Điều khiển và giám sát chăn nuôi gia cầm sử dụng năng lượng mặt trời

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT CHĂN NUÔI GIA CẦM SỬ DỤNG NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ, ĐIỆN TỬ GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN: ThS NGUYỄN VẠN QUỐC Sinh viên thực hiện: MSSV: Lớp: Nguyễn Ngọc Anh 1711020495 17DDCB1 Nguyễn Trương Long 1711020466 17DDCB1 Nguyễn Tấn Phát 1711020451 17DDCB1 Tp Hồ Chí Minh, tháng 8/2021 GVHD: ThS Nguyễn Vạn Quốc ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LỜI CAM ĐOAN Nhóm chúng em gồm Nguyễn Ngọc Anh, Nguyễn Trương Long Nguyễn Tấn Phát thực đề tài: “ ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT CHĂN NUÔI GIA CẦM SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI” sở loại máy có chức tương tự có thị trường tìm hiểu qua tài liệu internet, để thiết kế máy phù hợp với mục đích, quy mơ sử dụng Trong đề tài tốt nghiệp nhóm chúng em, chúng em cam đoan tự thực góp ý, giúp đỡ trực tiếp từ thầy Nguyễn Vạn Quốc - khoa kĩ thuật điện tử Với đề tài “ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT CHĂN NUÔI GIA CẦM SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI” chúng em cam đoan tự thiết kế, tự chế tạo mơ hình, có tranh chấp chúng em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm Tp Hồ Chí Minh, ngày 29 tháng 08 năm 2021 (Ký tên ghi rõ họ tên) SVTH: Nguyễn Ngọc Anh Nguyễn Trương Long Nguyễn Tấn Phát i GVHD: ThS Nguyễn Vạn Quốc ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LỜI CẢM ƠN Để hồn thành đề tài này, em xin tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến Thầy Nguyễn Vạn Quốc, tận tình hướng dẫn suốt trình nghiên cứu đề tài khoa học Em chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô khoa Điện – điện tử, Trường Đại Học Cơng Nghệ Tp.HCM tận tình giúp đỡ em công tác nghiên cứu Với vốn kiến thức tiếp thu q trình học khơng tảng cho q trình nghiên cứu đề tài mà cịn hành trang quí báu để em bước vào đời cách vững tự tin Em chân thành cảm ơn hội đồng khoa học cho phép tạo điều kiện thuận lợi để em nhận hoàn thành đề tài nghiên cứu khoa học Cuối em kính chúc quý Thầy, Cô dồi sức khỏe thành cơng nghiệp cao q Trân trọng kính chào! SVTH: Nguyễn Ngọc Anh Nguyễn Trương Long Nguyễn Tấn Phát ii GVHD: ThS Nguyễn Vạn Quốc ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH SÁCH CÁC BẢNG viii DANH SÁCH CÁC HÌNH - ix LỜI MỞ ĐẦU - NỘI DUNG CÁC CHƢƠNG CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU - 1.1 Đặt vấn đề: - 1.2 Những khó khăn chăm sóc gà trang trại 1.3 Mục tiêu đề tài: - 1.4 Phương pháp thiết bị nghiên cứu: 1.5 Khả triển khai ứng dụng, triển khai kết nghiên cứu đề tài: - 1.6 Dự kiến kết nghiên cứu đề tài: 1.7 Giới thiệu mơ hình trang trại thông minh: - 1.7.1 Các hệ thống chăn nuôi: - 1.7.2 Các phận trang trại gà thông minh: - 1.8 Giới thiêu lượng mặt trời 1.8.1 Pin lượng mặt trời gì? Làm tạo điện 1.8.2 Hiệu suất pin lượng mặt trời - 10 1.8.3 Tiềm vô tận lượng mặt trời 11 1.8.4 Những ưu điểm lượng mặt trời 12 SVTH: Nguyễn Ngọc Anh Nguyễn Trương Long Nguyễn Tấn Phát iii GVHD: ThS Nguyễn Vạn Quốc ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN GIẢI PHÁP 13 2.1 Giải pháp chiếu sáng 13 2.2 Giải pháp làm mát hệ thống - 14 2.2.1 Giải pháp điều khiển & giám sát trang trại từ xa PLC - 14 2.2.2 Giải pháp điều khiển tay 15 2.2.2.1 Giới thiệu tủ điều khiển hệ thống quạt gió 16 2.2.2.2 Tính kỹ thuật tủ điều khiển hệ thống quạt gió - 16 2.3 Giải pháp hệ thống cho ăn - 16 2.3.1.1 Cung cấp thức ăn tay: - 16 2.3.1.2 Cung cấp thức ăn dạng phễu: - 17 2.3.1.1 Cung cấp thức ăn tự động: 17 CHƢƠNG 3: PHƢƠNG ÁN GIẢI QUYẾT - 19 3.1 Các phương án giải pháp thực hiện: - 19 3.1.1 Phương án làm mát 19 3.1.1.1 Những lý để làm hệ thống làm mát tự động cho chuồng trại - 19 3.1.1.2 Nguyên lý hoạt động hệ thống làm mát tự động - 19 3.1.1.3 Mục đích vệc lưu thơng khơng khí 20 3.1.1.4 Khảo sát hệ thống làm mát chuồng trại thực tế - 20 3.1.1.5 Lựa chọn phương án làm mát: 25 3.1.2 Phương án cung cấp thức ăn: - 26 3.1.2.1 Cung cấp thức ăn tay 26 3.1.2.2 Cung cấp thức ăn dạng phễu: - 26 3.1.2.1 Cung cấp thức ăn tự động: 27 3.1.2.2 Lựa chọn phương án cấp thức ăn: 27 3.1.3 Hệ thống chiếu sáng tự động - 27 3.1.3.1 Những lí để xây dựng hệ thống chiếu sáng tự động 28 3.1.3.2 Nguyên lí hoạt động hệ thống 28 3.1.3.3 Hệ thống giám sát hiển thị thông số chuồng nuôi 28 SVTH: Nguyễn Ngọc Anh Nguyễn Trương Long Nguyễn Tấn Phát iv GVHD: ThS Nguyễn Vạn Quốc ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 3.2 Mục tiêu đề tài, ý nghĩa thực tiễn: 29 3.2.1 Mục tiêu: 29 3.2.2 Ý nghĩa mặt khoa học: - 29 3.2.3 Ý nghĩa mặt thực tiễn: - 30 3.3 Phân tích đề tài thơng số thiết kế: - 30 3.3.1 Yêu cầu đề tài: - 30 3.3.2 Thông số thiết kế - 30 3.4 Tìm hiểu thiết bị đồ án 31 3.4.1 PLC S7-200 - 31 3.4.1.1 Các thông số kỹ thuật tiêu chuẩn họ PLC s7-200 31 3.4.1.2 Tính PLC S7-200 32 3.4.1.3 -Công tắc chọn chế độ làm việc: - 33 3.4.1.4 Cấu trúc nhớ CPU - 33 3.4.1.5 Đơn vị S7-200 36 3.4.2 Giới thiệu MODULE ANALOG EM235 38 3.4.2.1 Các thành phần module analog EM235 - 39 3.5 Mô tả 39 3.5.1.1 Định dạng liệu - 41 a) Dữ liệu đầu vào: - 41 b) Dữ liệu đầu ra: - 41 c) Bảng tổng hợp : 42 3.5.2 Solar - 43 3.5.3 Solar controller - 44 3.5.4 Bình ắc quy 12 V 45 Ah 45 3.5.5 Inverter 46 CHƢƠNG 4: QUY TRÌNH THIẾT KẾ 48 4.1 Quy trình thiết kế hệ thống làm mát tự động 48 4.1.1 Tính tốn chọn quạt hệ thống làm mát 48 SVTH: Nguyễn Ngọc Anh Nguyễn Trương Long Nguyễn Tấn Phát v GVHD: ThS Nguyễn Vạn Quốc ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - Khi hàm Scale tiếp tục xử lý tín hiệu để tính toán mức nhiệt độ trại từ cảm biến SVTH: Nguyễn Ngọc Anh Nguyễn Trương Long Nguyễn Tấn Phát 97 GVHD: ThS Nguyễn Vạn Quốc ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - Trong trình chạy chế độ có nhìu quạt bị hỏng đèn báo sáng SVTH: Nguyễn Ngọc Anh Nguyễn Trương Long Nguyễn Tấn Phát 98 GVHD: ThS Nguyễn Vạn Quốc ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - Nếu quạt hỏng báo đèn sau 10s SVTH: Nguyễn Ngọc Anh Nguyễn Trương Long Nguyễn Tấn Phát 99 GVHD: ThS Nguyễn Vạn Quốc ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP  Khi trại có nhiệt độ cao 25oC: - Khi trang trại có nhiệt độ cao vượt mức 25oC chương trình chuyển sang chế độ Bật hết công suất chạy quạt liên tục SVTH: Nguyễn Ngọc Anh Nguyễn Trương Long Nguyễn Tấn Phát 100 GVHD: ThS Nguyễn Vạn Quốc ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - Trong trình chạy chế độ có nhìu quạt bị hỏng đèn báo sáng SVTH: Nguyễn Ngọc Anh Nguyễn Trương Long Nguyễn Tấn Phát 101 GVHD: ThS Nguyễn Vạn Quốc ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - Nếu quạt hỏng báo đèn sau 15s  Ấn STOP chương trình dừng lại SVTH: Nguyễn Ngọc Anh Nguyễn Trương Long Nguyễn Tấn Phát 102 GVHD: ThS Nguyễn Vạn Quốc ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 5.1.2 Chạy thử hệ thống chuyển đổi lượng mặt trời Hình 5.1: Tổng quan mơ hình gồm: Tấm pin mặt trời; Bình ắc quy; 3.Tủ điện Hình 5.2: Tủ điện – Bộ sạc Solar controller; Bộ chuyển đổi lượng; Ổ cắm; 4.công tắc SVTH: Nguyễn Ngọc Anh Nguyễn Trương Long Nguyễn Tấn Phát 103 GVHD: ThS Nguyễn Vạn Quốc ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 5.3: Dịng điện chuyển đổi từ chuyển đổi qua ổ cắm đo được, sử dụng cho nhiều vật dụng nhà Hình 5.4: Dịng điện từ pin mặt trời truyền vào sạc đo SVTH: Nguyễn Ngọc Anh Nguyễn Trương Long Nguyễn Tấn Phát 104 GVHD: ThS Nguyễn Vạn Quốc ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 5.5: Bộ sạc lấy điện từ pin mặt trời để sạc cho bình ắc quy  Nguyên tắc hoạt động hệ thống chuyển đổi lượng mặt trời  Bộ sạc lấy điện 12V từ pin mặt trời để sạc cho bình ắc  Sau điện từ bình ắc quy đến chuyển đổi lượng để chuyển từ dòng 12V thành 220v  Từ chuyển đổi đưa dòng 220v ổ cắm sử dung dịng điện cho vật dụng nhà  Ưu điểm hệ thống chuyển đổi lượng mặt trời là:  Có thể trực tiếp lấy điện từ lượng mặt trời để sử dụng  Có thể giảm hóa đơn tiền điện sử dụng điện từ lượng mặt trời  Có thể sử dụng nơi ko có điện núi, rừng SVTH: Nguyễn Ngọc Anh Nguyễn Trương Long Nguyễn Tấn Phát 105 GVHD: ThS Nguyễn Vạn Quốc ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP  Chi phí bảo trì thấp  Nhược điểm hệ thống chuyển đổi lượng mặt trời là:  Chi phí lắp ráp ban đầu cao  Phụ thuộc nhiều vào thời tiết  Chiếm q nhiều khơng gian muốn sản xuất nhiều điện phải gắng thêm nhiều pin mặt trời SVTH: Nguyễn Ngọc Anh Nguyễn Trương Long Nguyễn Tấn Phát 106 GVHD: ThS Nguyễn Vạn Quốc ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƢƠNG 6: ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ VÀ KẾT LUẬN 6.1 Đánh giá tổng thể thiết kế: Mục tiêu đồ án áp dụng nguồn lượng tái tạo tự nhiện để giữ điều kiện phát triển tốt cho gà, giảm tiếp xúc người, cấu tự động giảm nhân công giải vấn đề dinh dưỡng, sức khỏe sinh sản thuận lợi cho gà Mơ hình sử dụng hệ thống đo nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng, nhận biết mưa điều khiển cấu chấp hành tùy theo thay đổi môi trường Ngồi cịn có phương thức điều khiển trực tiếp khác điều khiển nút ấn trực tiếp chuồng nút ấn điều khiển từ xa Nhờ hệ thống ln mức linh động cao Bên hệ thống giàn xích tải treo cho ăn theo giờ, đảm bảo dinh dưỡng cho gà cách khoa học Ngoài việc cải thiện hiệu quả, chúng em hy vọng thiết kế chúng em góp phần mở rộng phát triển ngành chăn nuôi đất nước ta 6.2 Kết nhóm: Đầu tiên quan trọng nhất, nhóm phát thiết kế sản phẩm để chế tạo, thiết phải lập kế hoạch cho khía cạnh thiết chi tiết nhỏ Nhà thiết kế phải tính tốn làm số liệu, tính tốn phải giúp đối tượng cần chăm sóc chăm sóc kĩ phải cố gắng dự đoán vấn đề tiềm ẩn phát sinh trình lắp ráp thực tế sản phẩm Có số điểm quy trình chế tạo chúng em khu vực thiết kế chưa hoàn thành đầy đủ gây vấn đề lớn Sự thiếu dự đốn khiến nhóm tốn nhiều thời gian tiền bạc để khắc phục vấn đề thiết kế dẫn đến SVTH: Nguyễn Ngọc Anh Nguyễn Trương Long Nguyễn Tấn Phát 107 GVHD: ThS Nguyễn Vạn Quốc ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thứ hai, nhóm tìm hiểu học hỏi thêm nhiều kiến thức để áp dụng thực tế lĩnh vực lượng điện mặt trời ,điều khiển tự động, việc xử lý cảm biến dạng tín hiệu tương tự sau đưa tín hiệu số Đồng thời, việc giao tiếp qua hình với người sử dụng quan trọng Nhờ xử lý nhanh vấn đề phát sinh có cố thay đổi xảy Thứ ba, nhóm khơng thể hồn thiện tồn hệ thống trại gà thông minh, thực hệ thống làm mát trang trại Về điểm bọn em thật mong thầy, thơng cảm thời gian, kinh nghiệm dịch bệnh phức tạp nên khơng thể hồn thiện SVTH: Nguyễn Ngọc Anh Nguyễn Trương Long Nguyễn Tấn Phát 108 GVHD: ThS Nguyễn Vạn Quốc ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KẾT LUẬN Sau khoảng thời gian ngắn thực đề tài tốt nghiệp, với nỗ lực cố gắng thân giúp đỡ tận tình thầy giáo, bạn bè lớp, đến chúng em hoàn thành đề tài tốt nghiệp Trong đề tài chúng em tìm hiểu thực yêu cầu sau: - Tìm hiểu hệ thống chuyển đổi lượng -Tìm hiểu PLC họ PLC S7-200 hãng Simen -Tìm hiểu hệ thống cung cấp khơng khí quạt thơng gió tự động trang trại, đố tượng chăm sóc -Ứng dụng PLC S7-200 mơ hình điều khiển -Biết cách xây dựng mơ hình thu nhỏ hệ thống quạt thơng gió chuyển đổi lượng mặt trời Tuy nhiên thời gian có hạn trình độ thân chúng em cịn nhiều hạn chế nên q trình làm đề tài cịn nhiều thiếu sót Chúng em mong nhận bảo, đóng góp ý kiến thầy cô giáo,các bạn bè lớp để chúng em hồn thiện kiến thức cách tốt Một lần em xin chân thành cảm ơn bảo, hướng dẫn tận tình thầy giáo Nguyễn Vạn Quốc, thầy khoa, bạn bè lớp suốt trình làm đề tài chúng em Em xin chân thành cảm ơn ! TP.HCM,ngày…tháng… năm 2021 Sinh viên thực SVTH: Nguyễn Ngọc Anh Nguyễn Trương Long Nguyễn Tấn Phát 109 GVHD: ThS Nguyễn Vạn Quốc ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] - Nguyễn Bính, (2007), giáo trình điện tử cơng suất , nhà xuất đại học Quốc Gia [2] - Trần Văn Thịnh, (2005), tính tốn thiết kế thiết bị điện tử cơng suất, Nhà xuất Giáo dục [3] - PGS.TS Nguyễn Trọng Hiệp, Nguyễn Văn Lẫm, Thiết kế chi tiết máy, Nhà xuất giáo dục, 1999 [4] - Giáo trình PLC-Hà Văn Trí, NXB Khoa học kĩ thuật [5] - Kỹ thuật điều khiển ,lập trình PLC SIMATIC S7-200, Th.S Châu Đức Chí, NXB Thành phố Hồ Chí Minh [6] - PLC lập trình ứng dụng cơng nghiệp, Trần Thế San-Nguyễn Ngọc Phương (2009), NXB khoa học kĩ thuật [7] - Tailieu.vn [8] - Google.com SVTH:Nguyễn Ngọc Anh Nguyễn Trương Long Nguyễn Tấn Phát 110