Báo cáo tóm tắt Nguyễn Văn Trí - Điện 45A - 1 - Đặt vấn đề Trong nhiều năm qua ngành nông nghiệp nớc ta có nhiều những thành tựu vợt bậc, không chỉ đủ cung cấp nguồn lơng thực, thực phẩm cho đất nớc mà còn xuất khẩu ra thị trờng thế giới. Với thành tựu to lớn đó, chúng ta phải kể đến ngành chăn nuôi gia cầm đã góp phần quan trọng cho nền kinh tế quốc dân. Sự phát triển của ngành chăn nuôi nói chung và ngành chăn nuôi gia cầm nói riêng đã đem lại lợi ích kinh tế cho các hộ nông dân, từng bớc xoá đói giảm nghèo và ngày càng có nhiều hộ gia đình làm giàu trên mảnh đất của mình nhờ vào kinh tế trang trại. Ngày nay, nền kinh tế trang trại đợc phát triển rộng rãi trên cả nớc với quy mô vừa và lớn do đó vấn đề con giống là hết sức bức xúc. ấp trứng nhân tạo bằng máy ấp công nghiệp là phơng pháp tối u để sản xuất con giống trong thời gian ngắn, tỷ lệ ấp nở cao, đặc biệt có thể ấp đợc một số lợng trứng lớn, và chất lợng con giống đợc nâng cao. Trong quá trình ấp trứng, ẩm độ là một trong những thông số rất quan trọng nó ảnh hởng rất lớn đến quá trình ấp nở. Vì vậy việc đảm bảo lợng ẩm cần thiết cho quá trình ấp nở là hết sức quan trọng cho từng giai đoạn ấp. Ngày nay, việc đa PLC vào các dây chuyền sản xuất công nghiệp đã đáp ứng tốt các yêu cầu trong điều khiển tự động hoá, nó đã trở thành yếu tố chính để nâng cao hơn nữa hiệu quả của sản xuất trong công nghiệp nớc ta. Việc đa PLC vào điều khiển cho máy ấp trứng công nghiệp là rất cần thiết, vì nó đảm bảo điều khiển chính xác các thông số cho quá trình ấp nở và cho hiệu quả ấp nở cao, hệ thống điều khiển ngọn nhẹ, dễ dàng thao tác, mang lại hiệu quả kinh tế cao cho ngời nông dân. Do vậy chúng tôi sử dụng PLC S7- 200 với CPU 224 để thực hiện tự động điều khiển độ ẩm cho máy ấp trứng gia cầm. Đợc sự phân công của bộ môn Điện, với sự h ớng dẫn của thầy giáo Nguyễn Văn Đờng, chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài: "Tự động điều khiển độ ẩm máy ấp trứng gia cầm bằng bộ điều chỉnh PID số S7 - 200" đã đạt đợc những thành công đáng kể. Báo cáo tóm tắt Nguyễn Văn Trí - Điện 45A - 2 - Nội dung chi tiết của đề tài đã đợc trình bày trong báo cáo chính, bao gồm các phần sau: Mở đầu Chơng 1: Tổng quan về ấp trứng gia cầm và đIều khiển độ ẩm trong máy ấp trứng gia cầm Chơng 2: PLC S7 - 200 và các module mở rộng Chơng 3: phần mềm Step7- Micro Win32 và chơng trình điều khiển PID số Chơng4: Chuyển đổi và khuếch đại tín hiệu Chơng 5: Thiết kế mạch điều khiển độ ẩm trong máy ấp trứng gia cầm Kết luận và kiến nghị Sau đây là tóm tắt nội dung chính của đề tài: Báo cáo tóm tắt Nguyễn Văn Trí - Điện 45A - 3 - Chơng 1 Tổng quan về ấp trứng gia cầm và đIều khiển độ ẩm trong máy ấp trứng gia cầm Trong máy ấp trứng công nghiệp, có hai chế độ ấp là ấp đơn kỳ và ấp đa kỳ, tơng ứng với hai chế độ ấp này ta có máy ấp đơn kỳ và máy ấp đa kỳ. Các chế độ ấp khác nhau thì yêu cầu về nhiệt độ và độ ẩm là khác nhau. ấp đơn kỳ là chế độ ấp mà tất cả số trứng trong máy đều đợc đa vào cùng một lúc nên chúng có tuổi ấp và tuổi nở giống nhau. ấp đa kỳ là là chế độ ấp mà trứng đợc đa vào buồng ấp theo từng đợt, thông thờng là 3 đợt, mỗi đợt cách nhau là một tuần. 1.1 Yêu cầu về độ ẩm trong máy ấp trứng gia cầm. Độ ẩm là một trong những yếu tố rất quan trọng trong quá trình ấp. Yêu cầu cụ thể đợc xác định theo các bảng dới đây: * Yêu cầu ẩm đối với máy ấp đơn kỳ Bảng 1.1: Bảng thông số về độ ẩm của từng giai đoạn ấp trong máy ấp đơn kỳ (đối với trứng gà) Các giai đoạn ấp Độ ẩm tơng đối (%) Nhiệt độ nhiệt kế ớt 1 ữ 5 ngày 60 ữ 61% 30 ữ 31 0 C 6 ữ 11 ngày 55 ữ 57% 29 ữ 29,5 0 C 12 ữ 18 ngày 50 ữ 53% 28 ữ 28,5 0 C 19 ngày 60% 30 0 C 20 ữ 21 ngày 70 ữ 75% 32 ữ 33 0 C Báo cáo tóm tắt Nguyễn Văn Trí - Điện 45A - 4 - * Yêu ẩm đối với máy ấp đa kỳ Bảng 1.2: Bảng thông số về độ ẩm của từng giai đoạn trong máy ấp đa kỳ (đối với trứng gà) Các giai đoạn ấp Độ ẩm tơng đối (%) Nhiệt độ nhiệt kế ớt 1 ữ 15 ngày 55 ữ 57% 29 ữ29,5 0 C 16 ữ21 ngày 68 ữ 75% 30 ữ 32,5 0 C 1.2 Hệ thống điều khiển độ ẩm trong máy ấp trứng gia cầm * Phơng pháp điều chỉnh độ ẩm Trong các máy ấp thế hệ cũ, phơng pháp điều chỉnh đóng ngắt thờng đợc sử dụng nhiều. Ngày nay, trong các máy ấp hiện đại ít đợc sử dụng. Trong cách tạo ẩm bằng phơng pháp vung nớc qua cánh quạt trong máy, ngời ta sử dụng phơng pháp đóng ngắt để điều chỉnh ẩm độ. Trong đề tài này, chúng tôi sử dụng phơng pháp điều chỉnh độ ẩm liên tục. Nguyên lý của phơng pháp điều chỉnh liên tục là sử dụng các thiết bị bán dẫn công suất lớn để điều khiển quay động cơ cấp ẩm cho máy ấp trứng gia cầm. Báo cáo tóm tắt Nguyễn Văn Trí - Điện 45A - 5 - * Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển ẩm độ trong máy ấp trứng gia cầm Hệ thống điều chỉnh tự động thông thờng đợc phân thành hai loại: hệ thống điều chỉnh kiểu hở và hệ thống điều chỉnh mạch vòng kín. Trong giới hạn của đề tài ta sử dụng phơng pháp điều chỉnh tự động mạch vòng kín. Đây là sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển ẩm độ ở dạng đơn giản nhất, làm việc theo sơ đồ mạch vòng kín, có vòng phản hồi là bộ cảm biến tín hiệu ẩm đợc chuyển đổi và khuếch đại thành tín hiệu điện áp U Pv . Tín hiệu phản hồi đợc so sánh với tín hiệu đặt trớc U Sv đa ra độ sai lệch e (e= U Sv - U Pv ). Bộ điều khiển sẽ điều khiển bộ tạo ẩm làm việc theo tín hiệu sai lệch e. * Quy luật điều khiển tỷ lệ vi tích phân (PID) Bộ điều khiển PID đợc thực hiện bởi khối PLC S7- 200- CPU 224. Giá trị tác động điều chỉnh của quy luật điều khiển tỷ lệ vi tích phân đợc xác định bởi: U = K P .e + K I e.d t + K D d t de = K m ++ dt de .Te.dt T 1 e d I (1.1) Nhận xét: Việc tính toán xác định các hệ số K P , T I , T d là vấn đề rất khó trong phạm vi của đề tài. Bộ điều khiển PID Bộ tạo ẩm U Sv e U Pv Hình 1.2: Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển ẩm độ CĐ và KĐ Báo cáo tóm tắt Nguyễn Văn Trí - Điện 45A - 6 - * Điều chỉnh tốc độ quay động cơ bằng phơng pháp điều chế độ rộng xung PWM Tốc độ của quạt thổi đợc điều khiển bởi phơng pháp điều chế độ rộng xung. Nội dung của phơng pháp đợc trình bày dới hình sau: Trong đó: U T , U đk lần lợt là điện áp tựa và điện áp điều khiển. U đk U T +E -E U ra OA a) a) Khâu so sánh điều chế độ rộng xung b) Giản đồ thời gian xung đầu vào và đầu ra U ra Hình 1.3: Phơng pháp điều chế độ rộng xung 0 U 0 t U T U đk t b) Báo cáo tóm tắt Nguyễn Văn Trí - Điện 45A - 7 - Chơng 2 PLC S7 - 200 và các module mở rộng 2.1 Cấu trúc và nguyên lý làm việc của PLC S7 200 * Sơ đồ khối hệ thống PLC S7- 200 * Nguyên lý làm việc của PLC S7- 200 PLC thực hiện chơng trình theo chu trình lặp. Mỗi vòng lặp đợc gọi là vòng quét (Scan). Mỗi vòng quét đợc bắt đầu bằng giai đoạn đọc dữ liệu từ các cổng vào vùng bộ đệm ảo, tiếp theo là giai đoạn thực hiện chơng trình. Trong từng vòng quét, chơng trình đợc thực hiện bằng lệnh đầu tiên và kết thúc bằng lệnh kết thúc (MEND). Sau giai đoạn thực hiện chơng trình là giai đoạn truyền thông nội bộ và kiểm lỗi. Vòng quét đợc kết thúc bằng giai đoạn chuyển các nội dung của bộ đệm ảo tới các cổng ra. Thiết bị lập trình Bộ nh ớ CPU Giao diện nhập Giao diện xuất Nguồn công suất Hình2.1: Sơ đồ khối hệ thống PLC S7 - 200 . động cơ bằng phơng pháp điều chế độ rộng xung PWM Tốc độ của quạt thổi đợc điều khiển bởi phơng pháp điều chế độ rộng xung. Nội dung của phơng pháp đợc trình bày dới hình sau: . là điện áp tựa và điện áp điều khiển. U đk U T +E -E U ra OA a) a) Khâu so sánh điều chế độ rộng xung b) Giản đồ thời gian xung đầu vào và đầu ra U ra Hình 1.3: Phơng pháp điều. cách tạo ẩm bằng phơng pháp vung nớc qua cánh quạt trong máy, ngời ta sử dụng phơng pháp đóng ngắt để điều chỉnh ẩm độ. Trong đề tài này, chúng tôi sử dụng phơng pháp điều chỉnh độ ẩm liên