.3.2 Tỏa hơi nước do bốc hơi từ bể chứa 16

1.3.3 Tỏa hơi nước từ nền ẩm 16

1.3.4 Tỏa hơi nước từ bán thành phẩm 16

chương 2: Cấu trúc và lập trình PLC S7-200 19

2.1 Giới thiệu thiết bị điều khiển logic lập trình được PLC 19

2.1.1 Cấu trúc chung của PLC 21

2.1.2 Nguyên lý hoạt động cuả PLC: 22

2.1.3 Bộ nhớ của PLC 23

2.1.4 Kích thước bộ nhớ PLC 24

2.1.5 Các đầu vào ra của PLC 25

2.1.6 Các hoạt động xử lý bên trong PLC 25

2.2 Giới thiệu thiết bị điều khiển logic lập trình được PLC S7-200 26

2.2.2 Cấu trúc bộ nhớ của S7-200 CPU214 29

2.2.2.1 Phân chia bộ nhớ 29

2.2.2.2 Vùng dữ liệu 30

2.2.2.3 Vùng đối tượng 33

2.2.2.4 Mở rộng cổng vào ra 34

2.2.3 Thực hiện chương trình của S7-200 CPU214 35

2.2.4 Cấu trúc chương trình của S7-200 CPU214 36

2.3 Ngôn ngữ lập trình của S7-200 38

2.3.2.2 Toán hạng và giới hạn cho phép 40

2.3.2.3 Các lệnh ghi/xóa giá trị cho tiếp điểm 41

2.3.2.4 Các lệnh logic đại số Boolean 42

2.3.2.5 Các lệnh tiếp điểm đặc biệt 42

2.3.2.6 Các lệnh so sánh 42

2.3.2.7 Lệnh nhảy và lệnh gọi chương trình con 42

2.3.2.8 Các lệnh can thiệp vào thời gian vòng quét 43

2.3.2.9 Các lệnh can thiệp vào thời gian vòng quét 44

2.3.2.10 Các lệnh điều khiển Counter 44

2.3.2.11 Các lệnh số học 45

2.3.2.12 Lệnh tăng, giảm một đơn vị và lệnh đảo giá trị thanh ghi 47

2.3.2.13 Lệnh chuyển dịch nội dung ô nhớ 47

2.3.2.14 Các lệnh làm việc với mảng 48

2.3.2.15 Các lệnh dịch chuyển thanh ghi 48

2.3.2.16 Các lệnh đổi kiểu dữ liệu 49

2.3.2.17 Xây dựng cấu trúc vòng lặp 49

2.3.2.18 Đồng hồ thời gian thực 49

2.3.2.19 Ngắt và xử lý ngắt 50

2.4 Giới thiệu về màn hình OP3 và phần mềm Protool 50

2.4.1 Giới thiệu về màn hình OP3 50

2.4.1.1 Cấu hình và các giai đoạn điều khiển tiến trình 50

2.4.1.2 Cấu hình của OP3 51

2.4.1.3 Truyền thông OP3 với PLC 53

2.4.2 Giới thiệu về ProTool 54

2.4.2.1 Các kỹ thuật thiết lập cấu hình 55

2.4.2.2 Các giá trị nhập vào 55

2.4.2.3 Các bộ định thời và bộ đếm 55

2.4.2.4 Tạo và sửa đổi các dự án 56

chương 3: Thiết kế hệ thống điều khiển độ ẩm cho nhà trồng 60

3.1 Lựa chọn thiết bị cho hệ thống điều khiển 60

3.1.1 Lựa chọn thiết bị đầu vào 61

3.1.1.1 Lựa chọn thiết bị đo độ ẩm 61

3.1.1.2 Lựa chọn thiết bị đo gió 61

3.1.1.3 Lựa chọn cảm biến đo cường độ ánh sáng 62

3.1.1.4 Lựa chọn cảm biến báo mưa 63

3.1.2 Tính toán thiết kế lựa chọn cơ cấu chấp hành 64

3.1.2.1 Tính toán lựa chọn hệ thống giảm ẩm cho nhà trồng 64

3.1.2.2 Tính toán lựa chọn thiết bị tăng ẩm 69

3.1.2.3 Hệ thống phụ trợ cho nhà trồng 70

3.1.3 Lựa chọn thiết kế hệ thống cung cấp điện 73

3.1.3.1 Xác định phụ tải tính toán toàn nhà 73

3.1.3.2 Lựa chọn các phần tử trên sơ đồ cấp điện 74

3.2 Xây dựng chương trình điều khiển 76

3.2.1 Đặc điểm công nghệ 76

3.2.2 Các thiết bị vào ra của PLC 78

3.2.3 Chương trình điều khiển 85

Kết luận 86

Tài liệu tham khảo 87

Phụ lục 88

1 Chương trình điều khiển hệ thống điều khiển độ ẩm 88

2 Chương trình điều khiển trên OP3 103

MỞ ĐẦU

Hiện nay trên thế giới, việc sản xuất rau và một số cây đã phát triểntheo kiểu công nghiệp, an toàn để đảm bảo chất lượng, năng suất nhằm nângcaô giá trị sản phẩm Yêu cầu của sản xuất là không phụ thuộc vào thời tiết,chủ động về môi trường, sản xuất liên tục, chăm sóc tích cực làm cho câytrông được sinh trưởng trong điều kiện tốt nhất Điều này chỉ có thể thực hiệnđược trên cơ sở hệ thông thiết bị và công cụ thích hợp cho từng khâu theo yêucầu của từng loại công nghệ, cơ bản hệ thống thiết bị bao gồm: nhà trồng, hệthống thiết bị chăm sóc trong nhà trồng, hệ thống thiết bị phụ trợ.

Trong giai đoạn hiện nay ở nước ta tốc độ khai thác và sử dụng tàinguyên đất, nước cho các mục tiêu đo thị hoá, xây dựng khu công nghiệp, khuchế biến… đang diễn ra với tốc độ nhanh chóng Vì vậy quỹ đất phục vụ chosản xuất nông nghiệp đang ngày càng bị thu hẹp Mặt khác nhu cầu về cácloại sản phẩm nông sản của người dân ngày cang cao không những về sốlượng mà còn cả về chất lượng Tuy nhiên hệ thống cơ sở hạ tầng và các dịchvụ sản xuất nông nghiệp ở nước ta được đánh giá là còn yếu, chưa đáp ứngđược yêu cầu công về sản xuất nông nghiệp so với các nước trên thế giới nóichung cũng như các nước trong khu vực nói riêng.

Việc áp dụng công nghệ sản xuất cây thực phẩm, cây ăn quả, cây hoa…trong nhà trồng (nhà kính, nhà lưới) và áp dụng các phương pháp tưới tự độngnhằm nâng cao năng xuất, sản lượng, chất lượng cũng như sản xuất chuyêncanh từng loại cây trồng trong từng khu vực đối với từng vùng, đặc biệt ởnước ta với điều kiện khí hậu tương đối khắc nghiệt đang được coi là vấn đềcấp thiết Trước những vấn đề đó việc nghiên cứu, khảo sát, đánh giá thựctrạng tình hình sử dụng nhà trồng trong nước cũng như tham khảo các môhình nhà trồng trên thế giới làm cơ sở để định hướng, lựa chọn, cải tiến cấutrúc nhà trồng, thiết bị phụ trợ cho nhà trồng phục vụ sản xuất nông nghiệptrong nước góp phần nâng cao đời sống, cũng như giảm bớt sức lao động cho

Hiện nay trên thị trường thế giới có rất nhiều hệ thống và thiết bị điềukhiển ứng dụng vào sản xuất công nghiệp và nông nghiệp nhằm nâng cao chấtlượng sản phẩm, hạ giá thành và giảm số người lao động thủ công trong sảnxuất Một trong các thiết bị điều khiển đang được ứng dụng rộng rãi là thiết bịđiều khiển lập trình được PLC (Programable Logic Controller) PLC được sảnxuất và phân phối bởi một loạt các nhà sản xuất thiết bị công nghiệp, trong đócó Siemens (Đức).

Do đó, em chọn đề tài đồ án tốt nghiệp “Thiết kế hệ thống điều khiểnđộ ẩm trong nhà trồng” nhằm mục đích nghiên cứu cấu trúc, công nghệ củanhà trồng, nghiên cứu thiết bị điều khiển logic lập trình được PLC, cụ thể làhọ S7-200 của Siemens từ đó thiết kế hệ thống.

Đồ án tập trung nghiên cứu các nội dung sau:

- Chương 1: Cấu trúc và yêu cầu công nghệ của nhà trồng thực vật.- Chương 2: Cấu trúc và lập trình PLC S7-200.

- Chương 3: Thiết kế hệ thống điều khiển độ ẩm trong nhà trồng thựcvật.

Với kiến thức tích luỹ được trong quá trình học tập và với sự giúp đỡcủa các thầy giáo trong Khoa KTĐK đặc biệt là sự giúp đỡ nhiệt tình của thầygiáo PGS, TS Đào Hoa Việt, em đã cố gắng hoàn thành đồ án tốt nghiệp Dohạn chế về thời gian, tài liệu tham khảo nên đồ án khó tránh khỏi những thiếusót nhất định Em xin chân thành cảm ơn những nhận xét, ý kiến của các thầycô cùng các bạn đồng môn.

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Bùi Quy

Trong nhiều năm qua các cơ quan chuyên môn, nhiều nhà khoa học đã vàđang tập trung nghiên cứu, đưa ra được nhiều loại quy trình trồng rau an toàn và hoachất lượng cao ở ngoài đồng ruộng, trong nhà kính, nhà lưới; đang từng bước đưamột số giống mới có năng suất, chất lượng cao vào sản xuất, loại bỏ những giống cũcó năng suất và chất lượng kém Tuy các vùng sản xuất rau và hoa trong nhà kính,nhà lưới với sự hỗ trợ của các hệ thống thiết bị phục vụ công nghệ như hệ thốngtưới, hệ thống hoà trộn dung dịch đặc biệt là hệ thống thiết bị điều khiển môi trườngnhà trồng nhằm tạo ra được môi trường tốt nhất cho cây trồng phát triển, đang ngàycàng được mở rộng, song thực tế các hệ thống thiết bị này chưa được nghiên cứumột cách hệ thống, chủ yếu là nhập và sao chép mẫu, đầu tư tự phát không có đủluận cứ khoa học Đấy là chưa tính đến giá thành các thiết bị nhập ngoại đòi hỏi chiphí rất lớn, dẫn đến chưa phát huy được hiệu quả nên chưa phát triển rộng rãi.

Việc đi tắt đón đầu, nghiên cứu xác định được một số thiết bị phụ trợ trongnhà trồng nhằm tạo được môi trường tốt, phù hợp để có thể sản xuất quanh nămrau, hoa theo hướng công nghiệp, giảm lao động nặng nhọc, bảo vệ môi trường đểbắt kịp trình độ sản xuất nông nghiệp các nước trong khu vực nhằm nâng cao năng

trong từng khu vực đối với từng vùng, đặc biệt ở nước ta với điều kiện khí hậutương đối khắc nghiệt đang được coi là vấn đề cấp thiết

1.1.1 Cấu trúc của nhà trồng thực vật ngoài nước.

Cuối thế kỷ 20, nông nghiệp nhà kính bắt đầu phát triển với quy môlớn, tốc độ cao Ở Mỹ, Israel, Hà Lan, Nhật Bản và một số nước phát triểnkhác đã đưa nông nghiệp nhà kính lên vị trí hàng đầu Mấy năm gần đây việcứng dụng các loại vật liệu kiến trúc mới đã tạo điều kiện thuận lợi cho nhàkính phát triển và ngày càng hoàn thiện hơn về hình dáng cũng như kiểu cáchđể phù hợp với từng vùng khí hậu của từng nước đồng thời cũng đẩy mạnhxuất khẩu sang các nước chậm phát triển Do khoa học ngày càng phát triểnnên việc ứng dụng công nghệ thông tin cũng như tự động hóa vào điều khiểnkhí hậu trong nhà trồng cũng đạt đến trình độ cao và đã sản xuất hàng loạt cácthiết bị đồng bộ điều khiển khí hậu trong nhà trồng với các quy mô từ thấp tớicao tùy thuộc vào công nghệ cũng như giá thành của người sử dụng Chính vìvậy việc sản xuất thâm canh tăng vụ ngày càng trở nên rõ rệt, môi trườngtrong nhà trồng luôn luôn ở mức nhiệt độ, độ ẩm mà yêu cầu của cây sử dụng,cây trồng không phân biệt được các mùa trong năm bởi vậy sản phẩm cóquanh năm đáp ứng được nhu cầu của người tiêu dùng.

Hiện nay trên thế giới đã có hàng loạt các công ty: Công ty Green Airsản xuất bộ điều khiển 6 nhà kính kiểu GHC-100 có khả năng điều khiển tấtcả các thiết bị trong nhà trồng Nhật Bản là nước phát triển hệ thống điềukhiển thích hợp với việc quan trắc theo dõi hai chiều từ xa, không phân biệtthời gian, địa điểm, chỉ cần nối máy với mạng là có thể thực hiện điều khiểntừ xa như ý Công ty hệ thống vô tuyến Anh phát triển một sêri về thiết bịthông tin vô tuyến phù hợp với nhà kính, kho bảo quản lạnh, hệ thống truyềnhình không dây xách tay, hệ thống điều khiển nước, gió và nhiệt, độ ẩm, ánhsáng Công ty Electrodeole của Mỹ sản xuất hệ thống quan trắc theo dõi và

điều khiển cho phép người ngồi trong nhà có thể quan sát điều khiển từ xa cácthông số như nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng…

Hiện nay trên thế giới cũng đưa ra một loạt các kiểu dáng nhà có kèmtheo thiết bị điều khiển tiểu khí hậu trong đó có hai dạng chính như sau:

 Nhà trồng đơn giản: Mục tiêu đảm bảo được một số yêu cầu phục vụ

công nghệ chống được mưa, một số loại côn trùng và một số thiết bịđiều chỉnh bằng tay hoặc bằng cơ khí như:

- Hệ thống thiết bị thông gió tự nhiên.- Hệ thống làm mát, cấp nhiệt đơn giản.- Hệ thống lưới chống côn trùng.

- Hệ thống chống mưa, sương.

 Nhà trồng hiện đại: Đáp ứng thỏa mãn mọi yêu cầu của công nghệ, nó

cho phép tạo ra môi trường khí hậu riêng biệt phía trong nhà trồngthông qua hệ thống điều khiển trung tâm thu nhận xử lý tín hiệu từ bộtruyền cảm nhiệt độ, ánh sáng, độ ẩm, gió, mưa…để đưa lệnh điềukhiển tới các hệ thống:

- Hệ thống thông gió cưỡng bức (quạt đối lưu, quạt hút…).

- Hệ thống làm mát, cấp nhiệt tự động (điều hòa, bốc hơi nước…).- Hệ thống kiểm soát và điều khiển cường độ ánh sáng (lưới cắt

nắng, hệ thống chiếu sáng…).

- Hệ thống cung cấp nồng độ khí CO2…

Thực tế cho thấy toàn bộ các thiết bị được thiết kế đồng bộ cho nhàtrồng ở các nước trên đều đem lại hiệu quả kinh tế nhưng giá thành tương đốicao chỉ phù hợp với một số nước có nền kinh tế phát triển Do vậy thiết bịđồng bộ này không phù hợp với điều kiện kinh tế ở nước ta.

1.1.2 Cấu trúc của nhà trồng thực vật trong nước.

Ở nước ta nông nghiệp nhà kính đã bước đầu có được sự chú trọngtrong sản xuất, nhưng so với các nước phát triển vẫn còn một khoảng cách rấtlớn về quy mô cũng như về trình độ Hiện nay có một số địa phương cũngđang tích cực áp dụng công nghệ nhà trồng vào sản xuất rau an toàn và hoachất lượng cao, nhưng do trình độ cũng như sự hiểu biết về nhà trồng còn hạnchế nên việc ứng dụng không đem lại hiệu quả kinh tế cao do không có cácthiết bị phụ trợ trong việc điều khiển khí hậu Một số trung tâm, hợp tác xãcũng mạnh dạn nhập khẩu các mẫu nhà trồng nước ngoài vào sản xuất rau antoàn và hoa chất lượng cao vẫn không đem lại hiệu quả kinh tế do một phầnkhông hiểu rõ được công nghệ nhà trồng, một phần kinh phí hạn hẹp nênkhông đồng bộ hóa được thiết bị điều khiển cũng như thiết bị phụ trợ điềukhiển khí hậu vì vậy gây lãng phí cũng như làm mất tác dụng của các thiết bị.

Do đặc điểm về địa lý cũng như điều kiện kinh tế ở một số vùng khácnhau nên việc chọn lựa và thiết kế cho một mô hình nhà trồng chung hoàntoàn gặp khó khăn Như thành phố Huế đã có tới 2100 ha diện tích nhà trồngvới mỗi mô đun có diện tích 1000m2 nhưng không đem lại hiệu quả nên môhình này dần dần mất đi Ở một số tỉnh khác như Đà Nẵng, Khánh Hòa, LâmĐồng cũng đang trình các cơ quan cấp tỉnh để xin dự án xây dựng mô hìnhnhà lưới với quy mô khá lớn nhưng gặp một số khó khăn do kinh phí cũngnhư các luận cứ khoa học về việc điều khiển khí hậu trong nhà trồng chưađược kiểm chứng Chính vì vậy việc thiết kế được hệ thống điều khiển trungtâm đóng vai trò quan trọng trong quá trình sản xuất trong nhà trồng có hiệuquả nhất và mang lại giá trị kinh tế cao.

Như vậy thực trạng việc sản xuất trong môi trường trong nhà trồng củanước ta vẫn còn manh mún, tự phát với quy mô nhỏ cũng như chưa có cơ sởđầy đủ để đánh giá Như ta đã biết việc ứng dụng khoa học kỹ thuật trồng câytrong nhà trồng mang lại hiệu quả thiết thực cho người sản xuất cũng nhưnâng cao chất lượng, năng suất sản phẩm nông nghiệp Tuy nhiên do cơ sở

còn kém, khởi đầu chậm, chịu ảnh hưởng của thực lực kinh tế, tuy đã tiếnhành nghiên cứu phát triển và cũng như tạo ra được một số kỹ thuật thích hợpđiều kiện trong nước, nhưng nghiên cứu ứng dụng tổng hợp còn chưa đủ độsâu về tính tổng hợp của kỹ thuật, tính phối hợp đồng bộ và tính quy mô hóado đó việc sản xuất trong nhà trồng chưa hiệu quả, chưa đem lại những côngnăng như mong muốn còn cần tiếp tục hoàn thiện và nâng cao.

Từ cách tiếp cận công nghệ nhà trồng trên thế giới cũng như qua quátrình điều tra khảo sát thực nghiệm trong nước các nhà nghiên cứu cũng đãđưa ra được một số mô hình nhà trồng phù hợp với điều kiện khí hậu cũngnhư kinh tế ở nước ta.

Kích thước và quy mô các dạng nhà: có rất nhiều loại kích thước khácnhau hiện đang ứng dụng trong nhà trồng, tuy nhiên có thể tổng kết lại nhưsau Với H là chiều cao, B là chiều rộng của nhà.

- Nhà cao: H/B = 0,60,8.

- Nhà trung bình: H/B = 0,30,5.- Nhà thấp: H/B = 0,150,25.

Nhà trồng dạng cao có chiều cao hữu ích thường từ 44,5m, chiều caođỉnh mái là 5,56m, khẩu độ thường là 89m Đặc điểm của nhà này là khẩuđộ lớn, không gian rộng, hiệu quả thông gió tự nhiên rất tốt, có thể lắp đặtthêm dễ dàng các thiết bị điều khiển môi trường trong nhà trồng, có thể ứngdụng rộng rãi vào các lĩnh vực trồng rau, ươm cây, sản xuất hoa, và phục vụcho công tác thí nghiệm …

Nhà trồng trung bình có chiều cao hữu ích là 2,53,2m, chiều cao đỉnhmái 3,74,2m khẩu độ trong nhà thường 67m Đặc điểm nhà này chỉ ápdụng cho một số loại cây trồng có chiều cao vừa phải như một số loại cây dưachuột, bí, cà chua…

Nhà trồng thấp có chiều cao hữu ích 1,72m, chiều cao đỉnh mái 2,5m.

mát hoặc tăng nhiệt như quạt đèn chiếu sáng…chỉ phù hợp cho sản xuất câygiống và một số cây thấp như xà lách, mùi, hành…

Qua quá trình phân tích ở trên đề tài chọn một mô hình nhà trồng phùhợp với điều kiện khí hậu cũng như các điều kiện kinh tế và khả năng điềukhiển khí hậu trong nhà trồng: có chiều cao đỉnh mái là 5,5m, chiều cao hữuích 4m, chiều rộng 8m và chiều dài 25m Thông thường một mô hình nhàtrồng thường có diện tích 4001000m2 Vì vậy đề tài chọn mô hình nhà trồngcó chiều rộng 8m và chiều dài 25m và được nối ghép 2 mô đun lại thành tổngdiện tích nhà trồng là 400m2 (16m x 25m).

Hình 1.1 Mô hình nhà trồng nối ghép mô đun 400m2 (16 x 25m).

1.2 YÊU CẦU CÔNG NGHỆ CỦA NHÀ TRỒNG THỰC VẬT.

Yêu cầu công nghệ nhà trồng là đảm bảo môi trường trong nhà đúngtheo công nghệ mà các chuyên gia cây trồng yêu cầu cho từng đối tượng câytrồng, theo từng thời kỳ sinh trưởng Chính vì vậy, đưa ra được giải pháp điềukhiển tổng thể khí hậu trong nhà trồng là rất quan trọng và cần thiết Một sốyêu cầu đối với nhà trồng như sau:

 Nhiệt độ: là một trong những yếu tố quan trọng quyết định sự sinhtrưởng, phát triển, nở hoa và chất lượng của cây trồng Đa số các loạicây trồng cũng như các giống cây đều ưa khí hậu mát mẻ, nhiệt độ dao

động 17190C mùa đông, và 24260C đối với mùa hè Nếu nhiệt độnhỏ hơn 12,50C và lớn hơn 33,50C cây trồng phát triển kém.

 Ánh sáng: là yếu tố không thể thiếu trong đời sống của mọi sinh vậttrên trái đất, là một yếu tố cần thiết cho sinh trưởng và phát triển củacây Ánh sáng cung cấp năng lượng cho cây tạo ra chất hữu cơ nhờ quátrình quang hợp, mà qua trình quang hợp phụ thuộc vào thành phầnquang phổ của ánh sáng cũng như cường độ chiếu sáng Thông thườngthì cường độ ánh sáng cho phép dao động từ 20.00030.000Lux.

 Độ ẩm: luôn luôn là yêu tố cần thiết cung cấp nước cho cây và giữ cânbằng nước giữa môi trường và cơ thể, chống lại sự héo rũ và hiện tượngco nguyên sinh trong các mô tế bào thực vật, trong thời gian hình thànhvà hoàn chỉnh các chức năng hoạt động của bộ rễ Độ ẩm của khôngkhí luôn phải đạt được mức bão hòa và thích hợp nhất là 7476% đốivới mùa đông và 8486% với mùa hè.

 Thông gió: là phần quan trọng đối với mô hình nhà trồng nó là phầnthiết yếu để nhà trồng tồn tại trong điều kiện khí hậu khắc nghiệt Giócòn có tác dụng trao đổi không khí trong nhà trồng tạo ra môi trườngtrong nhà trồng luôn luôn trong sạch Tốc độ gió cho phép có ích chonhà trồng khoảng 0,15 m/s.

Như vậy mô hình nhà trồng với diện tích 400m2 (16x25m) vật liệu phủmái bằng vật liệu Polyethylen phải thỏa mãn được các điều kiện sau:

- Thông gió tối đa, cải thiện các điều kiện trồng trọt ngăn côn trùng xâmnhập nhà trồng.

- Thải được nhiệt và ẩm dư thừa trong nhà.

- Khả năng đối lưu không khí một cách hiệu quả bên nhà.- Khả năng bổ sung các hệ thống gia nhiệt, ẩm khi có yêu cầu.- Chuyển bức xạ mặt trời tới cây trồng thích hợp.

Từ các yêu cầu công nghệ như trên đề tài đưa ra được mô hình nhàtrồng bao gồm các thiết bị cảm biến và thiết bị chấp hành để điều chỉnh độ ẩmtrong nhà trồng theo đúng công nghệ chuyên gia yêu cầu đối với từng loại câycụ thể trong nhà.

1.3 TÍNH TOÁN CÂN BẰNG ẨM TRONG NHÀ TRỒNG.

Như ta đã biết quá trình xử lý không khí là quá trình làm thay đổi trạngthái không khí môi trường đến trạng thái định sẵn Việc xử lý độ ẩm khôngkhí bao gồm các nội dung sau:

- Tăng ẩm (tăng dung ẩm d).

- Giảm ẩm (giảm d hay còn gọi là làm khô không khí).

Với mục tiêu của đề tài là nghiên cứu một số loại thiết bị cân bằng độẩm trong nhà trồng Vì vậy quá trình xử lý không khí ở đây chúng ta cần thựchiện quá trình tăng ẩm hoặc giảm ẩm Để đáp ứng được mục tiêu trên thì tathấy các vấn đề cần phải nghiên cứu cần phải là tính toán cân bằng ẩm trongnhà:

Hình 1.3 Sơ đồ thu, toả ẩm trong nhà trồng.

1.3.1 Tỏa hơi nước do người.

Trong quá trình hoạt động, làm việc con người tỏa một lượng hơi nướcvào phòng nhằm duy trì cân bằng nhiệt của cơ thể Lượng hơi nước (haylượng ẩm) tỏa do người Wng [g/h] phụ thuộc vào nhiệt độ, độ ẩm, vận tốc môitrường không khí xung quanh và trạng thái lao động mà con người tiến hànhđược xác định theo công thức:

, [g/h] (1.1)Trong đó:

g: Lượng ẩm do một người tỏa [g/h.người] theo bảng 3.7 [1].n: Số người có trong phòng [người].

1.3.2 Tỏa hơi nước do bốc hơi từ bể chứa.

Lượng hơi nước bốc hơi W [g/h] từ bể chứa xác định theo công thức:

Trong đó:

t: Nhiệt độ mặt nước [0C], theo bảng 3.13 [1].

v: Vận tốc của không khí chuyển động trên mặt nước [m/s].B: áp suất khí quyển [kPa].

pbh: áp suất không khí ở nhiệt độ mặt nước [kPa].p0: áp suất không khí trong phòng [kPa].

F: diện tích bề mặt bốc hơi [m2].

1.3.3 Tỏa hơi nước từ nền ẩm.

Lượng hơi nước bốc hơi đoạn nhiệt từ sàn ướt W [g/h] được xác địnhtheo công thức:

1.3.4 Tỏa hơi nước từ bán thành phẩm.

Các bán thành phẩm đưa vào phòng có thể thay đổi lượng hơi nướcchứa trong chúng Lượng hơi nước bốc hơi từ bán thành phẩm W [g/h] được

Wtp=(y1-y2).G, [g/h] (1.4)Trong đó:

y1: Lượng hơi nước trong bán thành phẩm vào phòng (g/kg bánthành phẩm).

Y2: Lượng hơi nước trong bán thành phẩm ra phòng (g/kg bánthành phẩm).

G: Khối lượng bán thành phẩm đưa vào phòng trong 1 giờ[kg/h].

Dựa vào các công thức tính toán từ công thức (1.1)(1.4), tính toán cụthể cho mô hình với các thông số đã biết, các thông số nhiệt độ, cường độ bứcxạ, các hệ số trong công thức lấy theo phụ lục 116 [2].

Bảng 1.1 Các thông số ngoài trời do đo đạc.

Bảng 1.2 Các thông số theo yêu cầu công nghệ:

Yêu cầu công nghệMùa hè Mùa đông Ký hiệu

Một hệ thống điều khiển ưu việt mà chúng ta phải chọn được điềukhiển cho một máy sản xuất cần phải hội tụ đủ các yêu cầu sau: giá thành hạ,dễ thi công, sửa chữa, chất lượng làm việc ổn định, linh hoạt… Từ đó hệthống điều khiển có thể lập trình được PLC (Programble Logic Controller) rađời đã giải quyết được vấn đề trên

Thiết bị điều khiển lập trình đầu tiên đã được những nhà thiết kế cho rađời năm 1968 (Công ty General Motor-Mỹ) Tuy nhiên, hệ thống này còn kháđơn giản và cồng kềnh, người sử dụng gặp nhiều khó khăn trong việc vậnhành hệ thống Vì vậy các nhà thiết kế từng bước cải tiến hệ thống đơn giảngọn nhẹ, dễ vận hành, nhưng việc lập trình cho hệ thống còn khó khăn, do lúcnày không có các thiết bị lập trình ngoại vi hỗ trợ cho công việc lập trình.

Để đơn giản hóa việc lập trình, hệ thống điều khiển lập trình cầm tay(Programmable controller handle) đầu tiên được ra đời vào năm 1969 Tronggiai đoạn này các hệ thống điều khiển lập trình (PLC) chỉ đơn giản nhằm thaythế hệ thống rơle và dây nối trong hệ thống điều khiển cổ điển Qua quá trìnhvận hành, các nhà thiết kế đã từng bước tạo ra được một tiêu chuẩn mới cho

những năm đầu thập niên 1970, những hệ thống PLC còn thêm khả năng vậnhành với những thuật toán hỗ trợ (arithmetic), “vận hành với các dữ liệu cậpnhật” (data manipulation) Do sự phát triển của loại màn hình dùng cho máytính (Cathode Ray Tube: CRT), nên việc giao tiếp giữa người điều khiển đểlập trình cho hệ thống càng trở nên thuận lợi hơn Ngoài ra các nhà thiết kếcòn tạo ra kỹ thuật kết nối với các hệ thống PLC riêng lẻ thành một hệ thốngPLC chung, tăng khả năng của từng hệ thống riêng lẻ Tốc độ xử lý của hệthống được cải thiện, chu kỳ quét (Scan) nhanh hơn làm cho hệ thống PLC xửlý tốt với những chức năng phức tạp, số lượng cổng ra/vào lớn.

Một PLC có đầy đủ các chức năng như: bộ đếm, bộ định thời, các thanhghi và tập lệnh cho phép thực hiện các yêu cầu điều khiển phức tạp khácnhau Hoạt động của PLC hoàn toàn phục thuộc vào chương trình nằm trongbộ nhớ, nó luôn cập nhật tín hiệu đầu vào, xử lý tín hiệu để điều khiển đầu ra.

Những đặc điểm của PLC:- Có khả năng chống nhiễu tốt.

- Có khả năng nối thêm các module để mở rộng đầu vào/ra.- Ngôn ngữ lập trình dễ hiểu.

- Dễ dàng thay đổi chương trình điều khiển bằng máy tính lập trìnhhoặc máy tính cá nhân.

- Độ tin cậy cao, kích thước nhỏ.- Bảo trì dễ dàng.

Do các đặc điểm trên, PLC cho phép người điều hành không mất nhiềuthời gian nối dây phức tạp khi cần thay đổi chương trình điều khiển, chỉ cầnlập chương trình mới thay cho chương trình cũ.

Việc sử dụng PLC vào các hệ thống điều khiển ngày càng thông dụng,để đáp ứng yêu cầu ngày càng đa dạng này, các nhà sản xuất đã đưa ra hàngloạt các dạng PLC với nhiều mức độ thực hiện đủ để các đáp ứng các yêu cầukhác nhau của người sử dụng.

Để đánh giá một bộ PLC người ta dựa vào 2 tiêu chuẩn chính: dunglượng bộ nhớ và số tiếp điểm vào/ra của nó Bên cạnh đó cũng cần chú ý đếncác chức năng như: bộ vi xử lý, chu kỳ xung clock, ngôn ngữ lập trình, khảnăng mở rộng số đầu vào/ra.

2.1.1 Cấu trúc chung của PLC.

Tất cả các PLC đều có thành phần chính là một bộ nhớ chương trìnhRAM bên trong [có thể mở rộng thêm một số bộ nhớ ngoài EPROM] Một bộvi xử lý có cổng giao tiếp dùng cho việc ghép nối với PLC, các Modulevào/ra Bên cạnh đó, một bộ PLC hoàn chỉnh còn đi kèm thêm một đơn vị lậptrình bằng tay hay bằng máy tính Hầu hết các đơn vị lập trình đơn giản đềucó đủ RAM để chứa đựng chương trình dưới dạng hoàn thiện hay bổ sung.Nếu đơn vị lập trình là đơn vị xách tay, RAM thường là loại CMOS có pin dựphòng, chỉ khi nào chương trình đã được kiểm tra và sẵn sàng sử dụng thì nómới truyền sang bộ nhớ PLC Đối với các PLC thường lập trình trên máy tínhnhằm hỗ trợ cho việc viết, đọc và kiểm tra chương trình Các đơn vị lập trìnhPLC qua cổng RS232, RS422, RS485, …

Hình 2.1 Cấu trúc đơn giản của PLC.

2.1.2 Nguyên lý hoạt động cuả PLC:

CPU điều khiển các hoạt động bên trong PLC Bộ xử lý sẽ đọc và kiểm trachương trình được chứa trong bộ nhớ, sau đó sẽ thực hiện thứ tự từng lệnh trongchương trình, sẽ đóng hay ngắt các đầu ra Các trạng thái đầu ra ấy được phát tớicác thiết bị liên kết được thực thi Và toàn bộ các hoạt động thực thi đó đều phụthuộc vào chương trình điều khiển được giữ trong bộ nhớ.

Hệ thống Bus là tuyến dùng để truyền tín hiệu, hệ thống gồm nhiều đườngtín hiệu song song:

- Address Bus: Bus địa chỉ dùng để truyền địa chỉ đến các module khácnhau.

- Data Bus: Bus dùng tuyến dữ liệu.

- Control Bus: Bus điều khiển dùng để truyền các tín hiệu định thì và điềukhiển đồng bộ các hoạt động trong PLC.

Trong PLC các số liệu được trao đổi giữa bộ vi xử lý và các module vàothông qua Data Bus, Address Bus và Data Bus gồm 8 đường ở cùng thời điểm chophép truyền 8 bit của một byte một cách đồng thời hay song song

Nếu một module đầu vào của nó vào Data Bus Nếu địa chỉ byte của 8 đầu raxuất hiện trên Address Bus, module đầu ra tương ứng sẽ nhận được dữ liệu từ Databus Control Bus sẽ được chuyển các tín hiệu điều khiển vào theo dõi chu trình hoạtđộng của PLC Các địa chỉ và số liệu được chuyển lên các Bus tương ứng trong mộtthời gian hạn chế.

Hệ thống Bus sẽ làm nhiệm vụ trao đổi thông tin giữa CPU, bộ nhớ và I/O.Bên cạnh đó, CPU được cung cấp một xung Clock có tần số 1,8MHz xung này quyếtđịnh tốc độ hoạt động của PLC và cung cấp các yếu tố về định thời, đồng hồ của hệthống.

2.1.3 Bộ nhớ của PLC.

PLC thường yêu cầu bộ nhớ trong các trường hợp: làm bộ định thời chocác kênh trạng thái I/O, làm bộ đệm trạng thái các chức năng trong PLC nhưđịnh thời, đếm, ghi các Relay.

Mỗi lệnh của chương trình có một vị trí riêng trong bộ nhớ, tất cả mọivị trí trong bộ nhớ đều được đánh số, những số này chính là địa chỉ trong bộnhớ Địa chỉ của từng ô nhớ sẽ được trỏ đến bởi một bộ đếm địa chỉ ở bêntrong bộ vi xử lý Bộ vi xử lý sẽ ghi giá trị trong bộ đếm này lên trước khixử lý lệnh tiếp theo Với một địa chỉ mới, nội dung của ô nhớ tương ứng sẽxuất hiện ở đầu ra, quá trình này được gọi là quá trình đọc.

Bộ nhớ bên trong PLC được tạo bởi các vi mạch bán dẫn, mỗi vi mạchnày có khả năng chứa 20016000 dòng lệnh, tùy theo loại vi mạch TrongPLC các bộ nhớ RAM, EPROM đều được sử dụng:

RAM [Random Access Memory] có thể nạp chương trình, thay đổihay xoá bỏ nội dung bất kỳ lúc nào Nội dung của RAM sẽ bị mất nếu nguồn

điện nuôi bị mất Để tránh tình trạng này các PLC đều được trang bị một pinkhô, có khả năng cung cấp năng lượng dự trữ cho RAM từ vài tháng đến vàinăm Trong thực tế RAM được dùng để khởi tạo và kiểm tra chương trình.Khuynh hướng hiện nay dùng CMOSRAM nhờ khả năng tiêu thụ thấp vàtuổi thọ lớn.

EPROM [Electrocally Programmable Real Only Memory] là bộ nhớmà người sử dụng bình thường chỉ có thể đọc nhưng không ghi nội dung vàođược Nội dung của EPROM không bị mất đi nguồn nuôi, nó được gắn sẵntrong máy, đã được nhà sản xuất nạp và chứa trong hệ điều hành sẵn Nếungười sử dụng không muốn mở rộng bộ nhớ thì chỉ dùng thêm EPROM gắnbên trong PLC Trên PG [Programmer] có sẵn chỗ ghi và xoá EPROM.

EEPROM [Electrically Erasable Programmable Read Only Memory]liên kết với những truy suất linh động của RAM và có tính ổn định Nộidung của nó có thể được xoá và lập trình bằng điện, tuy nhiên số lần là cógiới han.

Môi trường ghi dữ liệu thứ tự là đĩa cứng hoặc đĩa mềm, được sử dụngtrong máy lập trình Đĩa cứng hoặc đĩa mềm có dung lượng lớn thường đượcdùng để lưu những chương trình lớn trong thời gian dài.

Ngoài ra còn cho phép gắn thêm một bộ nhớ mở rộng RAM, EPROM.

2.1.5 Các đầu vào ra của PLC.

Các đường tín hiệu từ bộ cảm biến được nối vào các module (các đầuvào của PLC), các cơ cấu chấp hành được nối với các module ra (các đầu ra

của PLC) Hầu hết các PLC có điện áp hoạt động bên trong là 5V, tín hiện xửlý 12/24VDC hoặc100/240VAC Mỗi đơn vị I/O có duy nhất một địa chỉ, cáctrạng thái của các kênh I/O được cung cấp bởi các đèn LED trên PLC, điềunày làm cho việc kiểm tra hoạt động nhập xuất trở nên dễ dàng và đơn giản.

Bộ xử lý đọc và xác định các trạng thái đầu vào (ON, OFF) để thựchiện việc đóng ngắt hay ngắt mạch ở đầu ra.

2.1.6 Các hoạt động xử lý bên trong PLC.

Khi một chương trình đã được nạp vào bộ nhớ của PLC, các lệnh sẽ đượctrong một vùng lệnh địa chỉ riêng lẻ trong bộ nhớ PLC có bộ đệm địa chỉ ở bêntrong vi xử lý, vì vậy chương trình ở bên trong bộ nhớ sẽ được vi xử lý thực hiệnmột cách tuần tự từng lệnh một, từ đầu cho đến cuối chương trình Mỗi lần thựchiện chương trình từ đầu đến cuối được gọi là một chu kỳ thực hiện Thời gianthực hiện một chu kỳ tuỳ thuộc vào tốc độ xử lý của PLC và độ lớn của chươngtrình

Một chu kỳ thực hiện bao gồm 3 giai đoạn nối tiếp nhau:

- Đầu tiên, bộ xử lý đọc trạng thái của tất cả đầu vào Phần chương trìnhphục vụ công việc này có sẵn trong PLC và được gọi là hệ điều hành.- Tiếp theo, bộ xử lý sẽ đọc và xử lý tuần tự một lệnh trong chương

trình Trong khi đọc và xử lý các lệnh, bộ xử lý sẽ đọc tín hiệu cácđầu vào, thực hiện các phép toán logic và kết quả sẽ được xác địnhtrạng thái của các đầu ra.

- Cuối cùng, bộ vi xử lý sẽ gán các trạng thái mới cho các module ra.2.2 GIỚI THIỆU THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN LOGIC LẬP TRÌNH ĐƯỢC PLCS7-200.

PLC viết tắt của Programmable Logic Controller là thiết bị điều khiểnlogic lập trình được, cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển

S7-200 là thiết bị điều khiển khả trình loại nhỏ của hãng Siemens, cócấu trúc theo kiểu module và có các module mở rộng Các module này sửdụng cho nhiều ứng dụng lập trình khác nhau Thành phần cơ bản của S7-200là CPU: có nhiều loại CPU 212, 214, 224, 226, … Trong nội dung đồ án chỉgiới thiệu 2 loại CPU: CPU 212 và CPU 214 Về hình thức bên ngoài, sự khácnhau của hai loại CPU này nhận biết được nhờ số đầu vào/ra và nguồn cungcấp.

- CPU 212 có 8 cổng vào, 6 cổng ra và có khả năng được mở rộngthêm bằng 2 module mở rộng.

- CPU 214 có 14 cổng vào, 10 cổng ra và có khả năng được mở rộngthêm bằng 7 module mở rộng.

- Tổng số cổng vào/ra cực đại là 64 cổng vào và 64 cổng ra.

- 128 timer chia làm 3 loại theo độ phân giải khác nhau: 4 timer 1ms,16 timer 10ms, 108 timer 100ms.

- 128 bộ đếm chia làm 2 loại: chỉ đếm tiến và vừa đếm tiến vừa đếm lùi.- 688 bit nhớ đặc biệt dùng để thông báo trạng thái và đọc chế độ làm việc.- Các chế độ ngắt xử lý bao gồm: ngắt truyền thông, ngắt theo sườn lên hoặc

xuống, ngắt thời gian, ngắt của bộ đếm tốc độ cao và ngắt truyền xung.- 3 bộ đếm tốc độ cao với nhịp 2KHz và 7KHz.

- 2 bộ phát xung nhanh cho dãy xung kiểu PTO hoặc kiểu PWM.- 2 bộ điều chỉnh tương tự.

- Toàn bộ vùng nhớ không bị mất dữ liệu trong khoảng thời gian 190giờ khi PLC bị mất nguồn nuôi.

Hình 2.2 Bộ điều khiển lập trình S7-200-CPU 214.

- STOP (đèn vàng): Đèn vàng STOP chỉ định PLC đang ở chế độdừng Dừng chương trình đang thực hiện lại.

- Ix.x (đèn xanh): Đèn xanh ở cổng vào chỉ định trạng thái tức thờicủa cổng Ix.x (x.x=001.5) Đèn này báo hiệu trạng thái của tínhiệu theo giá trị logic của cổng.

- Qy.y (đèn xanh): Đèn xanh ở cổng ra báo hiệu trạng thái tức thờicủa cổng Qy.y (y.y=0.01.1) Đèn này báo hiệu trạng thái của tínhiệu theo giá trị logic của cổng.

Cổng truyền thông:

- S7-200 sử dụng cổng truyền thông nối tiếp RS485 với phích nối 9chân để phục vụ cho việc ghép nối với thiết bị lập trình hoặc với cáctrạm PLC khác Tốc độ truyền cho máy lập trình kiểu PPI là 9600

baud Tốc độ truyền cung cấp của PLC theo kiểu tự do là30038400.

Hình 2.3 Cổng truyền thông nối tiếp RS485.

3 Truyền và nhận dữ liệu 8 Truyền và nhận dữ liệu

Để ghép nối S7-200 với máy lập trình PG702 hoặc với các loại máy lậptrình thuộc họ PG7xx có thể sử dụng một cáp nối thẳng MPI Cáp đó đi kèmtheo máy lập trình.

Ghép nối S7-200 với máy tính PC qua cổng RS-232 cần có cáp nốiPC/PPI với bộ chuyển đổi RS232/RS485.

Công tắc chọn chế độ làm việc của PLC:

Công tắc chọn chế độ làm việc nằm phía trên, bên cạnh các cổng ra củaS7-200 có ba vị trí cho phép chọn các chế độ làm việc khác nhau cho PLC.

- RUN cho phép PLC thực hiện chương trình trong bộ nhớ PLC 200 sẽ rời khỏi chế độ RUN và chuyển sang chế độ STOP nếu trongmáy có sự cố hoặc trong chương trình gặp lệnh STOP, thậm chíngay cả khi công tắc ở chế độ RUN Nên quan sát trạng thái thực tạicủa PLC theo đèn báo.

S7 STOP cưỡng bức PLC dừng thực hiện chương trình đang chạy vàchuyển sang chế độ STOP Ở chế độ STOP PLC cho phép hiệuchỉnh lại chương trình hoặc nạp một chương trình mới.

- TERM cho phép máy lập trình tự quyết định một trong các chế độlàm việc cho PLC hoặc ở chế độ RUN hoặc ở chế độ STOP.

Chỉnh định tương tự:

Điều chỉnh tương tự (1 bộ trong CPU 212 và 2 trong CPU 214) chophép điều chỉnh các biến cần phải thay đổi và sử dụng trong chương trình.Núm chỉnh analog được lắp đặt dưới nắp đậy bên cạnh các cổng ra Thiết bịchỉnh định có thể quay 270o.

Pin và nguồn nuôi bộ nhớ:

Nguồn nuôi dùng để mở rộng thời gian lưu giữ cho các dữ liệu có trongbộ nhớ Nguồn pin tự động được chuyển sang trạng thái tích cực nếu nhưdung lượng tụ nhớ bị cạn kiệt và nó phải thay thế vào vị trí đó để dữ liệutrong bộ nhớ không bị mất đi.

2.2.2 Cấu trúc bộ nhớ của S7-200 CPU214.

2.2.2.1 Phân chia bộ nhớ.

Bộ nhớ của S7-200 được chia thành 4 vùng nhớ có nhiệm vụ duy trì dữliệu trong một khoảng thời gian nhất định khi mất nguồn Bộ nhớ của S7-200có tính năng động cao, đọc và ghi được trong toàn vùng, loại trừ phần bit nhớđặc biệt được kí hiệu SM (Special Memory) chỉ có thể truy nhập để đọc.

Vùng chương trình: là miền nhớ được sử dụng để lưu các lệnh

chương trình Vùng này thuộc kiểu non-volatile đọc ghi được.

Vùng tham số: là miền lưu giữ tham số như: từ khóa, địa chỉ trạm …

cũng như vùng chương trình, vùng tham số thuộc kiểu non-volatile đọc ghiđược.

Vùng dữ liệu: dùng để cất các dữ liệu của chương trình bao gồm các

kết quả các phép tính, hằng số được định nghĩa trong chương trình, bộ đệmtruyền thông… một phần của vùng nhớ này thuộc kiểu non-volatile.

Vùng đối tượng: Timer, bộ đếm, bộ đếm tốc độ cao và các cổng vào/ra

tương tự được đặt trong vùng nhớ cuối cùng Vùng này không kiểu volatile nhưng đọc/ghi được.

non-Hình 2.4 Bộ nhớ trong và ngoài của S7- 200.2.2.2.2 Vùng dữ liệu.

Vùng dữ liệu là một vùng nhớ động Nó có thể được truy nhập theo

từng bit, từng byte, từng từ đơn hoặc từng từ kép và được sử dụng làm miền

lưu trữ dữ liệu cho các thuật toán các hàm truyền thông, lập bảng các hàmdịch chuyển, xoay vòng thanh ghi, con trỏ địa chỉ …

Vùng dữ liệu lại được chia thành các miền nhớ nhỏ với các công dụngkhác nhau Chúng được ký hiệu bằng các chữ cái đầu của tên tiếng Anh, đặctrưng cho từng công dụng của chúng như sau:

- V: Variable memory.- I: Input image regirter.- O: Output image regirter.- M: Internal memory bits.

- SM: Speacial memory bits.

V4095Vùng đệm cổng vào [I] (đọc và ghi) I0.x (x=07)

SM29.x (x=07)Vùng nhớ đặc biệt [SM] (đọc và ghi) SM0.x (x=07)

SM30.x (x=07)

Tất cả các miền này đều có thể truy nhập được theo từng bit, từng byte,từng từ đơn (word-2byte) hoặc từ kép (word).

Địa chỉ truy nhập được quy ước với công thức:

- Truy nhập theo bit: Tên miền (+) địa chỉ byte (+) (+) chỉ số bit Ví dụV150.4 chỉ bit 4 của byte 150 thuộc miền V.

- Truy nhập theo byte: Tên miền (+) B (+) địa chỉ của byte trong miền.Ví dụ VB150 chỉ 150 thuộc miền V.

- Truy nhập theo từ: Tên miền (+) W (+) địa chỉ byte cao của từ trongmiền Ví dụ VW150 chỉ từ đơn gồm 2 byte150 và 151 thuộc miền V,trong đó byte 150 có vai trò byte cao trong từ.

- Truy nhập theo từ kép: Tên miền [+] D [+] địa chỉ byte cao của từ trongmiền Ví dụ VD150 chỉ từ kép gồm 4 byte150, 151, 152 và 153 thuộc miềnV, trong đó byte 150 có vai trò byte cao và byte 153 là thấp trong từ kép.

Tất cả các byte thuộc vùng dữ liệu đều có thể truy nhập được bằng contrỏ Con trỏ được định nghĩa trong miền V hoặc các thanh ghi AC1, AC2 vàAC3 Mỗi con trỏ địa chỉ chỉ gồm 4 byte [từ kép]

2.2.2.3 Vùng đối tượng.

Vùng đối tượng được sử dụng để lưu giữ dữ liệu cho các đối tượng lậptrình như các giá trị tức thời, giá trị đặt trước của bộ đếm, hay Timer Dữ liệukiểu đối tượng bao gồm của thanh ghi của Timer, bộ đếm, bộ đếm tốc độ cao,bộ đệm vào/ra tương tự và các thanh ghi Accumulator [AC].

Kiểu được đối tượng bị hạn chế rất nhiều vì các dữ liệu kiểu đối tượngchỉ được ghi theo mục đích cần sử dụng của đối tượng đó.

Vùng nhớ đối tượng được phân chia như sau:

Bộ đệm cổng ra tươngtự (chỉ ghi)

HSC1(chỉ có trong CPU214)HSC2(chỉ có trong CPU214)

2.2.2.4 Mở rộng cổng vào ra.

Có thể mở rộng cổng vào/ra của PLC bằng cách ghép nối thêm vào nócác modul mở rộng về phía bên phải của CPU (CPU 214 nhiều nhất 7module), làm thành một móc xích Các module mở rộng tương tự và số đềucó trong S7-200 Địa chỉ của các vị trí của module được xác định bằng kiểuvào/ra và vị trí của module trong móc xích, bao gồm các module có cùngkiểu.

Các module mở rộng số hay rời rạc đều chiếm chỗ trong bộ đếm, tươngứng với số đầu vào/ra của module.

Cách đặt địa chỉ cho các module mở rộng trên CPU214.

Module 1[8vào]

Module 2[3 vàoanalog/1 ra

Module 3[8 ra]

Module 4[3 vàoanalog/1ra analog]

2.2.3 Thực hiện chương trình của S7-200 CPU214.

PLC thực hiện chương trình theo chu kỳ lặp Mỗi vòng lặp được gọi làmột vòng quét (Scan) Mỗi vòng quét được bắt đầu bằng giai đoạn đọc dữ liệutừ các cổng vào vùng đệm ảo, tiếp theo là giai đoạn thực hiện chương trình.Trong từng vòng quét, chương trình được thực hiện bằng lệnh đầu tiên và kếtthúc bằng lệnh kết thúc (MEND) Sau giai đoạn thực hiện chương trình làgian đoạn truyền thông nội bộ và kiểm tra lỗi Vòng quét được kết thúc bằnggiai đoạn chuyển các nội dung của bộ đệm ảo tới các cổng ra.

Hình 2.5 Vòng quét (scan) trong S7-200.

Như vậy, tại thời điểm thực hiện lệnh vào/ra, thông thường lệnh khônglàm việc mà chỉ thông qua bộ đệm ảo của cổng trong vùng nhớ tham số Việctruyền thông giữa bộ đệm ảo với ngoại vi trong các giai đoạn 1 và 4 do CPUquản lý Khi gặp lệnh vào/ra ngay lập tức thì hệ thống sẽ cho dừng mọi côngviệc khác, ngay cả chương trình xử lý ngắt, để thực hiện lệnh này một cáchtrực tiếp với cổng vào/ra.

Nếu sử dụng các chế độ xử lý ngắt, chương trình con tương ứng vớitừng tín hiệu ngắt được soạn thảo và cài đặt như một bộ phận của chươngtrình Chương trình xử lý ngắt chỉ được thực hiện trong vòng quét khi xuấthiện tín hiệu báo ngắt và có thể xảy ra ở bất cứ điểm nào trong vòng quét.

2.2.4 Cấu trúc chương trình của S7-200 CPU214.

Có thể lập trình cho S7-200 bằng cách sử dụng một trong những phầnmềm sau đây:

- STEP 7-Micro/DOS.- STEP 7-Micro/WIN.

Những phần mềm này đều có thể cài đặt được trên các máy lập trình họPG7xx và các máy tính cá nhân (PC).

Các chương trình cho S7-200 phải có cấu trúc bao gồm chương trình

chính (main program) và sau đó đến các chương trình con và các chương

trình xử lý ngắt được chỉ ra sau đây:

- Chương trình chính được kết thúc bằng lệnh kết thúc chương trình (MEND).- Chương trình con là một bộ phận của chương trình Các chương trình con

phải được viết sau lệnh kết thúc chương trình chính, đó là lệnh MEND.- Các chương trình xử lý ngắt là một bộ phận của chương trình Nếu cần sử

dụng chương trình xử lý ngắt phải viết sau lệnh kết thúc chương trình chínhMEND.

Các chương trình con được nhóm lại thành một nhóm ngay sau chươngtrình chính Sau đó đến các chương trình xử lý ngắt Bằng cách viết như vậy,cấu trúc chương trình được rõ ràng và thuận tiện hơn trong việc đọc chươngtrình sau này Có thể tự do trộn lẫn các chương trình con và chương trình xửlý ngắt đằng sau chương trình chính.

Để tạo ra một chương trình dạng STL, người lập trình cần phải hiểu rõphương thức sử dụng 9 bit của ngăn xếp logic của S7-200 Ngăn xếp logic làmột khối gồm 9 bit chồng lên nhau Tất cả các thuật toán liên quan đến ngănxếp đều chỉ làm việc với bit đầu tiên hoặc với bit đầu tiên và bit thứ hai củangăn xếp Giá trị logic mới đều có thể được gửi [hoặc được nối thêm] vàongăn xếp Khi phối hợp hai bit đầu tiên của ngăn xếp, thì ngăn xếp sẽ đượckéo lên một bit.

SBR 0 chương trình con thứ n+1

2.3 NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH CỦA S7-200.

S7-200biểu diễn một mạch logic cứng bằng một dãy các lệnh lập trình.Chương trình bao gồm một dãy các lệnh S7-200 thực hiện chương trình bắtđầu từ lệnh lập trình đầu tiên và kết thúc ở lệnh cuối trong một vòng Mộtvòng như vậy được gọi là vòng quét.

Một vòng quét (scan cycle) được bắt đầu bằng việc đọc trạng thái của

đầu vào, và sau đó thực hiện chương trình Scan cycle kết thúc bằng việc thayđổi trạng thái đầu ra Trước khi bắt đầu một vòng quét tiếp theo S7-200 thựcthi các nhiệm vụ bên trong và nhiệm vụ truyền thông Chu trình thực hiệnchương trình là chu trình lặp.

Cách lập trình cho S7-200 nói riêng và cho các PLC của Siemens nóichung dựa trên hai phương pháp lập trình cơ bản: Phương pháp hình thang

(Ladder Logic viết tắt là LAD) và phương pháp liệt kê lệnh (Statement List

viết tắt là STL).

Nếu chương trình được viết theo kiểu LAD, thiết bị lập trình sẽ tự tạora một chương trình theo kiểu STL tương ứng Nhưng ngược lại không phảimọi chương trình được viết theo kiểu STL cũng có thể chuyển được sangLAD

2.3.1.1 Định nghĩa về LAD

LAD là một ngôn ngữ lập trình bằng đồ họa Những thành phần cơ bảndừng 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 nhưsau:

- 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 các 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 được biểu diễn bằnghộp là các bộ định thời gian (Timer), bộ đếm (Counter) và các hàmtoán học Cuộn dây và các hộp phải được mắc đúng chiều dòng điện.

Mạng LAD: là đường nối các phần tử thành một mạch hoàn thiện, đi từ

đường nguồn bên trái sang đường nguồn bên phải Đường nguồn bên trái làdây nóng, đường nguồn bên phải là dây trung hòa hay là đường trở về nguồncung cấp (đường nguồn bên phải thường không được thể hiện khi dùngchương trình tiện dụng STEP7-Micro/DOS hoặc STEP7-Micro/WIN) Dòngđiện chạy từ bên trái qua các tiếp điểm đến các cuộn dây hoặc các hộp trở vềbên phải nguồn.

2.3.1.2 Định nghĩa về ngăn xếp logic (logic stack).

Để tạo ra một chương trình dạng STL, người lập trình cần phải hiểu rõphương thức sử dụng 9 bit ngăn xếp logic của S7-200 Ngăn xếp là một khốigồm 9 bit chồng lên nhau Tất cả các thuật toán liên quan đến ngăn xếp chỉlàm việc với bit đầu tiên hoặc bit thứ hai của ngăn xếp Giá trị logic mới cóthể được gửi vào ngăn xếp Khi kết hợp hai bit đầu tiên của ngăn xếp thì ngănxếp sẽ được kéo lên một bit.

S0 Stack 0 – Bit đầu tiên hay bit trên cùng của ngăn xếpS1 Stack 1 – Bit thứ hai của ngăn xếp

S2 Stack 2 – Bit thứ ba của ngăn xếpS3 Stack 3 – Bit thứ tư của ngăn xếpS4 Stack 4 – Bit thứ năm của ngăn xếpS5 Stack 5 – Bit thứ sáu của ngăn xếpS6 Stack 6 – Bit thứ bảy của ngăn xếpS7 Stack 7 – Bit thứ tám của ngăn xếp

2.3.2 Tập lệnh của S7-200.

2.3.2.1 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 cũ còn lại trong ngăn xếp bị đẩy lùi xuống một bit.

Load (LDN): Lệnh LDN 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 ngănxếp bị đẩy lùi xuống một bit.

OUTPUT (=): Lệnh sao chép nội dung của bit đầu tiên trong ngăn xếp

vào bit được chỉ định trong lệnh Nội dung của ngăn xếp không bị thay đổi.

2.3.2.2 Toán hạng và giới hạn cho phép.

Bảng 2.1 Giới hạn toán hạng của S7-200.

Phương pháp truy nhập Giới hạn cho phép toán hạng của CPU214

Truy nhập bit (địa chỉ byte chỉ số bit).

2.3.2.3 Các lệnh ghi/xóa giá trị cho tiếp điểm.

SET (S), RESET (R): Lệnh dùng để đóng và ngắt các điểm gián đoạn đãđược thiết kế Trong LAD, logic điều khiển dòng điện đóng hoặc ngắt các cuộndây đầu ra Khi dòng điều khiển đến các cuộn dây thì các cuộn dây đóng hoặc mởcác tiếp điểm (hoặc một dãy các tiếp điểm).

2.3.2.4 Các lệnh logic đại số Boolean.

Các lệnh tiếp điểm đại số Boolean cho phép tạo lập được các mạch logic[không có nhớ] Trong LAD các lệnh này được biểu diễn thông qua cấu trúcmạch, mắc nối tiếp hay song song các tiếp điểm thường đóng và các tiếp điểmthường mở STL có thể sử dụng các lệnh A (And) và O (Or) cho các hàm hở hoặccác lệnh AN (And Not), ON (Or Not) cho các hàm kín Giá trị của ngăn xếp thayđổi phụ thuộc vào từng lệnh.

2.3.2.5 Các lệnh tiếp điểm đặc biệt.

Có thể dùng các lệnh tiếp điểm đặc biệt để phát hiện sự chuyển trạng tháicủa xung (sườn xung) và đảo trạng thái của dòng cung cấp LAD sử dụng các tiếp