THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH TRỒNG NẤM

- Sử dụng cảm biến để đọc dữ liệu và gửi về PLC để điều khiển các thiết bị ngõ ra. - Hệ thống giám sát sẽ hiển thị thông số mà cảm biến đọc được và hiển thị lên màn HMI. - Khi đạt giá trị nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng hệ thống sẽ kích hoạt các thiết bị ngõ ra hoạt động. - Sử dụng WinCC và màn hình HMI để điều khiển và giám sát. - Đề tài hướng đến việc xử lý, điều khiển và giám sát nhiệt độ, độ ẩm không khí và ánh sáng ở trại nấm thông qua kết nối với HMI Wecon.

TRƯỜNG CÔNG NGHỆKHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂNMÔ HÌNH TRỒNG NẤM

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

CHUYÊN NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG

Đà Nẵng, 2024

M2024

Đà Nẵng, 2024

Tôi xin cam đoan đề tài “Thiết kế hệ thống giám sát và điều khiển môhình trồng nấm sử dụng PLC S7 – 1200 ” do sinh viên Lê Phan Trí thực hiện

dưới sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Phạm Công Đức Đề tài, nội dung đề tàilà sản phẩm mà tôi đã nỗ lực nghiên cứu trong quá trình học tập tại trườngcũng như tham khảo tài liệu Các số liệu, kết quả nêu trong đề tài là trungthực, có nguồn gốc rõ ràng và được trích dẫn đầy đủ theo đúng quy định.

Tác giả

Lê Phan Trí

Trong thời gian làm đề tài, Em đã nhận được nhiều sự giúp đỡ, đóng góp ýkiến và chỉ bảo nhiệt tình của thầy cô, gia đình và bạn bè.

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy ThS Nguyễn Phạm Công Đức –Giảng viên hướng dẫn đề tài đồ án tốt nghiệp lần này, người đã tận tình hướng dẫn,chỉ bảo em trong suốt quá trình làm đề tài đồ án tốt nghiệp.

Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong trường Đại học DuyTân nói chung, các Thầy Cô trong bộ môn trong khoa Điện – Điện tử nói riêng đãdạy dỗ cho em kiến thức về các môn đại cương cũng như các môn chuyên ngành,giúp em có được cơ sở lý thuyết vững vàng và tạo điều kiện giúp đỡ em trong suốtquá trình học tập.

Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè, đã luôn tạo điềukiện, quan tâm, giúp đỡ, động viên em trong suốt quá trình học tập và hoàn thành đềtài đồ án tốt nghiệp.

Với điều kiện thời gian cũng như kinh nghiệm còn hạn chế của một học viên,luận văn này không thể tránh được những thiếu sót Em rất mong nhận được sự chỉbảo, đóng góp ý kiến của các Thầy Cô đã tạo điều kiện bổ sung, nâng cao ý thứccủa mình, phục vụ tốt hơn công tác thực tế sau này.

Đà Nẵng, ngày tháng 05 năm 2024

Sinh viên thực hiện Giảng viên hướng dẫn

- Sử dụng cảm biến để đọc dữ liệu và gửi về PLC để điều khiển các thiết bị ngõ ra - Hệ thống giám sát sẽ hiển thị thông số mà cảm biến đọc được và hiển thịlên màn HMI

- Khi đạt giá trị nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng hệ thống sẽ kích hoạt các thiết bịngõ ra hoạt động

- Sử dụng WinCC và màn hình HMI để điều khiển và giám sát.

- Đề tài hướng đến việc xử lý, điều khiển và giám sát nhiệt độ, độ ẩm khôngkhí và ánh sáng ở trại nấm thông qua kết nối với HMI Wecon.

Đà Nẵng, ngày tháng 05 năm 2024

Cán bộ hướng dẫn

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 2

1.1.ĐẶT VẤN ĐỀ 2

1.2.QUY TRÌNH TRỒNG NẤM 6

1.2.1 Thiết kế trại trồng nấm 6

1.2.2 Thiết kế kệ treo để phôi nấm: 7

1.2.3 Quy trình vệ sinh trại nấm: 8

1.2.4 Quá trình ủ nấm: 8

1.2.4.1 Thời gian ủ phôi: 8

1.2.4.2 Lưu ý khi ủ phôi: 8

1.2.4.3 Quá trình rút bông khỏi cổ nấm 9

1.2.4.4 Quá trình đóng nắp phôi 10

1.2.5 Thời điểm sốc lạnh 10

1.2.6 Hệ thống tưới nước cho nấm 10

1.2.7 Quá trình thu hoạch nấm 11

1.2.8.Rút ra cách trồng nấm cho mô hình 12

1.3.MỤC TIÊU VÀ Ý TƯỞNG 12

1.3.1.Mục tiêu:121.3.2.Ý tưởng: 121.4.BÀI TOÁN CẦN ĐẶT RA 13

1.5.PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 13

1.6.DỰ KIẾN KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 14

CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 15

2.1.YÊU CẦU CÔNG NGHỆ 15

2.1.1.Nguyên lý làm việc của mô hình 15

2.1.2.Tạo mô hình trên giao diện HMI 15

2.1.3.Điều khiển lập trình PLC S7-1200 15

2.2.1.Truyền thông Profinet 16

2.2.2.Truyền thông Modbus RTU 18

2.3.SƠ ĐỒ KHỐI VÀ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 19

2.3.1.Sơ đồ khối của hệ thống 19

3.1.2.[3] Thông số kĩ thuật của PLC S7-1200 mã 6ES7215-1AG40-0XB0 24

3.2.LỰA CHỌN BỘ ĐIỀU KHIỂN PHỤ (SLAVE) 25

3.2.1 [4]Thông số kĩ thuật của PLC S7-1200 mã 6ES7215-1AG40-0XB0 26

3.3.LỰA CHỌN CÁC THIẾT BỊ NGÕ RA TRONG HỆ THỐNG 27

3.3.1.Tính toán và chọn máy bơm 27

3.3.2.Tính toán và chọn số lượng quạt 28

3.7.SƠ ĐỒ ĐẤU DÂY 45

CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN, GIÁM SÁT VÀMÔ HÌNH HỆ THỐNG 47

4.1 LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN 47

4.2 CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG 50

4.2.1 Các Input và Output của hệ thống 50

4.3 CHƯƠNG TRÌNH CHÍNH CỦA HỆ THỐNG 53

4.3.1 Danh sách các chương trình điều khiển của Master 53

4.3.2 Danh sách các chương trình điều khiển của Slave 1 58

4.3.2.1 Chương trình chính của Slave 1 59

4.3.3 Danh sách các chương trình điều khiển của Slave 2 60

4.3.2.1 Chương trình chính của Slave 2 60

4.4 THIẾT KẾ GIAO DIỆN GIÁM SÁT TRÊN HMI SIEMENS, WECON VÀV-NET 62

4.4.1 Thiết kế giao diện giám sát trên HMI Wecon 62

4.4.2 Thiết kế giao diện giám sát trên HMI Siemens 64

4.5 VẬN HÀNH HỆ THỐNG Ở CHẾ ĐỘ ĐIỀU KHIỂN BẰNG TAY 65

4.5.1 Chế độ điều khiển bằng tay 65

4.5.2 Điều khiển mô hình ở chế độ chạy tay 66

4.6 VẬN HÀNH HỆ THỐNG Ở CHẾ ĐỘ TỰ ĐỘNG 67

4.6.1 Giao diện HMI ở chế độ tự động 67

4.7 Kết nối phần mềm 69

4.7.1 Kết nối PLC với phần mềm PI Studio 69

4.7.2 Kết nối phần mềm V-NET với V-BOX 71

CHƯƠNG 5: KIỂM THỬ VÀ ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG 76

5.1 KẾ HOẠCH KIỂM THỬ 76

5.2 KẾT QUẢ KIỂM THỬ MÔ HÌNH 76

Bảng 5.1: Kết quả kiểm thử quá trình vận hành 76

Bảng 1.1: Phân tích ưu điểm và nhược điểm của từng phương pháp trồng nấm hiện

nay 3

Bảng 2.1: Ưu điểm và nhược điểm của truyền thông Profinet 17

Bảng 2.2: So sánh chuẩn truyền thông RS232 và RS485 [2] 18

Bảng 2.3: Ưu điểm và nhược điểm của Modbus RS485 18

Bảng 3.1: Thông số kỹ thuật PLC S7 – 1200 24

Bảng 3.2: Thông số kỹ thuật PLC S7 – 1200 25

Bảng 3.3: Thông số kỹ thuật cảm biến nhiệt độ và độ ẩm 31

Bảng 3.4: Thông số kỹ thuật cảm biến ánh sáng 32

Bảng 3.5: Thông số kĩ thuật nguồn tổ ong 24V-10A 34

Bảng 3.6: Các hàm sử dụng cho lập trình trong TIA Portal 42

Bảng 4.1: Chân kết nối đầu vào của hệ thống 50

Bảng 4.2: Chân kết nối đầu ra của hệ thống 52

Bảng 5.2: Tỉ lệ phần trăm độ chính xác vị trí đặt cảm biến ánh sáng 78

Bảng 5.3: Tỉ lệ phần trăm độ chính xác vị trí đặt cảm biến nhiệt độ và độ ẩm 80

Bảng 5.4: So sánh mô hình và thực tế 86

Hình 1.1: Các thiết bị chăm sóc nấm cơ bản hiện nay 3

Hình 1.2: Hệ thống tưới nước tự động 3

Hình 1.1: Trại nấm 6

Hình 1.2: Thiết kế dàn nấm 7

Hình 1.3: Tơ nấm đã phát triển được 80% trong bịch phôi 8

Hình 1.4: Rút bông khỏi cổ phôi 9

Hình 1.5: Đóng nắp phôi nấm 10

Hình 1.6: Hệ thống tưới nước cho nấm thực tế 10

Hình 1.7: Giao đoạn nấm thu hoạch 11

Hình 2.1: Giao thức truyền thông Profinet 16

Hình 2.2: nguyên lý hoạt động của giao thức Profinet 17

Hình 2.3: Sơ đồ kết nối tổng quan của hệ thống 20

Hình 2.4: Sơ đồ tổng quan của hệ thống 21

Hình 3.9: Nguồn tổ ong 24V – 10A 33

Hình 3.10: Nguyên lý hoạt động của nguồn tổ ong 34

Hình 3.11: Aptomat Panasonic 15A 35

Hình 3.12: Vòi phun sương 36

Hình 3.13: V-BOX H-AG 37

Hình 3.14: Màn hình HMI mã KTP400 comfort 6AV2 124-2DC01-0AX0 38

Hình 3.15: Màn hinh HMI Wecon mã pi 3037 ig 39

Hình 3.16: Phần mềm V-Net 40

Hình 3.17: Chức năng của phần mềm V-Net 41

Hình 3.18: Biểu tượng của TIA Portal V16 42

Hình 3.19: Sơ đồ đấu dây của hệ thống 45

Hình 3.20: Sơ đồ mạch động lực 46

Hình 3.21: Sơ đồ đấu dây cho các cảm biến 46

Hình 4.1: Lưu đồ thuật toán chương trình chính 47

Hình 4.3: Lưu đồ thuật toán của chế độ AUTO 48

Hình 4.4: Lưu đồ thuật toán hoạt động của chế độ MANU 49

Hình 4.5: Lưu đồ thuật toán hoạt động của chế độ AUTO 49

Hình 4.6: Input của hệ thống 50

Hình 4.7: Output của hệ thống 52

Hình 4.8: Danh sách các chương trình điều khiển của Master 53

Hình 4.9: Danh sách các chương trình điều khiển của Slave 1 58

Hình 4.10: Danh sách các chương trình điều khiển của Slave 2 60

Hình 4.11: Giao diện Home của Master 62

Hình 4.12: Giao diện cho phép điều khiển và giám sát nhà nấm tại các khu vực 63

Hình 4.13: Giao diện hiển thị thông số 63

Hình 4.14: Giao diện home 64

Hình 4.15: Giao diện điều khiển của Slave 65

Hình 4.16: Giao diện hiển thị thông số Slave 65

Hình 4.17: Giao diện hệ thống trên màn hình HMI Wecon 66

Hình 4.18: Giao diện hiển thị chế độ bằng tay 66

Hình 4.19: Giao diện bật tắt các thiết bị 67

Hình 4.20: Giao diện điều khiển chế độ tự động 67

Hình 4.21: Cho phép slave có thể điều khiển các thiết bị 68

Hình 4.22: Giao diện Slave 69

Hình 4.23: Chế độ cho phép truyền thông 70

Hình 4.24: Thiết lập địa chỉ PLC 71

Hình 4.25: Thiết lập địa chỉ cho HMI 71

Hình 4.26: Download chương trình cho HMI 72

Hình 4.28: Tạo địa chỉ kết nối với PLC 73

Hình 4.29: Đặt tên và địa chỉ các biến 73

Hình 4.30: Tạo trang Scada cho V-box 74

Hình 4.31: Gắn địa chỉ vào các nút ấn 74

Hình 4.32: Điều khiển hệ thống từ xa trên V-Net 75

Hình 4.33: Giao diện trên điện thoai qua phần mềm V-Net 75

Hình 5.1: Đồ thị biểu diễn phần trăm độ chính xác vị trí đặt cảm biến ánh sáng 79

Hình 5.2: Đồ thị biểu diễn phần trăm độ chính xác vị trí đặt cảm biến nhiệt độ và độ ẩm 80

Hình 5.4: Phần tủ điện của mô hình 81

Hình 5.12: Nơi chứa phôi nấm 87

Hình 5.13: Nơi chăm sóc phôi và thu hoạch 87

Tên đề tài: Thiết kế hệ thống giám sát và điều khiển mô hình trồng nấm sửdụng PLC S7 – 1200.

Sinh viên thực hiện: Lê Phan Trí.Lớp: K25-EDT2

Đề tài tập trung việc thiết kế ý tưởng, xây dựng chương trình điều khiển và môphỏng cách thức hoạt động của hệ thống trên Win CC và HMI Wecon trong TIAPortal để mô phỏng hệ thống.

Các công việc chính của đề tài:

1 Tìm hiểu, tính toán để chọn các thành phần của hệ thống.

2 Lựa chọn phương án phù hợp để xây dựng thuật toán lập trình cho hệthống nhằm logic, tối ưu.

3 Thiết kế giao diện WinCC và HMI Wecon để điều khiển và giám sát.4 Kết nối chương trình điều khiển với mô hình mô phỏng trên WinCC và

HMI Wecon trong TIA Portal và mô phỏng hoạt động của hệ thống.Nội dung cuốn báo cáo được chia thành các chương sau:

Chương 1: Tổng quan về đề tài.Chương 2: Cơ sở lý thuyết.

Chương 3: Tính toán và lựa chọn thành phần chính của hệ thống.

Chương 4: Thiết kế mô hình hệ thống, chương trình điều khiển và giao diện

giám sát.

Chương 5: Kiểm thử và đánh giá hệ thống.

Qua quá trình thực hiện nghiên cứu về đề tài, với các kết quả đạt được như sau:- Phân tích lựa chọn được phương án và giải pháp phù hợp cho hệ thống giám

LỜI NÓI ĐẦU

Thế giới liên tục phát triển bởi sự thay đổi to lớn của nền sản xuất công nghiệpnhờ việc áp dụng những thành tựu mà khoa học công nghệ đem lại Các thành tựuvề tự động hóa được dùng hầu hết trong mọi lĩnh vực hiện nay đã cho thấy đượctầm quan trọng của ngành khoa học công nghệ, giúp tạo ra được nhiều loại máy tựđộng, đặc biệt là công nghiệp tự động hóa phát triển cực kỳ mạnh mẽ Công nghệ tựđộng giám sát hệ thống từ xa được ứng dụng mạnh mẽ trong công nghiệp tự độnghóa, nhà máy, xí nghiệp, nhằm thay thế phương pháp điều khiển và giám sát thủcông Với công nghệ tự động giám sát tưới tiêu tự động sẽ đảm bảo trong việc kiểmsoát, điều khiển lưu lượng, van, máy bơm Nhờ kết hợp với hệ thống điều khiểngiám sát và thu nhập dữ liệu: nhiệt độ, độ ẩm…qua HMI Wecon giúp việc giám sáthệ thống không cần thông qua việc kiểm tra trực tiếp của người kỹ sư, công nhân.Với độ tin cậy cao, công nghệ được ứng dụng trong nhiều mô hình thực tế nhưtrồng cây trong nhà kính, trồng chăm sóc lan, thanh long… Nhìn nhận được tiềmnăng trong công nghệ tự động hóa, cùng những tiêu chí yêu cầu sử dụng theophương pháp nào để điều khiển hệ thống tưới tiêu đem lại hiệu quả cao, độ tin cậy,khả năng linh hoạt, dễ dàng vận hành và điều khiển Với nhiều phương pháp đượcđề ra, cùng vốn kiến thức được tích lũy và tiếp thu trong những năm đại học, em xin

chọn phương pháp ứng dụng bằng PLC S7 1200 để đưa ra đề tài: “THIẾT KẾ HỆTHỐNG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH TRỒNG NẤM SỬ DỤNGPLC S7 1200”.

Bằng sự cố gắng nỗ lực của bản thân, kiến thức nhận được trong quá trình học

vừa qua và đặc biệt là sự giúp đỡ tận tình, chu đáo của thầy Nguyễn Phạm CôngĐức, em đã hoàn thành đề tài đúng thời hạn Do thời gian làm đề tài có hạn và trình

độ còn nhiều hạn chế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót Em rất mong nhậnđược ý kiến đóng góp của các thầy cô để đề tài này được hoàn thiện hơn nữa

Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Phạm Công Đức, và các thầy cô giáo

trong ngành điện tự động đã tạo điều kiện giúp đỡ em trong thời gian qua

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI1.1.ĐẶT VẤN ĐỀ

Ngày trước, các cách nuôi trồng được thực hiện một cách thủ công nênviệc quan sát chăm sóc chủ yếu được thực hiện bằng sức người, do đó khôngtránh khỏi được các sơ suất và không kiểm soát được tất cả các tác nhân gâyảnh hưởng đến việc phát triển của cây trồng Trong thời kỳ công nghiệp hoá,hiện đại hoá ngày càng phát triển thì nối tiếp theo đó ngành nông nghiệp cũngphải phát triển theo, diện tích nông nghiệp ngày càng nhiều hàng hóa làm racàng nhiều đáp ứng nhu cầu tiêu dùng cho xã hội Từ đó đã nảy sinh cần cónhững thiết kế công nghệ để áp dụng vào nền nông nghiệp đáp ứng nhu cầu tiêudùng và khắc phục những hạn chế của nền nông nghiệp cũ.

Hiện tại, trên thế giới có nhiều hệ thống giám sát và điều khiển các hệthống này rất đa dạng, phong phú về thiết bị cũng như cách thức thực hiện.Nhưng trong đó chủ yếu là sử dụng nhân công để thực hiện và ít máy móchiện đại.

Nhìn chung, các khu trồng cây hiện nay có các nhược điểm sau: - Sử dụng nhiều nhân công để làm việc.

- Không có số liệu cụ thể và các mức nhiệt độ, độ ẩm và ánh sáng cụ thể chỉước chừng.

- Không có hệ thống tưới tiêu hợp lí.

- Rất khó kiểm soát chất lượng với diện tích lớn - Mất nhiều thời gian cho việc chăm sóc

Với sự ra đời của các hệ thống giám sát và điều khiển mô hình trồng nấm thìngười ta có thể quản lý tốt các vấn đề về nhiệt độ, độ ẩm ,ánh sáng cũng như nhanhchóng điều khiển được toàn bộ hệ thống chăm sóc cây ,hệ thống này tất cả đều hiệnđại và xử lý nhanh đồng nghĩa với việc đầu tư trang thiết bị hiện đại cho hệ thốngtốn khá nhiều chi phí nhưng bù lại là cây nấm sẽ phát triển tốt hơn, năng suất có thểcao hơn nhiều lần, tiết kiệm thời gian chăm sóc, tiết kiệm được nhân công …

Dưới đây là một vài hình ảnh về chăm sóc nấm với các thiết bị cơ bản hiệnnay:

Hình 1.1: Các thiết bị chăm sóc nấm cơ bản hiện nay.

Hình 1.2: Hệ thống tưới nước tự động.

Nếu chúng ta áp dụng định nghĩa “thông minh” vào hệ thống giám sát vàđiều khiển mô hình trồng nấm ,ta có thể nói rằng hệ thống điều khiển giám làhệ thống được thiết kế để hoạt động với hiệu quả tối đa bằng cách kết hợp cácthực tiễn tốt nhất, tự động hóa và các công nghệ khác để đảm bảo rằng nó cóthể hoạt động ở mức cao nhất trong sự thay đổi liên tục yêu cầu của ngườidùng Hệ thống này là một trong những sản phẩm cần thiết của một một nềnnông nghiệp hiện đại.

Chính nhu cầu và lý do đó mà em tiến hành thiết kế, thi công hệ thốnggiám sát và điều khiển mô hình trồng nấm tự với bộ điều khiển PLC, giám sátvà điều khiển thông qua hệ thống SCADA trên màn hình HMI.

Bảng 1.1: Phân tích ưu điểm và nhược điểm của từng phương pháp trồng nấm hiện

Phương pháp trồngnấm bằng thủ công

- Kiểm soát được điềukiện môi trường: Bằng

cách trồng nấm thủ công,người trồng có thể kiểm

- Mất nhiều thời gian vàcông sức: Trồng nấm thủ

công đòi hỏi người trồngphải đầu tư nhiều thời

soát và điều chỉnh các yếutố như nhiệt độ, độ ẩm, ánhsáng, và cung cấp chất dinhdưỡng phù hợp cho nấmphát triển, giúp tăng hiệusuất và chất lượng sảnphẩm.

- Quản lý chất lượng sảnphẩm: Việc trồng nấm thủ

công cho phép người trồngkiểm soát quá trình sản xuấttừ đầu đến cuối, giúp đảmbảo chất lượng sản phẩmcuối cùng đáp ứng các tiêuchuẩn và yêu cầu của thịtrường.

- Khả năng tinh chỉnh quytrình sản xuất: Thông qua

việc trồng nấm thủ công,người trồng có thể tinhchỉnh quy trình sản xuất,nhanh chóng thí nghiệm cácbiện pháp cải tiến và điềuchỉnh để tối ưu hóa hiệusuất và sản lượng.

gian và công sức vào quátrình chăm sóc, quản lýnấm, điều này có thể làmtăng chi phí và lao động.

- Rủi ro về hỏng hóc vàsai sót: Việc trồng nấm

thủ công có thể dễ bị ảnhhưởng bởi sai sót trongquá trình chăm sóc, cungcấp chất dinh dưỡngkhông đúng, hoặc bịhỏng hóc do khí hậu, môitrường.

- Hạn chế về quy môsản xuất: Phương pháp

trồng nấm thủ côngthường hạn chế trongviệc mở rộng quy mô sảnxuất do yêu cầu cao vềlao động và tốn kém hơnso với các phương pháptự động hóa.

Phương pháp trồng

nấm trong nhà kính - Kiểm soát môi trường:Nấm được trồng trong mộtmôi trường kiểm soát, chophép điều chỉnh nhiệt độ,độ ẩm, ánh sáng và cungcấp chất dinh dưỡng theonhu cầu cụ thể của nấm, tạođiều kiện thuận lợi cho sựphát triển.

- Bảo vệ nấm khỏi yếu tốtự nhiên: Nhà kính bảo vệ

nấm khỏi tác động của thờitiết xấu, bệnh tật, và côntrùng gây hại, giúp tăngcường sức kháng của nấmvà giảm rủi ro mất mùa.

- Tối ưu hóa diện tíchtrồng: Nhờ vào việc sử

dụng không gian một cáchhiệu quả, phương pháp nàycho phép tối ưu hóa diện

- Chi phí đầu tư banđầu cao: Xây dựng và

duy trì nhà kính đòi hỏichi phí đầu tư ban đầucao, bao gồm cả hệ thốngđiều khiển môi trường vàcung cấp ánh sáng nhântạo.

- Tăng cường quản lývà chăm sóc: Trồng nấm

trong nhà kính đòi hỏikiểm soát và quản lýnghiêm ngặt về môitrường trồng, đòi hỏi sựchuyên nghiệp trongchăm sóc và quản lý.

- Tính kỹ thuật cao:

Yêu cầu kiến thức kỹthuật cao về cả về trồngnấm và quản lý nhà kính,

tích trồng và tăng cườngsản lượng nấm trên cùngmột khu vực so với trồngnấm ngoài trời.

điều này có thể tạo ràocản cho những người mớibắt đầu trong ngành trồngnấm.

Trồng nấm bằngphương pháp lâm

- Sử dụng vật liệu phânhuỷ sinh học: Phương pháp

này sử dụng vật liệu phânhuỷ sinh học như tre, rơm,hoặc lúa làm vật liệu trồngnấm, giúp tận dụng tàinguyên tự nhiên và giảmtác động đến môi trường.

- Tự nhiên hóa sản phẩm:

Nấm được trồng trong môitrường tự nhiên nên có chấtlượng tự nhiên, an toàn chosức khỏe người tiêu dùng.

- Phù hợp với quy mô sảnxuất nhỏ: Phương pháp

lâm nghiệp thích hợp choviệc trồng nấm ở quy mônhỏ, cá nhân hoặc gia đình,không cần đầu tư lớn vàocơ sở vật chất hoặc côngnghệ.

- Thời gian phát triểndài: So với trồng nấm

trong nhà kính hoặc sửdụng công nghệ mới,phương pháp lâm nghiệpthường có thời gian pháttriển kéo dài hơn.

Khả năng kiểm soát môitrường hạn chế: Khó điềuchỉnh nhiệt độ, độ ẩm,ánh sáng và các yếu tốkhác trong quá trìnhtrồng nấm bằng phươngpháp lâm nghiệp so vớiviệc sử dụng các hệthống kiểm soát môitrường hiện đại.

- Tiêu tốn nhiều khônggian: Phương pháp lâm

nghiệp yêu cầu khônggian lớn để trồng nấm,đặc biệt khi điều kiệnmôi trường không thuậnlợi có thể ảnh hưởng đếnhiệu suất và chất lượngsản phẩm.

 Ưu điểm của hệ thống giám sát và điều khiển mô hình trồng nấm trongđề tài:

Với sự ra đời của các hệ thống giám sát và điều khiển mô hình trồng nấm thìngười ta có thể quản lý tốt các vấn đề về nhiệt độ, độ ẩm ,ánh sáng cũng nhưnhanh chóng điều khiển được toàn bộ hệ thống chăm sóc cây, hệ thống nàytất cả đều hiện đại và xử lý nhanh đồng nghĩa với việc đầu tư trang thiết bịhiện đại cho hệ thống tốn khá nhiều chi phí nhưng bù lại là cây nấm sẽ pháttriển tốt hơn, năng suất có thể cao hơn nhiều lần, tiết kiệm thời gian chămsóc, tiết kiệm được nhân công …

Kết hợp với V-Box, người nông dân có thể chủ động hơn trong việc trồngnấm, ngay cả khi đang ở xa trại nấm thì chỉ cần sử dụng một chiếc điện thoạikết nối với Internet là có thể giám sát và điều khiển được toàn bộ trang trại từxa.

- Có 2 loại thiết kế trại:

+ Loại 1: Trại lợp mái tôn và lá dừa.

+ Loại 2: Trại lợp mái bằng 3 lớp với 2 lớp lưới và 1 lớp bạc phủ.- Cả 2 trại này đều dùng vách 3 lớp như nhau (như loại 2) Trại dùng ládừa sẽ cho nhiệt độ mát hơn, thấp hơn từ 2-5 độ và thoáng hơn so với trạidùng cả mái và vách 3 lớp Mỗi loại đều có một ưu và nhược riêng nhưng đềuhiệu quả.

Hình 1.1: Trại nấm1.2.2.Thiết kế kệ treo để phôi nấm:

- Trong trại thì áp dụng mỗi loại kệ treo theo hình thức để phôi như:+ Giàn dây treo phôi nhưng ít người sử dụng.

+ Kệ đặt phôi nấm 3 tầng thì được nhiều người sử dụng.

Cũng tương tự vậy, mỗi loại thiết kế có ưu và nhược riêng, đa phầnngười trồng đều dùng giàn treo theo kiểu truyền thống Nếu dùng giàn treo,đòi hỏi thiết kế trại phải chuẩn và nguyên liệu như sắt để làm trại với cácthanh ngang phải tốt và tính toán rất kỹ, bởi sắt loại tốt thì mới có thể chịu nỗilực của lượng phôi lớn treo bên dưới vì lực chịu phải lên hàng “tấn”.

Hình 1.2: Thiết kế dàn nấm1.2.3 Quy trình vệ sinh trại nấm:

- Trước khi đưa đợt phôi mới vào trại, phải tiến hành xịt khuẩn cho trại, cách1-2 ngày là xịt 1 lần với nước vôi theo tỷ lệ 0.5% đến 1% để làm cho trại sạch sẽ,thoáng và không có bụi khuẩn Làm trong vòng 1-2 tuần rồi đưa phôi nấm mới về làhợp lý.

- Việc này để đảm bảo rằng khi đưa đợt phôi nấm mới về trại thì phôi nấm sẽkhỏe khoắn, không bị đe dọa bởi các vi khuẩn ẩm mốc, con trùng Bạn cũng có thểtrồng xen canh chứ không nên trồng 1 loại trong suốt thời gian đó.

- Sau khi xong hết một đợt nấm thì phải dọn hết phôi thải ra khỏi trại và cũngtiến hành vệ sinh khử trùng trại Để trống nhà trại đó trong vòng 3 tuần đến 1 thángđể đảm bảo trại được sạch sẽ nhất.

Vì trong thời gian các phôi nấm sinh trưởng, đây cũng là nguồn thức ăn củavi khuẩn và sâu bệnh, bởi môi trường này độ ẩm cao và nhiệt độ thấp, khôngnên đưa liền phôi mới vào sẽ gây bệnh cho nấm, giảm năng suất.

1.2.4 Quá trình ủ nấm:1.2.4.1 Thời gian ủ phôi:

Giai đoạn ủ phôi này tốt nhất là 70-75 ngày Trong đó là 30 ngày để tại lò ủ

sau khi cấy giống, sau đó mới chuyển vào trại nấm để đặt lên kệ phôi/giàn treo đểthêm 40-45 ngày để tơ già đi.

Có một số loại giống thường ủ ít ngày hơn, thường thì khoản 30-50 ngàynhưng loại này thường cho năng suất cao ở đợt ra nấm đầu tiên, về lại các đợt ranấm sau thì ko còn tốt như đợt đầu vì tơ chưa đủ già Vậy nên đó là lý do cần ủphôi tới 75 ngày.

1.2.4.2 Lưu ý khi ủ phôi:

Trong giai đoạn ủ phôi, tuyệt đối lưu ý các điều sau:+ Không được tưới nước lên phôi.

+ Chỉ cần giữ môi trường trong trại thoáng mát, dễ chịu, đảm bảo dưới 30độ C.

+ Tránh ánh nắng trực tiếp và mưa tạt vào bịch phôi.

Nếu thời tiết bên ngoài quá nóng vào mùa hè, nhiệt độ trong nhà trại tăngcao, cách tránh cho bịch chảy nước vàng ra thì có thể hạ nhiệt bằng cách:

+ Tưới nước dưới nền, tưới vài lần trong ngày.

+ Kết hợp tưới nước cho mái và tưới lên vách để hạ nhiệt trong trại.

Hình 1.3: Tơ nấm đã phát triển được 80% trong bịch phôi.1.2.4.3 Quá trình rút bông khỏi cổ nấm

- Sau giai đoạn ủ phôi bên trên là 70-75 ngày tính từ lúc cấy giống thì ta mớibắt đầu rút bông ở cổ phôi ra Tuy nhiên, trước khi rút bông thì ta có thể tưới sơ quakhoảng 2 phút để cho bông mềm, dễ rút và rửa sạch bụi bẩn bám trên bịch phôi.

- Sau khi đã rút bông xong, cần vệ sinh cổ phôi để loại bỏ tơ chết, làmcho cổ phôi sạch sẽ tạo điều kiện cho tơ nấm sống tiếp tục phát triển.

Hình 1.4: Rút bông khỏi cổ phôi.

Hình 1.5: Đóng nắp phôi nấm.1.2.5 Thời điểm sốc lạnh

Sau thời gian 10-15 ngày trên, khi tơ nấm đã ăn được đầy miệng phôi rồi thì

ta sẽ tới kỹ thuật sốc lạnh để kích thích nấm ra đồng đều.

Thực hiện việc sốc lạnh như sau:

+ Trước 1 ngày sốc lạnh, bạn sẽ quây kín trại lại để trại hầm bí và tăng nhiệt độlên.

+ Tối hôm sau, khoảng 10h đêm, thời điểm lý tưởng vì nước khá lạnh, chúng tatiến hành tưới nước toàn bộ phôi.

=> Lúc này nhiệt độ trong trại và nấm bị giảm đột ngột, gây ra hiện trạng sốc nhiệt và

kích thích các phôi ra nấm.

1.2.6 Hệ thống tưới nước cho nấm

Cách tưới nước cho Nấm Bào Ngư cũng vô cùng quan trọng, nó cũng có thểquyết định đến 90% sản lượng Vì nếu tưới sai cách cũng vô cùng ảnh hưởng đếnphôi nấm.

Có thể dùng hệ tưới tưới phun sương nhưng cần hạn chế vì nước sương nhẹ,rơi không cố định, sẽ rất dễ làm nước lọt vào cổ phôi và gây nên bệnh mốc xanh,úng vàng,… điều chỉnh hệ thống tưới phun sương với thiết kế nước tưới như hệthống chữa cháy là phun lên phôi, hơi mạnh chứ không tưới phun sương nhẹ.

Hình 1.6: Hệ thống tưới nước cho nấm thực tế

1.2.7 Quá trình thu hoạch nấm

Hình 1.7: Giao đoạn nấm thu hoạch

Thu hoạch nấm bằng cách là cầm chân nấm lắc nhẹ và rút ra và hái hết cảchùm Sau khi hái hết một đợt nấm, ta tiến hành làm vệ sinh gốc nấm còn sótlại, để tránh trường hợp bị úng thối và gây bệnh cho trại nấm.

Vệ sinh nấm sau khi thu hoạch:

Dùng thìa cạy nhẹ phần chân nấm còn sót lại trong cổ phôi, không cạy sâuvào phôi Thông thoáng trại khoảng 3 - 4 tiếng cho khô vết cạy rồi dùng nắp đãvệ sinh sạch đậy lại, nắp phải vệ sinh qua bằng nước vôi để diệt khuẩn, nấmmốc và phơi khô nắp Để yên cho tơ hồi phục ăn đều hết trong cổ phôi, khôngtưới nước khoảng 7 ngày Sau đó lặp lại các bước từ sốc nhiệt trở về sau nhưcác bước đã nêu ở trên, cứ như vậy chăm sóc cho các đợt nấm tiếp theo.

1.2.8 Rút ra cách trồng nấm cho mô hình

Mô hình đã có ở thực tế với hệ thống tưới nước tự động theo thời gianhoặc bằng tay và không thể giám sát điều khiển từ xa Cộng thêm không thểcanh chỉnh đúng nhiệt độ và độ ẩm thích hợp cho nấm phát triển đúng kỹthuật yêu cầu và đạt năng suất cao nhất Từ mô hình thực tế và thông qua họchỏi, em đã rút ra cách trồng nấm cho mô hình của mình: Thiết kế mô hìnhvới kích thước mỗi khu là 35x35cm, dùng mica để tạo ra mô hình Sử dụng 3cảm biến là cảm biến độ ẩm ,nhiệt độ, ánh sáng để đo độ ẩm, nhiệt độ, ánhsáng cho nấm Sử dụng PLC S7 1200 để lập trình điều khiển cho mô hình,khi đọc được các giá trị do cảm biến gửi về

PLC sẽ điều khiển relay kích cho bơm, đèn, quạt hoạt động theo giá trị đầuvào do ta đã cài đặt, từ đó đảm bảo điều kiện tốt nhất cho nấm phát triển Kếtnối hệ thống với HMI Wecon và V-BOX để điểu khiến giám sát hệ thống từxa một cách thông minh Có thể điều chỉnh code PLC và giao diện HMI từ xakhông cần phải đến nơi đặt hệ thống, thì chúng ta vẫn có thể giám sát hệthống một cách dể dàng chỉ cần có internet.

1.3.MỤC TIÊU VÀ Ý TƯỞNG

1.3.1 Mục tiêu:

Hệ thống giám sát và điều khiển mô hình trồng nấm là một hệ thốnghướng đến sự tiện lợi và nhanh chóng trong vấn đề nuôi trồng và chăm sóc trạinấm với quy mô lớn nhằm giúp tiết kiệm nhân công mà vẫn đạt công suất tốiđa, hiệu quả cao.

Đề tài giải quyết vấn đề thiết kế hệ thống giám sát nhiệt độ, độ ẩm, ánhsáng cho người vận hành có thể dễ dàng kiểm tra và sử dụng

Toàn bộ hệ thống trồng nấm sẽ được điều khiển và giám sát thông qua hệthống màn hình HMI trên WinCC.

Giải quyết vấn đề giám sát trại nấm tại nhà mà không cần phải ra trạikiểm tra, rút ngắn thời gian cũng như ít can thiệp nhiều vào quá trình nuôitrồng, tăng hiệu quả của hệ thống lên cao.

1.3.2 Ý tưởng:

Theo các mục tiêu đã nêu trên, em có ý tưởng giám sát và điều khiển môhình trồng nấm trên màn hình HMI, dùng hai PLC slave làm nhiệm vụ thu thậpdữ liệu bằng các cảm biến và gửi dữ liệu về một con PLC master, PLC mastersẽ nhận dữ liệu đưa về để ra lệnh và điều khiển hai slave thực hiện công việcdưới nhà nấm như điều khiển động cơ phục vụ việc trồng nấm, nhằm tiết kiệmđược một lượng nhân công lớn, và độ hiệu quả cao, hỗ trợ giám sát và điềukhiển từ xa dễ dàng

Vì vậy em quyết định chọn đề tài “Thiết kế hệ thống giám sát và điềukhiển mô hình trồng nấm sử dụng PLC – S7 1200”.

1.4 BÀI TOÁN CẦN ĐẶT RA

Có rất nhiều hướng để thiết kế bộ xử lí trung tâm có thể điều khiển môhình giám sát trại nấm, đối với quy mô lớn nên sử dụng PLC làm bộ xử lítrung tâm là hợp lý nhất cho thực tế nên sử dụng PLC S7 1200 để điều khiểnmô hình, giám sát cho đề tài nhằm tiếp cận gần với thực tế nhất.

Hệ thống giám sát và điều khiển mô hình trồng nấm có nhiệm vụ giámsát các thông số của môi trường trong trại từ xa, có thể điều khiển các thiết bịbơm, quạt, đèn nhằm giúp phôi nấm phát triển tốt.

1.5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

- Tìm hiểu cách chăm sóc trại nấm trong thực tế, thiết kế và thi công mô hình hệthống giám sát và điều khiển tự động.

- Khảo sát một số mô hình thực tế và một số đề tài trước.- Tham khảo tài liệu trên các trang tự động hóa.

- Thiết kế sơ đồ, lựa chọn linh kiện phù hợp.- Thiết kế hệ thống điều khiển.

- Chỉnh sửa các lỗi điều khiển lập trình, lỗi của thiết bị trên phần mềm môphỏng WinCC.

- Thiết kế giao diện trên HMI và Wecon- Đề ra hướng phát triển.

Kết luận:

Với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật và đặc biệt là nhucầu phát triển tự động hoá trong nuôi trồng theo quy mô lớn thì bài toán đặt raphải áp dụng được các kĩ thuật tiên tiến tạo ra một hệ thống đưa vào xử lí mọihạn chế trong công việc nuôi trồng hiện nay Vì vậy em quyết định thực hiệnđề tài với mong muốn có thể giải quyết phần nào và cải thiện tốt nhất cho việcnuôi trồng hiện nay đặc biệt là mô hình trồng nấm.

1.6 DỰ KIẾN KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC

Qua quá trình thực hiện nghiên cứu về đề tài này, dự kiến những kết quảcó thể đạt được như sau:

- Thiết kế được hệ thống giám sát và điều khiển phù hợp với điều kiện thực tế.- Phân tích lựa chọn được phương án và giải pháp phù hợp cho hệ thống giámsát và điều khiển cho phù hợp với điều kiện thực tế trong mô hình trồng nấm.

- Đề xuất cải tiến hoặc có hướng cải tiến để ứng dụng vào thực tế tiện lợi và cóích hơn thực tế hiện tại.

CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT2.1 YÊU CẦU CÔNG NGHỆ

Hiểu rõ các yêu cầu của đề tài và thực hiện thật tốt vấn đề được được đưa ra như sau:

- Nắm được nguyên lý làm việc của mô hình sẽ xây dựng.- Biết sử dụng và lập trình cho PLC S7-1200.

- Nghiên cứu phần mềm PI Studio và tìm hiểu về V-NET cũng như chức năng remote của wecon để thiết kế được giao diện để điều khiển, giám sát hệ thống từ xa.

Đưa ra các thiết bị có thể sử dụng cho mô hình, từ đó có thể thiết kể phầncứng cho mô hình.

2.1.1 Nguyên lý làm việc của mô hình.

Ở phần này cần vẽ sơ đồ nguyên lý làm việc của mô hình, trình bày đượcnguyên lý làm việc của mô hình, nguyên lý làm việc của các phần tử trong môhình Nắm được nguyên lý kết nối cũng như phương pháp kết nối giữa thiết bịđiều khiển và các phần tử được điều khiển trong mô hình.

2.1.2 Tạo mô hình trên giao diện HMI.

Yêu cầu tạo ra giao diện có thể tương tác các được với hệ thống bằng cách sửdụng phần mềm PI Studio.

Tìm hiểu phương pháp để điều khiển các phần tử trong mô hình nhằm đưa raphương pháp tối ưu để mô hình có thể làm việc tốt nhất.

Biết cách kết nối với các phần mềm TIA Portal Xem các số chân Input/Outputmô phỏng để liên kết được với bộ điều khiển PLC S7 1200.

2.2 CÁC LOẠI TRUYỀN THÔNG ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG MÔ HÌNH

Với thời đại công nghệ hiện nay, khoa học và kỹ thuật ngày một phát triển mạnh mẽ Đồng hành theo đó, ngành công nghiệp cũng phát triển không ngừng nghỉ, đặc biệt là trong lĩnh vực truyền thông trong công nghiệp Việc kết hợp cả 2

giao thức truyền thông Profinet và Modbus hệ thống có thể tận dụng được lợi ích của từng giao thức một cách toàn diện, từ tính linh hoạt, tương thích cho đến sự đa dạng của cả 2 giao thức.

2.2.1 Truyền thông Profinet

Profinet là một giải pháp mạng Ethernet công nghiệp mở được sử dụng tronglĩnh vực tự động hóa Nó cho phép truyền dữ liệu giữa các thiết bị và bộ điềukhiển trong một hệ thống tự động hóa Với tính mở và khả năng tương thíchvới nhiều thiết bị từ nhiều nhà sản xuất khác nhau, Profinet đã trở thành tiêuchuẩn Ethernet hàng đầu trong công nghiệp.

Profinet sử dụng giao thức Ethernet để xác định việc truyền thông giữa cácthành phần trong hệ thống Nó hỗ trợ giao tiếp theo chu kỳ và không theo chukỳ, đảm bảo truyền dữ liệu chính xác và đồng bộ Mạng Profinet có thể chứacác giao thức Ethernet khác nhau, tạo điều kiện cho tích hợp và mở rộng hệthống.

Hình 2.1: Giao thức truyền thông Profinet

 Nguyên lý hoạt động của giao thức Profinet

Profinet là một giao thức truyền thông công nghiệp dùng để kết nối và quảnlý các thiết bị trong một mạng công nghiệp Hệ thống Profinet hoạt động dựatrên TCP/IP và Ethernet, giúp việc truyền thông giữa các thiết bị trở nên linhhoạt và hiệu quả.

Kiến trúc Profinet bao gồm các thành phần chính như:

 Profinet IO (Input-Output) cho việc truyền thông với các thiết bị đầu vào và

thiết bị đầu ra.

 Profinet CBA (Component Based Automation) cho việc quản lý các thành

phần trong hệ thống tự động hóa.

Profinet hỗ trợ thời gian thực RT (Real - Time), cho phép truyền thông trong

thời gian thực giữa các thiết bị trong mạng, đảm bảo độ chính xác và đồng bộtrong các quy trình công nghiệp.

Giao thức Profinet sử dụng các phương thức như Profinet Cyclic, Profinet

IRT (Isochronous Real-Time) để đảm bảo việc truyền thông trong mạng được

- Tốc độ cao: Profinet được thiết

kế để hoạt động ở tốc độ cao, giúptruyền thông nhanh và chính xác

- Tính linh hoạt: Giao thức này

linh hoạt và có khả năng mở rộng,cho phép tích hợp dễ dàng vớinhiều loại thiết bị và hệ thốngkhác nhau.

- Chất lượng và đáng tin cậy:

Profinet cung cấp chất lượng và

- Độ phức tạp: Cấu hình và triển

khai các hệ thống sử dụngProfinet có thể đòi hỏi kiến thứcvà kỹ năng chuyên môn cao, đôikhi gặp khó khăn trong việc càiđặt và vận hành.

- Chi phí: Sử dụng và triển khai

Profinet có thể đòi hỏi đầu tư banđầu cao do cần các thiết bị vàcông nghệ phức tạp.

độ tin cậy cao trong việc truyềnthông dữ liệu, đảm bảo sự ổn địnhtrong các ứng dụng công nghiệpquan trọng.

- Hỗ trợ công nghiệp 4.0:

Profinet chơi vai trò quan trọngtrong việc hỗ trợ Đề án Côngnghiệp 4.0 bằng cách cung cấp sựtích hợp và hiệu suất cao cho hệthống tự động hóa công nghiệp.

- Quản lý mạng hiệu quả:

Profinet cung cấp khả năng quảnlý mạng mạnh mẽ, giúp tối ưu hóaviệc cấu hình và theo dõi hệ thốngdễ dàng.

- Cần kết nối được với thiết bị

hỗ Trợ: Profinet yêu cầu sự

tương thích với thiết bị hỗ trợ đểđảm bảo hiệu suất và tính tươngthích của hệ thống.

2.2.2 Truyền thông Modbus RTU

Truyền thông Modbus RTU là một phương thức truyền thông trong giao thứcModbus, sử dụng để giao tiếp với các thiết bị điều khiển công nghiệp thôngqua phương thức truyền dẫn tín hiệu RS 485 hoặc RS 232.

Trong đề tài này em sử dụng phương thức truyền dẫn tín hiệu RS 485 vìphương thức này cho tốc độ truyền cao hơn, truyền dẫn được xa hơn, ít bịnhiễu và kết nối được nhiều thiết bị hơn so với phương pháp RS 232.

Bảng 2.2: So sánh chuẩn truyền thông RS232 và RS485 [2]

Tốc độ truyền tối đa 20kb/s 10Mb/s – 100kb/s

Bảng 2.3: Ưu điểm và nhược điểm của Modbus RS485

- Khoảng cách truyền dẫn lớn:

RS-485 cho phép truyền dẫn ởkhoảng cách lên đến 1200m, giúpmở rộng mạng lưới truyền thôngtrong môi trường công nghiệplớn.

- Tốc độ truyền dữ liệu cao:

RS-485 hỗ trợ tốc độ truyền dữliệu cao, phù hợp cho môi trườngcông nghiệp đòi hỏi độ chính xácvà thời gian phản hồi nhanh.

- Khả năng kết nối nhiều thiết

- Khoảng cách điện áp ngắn:

RS-485 yêu cầu nguồn cung cấpđiện áp ổn định và khoảng cáchngắn hơn so với mạng lưới truyềnthông Ethernet.

- Phức tạp trong cấu hình: Đôi

khi cấu hình và cài đặt mạng 485 có thể khó khăn và đòi hỏikiến thức kỹ thuật cao.

RS Tốn nhiều dây nối: RSRS 485

thường yêu cầu sử dụng nhiều dâynối so với một số phương pháp

bị: RS-485 cho phép kết nối

nhiều thiết bị trên cùng một mạnglưới với chi phí thấp và hiệu suấtcao.

- Khả năng chống nhiễu tốt:

RS-485 có khả năng chống nhiễutốt, giúp giảm thiểu ảnh hưởng từnhiễu điện từ trong môi trườngcông nghiệp.

- Chi phí thấp: Cáp và thiết bị

kết nối RS-485 có chi phí thấp,làm cho việc triển khai mạng lướitruyền thông dễ dàng và hiệu quả.

truyền thông khác.

- Chia sẻ tài nguyên mạng: Một

mạng RS-485 chia sẻ tài nguyênnên đôi khi có thể gây ảnh hưởngcho hiệu suất truyền thông khi cóquá nhiều thiết bị kết nối trêncùng một đường truyền.

 Nguyên lý hoạt động của giao thức Modbus RS-485

Trong giao tiếp RS485, hệ thống sử dụng dây tín hiệu gồm 2 dây vặn xoắnvới nhau, thường được gọi là cáp xoắn đôi chống nhiễu để truyền dẫn tín hiệu.Cấu trúc xoắn của cặp dây giúp cân bằng về điện áp giữa 2 dây khi có nhiễugiúp cho tín hiệu luôn ổn định và truyền được ở khoảng cách xa.

Nguyên lý chống nhiễu của dây truyền tín hiệu chuẩn RS-485: trong môitrường nhiễu, hướng của dòng nhiễu được tạo ra bởi từ trường ngược lại vớidòng điện của dây dẫn, vì vậy dòng nhiễu sẽ thấp hơn cáp thẳng thông thường.Ảnh hưởng nhiễu của từ trường sẽ tác động đồng thời lên cả 2 dây dẫn (điệnáp cùng tăng hoặc cùng giảm ở cả 2 lõi dẫn của cặp dây xoắn) nhờ vậy sựchênh lệch điện áp giữa 2 dây luôn không đổi khi có nhiễu, tín hiệu truyền đitừ thiết bị phát đến thiết bị thu được giữ nguyên.

2.3 SƠ ĐỒ KHỐI VÀ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

2.3.1 Sơ đồ khối của hệ thống

Sơ đồ khối các khâu trong hệ thống điều khiển và giám sát mô hình trồngnấm được thể hiện trong hình 2.3.

Hình 2.3: Sơ đồ kết nối tổng quan của hệ thống

Hệ thống bao gồm các khối thành phần như sau:

- Khối nguồn: Cung cấp nguồn điện cho tất cả các thiết bị trong hệ thống.- PLC SLAVE: Nhận các giá trị từ cảm biến đọc được để xử lý.

- PLC MASTER: nhận và xử lý dữ liệu từ các SLAVE.

- Cảm biến: Sử dụng cảm biến để đo các thông số môi trường rồi đưa vào bộ điềukhiển để xử lý.

- V-BOX: Nhận dữ liệu mà PLC MASTER thu được từ các SLAVE để tuyềnthông lên V-NET và có thể giám sát điều khiển toàn bộ hệ thống từ xa.

- HMI SLAVE: Hiển thị các thông số mà PLC SLAVE xử lý được.- HMI MASTER: Hiển thị các dữ liệu từ SLAVE gửi về.

- Các thiết bị đầu ra: Dựa vào các thông số của môi trường mà bộ điều khiểnnhận được sẽ điều khiển các thiết bị bơm, quạt, đèn theo đúng chương trìnhđược đưa vào.

Hình 2.4: Sơ đồ tổng quan của hệ thống2.3.2 Quy trình công nghệ

Hệ thống giám sát nhà nấm gồm rất nhiều thiết bị, bao gồm như: Cảmbiến ánh sáng, Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm không khí, relay, máy bơm, quạt,đèn, bộ điều khiển (PLC S7-1200), HMI, V-BOX.

Tất cả được lần lượt phân loại dựa theo:

- Nhóm các thiết bị chấp hành (relay, máy bơm, quạt, đèn)

- Nhóm các thiết bị điều khiển và xử lý tín hiệu (PLC, HMI, V-BOX)

- Nhóm các thiết bị ra lệnh và phản hồi (switch, cảm biến ánh sáng, cảm biếnnhiệt độ và độ ẩm không khí)

Chi tiết về chức năng của các nhóm:

- Switch: Có 2 trạng thái gửi tín hiệu vào PLC để chuyển trạng thái hoạt độngcủa hệ thống (Auto/Manual).

- Các cảm biến: Lần lượt có các cảm biến ánh sáng, cảm biến nhiệt độ và độẩm,… Các cảm biến này sẽ gửi các giá trị đọc được vào PLC, mỗi cảm biến sẽ cómột chức năng riêng:

• Cảm biến ánh sáng: Đọc giá trị cường độ ánh sáng từ môi trường rồi gửi vềPLC.

• Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm: Đọc giá trị nhiệt độ và độ ẩm từ môi trường rồigửi về PLC.

Quy trình giám sát và điều khiển mô hình trồng nấm được thực hiện theotrình tự như hình 1.

Mô hình sẽ thu thập các giá trị đo được từ cảm biến sau đó PLC sẽ xử lýcác thông số mà cảm biến đọc được, màn HMI sẽ hiển thị các thông số màPLC xử lý được và hiển thị giao diện điều khiển và giám sát cho người dùng,các thiết bị ngõ ra sẽ do PLC điều khiển dựa vào các thông số do người dùngcài đặt.

Hệ thống điều khiển và giám sát nhà nấm gồm các thành phần như:Phòng điều khiển: tại đây Bộ điều khiển PLC s7-1200 được tích hợpphần mềm đã lập trình dựa trên lưu đồ thuật toán đã được xây dựng cho hệthống Ngoài ra còn có màn hình HMI để phục vụ người giám sát điều khiểnquá trình trồng nấm.

Khu vực nuôi trồng: Ở khu vực này sẽ gồm có cảm biến nhiệt độ, độ ẩm,ánh sáng Nếu phát hiện nhiệt độ trong trại quá cao thì mô hình sẽ tự bật quạtđể giảm nhiệt độ trong nhà nấm, nếu độ ẩm không khí trong nhà nấm quá thấpthì mô hình sẽ tự bật bơm phun sương cấp ẩm cho nấm phát triển và dựa theođó nếu ánh sáng trong nhà nấm chưa đủ thì mô hình sẽ bật đèn để cung cấpánh sáng.

 Kết luận chương II:

Từ các ý tưởng và mục tiêu đã được nêu ra ở chương I thì qua chương IIem đi vào nghiên cứu thiết kế chi tiết các cấu trúc cơ bản của một mô hìnhgiám sát và điều khiển nuôi trồng nấm Từ đó đưa ra quy trình công nghệ củahệ thống, sơ đồ khối hệ thống.

Giới thiệu khái quát về quy trình hoạt động của hệ thống Từ đó xâydựng ý tưởng chi tiết về các chức năng để nuôi trồng nấm phù hợp.

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN THÀNH PHẦNCHÍNH CỦA HỆ THỐNG

Thông qua chương I và II thì em đã xác định được mục tiêu, quy trìnhcông nghệ, sơ đồ khối của hệ thống Từ đây để qua chương III sẽ lựa chọnthiết kế tính chọn phần cứng cho hệ thống.

3.1 LỰA CHỌN BỘ ĐIỀU KHIỂN CHÍNH (MASTER)Chức năng của PLC Master trong đề tài:

Xử lý và điều khiển các thiết bị Slave, gửi lệnh và nhận dữ liệu từ Slave đểthực hiện các chức năng điều khiển và giám sát.

3.1.1 PLC S7 – 1200

Đối với các quy trình sản xuất nhỏ thì người ta thường sử dụng vi điềukhiển để xử lí Nhưng đối với những quá trình sản xuất với quy mô lớn thì viđiều khiển không còn đáp ứng được yêu cầu về độ tin cậy, độ bền nữa

Trên thế giới hiện nay có nhiều hãng PLC lớn nổi tiếng như: ABB,Mitsubishi, Siemens, Omron, … Nhưng PLC của hãng Siemens là được sửdụng phổ biến ở Việt Nam, giá thành hợp lí, hỗ trợ nhiều trong việc lập trìnhnhư: Truyền thông, PID, Motion Control, … Giao diện thân thiện với ngườidùng và dễ sử dụng

PLC họ S7-1200 cung cấp một số lượng lớn các module tín hiệu và bảngtín hiệu để mở rộng dung lượng của CPU Người dùng còn có thể lắp đặt thêmcác module truyền thông để hỗ trợ các giao thức truyền thông khác

Bộ điều khiển logic của PLC S7-1200 mang lại tính linh hoạt và sứcmạnh đủ để điều khiển nhiều thiết bị khác, đa dạng hỗ trợ các yêu cầu về điềukhiển tự động Sự kết hợp giữa thiết kế thu gọn, cấu hình linh hoạt và tập lệnhmạnh mẽ đã khiến cho S7- 1200 trở thành một giải pháp hoàn hảo dành choviệc điều khiển nhiều ứng dụng đa dạng khác nhau.

Trong đề tài này, em sử dụng PLC S7- 1200 - 1215C - DC/DC/DC mã

Hình 3.1: PLC S7- 1200 - 1215C - DC/DC/DC.

Kết hợp bộ vi xử lý, bộ nguồn tích hợp, các mạch ngõ vào và ngõ ra trongmột kết cấu thu gọn, CPU trong S7-1200 đã tạo ra một PLC mạnh mẽ Sau khingười dùng tải xuống một chương trình, CPU sẽ chứa mạch logic được yêu cầu đểgiám sát và điều khiển các thiết bị nằm trong ứng dụng CPU giám sát các ngõ vàovà làm thay đổi ngõ ra theo logic của chương trình người dùng đã tải xuống, có thểbao gồm các hoạt động như logic Boolean, việc đếm, định thì, các phép toán phứchợp và truyền thông với nhiều thiết bị thông minh khác Hơn nữa, PLC dòng S7-1200 cung cấp một số lượng lớn các module tín hiệu và bảng tín hiệu để mở rộngdung lượng của CPU Ngoài ra, người dùng còn có thể lắp đặt thêm các moduletruyền thông để hỗ trợ các giao thức truyền thông khác.

3.1.2 [3] Thông số kĩ thuật của PLC S7-1200 mã 6ES7215-1AG40-0XB0Bảng 3.1: Thông số kỹ thuật PLC S7 – 1200

Thông tin chung

Ký hiệu loại sản phẩm CPU 1215C DC/DC/DC

Nguồn cung cấp

Dòng điện tiêu thụ 500 mA cho duy nhất CPU

Dòng điện tiêu thụ tối đa 1500 mA cho CPU và tất cả các mô đun mở rộngDòng điện khởi động 12 A tại 28.8 VDC

Dòng điện ngõ ra

Cho Backplane bus

(5 VDC), tối đa 1600 mA, tối đa 5 VDc cho các mô đun tín hiệu (SM)và mô đun truyền thông (SM)Công suất tổn thất 12 W

Bộ nhớ

Bộ nhớ thực thi Tích hợp: 125 kbyteMở rộng: Không

Bộ nhớ chương trình Tích hợp trong CPU: 4 Mbtye

Backup Không có nguồn pin: Có, chương trình và dữ liệu

Cấu trúc phần cứng

Số lượng tối đa mô đun mở

rộng 3 mô đun truyền thông, 1 signal board, 8 mô đun tínhiệu

Ngõ vào số

Số lượng ngõ vào số 14, tích hợpTrong đó, số lượng ngõ

vào sử dụng cho hàm chứcnăng

6; bộ đếm tốc độ cao High Speed Counter HSCĐiện áp vào Giá trị: 24 VDC

Cho tín hiệu mức "0": +5 VDC tại 1 mACho tín hiệu mức "1": +15 VDC tại 2.5 mA

Ngõ ra số

Trong đó, số lượng ngõ ra xung tốc độcao

Hình 3.2: PLC S7- 1200 - 1214C - DC/DC/DC mã 6ES7215-1AG40-0XB0.

3.2.1 [4]Thông số kĩ thuật của PLC S7-1200 mã 6ES7215-1AG40-0XB0 Bảng 3.2: Thông số kỹ thuật PLC S7 – 1200

Thông tin chung

Ký hiệu loại sản phẩm CPU 1214C DC/DC/DC

Nguồn cung cấp

Dòng điện tiêu thụ 500 mA cho duy nhất CPU

Dòng điện tiêu thụ tối đa 1500 mA cho CPU và tất cả các mô đun mở rộngDòng điện khởi động 12 A tại 28.8 VDC

Bộ nhớ chương trình Tích hợp trong CPU: 4 Mbtye

Backup Không có nguồn pin: Có, chương trình và dữ liệu

vào sử dụng cho hàm chứcnăng

6; bộ đếm tốc độ cao High Speed Counter HSCĐiện áp vào Giá trị: 24 VDC

Cho tín hiệu mức "0": +5 VDC tại 1 mACho tín hiệu mức "1": +15 VDC tại 2.5 mA

3.3 LỰA CHỌN CÁC THIẾT BỊ NGÕ RA TRONG HỆ THỐNG

3.3.1 Tính toán và chọn máy bơm

Yêu cầu của mô hình là lưu lượng giao động từ 1,5 - 2 lít/phút và áp lực bơmkhoảng 3 - 6 bar với hiệu suất bơm 65-90% Từ đó ta tính chọn bơm phù hợp:Áp lực: 0.3 (Mpa)=300000 (pa)

Lưu lượng: 1,5 (lit/phút) = 0.025 (lit/s) Chọn hiệu suất : n = 0.8

Tính công suất máy bơm:

Áp dụng công thức [5]: P=Q∗pS =

0.8 = 9,375(W) ≈ 9,5 (W)Trong đó:

P: Công suất máy bơm (W)Q: Áp lực (Mpa)

p: Lưu lượng (lit/s)S: Hiệu suất máy bơm

Hình 3.3: Máy bơmChức năng của máy bơm trong đề tài:

Máy bơm trong hệ thống nuôi trồng nấm được sử dụng để tưới nước tự động dựa trên các thông số như độ ẩm không khí, nhu cầu nước của cây nấm, và các thamsố khác được cảm biến đo lường Việc tự động tưới nước giúp duy trì môi trường nuôi trồng ổn định và cung cấp đủ lượng nước cho nấm phát triển.

Thông số kỹ thuật:

- Điện áp : 12V.

- Công xuất : 9,5W – 0,7A.- Áp lực : 0.3kg (0,3Mpa).- Lưu lượng : 1,5L - 2L/phút.