Giáo trình vận hành những phát minh khoa học kỹ thuật vào mô hình điều tiết khí hậu tự động trong nhà lưới p3 potx

Đồ án tốt nghiệp TĐH46 Nguyễn Văn Tú _ Lớp muối nớc đình phơng pháp cấp thức ăn cho cá Trong chăn nuôi gia súc, gia cầm co loại máy ứng dụng công việc này, nh loại máy tự động chăn nuôi Liên Xô ( cũ) chế tạo loại máy chuẩn bị thức ăn gia súc, phân phát thức ăn gia súc, vắt sữa, đỡ đẻ cho lợn nái Mặc dù tự động hoá nông nghiệp đà đợc ứng dụng từ lâu, song phát triển số nớc phát triển, nớc chậm phát triển, co nông nghiệp chiếm tỷ lệ lớn nhng việc ứng dụng tự động hoá vào nông nghiệp chậm Hiện nay, đợc trợ giúp nớc nớc phát triển đà đa dần tự động hoá vào sản xuất nông nghiệp, đặc biệt nớc Đông Nam ®ã cã ViƯt Nam 1.3.5 thµnh tùu cđa tù ®éng hoá trình sản xuất Thế giới ngày phát triển, sống ngời ngày cáng thay đổi, hàng loạt máy móc tự động đà xuất hiện, robot đợc chế tạo thay ngời nhiều mặt, thành tựu ngành tự động hoá mang lại Trong 40 năm qua đà mang lại thành to lớn: ã Dẫn hớng điều khiển thiết bị không gian, bao gồm máy bay dân dụng, tên lửa, máy bay chiến đấu, tàu vận tải, vệ tinh.Hệ thống điều khiển đà đảm bảo đợc tính ổn định xác dới tác động nhiễu môi trờng hệ thống ã Hệ thống điều khiển sản xuất công nghiệp, từ máy tự động đến mạch tích hợp.Những thiết bị điều khiển máy tính đà có độ xác định vị lắp ráp cao để tạo nhiều sản phẩm có chất lợng tốt ã Hệ thống điều khiển trình công nghiệp, ví dụ trình sản xuất hydrocacbon nhiều chất hoá học khác Hệ điều khiển đà xử lý hàng ngàn thông tin lấy từ cảm biến để điều khiển hàng trăm cấu chấp hành : van, cấp nhiệt, bơm, sản phẩm với yêu cầu khắt khe tính kỹ thuật ã Điều khiển hệ thống truyền thông bao gồm: hệ thống điện thoại internet Khoa điện - 25 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội Đồ án tốt nghiệp TĐH46 Nguyễn Văn Tó _ Líp HƯ thèng ®iỊu khiĨn cã nhiƯm vơ kiểm soát mức lợng đầu vào, đầu truyền dẫn, thông báo cố đa dạng, phức tạp thờng xảy truyền thông 1.3.6 Mục đích ý nghĩa việc thiết kế mô hình điều tiết khí hậu nhà lới Kỹ thuật trồng không dùng đất kỹ thuật trồng tiên tiến đại, ngày kỹ thuật ®−ỵc kÕt hỵp víi tù ®éng ®iỊu tiÕt tiĨu khÝ hậu nhà lới nhà kính đà đợc ứng dụng rộng rÃi giới Trồng rau phơng thức không dùng đất kết hợp với tự ®éng ®iỊu tiÕt tiĨu khÝ hËu nhµ l−íi vµ nhà kính giải pháp có hiệu việc sản xuất rau an toàn mà không gây ô nhiễm môi trờng, tận dụng đợc mặt không gian (ngay đất nghèo dinh dỡng, nhiễm độc, nhiễm mặn), hạn chế đợc tác hại thời tiết khắc nghiệt, tiết kiệm đợc công lao động, giải phóng đợc sức lao động nặng nhọc trồng đất,chủ động trồng đợc nhiều vụ năm, tăng số vụ gấp ữ lần suất cao gấp 20 lần so với trồng đất Chính lợi ích to lớn mà vấn đề áp dụng tự động hóa vào điều tiết tiểu khí hậu nhà lới nhà kính vô quan trọng, với kỹ thuật trồng không dùng đất hai biện pháp kỹ thuật giải pháp mấu chốt đa nông nghiệp nớc ta vốn lạc hậu sang giai đoạn mới, giai đoạn nông nghiệp tiên tiến, đại, góp phần chung công công nghiệp hóa đại hóa nông nghiệp nông thôn Nh đà thấy rõ vai trò quan träng cđa tù ®éng hãa ®êi sèng ngờitrong lĩnh vực: Từ y tế,vui chơi giải trí, ®Õn c«ng nghiƯp, n«ng nghiƯp… Do ®ã viƯc øng dơng tự động hóa vào điều tiết tiểu khí hậu nhà lới nhà kính trở nên cấp thiết, với kỹ thuật trồng không dùng đất hai biện pháp kỹ thuật cần đợc nghiên cứu kỹ lỡng để sớm đa vào ứng thực tiễn sản xuất nông nghiệp chất lợng cao Việt Khoa điện - 26 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội Đồ án tốt nghiệp TĐH46 Nguyễn Văn Tú _ Lớp Nam 1.4.kết luận chơng I Ngày nay, lĩnh vực, công nghệ sản xuất cụ thể có góp mặt tự động hoá Ngời ta nói tự động hoá gắn với xuất, chất lợng sản phẩm, công nghệ tự động hoá đà góp phần lớn vào trình phát triển xà hội, cải thiện đời sống ngời Từ mà nên ®Ị cao vai trß cđa nã ®Ĩ tiÕp tơc häc tập nghiên cứu để ứng dụng chúng cách hiệu hữu ích Đối với nớc ta, theo chủ chơng sách Đảng Nhà Nớc, đẩy mạnh công nghiệp hoá đại hoá nông nghiệp nông thôn để đến 2010 đa nớc ta thành nớc công nghiệp hoá, đại hoá Thì công nghệ tự động hoá trở nên quan trọng chúng ta, cần có nhiều công trình nghiên cứu tự động hoá để ứng dụng vào thực tế cách đơn giản hiệu Từ phân tích chơng I nµy cho thÊy mét triĨn väng to lín cđa hƯ thống trồng rau nhà lới có tự động ®iỊu tiÕt tiĨu khÝ hËu, cïng víi kü tht trång không dùng đất, trồng rau dung dịch hay trồng rau thủy canh Sự kết hợp biện pháp kỹ thuật hợp lý kinh tế Vì phơng pháp điều tiết khí hậu nhà lới nhà kính đảm bảo cho trồng sinh trởng phát triển nhiệt độ phù hợp với sinh lý Còn phơng pháp thủy canh, hƯ thèng t−íi nhá giät kh«ng chØ cung cÊp n−íc cho mà kèm theo chất dinh dỡng cần thiết cho cây, sử dụng phơng pháp tới nhỏ giọt tiết kiệm đợc dung dịch, cung cấp cho xác không lÃng phí, theo phơng pháp đợc trồng nhà lới, không tiếp xúc với đất tránh đợc mầm bệnh dùng thuốc bảo vệ thực vật, nông sản đợc đảm bảo an toàn, môi trờng không bị ô nhiễm, rút ngắn mùa vụ, giảm bớt công lao động, suất cao, hiệu kinh tế lớn, áp dụng sản xuất đại trà Đây mũi nhọn ngành nông nghiệp đại Khoa điện - 27 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội Đồ án tốt nghiệp TĐH46 Nguyễn Văn Tú _ Lớp Chơng II giíi thiƯu vỊ simatic s7-200 2.1 chän thiÕt bÞ điều khiển Trong đề tài chọn thiết bị điều khiển thiết bị điều khiển logic khả tr×nh PLC S7 - 200 víi khèi xư lý cpu 224 Khoa điện - 28 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội Đồ án tốt nghiệp TĐH46 Nguyễn Văn Tú _ Líp 2.1.1 Giíi thiƯu chung vỊ S7 – 200 S7 - 200 thiết bị điều khiển logic khả trình loại nhỏ hÃng Siemens (CHLB Đức), có cấu trúc theo kiểu module có module mở rộng Các module đợc sử dụng cho nhiều ứng dụng lập trình khác Thành phần S7 - 200 khối vi xử lý trung tâm CPU Hiện tại, nhờ tiến khoa học công nghệ ®· cho ®êi c¸c thÕ hƯ S7 - 200 ứng với CPU212, CPU214, đến CPU221, CPU222, CPU224, CPU226 Về hình thức bên ngoài, khác loại CPU đợc nhận biết nhờ số đầu vµo/ra vµ ngn cung cÊp VÝ dơ: - CPU212 cã cổng vào cổng có khả đợc mở rộng module mở rộng - CPU214 cã 14 cỉng vµo vµ 10 cỉng vµ có khả đợc mở rộng module mở réng S7 - 200 cã nhiỊu lo¹i module më réng khác Sau hình ảnh số S7 - 200 với CPU tơng ứng: 2.1b 2.1a 2.2 nghiên cứu Phần mềm Simatic S7 200 2.2.1 Vòng quét PLC thực chơng trình theo chu trình lặp vòng lặp vòng quét (scan cycle) Mỗi vòng quét đợc bắt đầu giai đoạn đọc liệu từ cổng vào vùng đếm ảo, tiếp đến giai đoạn thực chơng trình sau Khoa điện - 29 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội Đồ án tốt nghiệp TĐH46 Nguyễn Văn Tú _ Lớp giai đoạn truyền thông nội kiểm tra lỗi, kết thúc vòng quét giai đoạn chuyển nội dung đệm ảo tới cổng.trong vòng quét chơng trình đợc thực lệnh lệnh kết thúc lệnh kết thúc (MEND) Thời gian quét phụ thuộc độ dài chơng trình, vòng quét thời gian quét mà phụ thuộc lệnh thoả mÃn chơng trình Trong thời gian thực vòng quét có tín hiệu báo ngắt chơng trình dừng lại để thực xử lý ngắt, tín hiệu báo ngắt thực giai đoạn Tại thời điểm thực lệnh vào/ra Thông thờng lệnh không làm việc trực tiếp với cổng vào mà thông qua đệm ảo cổng vùng nhớ tham số Việc truyền thông đệm ảo với ngoại vi giai đoạn đầu cuối CPU đảm đơng Truyền liệu từ đệm ảo ngoại vi Nhập liệu từ ngoại vi vào đệm ảo Truyền thông tự kiểm tra lỗi Thực chơng trình Hình 2.2: Vòng quét 2.2.2 Phơng pháp lập trình S7-200 ngôn ngữ lập trình Thông qua S7-200 mà ngời sử dụng thông tin đợc với diều khiển PLC bên S7-200 biểu diễn mạch logic cứng dÃy lệnh lập trình - Cách lập trình cho S7 -200 nói riêng cho PLC siemen nói chung dựa hai phơng pháp - Phơng pháp hình thang: (lader logic viết tắt LAD) phơng pháp đồ hoạ thích hợp ngời quen thiết kế mạch điều khiển logic, Khoa điện - 30 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội Đồ án tốt nghiệp TĐH46 Nguyễn Văn Tú _ Lớp kỹ s ngành điện - Phơng pháp liệt kê: STL(Statement list) dạng ngôn ngữ lập trình thông thờng máy tính Bao gồm câu lệnh đợc ghép lại theo thuật toán định để tạo chơng trình Phơng pháp phù hợp với kỹ s lập trình Một chơng trình đợc viết theo phơng pháp LAD đợc chuyển sang dạng STL nhiên chơng trình viết theo dạng STL đợc chuyển sang dạng LAD Trong trình lập trình điều khiển viết theo phơng pháp LAD chuyển sang STL lệnh STL có chức tơng ứng nh tiếp điểm, cuộn dây hộp dây dùng LAD Để làm quen hiểu biết thành phần LAD STL ta cần nắm vững định nghĩa sau - Định nghĩa LAD: LAD ngôn ngữ lập trình đồ hoạ Những thành phần dùng LAD tơng ứng với thành phần bảng điều khiển rơle Trong chơng trình LAD phần tử dùng để biểu diễn lệnh logic sau +Tiếp điểm: biểu tợng (symbol) mô tả tiếp điểm rơle Các tiếp điểm thờng mở thờng đóng +Cuộn dây (Coil): Là biểu tợng mô tả rơle đợc mắc theo chiều dòng điện cung cấp cho rơle +Hộp(Box): Là biểu tợng mô tả hàm khác làm việc có dòng điện chạy đến hộp Những dạng hàm thờng biểu diễn hộp thời gian (Timer), đếm (Counter) hàm toán học.Cuộn dây hộp phải mắc theo chiều dòng điện Chiều dòng điện mạng LAD từ đờng nguồn bên trái sang đờng nguồn bên phải Đờng nguồn bên trái dây nóng đờng nguồn bên phải dây trung hoà đờng trë vỊ cđa ngn cung cÊp (Khi sư dơng ch−¬ng trình tiện Khoa điện - 31 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội Đồ án tốt nghiệp TĐH46 Nguyễn Văn Tú _ Líp dïng Step Micro / Dos hc Step Micro / Win đờng nguồn bên phải không đợc thực ) Dòng điện chạy từ trái qua tiếp điểm đóng đến cuộn dây hộp trở nguồn bên phải - Định nghĩa STL: Phơng háp liệt kê lệnh phơng pháp thể chơng trình dới dạng tập hợp câu lệnh Mỗi câu lệnh chơng trình kể lệnh hình thức biểu diễn chức PLC Để tạo chơng trình STL, ngời lập trình cần phải hiểu rõ phơng thức sử dụng bit ngăn xếp logic S7-200 Ngăn xếp logic khối gồm bit chồng lên Tất thuật toán liên quan đến ngăn xếp làm việc với bit với bit đầu bit thứ hai ngăn xếp Giá trị logic đợc gửi ( đợc nối thêm) vào ngăn xếp Khi phối hợp hai bit ngăn xếp, ngăn xếp đợc kéo lên bit Ngăn xếp bit ngăn xếp đợc biểu diễn nh sau: S0 Stack - bit ngăn xếp (bit cùng) S1 Stack 1- bit thứ hai ngăn xếp S2 Stack 2- bit thứ ba ngăn xếp S3 Stack 3- bit thứ t ngăn xếp S4 Stack 4- bit thứ năm ngăn xếp S5 Stack 5- bit thứ sáu ngăn xếp S6 Stack 6- bit thứ bảy ngăn xếp S7 Stack 7- bit thứ tám ngăn xếp S8 Stack 8- bit thứ chín ngăn xếp 2.2.3 Cú pháp lệnh S7-200 Trong S7-200 có khối lợng lệnh tơng đối lớn chúng đợc chia làm ba nhóm - Nhóm lệnh mà thực làm việc độc lập không phụ thuộc vào giá trị logic ngăn xếp Khoa điện - 32 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội Đồ án tốt nghiệp TĐH46 Nguyễn Văn Tó _ Líp - Nhãm c¸c lƯnh chØ thùc hiƯn đợc bit ngăn xếp có giá trị - Nhóm nhÃn lệnh đánh dấu vị trí tập lệnh Do lệnh S7 200 lớn nên đa số lệnh cần thiết cho trình lập trình 2.2.3.1 Lệnh vào/ra - Load (LD): Lệnh LD nạp giá trị logic tiếp điểm vào bit ngăn xếp, giá trị logic cũ lại ngăn xếp bị đẩy lùi xuống bít - Load Not (LDN): Là lệnh nạp giá trị logic nghịch đảo tiếp điểm vào bit ngăn xếp, giá trị cũ lại ngăn xếp bị đẩy lùi xuống bit Khi biểu diễn LAD lệnh đợc thể nh sau: - Tiếp điểm thờng mở đợc đóng nÕu n=1 - TiÕp ®iĨm th−êng ®ãng sÏ më nÕu n=1 - TiÕp ®iĨm th−êng më sÏ ®ãng tøc thêi n=1 - TiÕp ®iĨm th−êng ®ãng sÏ më tøc thời n=1 Các lệnh đợc biểu diễn STL nh sau: - LD n lệnh nạp giá trị logic điểm n vào bit ngăn xếp - LDN n lệnh nạp giá logic nghịch đảo điểm n vào bit ngăn xếp - LDI n lệnh nạp tức thời giá trị logic điểm n vào bit ngăn xếp - LDNI n lệnh nạp giá trị nghịch đảo điểm n vào bit ngăn xếp Trong n toán hạng Đối với lệnh thờng mở, thờng đóng, LD, LDN n toán hạng đầu vào, đầu ra, nhớ, đếm, thời gian miền Khoa điện - 33 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội Đồ án tốt nghiệp TĐH46 Nguyễn Văn Tú _ Lớp Đối với lệnh thờng mở ®ãng tøc thêi , th−êng ®ãng më tøc thêi, LDI, DNI n toán hạng đầu vào 2.2.3.2 Các lệnh ghi xoá giá trị cho tiếp điểm - SET (S): lệnh dùng để đóng điểm gián đoạn đà đợc thiết kế - RESET (R): Lệnh dùng để ngắt điểm gián đoạn đà đợc thiết kế Trong LAD, logic điều khiển dòng điện đóng ngắt cuộn dây đầu Khi dòng điều khiển đến cuộn dây cuộn dây đóng mở tiếp điểm (hoặc dÃy tiếp điểm) Trong STL, lệnh truyền trạng thái bit đầu ngăn xếp điểm thiết kế Nếu bit có giá trị 1, lệnh S R đóng ngắt tiếp điểm dÃy tiếp điểm (giới hạn từ đến 255) Nội dung ngăn xếp không bị thay đổi lệnh 2.2.3.3 Các lệnh logic đại số Boolean Là lệnh mà thực làm việc độc lập không phụ thuộc giá trị logic ngăn xếp Các lệnh tiếp điểm đại số Boolean cho phép tạo lập đợc mạch logic (không có nhớ ) Khi thực lệnh tiếp điểm đại số Boolean LAD lệnh đợc biểu diễn thông qua cấu trúc mạch , mắc nối tiếp hay song song tiếp điểm thờng đóng tiếp điểm thờng mở Còn STL tiếp điểm đợc thay lệnh A ( And ) O ( Or ) cho hàm hở c¸c lƯnh AN (And not), ON (Or not) cho c¸c hàm kín Giá trị ngăn xếp thay đổi phụ thuộc vào lệnh Ngoài lệnh làm việc trực tiếp với tiếp điểm, S7-200 có lệnh đặc biệt biểu diễn phép tính đại số Boolean cho bit ngăn xếp, đợc gọi lệnh Stack logic Đó lệnh ALD (And load), OLD (Or load), LPS (Logic push), LRD (Logic read) LPP (Logic pop) Lệnh Stack logic đợc dùng để tổ hợp, chụp xoá mệnh đề logic LAD đếm dành cho lệnh Stack logic STL sử dụng lệnh Stack logic để thực phơng trình tổng thể có nhiều biểu thức Khoa điện - 34 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội Đồ án tốt nghiệp TĐH46 Nguyễn Văn Tú _ Lớp Bảng lệnh logic đại số boolean Lệnh O n A n AN n ON n AI n OI n ANI n ONI n Chức Toán hạng Lệnh thực toán tử ^ (A) V (O) giá trị logic tiếp điểm n giá trị bít ngăn xếp Kết đợc ghi vào bít ngăn xếp Lệnh thực toán tử ^ (A) V (O) giá trị logic nghịch đảo tiếp điểm n giá trị bít ngăn xếp Kết đợc ghi lại vào bit đầu ngăn xếp Lệnh thực tức thời toán tử ^ (A) V (O) giá trị logic tiếp điểm n giá trị bit ngăn xếp Kết đợc ghi lại vào bit đầu ngăn xếp Lệnh thực toán tử ^ (A) V(O) giá trị lo gic nghịch đảo tiếp điểm n giá trị bít ngăn xếp Kết đợc ghi lai vào bít ngăn xếp Bảng 2.1: Bảng lệnh logic ®¹i sè boolean n: I,Q,M,SM, T,C,V n: I (bit) N: I (bit) C¸c lƯnh Stack logic nh− c¸c lƯnh: - Lệnh ALD ( And Load): Lệnh tổ hợp giá trị bit bit thứ hai ngăn xếp phép tính logic A Kết ghi lại vào bit ngăn xếp giá trị lại ngăn xếp đợc kéo lên bit Ví dụ: Sơ đồ hình thang I1.0 I1.1 Liệt kê lệnh Q1.1 I1.2 Khoa điện - 35 - LD I 1.0 LD I 1.1 O I 1.2 ADL = Q 1.1 Trờng ĐHNNI_ Hà Nội Đồ án tốt nghiệp TĐH46 Nguyễn Văn Tú _ Lớp - Lệnh OLD ( Or Load): Lệnh tổ hợp giá trị bit bit thứ hai ngăn xếp phép tính logic O Kết đợc ghi lại vào bit ngăn xếp, giá trị lại ngăn xếp đợc kéo lên bit Ví dụ: Sơ đồ hình thang Liệt kê lệnh LD I0.3 Q0.1 I0.4 I0.2 I0.3 A I0.2 LD LD I0.1 I0.1 I0.4 OLD AND = Q0.1 Tuy nhiên nhiều trờng hợp ta dựa vào tính giao hoán phép tính A O đại số Boolean biến đổi mạch logic phức tạp thành mạch logic đơn giản cho lập trình Simatic S7-200 không cần dùng lệnh Stack logic 2.2.3.4 Các lệnh so sánh Khi lập trình, định điều khiển đợc thực dựa kết việc so sánh sử dụng lệnh so s¸nh theo byte, tõ hay tõ kÐp cđa S7 - 200 LAD sử dụng lệnh so sánh để so sánh giá trị byte, từ từ kép ( giá trị thực nguyên) Những lệnh so sánh thờng là: so sánh (=), lớn (>=), nhỏ (), nhỏ (