Đồ án tốt nghiệp: Mô hình chăm sóc heo tự động có điều khiển và giám sát qua hệ thống Scada trên máy tính

Sau khi tìm hiểu, nghiên cứu về các đề tài và công trình trước đây, nhóm quyết định chọn đề tài: “Mô hình chăm sóc heo tự động có điều khiển và giám sát qua hệ thống Scada trên máy tính”. Với đề tài này, nhóm hy vọng sẽ làm cơ sở nghiên cứu cho các nhóm sau có thể mở rộng, phát triển nữa. Nếu được điều chỉnh tốt, ý tưởng này kết hợp với hệ thống làm sạch trang trại chăn nuôi, thu gom và xử lí chất thải … sẽ tạo ra một hệ thống phân trang trại nuôi heo thông minh hoàn thiện.

TRƯỜNG ĐH SPKT TP HỒ CHÍ MINH CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH o0o -Tp HCM, ngày … tháng … năm 2019 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Huỳnh Văn Sanh MSSV: 15141264 Võ Duy Tâm MSSV: 15141278 Chuyên ngành: Công nghệ kỹ thuật điện - điện tử truyền thông Mã ngành: 41 Hệ đào tạo: Đại học quy Mã hệ: Khóa: 2015 Lớp: 15141DT1B 15141DT2B I TÊN ĐỀ TÀI: MƠ HÌNH CHĂM SĨC HEO TỰ ĐỘNG CĨ ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT QUA HỆ THỐNG SCADA TRÊN MÁY TÍNH II NHIỆM VỤ Nội dung thực hiện:  Nội dung 1: Tìm hiểu cảm biến loadcell, mạch khuếch đại tín hiệu loadcell, PLC S7 – 1200  Nội dung 2: Đo khối lượng thức ăn cần trộn cho lần ăn, nhiệt độ cần thiết cho chuồng heo, nhu cầu heo tắm uống  Nội dung 3: Thiết kế mơ hình trộn thức ăn, bồn nước máng ăn, uống  Nội dung 4: Thiết kế mơ hình tồn hệ thống  Nội dung 5: Thi cơng mơ hình hệ thống khí, hệ thống điện  Nội dung 6: Viết chương trình điều khiển cho hệ thống  Nội dung 7: Thiết kế giao diện giám sát SCADA, giao diện hiển thị liệu cảm biến online  Nội dung 8: Đánh giá kết thực hiện, cải tiến mơ hình III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 19/02/2019 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 05/07/2019 V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: CÁN BỘ HƯỚNG DẪN GVC, ThS Hoàng Ngọc Văn BM ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH i TRƯỜNG ĐH SPKT TP HỒ CHÍ MINH CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH o0o -Tp HCM, ngày… tháng … năm 2019 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Huỳnh Văn Sanh Lớp: 15141DT1B Họ tên sinh viên 2: Võ Duy Tâm Lớp: 15141DT2B MSSV: 15141264 MSSV: 15141278 Tên đề tài: Mô hình chăm sóc heo tự động có điều khiển giám sát qua hệ thống SCADA máy tính Tuần/ngày Tuần (1824/02/2019) Tuần (25/02/201903/03/2019) Tuần (0410/03/2019) Tuần (11 - 17 /03/2019) Tuần 5,6 (18 31/03/2019) Tuần 7,8(01/0414/04/2019) Tuần 9,10,11,12 (15/04 12/05/2019) Tuần 13,14 (13/05 26/05/2019) Tuần 15 (27/05 02/06/2019) 05/07/2019 Nội dung Xác nhận GVHD Nhận đồ án, tìm hiểu đề tài Tìm hiểu nội dung hướng làm đề tài việc điều khiển hệ thống PLC Tìm hiểu PLC S7 – 1200, cảm biến Tiến hành thiết kế phần cứng cho cảm biến loadcell Tiến hành thiết kế phần cứng cho tồn hệ thống Tiến hành thiết kế thi cơng hệ thống điện Tiến hành lập trình cho hệ thống Thiết kế giao diện giám sát SCADA, giao diện hiển thị liệu cảm biến online Viết báo cáo, kiểm tra phần cứng, hiệu chỉnh Hoàn thành nhiệm vụ đồ án GV HƯỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) ii LỜI CAM ĐOAN Đề tài tự thực dựa vào số tài liệu không chép từ tài liệu hay cơng trình có trước Nếu có gian lận xin chịu trách nhiệm nội dung đồ án Người thực Huỳnh Văn Sanh Võ Duy Tâm iii LỜI CẢM ƠN  Lời chúng em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM nói chung, thầy sinh viên khoa Điện – Điện Tử nói riêng dạy dỗ cho em kiến thức môn đại cương môn chuyên ngành, giúp em có sở lý thuyết vững vàng tạo điều kiện giúp đỡ em suốt trình học tập Em xin gửi lời tri ân biết ơn sâu sắc đến GVC, ThS Hoàng Ngọc Văn người tận tình hướng dẫn, bảo em suốt q trình làm khố luận Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn gia đình bạn bè, tạo điều kiện, quan tâm, giúp đỡ, động viên em suốt q trình học tập hồn thành khoá luận tốt nghiệp Sinh viên thực đồ án Huỳnh Văn Sanh Võ Duy Tâm iv MỤC LỤC Nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp i Lịch trình thực đồ án tốt nghiệp ii Lời cam đoan iii Lời cảm ơn iv Mục lục v Liệt kê hình vẽ viii Liệt kê bảng x Tóm tắt xi Chương TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục tiêu 1.3 Nội dung nghiên cứu 1.4 Giới hạn 1.5 Bố cục Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT .4 2.1 Tổng quan hệ thống chăm sóc heo tự động 2.2 Tổng quan plc plc s7-1200 2.2.1 Tổng quan plc 2.2.2 Giới thiệu plc s7- 1200 2.3 Hệ thống điều khiển điện- khí nén 13 2.3.1 Những đặc điểm 13 2.3.2 Cấu trúc hệ thống khí nén 14 2.4 Cảm biến lực loadcell 16 2.4.1 Giới thiệu cảm biến lực loadcell 16 v 2.4.2 Loadcell hoạt động nào? 16 2.5 Giới thiệu chuyển đổi loadcell rw-st01a 19 2.6 Biến tần mitsubishi fr-e700 20 2.6.1 Giới thiệu biến tần 20 2.6.2 Nguyên lí hoạt động biến tần 20 2.6.3 Biến tần Mitsubishi FR-E700 21 2.7 Relay điện cực báo mức nước 22 2.8 Van điện từ 23 2.8.1 Giới thiệu van điện từ 23 2.8.2 Các thông số 24 2.9 Một số linh kiện khác 24 2.9.1 Nút nhấn 24 2.9.2 Nút dừng khẩn cấp 24 2.9.3 MCB 25 2.9.4 Relay trung gian chân điện áp 24V 25 Chương TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ 26 3.1 Mơ hình hệ thống 26 3.1.1 Giới thiệu hệ thống 26 3.1.2 Chức phần 26 3.2 Tính tốn thiết kế hệ thống 26 3.2.1 Sơ đồ khối hệ thống 26 3.2.3 Sơ đồ kết nối plc với toàn hệ thống 35 3.2.4 thiết kế phần khung hệ thống 38 Chương THI CÔNG HỆ THỐNG .40 4.1 Giới thiệu 40 4.2 Thi công hệ thống 40 vi 4.2.1 Thi công phần khung hệ thống 40 4.2.2 Thi công tủ điện 41 4.3 Lập trình cho hệ thống 42 4.3.1 Lưu đồ giải thuật 42 4.3.2 Phần mềm lập trình cho plc 48 Chương KẾT QUẢ - NHẬN XÉT - ĐÁNH GIÁ .56 5.1 Kết 56 5.1.1 Kết nghiên cứu: 56 5.1.2 Kết thi công 56 5.2 Nhận xét – đánh giá 59 Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 60 6.1 Kết luận 60 6.2 Hướng phát triển 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO 62 PHẦN PHỤ LỤC 63 vii LIỆT KÊ HÌNH VẼ Hình Trang Hình Tổng quan PCL S7- 1200 Hình 2 Bảng tín hiệu PLC S7- 1200 11 Hình Các Module tín hiệu PLC S7- 1200 12 Hình Các module truyền thông PLC S7- 1200 13 Hình Cấu trúc hệ thống điều khiển khí nén 15 Hình 2.6 Hệ thống điện - khí nén 15 Hình Loadcell 17 Hình Cầu điện trở Wheatstone 17 Hình Nguyên lí hoạt động loadcell 18 Hình 10 Bộ khuếch đại tín hiệu loadcell 19 Hình 11 Ngun lí hoạt động biến tần 21 Hình 12 Biến tần mitsubishi FR-E700 22 Hình 13 Relay điện cực 23 Hình 14 Van điện từ 23 Hình 15 Nút nhấn 24 Hình 16 Nút dừng khẩn cấp 25 Hình 17 MCB 25 Hình 18 Relay trung gian 24V 25 Hình Sơ đồ khối hệ thống 27 Hình Sơ đồ kết nối loadcell với mạch khuếch đại .28 Hình 3 Xi lanh khí nén 29 Hình Xi lanh trịn 30 Hình Van điện từ 30 Hình Van điện từ 5/2 31 Hình Sơ đồ kết nối van điện từ 5/2 với PLC 31 Hình Một số loại động pha 32 Hình Biến tần Mitsubishi FR-E700 .32 Hình 10 CPU 1212C module mở rộng SM1223 34 Hình 11 Sơ đồ kết nối CPU 1212C .34 Hình 12 Nguồn 24VDC 35 viii Hình 13 Sơ đồ kết nối tồn hệ thống .36 Hình 14 Sơ đồ kết nối biến tần Misubishi FR- E700 .36 Hình 15 Sơ đồ kết nối loadcell với AI CPU 37 Hình 16 Mạch động lực xilanh 37 Hình 17 Thiết kế mặt trước hệ thống 38 Hình 18 Thiết kế mặt sau hệ thống 38 Hình 19 Thiết kế mặt bên hệ thống 39 Hình Mặt trước sau hệ thống 40 Hình Mặt bên hệ thống 41 Hình 4.3 Bên ngồi tủ điện 41 Hình 4.4 Bên tủ điện 42 Hình Lưu đồ giải thuật 47 Hình Tia Portal V13 49 Hình Giao diện bắt đầu chương trình 49 Hình Giao diện tạo dự án 50 Hình Giao diện bắt đầu dự án 50 Hình 10 Giao diện Devices & networks 50 Hình 4.11 Giao diện Add new device 51 Hình 12 Giao diện làm việc 51 Hình 4.13 Giao diện viết chương trình 51 Hình 4.14 Giao diện đăng nhập vào hình quản lí hệ thống 52 Hình 15 Giao diện SCADA quản lí hệ thống 52 Hình 16 Biểu tượng Visual studio 54 Hình 17 Giao diện tạo project 54 Hình 18 Giao diện lựa chọn 55 Hình 19 Cấu hình cho web 55 Hình Mặt trước hệ thống 56 Hình Mặt bên hệ thống 57 Hình Giao diện Home trang web 57 Hình Giao diện thơng tin dự án 58 Hình 5 Giao diện truy xuất tồn liệu cảm biển 58 Hình Giao diện truy xuất liệu theo thời gian tên cảm biến 59 ix LIỆT KÊ BẢNG Bảng Trang Bảng Bảng phân loại chức dòng PLC S7- 1200 Bảng 2 Bảng module hỗ trợ PLC S7- 1200 11 Bảng Bảng thông số khuếch đại tín hiệu loadcell 20 x CHƯƠNG KẾT QUẢ - NHẬN XÉT – ĐÁNH GIÁ Chương KẾT QUẢ - NHẬN XÉT - ĐÁNH GIÁ 5.1 KẾT QUẢ 5.1.1 Kết nghiên cứu: Trong vịng tháng làm đồ án, nhóm nghiên cứu đạt kết sau:  Nghiên cứu sâu dòng PLC đặc biệt dòng S7 - 1200  Nghiên cứu sử dụng cảm biến loadcell giao tiếp PLC  Nghiên cứu sử dụng relay điện cực, van khí nén, biến tần động pha  Nghiên cứu cách thiết kế, bố trí thi cơng tủ điện PLC  Nghiên cứu số hệ thống trang trại chăn nuôi thực tế  Nghiên cứu thiết kế giao diện giám sát điều khiển Scada  Nghiên cứu cách thiết kế giao diện web localhost 5.1.2 Kết thi công Kết phần cứng Qua trình thiết kế phần cứng, chọn lựa linh kiện, nhóm tiến hành kiểm tra kết nối module, linh kiện với cho mơ hình chăm sóc heo giám sát qua hệ thống SCADA Hình Mặt trước hệ thống BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH 56 CHƯƠNG KẾT QUẢ - NHẬN XÉT – ĐÁNH GIÁ Hình Mặt bên hệ thống Kết thi cơng web Hình Giao diện Home trang web BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH 57 CHƯƠNG KẾT QUẢ - NHẬN XÉT – ĐÁNH GIÁ Hình Giao diện thơng tin dự án Hình 5 Giao diện truy xuất tồn liệu cảm biển BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH 58 CHƯƠNG KẾT QUẢ - NHẬN XÉT – ĐÁNH GIÁ Hình Giao diện truy xuất liệu theo thời gian tên cảm biến 5.2 NHẬN XÉT – ĐÁNH GIÁ Các nội dung đạt so với yêu cầu đặt ra:  Trong 100 lần thử có 86 lần hệ thống xử lý yêu cầu Suy hiệu suất hệ thống nằm khoảng 86% ± 3%  Tạo giao diện quản lý SCADA để giám sát hệ thống  Giao diện SCADA đơn giản, dễ sử dụng  Web online giám sát liệu cảm biến BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH 59 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.1 KẾT LUẬN Sau tháng thực đề tài với nhiều cố gắng nỗ lực nhóm với tận tình hướng dẫn thầy Hồng Ngọc Văn, đồ án hoàn thành thời gian quy định theo yêu cầu đặt giám sát hoạt động ăn, uống tắm heo Các nội dung mà nhóm thực thiết kế thi cơng mơ hình trộn thức ăn cho uống, dựa theo thông số đầu vào khối lượng thức ăn thời gian cho ăn nhập giao diện giám sát SCADA đo lường định lượng cảm biến loadcell Tuy nhiên nhóm chưa thể tạo hệ thống xác hồn tồn phần tính tốn thiết kế cịn nhiều sai sót Nhìn chung đề tài hồn thành mức Trong q trình làm đồ án, sinh viên rút nhiều kinh nghiệm để tạo sản phẩm hoàn thiện như: Đầu tư thời gian, linh kiện thị trường hiểu biết linh kiện … Nhận xét đánh giá: Giao diện quản lý trực quan, dễ giám sát sử dụng thuận tiện việc giám sát điều khiển hệ thống Mơ hình phần cứng bố trí phù hợp, gọn gàng, dễ chỉnh sửa Độ sai số cảm biến mơ hình nằm phạm vi cho phép 3% Kết nêu thực khoảng 90% so với mục tiêu đặt cịn số lỗi nhỏ q trình hoạt động hệ thống 6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN Một số hướng phát triển để hoàn thiện đề tài: - Mở rộng thêm khâu khác hệ thống như: Quản lí nhiệt độ, độ ẩm, dọn chuồng, giám sát khối lượng heo - Sử dụng thêm camera để giám sát hoạt động heo BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH 60 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN - Mở rộng hệ thống để chăm sóc nhiều loại vật ni khác lúc - Tăng hiệu suất tốc độ hệ thống BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] S7-1200 Programmable controller - System Manual – SIEMENS [2] https://binhtichap.com.vn/khi-nen-la-gi-gioi-thieu-ve-thong-khi-nen.html [3] https://vi.wikipedia.org/wiki/Kh%C3%AD_n%C3%A9n_h%E1%BB%8Dc [4] http://loadcell.com.vn/tin-tuc/cac-loai-loadcell.html [5] http://www.plcservo.vn/san-pham/bo-khuech-dai-tin-hieu-loadcell-rwst01a [6]https://www.mitsubishielectric.com/fa/vn_vi/download/manual/pdf/drv/inv002.p df4 [7] https://kythuatdienviet.com/bo-dieu-khien-muc-nuoc.html [8] https://vankhinen.vn/van-dien-tu-nuoc-220v-id107.html [9] http://thuykhicongnghiep.vn/van-dien-tu-la-gi-cau-tao-va-nguyen-ly-hoat-dongpost.html BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH 62 PHẦN PHỤ LỤC Code PLC hệ thống:  Code chương trình (main): 63  Code chế độ manual: 64 65 66  Code chế độ Auto: 67 68 69 70 ... “MƠ HÌNH CHĂM SÓC HEO TỰ ĐỘNG CÓ ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT QUA HỆ THỐNG SCADA TRÊN MÁY TÍNH” Đã có nhiều đề tài thực việc chăm sóc loại vật ni khác cá, bị Nhưng với loại vật ni lại có nhu cầu ăn uống... tín hiệu điều khiển khí nén kéo theo phần tử xử lý điều khiển tác động khí nén Hình Cấu trúc hệ thống điều khiển khí nén - Hệ thống điều khiển điện - khí nén phần tử điều khiển hoạt động tín... khác Giao diện điều khiển, giám sát: Thực việc điều khiển tắt mở hệ thống xử lý hiển thị liệu, hiển thị hoạt động hệ thống 3.2 TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 3.2.1 Sơ đồ khối hệ thống Với giới