Thiết kế hệ thống tự động điều hòa nhiệt độ và độ ẩm sử dụng PLC Mitsubishi FX3U

Thiết kế hệ thống tự động điều hòa nhiệt độ tưới nhà vườn LỜI CẢM ƠN Sau tháng làm việc cuối em hoàn thành xong đề tài giao, tháng khoảng thời gian khơng dài lúc thực đề tài gặp nhiều vấn đề khó khăn, khó khăn tìm vật liệu linh kiện để làm đồ án, khó khăn thời gian người có phát sinh sống nên không dành hết trọn thời gian để thực Bên cạnh diễn biến phức tạp dịch Covid-19 nên thời gian quan trọng cấp thiết hết Tuy nhiên với nỗ lực khơng ngừng nghỉ với hướng dẫn tận tình thầy giúp em hoàn thành đề tài Mặc dù khó khăn em xin cam đoan tất em thực đề tài hoàn toàn đảm bảo yêu cầu đề Vì em biết quan trọng đồ án Đây không đơn đề tài đồ án tốt nghiệp mà qua giúp em có thêm nhìn thực tế, kinh nghiệm kiến thức học trình làm đề tài Em xin cam đoan chịu hoàn toàn trách nhiệm đồ án Em xin chân thành cảm ơn.! Hưng Yên, ngày tháng năm 2020 Sinh viên thực Thiết kế hệ thống tự động điều hòa nhiệt độ tưới nhà vườn LỜI MỞ ĐẦU Hiện q trình cơng nghiệp hóa đại hóa đất nước, Nhà nước ta khuyến khích việc áp dụng thành tựu khoa học kỹ thuật vào sản xuất nhằm nâng cao chất lượng số lượng hàng hóa, đem lại hiệu kinh tế góp phần thúc đẩy phát triển xã hội, nâng cao chất lượng sống người dân Với định hướng rõ ràng đó, nhiều thành tựu khoa học áp dụng vào tất lĩnh vực, ngành sản xuất Ngành nông nghiệp khơng nằm ngồi xu hướng bối cảnh nước ta tham gia vào hiệp định tự kinh tế giới Bởi lẽ khơng nhanh chóng áp dụng tiến khoa học kỹ thuật, không đổi phương thức sản xuất canh tác truyền thống ngành nơng nghiệp tụt hậu so với giới khu vực Trước u cầu cấp thiết ngành nơng nghiệp với ngành tự động hóa đưa nhiều giải pháp nông nghiệp ứng dụng rộng rãi nước Trong đề tài đồ án “Thiết kế hệ thống tự động điều hòa nhiệt độ tưới nhà vườn” chúng em xin giới thiệu giải pháp dùng PLC để điều khiển tự động điều hòa nhiệt độ tưới trình phát triển sinh trưởng trồng nhà kính nhằm mục đích nâng cao chất lượng sản lượng sản phẩm, giúp giảm sức người đưa thành tựu ngành tự động hóa vào phát triển nông nghiệp công nghệ cao Đề tài xin tập trung vào hai hướng là: Điều khiển tự động điều hòa nhiệt độ độ ẩm Điều khiển hệ thống bơm nước phục vụ tưới tiêu, hệ thống quạt thơng gió, đèn sưởi Qua nhắm tối ưu hóa điều kiện lý tưởng phịng tránh dịch bệnh gây bất lợi cho trồng Thiết kế hệ thống tự động điều hòa nhiệt độ tưới nhà vườn MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC BẢNG BIỂU Thiết kế hệ thống tự động điều hòa nhiệt độ tưới nhà vườn MỞ ĐẦU I Lý chọn đề tài Kỹ thuật điện tử phát triển nhanh chóng ứng dụng vào nhiều lĩnh vực: cơng nghiệp, giao thông vận tải, hàng không vũ trụ Các thiết bị điều khiển tự động giữ vai trò quan trọng góp phần lớn cho tiến không ngừng lĩnh vực Ngành nông nghiệp nước ta cịn phụ thuộc nhiều vào khí hậu tự nhiên, với phương pháp sản xuất canh tác truyền thống không mang lại suất cao Khi kinh tế xã hội phát triển nhu cầu người nâng cao, đòi hỏi chất lượng nâng cao Do cần đến thiết bị kỹ thuật tiên tiến có khả đo đạc điều khiển thông số môi trường như: nhiệt độ môi trường, độ ẩm đất, chất dinh dưỡng cung cấp phù hợp với giai đoạn phát triển trồng Xuất phát từ vấn đề thực tiễn chúng em nghiên cứu tiến hành thiết kế: “Thiết kế hệ thống tự động điều hòa nhiệt độ tưới nhà vườn’’ II Mục đích nghiên cứu Để chế tạo sản phẩm nhà vườn công nghệ cao phục vụ cho nông nghiệp Việt Nam mà nhập cơng nghệ nước ngồi Là nỗi trăn trở biết nhà khoa học, kỹ sư ngồi nước…Vấn đề để phát triển mơ hình nhà kính nước ta hạ giá thành đầu tư cải tiến đặt tính kỹ thuật phù hợp với yêu cầu canh tác điều kiện khí hậu Việt Nam.Vì qua đề tài tốt nghiệp chúng em muốn góp phần nhỏ công sức để làm phong phú thêm phương pháp, cách làm khác nhằm góp phần vào phát triển chung nghành nông nghiệp công nghệ cao III Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Đề tài tập trung nghiên cứu vào thiết kế, cấu tạo - ưu nhược điểm nhà vườn Phạm vi nghiên cứu: Phạm vi nghiên đề tài bao gồm nhà vườn ứng dụng Việt Nam giới Thiết kế hệ thống tự động điều hòa nhiệt độ tưới nhà vườn IV Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài - Ý nghĩa khoa học: Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến trình sinh trưởng phát triển trồng kết hợp với kỹ thuật điều khiển tự động đưa - phương pháp nhằm tối ưu mơ hình nhà vườn thông minh Ý nghĩa thực tiễn: Áp dụng công nghệ tự động để điều khiển tiểu khí hậu nhà màng giúp giảm bớt sức lao động, nguồn nước, phân bón, thuốc trừ sâu nâng cao chất lượng điều chỉnh Qua làm tăng giá trị sản phẩm trồng, giúp cải thiện chất lượng sống tăng thu nhập cho người canh tác Thiết kế hệ thống tự động điều hòa nhiệt độ tưới nhà vườn Chương TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Đặt vấn đề Thời gian qua, sản xuất nông nghiệp nước ta chịu nhiều khó khăn, bất lợi thời tiết, dịch bệnh, giá hàng nông sản bấp bênh, chịu cạnh tranh hàng hóa nước ngồi (giá rẻ chất lượng tốt hơn), giá vật tư đầu vào không ổn định có xu hướng tăng cao Ngồi với tình hình thực phẩm bẩn, chất lượng thị trường người tiêu dùng cần sản phẩm nông nghiệp chất lượng cao mà chi trả mức giá cao để sử dụng sản phẩm với chất lượng tương đương hàng nhập nhu cầu thiết cấp bách Ở nước ta ngành nông nghiệp giữ vai trò quan trọng việc phát triển kinh tế kinh tế nước ta hội nhập quốc tế đem lại nhiều thuận lợi thị trường mở rộng, sản phẩm làm xuất nhiều nơi giới Nhưng không khó khăn thách thức cho ngành nơng nghiệp nước ta Do việc cấp bách để vực dậy nông nghiệp nước ta tập trung vào việc nâng cao suất, chất lượng sản phẩm Phát triển nông nghiệp bền vững nhằm tạo sản phẩm nông nghiệp đạt chuẩn giới Là sinh viên khoa Điện – Điện tử Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên, với kiến thức học Cùng với mong muốn phát triển nông nghiệp nước nhà chúng em định nghiên cứu để tài “Phát triển nông nghiệp công nghệ cao” Thiết bị sản xuất thường phức tạp, có nhiều đại lượng vật lý phải điều khiển để hoạt động đồng theo trình tự cơng nghệ định nhằm tạo sản phẩm mong muốn Trước đây, hệ thống điều khiển logic sử dụng hệ thống Logic Rơ-le Nhờ phát triển nhanh chóng kỹ thuật điện tử, thiết bị điều khiển Logic khả lập trình PLC (Programmable Logic Controller) xuất vào năm 1969 dần thay hệ thống điều khiển rơ6 Thiết kế hệ thống tự động điều hòa nhiệt độ tưới nhà vườn le Đồng thời, với phát triển chưa thấy khoa học công nghệ, cho đời phần mềm kết hợp với phần cứng vật lý PLC tạo hệ thống hoàn hảo cho sinh hoạt sản xuất Mà phần mềm lập trình GX WORK ứng dụng cụ thể Chính mà nay, PLC nhiều chuyên gia, kỹ sư thiết kế, kỹ thuật viên, chuyên viên, công nhân bậc cao tham gia nghiên cứu để ứng dụng vào thực tế Xuất phát từ nhu cầu thực tế muốn làm quen với việc điều khiển hệ thống nông nghiệp PLC đồng thời hướng dẫn tận tình thầy ĐỖ QUANG HUY chúng em chọn thực đề tài “Thiết kế hệ thống điều hòa nhiệt độ tưới tự động nhà vườn” cho đề tài này, nhằm lĩnh hội tri thức cần thiết PLC thiết kết giao tiếp máy tính việc tự động hóa hệ thống ni trồng nơng nghiệp cơng nghệ cao 1.2 Tình hình nghiên cứu 1.2.1 Tình hình phát triển nơng nghiệp cơng nghệ cao giới Từ năm kỷ XX, nước phát triển quan tâm đến việc xây dựng khu nông nghiệp ứng dụng công nghệ cao nhằm thúc đẩy sáng tạo khoa học công nghệ giúp cho kinh tế phát triển Đầu năm 80, Hoa Kỳ có 100 khu khoa học công nghệ Ở Anh quốc, đến năm 1988 có 38 khu vườn khoa học cơng nghệ với tham gia 800 doanh nghiệp Phần Lan đến năm 1996 có khu khoa học nơng nghiệp công nghệ cao Phần lớn khu phân bố nơi tập trung trường đại học, viện nghiên cứu để nhanh chóng ứng dụng thành tựu khoa học công nghệ kết hợp với kinh nghiệm kinh doanh doanh nghiệp để hình thành nên khu khoa học với chức nghiên cứu ứng dụng, sản xuất, tiêu thụ dịch vụ Bên cạnh nước tiên tiến, nhiều nước khu vực lãnh thổ Châu chuyển nông nghiệp theo hướng số lượng chủ yếu sang nông nghiệp chất lượng, ứng dụng công nghệ sinh học, cơng nghệ tự động hố, giới hố, tin học hố… để tạo sản phẩm có chất lượng cao, an toàn, hiệu Thiết kế hệ thống tự động điều hòa nhiệt độ tưới nhà vườn Cơng nghệ trồng nhà kính: gọi nhà màng việc sử dụng mái lớp màng polyethylen thay cho kính (green house) hay nhà lưới (net house) Trên giới, công nghệ trồng nhà kính hồn thiện với trình độ cao để canh tác rau hoa Ứng với vùng miền khác mẫu nhà kính hệ thống điều khiển yếu tố nhà kính có thay đổi định cho phù hợp với điều kiện khí hậu vùng, hệ thống điều khiển tự động bán tự động Tuy nhiên vùng thường chịu nhiều tác động thiên tai bão lũ, động đất lại cần cân nhắc kỹ lợi ích chi phí rủi ro 1.2.2 Tình hình phát triển nơng nghiệp cơng nghệ cao Việt Nam Trong năm gần thực Quyết định 176/QĐ-TTG Thủ tướng Chính phủ Về việc phê duyệt Đề án phát triển nông nghiệp ứng dụng công nghệ cao đến năm 2020, tỉnh, thành phố nước triển khai xây dựng khu nông nghiệp công nghệ cao; vùng sản xuất nông nghiệp ứng dụng cơng nghệ cao mơ hình sản xuất nơng nghiệp cơng nghệ cao Có thể nói Lâm Đồng địa phương tiên phong phát triển nông nghiệp công nghệ cao tỉnh dẫn đầu mức độ ứng dụng công nghệ cao sản xuất nơng sản hàng hóa Từ năm 1990, Lâm Đồng xác định nông nghiệp công nghệ cao đột phá phát triển; nhiều mơ hình nơng nghiệp ứng dụng cơng nghệ cao hình thành hoạt động có hiệu Nhà kính phù hợp với u cầu phát triển nơng nghiệp bền vững, cho phép kiểm soát đầy đủ chặt chẽ thơng số q trình sản xuất nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng, khí oxy, carbonic…kể việc sử dụng tối ưu đất canh tác để đáp ứng sinh trưởng phát triển trồng kiểm sốt tình hình sâu bệnh để đạt sản lượng cao Hiện Việt Nam, bà nông dân doanh nghiệp nông nghiệp áp dụng mơ hình nhà kính để sản xuất rau loại hoa cao cấp công nghệ cao nhiều Đà Lạt, nơi xem vùng trồng rau, hoa trọng điểm nước Hầu hết loại nhà kính cơng nghệ cao Việt Nam Thiết kế hệ thống tự động điều hòa nhiệt độ tưới nhà vườn nhập cơng nghệ trực tiếp mơ hình chuyển giao cơng nghệ từ nước có nơng nghiệp cơng nghệ cao phát triển Nhật Bản, Israel… Trong nước có nghiên cứu trường, viện thiết kế mẫu nhà kính cơng trình “Nhà lưới trồng công nghệ cao” Viện Nghiên cứu Phát triển Công nghệ cao Kỹ thuật công nghiệp phối hợp với Viện Khoa học Sự sống thực hiện; cơng trình “Nghiên cứu xây dựng mơ hình kỹ thuật trồng rau suất cao cho quần đảo Trường Sa” Trung tâm Nhiệt đới Việt - Nga Viện Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp Miền Nam thực hiện… Bên cạnh đó, số cơng ty nước chủ động sản xuất loại nhà kính áp dụng kỹ thuật, cơng nghệ nhà kính nhiều nước phát triển giới, kết hợp ưu điểm mơ hình nhà kính ứng dụng Việt Nam, đồng thời khắc phục nhược điểm nhà kính bà nơng dân doanh nghiệp triển khai năm qua Ngồi ra, với phát triển cách nhanh chóng ngành điện tử nhiều ngành khác ý tưởng nhà vườn thơng minh khơng cịn vướng rào cản công nghệ Việc điều khiển nhà vườn thơng minh thơng qua smartphone máy tính tạo nên bước ngoặc lớn việc điều khiển tự động, không dây cách linh hoạt, nói phát triển không ngừng smartphone làm cho cơng nghệ có thêm bước tiến, việc điều khiển dễ dàng Hình 1.1 Mơ hình nhà kính trồng cà rốt Đà Lạt, nguồn internet Thiết kế hệ thống tự động điều hòa nhiệt độ tưới nhà vườn 1.3 Nhiệm vụ nghiên cứu Dùng phần mềm GX WORK thông qua cảm biến nhiệt độ, độ ẩm để thiết lập mơ hình nhà kính điều khiển tự động Nhằm mục đích đem lại mơi trường sinh trưởng tốt cho trồng Nghiên cứu ứng dụng PLC Mitsubishi vào điều khiển chu trình chăm sóc ni trồng nông nghiệp 1.4 Các vấn đề cần nghiên cứu bổ sung Các nghiên cứu ứng dụng từ lâu Tuy nhiên, giá thành cao nên nhiều người chưa có điều kiện để sử dụng thiết bị Vì vậy, em thực nghiên cứu hệ thống tự động điều hòa nhiệt độ độ ẩm PLC Hệ thống chế tạo đơn giản, dễ dàng vận hàng chi phí phù hợp sửa chữa 10 Thiết kế hệ thống tự động điều hòa nhiệt độ tưới nhà vườn 3.6 Chương trình điều khiển 43 Thiết kế hệ thống tự động điều hòa nhiệt độ tưới nhà vườn 44 Thiết kế hệ thống tự động điều hòa nhiệt độ tưới nhà vườn 45 Thiết kế hệ thống tự động điều hòa nhiệt độ tưới nhà vườn 46 Thiết kế hệ thống tự động điều hòa nhiệt độ tưới nhà vườn 47 Thiết kế hệ thống tự động điều hòa nhiệt độ tưới nhà vườn 48 Thiết kế hệ thống tự động điều hòa nhiệt độ tưới nhà vườn 49 Thiết kế hệ thống tự động điều hòa nhiệt độ tưới nhà vườn 50 Thiết kế hệ thống tự động điều hòa nhiệt độ tưới nhà vườn 51 Thiết kế hệ thống tự động điều hòa nhiệt độ tưới nhà vườn 52 Thiết kế hệ thống tự động điều hòa nhiệt độ tưới nhà vườn 3.7 Thực nghiệm mô hình Hình 3.13 Tổng quan mơ hình Giao diện điều khiển mơ hình thiết kế thân thiện, dễ dàng sử dụng điều khiển Các nút nhấn dùng để điều khiển mơ hình tay, gồm có nút bật tắt nguồn động lực nguồn 220V AC cấp cho thiết bị Cuối phần cài đặt thơng số thích hợp với núm điều chỉnh thông số cài đặt cho loại mong muốn trồng, điều chỉnh nhiệt độ dải từ – 55 °C độ ẩm từ – 100% • Kết Luận Sau thực nghiệm chạy thử mơ hình ta thấy mơ hình chạy cho kết tốt, thiết bị thiết kế mang tính chất cơng nghiệp nên hoạt động ổn định, giá trị cảm biến đọc xác Vận hành tay bảng điều khiển hoạt động tốt Tóm lại thứ hoạt động tính tốn thiết kế 53 Thiết kế hệ thống tự động điều hòa nhiệt độ tưới nhà vườn 3.8 Công suất dự kiến thiết bị thực tế Từ cách thiết kế, bố trí hệ thống cách tối ưu em đưa công suất dự kiến cho tồn vườn Ví dụ cho dự kiến cho vườn 500m² 1) Công suất tiêu thụ hệ thống làm mát (PA) là: PA = Nquạt x Pquạt 2) Công suất tiêu thụ hệ thống sưởi (PB) là: PB = Nđèn x Pđèn 3) Công suất tiêu thụ hệ thống bơm tưới (PC) là: PC = Nbơm x Pbơm  Tổng công suất tiêu thụ thiết bị sử dụng vườn (PD) là: PD = PA + PB + PC Bảng 3.2 Công suất dự kiến vườn 500m² Thiết bị Số lượng (N) Quạt Bóng đèn Bơm 17 Công suất thiết bị (P) 750W 100W 1200W 54 Cơng suất tồn vườn 7400W Thiết kế hệ thống tự động điều hòa nhiệt độ tưới nhà vườn Chương KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ VÀ ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 4.1 Kết luận, kiến nghị 4.1.1 Những vấn đề đạt Nghiên cứu thiết kế hệ thống mơ hình trồng nơng nghiệp nhà kính ý nghĩa thực tiễn cơng nghệ Tìm hiểu sơ lược PLC Mitsubishi FX3U 14MR 6AD 2DA RS485 Phần mềm lập trình GX WORK để lập trình điều khiển hệ thống Cụ thể cài đặt giám sát thông số độ ẩm, nhiệt độ khơng đất nhà kính Nắm vững vận dụng kiến thức học lập trình PLC, hệ thống cung cấp điện để áp dụng vào đề tài Ứng dụng thực tế: Đã thiết kế mơ hình nhà kính kiểm sốt điều khiển thơng số qua PLC cách hoàn chỉnh sát với thực tế nhằm đáp ứng yêu cầu đề tài đưa Ngoài chúng em tập cho thân tinh thần làm việc nhóm tốt.Chúng em giúp đỡ hỗ trợ thực tốt nhiệm vụ đươc giao nhằm đạt kết nghiên cứu tốt 4.1.2 Những vấn đề hạn chế Do điều kiện thực đồ án hạn chế kinh nghiệm thực tiễn thiếu yếu nên đề tài nhiều thiếu sót Rất kính mong Thầy Cơ mơn đóng góp ý kiến để mơ hình hồn thiện Chưa áp dụng cơng nghệ biến tần việc điều khiển tốc độ động Vì mơ hình thực đề tài cịn hạn chế kích thước nên chưa thể áp dụng công nghệ tiên tiến hệ thống phun sương, hệ thống điều chỉnh ánh 55 Thiết kế hệ thống tự động điều hòa nhiệt độ tưới nhà vườn sáng cảm biến dinh dưỡng Chưa tích hợp việc điều khiển mơ hình thơng qua sóng điện thoại 4G để tăng tính tiện lợi dế vận hành sản xuất mơ hình 4.2 Hướng phát triển Có thể dùng công nghệ biến tần để điều khiển tốc độ động bơm cho phù hợp với điều kiện sản xuất định Nhằm tiết kiệm tối đa lượng đạt hiệu tưới tiêu cao Có thể phát triển hệ thống chiếu sáng nhằm tiết kiệm lượng cường độ chiếu sáng phù hợp với loại trồng Nên dùng chiếu sáng đèn LED, phát triển xây dựng hệ thống chiếu sáng nhà kính tận dụng lượng mặt trời Có thể áp dụng nhiều phương pháp tưới cho phù hợp với loại trồng Phát triển hệ thống quạt thơng gió cấp khí vào nhà kính, xây dựng nhà kính trạm khí tượng mini phục vụ việc trồng nông nghiệp nhằm đem lại giá trị kinh tế cao 56 Thiết kế hệ thống tự động điều hòa nhiệt độ tưới nhà vườn TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trang chủ finom.vn » Kiến thức » KIỂM SOÁT ĐỘ ẨM VÀ NHIỆT ĐỘ TRONG NHÀ MÀNG NHƯ THẾ NÀO? Truy cập từ https://finom.vn/kiem-soat-do-am-va-nhiet-do-trong-nhamang-nhu-the-nao [2] Trang chủ » Thiết bị vật tư nhà kính Truy cập từ http://nhakinh.net/he-thong-lam-mat-nha- kinh/ [3] Trang chủ Mitsubishi.com » Hỗ trợ Kỹ thuật Mitsubishi » Tài liệu lập trình PLC Mitsubishi Tiếng Việt Truy cập từ https://plcmitsubishi.com/tai-lieu-lap-trinh-plc-mitsubishi-tieng-viet.html [4] Trang chủ Trồng Trọt Công Nghệ Cao » Các chế độ tưới » Tưới phun mưa » Tìm hiểu tưới phun mưa Truy cập từ http://trongtrotcongnghecao.com/tin-bai/tim-hieu-ve-tuoi-phun-mua.html [5] Lê Văn Doanh tác giả – Điện tử công suất: Lý thuyết, thiết kế ứng dụng, NXB Khoa Học Kỹ Thuật (2005) [6] Nguyễn Viết Ngư, Nguyễn Đình Hùng – Điện tử công suất, Đại học SPKT Hưng Yên (2014) 57 ... tự động điều hòa nhiệt độ tưới nhà vườn 46 Thiết kế hệ thống tự động điều hòa nhiệt độ tưới nhà vườn 47 Thiết kế hệ thống tự động điều hòa nhiệt độ tưới nhà vườn 48 Thiết kế hệ thống tự động điều. .. nhiệt độ tưới nhà vườn 3.6 Chương trình điều khiển 43 Thiết kế hệ thống tự động điều hòa nhiệt độ tưới nhà vườn 44 Thiết kế hệ thống tự động điều hòa nhiệt độ tưới nhà vườn 45 Thiết kế hệ thống tự. .. 25 – 30°C 70 – 80% 28 Thiết kế hệ thống tự động điều hòa nhiệt độ tưới nhà vườn Chương THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG ĐIỀU HÒA NHIỆT ĐỘ VÀ TƯỚI CÂY TRONG NHÀ VƯỜN 3.1 Thiết kế khí mơ hình 3.1.1 Lên