Giáo trình vận hành những phát minh khoa học kỹ thuật vào mô hình điều tiết khí hậu tự động trong nhà lưới p6 doc

Đồ án tốt nghiệp TĐH46 Nguyễn Văn Tú _ Lớp Qua sơ đồ kết nối thấy nguồn cung cấp cho đầu vào, đầu CPU 24VDC Tất đầu cuối S7-200 đợc nối đất để đảm bảo an toàn để khử nhiƠu cho tÝn hiƯu ®iỊu khiĨn Ngn cung cÊp cho cảm biến 24VCD chiều sử dụng cho đầu vào sở, modul mở rộng cuộn dây rơ le mở rộng 2.4 số modul mở rộng Để tăng tính điều khiển ứng dụng thực tế mà phần lớn đối tợng điều khiển có số lợng đầu vào, đầu nh chủng loại tín hiệu vào/ra khác mà PLC đợc thiết kế không bị cứng hoá cấu hình.Vì chúng đợc chia nhỏ thành modul S7 - 200 có nhiều loại modul mở rộng khác Các modul mở rộng vào/ra số cổng vào/ra tơng tự, tín hiệu đầu điện áp 24 VDC rơ le, có tín hiệu đầu vào điện áp 24VDC Bảng 2.3: Một số lo¹i modul më réng cđa S7 – 200 Lo¹i Sè lợng Số lợng Tín modul đầu vào đầu hiệu Tín hiệu đầu đầu vào Kích thớc rộng x dµi x cao EM221 24VDC EM222 0 24VDC rơle 46 x 80 x 62 24 VDC 24VDC rơle (46 ữ 173,3) EM223 ®Õn 16 ÷ 16 x80 x62 EM231 0 ÷ 20m A 71,2 x 80 x 62 EM232 ÷ 10 v ÷ 20m A 46 x 80 x 62 EM235 0÷5v ÷ 20m A 71,2 x 80 x 62 Tïy theo toán ( đối tợng cần điều khiển ) mµ ta cã thĨ sư dơng sè modul nhiỊu hay ít, nhng phải có modul modul CPU Các modul lại (các modul mở rộng) có nhiệm vụ nhận truyền tín hiệu với đối tợng điều khiển, Khoa điện - 61 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội Đồ án tốt nghiệp TĐH46 Nguyễn Văn Tú _ Lớp điều khiển động 2.4.1.Modul m r ng EM 235 2.4.1.1 Đặc tính chung Hình 2.13: Sơ đồ nèi ngoµi khèi më réng EM235 Modul vµo/ra EM 235 loại modul analog có đầu vào đầu analog Nó có khả chuyển đổi tín hiệu vào analog thành giá trị số tơng đơng 171 μs ®èi víi CPU 212 va 139 μs tất CPU S7_200 khác Việc chuyển đổi tín hiệu vào analog đợc thực đầu vào đợc truy cập chơng trình ã Đặc tÝnh vËt lý: - kÝch th−íc:( L3W3D) 90 x 80 x62 - khối lợng: 0,2 kg - Công suất tiêu thụ: W - Số đầu vào/ra: đầu vào analog đầu analog ã Đặc tính đầu ra: - Dải tín hiệu: Điện áp: 10 V Dòng điện: ữ 20 mA - Kiẻu liệu: Lỡng cực: -32000 ữ 32000 Khoa điện - 62 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội Đồ án tốt nghiệp TĐH46 Nguyễn Văn Tú _ Lớp Đơn cực: ữ 32000 - Thời gian ổn định: Điện áp ra: 100 s Dòng điện ra: s - Điện áp cung cấp: 24 V ã Đặc tính đầu vào: - Dạng đầu vào: Kiểu vi phân - Điện trở vào: 100 M - Điện áp vào cực đại: 30 V - Dòng điện vào cực đại: 32 mA - Độ phân giải: Bộ chuyển đổi A/D 12 bits - Không có cách ly - Thêi gian chun ®ỉi A/D: < 250 μs - Dải liệu: Lỡng cực: -32000 ữ 32000 Đơn cùc: ÷ 32000 - Nguån cung cÊp më réng: 60 mA, cộng với dòng điện 20 mA, từ khối sở hay nguồn mở rộng ã Kiểu đèn thị: LED, EXTF ã Lỗi nguồn cung cấp: Điện áp thấp 24 V Hình 2.14: Sơ đồ khối đầu vào khối mở rộng EM 235 Khoa điện - 63 Trờng ĐHNNI_ Hà Nội Đồ án tốt nghiệp TĐH46 Nguyễn Văn Tú _ Lớp Hình 2.15: Sơ đồ khối đầu khối mở rộng EM 235 2.4.1.2 Điều chỉnh đầu vào Cần phỉa lựa chọn dải đầu vào tơng ứng với dải số nguyên CPU cách điều chỉnh đầu vào Việc điều chỉnh đầu vào ảnh hởng đến đầu vào có khác việc đọc tín hiệu kênh sau đọc Để điều chỉnh modul xác ta phải dùng chơng trình đợc thiết kế để tính giá trị trung bình từ modul Sử dông Analog Input Filtring wizad Step7 – Micro Win32 để tạo chơng trình với 64 hay số mẫu để tính giá trị trung bình Các bớc cụ thĨ nh− sau: T¾t ngn cho modul Lùa chän dải đầu vào Bật nguồn CPU modul, để modul ổn định 15 phút Sử dụng số nguồn vào dòng điện điện áp, đặt giá trị đầu vào không Đọc giá trị từ CPU kênh thích hợp Điều chỉnh OFFSET đọc đợc giá trị không hay giá trị cần đặt Đặt giá trị full scale vào trong đầu vào Đọc giá trị Khoa điện - 64 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội Đồ án tốt nghiệp TĐH46 Nguyễn Văn Tú _ Lớp từ CPU - Điều chỉnh GAIN giá trị đọc 32000 hay giá trị cần đặt - Điều chỉnh lại OFFSET hay GAIN cần Bảng 2.4: Dải điều chỉnh độ phân giải giá trị vào Đơn cực Dải điện áp Độ phân giải SW1 SW2 SW3 SW4 SW5 SW6 ON OFF OFF ON OFF ON ÷ 50 mV 12,5 μV OFF ON OFF ON OFF ON ÷ 100 mV 25 ON OFF OFF OFF ON ON ÷ 500 mV 125 μV OFF ON OFF OFF ON ON 0÷1V 250 μV ON OFF OFF OFF OFF ON 0÷5V 1,25 μV ON OFF OFF OFF OFF ON ÷ 20 mA μA OFF ON OFF OFF OFF ON ÷ 10 mV 2,5 V Dải điện áp Độ Lỡng cực V phân giải SW1 SW2 SW3 SW4 SW5 SW6 ON OFF OFF ON OFF OFF ± 25 mV 12,5 μV OFF ON OFF ON OFF OFF ± 50 mV 25 μV OFF OFF ON ON OFF OFF ± 100 mV 50 μV ON OFF OFF OFF ON OFF ± 250 mV 125 μV OFF ON OFF OFF ON OFF ± 500 mV 250 μV OFF OFF ON OFF ON OFF ±1V 500 μV ON OFF OFF OFF OFF OFF ± 2.5 V 1,25 μV OFF ON OFF OFF OFF OFF ±5V 2,5 μV OFF OFF ON OFF OFF OFF ± 10 V V Khoa điện - 65 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội Đồ án tốt nghiệp TĐH46 Nguyễn Văn Tó _ Líp 2.4.1.3 C¸ch sư dơng modul më réng EM 235 Chúng ta sử dụng theo nguyên tắc sau đảm bảo EM 235 làm việc xác tin cậy: - Đảm bảo nguồn cung cấp 24 VDC nhiễu ổn định - Điều chỉnh modul - Sử dụng dây cảm biến ngắn tốt - Sử dụng cặp dây xoắn có bảo vệ cho dây cảm biến - Nối ngắn mạch đầu vào không sử dụng - Tránh làm gập dây - Sử dùng loại dây cho tuyến dây - Tránh đặt dây tín hiệu song song với dây điện cao cao -Nếu hai dây gặp nhau, đặt chúng tạo thành góc vuông 2.5 Trình tự thiết kế hệ thống ®iỊu khiĨn sư dơng PLC ViƯc lËp tr×nh cho PLC đà ngày trở nên phổ biến Việt Nam hiƯn nay, nhê sù phỉ cËp PLC ®· cho rÊt nhiỊu øng dơng Ng−êi lËp tr×nh cã thĨ lËp tr×nh máy tính viết chơng trình theo yêu cầu cụ thể nạp vào PLC để điều khiển hệ thống ã Quy trình thực là: - Nghiên cứu yêu cầu điều khiển - Phân định đầu vào đầu - Viết chơng trình điều khiển - Nạp chơng trình vào nhớ PLC - Cho PLC chạy thử để điều khiển đối tợng 2.5.1 Nghiên cứu yêu cầu điều khiển thiết bị Điều phải định thiết bị hệ thống mà chúng tao muốn điều khiển Mục đích chủ yếu điều khiển đợc lập trình hoá để điều khiển hệ thống bên Hệ thống đợc điều khiển thiết bị, máy móc, trình sử lý thờng đợc gọi hệ thống điều khiển 2.5.2 Phân định đầu vào đầu Tất thiết bị đầu vào đầu bên đợc nối với điều khiển PLC phải đợc xác định Những thiết bị đầu vào chủng loại chuyển mạch, thiết bị cảm ứng, thiết bị đầu thiết bị từ tính, van điện từ, động đèn báo Khoa điện - 66 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội Đồ án tốt nghiệp TĐH46 Nguyễn Văn Tú _ Lớp 2.5.3 Viết chơng trình điều khiển Tiếp theo, viết chơng trình dới dạng sơ đồ ladder thông qua thứ tự thao tác hệ thống điều khiển nh đà xác định, theo bớc Từ sơ đồ ladder dịch sang dạng khác để tiện theo dõi chơng trình 2.5.4 Nạp chơng trình vào nhớ Từ chơng trình đà viết đầu vào/ra xác định Ta truy nhập chơng trình nhớ bàn phím lập trình máy vi tính với trợ giúp công cụ phần mềm lập trình 2.5.5 Chạy thử chơng trình điều khiển Để đảm bảo cấu trúc chơng trình tham số đà cài đặt xác trớc đa vào hệ điều khiển, ta cần chạy thử chơng trình điều khiển Tìm hiểu yêu cầu hệ thống điều khiển Nối tất thiết bị vào / với PLC Dựng l−u ®å chung cđa hƯ thèng ®iỊu khiĨn KiĨm tra tất dây nối Liên kết đầu vào / tơng ứng vỡc đầu I/O PLC Chạy thử chơng trình Phiên dịch lu đồ sang giản đồ thang Sửa lại phần mềm Lập trình giản đồ thang vào PLC Chơng trình Thay đổi chơng trình Lu chơng trình vào EPROM Mô chơng trình kiểm tra phần mềm Sắp xếp có hệ thống tất vẽ Khoa điện Chơng trình - 67 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội Kết thúc Đồ án tốt nghiệp TĐH46 Nguyễn Văn Tú _ Lớp 2.6 Kết luận chơng II Trong chơng II tiến hành tìm hiểu nghiên cứu phần cứng phần mềm SIMATIC S7- 200 với khối xử lý CPU 224 Với sở lý thuyết đà nghiên cứu chơng tạo tiền đề để xây dựng thuật toán viết chơng trình ®iỊu khiĨn ë ch−¬ng III Khoa c¬ ®iƯn - 68 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội Đồ án tốt nghiệp TĐH46 Nguyễn Văn Tú _ Lớp Chơng iiI Thiết kế mô hình điều tiết nhiệt độ nhà lới 3.1 số phơng pháp điều tiết nhiệt độ Trong vài năm trở lại chơng trình dự án sản xuất rau đợc mở rộng thành phố lớn nớc ta công nghệ sản xuất rau dần đợc giới thiệu đợc ứng dụng vào sản xuất thử số sở sản xuất, viện nghiên cứu rau trờng Đại học Nông nghiệp I-Hà Nội nh công nghệ sản xuất rau nhà lới Đài Loan, Trung Quốc, Hà Lan.v.v Việt Nam nhng tháng 5, 6, 7, nhiệt độ trung bình thờng từ 26 0Cữ 29 0C , nhiệt độ trung bình cao lên tới 300C ữ 320C, độ ẩm trung bình từ 80% ữ 85% (Tài liệu: Đặc điểm khí hậu Miền Bắc nớc ta nha khí tợng 1962) Theo tác giả PGS.TS Tạ Thu Cúc nhiệt độ thích hợp rau sinh trởng phát triển từ 18 đến 240C độ ẩm thích hợp từ 85ữ 95% Do rau sinh trởng phát triển đợc điều kiện nhiệt độ độ ẩm thích hợp áp dụng số phơng pháp nhằm hạ thấp nhiệt độ xuống tới nhiệt độ cho phép rau sinh trởng phát triển nh phơng pháp điều hoà nhiệt độ nhà kính Còn nhà lới sử dụng số phơng pháp nh: + Phơng pháp phun sơng + Phơng pháp quạt thông gió + Phơng pháp tổng hợp 3.1.1 Phơng pháp phun sơng Phun sơng phơng pháp sử dụng hệ thống bao gồm động tạo áp suất lớn, ống dẫn nớc vòi phun để tạo thành hat sơng mù nhằm làm giảm nhiệt độ làm tăng độ ẩm - Ưu điểm phơng pháp phun sơng: + Làm giảm nhanh nhiệt độ nhà lới + Đảm bảo tăng cờng thêm ®é Èm cho ®Êt Khoa c¬ ®iƯn - 69 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội Đồ án tốt nghiệp TĐH46 Nguyễn Văn Tú _ Lớp - Nhợc điểm phơng pháp phun sơng: + Giá thành đầu t động cơ, vòi phun, ống dẫn lớn + Có thể làm thừa độ ẩm đất 3.1.2 Phơng pháp quạt thông gió Phơng pháp quạt thông gió phơng pháp đợc sử dụng rộng rÃi ngành công nghiệp Trong ngành nông nghiệp phơng pháp đợc ứng dụng vào điều tiết nhiệt độ nhà lới, sấy nông sản Nguyên tắc Phơng pháp dùng hệ thống quạt gió nhằm làm trao đổi đối lu kkông khí phòng trời để làm giảm nhiệt độ phòng - Ưu điểm phơng pháp quạt gió: + Hệ thống đơn giản, giá thành thấp - Nhợc điểm phơng pháp quạt gió: + Làm giảm ®é Èm nhµ l−íi + NÕu ngoµi trêi nhiƯt độ cao hiệu điều tiết nhiệt độ 3.1.3 Phơng pháp tổng hợp Phơng pháp tổng hợp phơng pháp kết hợp hai phơng pháp phun sơng phơng pháp quạt thông gió Khi động phun sơng đợc hệ thống quạt gió quạt làm sơng khuếch tán phòng nhanh làm hiệu điều tiết nhiệt độ tăng lên - Ưu điểm phơng pháp tổng hợp: + Hiệu điều tiết nhiệt độ tốt + Đảm bảo đợc độ ẩm nhà lới - Nhợc điểm phơng pháp tổng hợp: + Hệ thống phức tạp + Giá thành đầu t ban đầu lớn Khoa điện - 70 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội Đồ án tốt nghiệp TĐH46 Nguyễn Văn Tú _ Lớp 3.2 Tính toán, thiết kế chọn thiết bị cho hệ thống điều tiết nhiệt độ nhà lới Yêu cầu hệ thống điều tiết nhiệt độ, ta phải có thiết bị để đo đợc nhiệt độ nhà lới Mặt khác yêu cầu đề tài đo cờng độ ánh sáng để điều khiển động mái Do đà tính toán thiết kế làm hai loại cảm biến cảm biến nhiệt độ cảm quang 3.2.1 Cảm biến nhiệt độ Để điều tiết đợc nhiệt độ cần phải có thiết bị để đo đợc nhiệt độ Trong tất đại lợng vật lý, nhiệt độ số đại lợng đợc quan tâm nhiều Đó nhiệt độ có vai trò định nhiều tính chất vật chất Một đặc điểm tác động nhiệt độ làm thay đổi cách liên tuc đại lợng chịu ảnh hởng nó, thí dụ nh áp suất thể tÝch cđa mét chÊt khÝ, sù thay ®ỉi pha hay ®iĨm Curi cđa c¸c vËt liƯu tõ tÝnh.Bëi vËy, nghiên cứu khoa học, công nghiệpvà đời sống ngày việc đo nhiệt độ cần thiết Tuy nhiên, để đo đợc trị số xác nhiệt độ vấn đề không đơn giản Có nhiều cách đo nhiệt độ, liệt kê phơng pháp sau đây: - Phơng pháp quang dựa phân bố phổ xạ nhiệt dao động nhiệt (hiệu ứng Doppler) - Phơng pháp dựa giÃn nở vật rắn, chất lỏng khí (với áp suất không đổi), dựa tốc độ âm - Phơng pháp điện dựa phụ thuộc điện trở vào nhiệt độ, hiệu ứng Seebeck, dựa thay đổi tần số dao động thạch anh ã ứ ng với phơng pháp đo nhiệt độ khác ngời ta lại sử dụng dụng cụ đo nhiệt độ khác Khoa điện - 71 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội Đồ án tốt nghiệp TĐH46 Nguyễn Văn Tú _ Lớp ã Trớc tiên tìm hiểu lịch sử phát triển dụng cụ đo nhiƯt ®é: + Galileo c cho ng i u tiên phát minh thi t b o nhi t vào kho ng n m 1592 Ông ta ã làm thí nghi m nh sau: m t b n h ch a c n, ông cho treo ng thu tinh dài có c h p, ch a y khơng khí Khi gia t ng nhi t y u c a có b u hình c u , khơng khí bình n sơi sùng s c c n Cịn l nh khơng khí co l i c n dâng lên lịng ng thu tinh Do ó, s thay i c a nhi t b u có th bi t cách quan sát v trí c a c n lòng ng thu tinh Tuy nhiên, ng c s thay o cho nhi t i c a nhi t c b ng i ta ch bi t ch không bi t ch a có m t t m + u nh ng n m 1700, Gabriel Fahrenheit, nhà ch t o thi t b o ng i Hà Lan, ã t o m t thi t b o xác cho phép l p l i nhi u l n u d i c a thi t b c gán , ánh d u v trí c a nhi t n c tr n v i mu i (hay ammonium chloride) ây nhi t th p nh t th i ó u c a thi t b c gán 96 , ánh d u nhi t c a máu ng i T i 96 mà không ph i 100 ? Câu tr l i b i ng i ta chia t l theo 12 ph n nh t l khác th i ó + Kho ng n m 1742, Anders Celsius xu t ý ki n l y i m tan c a n c gán sôi c a n c gán 100 , chia làm 100 ph n + u nh ng n m 1800, William Thomson (Lord Kelvin) phát tri n m t t m o ph quát d a h s giãn n c a khí lý t ng Kelvin thi t l p khái ni m v không t i t m o c ch n tiêu chu n o nhi t hi n i Sau ây ph ng trình chuy n i c a lo i t m o: o C= o F= o *( F – 32) (3.1) o * C + 32 (3.2) o K = oC + 273,15 (3.3) o o R = F +459,67 (3.4) T m o Rankine (oR) n gi n t ng ng c a Fahrenheit theo t m c a Kelvin, t tên theo W.J.M Rankine (ng i tiên phong l nh v c nhi t ng) Khoa điện - 72 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội ... lại phần mềm Lập trình giản đồ thang vào PLC Chơng trình Thay đổi chơng trình Lu chơng trình vào EPROM Mô chơng trình kiểm tra phần mềm Sắp xếp có hệ thống tất vẽ Khoa điện Chơng trình - 67 - Trờng... lập trình máy tính viết chơng trình theo yêu cầu cụ thể nạp vào PLC để điều khiển hệ thống ã Quy trình thực là: - Nghiên cứu yêu cầu điều khiển - Phân định đầu vào đầu - Viết chơng trình điều. .. dõi chơng trình 2.5.4 Nạp chơng trình vào nhớ Từ chơng trình đà viết đầu vào/ ra xác định Ta truy nhập chơng trình nhớ bàn phím lập trình máy vi tính với trợ giúp công cụ phần mềm lập trình 2.5.5