(Đồ án hcmute) hệ thống tưới nước tự động cho hoa ly dùng plc

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - TRUYỀN THÔNG HỆ THỐNG TƯỚI NƯỚC TỰ ĐỘNG CHO HOA LY DÙNG PLC GVHD: TS NGUYỄN MINH TÂM SVTH: PHẠM TRẦN HOÀI THIỆN MSSV: 12141663 SVTH: LÊ TRUNG THẮNG MSSV: 12141658 SKL 0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 07/2016 an BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ-CÔNG NGHIỆP - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: HỆ THỐNG TƯỚI NƯỚC TỰ ĐỘNG CHO HOA LY DÙNG PLC GVHD: TS Nguyễn Minh Tâm SVTH1: Phạm Trần Hoài Thiện MSSV: 12141663 SVTH2: Lê Trung Thắng MSSV: 12141658 Tp Hồ Chí Minh – 07/2016 an BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ-CÔNG NGHIỆP - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: HỆ THỐNG TƯỚI NƯỚC TỰ ĐỘNG CHO HOA LY DÙNG PLC GVHD: TS Nguyễn Minh Tâm SVTH1: Phạm Trần Hoài Thiện MSSV: 12141663 SVTH2: Lê Trung Thắng MSSV: 12141658 Tp Hồ Chí Minh – 07/2016 an MỤC LỤC Trang bìa Nhiệm vụ đồ án Lịch trình Phiếu đánh giá khóa luận tốt nghiệp Cam đoan Lời cảm ơn Mục lục Liệt kê hình vẽ Liệt kê bảng vẽ Tóm tắt CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục tiêu 1.3 Nội dung nghiên cứu 1.4 Giới hạn 1.5 Bố cục CHƯƠNG 2.CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Quy trình trồng hoa ly 2.1.1Chu trình trồng hoa ly 2.1.2Kĩ thuật trồng, tưới nước, chăm sóc hoa ly 2.2Giới thiệu phần cứng 2.2.1aNguyên Lý Chuyển Đổi Điện Áp Bộ Nguồn 24VDC 2.2.1bBộ nguồn 24VDC 12 2.2.2 Bộ nguồn 5VDC 13 2.2.3PLC S7-1200 14 2.2.3aPhân loại PLC 14 2.2.3b Cấu trúc bên 17 2.2.3c Cách đấu dây 18 2.2.3d Các module mở rộng PLC 19 2.2.4 Phương pháp lập trình điều khiển 21 an 2.2.4a Giao tiếp PLC người lập trình 22 2.2.4bGiao Thức PROFINET - Dựa Trên Chuẩn Ethernet Công Nghiệp 23 2.2.5 Mạch cảm biến độ ẩm đất 25 2.2.6 Cảm biến cường độ ánh sáng quang trở 27 2.2.7 Máy bơm nước 28 2.2.7a Cấu tạo chung máy bơm nước 29 2.2.7b Nguyên lý hoạt động bơm ly tâm 29 2.2.8 CB (Circuit breaker) 30 2.2.9 Relay 31 2.2.10 Mạch điều khiển động bước TB6560 31 2.3 Giới thiệu phần mềm 35 2.3.1 SCADA phần mềm giám sát Wincc 35 2.3.1a Tổng quan SCADA 35 2.3.1b Phần mềm Wincc 43 2.3.1c Phần mềm lập trình cho PLC S7-1200 43 2.3.2 Phần mềm giám sát qua Internet 45 2.3.2a Tổng quan phần mềm Edit Plus 45 2.3.2b Tổng quan phần mềm Webserver 45 CHƯƠNG 3.TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ 47 3.1 Giới thiệu 47 3.2 Tính tốn thiết kế hệ thống 47 3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối mơ hình 47 3.2.2 Tính tốn chọn linh kiện, thiết bị cho từng khối 48 3.2.2a Khối điều khiển trung tâm 48 3.2.2b Cảm biến 49 3.2.2c Relay 50 3.2.2d Máy bơm 51 3.2.2e Nút nhấn, đèn báo, công tắc chuyển mạch trạng thái 52 3.2.2f Động bước (Step Motor) 54 an 3.2.2g Khối nguồn 54 3.3 Thiết kế phần khí 56 3.3.1 Thiết kế mơ hình 56 3.3.2 Kết nối thiết bị linh kiện 58 3.3.2a Khối điều khiển trung tâm PLC S7-1200 58 3.3.2b Khối điều khiển động bước Driver Tb6560 60 3.3.2c Khối Relay 61 CHƯƠNG THI CÔNG HỆ THỐNG 63 4.1 Giới thiệu 63 4.2 Thi công hệ thống 63 4.2.1 Thi công phần cứng 63 4.2.2 Thi công phần mềm 67 4.2.2a Lập trình cho PLC 67 4.2.2b Thiết kế giao diện Wincc 73 4.2.2c Thiêt kế trang Web 76 4.3 Chạy chương trình – kết 81 4.4 Hướng dẫn sử dụng hệ thống 83 CHƯƠNG KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ 87 5.1 Kết 87 5.2 Nhận xét đánh giá 90 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 91 6.1 Kết luận 92 6.2 Hướng phát triển 92 TÀI LIỆU THAM KHẢO 92 PHU LỤC 93 an LIỆT KÊ HÌNH VẼ Hình Trang Hình 2.1a Giống Sorbonne Hình 2.1b Giống Acpulco Hình 2.2 Hình dạng một bộ nguồn xung thực tế 10 Hình 2.3Sơ đồ khối một bộ nguồn xung 11 Hình 2.4 Bộ nguồn tổ ong 24VDC 12 Hình 2.5 Bộ nguồn 5VDC 13 Hình 2.6a Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn 5V 13 Hình 2.6b Mạch nguồn 5V thi công 13 Hình 2.7 PLC S7-1200 16 Hình 2.8 Cấu trúc bên PLC 18 Hình 2.9 Sơ đờ đấu dây S7-1200/CPU 1212C 19 Hình 2.10 Các module mở rộng 20 Hình 2.11 Phương pháp lập trình điều khiển 21 Hình 2.12 Các kết nối PLC S7-1200 22 Hình 2.13 Sự tích hợp hệ thống cốt yếu khác PROFINET 24 Hình 2.14 Cảm biến độ ẩm đất 26 Hình 2.15Sơ đờ ngun lý cảm biến độ ẩm đất 26 Hình 2.16Sơ đồ nguyên lý cảm biến quang trở 28 Hình 2.17Cấu tạo máy bơm nước 28 Hình 2.18 CB 30 Hình 2.19ReLay 31 Hình 2.20Mạch cầu Tb6560 32 Hình 2.21Sơ đồ nguyên lý mạch TB 6560 32 Hình 2.22Sơ đồ khối Tb6560 33 Hình 2.23 Sơ đồ nối dây Tb6560 với thiết bị 33 Hình 2.24Cấu trúc phần cứng mạng SCADA 39 Hình 2.25Mô hình phần mềm một hệ SCADA 40 Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống 48 Hình 3.2 Biểu đờ điện áp và độ ẩm 49 Hình 3.3 Biểu đờ điện áp và cường độ ánh sáng quang trở 50 Hình 3.4 Sơ đờ kết nối Relay với thiết bị 51 Hình 3.5 Relay 51 an Hình 3.6 Máy bơm nước 12W 52 Hình 3.7 Nút nhấn khơng đèn tròn 53 Hình 3.8 Contact chuyển mạch không đèn 53 Hình 3.9 Động bước 54 Hình 3.10 Sơ đồ khối cấp nguồn 55 Hình 3.11 Tởng quan việc tưới nước 56 Hình 3.12 Mơ hình thiết kế ban đầu 56 Hình 3.13Vị trí đặt thiết bị và chậu hoa 57 Hình 3.14Bờn chứa nước tưới 57 Hình 3.15 Bảng điện thiết kế ban đầu 58 Hình 3.16 Sơ đồ khối bộ điều khiển trung tâm 59 Hình 3.17 Sơ đồ nối dây thiết bị với bộ điều khiển trung tâm 59 Hình 3.18 Sơ đồ khối Driver TB 6560 61 Hình 3.19 Sơ đồ kết nối khối driver TB 6560 với thiết bị 61 Hình 3.20 Mạch động lực 62 Hình 4.1 Mơ hình bể chứa nước và máy bơm 63 Hình 4.2 Mơ hình vườn tưới 64 Hình 4.3 Mái che 64 Hình 4.4 Cắm que dò vào đất 65 Hình 4.5 Bảng điện thi công 65 Hình 4.6 Tởng thể mô hình 66 Hình 4.7 Giao diện chính TIA 67 Hình 4.8 Cách tạo mợt project TIA 67 Hình 4.9 Cách gắn kết phần mềm với thiết bị 68 Hình 4.10 Giao diện chính project 68 Hình 4.11 Lưu đồ chương trình chính 69 Hình 4.12 Chương trình chế độ Manual 70 Hình 4.13Chương trình chế độ Auto 71 Hình 4.14 Cấu hình IP cho máy tính 72 Hình 4.15 Kết nối PLC với máy tính 73 Hình 4.16 Trình tự tạo một WinCC project 74 Hình 4.17 Trình tự kết nối PLC với Wincc 74 an Hình 4.18 Giao diện ban đầu Wincc 75 Hình 4.19 Giao diện Wincc thiết kế 75 Hình 4.20 Tạo mợt file HTML 76 Hình 4.21 Giao diện để thiết kế Web 76 Hình 4.22 Minh họa code header line 77 Hình 4.23 Mợt thư mục Webser 78 Hinh 4.24 Giao diện trang Web thiết kế 79 Hình 4.25 Cấu hình phần Webserver 80 Hình 4.26 Thiết lập thông số Webserver 81 Hình 4.27 Chương trình TIA hoạt động 81 Hình 4.28 Giao diện WinCC chạy thực tế 82 Hình 4.29 Giao diện đăng nhập vào Web 82 Hình 4.30 Giao diện giám sát Websever chạy 83 Hình 4.31 Đèn báo bộ nguồn cấp nguồn 84 Hình 4.32 Đèn báo PLC cấp nguồn 84 Hình 4.33 Điều khiển chay hoặc dừng chương trình 85 Hình 4.34 Lưu đồ vận hành hệ thống 86 Hình 5.1 Mô hình thi công 88 Hình 5.2 PLC chạy 88 Hình 5.3 Đèn báo mô hình hoạt động 89 Hình 5.4 Giám sát mơ hình qua internet 89 Hình 5.5 Giám sát mơ hình qua Wincc 90 an CHƯƠNG TỔNG QUAN Chương TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Trong năm gần đây, nghề trồng hoa ly nước ta phát triển Bên cạnh điều kiện thuận lợi cho việc trồng hoa ly khí hậu thích hợp, nhiều vùng bị thiên tai (bão, lũ…), khơng địi hỏi diện tích trồng nhiều Việc trồng hoa ly đem lại lợi nhuận cao, rủi ro Đặc biệt dịp xuân có giá lên đến khoảng 50.000 VND/1 cành[1] Tuy nhiên, việc trồng hoa ly đơn giản, đòi hỏi kĩ thuật cao, thời vụ Nhiều hộ nông dân trồng hoa không đảm bảo lượng nước tưới thích hợp dẫn đến việc úng rễ, nụ hoa trổ khơng thời vụ Trước tình hình đó, nhóm em nghĩ hướng giải cụ thể cho vấn đề việc áp dụng khoa học kĩ thuật vào nuôi trồng hoa ly với đề tài “Hệ Thống Tưới Nước Tự Động Cho Hoa Ly Dùng PLC” Sau đề tài hồn tất chúng em hi vọng mang lại hiệu cho việc trồng hoa Trong đề tài nhóm em thực việc tưới nước cho hoa ly cách tự động theo yếu tố sinh trưởng thích hợp hoa ly đảm bảo độ ẩm, cường độ ánh sáng, tránh mưa tránh gió Giám sát mơ hệ thống vườn hoa ly máy tính giám sát từ xa qua Internet 1.2 MỤC TIÊU Mục tiêu đề tài xây dựng mơ hình trồng hoa ly, áp dụng hệ thống điều khiển tự động dùng PLC vào mơ hình giám sát mơ hình qua máy tính Internet để giúp giảm thiểu rủi ro nâng cao chất lượng sản xuất 1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU  NỘI DUNG 1: Thu thập liệu quy trình trồng hoa ly, tưới nước hoa ly  NỘI DUNG 2: Các giải pháp thiết kế hệ thống, mơ hình tưới hoa ly tự động BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP an CHƯƠNG THI CÔNG HỆ THỐNG Hình 4.31 Đèn báo nguồn cấp nguồn Hình 4.32 Đèn báo PLC cấp nguồn Bước 2: Chọn chế độ hoạt động cho hệ thống, chọn Manual cài đặt giá trị độ ẩm, ánh sáng hình Wincc bấm nút khởi động cho hệ thống Nếu chọn Auto hệ thống tự hoạt động Chú ý đèn tín hiệu PLC, đèn RUN sáng có nghĩa chạy, đèn STOP sáng có nghĩa dừng BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP an 83 CHƯƠNG THI CÔNG HỆ THỐNG Hình 4.33 Điều khiển chay dừng chương trình Chọn chế độ Switch, bật tắt hệ thống nút nhấn Bước 3: Mở chương trình giám sát Wincc Internet BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP an 84 CHƯƠNG THI CÔNG HỆ THỐNG Bắt đầu Cấp nguồn cho thiết bị Chọn chế độ S Chế độ Auto Chế độ Manual Đ S Đ Cài đặt giá trị độ ẩm, ánh sáng Nhấn ON S Đ Hệ thống hoạt động S Nhấn OFF Đ Giám sát hệ thống Kết thúc Hình 4.34 Lưu đồ vận hành hệ thống BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP an 85 CHƯƠNG KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ Chương5 KẾT QUẢNHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ 5.1.KẾT QUẢ Khi thực đề tài “Thiết kế hệ thống tưới nước tự động cho vườn hoa Ly dùng PLC” , nhóm em làm 14 tuần để hoàn thành thu số kết sau Về PLC S7-1200: -Nắm cấu trúc bên bên PLC -Biết cách cấp nguồn, cách nối dây Cách làm việc vòng quét PLC -Giao tiếp PLC với phần mềm kết nối phần cứng -Cách lập trình cho PLC, chỉnh cấu hình, download chương trình, sửa lỗi Về cảm biến: -Biết cách cấp nguồn cho cảm biến, cách nối PLC cảm biến Cách sử dụng -Chuyển đổi từ điện áp sang đại lượng cần đo độ ẩm, cường độ ánh sáng Về giám sát qua Wincc -Hiểu thêm hệ thống SCADA -Biết cách thiết kế giao diện Wincc -Biết cách kết nối Wincc PLC Về giám sát qua Internet -Biết cách thiết kế trang web -Biết cách lập trình để trang web hoạt động -Biết cách kết nối PLC Internet 5.4.2.Kết thống kê Kết thi cơng mơ hình hồn chỉnh BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP an 87 CHƯƠNG KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ Hình 5.1 Mơ hình thi cơng Hình 5.2 PLC chạy BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP an 88 CHƯƠNG KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ Hình 5.3.Đèn báo mơ hình hoạt động Hình 5.4 Giám sát mơ hình qua internet BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP an 89 CHƯƠNG KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ Hình 5.5 Giám sát mơ hình qua Wincc 5.2.NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ Sau hồn thành mơ hình Nhóm đạt kết sau đây: Hệ thống chạy chế độ Auto (Tự động) Manual (Bằng tay) Chế độ auto: Hệ thống hoạt động tự động Chế độ Manual: cho phép hoạt động tạm dừng Hệ thống tưới nước tự động cho hoa ly, tự động đóng mở mái che Việc giám sát hệ thống thuận tiện, giám sát cự ly gần Wincc khoảng cách xa dùng Internet BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP an 90 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Chương 6.KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.1 KẾT LUẬN Sau thời gian nghiên cứu thi công Nhóm em đã hoàn thành mô hình tưới nước tự động cho hoa Ly dùng PLC Các thành quả đạt được: Hệ thống có thể chạy chế độ, chế độ Auto thì hệ thống chạy tự động Chế độ Manual cho phép ta có thể cài đặt các thông số độ ẩm và cường độ ánh sáng Hệ thống có thể hoạt động tương đối chính xác so với các định hướng ban đầu Hệ thống hoạt động ổn định Đảm bảo việc cấp nguồn cho hệ thống chính xác và an toàn Có thể giám sát và điều khiển dùng SCADA (Wincc) rất thuận tiện, ngoài còn có thể giám sát từ xa qua mạng LAN hoặc Internet Tuy nhiên hệ thống còn có một số nhược điểm: Cảm biến hoạt động không chính xác tuyệt đối Hay bị nhiễu Thời gian hồi tiếp giữa Internet và PLC khá chậm, chưa thể điều khiển qua Internet 6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN Khi áp dụng đề tài vào thực tế thêm sớ thiết bị linh kiện cảm biến ánh sáng, cảm biến mưa, quạt hút ẩm, quạt thông gió để hợp với điều kiện sinh trưởng hoa ly Mơ hình có thể áp dụng vào việc tưới nước tự động cho loài khác, cần thay đổi cách lập trình để phù hợp với điều kiện sinh trưởng loài đó Có thể mua thêm trang Web riêng cho phần mềm Webserver để việc giám sát có thể thực hiện qua Internet khoảng cách xa tính bảo mật tớt BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP an 91 TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI LIỆU THAM KHẢO Sách tham khảo [1] Khoahoctv, “Kỹ thuật trồng hoa ly vườn nhà”,Ứng dụng khoa học, 2016 [2] Nguyễn Văn Tỉnh, Đặng Văn Đông, Bùi Thị Hồng, Trịnh Khắc Quang,“Quy trình kỹ thuật trồng hoa lily”,Viện Nghiên cứu Rau - Viện KHNN Việt Nam, 2015 [3] Siemens company, “The S7-1200 Basic Controller – All in one!”,Siemens Industry Mall,2009 [4] Siemens company, “S7-1200 Controller”,Siemens Industry Mall,2009 [5] Phạm Bằng, “PROFINET - chuẩn truyền thông Ethernet”, 2016 [6] Maybomnuocdailoan.com,“Cấu tạo nguyên lý hoạt động máy bơm nước” 2014 [7] Viết Quân, “Tổng quan hệ thống SCADA”, 2012 [8] Siemens company, “Siemens STEP7 TIA Portal Software V13” ,Siemens Industry Mall,2015 [9] Phương Nhân Hòa, “Tổng quan Webserver”, 11/2015 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP an 92 PHỤ LỤC PHỤ LỤC Chương trình chọn chế độ hoạt động Chương trình đóng mái che Chương trình mở mái che 93 an PHỤ LỤC Chương trình đọc, xử lý cảm biến độ ẩm – cường độ ánh sáng Chương trình điều kiện đóng – mở mái che Chương trình tưới nước 94 an PHỤ LỤC Chương trình đọc thời gian thực đọc Webserver Code thiết kế giao diện web 95 an PHỤ LỤC 96 an PHỤ LỤC 97 an S an K L 0 ... cho vấn đề việc áp dụng khoa học kĩ thuật vào nuôi trồng hoa ly với đề tài ? ?Hệ Thống Tưới Nước Tự Động Cho Hoa Ly Dùng PLC? ?? Sau đề tài hoàn tất chúng em hi vọng mang lại hiệu cho việc trồng hoa. .. nhóm em thực việc tưới nước cho hoa ly cách tự động theo yếu tố sinh trưởng thích hợp hoa ly đảm bảo độ ẩm, cường độ ánh sáng, tránh mưa tránh gió Giám sát mơ hệ thống vườn hoa ly máy tính giám... trình trồng hoa ly, tưới nước hoa ly  NỘI DUNG 2: Các giải pháp thiết kế hệ thống, mơ hình tưới hoa ly tự động BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP an CHƯƠNG TỔNG QUAN  NỘI DUNG 3: Thiết kế hệ thống điều