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
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN BÁO CÁO ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA ĐỀ TÀI: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ VÀ ĐỘ ẨM TRONG VƯỜN RAU THÔNG MINH SỬ DỤNG PLC S7-300 GVHD : Ths Phạm Văn Hùng Mã lớp : 20224EE6113002 Sinh viên: Phùng Ngọc Cơng 2020602975 Nguyễn Đăng Tồn 2020602670 Nguyễn Đình Dũng 2020600302 Hà Nội – Năm 2023 LỜI MỞ ĐẦU Để hoàn thành đồ án tốt nghiệp lần này, trước hết cho phép em xin gửi tới Ban giám hiệu trường Đại học Công nghiệp Hà Nội thầy cô khoa Điện lời cảm ơn chân thành Thầy, cô tạo điều kiện thuận lợi để chúng em học tập, làm việc sáng tạo ngơi trường giàu thành tích ngành giáo dục Việt Nam Trong suốt trình học tập trường, thầy cô dạy cho em kỹ tốt để em hồn thành đồ án Đặc biệt, em xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Phạm Văn Hùng giảng viên hướng dẫn, giúp em hoàn thành đồ án tốt nghiệp Em xin chân thành cảm ơn bảo hướng dẫn tận tình suốt trình thực Với kiến thức uyên bác nhiệt tình thầy, dẫn dắt em đến bước cuối đồ án “ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ VÀ ĐỘ ẨM TRONG VƯỜN RAU THÔNG MINH SỬ DỤNG PLC S7-300” Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình bạn bè người giúp đỡ em nhiều suốt trình thực Chúng em xin chân thành cảm ơn! MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU DANH MỤC HÌNH ẢNH CHƯƠNG : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ &ĐỘ ẨM 1.1 Tầm quan trọng hệ thống điều khiển giám sát nhiệt độ độ ẩm việc nuôi trồng rau 1.2 Một số mơ hình tương tự 1.3 Mục tiêu đề tài nội dung nghiên cứu 1.4 Đề xuất giải pháp thiết kế 10 CHƯƠNG : THIẾT KẾ HỆ THỐNG 12 2.1 Sơ đồ khối nguyên lí 12 2.2 Lưu đồ thuật toán 14 2.3 Lựa chọn thiết bị 16 Cấp điều khiển trung tâm 16 Cấp trường 19 Cấp chấp hành 22 Giám sát 26 2.4 Sơ đồ đấu nối phần cứng chương trình cho PLC 29 2.5 Chương trình điều khiển PLC WinCC: 30 CHƯƠNG : KẾT QUẢ VÀ ỨNG DỤNG CỦA PLC 38 3.1 Kết 38 3.2 Ứng dụng PLC 43 CHƯƠNG : HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI VÀ KẾT LUẬN 44 4.1 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 44 4.2 KẾT LUẬN 45 TÀI LIỆU THAM KHẢO 47 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình ảnh 1.1 Thơng số nhiệt độ thích thợp cho phát triển số loại rau trồng Hình ảnh 1.2 Máy phun sương di dộng Hình ảnh 2.1 Sơ đồ khối nguyên lý hệ thống 12 Hình ảnh 2.2 Lưu đồ tổng quát hệ thống 14 Hình ảnh 2.3 Lưu đồ thuật toán hệ thống chạy chế độ AUTO 15 Hình ảnh 2.4 Lưu đồ thuật toán hệ thống chạy chế độ MANUAL 15 Hình ảnh 2.5 S7-300 CPU 314C 2PN/DP 17 Hình ảnh 2.6 Các modul mở rộn gcuar PLC S7-300 18 Hình ảnh 2.7 cảm biến đo nhiệt độ LM35 địa chân kết nối với cảm biến 20 Hình ảnh 2.8 Sơ đồ kết nối chân cảm biến với PLC đầu vào 21 Hình ảnh 2.9 : Cảm biến đo độ ẩm EE061-M2F3 22 Hình ảnh 2.10 Động tạo sương 24VDC 23 Hình ảnh 2.11 Quạt gió vng QVN-400 24 Hình ảnh 2.12 Bóng đèn sấy thạch anh 26 Hình ảnh 2.13 HMI KTP700 BASIC- 6AV2123-2GB03-0AX0 29 Hình ảnh 2.14 Sơ đồ đấu nối phần cứng PLC S7-300 với thiết bị ngoại vi 29 Hình ảnh 2.15 Bảng địa định nghĩa đầu vào PLC S7-300 với thiết bị ngoại vi 30 Hình ảnh 2.16 Thiết kế HMI WinCC với nút nhấn, thông số cảm biên trạng thái hoạt động thiết bị 37 Hình ảnh 4.1 Internet of Things, hay IoT, internet vạn vật 44 CHƯƠNG : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ & ĐỘ ẨM 1.1 Tầm quan trọng hệ thống điều khiển giám sát nhiệt độ độ ẩm việc ni trồng rau Thực vật nói chung hay rau nói riêng loại trồng dễ để đạt suất hiệu cao việc trồng vấn đề lớn người trồng.Và khó khăn thường gặp người trồng bao gồm: − Nhà xưởng, thiết bị, công cụ sản xuất: + Nhà xưởng xây dựng để chuyên trồng rau đơn giản, chủ yếu tranh tre, nứa lá, chưa đảm bảo yếu tố môi trường thuận lợi cho loại rau phát triển Người trồng rau tư theo hướng tự cung, tự cấp, tận dụng sở vật chất có, chưa mạnh dạn đầu tư cách cho ngành sản xuất nông nghiệp công nghệ cao + Các thiết bị phục vụ công tác nghiên cứu, sản xuất, bảo quản, chế biến sản phẩm rau trồng cịn q ít, chưa có nhà máy chuyên chế tạo cung cấp cho người sản xuất Các đơn vị sản xuất chưa có đầy đủ thiết bị chuyên dùng như: Máy nghiền nguyên liệu, dây chuyên phối trộn đóng túi mùn cưa, máy đảo trộn Compost, hệ thống tưới, thiết bị điều chỉnh nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng, thơng thống, v.v Vì cần phải có đầu tư khâu nghiên cứu sản xuất hợp lý để đạt tới hướng công nghiệp hố nghề ni trồng rau Các cơng đoạn sản xuất áp dụng theo qui mô cơng nghiệp chưa liên hồn, vài cơng đoạn làm phải thủ công dẫn tới suất lao động thấp, sản phẩm có chất lượng khơng đồng đều, giá thành cao, sức cạnh tranh + Các đơn vị chế biến sản phẩm rau sau thu hoạch chưa tập trung thực sách đầu tư để tạo vùng ngun liệu, dẫn đến tình trạng nhà khơng đủ rau chế biến người sản xuất rau không bán + Tưới nước cho rau trồng nhiều q khiến cho rau khơng đủ độ ẩm để phát triển Và hầu hết trường hợp tự tưới nước cho rau theo cách truyền thống mà không thông thiết bị tưới đại nhà vườn có quy mơ lớn.Khơng có phương pháp kiểm soát nhiệt độ cho rau trồng trái mùa Hình ảnh 1.1 Thơng số nhiệt độ thích thợp cho phát triển số loại rau trồng ❖ Tầm quan trọng hệ thống điều khiển giám sát nhiệt độ độ ẩm ứng dụng việc nuôi trồng rau + Hệ thống có cấu tạo đơn giản, đễ dàng tháo lắp sửa chữa, bảo trì trình sử dụng + Tiết kiệm điện năng, tiết kiệm nước mà đảm bảo độ phủ ẩm đầy đủ cho rau, nhanh chóng việc sử dụng sức người tưới + Hệ thống điều khiển giám sát phù hợp với nhiều giai đoạn sinh trưởng rau, dễ dàng điều chỉnh chế độ tưới đầu phun hay vòi phun, điều chỉnh lượng khí khơ,nhiệt độ vào khu vực trồng rau + Diện tích máy phun sương khiêm tốn, dễ dàng di dộng lắp đạt cao hay góc, tùy thuộc vào địa hình khu vực ni trồng 1.2 Một số mơ hình tương tự Hệ thống phun tự động trồng rau phương pháp tưới có nhiều ưu điểm Hệ thống thiết kế đường ống dẫn tưới chạy dọc theo phân khu trồng rau Trên đường ống bố trí vòi phun nhỏ giọt, phun sương tuỳ theo trồng loại Đối với phun sương nhỏ giọt, nước đưa đến giá thể trồng rau lượng nhỏ nước, đặn xác Các luống rau tưới suốt chu kỳ mà khơng bị ảnh hưởng đến chu trình sinh trưởng bình thường chúng, ngược lại cịn tăng chất lượng sinh trưởng phát triển loài Với phương pháp tưới này, người trồng rau thu kết là: sản lượng tăng 10%, việc sử dụng đất giảm tới 30%, chi phí lượng nước giảm 20%, nơng dân thu hoạch rau chất lượng cao Với hệ thống tưới cố định nhà ni rau, nguy nhiễm bệnh lây lan từ nhà sang nhà khác hạn chế Với hệ thống phun sương tự động phun sương giúp cho nước phân tán đồng đều, xé nước thành sương mịn phủ khắp vườn, giúp tạo độ ấm cho rau phát triển tốt Cần lắp đặt hệ thống tưới tự động cách để giúp nước phân bố đồng Bộ lọc cần lắp đặt để lọc nước tốt giúp vịi phun khơng bị tắc phun Một vấn đề khác nước trình phun, giọt li ti bám vào bề mặt rau lâu nên chúng khô chậm Điều mang lại nguy úng thối rau Hệ thống máy phun sương trồng rau cịn có chế độ phun tự động nên không cần nhân công túc trực tưới nước hàng ngày Điều giúp cho xưởng sản xuất rau tiết kiệm chi phí nhân cơng thời gian lao động Mặt khác, hệ thống phun sương tự động cịn hữu ích cho cây rau khơng có thừa chảy nước chỗ khác gây ngập úng, tốn nước… Hình ảnh 1.2 Máy phun sương di dộng Ngoài ra, việc lắp đặt máy phun sương tưới rau dễ dàng, lại tiết kiệm diện tích nên phù hợp với nhiều địa hình khác Tuy nhiên hệ thống chưa bao gồm hệ thống thơng gió, giảm độ ẩm môi trường điều chỉnh nhiệt độ khu trồng rau Một số mơ hình có thêm quạt gió điều chỉnh lưu lượng khơng khí vào khu vực trồng rau đồng thời quạt gió điều chỉnh nhiệt độ bên nhà trồng rau làm cho khơng khí giữ mức ổn định 1.3 Mục tiêu đề tài nội dung nghiên cứu ❖ Mục tiêu Về kỹ mềm: + Nắm tính cấp thiết đề tài, đưa giải pháp thân để giải vấn đề + Nắm kiến thức PLC, sử dụng thành thạo phần mềm lập trình kỹ lập trình/ mơ + Rèn luyện kỹ làm việc đọc lập, kỹ tìm tịi, phát huy tính tích cực học tập rèn luyện Về tính sản phẩm: Hồn thành mơ hình mạch điều khiển (mơ phỏng) với tính năng: + Chế độ điều khiển tự động: Dựa vào độ ẩm môi trường để phun sương cho rau.Dựa vào nhiệt độ môi trường để bật/ tắt quạt gió đèn gia nhiệt điều hịa khơng khí, nhiệt độ cho rau + Chế độ điều khiển tay: Điều khiển bật, tắt hệ thống phun sương, hệ thống thơng gió, đèn gia nhiệt cho rau tay thông qua hệ thống nút nhấn tùy chỉnh + Giám sát nhiệt độ, độ ẩm nhà trồng rau hiển thị thơng qua hình HMI hệ thống đèn báo hiệu chế độ hoạt động hệ thống ❖ Nội dung nghiên cứu + Nghiên cứu tổng quan hệ thống điều khiển giám sát nhiệt độ, độ ẩm cho vườn rau thông minh: Định nghĩa, nguyên lý làm việc… + Nghiên cứu thiết bị cảm biến,PLC, HMI để xây dựng hệ thống điều khiển + Nghiên cứu phần mềm lập trình, phần mềm mơ phục vụ hồn thiện hệ thống điều khiển + Nghiên cứu quy trình kiểm thử để kiểm tra hoạt động hệ thống điều khiển 1.4 Đề xuất giải pháp thiết kế Từ mục tiêu đề nghiên cứu hệ thống điều khiển giám sát nhiệt độ, độ ẩm vườn thông minh, nhóm xin đề xuất phương án thiết kế sau: + Thiết kế hệ thống với hai chế độ làm việc: Chế độ điều khiển tự động chế độ điều khiển tay + Chế độ điều khiển tự động: Dựa vào độ ẩm môi trường để phun sương cho rau Dựa vào nhiệt độ môi trường nhà trồng để tự động điều khiển quạt gió,đèn gia nhiệt điều chỉnh lưu lượng khơng khí nhiệt độ nhà rau 10