Nghiên cứu ứng dụng PLC trong mô hình điều khiển nhà kính

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PLC TRONG MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN NHÀ KÍNH MÃ SỐ: SV2021-132 CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: NGUYỄN NGỌC KHÁNH SKC 0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 6/2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PLC TRONG MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN NHÀ KÍNH SV2021-132 Thuộc nhóm ngành khoa học : Ứng dụng SV thực : Nguyễn Ngọc Khánh Nam, Nữ : Nam Dân tộc : Kinh Lớp, khoa : 17151CL2B Khoa đào tạo chất lượng cao Năm thứ : 04 /Số năm đào tạo : 04 Ngành học : Công nghệ kỹ thuật điều khiển tự động hóa Người hướng dẫn : ThS Nguyễn Tấn Đời TP Hồ Chí Minh, 06/2021 MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài Lý chọn đề tài 3 Mục tiêu đề tài Cách tiếp cận Phương pháp nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Vì hệ thống xứng đáng thực 1.2 Lựa chọn PLC ưu điểm PLC so với hệ thống khác 1.3 Nội dung nghiên cứu Chương 2: Cơ sở lý thuyết 2.1 Giới thiệu hệ thống nhà kính 2.1.1 Nhà kính Israel 2.1.2 Nhà kính số quốc gia khác 2.2 Tình hình sử dụng nhà che phủ nông nghiệp Việt Nam 10 2.2.1 Tại Hà Nội khu vực phía Bắc 10 2.2.2 Tại thành phố Hồ Chí Minh khu vực phía Nam 13 2.2.3 Thiết kế tình hình sử dụng nhà che phủ nông nghiệp tỉnh Lâm Đồng 15 2.3 Chỉ tiêu đánh giá hệ thống 21 2.4 Cơ sở lý thyết phần cứng 22 2.4.1 Thiết bị điều khiển 22 2.4.1.1 Bộ điều khiển lập trình PLC 22 2.4.1.2 Vi điều khiển 22 2.4.2 Cấu hình hệ thu thập thơng tin điều khiển 23 2.4.2.1 Vào/ra tập trung 23 2.4.2.2 Vào/ra phân tán 24 2.4.3 Cơ cấu chấp hành 25 2.4.3.1 Cảm biến 25 2.4.3.2 Động điện 26 2.4.4 Thiết bị truyền động 26 2.4.5 Mạng truyền thông công nghiệp 27 2.4.6 Mạng truyền thông MODBUS 29 Chương 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG 31 3.1 Yêu cầu thiết kế 31 3.2 Thiết kế phần cứng 31 3.2.1 Lựa chọn cảm biến nhiệt độ 31 3.2.2 Lựa chọn đồng hồ nhiệt 32 3.2.3 Lựa chọn cảm biến độ ẩm 35 3.2.4 Lựa chọn động phun sương 36 3.2.5 Lựa chọn đèn tỏa nhiệt 37 3.2.6 Lựa chọn quạt thoát ẩm, tản nhiệt 38 3.2.7 Lựa chọn điều khiển hệ thống 39 3.2.8 Lựa chọn thiết bị khác 42 3.3 Mơ hình hệ thống 44 3.4 Sơ đồ nối dây 45 Chương 4: THIẾT KẾ PHẦN MỀM 46 4.1 Sơ đồ trạng thái 46 4.2 Thiết kế giao diện Web Sever 46 4.2.1 Yêu cầu thiết kế HTML 46 4.2.2 Phân quyền cho người dùng Web server 47 4.2.3 Thiết kế giao diện Web server 47 Chương 5: KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ 50 5.1 Kết 50 5.1.1 Kết phần cứng 50 5.1.2 Kết phần mềm 51 5.2 Đánh giá 54 5.2.1 Đánh giá phần cứng 54 5.2.2 Đánh giá phần mềm 54 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 55 6.1 Kết luận 55 6.2 Kiến nghị 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO 56 PHỤ LỤC 57 DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH VÀ BẢNG BIỂU Hình 2.1 Cấu trúc điều khiển vào/ra tập trung 24 Hình 2.2 Cấu trúc điều khiển phân tán 25 Hình 2.3 Các cấp độ truyền mạng công nghiệp 28 Hình 2.4 Một master điều khiển 247 slave 30 Hình 2.5 Modbus TCP/IP ngành tự động với hệ thống SCADA 30 Hình 3.1 Cảm biến nhiệt độ Pt100 Rtd 2m 98 mm Wires - 50~400 C 31 Hình 3.2 Đồng hồ nhiệt VX4 Hanyoung 32 Hình 3.3 Sơ đồ nối dây VX4 Hanyoung 34 Hình 3.4 Thông tin kiểu cảnh báo 34 Hình 3.5 Các loại đầu dò input type 35 Hình 3.6 Cảm biến độ ẩm SHT20 36 Hình 3.7 Máy phun sương MPS GFP-50 37 Hình 3.8 Đèn sấy hồng ngoại 1000W 35cm 38 Hình 3.9 Quạt tản nhiệt, hút ẩm 39 Hình 3.10 PLC siemens S7-1200 CPU 1241 41 Hình 3.11 Mơ hình nhà kính khung sắt mica 44 Hình 3.12 Sơ đồ mạch kết nối PLC, mạch động lực 45 Hình 4.1 Sơ đồ trạng thái 46 Hình 4.2 Trang hình thứ 48 Hình 4.3 Trang hình thứ 48 Hình 4.4 Trang hình thứ 49 Hình 4.5 Trang hình thứ 49 Hình 5.1 Mơ hình phần cứng 50 Hình 5.2 Tủ điện hệ thống 51 Hình 5.3 Màn hình chưa khởi động hệ thống 52 Hình 5.4 Màn hình nhấn ON 52 Hình 5.5 Màn hình cài đặt thông số 53 Hình 5.6 Màn hình báo hiệu quạt bật đèn tắt, máy phun sương tắt 53 Bảng 1.1 So sánh hệ thống PLC với hệ thống thông thường Bảng 2.1 Tình hình sản xuất rau hoa Đà Lạt 18 Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật cảm biến nhiệt độ 32 Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật đồng hồ nhiệt 33 Bảng 3.3 Thông số kỹ thuật cảm biến độ ẩm 36 Bảng 3.4 Thông số kỹ thuật máy phun sương 37 Bảng 3.5 Thông số kỹ thuật đèn sấy 38 Bảng 3.6 Đặc điểm thương hiệu PLC 40 Bảng 3.7 Thông số kỹ thuật PLC S7-1200 42 Bảng 3.8 Danh sách thiết bị cần lựa chọn cho hệ thống 43 Bảng 4.1 Phân quyền cho người dùng HMI 47 Bảng 5.1 Cơ cấu hệ thống 51 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT PLC: Programmable Logic Controller HMI: Human-Machine-Interface CPU: Central Processing Unit TCP/IP: Transmission Control Protocol/Internet Protocol RTD: Resistance Temperature Detectors SCADA: Supervisory Control And Data Acquisition HTML: Hypertext Markup Language BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI Thông tin chung: - Tên đề tài: Nghiên cứu ứng dụng PLC mơ hình điều khiển nhà kính - Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Ngọc Khánh Mã số SV: 17151091 - Lớp: 17151CL2B Khoa: Đào tạo chất lượng cao - Thành viên đề tài: Stt Họ tên Lớp MSSV Khoa Bùi Tá Đỉnh 17151066 17151CL2B Đào tạo CLC Dương Anh Kiệt 17151096 17151CL2B Đào tạo CLC Nguyễn Trường Tài 17151123 17151CL2B Đào tạo CLC Nguyễn Văn Hoài Thương 17151138 17151CL2B Đào tạo CLC - Người hướng dẫn: ThS Nguyễn Tấn Đời Mục tiêu đề tài: Thiết kế mơ hình nhà kính có cảm biến nhiệt độ, độ ẩm để giám sát nhiệt độ độ ẩm bên nhà kính sử dụng mạng truyền thông để liên kết cảm biến Gửi kết PLC xử lý đưa yêu cầu bơm tưới tiêu thích hợp Tính sáng tạo: Khơng cần hình HMI mà cài đặt giám sát hệ thống hoàn toàn qua web server Điều khiến công việc trở nên nhẹ nhàng điều khiển mơ hình hệ thống từ xa dể dàng Dữ liệu lưu lại để nhân viên bảo trì sữa chữa dể khắc phục Kết nghiên cứu: Đề tài giải yêu cầu thiết kế, thỏa tiêu chí đặt Qua thời gian tìm hiểu, nghiên cứu để thực đề tài hoàn thành nội dung sau: -Thiết kế mơ hình hệ thống với đầy đủ thiết bị mơ lại nhà kính thực tế -Thiết kế hình giám sát đơn giản thao tác cho người vận hành -Ghi chép số liệu nhiệt độ độ ẩm vào Excel -Người dùng điều khiển từ xa mơ hình nhà kính Đóng góp mặt giáo dục đào tạo, kinh tế - xã hội, an ninh, quốc phòng khả áp dụng đề tài: Mơ hình tham khảo cho sinh viên học tập ngành điều khiển tự động khoa đào tạo CLC trường ĐH Sư phạm kỹ thuật Công bố khoa học SV từ kết nghiên cứu đề tài (ghi rõ tên tạp chí có) nhận xét, đánh giá sở áp dụng kết nghiên cứu (nếu có): Ngày tháng năm SV chịu trách nhiệm thực đề tài (kí, họ tên) Nhận xét người hướng dẫn đóng góp khoa học SV thực đề tài (phần người hướng dẫn ghi): Ngày tháng năm Người hướng dẫn (kí, họ tên) Mở đầu MỞ ĐẦU Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài -Trong nước: Theo định hướng phát triển nông nghiệp công nghệ cao Việt Nam, mục tiêu năm 2020 phải có 10 khu nông nghiệp công nghệ cao 200 doanh nghiệp làm lĩnh vực Mơ hình nhà kính trồng rau “khí canh” Có lẽ khái niệm trồng rau “khí canh” cịn mơ hình trồng rau lơ lửng khơng mà nơi áp dụng Trong mơ hình ứng dụng nơng nghiệp cơng nghệ cao Việt Nam, trồng rau khí canh mơ hình độc lạ Tuy nhiên, nước phát triển nông nghiệp đại cơng nghệ trồng rau khí canh phổ biến từ lâu giúp đáp ứng nhu cầu rau diện tích đất nhỏ hẹp Mơ hình nhà kính trồng nấm ứng dụng công nghệ cao Hưởng ứng phong trào nông nghiệp công nghệ cao Việt Nam, ông Tăng Đức Đức Trọng – Lâm Đồng phát triển mơ hình nhà kính trại nấm mỡ để có doanh thu triệu đơ, chất lượng vinh danh số thị trường nước xuất sang nhiều thị trường khó tính giới Các đề tài mơ hình nhà kính thực nước ta ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU MÔ HÌNH TỰ ĐỘNG TRONG TRỒNG TRỌT DÙNG PLC sinh viên trường ĐH Cơng Nghệ Nội dung thiết kế hệ thống điều khiển giám sát dùng PLC Điều khiển hệ thống bơm nước hoạt động tưới tiêu, hệ thống quạt thơng gió, hệ thống mái che Giám sát thông số cần thiết cho trồng nhà kính như: nhiệt độ khơng khí, độ ầm khơng khí, đất Qua tối ưu hóa điều kiện lý tưởng phòng tránh dịch bệnh gây bất lợi cho trồng HỆ THỐNG NHÀ KÍNH THÔNG MINH Ở ĐÀ LẠT đề tài nghiên cứu sinh viên khoa Điện-Điện tử ĐH Sư phạm kỹ thuật Đề tài khảo sát dạng nhà che phủ nông nghiệp sử dụng thành phố Đà Lạt, so sánh đặc điểm cấu trúc chi Mở đầu tiết nhằm đưa đề nghị cấu trúc nhà che phủ kết hợp tối đa ưu điểm, hạn chế nhược điểm để phù hợp cho điều kiện kinh tế- xã hội, điều kiện tự nhiên tập quán canh tác nông dân địa phương KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU MƠ HÌNH NHÀ KÍNH ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG BẰNG PLC sinh viên ĐH Nông lâm Đề tài tập trung nghiên cứu chế tạo mơ hình nhà kính ứng dụng điều khiển tự động nghiên cứu ảnh hưởng điều khiển tự động phận phun sương làm mát, thơng thống đến yếu tố nhiệt độ độ ẩm nhà kính vùng khí hậu nhiệt đới phía nam Việt Nam -Ngồi nước: Một số quốc gia áp dụng thành cơng nơng nghiệp nhà kính khiến giới phải trầm trồ nơng nghiệp phát triển kì tích Hà Lan ứng dụng hệ thống đèn Led, tưới tiêu, kiểm soát dinh dưỡng cho phép người nơng dân can thiệp xác q trình trồng sinh trưởng để tạo sản lượng chất lượng tốt Nhờ nông trại rộng lớn kính, Hà Lan nước xuất khoai tây, hành tây số giới xuất rau xanh thứ toàn cầu xét tổng giá trị Israel áp dụng thành công công nghệ tưới nhỏ giọt, trồng thủy canh lại thành công sản xuất nông nghiệp nhà kính Cũng nhờ cơng nghệ canh tác nhà kính mà Israel biến sa mạc Negev toàn cát đá (chiếm 65% diện tích đất nước) trở thành "cánh đồng xanh cơng nghệ cao" có suất trồng cao giới Tại nhà kính sử dụng cho canh tác hoa, rau, loại màu thực phẩm đòi hỏi chất lượng sản phẩm cao, ớt, hành, tỏi, dưa Các dự án nhà kính tự động thực nước khác: The Research and PLC Application of Fuzzy Control in Greenhouse Environment organized by ZHOU Xiaobo, WANG Chengduan, LAN Hong （Key Laboratory of Environmental Automatic Control Technology, Southwest University of Science and Technology, Mianyang 621010, Sichuan, china) Đề tài hướng tới tham số điều khiển đơn mức độ tự động hóa thấp nhà kính truyền thống, báo nghiên cứu hệ thống điều khiển mờ dựa điều khiển đa nhân tố nhà kính Với thơng số môi trường Phụ lục CÀI ĐẶT NHIỆT ĐỘ : ºC SCALE : ºC ĐỘ ẨM : %RH SCALE : %RH 60 Phụ lục Chương trình PLC OB1: 61 Phụ lục 62 Phụ lục 63 Phụ lục 64 Phụ lục 65 Phụ lục 66 Phụ lục 67 Phụ lục 68 Phụ lục 69 Phụ lục 70 Phụ lục DB6: 71 Phụ lục DB3: PLC TAG 72 Phụ lục 73 ... tài làm đồ án môn học về: ‘’ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PLC TRONG MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN NHÀ KÍNH ‘’ 1.3 Nội dung nghiên cứu Đề tài: “NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PLC TRONG MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN NHÀ KÍNH” Chương 1:... TPHCM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PLC TRONG MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN NHÀ KÍNH SV2021-132 Thuộc nhóm ngành khoa học : Ứng dụng SV thực : Nguyễn Ngọc Khánh... xã hội, điều kiện tự nhiên tập quán canh tác nông dân địa phương KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU MƠ HÌNH NHÀ KÍNH ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG BẰNG PLC sinh viên ĐH Nông lâm Đề tài tập trung nghiên cứu chế