Trang 1 THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPNGÀNH CNKT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT Trang 2 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG THÔNG GIÓ
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CNKT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG THƠNG GIĨ QUA WEBSERVER GVHD: TS TRẦN MẠNH SƠN SVTH : LÊ HOÀI PHONG VÕ MẠNH QUỲNH SKL011104 Tp Hồ Chí Minh, tháng 7/2023 TRƯỜNG TRƯỜNGĐẠI ĐẠIHỌC HỌCSƯ SƯPHẠM PHẠMKỸ KỸTHUẬT THUẬTTHÀNH THÀNHPHỐ PHỐHỒ HỒCHÍ CHÍMINH MINH KHOAĐIỆN ĐIỆN––ĐIỆN ĐIỆNTỬ TỬ KHOA BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG THƠNG GIĨ QUA WEBSERVER GVHD: TS TRẦN MẠNH SƠN SVTH: LÊ HOÀI PHONG – 19151267 VÕ MẠNH QUỲNH – 19151277 KHÓA: 2019 NGÀNH: CNKT ĐIỀU KHIỂN – TỰ ĐỘNG HÓA Tp Hồ Chí Minh, ngày 04 tháng 07 năm 2022 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc *** -TP Hồ Chí Minh, ngày 04 tháng 07 năm 2023 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên: Lê Hoài Phong MSSV: 19151267 Võ Mạnh Quỳnh MSSV: 19151277 Ngành: CNKT Điều khiển – Tự động hóa Lớp: 191512A Ngày nhận đề tài: 28 / 02 / 2023 Ngày nộp đề tài: 04 / 07 / 2023 Giảng viên hướng dẫn: Ts Trần Mạnh Sơn Tên đề tài: ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG THƠNG GIĨ QUA WEBSERVER Nhiệm vụ: - Thiết kế thi cơng mơ hình hệ thống dựa yêu cầu thực tế Xây dựng chương trình giải thuật giúp điều khiển hệ thống Lập trình giao diện Web giám sát điều khiển thông số môi trường Nội dung Đồ án tốt nghiệp thông qua Bộ môn TRƯỞNG NGÀNH GiẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN Họ tên Sinh viên: MSSV: MSSV: Ngành: Tên đề tài: Họ tên Giảng viên hướng dẫn: NHẬN XÉT: Về nội dung đề tài khối lượng thực hiện: Ưu điểm: Khuyết điểm: Đề nghị cho bảo vệ hay không? Đánh giá loại: Điểm: TP Hồ Chí Minh, ngày…tháng…năm 2023 Giảng viên hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN Họ tên Sinh viên: MSSV: MSSV: Ngành: Tên đề tài: Họ tên Giảng viên phản biện: NHẬN XÉT: Về nội dung đề tài khối lượng thực hiện: Ưu điểm: Khuyết điểm: Đề nghị cho bảo vệ hay không? Đánh giá loại: Điểm: TP Hồ Chí Minh, ngày…tháng…năm 2023 Giảng viên phản biện (Ký ghi rõ họ tên) MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN ii PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN iii MỤC LỤC iv DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU vi DANH SÁCH HÌNH ẢNH vii LỜI NÓI ĐẦU ix LỜI CẢM ƠN x CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục tiêu đề tài 1.3 Giới hạn đề tài 1.4 Phương pháp phương tiện nghiên cứu CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu 2.2 Thiết kế hệ thống thơng gió 2.2.1 Các yếu tố môi trường ảnh hưởng tới chăn nuôi gà theo độ tuổi 2.2.2 Tính tốn lựa chọn thiết bị thơng gió, làm mát 2.2.3 Bố trí lắp đặt thiết bị 11 2.3 Tổng quan truyền thông MODBUS 12 2.4 Web server PLC S7-1200 13 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 15 3.1 Các thiết bị cho hệ thống thiết kế 15 3.2 Các thiết bị cho mơ hình thực tế 32 3.4 Giải thuật điều khiển cho hệ thống 41 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ GIAO DIỆN WEB 48 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ THỰC HIỆN 55 5.1 Những kết đạt 55 5.2 Những kết chưa đạt 56 5.3 Hướng phát triển đề tài 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO 57 PHỤ LỤC 58 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng Tiểu khí hậu chuồng nuôi phù hợp cho gà thịt Bảng 2 Thông số quạt TCC - 1380 Bảng Thông số biến tần ATV310HU55N4E Bảng Thông số PLC S7 - 1200 15 Bảng Thông số biến tần ATV310HU55N4E 16 Bảng 3 Thông số quạt TCC - 1380 17 Bảng Thông số cảm biến nhiệt ẩm 18 Bảng Thanh ghi cảm biến nhiệt ẩm 19 Bảng Thông số cảm biến tốc độ gió 20 Bảng Thanh ghi cảm biến tốc độ gió 21 Bảng Thông số cảm biến nồng độ CO2 22 Bảng Thanh ghi cảm biến nồng độ CO2 23 Bảng 10 Thông số cảm biến nồng độ NH3 24 Bảng 11 Thanh ghi cảm biến nồng độ NH3 25 Bảng 12 Thông số nguồn tổ ong 26 Bảng 13 Thông số MCB 27 Bảng 14 Thông số nút nhấn 28 Bảng 15 Thơng số cịi báo động 29 Bảng 16 Thông số module relay 30 Bảng 17 Thông số biến tần ATV12 33 Bảng 18 Thông số quạt thơng gió ba pha 32 Bảng Thông số hoạt động mơ hình 55 DANH SÁCH HÌNH ẢNH Hình Hệ thống thơng gió cho chuồng trại Hình 2 Hệ thống thơng gió làm mát cho trại gà Hình Quạt hút gió cơng nghiệp TTC - 1380 Hình Biến tần ATV310HU55N4E Hình Sơ đồ bố trí thiết bị 11 Hình Mơ hình truyền thông Modbus TCP/IP 12 Hình Webserver PLC 14 Hình Mơ hình mạng LAN cho mơ hình 14 Hình CPU 1212c DC/DC/DC CM1241 15 Hình Biến tần ATV310HU55N4E 16 Hình 3 Quạt hút gió công nghiệp TTC - 1380 17 Hình Cảm biến nhiệt ẩm 18 Hình Cảm biến tốc độ gió 20 Hình Cảm biến đo nồng độ CO2 22 Hình Cảm biến đo nồng độ NH3 24 Hình Nguồn tổ ong 24VDC 26 Hình MCB Schneider 27 Hình 10 Nút nhấn có đèn báo 28 Hình 11 Cịi báo động 24VDC 29 Hình 12 Module Relay 30 Hình 13 Tủ điện 31 Hình 14 Quạt thơng gió ba pha 32 Hình 15 Biến tần Schneider ATV12 33 Hình 16 Sơ đồ kết nối ngõ vào PLC 34 Hình 17 Sơ đồ nối dây cảm biến với PLC 35 Hình 18 Sơ đồ chân cổng Modbus CM1241 36 Hình 19 Sơ đồ chân cổng Modbus RJ45 biến tần Schneider ATV12 36 Hình 20 Sơ đồ kết nối ngõ PLC 37 Hình 21 Sơ đồ kết nối mạch động lực 38 Hình 22 Tủ điện sau lắp ráp 39 Hình 23 Mơ hình hệ thống hồn chỉnh 40 Hình 24 Lưu đồ giải thuật điều khiển hệ thống 41 Hình 25 Khối WWW đồng hóa User-defined pages 42 Hình 26 Giá trị command word biến tần ATV12 42 Hình 27 Xử lý nút nhấn, hiển thị đèn đặt giá trị CTRL 43 Hình 28 Khối MB_COMM_LOAD cấu hình thơng số truyền thơng 44 Hình 29 Khối MB_MASTER đọc giá trị tốc độ gió từ cảm biến 45 Hình 30 Xử lý số liệu 46 Hình 31 Biểu đồ quan hệ tần số nhiệt độ 47 Hình 32 Tính tốn tần số mong muốn 47 Hình Màn hình Home Webserver 49 Hình Màn hình Alarms Webserver 50 Hình Màn hình Settings Webserver 51 Hình 4 Chọn chế độ vận hành quạt 52 Hình Màn hình Introduce Webserver 53 Hình Giao diện đăng nhập Webserver 54 Hình Biểu đồ quan hệ tần số nhiệt độ 55 KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hệ thống thu thập thông số môi trường từ cảm biến Sau tính tốn tần số mong muốn dựa theo nhiệt độ môi trường Mối liên hệ tần số nhiệt độ môi trường thể qua biểu đồ bên Trong giá trị nhiệt độ (min, max) tần số (min, max) người dùng thiết lập thông qua Web server Hình 31 Biểu đồ quan hệ tần số nhiệt độ Trong chương trình điều khiển, giá trị tần số mong muốn tính tốn sau Hình 32 Tính tốn tần số mong muốn Sau tính tốn giá trị tần số mong muốn (F_setpoint) dựa nhiệt độ môi trường Ta ghi giá trị tần số xuống biến tần để điều khiển quạt 47 KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ GIAO DIỆN WEB Xây dựng giao diện Web với HTML (HyperText Markup Language) CSS (Cascading Style Sheets) để người dùng xem giá trị cảm biến, trạng thái hoạt động quạt thiết lập giá trị ngưỡng, giá trị đặt cho thông số môi trường xem cảnh báo gửi lên từ PLC Giao diện web có tab để thực nhiệm vụ Tab Home: hiển thị thông số môi trường trạng thái hoạt động quạt Tab Settings: có nhập liệu cho phép người dùng nhập giá trị ngưỡng cho thông số môi trường Tab Alarms: hiển thị cảnh báo có thơng số mơi trường vượt ngưỡng Sử dụng lệnh "AWP" (Automation Web Programming) HTML để đọc liệu từ PLC theo cú pháp :=: Sử dụng lệnh "AWP" (Automation Web Programming) HTML để ghi liệu xuống PLC theo cú pháp: Phần code Javascript có hàm để thực việc hiển thị cập nhật liệu, tương tác web, lấy liệu từ tag, post liệu vào tag 48 KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang Web thiết kế dùng để giám sát điều khiển hệ thống gồm sau: Màn hình Home: Hình Màn hình Home Webserver Màn hình Home hiển thị thông số môi trường nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ gió quạt, nồng độ CO2, NH3 thu thập từ cảm biến, sau xử lí đưa lên web để người dùng giám sát 49 KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Màn hình Alarms: Hình Màn hình Alarms Webserver Trong trình thu thập thơng số mơi trường, có phát thơng số nằm ngưỡng cho phép người dùng đặt, hệ thống phát cảnh báo Thông tin cảnh báo cập nhật lên hình Alarm, chúng lưu lại người dùng truy xuất cách xuất file Excel 50 KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Màn hình Settings: Hình Màn hình Settings Webserver Trong phần Settings, người dùng cập nhật ngưỡng giới hạn loại thông số môi trường như: nhiệt độ, độ ẩm, CO2, NH3, tần số biến tần, tốc độ gió Các thơng số cập nhật xuống PLC, giúp điều khiển hệ thống theo ý muốn Trong trường hợp không muốn biến tần chạy tuyến tính theo thơng số nhiệt độ, người dùng cài đặt tần số cho biến tần tự chạy cách nhấn chọn vào chế độ “Manual” cài đặt thông số mong muốn qua ô “Set Freq” 51 KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 4 Chọn chế độ vận hành quạt 52 KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Màn hình Introduce: Hình Màn hình Introduce Webserver 53 KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Giao diện đăng nhập: Hình Giao diện đăng nhập Webserver Việc phân quyền giúp cho người dùng hạn chế rủi ro việc điều khiển qua web, tránh việc kẻ xấu can thiệp, ảnh hưởng tới hoạt động hệ thống Hệ thống cấp phân quyền tài khoản đăng nhập vào hệ thống Bao gồm loại phân quyền: Quyền Admin: tài khoản Admin có quyền hạn cao nhất, người dùng thao tác tất hình, xuất file cảnh báo điều chỉnh ngưỡng thông số môi trường cho hệ thống phần Settings Quyền User: tài khoản User quan sát thơng số mơi trường, quan sát cảnh báo mà trực tiếp can thiệp vào việc điều chỉnh thông số hệ thống 54 KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ THỰC HIỆN 5.1 Những kết đạt Tính tốn lựa chọn thiết kế hệ thống thơng gió cho trại chăn ni gà diện tích 1000m2 Hồn thiện mơ hình thơng gió ổn định nhiệt độ mơi trường Với giá trị đặt nhiệt độ khoảng 27 - 32℃ biến tần hoạt động với tần số tương ứng từ 20 – 50Hz Thơng qua Web Server điều khiển giám sát hệ thống Hình Biểu đồ quan hệ tần số nhiệt độ Bảng Thông số hoạt động mô hình STT Nhiệt độ thực tế 28,5℃ 30℃ 27.6℃ 28.3℃ Ngưỡng nhiệt độ 27 – 32℃ 27 – 32℃ 25 – 30℃ 25 – 30℃ Tần số điều khiển quạt 29Hz 38Hz 35.6Hz 39.8Hz Biến tần điều khiển quạt với tần số từ 20 – 50Hz tuyến tính theo ngưỡng nhiệt độ đặt nhiệt độ thực tế 55 KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 5.2 Những kết chưa đạt Phần thiết kế hệ thống thơng gió tính tốn lý thuyết chưa thực nghiệm Chưa tính tốn thông số máy bơm nước cho Cooling Pad Phần thi cơng mơ hình quy mơ thí nghiệm cho thấy việc điều khiển quạt, giám sát thông số môi trường cố biến tần qua Webserver nên chưa mơ tả hệ thống thơng gió thiết kế có hoạt động theo tính tốn Mơ hình truy cập Webserver qua mạng cục nên chưa mang lại nhiều thuận tiện cho người dùng 5.3 Hướng phát triển đề tài Cấu hình kết nối PLC vào mạng Internet để người dùng truy cập vào hệ thống nhiều thiết bị khác đâu mang lại thuận tiện Thêm thiết bị nguồn khẩn cấp để hệ thống cảnh báo người dùng gặp phải cố điện Tìm hiểu thêm tính toán, thiết kế hệ thống làm mát Cooling Pad để đề tài hoàn thiện Mở rộng quy mơ mơ hình thơng gió làm mát chuồng trại theo thiết kế để thử nghiệm Nếu hệ thống hoạt động tốt đưa vào ứng dụng thực tế 56 KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Nguyễn Nhựt Xuân Dung nnk (2016), Ảnh hưởng yếu tố môi trường chuồng nuôi lên sinh trưởng gà thịt, Số chuyên đề: Nông nghiệp (2016) (2),75-82 [2] Nguyễn Thế Bảo (2017), Nghiên cứu đánh giá hiệu thiết bị làm mát bay hơi, SỐ 9, 118 [3] Trần Thanh Vân nnk (2020), “Hỏi đáp thực hành tốt an tồn sinh học chăn ni gà thịt quy mô vừa nhỏ”, Tổ chức Lương thực Nông nghiệp Liên hợp quốc Hà Nội [4] Vinh Tung (2013), “Cài đặt biến tần AltivarATV212”, Schneider Electric Vietnam [5] Châu Vĩnh Lợi (2013), “Tài liệu hướng dẫn lập trình Web-server S7-1200 dựa HTML kết hợp AWP”, Diễn Đàn PLC Việt Nam [6] Công ty Cổ phần Panoma Việt Nam (2023), Hướng dẫn tính tốn thiết bị Hệ thống thơng gió, làm mát cooling pad, , xem 28/06/2023 Tiếng Anh [7] Siemens (2012), “S7-1200 Programmable controller”, Schneider Electric Vietnam [8] Schneider Electric (2012) “Modbus Communication Manual” [9] Schneider Electric (2012) “User manual” [10] Emko Elektronik (2019) “Temperature and Relative Humidity Transmitter ProNem-Mini” 57 KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP PHỤ LỤC Phần A: Code điều khiển PLC Link code điều khiển PLC: https://drive.google.com/drive/folders/1YWNyWfKl0BV42tao3i2Mu3fwrgtdDBv?usp=drive_link Phần B: Code lập trình Webserver Link code lập trình Webserver: https://drive.google.com/drive/folders/131PODRqVPtDn2fYneY2wZmbf5HDu3XRM ?usp=drive_link Phần C: Cài đặt biến tần Bước 1: Cài đặt thông số để biến tần chạy Modbus Cài đặt thay đổi tần số truyền thông Modbus Rdy Conf Full Ctl Frl ndb Cài đặt phân biệt chức chạy truyền thông cho hai thông số tốc độ chạy dừng Rdy Conf Full Ctl CHCF SEP Cài đặt lệnh chạy dừng biến tần truyền thông Modbus Rdy Conf Full Ctl Cdl ndb Bước 2: Cài đặt thông số cho cổng truyền thông Modbus Cài đặt địa trạm Modbus Rdy Conf Full Con Add điều chỉnh từ Of đến 247 (ví dụ cài 2) Cài đặt tốc độ truyền Rdy Conf Full Con tbr lựa chọn 4.8, 9.6, 19.2, 34.8 (ví dụ cài 9.6) Cài đặt định dạng Modbus Rdy Conf Full Con tbr 8N1 8O1: bits, kiểm chẵn lẻ, stop bit 8E1: bits, kiểm tra chẵn, stop bit 58 KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 8N1: bits, không kiểm tra chẵn lẻ, stop bit 8N2: bits, không kiểm tra chẵn lẻ, stop bit Cài đặt thời gian đáp ứng Rdy Conf Full Con tt0 10s (0.1 đến 30s) Bước 3: Cài đặt địa để đọc / ghi liệu từ biến tần Rdy Conf Full Con ICS Rdy Conf Full Con OCS Diễn giải Word điều khiển CMD – 8501 59 KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Diễn giải Word trạng thái ETA – 3201 60