Đồ án thiết kế điều khiển và tự động hoá thầy Phạm Văn Hùng về dùng S7300 là hệ thống tưới tiêu tự động có cảm biến nhiệt độ và cảm biến độ ẩm. Bài báo cáo được sử dụng tự làm nên không có lỗi, thường xuyên cập nhật
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ &ĐỘ ẨM
Tầm quan trọng của hệ thống điều khiển giám sát nhiệt độ và độ ẩm trong việc nuôi trồng rau
Rau củ là loại cây trồng dễ chăm sóc, nhưng để đạt năng suất cao trong quá trình trồng trọt lại là thách thức lớn đối với người nông dân Những khó khăn thường gặp ở những người mới bắt đầu trồng rau bao gồm việc thiếu kinh nghiệm, không nắm rõ kỹ thuật canh tác và gặp phải sâu bệnh.
− Nhà xưởng, thiết bị, công cụ sản xuất:
Nhà xưởng trồng rau hiện nay chủ yếu được xây dựng từ vật liệu đơn giản như tranh tre, nứa lá, không đáp ứng đủ các yếu tố môi trường cần thiết cho sự phát triển của cây rau Người nông dân vẫn còn tư duy theo hướng tự cung tự cấp, dựa vào cơ sở vật chất có sẵn mà chưa mạnh dạn đầu tư vào nông nghiệp công nghệ cao để nâng cao hiệu quả sản xuất.
Hiện nay, thiết bị phục vụ cho nghiên cứu, sản xuất, bảo quản và chế biến sản phẩm rau trồng còn hạn chế, chưa có nhà máy chuyên cung cấp cho người sản xuất Các đơn vị sản xuất thiếu các thiết bị chuyên dụng như máy nghiền nguyên liệu, dây chuyền phối trộn, máy đảo trộn Compost, hệ thống tưới và thiết bị điều chỉnh nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng Do đó, cần đầu tư hợp lý vào nghiên cứu và sản xuất để hướng tới công nghiệp hóa trong nghề nuôi trồng rau Hiện tại, quy trình sản xuất chưa đạt tiêu chuẩn công nghiệp, nhiều công đoạn vẫn thực hiện thủ công, dẫn đến năng suất lao động thấp, chất lượng sản phẩm không đồng đều, giá thành cao và sức cạnh tranh yếu.
Các đơn vị chế biến sản phẩm rau sau thu hoạch chưa chú trọng đầu tư vào việc tạo vùng nguyên liệu, dẫn đến tình trạng thiếu rau chế biến trong khi người sản xuất rau lại không thể tiêu thụ sản phẩm của mình.
Tưới nước cho rau trồng đúng cách là rất quan trọng, vì tưới quá nhiều hoặc quá ít sẽ làm cây không đủ độ ẩm để phát triển Nhiều người vẫn sử dụng phương pháp tưới truyền thống, trong khi các nhà vườn quy mô lớn đã áp dụng thiết bị tưới hiện đại Ngoài ra, việc kiểm soát nhiệt độ cho rau trồng trái mùa cũng là một yếu tố cần thiết để đảm bảo sự phát triển tốt nhất cho cây.
❖ Tầm quan trọng của hệ thống điều khiển giám sát nhiệt độ và độ ẩm ứng dụng trong việc nuôi trồng rau
+ Hệ thống có cấu tạo đơn giản, đễ dàng tháo lắp và sửa chữa, bảo trì trong quá trình sử dụng
Hình ảnh 1.1 Thông số nhiệt độ thích thợp cho sự phát triển một số loại rau trồng
+ Tiết kiệm điện năng, tiết kiệm nước mà vẫn đảm bảo độ phủ ẩm đầy đủ cho cây rau, nhanh chóng hơn việc sử dụng sức người tưới
Hệ thống điều khiển và giám sát này linh hoạt cho nhiều giai đoạn sinh trưởng của rau, cho phép điều chỉnh chế độ tưới qua các đầu phun hoặc vòi phun Nó cũng hỗ trợ điều chỉnh lượng khí khô và nhiệt độ trong khu vực trồng rau, đảm bảo môi trường tối ưu cho sự phát triển của cây.
Máy phun sương có kích thước nhỏ gọn, dễ dàng di chuyển và lắp đặt ở nhiều vị trí khác nhau, từ trên cao đến các góc hẹp, phù hợp với đặc điểm địa hình của khu vực nuôi trồng.
Một số mô hình tương tự
Hệ thống phun tự động trong trồng rau là một phương pháp tưới có nhiều ưu điểm
Hệ thống tưới được thiết kế với đường ống dẫn chạy dọc theo các phân khu trồng rau, với vòi phun hoặc nhỏ giọt tùy thuộc vào loại cây Phương pháp phun sương nhỏ giọt cung cấp nước một cách chính xác và đều đặn, giúp các luống rau được tưới trong suốt chu kỳ mà không ảnh hưởng đến sự sinh trưởng, từ đó nâng cao chất lượng phát triển Nhờ vào hệ thống này, người trồng rau có thể tăng sản lượng ít nhất 10%, giảm sử dụng đất tới 30%, tiết kiệm chi phí năng lượng và nước 20%, đồng thời thu hoạch rau chất lượng cao Hệ thống tưới cố định trong nhà nuôi cây cũng hạn chế nguy cơ lây nhiễm bệnh giữa các nhà trồng.
Hệ thống phun sương tự động giúp nước phân tán đều, tạo ra làn sương mịn bao phủ vườn, từ đó hỗ trợ cây rau phát triển tốt hơn Để đảm bảo nước được phân bố đồng đều, việc lắp đặt hệ thống tưới tự động đúng cách là rất quan trọng Ngoài ra, bộ lọc cần được lắp đặt để ngăn ngừa tắc nghẽn vòi phun Tuy nhiên, một vấn đề cần lưu ý là nước phun tạo ra những giọt nhỏ bám lâu trên bề mặt lá rau, dẫn đến nguy cơ úng thối.
Hệ thống máy phun sương trồng rau với chế độ phun tự động giúp tiết kiệm chi phí nhân công và thời gian lao động, loại bỏ nhu cầu phải có người tưới nước hàng ngày Bên cạnh đó, hệ thống này còn đảm bảo cung cấp độ ẩm cần thiết cho cây mà không gây ra tình trạng thừa nước, ngập úng, hoặc lãng phí nước.
Lắp đặt máy phun sương tưới cây rau dễ dàng và tiết kiệm diện tích, phù hợp với nhiều loại địa hình khác nhau.
Mặc dù các hệ thống hiện tại chưa tích hợp thông gió, kiểm soát độ ẩm và điều chỉnh nhiệt độ trong khu vực trồng rau, một số mô hình đã được cải tiến với quạt gió giúp điều chỉnh lưu lượng không khí Những quạt này không chỉ cải thiện lưu thông không khí mà còn duy trì nhiệt độ ổn định bên trong nhà trồng rau, tạo điều kiện lý tưởng cho sự phát triển của cây.
Mục tiêu của đề tài và nội dung nghiên cứu
Đề tài này mang tính cấp thiết, và tôi đã đề xuất giải pháp cá nhân để giải quyết vấn đề Tôi có kiến thức vững về PLC, cùng với khả năng sử dụng thành thạo phần mềm lập trình và kỹ năng lập trình cũng như mô phỏng.
Hình ảnh 1.2 Máy phun sương di dộng
+ Rèn luyện kỹ năng làm việc đọc lập, kỹ năng tìm tòi, phát huy tính tích cực trong học tập và rèn luyện
Về tính năng sản phẩm:
Hoàn thành mô hình mạch điều khiển (mô phỏng) với các tính năng:
Chế độ điều khiển tự động giúp phun sương cho cây rau dựa vào độ ẩm môi trường, đồng thời tự động bật hoặc tắt quạt gió và đèn gia nhiệt dựa trên nhiệt độ môi trường Điều này đảm bảo điều kiện tối ưu cho sự phát triển của cây rau.
Chế độ điều khiển bằng tay cho phép người dùng bật và tắt hệ thống phun sương, thông gió và đèn gia nhiệt cho cây rau thông qua các nút nhấn tùy chỉnh.
Giám sát nhiệt độ và độ ẩm trong nhà trồng rau được hiển thị qua màn hình HMI, cùng với hệ thống đèn báo hiệu cho các chế độ hoạt động của hệ thống.
+ Nghiên cứu tổng quan về hệ thống điều khiển và giám sát nhiệt độ, độ ẩm cho vườn rau thông minh: Định nghĩa, nguyên lý làm việc…
+ Nghiên cứu các thiết bị cảm biến,PLC, HMI để xây dựng hệ thống điều khiển
+ Nghiên cứu phần mềm lập trình, phần mềm mô phỏng phục vụ hoàn thiện hệ thống điều khiển
+ Nghiên cứu quy trình kiểm thử để kiểm tra hoạt động hệ thống điều khiển.
Đề xuất giải pháp thiết kế
Nhóm đề xuất thiết kế hệ thống điều khiển và giám sát nhiệt độ, độ ẩm trong vườn cây thông minh với hai chế độ làm việc: chế độ điều khiển tự động và chế độ điều khiển bằng tay, nhằm tối ưu hóa hiệu quả quản lý vườn cây.
Chế độ điều khiển tự động giúp phun sương cho cây rau dựa vào độ ẩm môi trường, đồng thời tự động điều chỉnh quạt gió và đèn gia nhiệt dựa trên nhiệt độ trong nhà trồng cây, nhằm tối ưu hóa lưu lượng không khí và nhiệt độ cho sự phát triển của cây rau.
Chế độ điều khiển bằng tay cho phép người dùng tùy chỉnh hệ thống phun sương, quạt thông gió và đèn gia nhiệt cho cây rau thông qua các nút nhấn cơ khí Người dùng có thể dễ dàng bật hoặc tắt các hệ thống này theo ý muốn, mang lại sự linh hoạt trong việc chăm sóc cây trồng.
Giám sát nhiệt độ, độ ẩm và các chế độ hoạt động của hệ thống và thiết bị trường được thực hiện thông qua các đèn tín hiệu và màn hình hiển thị HMI, đảm bảo hiệu quả và an toàn cho quá trình vận hành.
Để đáp ứng nhu cầu giao tiếp hiệu quả với các cảm biến và thiết bị ngoại vi, việc sử dụng PLC (Bộ điều khiển lập trình) là rất quan trọng PLC mang lại tính ổn định cao trong quá trình lập trình và điều khiển, giúp tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của hệ thống.
THIẾT KẾ HỆ THỐNG
Sơ đồ khối nguyên lí
❖ Khối Nguồn: Có chức năng cung cấp nguồn năng lượng cho hệ thống:
Sử dụng nguồn 24V để làm nguồn nuôi cho các thiết bị trong khối thực thi,PLC,HMI và khối cảm biến cấp trường
❖ Khối cảm biến (cấp trường): Chức năng đo và gửi kết quả về khối xử lý ( cấp điều khiển):
Hình ảnh 2.1 Sơ đồ khối nguyên lý của hệ thống
Khối xử lý trung tâm (cấp điều khiển) đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển hệ thống, bao gồm việc đọc dữ liệu từ cảm biến nhiệt độ và độ ẩm Nó điều khiển các thiết bị như hệ thống phun sương, quạt thông gió và đèn gia nhiệt, đồng thời nhận tín hiệu từ các nút nhấn cơ khí và gửi dữ liệu đến khối hiển thị.
❖ Khối thực thi ( cấp chấp hành): Sử dụng động cơ phun sương tạo ẩm cho vườn cây rau và quạt thông gió, đèn gia nhiệt:
Sử dụng động cơ phun sương, đèn gia nhiệt và quạt thông gió
❖ Khối hiển thị ( cấp giám sát): Nhận lệnh từ khối xử lý trung tâm hiển thị dữ liệu của nhà trồng cây rau:
Sử dụng màn hình HMI tích hợp nút nhấn của Siemens
Lưu đồ thuật toán
Hình ảnh 2.2 Lưu đồ tổng quát của hệ thống
Hình ảnh 2.3 Lưu đồ thuật toán khi hệ thống chạy ở chế độ AUTO
Hình ảnh 2.4 Lưu đồ thuật toán khi hệ thống chạy ở chế độ MANUAL
Thuyết minh sơ đồ nguyên lí của hệ thống:
Khi cấp nguồn cho hệ thống, nhấn nút ON để đèn báo hoạt động màu xanh lá sáng, cho thấy hệ thống đang hoạt động Để ngừng hoạt động của hệ thống, có hai nút: OFF và Dừng Khẩn Cấp Khi nhấn vào một trong hai nút này, hệ thống sẽ ngay lập tức bị ngắt nguồn và không còn hoạt động.
Hệ thống hoạt động với hai chế độ: tự động (auto) và bằng tay (manual) Khi nút Auto được nhấn, tín hiệu sẽ gửi đến PLC, khiến PLC chuyển sang chế độ AUTO Trong chế độ này, PLC nhận dữ liệu từ cảm biến đo nhiệt độ và độ ẩm, so sánh với các mức an toàn đã được cài đặt (Tmax > 30˚C, Tmin < 15˚C, Hmin < 70%) Nếu nhiệt độ vượt quá hoặc thấp hơn mức cho phép, hoặc độ ẩm không đạt yêu cầu, PLC sẽ điều khiển các thiết bị như quạt gió, đèn gia nhiệt và động cơ phun sương để điều chỉnh nhiệt độ và độ ẩm về mức an toàn (15˚C < T < 30˚C và H > 70%) Sau đó, cảm biến tiếp tục đo và gửi thông tin về PLC, giúp PLC quyết định ngừng hoặc tiếp tục hoạt động của các thiết bị.
Khi nhấn nút chọn chế độ bằng tay (Manual), PLC nhận tín hiệu từ nút nhấn và xuất tín hiệu để hệ thống hoạt động ở chế độ bằng tay Trong chế độ này, người dùng có thể tự do điều khiển các thiết bị như quạt gió, đèn gia nhiệt và động cơ phun sương thông qua các nút nhấn cơ khí.
Lựa chọn thiết bị
Cấp điều khiển trung tâm
Để đáp ứng yêu cầu công nghệ không quá phức tạp của hệ thống, việc sử dụng mạch tích hợp với vi điều khiển là giải pháp tối ưu Giải pháp này mang lại nhiều lợi ích như tốc độ đáp ứng ở mức trung bình, chi phí thấp, dễ lập trình và điều khiển, gọn gàng, cũng như khả năng kết nối và mở rộng dễ dàng.
Việc triển khai hệ thống an toàn trong công nghiệp là rất quan trọng, do đó, tính ổn định của thiết bị được chọn là yếu tố hàng đầu mà chúng ta cần chú trọng.
Vì vậy PLC là một sự lựa chọn hết sức phù hợp với bài toán của nhóm nghiên cứu.Chúng ta sẽ lựa chọn PLC S7-300 CPU 314 2PN/DP
Số lượng module trong một hệ thống phụ thuộc vào từng ứng dụng cụ thể, nhưng luôn có ít nhất một module chính là module CPU Các module khác bao gồm những module truyền và nhận tín hiệu với đối tượng điều khiển bên ngoài, cùng với các module chức năng chuyên dụng, được gọi chung là các module mở rộng.
Các module mở rộng gồm có:
• Module mở rộng cổng tín hiệu vào/ra (SM), gồm có: DI, DO, DI/DO, AI, AO, AI/AO
• Module chức năng điều khiển riêng (FM)
Hình ảnh 2.5 S7-300 CPU 314C 2PN/DP
• Module phục vụ truyền thông (CP) Ưu điểm của PLC S7-300:
• Hệ thống PLC mini mô-đun cho phạm vi hiệu suất thấp và trung bình
• Với nhiều loại mô-đun toàn diện để thích ứng tối ưu với nhiệm vụ tự động hóa
• Sử dụng linh hoạt thông qua việc triển khai đơn giản các cấu trúc phân tán và mạng đa năng
• Xử lý thân thiện với người dùng và thiết kế không phức tạp không có quạt
• Có thể mở rộng mà không gặp vấn đề gì khi nhiệm vụ tăng lên
• Mạnh mẽ nhờ một loạt các chức năng tích hợp
Hệ thống PLC mini S7-300 được thiết kế cho hiệu suất thấp và trung bình, với cấu trúc mô-đun không quạt Điều này giúp thực hiện các cấu trúc phân tán một cách đơn giản và thuận tiện, biến SIMATIC S7-300 thành giải pháp tiết kiệm chi phí và thân thiện cho nhiều tác vụ trong phạm vi hiệu năng này.
Các lĩnh vực ứng dụng của SIMATIC S7-300 bao gồm:
Hình ảnh 2.6 Các modul mở rộn gcuar PLC S7-300
• Sản xuất thiết bị cơ khí nói chung
• Sản xuất máy công cụ
• Ngành điện / điện tử và các ngành nghề lành nghề
Một số CPU được phân cấp hiệu suất, kết hợp với các mô-đun toàn diện và chức năng thân thiện với người dùng, cho phép bạn sử dụng linh hoạt các mô-đun cần thiết cho ứng dụng của mình Khi cần mở rộng nhiệm vụ, bộ điều khiển có thể dễ dàng nâng cấp bằng cách thêm các mô-đun bổ sung.
Phù hợp tối đa cho ngành công nghiệp nhờ khả năng tương thích điện từ cao và khả năng chống sốc và rung động cao
❖ Thiết bị đo nhiệt độ LM35:
Cảm biến nhiệt độ LM35 là lựa chọn phổ biến cho các ứng dụng đo nhiệt độ thời gian thực nhờ vào độ chính xác cao và sai số nhỏ Với kích thước nhỏ gọn và giá thành hợp lý, LM35 đáp ứng tốt nhu cầu của nhiều dự án.
Cảm biến nhiệt độ LM35 là một thiết bị tương tự, với điện áp đầu ra tỷ lệ thuận với nhiệt độ tức thời, cho phép dễ dàng chuyển đổi sang giá trị nhiệt độ bằng độ C Một trong những ưu điểm nổi bật của LM35 so với cặp nhiệt điện là không cần hiệu chuẩn bên ngoài Ngoài ra, lớp vỏ bảo vệ giúp cảm biến tránh được tình trạng quá nhiệt Với chi phí thấp và độ chính xác cao, LM35 trở thành lựa chọn lý tưởng cho những người đam mê chế tạo mạch điện tử, các nhà sáng chế và sinh viên.
Cảm biến nhiệt độ LM35, với nhiều ưu điểm nổi bật, đã được áp dụng rộng rãi trong các sản phẩm đơn giản và giá thành thấp Hơn 15 năm sau lần ra mắt đầu tiên, cảm biến này vẫn giữ được vị thế của mình và được sử dụng trong nhiều ứng dụng, chứng tỏ giá trị bền vững của nó trong công nghệ.
Thông số kỹ thuật của cảm biến LM35:
• Hiệu chuẩn trực tiếp theo oC
• Điện áp hoạt động: 4-30VDC
• Dòng điện tiêu thụ: khoảng 60uA
• Nhiệt độ thay đổi tuyến tính: 10mV/°C
• Khoảng nhiệt độ đo được: -55°C đến 150°C
• Điện áp thay đổi tuyến tính theo nhiệt độ: 10mV/°C
• Độ tự gia nhiệt thấp, 0,08oC trong không khí tĩnh
• Trở kháng ngõ ra nhỏ, 0,2Ω với dòng tải 1mA
Hình ảnh 2.7 cảm biến đo nhiệt độ LM35 và địa chỉ các chân kết nối với cảm biến
Cảm biến LM35 có khả năng đo nhiệt độ từ -55°C đến 150°C với độ chính xác thực tế là ±1/4°C ở nhiệt độ phòng và ±3/4°C trong toàn bộ dải đo Việc chuyển đổi điện áp đầu ra sang độ Celsius cũng rất đơn giản và trực tiếp.
Cảm biến LM35 nổi bật với đầu ra tuyến tính, trở kháng đầu ra nhỏ và khả năng hiệu chuẩn chính xác, giúp việc giao tiếp và điều khiển mạch trở nên dễ dàng Điện áp hoạt động của LM35 dao động từ +4 V đến 30 V với mức tiêu thụ dòng điện khoảng 60μA Dòng sản phẩm LM35 bao gồm các phiên bản như LM35A, LM35CA, LM35D, LM135, LM135A, LM235 và LM335, tất cả đều hoạt động theo nguyên tắc tương tự nhưng có khả năng đo nhiệt độ khác nhau cùng với nhiều kiểu chân khác nhau như SOIC, TO-220, TO-92 và TO.
Cảm biến LM35 cung cấp giá trị điện áp tại chân VOUT tương ứng với từng mức nhiệt độ Khi cấp điện áp 5V vào chân bên trái và nối chân bên phải với đất, bạn có thể đo hiệu điện thế ở chân giữa để xác định nhiệt độ trong khoảng 0-100ºC dựa trên điện áp đo được.
❖ Thiết bị đo độ ẩm EE061-M2F3:
Hình ảnh 2.8 Sơ đồ kết nối chân của cảm biến với PLC đầu vào
Cảm biến độ ẩm EE061-M2F3, hay còn gọi là đầu dò độ ẩm EE061-M2F3, được thiết kế chuyên dụng để đo độ ẩm không khí, độ ẩm trong nhà kính, độ ẩm phòng và độ ẩm lò sấy.
Cảm biến độ ẩm EE061-M2F3 là một thiết bị đo độ ẩm chất lượng cao với dải đo từ 0-100% RH và ngõ ra 4-20mA Đặc biệt, cảm biến này được trang bị lớp phủ Coating Sensor, giúp bảo vệ đầu dò và tăng khả năng chịu đựng trong môi trường khắc nghiệt hơn so với các đầu dò thông thường EE061-M2F3 phù hợp cho nhiều ứng dụng đo độ ẩm, bao gồm trong tòa nhà, ống gió và máy móc thiết bị.
Thông số kỹ thuật cảm biến độ ẩm EE061-M2F3:
− Thiết kế dạng đầu dò
Động cơ tạo sương sử dụng sóng siêu âm để bay hơi nước, tạo ra độ ẩm và sương phục vụ cho nhiều mục đích khác nhau Thiết bị này đặc biệt phổ biến trong nông nghiệp và trang trí, mang lại lợi ích thiết thực cho người sử dụng.
Hình ảnh 2.9 : Cảm biến đo độ ẩm EE061-M2F3
Module tạo độ ẩm, sương bằng sóng siêu âm có cảm biến phát hiện mức nước cạn, tránh làm cháy và hư hỏng cảm biến
− Điện áp hoạt động: 24 (V) AC / DC
− đường kính tấm dò: Φ20mm
− Tần số hoạt động: 1700 ± 50(KHZ)
− Độ sâu cách mặt nước: 15mm ~ 35mm
Hình ảnh 2.10 Động cơ tạo sương 24VDC
− Tự ngắt khi hết nước
Lựa chọn quạt thông gió cho vườn thông minh là bước quan trọng trong việc xây dựng hệ thống này Quá trình lựa chọn cần dựa trên các yếu tố như tốc độ thông gió, lưu lượng gió và dung dịch đưa vào khoang buồng, tiết diện quạt gió, nguồn cấp và tín hiệu điều khiển từ bộ điều khiển trung tâm Sau khi khảo sát các loại quạt gió, chúng ta đã xác định được loại quạt phù hợp nhất với hệ thống của mình.
Chủng loại: Thông gió vuông 2 mặt lưới
− Hãng sản xuất: BHF-VN
Hình ảnh 2.11 Quạt gió vuông QVN-400
Sơ đồ đấu nối phần cứng và chương trình cho PLC
❖ Sơ đồ đấu nối phần cứng:
Hình ảnh 2.13 HMI KTP700 BASIC- 6AV2123-2GB03-0AX0
Hình ảnh 2.14 Sơ đồ đấu nối phần cứng PLC S7-300 với các thiết bị ngoại vi
❖ Bảng địa chỉ các chân của vi xử lý kết nối với các thiết bị ngoại vi:
Chương trình điều khiển của PLC và WinCC
Dựa theo nguyên lí hoạt động của hệ thống chúng ta đã xây dựng ở trên ta viết được chương trình của toàn bộ hệ thống như sau:
Hình ảnh 2.15 Bảng địa chỉ định nghĩa đầu vào ra trên PLC S7-300 với các thiết bị ngoại vi
Bảng địa chỉ khi khởi tạo và thiết kế màn hình HMI trên WinCC:
Hình ảnh 2.16 Thiết kế HMI trên WinCC với các nút nhấn, thông số cảm biên và các trạng thái hoạt động của các thiết bị
KẾT QUẢ VÀ ỨNG DỤNG CỦA PLC
Kết quả
Khi hệ thống hoạt động mà chưa chọn chế độ nào, màn hình HMI sẽ hiển thị giá trị nhiệt độ và độ ẩm của khu vực trồng rau, trong khi đèn LED xanh sẽ sáng để thể hiện chế độ hoạt động.
− Khi nhấn chọn chế độ hoạt động AUTO:
Khi nhiệt độ và độ ẩm nằm trong ngưỡng an toàn (15˚C < t < 30˚C và H > 70%), các thiết bị cấp trường như quạt gió và động cơ phun sương sẽ không hoạt động do không nhận được tín hiệu từ PLC HMI hiển thị chế độ Auto, với trạng thái quạt gió và động cơ phun sương đều ở trạng thái Off Các đèn thể hiện trạng thái hoạt động không sáng, và thông số nhiệt độ, độ ẩm hiển thị chính xác theo cảm biến Đèn LED màu xanh lá cho biết chế độ AUTO đang hoạt động.
Khi nhiệt độ và độ ẩm vượt ngưỡng nguy hại (t < 15˚C, t > 30˚C và H < 70%), các thiết bị cấp trường như quạt gió, đèn gia nhiệt và động cơ phun sương sẽ tự động nhận tín hiệu hoạt động từ PLC Hệ thống HMI sẽ hiển thị chế độ đã chọn (Auto), cùng với trạng thái hoạt động của quạt gió (On), đèn gia nhiệt (On) và động cơ phun sương (On).
Các thông số nhiệt độ và độ ẩm hiển thị chính xác theo dữ liệu từ cảm biến Đèn LED màu xanh báo hiệu chế độ AUTO đang hoạt động, trong khi các đèn xanh của quạt, đèn gia nhiệt và động cơ phun sương cho thấy rằng các thiết bị này đang hoạt động hiệu quả.
Trong chế độ này, việc nhấn các nút điều khiển như ON_QUAT, OFF_QUAT sẽ không có tác dụng, và các thiết bị cấp trường không bị ảnh hưởng bởi các nút chức năng trong chế độ Auto.
− Khi nhấn chọn chế độ hoạt động MANUAL:
Khi chuyển sang chế độ bằng tay, HMI hiển thị chế độ "Manual" cùng với các thông số nhiệt độ và độ ẩm chính xác từ cảm biến Đèn LED màu vàng sáng cho biết thiết bị đang hoạt động ở chế độ Manual, trong khi các đèn màu khác cho thấy động cơ phun sương và quạt gió hoạt động khi nhấn nút ON_QUAT & ON_FAN Màn hình HMI cũng hiển thị trạng thái hoạt động của các thiết bị này Ngược lại, khi nhấn nút OFF_FAN & OFF_PS, các thiết bị sẽ ngừng hoạt động.
Trong chế độ Manual, các thiết bị cấp trường không tự động hoạt động hay ngừng lại dựa vào các thông số nhiệt độ và độ ẩm, bất kể chúng có ở mức an toàn hay nguy hại cho cây rau.
Mà ác thiết bị này phụ thuộc vào các tín hiệu từ nút nhấn cơ học điều khiển bên ngoài
Ứng dụng của PLC
− Dễ dàng lập trình và sử dụng trong các đề tài thực tiễn với hệ thống cảm biến hỗ trợ khổng lồ
Trong bài viết này, chúng tôi khám phá ứng dụng của PLC như một máy tính điều khiển trung tâm, kết nối các khối trường, chấp hành và giám sát PLC xử lý nhanh chóng các bài toán, mang lại kết quả cao và đáng tin cậy khi ứng dụng vào thực tế, nhờ vào tính năng vượt trội của dòng máy tính công nghiệp này.
Trong thực tế, hệ thống tự động hóa công nghiệp được ứng dụng rộng rãi, bao gồm việc điều khiển đèn tín hiệu giao thông, các cơ cấu cánh tay robot công nghiệp và phân loại sản phẩm trên băng chuyền.
PLC không chỉ là một công cụ học tập mà còn thúc đẩy sự sáng tạo trong việc thực hiện các dự án khoa học công nghệ Hiện nay, có nhiều cộng đồng lớn về PLC, giúp bạn dễ dàng học hỏi và tham khảo ý kiến từ những người khác.
PLC hỗ trợ nhiều ngôn ngữ lập trình đa dạng, với ba ngôn ngữ chính, giúp người dùng dễ dàng học hỏi, lựa chọn và lập trình theo sở thích cá nhân của mình.
HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI VÀ KẾT LUẬN
Hệ thống điều khiển và giám sát nhiệt độ và độ ẩm trong vườn rau thông minh sử dụng PLC S7-300 là một giải pháp thiết thực cho các nhà vườn hiện nay Ý tưởng này không chỉ giúp tối ưu hóa quy trình trồng trọt mà còn nâng cao hiệu quả sản xuất nông nghiệp.
Hệ thống kiểm soát môi trường cho cây rau nổi bật với sự đơn giản, hiệu quả và dễ lắp đặt, giúp tối ưu hóa điều kiện sinh trưởng và nâng cao chất lượng cũng như sản lượng rau Tuy nhiên, một số nhược điểm như chưa tích hợp được hệ thống giám sát và điều khiển từ xa, cũng như khả năng ghi lại thông tin chỉ số môi trường để dễ dàng theo dõi theo thời gian, có thể hạn chế sự phổ biến của mô hình này.
Vì vậy chúng ta sẽ có những hướng để phát triển sản phẩm hoàn thiện hơn:
Hệ thống IoT kết hợp với hệ thống thông tin cho phép tích hợp dễ dàng các chức năng điều khiển và giám sát từ xa, sử dụng các thiết bị thông minh.
Hình ảnh 4.1 Internet of Things, hay IoT, internet vạn vật
− Lưu trữ dữ liệu trên một nền tảng trực tuyến từ đó dễ dàng thống kê, kiểm soát, đối soát
Dữ liệu toàn bộ hệ thống là yếu tố thiết yếu cho nghiên cứu và phát triển giải pháp nâng cao hiệu suất nuôi trồng tất cả các loại thực vật, không chỉ riêng cây rau Ngoài ra, nó còn giúp kiểm soát sự hiện diện của nhân viên, người thu hoạch và ngày thu hoạch, từ đó tính toán được hạn sử dụng cho sản phẩm.
Sau thời gian thực hiện đề tài dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo, nhóm chúng em đã hoàn thành đồ án kết thúc môn "Hệ thống điều khiển và giám sát nhiệt độ và độ ẩm trong vườn rau thông minh sử dụng PLC S7-300" Đồ án này tập trung vào việc phát triển hệ thống tự động hóa nhằm tối ưu hóa điều kiện môi trường cho vườn rau, đảm bảo sự sinh trưởng và phát triển tốt nhất cho cây trồng.
• Tìm hiểu về tầm quan trọng của hệ thống điều khiển và giám sát nhiệt dộ và độ ẩm trong nhà trồng rau
• Tìm hiểu về hệ thống phun sương, thông gió cho vườn rau thông minh
• Đề xuất giải pháp thiết kế hệ thống phun sương cho cây rau
• Nghiên cứu tổng quan các thiết bị có trong mô hình đồ án
Mô hình thiết kế và chế tạo đã hoạt động hiệu quả, đạt đúng mục tiêu đề ra Để nâng cao chất lượng đồ án, tôi xin đề xuất một số hướng phát triển nhằm hoàn thiện hơn nữa cho dự án này.
• Kết hợp hệ thống với IOT để dễ kiểm soát từ xa
• Thiết kế web trên máy tính để lưu trữ dữ liệu nhà trồng rau phục vụ mục đích giám sát dữ liệu về sau
Trong quá trình thực hiện đồ án, em đã nắm vững các bước cơ bản để xây dựng, thiết kế và triển khai một hệ thống tự động hóa Điều này cũng đã hỗ trợ nhóm em trong việc phát triển kỹ năng làm việc nhóm và giải quyết vấn đề hiệu quả.
Nhóm em xin chân thành cảm ơn thầy đã giảng dạy và hỗ trợ chúng em trong suốt thời gian qua, giúp củng cố lại những kiến thức quan trọng của môn học.