Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tú _ Lớp
TĐH46 Khoa cơ điện - 1 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội
Mở đầu
1. đặt vấn đề
Bớc 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 ngời, cùng với nó là nạn ô nhiễm môi trờng 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 nhng dân số thế giới ngày càng tăng nhanh và nhu cầu hởng thụ của con
ngời cũng ngày càng cao. Làm cho thế giới sẽ không đủ các sản phẩm nông
nghiệp để cung cấp cho mọi ngời nếu hoạt động lao động chỉ thuần tuý là thủ
công, nhỏ lẻ.
Để giải quyết vấn đề này thì con đờng 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 nớc sớm nhận biết đợc điều này và họ đã ứng
dụng thành công tự động hoá vào sản xuất nông nghiệp và họ đã đạt đợc những
kết quả rất cao về năng suất và chất lợng sản phẩm nông nghiệp, ngày nay họ vẫn
đang là những cờng quốc về sản xuất nông nghiệp nh: Hà Lan, Pháp, Israel,
Trung Quốc, Nhật Bản.v.v
Còn với nớc ta, nớc ta thuộc nhóm nớc 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 nơc ta đã có
những bớc phát triển mạnh mẽ và ngày càng vững chắc.
Ngày nay với sự phát triển nh vũ bão của khoa học công nghệ và xu hớng
toàn cầu hoá nền kinh tế. Nền kinh tế thế giới và Việt Nam đang có xu hớng
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 nớc ta hiện nay.
2. mục đích của đề tài
- Nghiên cứu mô hình điều tiết khí hậu tự động trong nhà lới 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 nớc.
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tú _ Lớp
TĐH46 Khoa cơ điện - 3 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội
-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 chơng 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 lới.
4. Phơng pháp nghiên cứu
Để thực hiện đợc nội dung đề tài nghiên cứu, chúng tôi tiến hành phơng
pháp nghiên cứu sau:
Các kết quả nghiên cứu kế thừa.
- Kế thừa các công trình nghiên cứu của thế hệ trớc về cơ sở lý thuyết của
Việt Nam nằm trong khu vực chịu ảnh hởng 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 nớc ta vẫn chiếm một vị trí quan trọng trong nền kinh tế quốc dân. Đợc sự
quan tâm của Đảng và Nhà Nớc qua hơn 10 năm đổi mới chính sách nông nghiệp,
ngành nông nghiệp nớc ta đã có những bớc phát triển vững chắc và đạt đợc
những thành tựu vô cùng to lớn từ chỗ thiếu lơng thực tới nay nớc ta không
những đã đảm bảo đợc an ninh lơng thực mà còn vơn lên trở thanh một trong
những nớc 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 lợng cao hơn để thay thế cho các loại cây trồng truyền thống.
Cùng với sự phát triển của đất nớc nhu cầu về rau của ngời 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 phơng 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 lợng sản
phẩm con ngời đã nghiên cứu và đa vào ứng dụng nhiều cách thức trồng cây,
chăm sóc cây mà đặc biệt là công nghệ trồng cây không dùng đất trong nhà lới và
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tú _ Lớp
TĐH46 Khoa cơ điện - 5 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội
trong nhà kính đợc tự động điều tiết tiểu khí hậu. Khi đời sống của nhân dân ngày
càng đợc nâng cao thì yêu cầu về chủng loại rau phải phong phú và đa dạng, đủ về
(Đơn vị:tấn/ha)
Tốc độ tăng trởng
Tên vùng Năm
2000
Năm
2005
Năm
2010
2000-2005 2005-2010
Cả nớc 13.7 14.8 15.8 1.4 1.4
Miền núi trung du BB 11.8 12.73 13.6 1.4 1.4
Đồng bằng Bắc Bộ 17.4 18.6 19.9 1.3 1.4
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tú _ Lớp
TĐH46 Khoa cơ điện - 6 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội
Khu 4 cũ 9.1 9.7 10.4 2.1 2.1
Duyên hải Trung Bộ 11.1 11.9 12.8 1.4 1.4
Tây Nguyên 15.7 17.2 18.3 1.8 1.5
Đông Nam Bộ 14.4 15.4 16.6 1.4 1.4
Đồng bằng sông CL 14.5 15.6 16.8 1.4 1.4
Bảng 1.3: Dự tính sản lợng rau ở các vùng trong cả nớc
(Đơn vị:1000 tấn)
Tốc độ tăng trởng
Tên vùng Năm
2000
Năm
Khoa cơ điện - 7 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội
càng tăng.
Còn theo Giáo s. Phạm Đình Quyền (Trung tâm nghiên cứu tài nguyên và
môi trờng Đại Học Quốc Gia Hà Nội (CRES)): Nếu cuối thập kỷ 80 lợng 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 dới 90% đất canh tác toàn quốc đợc 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 nh: monitor, wofatox, DDT. Dẫn tới ngày càng làm cho sản phẩm rau ngày
càng ô nhiễm nặng.
- Hàm lợng (NO
3
-
) trong rau quá cao. Theo fao/who thì hàm lợng (NO
3
-
) ở
liều lợng 4g/ngày gây ngộ độc còn 8g/ngày thì có thể gây chết ngời. ở nớc ta
việc sử dụng phân hoá học không cao so với các nớc trong khu vực nhng ảnh
hởng của phân hoá học tới sự tích luỹ (NO
3
-
) trong rau là nguyên nhân làm rau
không sạch. Nớc ta quy định hàm lợng (NO
3
-
1.1.2. Trồng rau trong nhà lới ở Việt Nam và trên thế giới
ứng dụng sản xuất rau sạch trong nhà lới ở Việt Nam.
Từ những năm 80 của thế kỷ XX nớc ta đã nhập kỹ thuật chăm sóc cây
bằng màng che phủ, xây dựng một số nhà lới che phủ băng PE.
Trong những năm qua, khi chơng trình và các dự án sản xuất rau sạch đợc
mở rộng ở các thành phố lớn của nớc ta thì công nghệ sản xuất rau sạch trong nhà
lới dần đợc giới thiệu và đợc sản xuất thử ở một số cơ sở sản xuất: Viện Nghiên
Cứu Rau Quả, Trờng 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 lới theo công nghệ của Đài
Loan, Ca Na Đa, Israel
Hiện nay ở Viện Nghiên Cứu Rau Quả, Trờng 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 lới là một biện pháp kỹ thuật rất có triển vọng và phù
hợp với điều kiện kinh tế của ngời nông dân Việt Nam hiện nay. Vì vậy cần đẩy
mạnh nghiên cứu và tuyên truyền rộng rãi tới mọi ngời dân để công nghệ này
dợc ứng dụng rộng rãi vào sản xuất rau sạch để phục vụ đời sống của ngời dân và
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tú _ Lớp
TĐH46 Khoa cơ điện - 9 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội
làm nguyên liệu cho công nghiệp chế biến và xuất khẩu.
ứng dụng sản xuất rau sạch trong nhà lới 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 đợc phân bố trên các bang, với diện tích lên tới hàng trăm
nghìn ha.
Khoa cơ điện - 10 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội
+ 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 trờng do không sử dụng thuốc bảo vệ thực vật.
Nhợc điểm của phơng pháp trồng cây trong nhà lới có tự động điều
tiết nhiệt độ.
+ Vốn đầu t ban đầu lớn, chi phí sản xuất lớn.
+ Giá thành sản phẩm cao.
+ Kỹ thuật phức tạp.
1.2.Những ảnh hởng của điều kiện ngoại cảnh đến sản xuất rau.
Ngời trồng rau muốn thành công trong sản xuất rau thì điều quan trọng đầu
tiên là phải hiểu đợc một cách sâu sắc và toàn diện các yếu tố môi trờng, yêu cầu
và khả năng thích nghi của cây rau đối với điều kiện ngoại cảnh trong quá trình
sinh trởng và phát triển. Một số yếu tố về môi trờng nh 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.
1.2.1. ảnh hởng của nhiệt độ
Trong sản xuất rau nhiệt độ là yếu tố hạn chế rất lớn. ở 0
0
C sẽ làm một số
cây chết rét, ở nhiệt độ 40
0
C sẽ làm cho nhiều cây bị khô héo và có thể bị chết.
Đối với nhiều loại rau có thể tồn tại trong thời gian dài ở nhiệt độ 15
0
C, thậm
triển. Khi vợt quá giới hạn nhiệt độ thích hợp cây rau sinh trởng phát triển kém,
làm giảm năng suất và chất lợng. Nhiệt độ quá cao hoặc quá thấp sẽ làm cây
ngừng sinh trởng và chết.
Thí dụ: Nhiệt độ thích hợp cho cây cà chua là 22
0
C ữ 24
0
C, nhiệt độ tối cao
là 35
0
C, nhiệt độ tối thấp là 10
0
.
Trên cùng một cây rau nhng 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 20
0
C
Sinh trởng thân lá : 20 ữ 22
0
C
Hình thành thân củ : 16 ữ 18
0
C
Theo I.B.Libner Nonneck phân loại rau theo yêu cầu và khả năng thích nghi
với nhiệt độ nh sau :
Bảng 1.4: Phân loại rau theo yêu cầu đối với nhiệt độ để sinh
trởng (
0
C)
10ữ 30
-20
Bí Ngô
15ữ 30
-15 Cà chua
15ữ 35
-20
Ngô Đờng
15ữ 30
-15 Cà Rốt
8ữ 30
-22
Cải Củ
14ữ 30
-16 Củ Cải Đỏ
8ữ 30
-22
Đậu Bắp
18ữ 35
-17
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tú _ Lớp
TĐH46 Khoa cơ điện - 12 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội
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 trởng, phát triển của cây theo
hớng có lợi.
0
C. Nếu nhiệt độ cao trên 25
0
C thì sẽ gây trở
ngại cho cải bắp, cải bẹnhiệt độ cao trên 30
0
C thì nụ hoa súp lơ, thân củ khoai
tây khó hính thành và phát triển.
Những cây rau u thích khí hậu ấm áp, chịu nhiệt độ cao nh cà, ớt, cà
chua nhiệt độ thích hợp là 20 ữ 30
0
C. Nhiệt độ thấp sẽ gây trở ngại cho loại rau
này sinh trởng và phát triển.
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tú _ Lớp
TĐH46 Khoa cơ điện - 13 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội
Thời kỳ sinh trởng sinh thực
Nhiệt độ thích hợp ở thời kỳ này là 20
c
C, nhiệt độ quá cao hoặc quá thấp đều
ảnh hởng không tốt đến quá trình thụ phấn, tinh dẫn đến rụng nụ, rụng hoa.
Thí dụ khi nhiệt độ thấp tới (-1
0
ữ -2
0
C)sẽ làm cho bầu quả của nhiều loại
TĐH46 Khoa cơ điện - 14 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội
Cung cấp đầy đủ nớc cho rau trong quá trình sinh trởng là biện pháp cơ
bản để đạt năng suất cao, chất lợng tốt (cây rau tơi, ngon và có hơng vị). Nớc
thiếu cây rau sinh trởng kém,thấp bé , còi cọc, năng suất chất lợng giảm. Nớc
thừa trong quá trình sinh trởng làm cho cây mềm yếu, nồng độ đờng thấp, nồng
độ các chất hòa tan giảm dẫn đến chất lợng kém.
Nớc là yếu tố cơ bản để quang hợp,ảnh hởng đến quá trình trao đổi chất
trong cây, đến trạng thái chất nguyên sinh.nớc 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 nớc co vai trò trong quyết định đến sự sinh trởng phát triển của
cây rau.
Có nớc thì cây mới thực hiện đợc các hoạt động sống, nên có thể nói
không có nớc thì không có sự sống. Nớc là thành phần cơ bản cấu tạo nên chất
nguyên sinh. Các quá trình trao đỏi chất trong cây đều cần có nớc tham gia nh
tổng hợp và phân giải chất hữu cơ. Nớc là nguyên liệutham gia vào quá trình
quang hợp, nớc 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 nớc trong cây:thể hiện bằng tỷ số giữa lợng nớc
bay hơi (T) và lợng nớc cây hút(A):
+ Cân bằng nớc dơng T/A=1.
+ Cân bằng nớc âm T/A>1.
+ Điều kiện tối thích T/A<1.
Khi đầy đủ và cân bằng n
ớc (T/A=1) thì tất cả các hoạt động đều thực hiện
tốt, cây sinh trởng bình thờng. Khi trong đất thiếu ẩm hoặc sự thoát hơi nớc qua
khí khổng quá mức cây không đợc cung cấp nớc kịp thời, cây luôn ở tình trạng
1.3.1. Khái quát về lịch sử phát triển của ngành tự động hoá
Không chỉ ngày nay con ngời mới phát minh ra các loại máy móc tự động
sản xuất làm việc thay thế con ngời mà ngay từ khi xã hội còn cha phát triển,
công cụ lao động còn thô sơ con ngời đã mong muốn điều đó nên ngay từ trớc
công nguyên các máy tự động cơ học và đồng hồ nớc có phao điều chỉnh đã xuất
hiện ở Ai cập cổ đại và Hy lạp. Bớc sang thời kỳ trung cổ albert đã chế tạo ra máy
tự động cơ khí thực hiện chức năng của ngời gác cổng. Tuy nhiên các loại máy
móc thời kỳ này không có ảnh hởng gì đến các quá trình sản xuất thời đó.
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tú _ Lớp
TĐH46 Khoa cơ điện - 16 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội
Tự động hoá chỉ thực sự đợc ứng dụng vào sản xuất khi một thợ cơ khí
martop ngời 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 ngời Nga đã chế tạo đợc hệ
diều chỉnh mức đầu tiên, nó đợc ứng dụng để giữ cố định mức nớc trong nồi hơi
không phụ thuộc vào lợng tiêu hao hơi nớc.
Năm 1784, james watt ngời Anh đã sử dụng bộ điều tốc ly tâm trong máy
hơi nớc, dùng để điều chỉnh tốc độ của máy hơi nớc. Từ đó, tự động hoá đã trở
thành một lĩnh vực quan trọng trong quá trình nghiên cứu phát triển sản xuất.
Bớc sang đầu thế kỷ XIX nhiều công trình có mục đích hoàn thiện các cơ cấu
điều chỉnh tự động của máy hơi nớc đã đợc thực hiện. Cho đến cuối thế kỷ này đã
xuất hiện thêm các cơ cấu điều chỉnh tự động cho tuabin hơi nớc.
Năm 1873, Spender đã chế tạo đợc máy tiện tự động có ổ cấp phôi mang
các cam.
Năm 1880 nhiều hãng trên thế giới nh Pittler Luding Lower của Đức, hãng
RSK của Anh đã chế tạo đợc máy tiện dùng phôi thép thanh.
Năm 1887, Đ.G Stôleôp đã chế tạo đợc phần tử cảm quang đầu tiên, một
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 nh 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
nh các loại máy móc điều khiển số, các trung tâm gia công, các hệ tống điều
khiển theo chơng 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:
Giai đoạn 1: Cho đến những năm 1940. Trong giai đoạn này cơ sở lý
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tú _ Lớp
TĐH46 Khoa cơ điện - 18 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội
thuyết điều khiển tự đông đợc hình thành. Khi đó các phơng pháp khảo sát hệ
một đầu vào, một đầu ra Siso nh: 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 phơng pháp
đồ thị thực nghiệm của Evans đã đợc hoàn thiện. Giai đoạn này đợc coi là điều
khiển cổ điển.
mềm của máy tính và mạng máy tính điện tử.
Các hệ thống tự động hoá đã đợc 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 tơng 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 đợc 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 đợc áp dụng và phát triển
có chọn lọc và hiệu quả cho các hệ thống điều khiển tự động. Và sự phát triển nh
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 nh đầu đo, cơ cấu chấp hành, thiết bị giao diện
với ngời vận hành thậm chí vào cả các rơle, contacto, nút bấm mà trớc kia hoàn
toàn làm bằng cơ khí.
Trớc 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. Nh vậy đầu đo đã đợc số hoá và ngày
càng thông minh do các chức năng xử lý từ máy tính trung tâm trớc kia nay đã
chuyển xuống xử lý tại chỗ bằng chơng trình nhúng trong đầu đo.
Tơng tự nh vậy với cơ cấu chấp hành nh mô-tơ đã đợc chế tạo gắn kết
hữu cơ với cả bộ Servo với các thuật toán điều chỉnh pid tại chỗ và khả năng nối
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tú _ Lớp
TĐH46
Các bàn điều khiển với hàng loại các đồng hồ chỉ báo, các phím, các núm
điều khiển, các bộ tự ghi trên giấy cồng kềnh nay đợc thay thế bằng một vài PC
( Personal Computer ).
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 trớc đây đã đợc 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 dới đây cho ta thấy chức năng xử lý ở các hệ thống tự động hoá
trong 70 năm qua phát triển nh nào.
Vào những năm 30 các hệ thống tự động bằng cam chốt cơ khí thờng 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
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tú _ Lớp
TĐH46 Khoa cơ điện - 21 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tú _ Lớp
TĐH46 Khoa cơ điện - 22 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội
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 đa
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 tơng lai robot không chỉ thay thế hoạt động cơ bắp của con ngời mà
còn thay thế các công việc đòi hỏi hoạt động trí não của con ngời. 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 phơng 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 lợng 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 nh ổn định về giờ giấc, chất lợng gia công ..., đáp ứng
cờng 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 tơng 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
đợc ứng dụng để phục vụ đời sống con ngời. Trong sản xuất no sẽ thay thế con
building management), trong các toà nhà cao ốc, ngời 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
nớc 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 nớc 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
đợc tự động hoá mặt khác tại các nơi này việc phòng cháy là cực kỳ quan trọng,
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tú _ Lớp
TĐH46 Khoa cơ điện - 24 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội
do đó hệ thống phòng cháy cũng đợc 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, lu 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 ngời sẽ đợc 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.
Dới sự điều khiển của máy tính sẽ có thể tự động khởi động điều chỉnh
theo giờ giấc, các việc gia đình nh đun nớc, 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 trớc các việc chuẩn bị. Nếu nh liên kết máy tính gia đình với
máy tính cửa hàng, ngành giao thông, ngân hàng và bệnh viện, thì có thể ngồi tại
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 ngời ngày cáng thay đổi,
hàng loạt các máy móc tự động đã và đang xuất hiện, robot đợc chế tạo ra thay thế
con ngời 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 hớng 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 đợc tính ổn định và chính xác dới tác động của nhiễu môi trờng 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 lợng 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.
Copyright: Tài liệu đại học ©