09-05-2018_21.49.12noi_dung_seminar_-_ky_2

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHIẾU SÁNG THÔNG MINH TIẾT KIỆM ĐIỆN I LÝ DO CHỌN NỘI DUNG Chiếu sáng mối quan tâm chung nhiều kỹ sƣ điện, nhà lý nghiên cứu quang phổ quang học, kỹ thuật viên cơng ty cơng trình cơng cộng nhà quản lý đô thị, nhà kiến trúc, xây dựng nông nghiệp nghiệp sạch… Trong thời gian gần đây, với đời nguồn sáng hiệu suất cao, kỹ thuật chiếu sáng chuyển từ giai đoạn chiếu sáng tiện nghi sang chiếu sáng tiện ích Chiếu sáng tiện ích chiếu sáng hiệu quả, tiết kiệm lƣợng Đây giải pháp tổng thể nhằm tối ƣu hóa tồn kỹ thuật chiếu sáng việc sử dụng nguồn sáng có hiệu suất cao Hiệu ánh sáng tự nhiên đƣợc sử dụng tối đa Kết chiếu sáng tiện ích ánh sáng đƣợc điều chỉnh theo mục đích yêu cầu sử dụng nhằm giảm điện tiêu thụ mà đảm bảo , hạn chế loại khí nhà kính, góp phần bảo vệ mơi trƣờng Đặc biệt nơng nghiệp nƣớc có nông nghiệp phát triển ngƣời ta không ngừng nghiên cứu chế tạo thiết bị chiếu sáng sử dụng chiếu sáng nhà lƣới, nhà kính để trồng trái vụ mang lại hiệu kinh tế cao Trong mối quan hệ thời gian chiếu sáng ngày/đêm thời gian đêm thời gian định đến phản ứng hoa Chính thế, ngày dài thực chất đêm ngắn ngày ngắn thực chất đêm dài Trong điều kiện mùa đông Việt Nam, thời gian ngày ngắn thời gian đêm dài (trên 12 tiếng) Để điều khiển hoa kéo dài ngày cách chiếu sáng bổ sung nhƣng có biện pháp xử lý đêm dài thành đêm ngắn cách chiếu sáng vào đêm (xem nhƣ cắt đêm dài thành đêm ngắn) Cả hai cách xử lý làm cho hoa Cũng tƣơng tự nhƣ vậy, ngày ngắn thực chất đêm dài Cây hoa điều kiện ngày ngắn (đêm dài), chiếu sáng bổ sung làm ngày dài ra, chiếu sáng ban đêm làm đêm ngắn lại làm hoa Trong thực tiễn sản xuất số hoa (hoa cúc) ăn có giá trị kinh tế cao (cây long) Việt Nam, biện pháp chiếu sáng đƣợc sử dụng để điều khiển hoa kết vào thời điểm có nhu cầu thị trƣờng Việc làm làm tăng cao hiệu kinh tế sản xuất sản phẩm Tuy nhiên quy trình điều khiển hoa theo ý muốn cho đƣợc diễn cách tùy tiện, lãng phí lƣợng, chí khơng có đủ điện để phục vụ sản xuất trƣớc bối cảnh nhà khoa học Nông-Sinh học nhƣ nhà khoa học chế tạo thiết bị chiếu sáng nhằm giải vấn đề tồn thực tiễn nêu II CÁC PHƢƠNG PHÁP CHIẾU SÁNG 2.1 Chiếu sáng tự nhiên Chiếu sáng tự nhiên giải pháp thiết kế chủ động cho cơng trình Việc cho phép ánh sáng mặt trời vào bên công trình ảnh hƣởng tới khơng thiết bị nghe nhìn mà cịn tiện nghi nhiệt Việc hiểu đƣợc ánh sáng vào bên cơng trình nhƣ nhƣ cách sử dụng ánh sáng định tới tính thành cơng chiếu sáng tự nhiên Nhƣ nhiều yếu tố khác, chiếu sáng tự nhiên có lợi lẫn bất lợi Tuy nhiên, cách hiểu đƣợc yếu tố kỹ thuật chiếu sáng tự nhiên, tận dụng tối đa lợi giảm thiếu điểm bất lợi Lợi Bất lợi – Hiệu nhiệt- Hiệu – Kiểm sốt- Phân bố- Tính chiếu sáng- Màu sắc- Tuổi thọ đa dạng- Khả dự đoán đèn – Ban đêm – Hình dáng vật thể – Độ chói – Tiếp cận với môi trƣờng – Lỗ mở với giá trị R thấp – Cảm nhận tự nhiên – Chi phí thiết kế kiến trúc Ánh sáng mặt trời ánh sáng ban ngày Quỹ đạo di chuyển mặt trời đốn trƣớc đƣợc ánh sáng ban ngày xuất cách ổn định hàng ngày Ánh sáng mặt trời đƣợc xem nhƣ nguồn sáng chiếu trực tiếp vào khơng gian từ mặt trời Thông thƣờng, loại ánh sáng nguồn chiếu sáng tốt cho nội thất Ánh sáng mặt trời chiếu trực tiếp gây chói gây thừa nhiệt Ánh sáng ban ngày hay ánh sáng trời cụm từ miêu ánh sáng tự nhiên mong muốn không gian Ánh sáng ban ngày tạo việc phân bố ánh sáng đồng đều, giúp tránh tƣợng bị trói hiệu ứng tiêu cực từ ánh sáng mặt trời Mặc dù ánh sáng tự nhiên đƣợc chiếu từ mặt trời nhƣng thƣờng không muốn sử dụng ánh nắng trực tiếp cho việc thiết kế chiếu sáng tự nhiên - Ánh sáng ban ngày khuếch tán ánh sáng tự nhiên từ bầu trời Với thiết kế chiếu sáng tự nhiên, thực cần ánh sáng ban ngày - Ánh sáng mặt trời ánh sáng trực tiếp chiếu từ mặt trời Với thiết kế chiếu sáng tự nhiên, khơng muốn ánh sáng mặt trời nó tạo ánh sáng có cƣờng độ mạnh mang theo lƣợng nhiệt khơng mong muốn Điều kiện bầu trời Điều kiện ánh sáng tự nhiên bị chi phối điều kiện bầu trời vào thời điểm định; chủ yếu mật độ che phủ mây Hiệp hội Chiếu sáng quốc tế CIE quy định 15 kiểu điều kiện bầu trời với mức độ phân bố độ sáng khác biệt Khi thực phân tích chiếu sáng tự nhiên, điều quan trọng cần đƣợc ý việc thiết kế cho điều kiện bầu trời định Điều đồng nghĩa với việc phân tích cho nhiều kiểu bầu trời khác không bầu trời sáng quang mây Việc điều kiện cho ngày điều khó xảy ra, nhiên, phân tích chiếu sáng tốt xem xét điều kiện trời sáng, quang mây lẫn bầu trời nhiều mây 2.1.2 Độ rọi tự nhiên yêu cầu Độ rọi yêu cầu, dù tự nhiên hay nhân tạo nhằm đảm bảo nhìn rõ chi tiết để hồn thành tốt cơng việc Sự khác đô rọi nhân tạo ổn định suốt thời gian làm việc, độ rọi tự nhiên tăng dần từ sáng sớm đến trƣa để lại giảm dần đến chiều tối Vì ngƣời ta quy định “độ rọi tự nhiên yêu cầu” độ rọi thời điểm tắt đèn buổi sáng bật đèn buổi chiều Để tránh xảy điều tiết mắt chuyển từ sử dụng ánh sáng nhân tạo sang ánh sáng tự nhiên (và ngƣợc lại), ngƣời làm việc liên tục, độ rọi tự nhiên yêu cầu đƣợc chọn độ rọi nhân tạo yêu cẩu Tại thời điểm (tắt bật đèn) độ rọi tự nhiên nhà chủ yếu phụ thuộc độ rọi nằm ngang nhà cách tổ chức lỗ cửa lấy ánh sáng Độ rọi nhà lúc đƣợc gọi độ rọi giới hạn nhà (Egh) Đây tỷ số quan trọng xây dựng tiêu chuẩn chiếu sáng tự nhiên Từ kết khảo sát khí hậu ánh sáng số quốc gia ngƣời ta lập đƣợc độ phân bố độ rọi nhà nãm theo quan hệ cho Nó cho biết 8760 năm có 5000 ban ngày 3760 ban đêm Độ rọi ngồi nhà thay đổi từ đến 700001X, 24% thời gian (ứng với 1200 ban ngày) độ rọi thay đổi từ đến 3000ỈX Nếu chọn độ rọi giới hạn 30001x số sử dụng ánh sáng tự nhiên 5000 – 1200 = 3800 Nếu chọn 50001x sơ’ sử dụng ánh sáng tự nhiẽn rút xuống 3550 (ứng với 71% thời gian ban ngày năm), Rõ ràng 70 CCT~4000K 168lm @(Tj=85°C, IF=350mA, VF=2,85V) Chipleds Philips Luxeon 3030/2D Ra>70 CCT~4000K 99lm @(Tj=25°C, IF=100mA) 2.3.3.Độ chói - Luminance Để đặc trƣng cho khả xạ ánh sáng nguồn bề mặt phản xạ gây nên cảm giác chói sáng mắt, ngƣời ta đƣa định nghĩa độ chói đại lƣợng xác định cƣờng độ ánh sáng phát đơn vị diện tích bề mặt theo hƣớng cụ thể ƣớc lƣợng ánh sáng mà mắt ngƣời cảm nhận phụ thuộc vào hƣớng quan sát Độ chói 10 - Độ ẩm hoạt động: dƣới 80% - Kích thƣớc: 118×70×29 mm - Trong lƣợng: 200g bao gồm pin - Nguồn điện: pin 006P DC9V, dòng 0,2 mA Thơng số đo Đơn vị Resolution Khoảng đoRange Độ xác Accuracy (23±5 oC) 0-2.000 Lux Lux ± (5%+2d) 2.0000-19.990 Lux 10 Lux ± (5%+2d) 20.000-50.000 Lux 100 Lux ± (5%+2d) Số nhân điều chỉnh - Ánh sáng thủy ngân ………×1,1 Ánh sáng huỳnh quang… ×1,0 - Ánh sáng nóng……………×1,0 - Ánh sáng mặt trời…………×1,0 đọc kết Vì máy đƣợc thiết kế để đo đƣợc nơi ánh sáng yếu, với nhiều khoảng đo khác nhau, nên kết hiển thị hay nhiều số “0” phía trƣớc ngƣời sử dụng phải điều chỉnh khoảng đo thấp để có đƣợc kết xác Khoảng đo ×1 ×10 ×100 Kết hiển thị 182 018 002 Trong trƣờng hợp này, ngƣời sử dụng phải điều chỉnh khoảng đo “×1” Giá trị xác 182Lux 2.4.3.Cảm Biến Cường Độ Ánh Sáng (Lux) BH1750 15 Cảm biến cƣờng độ ánh sáng BH1750 đƣợc sử dụng để đo cƣờng độ ánh sáng theo đơn vị lux, càm biến có ADC nội tiền xử lý nên giá trị đƣợc trả giá trị trực tiếp cƣờng độ ánh sáng lux mà qua xử lý hay tính tốn thơng qua giao tiếp I2C Thơng số: - Nguồn: 3~5VDC - Giao tiếp: I2C - Khoảng đo: -> 65535 lux - Kích cỡ: 21*16*3.3mm Độ rọi ánh sáng: - Vào buổi tối : 0.001 - 0.02 Lux - Ánh trăng : 0.02 - 0.3 lux - Trời nhiều mây nhà : - 50 lux - Trời nhiều mây trời : 50 - 500 lux - Trời nắng nhà : 100 - 1000 lux - Ánh sáng cần thiết để đọc sách: 50 - 60 lux 2.5 Nguyên lý mạch cảm biến ánh sáng Khi quang trở bị che sáng (hay trời tối) nội trở quang trở lớn, mức áp chân B Transistor xuống thấp, Transistor không dẫn, chân điều khiển DK1 khong đƣợc cấp dịng nên khơng có tín hiệu để điều khiển 16 Khi quang trở không bị che sáng (hay ánh sang mặt trời ánh sáng đèn mạnh), nội trở quang trở giảm mạnh, khiến cho Transistor dẫn điện theo cơng thức: - Transistor cấp dịng cho chân DK1, lúc chân DK1 có tín hiệu để điều khiển III THIẾT KẾ HỆ THỐNG DIỀU KHIỂN CHIẾU SÁNG Đề tài tập trung nghiên cứu, thiết kế cho nhà kính trồng rau hoa 3.1 u cầu cơng nghệ: - Chiếu sáng nhà kính đảm bảo độ rọi từ : 400- 500Lux - Ƣu tiên chiếu sáng tự nhiên - Khi độ rọi < 400lux mở che chắn, 500lux tắt đèn trƣớc, > 500lux đóng, kéo che chắn - Các hệ thống đèn đƣợc tính tốn bố trí sẵn nhà kính theo sơ đồ hình: 17 Hình 3.1 Sơ đồ mặt bố trí thiết bị đèn, rèm che chắn 3.2 Sơ đồ khối điều khiển 18 Hình 3.2 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển 3.3 Chức khối 3.3.1.Cảm biến đo độ rọi a, b, a, Đầu đo độ rọi 500lux Hình 3.3 sơ đồ cảm biến đo độ rọi Đầu đo độ rọi, sơ đồ (a)Hình 3.3 ánh sáng đƣợc chiếu vào quang trở làm thay đổi nội trở tức thay đổi điện áp vào chân điều khiển transistor C828 làm cho chân điều khiển có tin hiệu điện áp điều khiển vào ngõ vào PLC Nhƣ độ rọi nơi cảm biến đƣợc tri phạm vi từ 400-500lux 19 Trên hình b, Khi quang trở bị che sáng (hay trời tối) nội trở quang trở lớn, mức áp chân B Transistor xuống thấp, Transistor không dẫn, chân điều khiển DK1 khơng đƣợc cấp dịng nên khơng có tín hiệu để điều khiển Khi quang trở khơng bị che sáng (hay ánh sáng mặt trời ánh sáng đèn mạnh), nội trở quang trở giảm mạnh, khiến cho Transistor dẫn điện Transistor cấp dong cho chan DK2, luc chan DK2 co tin hiệu để điều khiển R4 la biến trở dung chỉnh mức nhậy D1 la diode dung dập bien điện ap nghịch Hinh 3.4 Thiết kế mạch in nguyên lý tạo tín hiệu điện áp điều khiển 3.3.2 Khối nguồn nuôi Các khối thiết bị sơ đồ khối cần mức điện áp nuôi nhƣ sau: – Khối đo độ rọi 24VDC lấy từ PLC – Khối điều khiển đèn che rèm sử dụng động có điện áp 220VAC điện lƣới cấp 3.3.3 Khối cảm biến che Để nhận biết báo mức dƣới đóng mở lƣới che dùng thiết bị nhƣ: - Cơng tác hành trình trên, dƣới - Cảm biến quang - Cảm biến cảm ứng từ Trong đề tai sử dụng loại cảm biến tiệm cận CR18-8DN vi ƣu việt giá độ xác, độ bền độ linh hoạt qúa trình sử dụng để thiết kế cho 20 mạch, khống chế hành trình của, màng che, rèm để dừng động mở/đóng hết hành trình Cảm biến tiệm cận điện dung CR18-8DN Hình 3.5 Cảm biến tiệm cận điện dung - Cảm biến tiệm cận điện dung hoạt dộng dựa nguyên lý có mặt đối tƣợng làm thay đổi điện dung cực cảm biến Cảm biến tiệm cận điện dung gồm phận chính: + Mạch dao động + Bộ phát + Mạch đầu Đặc điểm: + Cảm biến tiệm cận điện dung Autonics CR18-8DN khơng địi hỏi đối tƣợng kim loại, đối tƣợng phát chất lỏng, vật liệu phi kim, thủy tinh, nhựa + Tốc độ chuyển mạch tƣơng đối nhanh, phát đối tƣợng kích thƣớc nhỏ, phạm vi cảm nhận lớn + Tuổi thọ cảm biến Autonics CR18-8DN dài độ tin cậy cao + Có mạch bảo vệ nối ngƣợc cực nguồn, áp + Dễ dàng điều chỉnh khoảng cách phát với biến trở điều chỉnh độ nhạy bên + Dễ dàng để điều khiển mức vị trí Cảm biến tiệm cận điện dung Autonics CR18-8DN: Là thiết bị cao cấp hãng Autonics dùng để phát vật không cần tiếp xúc với tốc độ nhanh, môi trƣờng khắc nghiệt, cần thiết sản xuất công nghiệp tự động hóa Thơng số kỹ thuật: - Mã sản phẩm: CR18-8DN - Chiều dài : M18 mm 21 - Khoảng cách phát hiện: mm - Ngõ ra: DC 3-wire, NPN, NO - Điện áp hoạt động: 12-24 VDC - Tần số đáp ứng: 50 Hz - Cáp nối sẵn dài m Hinh 3.6 Sơ đồ khối thuật tốn cảm biến khống chế hành trình điều khiển màng, rèm Trong đó: - X – gia trị độ rọi thực tế - Xmax – ngƣỡng độ rọi (Xmax = 500lux) - Xmin – ngƣỡng dƣới độ rọi (Xmin = 400lux) - CBd – cảm biến dƣới - CBt – cảm biến - ĐCt – động quay thuận - ĐCn – động quay ngƣợc 3.3.4 Khối điều khiển đèn rèm : Nhƣ nội dung cho, tải tải đèn xoay chiều (đen huỳnh quang) va đóng mở màng, rèm có sử dụng động xoay chiều pha nên ta dùng Contactor để điều khiển gián tiếp cho đèn va rèm Ở ta thiết kế cho contactor điều khiển lúc động rèm Contactor điều khiển lúc đèn nên ta cần có contactor 3.3.5 Khối xử lý trung tâm Theo yêu cầu điều khiển toán: 22 – Đầu vào: + Điều khiển đèn: cần cổng vào để điều khiển cho đen ( cổng nhận tin hiệu từ DK1 gia trị lux thấp, cổng nhận tin hiệu từ DK2 gia trị lux cao) + Điều khiển rèm: cần cổng dùng để lấy tin hiệu cảm biến dƣới rèm điều khiển rèm lên, xuống + Ngoai cần co cổng để bắt đầu dừng chƣơng trinh điều khiển – Đầu ra: + Điều khiển rèm: cần cổng để điều khiển động quay thuận ngƣợc kéo rèm lên xuống + Điều khiển đèn: cần cổng để điều khiển 16 đèn sáng tắt Vậy ta lựa chọn thiết bị điều khiển PLC1E -E30DR vi loại có số lƣợng đầu vao/ra phù hợp với yêu cầu toán Đây dòng CPU đƣợc sử dụng nhiều vi tốc độ xử lý cao, kết cấu linh hoạt, chịu đƣợc môi trƣờng công nghiệp nhƣ rung động, bụi bẩn, nhiễu từ trƣờng sử dụng nguồn nuôi 220VAC 3.4 Phân định vào 3.4.1.Đầu vào: - M = 0.00 Ấn nút M hệ thống làm việc - D = 0.01 Ấn nút D hệ thống dừng làm việc - CBt = 0.02 Tác động rèm mở hết - CBd = 0.03 Tác động rèm đóng hết - DK1= 0.04 Tác động độ rọi > 500lux - DK2 = 0.05 Tác động độ rọi < 400lux - DK3= 0.06 Tác động độ rọi > 500lux - DK4 = 0.07 Tác động độ rọi < 400lux - DK5 = 0.10 Tác động độ rọi > 500lux - DK6= 0.11 Tác động độ rọi < 400lux - DK7 = 0.12 Tác động độ rọi > 500lux - DK8 = 0.13 Tác động độ rọi < 400lux 3.4.2 Đầu ra: 23 - K1= 100.00 Đ/cơ quay thuận (Kéo rèm xuống) - K2 =100.01 Đ/cơ quay ngƣợc (Kéo rèm lên) - K 3= 100.02 Đèn 1, Đèn - K4 =100.03 Đèn 2, Đèn - K =100.04 Đèn 5, Đèn - K =100.05 Đèn 6, Đèn - K7 =100.06 Đèn 9, Đèn 11 - K8 =100.07 Đèn 10, Đèn 12 - K =101.00 Đèn 13, Đèn 15 - K10 =101.01 Đèn 14, Đèn 16 3.5 Đấu nối vào Sơ đồ đấu, nối PLC với thiết bị ngoại vi: 24 Hình 3.7 Đấu nối PLC với thiết bị ngoại ví 3.6 Lƣu đồ thuật tốn điều khiển Hinh 3.8 Sơ đồ khối thuật toán điều khiển Trong đó: - X – giá trị độ rọi thực tế - Xmax – ngƣỡng độ rọi (Xmax>500lux) - Xmin – ngƣỡng dƣới độ rọi (Xmin