Nghiên cứu và thiết kế hệ thống điều khiển giám sát khí hậu trong nhà lưới, nhà màng

Nghiên cứu và thiết kế hệ thống điều khiển giám sát khí hậu trong nhà lưới, nhà màng Nghiên cứu và thiết kế hệ thống điều khiển giám sát khí hậu trong nhà lưới, nhà màng Nghiên cứu và thiết kế hệ thống điều khiển giám sát khí hậu trong nhà lưới, nhà màng Nghiên cứu và thiết kế hệ thống điều khiển giám sát khí hậu trong nhà lưới, nhà màng

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM KHOA CƠ ĐIỆN ======== ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: “NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT KHÍ HẬU TRONG NHÀ LƯỚI, NHÀ MÀNG” Sinh viên thực MSV Lớp Chuyên ngành : : : : LÊ NĂNG VINH 593823 K59-TDHA TỰ ĐỘNG HĨA LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trìn nghiên cứu hồn thành riêng tơi,các kết nghiên cứu trình bày đồ án trung thực, khách quan chưa dùng để bảo vệ cho đồ án mơn học Tơi xin cam đồn giúp đỡ cho việc thực đồ án cám ơn,các thơng tin trích dẫn đồ án rõ nguồn gốc Hà Nội, ngày tháng năm 2020 Tác giả đồ án LÊ NĂNG VINH i LỜI CẢM ƠN Trước tiên em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Ban giám đốc Học viện Nông Nghiệp Việt Nam, Ban chủ nhiệm khoa Cơ Điện tồn thể thầy,cơ giáo khoa,trong trường dạy bảo dìu dắt em trình học tập rèn luyện mái trường Học viện Đặc biệt em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới giảng viên TS Ngơ Trí Dương mơn Tự động hóa Khoa Cơ Điện tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em q trình hồn thành đề tài tốt nghiệp Em xin chân thành cảm ơn bố mẹ, thầy cô giáo,bạn bè người động viên, giúp đỡ tạo điều kiện tốt cho em hoàn thành tốt đồ án Do kiến thức thời cịn hạn chế nên đồ án khơng thể tránh khỏi thiếu sót,mong q thầy cơ, bạn đóng góp ý kiến để đồ án em hồn chỉnh tốt Cuối em xin kính chúc tồn thể thầy cô giáo khoa Cơ Điện Học viện Nơng Nghiệp Việt Nam tồn thể bạn bè người thân sức khỏe, hạnh phúc thành đạt Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm Sinh viên LÊ NĂNG VINH ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC HÌNH ẢNH vii DANH MỤC CHỮ VIẾT xi LỜI MỞ ĐẦU 1 Đặt vấn đề .1 Mục đích đề tài .2 Phương pháp nghiên cứu Giới hạn nghiên cứu .2 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỆ HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN SCADA 1.1 Giới thiệu chung hệ thống SCADA .3 1.1.1 Khái niệm scada 1.1.2 Quá trình hình thành phát triển hệ thống SCADA .4 1.1.3 Nguyên tắc hệ thống SCADA .9 1.1.4 Phần cứng phần mềm hệ thống SCADA 10 1.1.5 Thực hệ thống SCADA 12 1.2 Hệ thống SCADA, Phần mềm thiết kế SCADA 13 1.2.1 Các thành phần hệ thống SCADA .13 1.2.2 Cấu trúc phân tầng phân cấp hệ thống SCADA 16 iii 1.2.3 Phần mềm thiết kế hệ thống SCADA 18 1.2.4 Hệ thống SCADA dự phòng 22 1.2.5 Một số hệ thống SCADA thực tế .23 1.3 Hệ thống SCADA nhà lưới 26 1.4 Yêu cầu thiết kế hệ thống điều khiển khí hậu nhà lưới, nhà màng 28 CHƯƠNG II ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 29 2.1 Đối tượng nghiên cứu 29 2.1.1 Nhà lưới yếu tố môi trường nhà lưới .29 2.1.2 Ảnh hưởng yếu tố khí hậu tới phát triển trồng .33 2.2 Nội dung nghiên cứu phương pháp kiểm soát khí hậu nhà lưới 40 2.2.1 Kiểm sốt nhiệt độ .40 2.2.2 Lưu thơng khơng khí nhà kính 41 2.2.3 Kiểm soát độ ẩm 43 2.2.4 Kiểm soát ánh sáng 44 2.2.5 Thiết bị điều khiển trình giám sát khí hậu PLC 45 2.1.4 Các thiết bị đo lường thông minh 46 2.3 Phương pháp nghiên cứu 51 CHƯƠNG III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 53 3.1 Tạo dự án TIA PortalV14 53 3.2 Xây dựng hệ SCADA với Wincc Professional 54 3.3 Cấu hình chung simatic HMI 55 iv 3.4 Nạp chương trình 56 3.5 Cài đặt cấu hình cho dự án .59 3.5.1 Tạo kết nối truyền thông PLC với Connections 65 3.6 Lập trình PLC thiết kế giao diện SCADA 66 3.6.1 Xây dựng lưu đồ thuật toán 66 3.6.2 Lập trình TIA Portal .67 3.6.3 Tạo bảng liệu giao tiếp PLC với HMI tag 70 3.6.4 Khởi tạo Screen 71 3.6.5 Cấu hình thuộc tính cho Screen 72 3.7 Thiết kế giao diện Screen với Toolbox 75 3.7.1.Thiết kế giao diện với Basic objects .76 3.7.2 Thiết kế giao diện với Elements 77 3.8 Lưu trữ liệu với Historical data 78 3.9 Thiết kế trang in với Reports 80 3.10 Chạy thử .83 3.10.1 Chạy thử chương trình PLC 83 3.10.2 Kết chạy thử WinCC Professional .83 3.11 Đánh giá thảo luận 97 3.11.1 Đánh giá 97 3.11.2 Thảo luận 97 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 97 v Kết luận 97 Đề nghị .98 TÀI LIỆU THAM KHẢO 99 PHỤ LỤC 100 vi DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình Hệ thống SCADA Hình 1.1 Khu vực tủ điều khiển Hình1.2 Mạng LAN (Local area Network) Hình 1.3 Hệ thống SCADA nối mạng Hình 1.4 SCADA với việc sử dụng SQL Hình 1.5 Vận hành nhà máy từ xa Hình 1.6 Kiểu hệ thống SCADA điển hình 12 Hình 1.7 Mơ hình phịng điều khiển trung tâm hệ thống SCADA 13 Hình 1.8 Trạm thu thập liệu trung gian scada 14 Hình 1.9 Màn hình giao diện người máy truyền thống 15 Hình 1.10 HMI đưa vào ứng dụng PC Windows 16 Hình 1.11 Mơ hình phân cấp chức hệ thống SCADA 17 Hình 1.12 Khối timer TON 20 Hình 1.13 Khối analog input 20 Hình 1.14 Giao diện WinCC 21 Hình 1.15 Hệ thống SCADA máy chủ 22 Hình 1.16 Máy chủ thứ kích hoạt máy 23 Hình 1.17 Ứng dụng SCADA lưới điện thương mại 23 Hình 1.18 Mơ hình trồng rau nhà lưới 26 Hình 1.19 Dưa lưới Klmoj sản xuất 27 vii Hình 1.20 Truy xuất nguồn gốc nơng sản 27 Hình 2.1 Nhà lưới hở che mái 30 Hình 2.2 Nhà lưới kín 31 Hình 2.3 Nhà kính 31 Hình 2.4 Ảnh hưởng nhiệt độ 34 Hình 2.5 Lượng nước tưới ảnh hưởng đến phát triển rễ 36 Hình 2.6 Ánh sáng phát triển lúa 38 Hình 2.7 Ảnh hưởng ánh tới trồng 39 Hình 2.8 Đất nơi dự trữ chất dinh dưỡng cho trồng 40 Hình 2.9 Hệ thống thơng khí áp đặt 42 Hình 2.10 Hệ thống thơng khí nhà kính mà mơi trường bên ngồi 43 Hình 2.11 Tạo độ ẩm cho khơng khí qua quạt thơng gió nhà kính 43 Hình 2.12 Hệ thống tưới nhỏ giọt 44 Hình 2.14 Ví dụ điển hình thiết bị đo lường thơng minh 46 Hình 2.15 Cảm biến đo cường độ ánh sáng 47 Hình 2.16 Chuyển đổi giá trị dịng sang áp 48 Hình 2.17 Cảm biến độ ẩm đất 49 Hình 2.18 Bộ cảm biến Soil-Click có tích hợp khả 50 Hình 2.19 Cảm biến độ ẩm khơng khí sử dụng module HR202 50 Hình 2.20 Cảm biến nhiệt độ khơng khí 51 Hình 3.1 Giao diện phần mềm Tia Portal V14 53 viii Hình 3.2 Tạo dự án TIA Portal V14 53 Hình 3.3 Xây hệ SCADA với WinCC Professional 54 Hình 3.4 Chọn card giao tiếp máy tính PC với PLC 55 Hình 3.5 Cài đặt kết nối PLC với máy tính 57 Hình 3.6 Chọn kết nối 57 Hình 3.7 Chọn kết nối 58 Hình 3.8 Kết nối PLC thành cơng 58 Hình 3.9 Chọn load để tiếp tục 59 Hình 3.10 Kết thúc trình 59 Hình 3.11 Lựa chọn phần cứng CPU 60 Hình 3.12 Giao diện PLC 60 Hình 3.13 Cấu hình cho Board CB1241 61 Hình 3.14 Cấu hình cho PLC 62 Hình 3.15 Tạo thêm module mở rộng Analog SM1231 AI4 63 Hình 3.16 Thơng tin module 63 Hình 3.17 Cấu hình thêm module mở rộng 64 Hình 3.18 Kết nối truyền thơng PLC với WinCC 65 Hình 3.19 Lập trình plc TIA Portal 67 Hình 3.20 Khối MB_COM_LOAD_DB 67 Hình 3.21 Khai báo khối MB_MASTER 68 Hình 3.22 Khởi động hệ thống hàm thời gian thực 69 ix TÀI LIỆU THAM KHẢO 1) Lê Ngọc Bích-Trần Thu Hà- Phạm Quang Huy, Điều khiển giám sát với PLC Omron & WinCC 2) (TS)Lê Ngọc Bích ,KS Phạm Quang Huy, mạng truyền thơng cơng nghiệp SCADA lý thuyết – thực hành 3) KS Trần Văn Hiếu, thiết kế hệ thống HMI/SCADA với TIA Portal 4) Tự động hóa cơng nghiệp với WinCC- nhà xuất Hồng Đức 5) Cơ sở hệ thống điều khiển q trình – Hồng Minh Sơn- NXB Bách Khoa Hà Nội 6) TS Ngơ Trí Dương, Giáo trình kỹ thuật đo lường, Nxb Nông Nghiệp 2008 7) Các website tham khảo:  http://www.dientuvietnam.net/forums/  http://dieukhien.net/  https://support.industry.siemens.com/  http://plcvietnam.com.vn/forum/forum.php  http://nhakinh.net/vi/mo-hinh-nha-li-nha-mang  http://www.luoithaiviet.com.vn/luoi-che-nang-c-136.aspx  http://www.dientuvietnam.net/forums/  http://tuaf.edu.vn/khoanonghoc/bai-viet/cong-nghe-trong-rau-hoatrong-nha-co-mai-che-2637.html  http://automation.net.vn/ 121 122 PHỤ LỤC Chương trình điều khiển PLC: 123 124 125 126 127 128 129 130 131 Lưu trữ liệu với Historical data: 132 133 134 135 ... “NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT KHÍ HẬU TRONG NHÀ LƯỚI” Mục đích đề tài - Nghiên cứu hệ thống SCADA - Xây dựng hệ thống điều khiển giám sát khí hậu nhà lưới có mái che - Thiết. .. Hệ thống SCADA nhà lưới 26 1.4 Yêu cầu thiết kế hệ thống điều khiển khí hậu nhà lưới, nhà màng 28 CHƯƠNG II ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 29 2.1 Đối tượng nghiên cứu. .. nông sản 32 1.4 Yêu cầu thiết kế hệ thống điều khiển khí hậu nhà lưới, nhà màng Điều khiển hệ thống bơm phun sương, bơm tưới nhỏ giọt, hệ thống đèn chiếu sáng, mái che, hệ thống quạt, bơm nước bể