Báo cáo Điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu (ct381) thiết kế và Điều khiển giám sát hệ thống scada cho trại nuôi tôm công nghiệp (5 ao)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ TRƯỜNG BÁCH KHOA Thiết kế và điều khiển giám sát hệ thống SCADA cho trại nuôi tôm công nghiệp 5 ao.. Với sự phát triển mạnh mẽ của công ng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ TRƯỜNG BÁCH KHOA

Thiết kế và điều khiển giám sát hệ thống SCADA cho trại

nuôi tôm công nghiệp (5 ao)

Giảng viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: Nhóm 17

ThS Trần Lê Trung Chánh Nguyễn Minh Quân B2113231

Nguyễn Trọng Ân B2106610

Cần Thơ, tháng 12 năm 2024

1 GIỚI THIỆU

Trong bối cảnh ngành nông nghiệp đang từng bước chuyển đổi số và ứng dụng các công nghệ tiên tiến để tối ưu hóa quy trình sản xuất, hệ thống SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) đóng vai trò quan trọng, đặc biệt trong lĩnh vực nuôi trồng thủy sản công nghiệp Với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ IoT và tự động hóa, việc áp dụng hệ thống SCADA vào quản lý trại nuôi tôm công nghiệp không chỉ là một xu hướng mới mà còn trở thành một giải pháp thiết yếu để nâng cao hiệu quả sản xuất và bảo vệ môi trường

Đề tài này tập trung vào việc thiết kế và triển khai hệ thống SCADA nhằm giám sát

và điều khiển các hoạt động của một trại nuôi tôm công nghiệp với quy mô 5 ao nuôi Hệ thống SCADA sẽ đóng vai trò quan sát các thông số quan trọng như nhiệt

độ, mực nước, chất lượng nước, và nồng độ pH trong từng ao nuôi Bằng cách theo dõi các thông số này theo thời gian thực, người nuôi tôm có thể điều chỉnh các điều kiện trong ao một cách kịp thời và chính xác để duy trì môi trường lý tưởng cho tôm phát triển, từ đó giảm thiểu tối đa các rủi ro do thay đổi bất ngờ của môi trường

Bên cạnh chức năng giám sát, hệ thống SCADA còn cung cấp khả năng ghi nhận và lưu trữ dữ liệu từ các cảm biến và thiết bị tại mỗi ao nuôi Các dữ liệu này sẽ được phân tích và tổng hợp, giúp người nuôi có thể đưa ra các chiến lược quản lý ao nuôi hiệu quả hơn Dựa vào các dữ liệu thu thập được, hệ thống SCADA không chỉ giúp

dự đoán các xu hướng biến đổi của môi trường nước mà còn cho phép phát hiện sớm các vấn đề có thể ảnh hưởng đến sức khỏe và chất lượng của tôm nuôi

Việc triển khai hệ thống SCADA trong trại nuôi tôm công nghiệp mang lại nhiều lợi ích to lớn, từ việc tăng năng suất sản xuất cho đến giảm thiểu chi phí vận hành Hệ thống tự động này giúp người nuôi tôm tối ưu hóa quy trình quản lý, giảm thiểu sự phụ thuộc vào nhân lực, và nâng cao chất lượng nước trong ao nuôi Đồng thời, hệ thống cũng hỗ trợ việc bảo vệ môi trường sống xung quanh các trại nuôi, nhờ khả năng kiểm soát và điều chỉnh lượng nước thải và chất lượng nước đầu ra

Với sự phát triển không ngừng của công nghệ và yêu cầu cao hơn về bảo vệ môi trường, hệ thống SCADA hứa hẹn sẽ trở thành một công cụ hỗ trợ đắc lực cho các trang trại nuôi tôm công nghiệp, đồng thời mở ra một hướng đi mới cho ngành nuôi trồng thủy sản bền vững và an toàn

2 PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN

2.1 Thiết kế tổng quan

Sơ đồ khối của hệ thống ao nuôi tôm công nghiệp:

Hình 2.1 Sơ đồ khối của hệ thống

Sơ đồ khối của hệ thống được giải thích chi tiết như sau:

• Khối CẢM BIẾN: Thu thập dữ liệu từ môi trường hoặc quá trình và gửi tín hiệu

đến PLC

• Khối PLC S7-1200: Là trái tim của hệ thống, xử lý dữ liệu từ cảm biến và ra lệnh

cho cơ cấu chấp hành

• Khối CƠ CẤU CHẤP HÀNH: Thực hiện các hành động vật lý dựa trên lệnh từ

PLC, như điều khiển máy móc hoặc van

• Khối SCADA: Hệ thống giám sát và thu thập dữ liệu từ xa, cho phép người dùng

theo dõi và điều khiển hệ thống thông qua giao diện trực quan

• Khối HIỂN THỊ: Hiển thị thông tin và dữ liệu quan trọng từ SCADA để người

dùng có thể quan sát

• Khối ĐIỀU KHIỂN: Thao tác của người dùng lên màn hình SCADA

• Khối XUẤT DATA: Xuất dữ liệu từ SCADA để phân tích hoặc lưu trữ

2.2 Thiết kế chi tiết hệ thống

2.2.1 Thiết kế chương trình điều khiển trên PLC

Lưu đồ:

Hình 2.2.1a Lưu hàm Main

Hình 2.2.1b Lưu đồ Logic điều khiển

Hình 2.2.1c Lưu đồ chạy Auto

Hoạt động của hệ thống gồm 3 quy trình chính được mô tả ngắn gọn như sau:

1 Khởi động và vận hành SCADA: Hệ thống bật nguồn, hiển thị trạng thái trên SCADA, và kích hoạt chế độ Auto hoặc Manual Auto vận hành tự động, Manual cho phép điều khiển thủ công Dữ liệu từ cả hai chế độ được tổng hợp

để điều khiển cơ cấu chấp hành

2 Điều khiển Auto và Manual: Kiểm tra nguồn điện và chế độ Nếu Auto bật, Manual tắt và hệ thống tự động điều khiển Nếu Manual bật, Auto tắt và người dùng trực tiếp điều khiển thông qua công tắc (SW)

3 Quản lý ao nuôi: Kiểm tra mức nước, bơm nước khi thiếu, xả nước khi dư và

xử lý bằng máy phun vôi Theo dõi giờ cho ăn, bật máy khi cần và tắt sau giờ kết thúc Nếu pH thấp, kích hoạt máy phun vôi để tăng pH

*Quy trình lặp lại liên tục, đảm bảo ao nuôi duy trì điều kiện lý tưởng

2.2.2 Cấu hình phần cứng

Thiết lập thiết bị

Phần cứng hệ thống cho ao tôm bao gồm:

• PLC S7 1200 - CPU 1212C DC/DC/DC

• WinCC RT Advanced

• IE general

Được thể hiện như bên dưới

Hình 2.2.2a Cấu trúc phần cứng Thiết lập kết nối

Để thực hiện mô phỏng trên S7-PLCSIM V16 hệ thống phần cứng cần kết nối Network và Connection giữa các thiết bị như hình bên dưới

Hình 2.2.2b Network phần cứng

Hình 2.2.2c Connection hệ thống

2.2.3 Lập trình hệ thống bằng ngôn ngữ Ladder

Hình 2.2.3a Chương trình Main

Hình 2.2.3b Chương trình Nguồn

Hình 2.2.3c Chương trình Chuyển động

Hình 2.2.3d Chương trình Auto_ao1

Hình 2.2.3e Chương trình Manual

Hình 2.2.3f Chương trình Set_cambien

Hình 2.2.3g Chương trình Thoigian

Hình 2.2.3h Chương trình Tổng hợp ngõ ra

2.2.4 Các khối DB và chức năng

Khối DB Canhbao: dùng để chứa các biến cảnh báo khi bật máy cho ăn của các ao

Hình 2.2.4a Khối DB Canhbao

Khối DB chuyển động ao 1 để chứa dữ liệu tạo chuyển động tương tự cho các ao còn lại

Hình 2.2.4b Khối DB Chuyển động Ao 1

Khối DB Dữ liệu ao 1: dùng để chữa dữ liệu khi mô phỏng các cảm biến cho ao 1, tương tự cho các ao còn lại

Hình 2.2.4c Khối DB Dữ liệu Ao 1

Khối DB Hệ thống ao 1: dùng để chứa các biến điều khiển cơ cấu chấp hành của ao 1 ở 2 chế độ Auto và Manual, tương tự cho các ao còn lại

Hình 2.2.4c Khối DB Hệ thống Ao 1

Khối DB Realtime: dùng để chứa dữ liệu thời gian thực cho hệ thống

Hình 2.2.4d Khối DB REALTIME

Khối DB Thời gian ao 1: dùng để chứa các thời gian bật và tắt máy cho ăn của ao 1, tương tự cho các ao còn lại

Hình 2.2.4e Khối DB Thời gian Ao 1

Các Tag của hệ thống: chứa các ngõ ra của hệ thống

Hình 2.2.4f Các Tag của hệ thống

2.2.5 Thiết kế giao diện hệ thống

Hình 2.2.5a Màn hình chờ

Hình 2.2.5b Màn hình đăng nhập

Giao diện chính của hệ thống: để thực hiện điều khiển cả 5 ao cùng lúc, bảng điều

SYSTEM dùng để mở bảng điều khiển

Hình 2.2.5c Giao diện chính của hệ thống

Hình 2.2.5d Chuyển ao và điều khiển tổng

Màn hình điều khiển của 1 ao tôm và tương tự cho các ao còn lại

Hình 2.2.5e Ao tôm số 3

Màn hình ALARM-TREND: hiển thị các cảnh báo và vé biểu đồ của các cảm biến ra màn hình

Hình 2.2.5f Màn hình ALARM-TREND

Tính năng xuất báo cáo: Cập nhật dữ liệu dưới định dạng file Excel (lập trình VB

Script) Đoạn code lưu lại giá trị của các cảm biến vào excel

Sub AO1()

'1 Get date - Output: YYY_MM_DD, Ex:

2023_04_30

Dim strDate

strDate = DatePart("yyyy", Date) _

& "_" & Right("0" & DatePart("m", Date), 2) _

& "_" & Right("0" & DatePart("d", Date), 2)

'2 Get time - Output: HHh_MMm_SSs, EX:

11h_30m_10s

Dim strTime

strTime = Right("0" & Hour(Now), 2) & "h_" _

& Right("0" & Minute(Now), 2) & "m_" _

& Right("0" & Second(Now), 2) & "s"

Dim url_File, url_FileRef

' Đường dẫn cố định cho file lưu dữ liệu

url_File =

"C:\QUAN\SCADA\SOLIEU\AO1.xlsx"

' Đường dẫn của file mẫu

url_FileRef =

"C:\QUAN\SCADA\SOLIEU\AO1.xlsx"

Dim objFSO, ExExist

Set objFSO =

CreateObject("Scripting.FileSystemObject")

' Kiểm tra nếu file Excel không tồn tại thì tạo mới

từ file mẫu

ExExist = objFSO.FileExists(url_File)

If Not (ExExist) Then

objFSO.CopyFile url_FileRef, url_File

End If

' Mở file Excel cố định Dim objExcelApp, objWorkbook Set objExcelApp =

CreateObject("Excel.Application") Set objWorkbook =

objExcelApp.Workbooks.Open(url_File) objExcelApp.Visible = False

objExcelApp.ScreenUpdating = True objExcelApp.DisplayAlerts = False

Dim Row_HeaderPos Row_HeaderPos = 1 With objWorkbook.ActiveSheet ' Thêm tiêu đề cho các cột nếu chưa có

If Cells(Row_HeaderPos, "A").Value = "" Then .Cells(Row_HeaderPos, "A") = "Số TT" .Cells(Row_HeaderPos, "B") = "Thời gian" .Cells(Row_HeaderPos, "C") = "Mực nước" .Cells(Row_HeaderPos, "D") = "Độ dơ" .Cells(Row_HeaderPos, "E") = "pH"

Cells(Row_HeaderPos, "F") = "Nhiệt độ " End If

Dim Row_Actual, Row_DataWrite

Row_Actual = Cells(.Rows.Count, "A").End(-4162).row

Row_DataWrite = Row_Actual + 1

'Data Row setting

.Cells(Row_DataWrite, "A") = Row_DataWrite - Row_HeaderPos ' Số thứ tự

.Cells(Row_DataWrite, "B") = Now ' Thời gian

.Cells(Row_DataWrite, "C") = HmiRuntime.SmartTags("Chuyển động Ao 1_Mực nước") ' Nhiệt độ Cells(Row_DataWrite, "D") = HmiRuntime.SmartTags("Dữ liệu Ao1_Set độ dơ") ' Độ dơ

.Cells(Row_DataWrite, "E") = HmiRuntime.SmartTags("Dữ liệu Ao1_Set pH") ' pH

.Cells(Row_DataWrite, "F") = HmiRuntime.SmartTags("Dữ liệu Ao1_Set nhiệt độ") ' Nhiệt độ End With

' Lưu file và đóng ứng dụng Excel

objWorkbook.Save

Set objWorkbook = Nothing

objExcelApp.Quit

Set objExcelApp = Nothing

End Sub

Kết quả:

Hình 2.2.5g Kết quả Excel

3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

a Kết quả đã đạt được

• Mô phỏng được hoạt động của hệ thống theo 2 chế độ Auto - Manual

• Thực hiện đúng với hầu hết các yêu cầu được đặt ra trong việc điều khiển giám sát trạng thái và cơ cấu chấp hành của hệ thống

• Thể hiện được Trend view cũng như cảnh báo đến hệ thống

• Xuất được báo cáo của các dữ liệu

• Thiết kế giao diện trực quan, dễ dàng thao tác

b Kinh nghiệm đạt được

• Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông qua phần mềm TIA PORTAL V16

• Thiết kế giao diện điều khiển giám sát cho Người dùng

• Luyện tập khả năng phân tích, quản lý và đánh giá vấn đề trong lập trình PLC

c Khó khăn – Khuyết điểm gặp phải

• Chưa có kinh nghiệm trong việc quản lý một hệ thống đồ sộ - nhiều trạng thái

• Chưa thực hiện được chức năng Import dữ liệu từ File “.CSV”