Đề tài mô phỏng hệ thống trồng nấm nhà kính tự động dùng plc s71200 và tia portal

1 2 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Huế, ngày…tháng…năm 202 Giáo viên hướng dẫn NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN 3 Huế, ngày… tháng…năm 202 Giáo viên phản biện LỜI MỞ ĐẦU Trồng nấm trong nhà kính với sự ứng dụng tự động hóa mang lại nhiều lợi ích đáng kể cho ngành nông nghiệp Công nghệ này không chỉ tối ưu hóa quy trình sản xuất mà còn giúp nâng cao chất lượng và hiệu suất nấm Một trong những ứng dụng chính của tự động hóa trong trồng nấm là quản lý môi trường Hệ thống cảm biến và điều khiển tự động có thể theo dõi và điều chỉnh nhiệt độ, độ ẩm, và cả ánh sáng để tạo ra điều kiện tối ưu cho sự phát triển của nấm 4 Điều này giúp đảm bảo sự ổn định và đồng đều trong quá trình sản xuất, từ đó cải thiện chất lượng của sản phẩm cuối cùng Tự động hóa còn mở ra cánh cửa cho việc quản lý thông tin và thu thập dữ liệu Các hệ thống thông tin quản lý nông trại (Farm Management Information Systems) có thể cung cấp thông tin chi tiết về quá trình trồng, giúp nông dân hiểu rõ hơn về hiệu suất và tình trạng của hệ thống, từ đó đưa ra quyết định quản lý thông minh Với nhu cầu tìm hiểu về hệ thống tự động trong sản xuất và với kiến thức của sinh viên tại trường đại học chúng em chọn đề tài “ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRỒNG NẤM NHÀ KÍNH TỰ ĐỘNG DÙNG PLC S71200 VÀ TIA PORTAL” để nghiên cứu và tìm hiểu do cô giáo Th.S Huỳnh Thị Thùy Linh hướng dẫn Nội dung chính gồm 4 chương: Chương 1: Lựa chọn thiết bị và thiết kế hệ thống điều khiển Chương 2: Giới thiệu phần mềm PLC S71200 và phần mềm lập trình TIA PORTAL Chương 3: Thiết kế xây dựng phần mềm điều khiển giám sát SCADA Chương 4: Kết luận 5 CHƯƠNG 1 – LỰA CHỌN THIẾT BỊ VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 1.1 Tổng quan 1.1.1 Các thiết khí cụ điện, thiết bị điện trong hệ thống trồng nấm nhà kính Trong hệ thống tự động hóa trồng nấm nhà kính của đề tài này, các thiết bị được sử dụng để điều khiển nhiệt độ, độ ẩm, và lượng CO2 Cụ thể, các thiết bị bao gồm: Quạt gió: Sử dụng để duy trì lưu thông không khí trong nhà kính, giúp kiểm soát nhiệt độ và độ ẩm bằng cách cung cấp sự thông hơi và tạo ra môi trường tốt cho sự phát triển của nấm Hệ thống gia nhiệt: Thiết bị này được sử dụng để điều chỉnh nhiệt độ trong nhà kính Khi nhiệt độ giảm xuống dưới mức mong muốn, máy gia nhiệt sẽ được kích hoạt để tăng nhiệt độ lên mức được thiết lập Hệ thống phun sương tự động: Thiết bị này có chức năng phun sương nước mịn tự động khi độ ẩm giảm xuống, giúp duy trì độ ẩm cần thiết cho quá trình phát triển của nấm Các thiết bị này tương tác với nhau để đảm bảo rằng môi trường trong nhà kính luôn đạt đến các điều kiện lý tưởng cho việc trồng nấm, đồng thời tối ưu hóa sản xuất và chất lượng của sản phẩm nấm 1.1.2 Các thiết bị điều khiển Hệ thống điều khiển tự động trong môi trường trồng nấm nhà kính thường sử dụng một loạt các thiết bị công nghệ để đảm bảo các điều kiện lý tưởng cho quá trình phát triển của nấm Dưới đây là một tổng hợp về các thiết bị quan trọng và công dụng của chúng: PLC (Programmable Logic Controller - Bộ điều khiển logic có thể lập trình): PLC chịu trách nhiệm điều khiển và giám sát các hoạt động trong nhà kính theo các chương trình được lập trình trước Nó có khả năng xử lý và phản ứng linh hoạt theo dõi các thông số như nhiệt độ, độ ẩm, và lượng CO2, từ đó điều chỉnh các thiết bị khác để duy trì môi trường ổn định 6 Công tắc tơ (Relay): Công tắc tơ được sử dụng để điều khiển các thiết bị điện khác như quạt gió, máy gia nhiệt, hay hệ thống phun sương Nó nhận tín hiệu từ PLC và kích hoạt hoặc ngắt kết nối điện của thiết bị tương ứng Rơ le (Relay): Tương tự như công tắc tơ, rơ le giúp cách ly và kiểm soát các mạch điện Chúng thường được sử dụng để mở và đóng các mạch điện cụ thể, đảm bảo rằng các thiết bị chỉ hoạt động khi được kích hoạt Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, CO2: Các cảm biến này đóng vai trò quan trọng trong việc đo lường các điều kiện môi trường Cảm biến nhiệt độ đo lường nhiệt độ hiện tại, cảm biến độ ẩm đo lường độ ẩm, và cảm biến CO2 đo lường lượng khí CO2 có trong không khí Dữ liệu từ các cảm biến này được chuyển đến PLC để thực hiện các quyết định điều khiển, như điều chỉnh máy gia nhiệt, quạt gió, hay hệ thống phun sương Bằng cách này, hệ thống tự động hóa có thể duy trì môi trường ổn định và lý tưởng cho việc trồng nấm, giúp tối ưu hóa hiệu suất và chất lượng của sản phẩm 1.2 Quạt gió Quạt gió trong nhà kính tự động chủ yếu có chức năng cải thiện lưu thông không khí và kiểm soát môi trường bên trong Dưới đây là một số chức năng chính của quạt gió trong hệ thống nhà kính tự động Hình 1 – Quạt gió trong nhà kính tự động Quạt nhà kính, còn được biết đến với tên gọi quạt thông gió nhà kính, là một thành phần quen thuộc và đóng vai trò quan trọng trong hệ thống sản xuất giống cây trồng trong môi trường nhà kính Quạt nhà kính có thiết kế đối lưu và đáp ứng nhiều chức năng khác nhau, mang lại nhiều lợi ích quan trọng cho cây trồng Chức năng 7 chính của quạt thông gió nhà kính là tạo ra một luồng không khí di chuyển liên tục trong không gian nhà kính 1.2.1 Chức năng của quạt gió nhà kính a) Loại bỏ sự phân tầng khí nhà kính: Thường khối lượng phân tử của các loại khí khác nhau vì thế mà khí nặng hơn sẽ chìm xuống dưới còn khí nhẹ hơn thì ở trên, chính vì thế tuy không nhìn thấy nhưng không khí trong nhà kính được phân chia theo tầng một cách rõ rệt, điều này rất không tốt cho cây trồng bởi vì không khí bị phân tầng thì sẽ gây nên tình trạng ứ đọng Không khí di chuyển theo một hướng và không thúc đẩy cây phát triển lành mạnh Quạt thông gió nhà kính sẽ lưu thông không khí trong nhà kính b) Giúp kiểm soát nhiệt độ không khí Khi không khí di chuyển trong nhà kính, nhiệt độ được điều chỉnh Nhiệt độ môi trường xung quanh của không khí và khắp nhà màng sẽ sớm đều nhau, tạo ra một môi trường phát triển lành mạnh Bên cạnh đó quá trình hô hấp hay quang hợp của cây cũng sinh ra nhiệt năng nên nếu mật độ cây trong nhà kính lớn thì dễ dẫn đến việc không khí trong nhà kính bị nóng hơn rất nhiều so với bên ngoài làm ảnh hưởng đến quá trình sinh trưởng và phát triển của cây trồng Hình 2 – Phân bố nhiệt độ khi dùng quạt gió c) Thúc đẩy nâng cao chất lượng không khí Đây có lẽ là chức năng tốt nhất của một chiếc quạt đối lưu Quạt đối lưu khiến không khí di chuyển, và giảm trừ sự phát triển của nấm Không khí tù đọng cho phép 8 nấm và bệnh phát triển Sự lưu chuyển không khí một cách thích hợp sẽ cung cấp không khí trong lành, và cắt giảm dịch bệnh trong môi trường nhà kính d) Cân bằng độ ẩm cho nhà kính Một số loại cây trồng đặc trưng nhất là đối với các loại hoa đòi hỏi những tiêu chuẩn về không khí cũng như môi trường sống cao như hoa lan đòi hỏi không được có nước đọng trên bề mặt lá, chính vì thế việc kiểm soát và cân bằng độ ẩm trong không khí rất cần được chú trọng, bởi điều này ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình sinh trưởng và phát triển của cây Nhiệt dư thừa hoặc không khí cũ trong một nhà kính sẽ dẫn đến tăng trưởng chậm và hiệu suất cây trồng giảm Hệ thống thông gió thường xuyên có thể giảm nấm mốc, côn trùng hoặc các bệnh Có hai cách phổ biến để thiết lập một hệ thống thông gió trong nhà kính: tự nhiên hoặc bằng máy Hình 3 – Nguyên lý hoạt động của quạt gió Hình 4 – Thông số kỹ thuật của quạt thông gió nhà kính điện 1 pha 9 1.2.2 Lựa chọn loại quạt gió Trong đề tài này chúng em lựa chọn quạt gió KVF-2460 với các thông số như sau: - Kích thước: 87 x 24 x 87 - Đường kính cánh quạt: 76cm - Điện áp: 220V/50Hz - Vòng quay cánh quạt: 880 - Tốc độ lượng gió: 612m/phút - Lưu lượng gió: 405m3/phút - Công suất 450W - Cường độ dòng điện: 2.27A Đây là dòng quạt thông gió công nghiệp vuông có kích thước lớn nhất của thương hiệu Dasin với kích thước cánh lên đến 760 mm Quạt thông gió KVF 2460 có kích thước 24 inches và đường kính quạt ( sải cánh quạt) là 60 cm Nhờ kích thước tương đối lớn, quạt có khả năng tạo ra luồng không khí mạnh mẽ và đảm bảo sự lưu thông không khí tốt Quạt KVF- 2460 có thiết kế vững chắc, chịu được môi trường làm việc khắc nghiệt ngay cả ngoài trời, bao gồm cả bụi bặm, hơi ẩm, hơi nóng Với vật liệu sản xuất chất lượng cao, cánh nhôm và khung thép, quạt có thể chống han gỉ và bền bỉ trong suốt quá trình hoạt động Vì hệ thống nhà kính cần được làm việc trong môi trường đảm bảo, yêu cầu an toàn là tuyệt đối Vì vậy, quạt thông gió Dasin đã trang bị các tính năng an toàn như bảo vệ quá nhiệt, bảo vệ quạt quá tải nhờ vào TC cảm biến nhiệt chống cháy quạt 1.3 Hệ thống gia nhiệt 1.3.1 Giới thiệu chung Hệ thống gia nhiệt bằng đèn sợi đốt trong nhà kính là một phương pháp hiệu quả để duy trì nhiệt độ ổn định và tạo ra điều kiện môi trường lý tưởng cho cây trồng trong những điều kiện thời tiết khắc nghiệt hoặc trong các khu vực có mùa đông lạnh giá Dưới đây là cách mà hệ thống này thường hoạt động: Đèn Sợi Đốt: 10