đồ án tốt nghiệp nghiên cứu thiết kế mô hình tự động trong trồng trọt dùng plc

đồ án tốt nghiệp nghiên cứu thiết kế mô hình tự động trong trồng trọt dùng plc điều khiển và truyền thông Internet điều khiển cảm biến nhiệt độ, đổ ẩm không khí, đất. có hướng dẫn làm mô hình đẹp và gọn gàn.thiết kế giao diện người dùng trên HMI và smartphone thông qua inut.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MƠ HÌNH TỰ ĐỘNG TRONG TRỒNG TRỌT Ngành: ĐIỆN-ĐIỆN TỬ Giảng viên hướng dẫn: Th.S Nguyễn Hoàng Quốc Việt Sinh viên thực hiện: Nguyễn Kỳ Trâm MSSV: 1611020261 Lớp:16DDCA2 Sinh viên thực hiện: Võ Xuân Phong MSSV: 1611020117 Lớp:16DDCA2 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đình Trung MSSV: 1611020292 Lớp:16DDCA2 TP Hồ Chí Minh, 2020 LỜI CAM ĐOAN Sau tháng làm việc cuối chúng 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 làm Hơn chúng em làm nên thời gian quan trọng cấp thiết hết Tuy nhiên với nỗ lực với hướng dẫn tận tình Thầy Th.S Nguyễn Hoàng Quốc Việt giúp chúng em hoàn thành đề tài Mặc dù khó khăn em xin cam đoan tất em làm đề tài hồn tồn thân chúng em làm không thuê, mướn khác làm thay hộ Vì tụi em biết quan trọng đồ án Đây không đơn đồ án tốt nghiệp mà qua giúp chúng em có thêm nhìn thực tế, kinh nghiệm kiến thức học trình làm đề tài Chúng em xin cam đoan chịu hoàn toàn trách nhiệm đồ án tốt nghiệp Em xin cảm ơn ! TP HCM, ngày tháng năm 2020 Chữ ký sinh viên thực : LỜI CẢM ƠN Sau thời gian nghiên cứu, tìm tịi, tính tốn dẫn tận tình Thầy ThS Nguyễn Hoàng Quốc Việt chúng em hoàn thành đề tài "Nghiên cứu thiết kế mơ hình tự động trồng trọt" Trong trình thực hiện, em học hỏi nhiều điều lý thú bổ ích: Giúp em có khả tìm tịi, sáng tạo, tự lập phương pháp tìm kiếm tài liệu từ nguồn khác Qua việc thực đề tài này, chúng em có thêm nhiều kinh nghiệm cho lần sau Đặc biệt phương pháp trình bày ý tưởng Thời gian thực đề tài khơng đủ nhiều kiến thức cịn hạn hẹp đề tài khơng thể tránh khỏi thiếu xót Mong thầy tiếp tục giúp đỡ để em hoàn thiện kỹ thân Từ áp dụng vào đề tài sau Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn Thầy tận tình bảo, giúp đỡ để chúng em hoàn thành đề tài MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN .2 1.1 Giới thiệu đề tài nghiên cứu 1.1.1 Tính cấp thiết đề tài 1.1.2 Tính hình nghiên cứu 1.1.3 Mục đích nghiên cứu 1.1.4 Nhiệm vụ nghiên cứu 1.1.5 Phương pháp nghiên cứu 1.2 Các kết đạt sau nghiên cứu .9 CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ CƠ KHÍ CỦA MƠ HÌNH 11 2.1 Tổng quan 11 2.1.1 Giới thiệu mơ hình nhà kính 11 2.1.2 Cơ sở lựa chọn vật liệu cấu tạo nhà kính 11 2.2 Thiết kế mơ hình 11 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN MƠ HÌNH 15 3.1 Các thiết bị điều khiển sử dụng đề tài 15 3.1.1 Khối điều khiển trung tâm 15 3.1.2 Bộ nguồn 19 3.1.3 CB bảo vệ 20 3.1.4 Thiết bị đóng ngắt điện tử ( contactor ) 22 3.1.5 Relay 24 3.1.6 Cảm biến 25 3.1.7 Hệ thống bơm tưới 30 3.1.8 Hệ thống quạt thơng gió 31 3.1.9 Mô tơ kéo hệ thống rèm 32 3.1.10 Hệ thống sưởi 33 3.2 Giải thuật điều khiển mơ hình 34 CHƯƠNG 4: CHƯƠNG TRÌNH PLC VÀ GIAO DIỆN HMI ĐIỀU KHIỂN MƠ HÌNH 36 i 4.1 Tổng quan .36 4.1.1 Giới thiệu PLC Mitsubishi FX3U-24MT 36 4.1.2 Cấu trúc hoạt động PLC Mitsubishi 45 4.2 Giới thiệu phần mềm GX Works2 46 4.2.1 Giới thiệu 46 4.2.2 Cách tạo project 48 4.2.3 Tạo chương trình Ladder 57 4.2.4 Đọc, viết liệu đến từ khối CPU điều khiển khả trình 58 4.2.5 Chuẩn đốn lỗi CPU điều khiển khả trình 62 4.2.6 Chỉnh sửa chương trình Ladder 65 4.3 Phần mềm viết giao diện HMI EB8000 project manager 71 4.3.1 Khái niệm 72 4.3.2 Cách tạo project EB8000 project manager 72 4.4 Giám sát hệ thống điều khiển qua Internet iNut 78 4.4.1 Giới thiệu iNut PLC .78 CHƯƠNG 5:THI CÔNG VÀ THỰC NGHIỆM MƠ HÌNH .87 5.1 Thi cơng mơ hình 87 5.1.1Hệ thống bơm tưới .87 5.1.2Hệ thống đường ống dẫn vòi phun tưới 88 5.1.3Hệ thống quạt thơng gió 88 5.1.4Hệ thống rèm che .90 5.1.5Hệ thống sưởi 91 5.1.6Mạch điện điều khiển mơ hình 92 5.2 Thực nghiệm mô hình 94 5.3 Kết luận .97 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ VÀ ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 98 6.1 Kết luận 98 6.2 Những vấn đề đạt 98 ii 6.3 Những vấn đề hạn chế 98 6.4 Hướng phát triển 99 iii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT CB Circuit Breaker : Thiết bị đóng ngắt dòng điện PLC Programmable Logic Controller: Bộ điều khiển có khả lập trình đựơc CPU Central Processing Unit: Bộ xử lý trung tâm HMI Human Machine Interface: Giao diện người máy iv DANH MỤC BẢNG TRA Bảng 4.1 Bảng tóm tắt lỗi CPU thường gặp 63 Bảng 4.2 Vị trí ghi iNut 84 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Mơ hình nhà kính trồng cà rốt Đà Lạt Hình 1.2: Mơ hình nhà kính trồng hoa có hệ thống thơng gió Đà Lạt Hình 1.3 Phương pháp mơ hình hố, nguồn internet Hình 1.4 Mơ hình nhà kính thơng minh, nguồn internet 10 Hình 2.1 Hình chiếu nhìn từ xuống mơ hình 12 Hình 2.2 Hình chiếu cạnh mơ hình 13 Hình 2.3 Mơ hình khơng gian đề tài 14 Hình 3.1 PLC Mitsubishi FX3U-24MT thực tế 15 Hình 3.2 Sơ đồ kết nối lập trình PLC FX3U 24MT 17 Hình 3.3 Bộ truyền thơng iNut - PLC Modbus RTU RS-485 18 Hình 3.4 Bộ nguồn KEYENCE MS2 H75 .19 Hình 3.5 CB chống dịng rị NF30-CS 2P 10A 21 Hình 3.6 Contactor PAK-20J31 22 Hình 3.7 Relay nhiệt .23 Hình 3.8 Relay Samwon R4T-YC 24 Hình 3.9 Cảm biến đo độ ẩm khơng khí VELT-W-TH-14 26 Hình 3.10 Sơ đồ đấu chân cảm biến đo độ ẩm không khí 27 Hình 3.11 Cảm biến đo độ ẩm đất MT06011 thơng dụng Việt Nam 27 Hình 3.12 Cảm biến đo độ ẩm đất soil moisture sensor mơ hình 28 Hình 3.13 Cảm biến tiệm cận N04N SN04P SN04Y NPN .29 5.1.4 Hệ thống rèm che Hình 5.4 Hệ thống rèm che Rèm che có tác dụng che chắn tránh ánh nắng mặt trời chiếu trực tiếp lên trồng, trời nắng nóng làm ảnh hưởng đến trồng Do nhà kính thường thiết kế mái lợp sáng nên khơng thể che tồn trời nắng để đảm bảo trồng đựơc bảo vệ tốt cần phải có hệ thống che Trong chương trình thiết kế khơng đo ánh nắng trực tiếp nên ta dựa vào nhiệt độ bên nhà kính để điều khiển đóng hay mở che Ở nhiệt độ cài đặt che mở ra, nhiệt độ cao vượt ngưỡng cài đặt màng che tự động đóng lại 90 Hình 5.5 Hệ thống truyền động cho che Màn che đựơc thiết kế trượt nhôm thông qua bạc đạn đựơc kéo động xoay chiều 220V có hộp giảm tốc Động truyền chuyển động kéo rèm đóng mở thơng qua hệ thống xích Để biết vị trí đóng mở đồng thời giới hạn hành trình đóng mở rèm em có thiết kế cảm biến quang bắt vị trí đóng vị trí mở rèm Ở chế độ tự động rèm chạy đến vị trí muốn đến cảm biến truyền tín hiệu cho PLC lệnh ngừng động kéo rèm Còn chế độ tay cảm biến biến cịn có tác dụng an tồn người điều khiển bật cơng tắc đóng mở rèm tới vị trí cảm biến rèm ngừng lại ngừơi dùng có bật, điều giúp bảo vệ không cho động tiếp tục quay làm phá hủy cấu 91 5.1.5 Hệ thống đèn sưởi Hình 5.6 Hệ thống đèn sưởi Hệ thống đèn sưởi thiết kế mùa đông nhiệt độ xuống thấp hệ thống sưỡi hoạt động nhằm trì nhiệt độ thích hợp giúp trồng đủ ánh sáng Ở mơ hình hóa nên hệ thống sửơi em mơ bóng đèn Trường hợp thực tế thay điện trở nhiệt hệ thống quạt thổi 5.1.6 Mạch điện điều khiển mơ hình Bảng điện điều khiển mơ hình đựơc thi cơng theo chuẩn cơng nghiệp, thiết kế thi công tỉ mĩ Đồng thời đảm bảo quy tắc bảo vệ an toàn cho người sử dụng thiết bị 92 Hình 5.7 Mạch điện điều khiển mơ hình Bảng điện thiết kế đặt phía trước mơ hình nhằm dễ quan sát tín hiệu 93 Hình 5.8 Bảng điều khiển chế độ tay 94 Ở bảng điều khiển chế độ tay gồm có nút tắt mở nguồn động lực, khóa chuyển chế độ tự động hay tay Khóa có tác dụng an tồn có người thao tác mơ hình khơng muốn điều khiển từ xa qua internet Khi khóa bật chế độ tự động mơ hình chạy chế độ tự động vơ hiệu hóa khơng cho HMI điều khiền ngược lại khóa chế động tay mơ hình điều khiển nút nhận HMI 5.2 Thực nghiệm mô hình Hình 5.9 Tổng quan mơ hình thực tế 95 Sơ lược giao diện điều khiển mơ hình Giao diện điều khiển mơ hình thiết kế thân thiện, dễ dàng sử dụng điều khiển Đồng thời hiển thị tất thông tin cần thiết lên trang để người dùng quan sát điều khiển mơ hình tốt Giao diện gồm có phần Thứ tiêu đề cho biết thơng tin giao diện dùng để điều khiển Thứ hai hiển thỉ giá trị nhiệt độ, độ ẩm thực tế đo được, có đèn để hiển thị thiết bị thay đổi trạng thái màu thiết bị bật tắt Thứ nút nhấn dùng để điều khiển mơ hình chế độ tay, gồm có CB bật tắt nguồn động lực nguồn 220VAC cấp cho thiết bị, nguồn cần chạy bật nhằm đảm bảo an toàn cho người sử dụng, nút chuyển chế độ tự động tay, ý khóa bảng điều khiển gắng mơ hình trạng thái chế độ điều khiển tay hay tự động hình hoạt động Ngồi cịn có nút bật tắt quạt thơng gió, đèn sưởi, bơm, rèm Cuối phần cài đặt thông số thích hợp với loại mong muốn trồng, gồm có nhiệt độ cao nhất, nhiệt độ thấp nhất, độ ẩm cao độ ẩm thấp 96 Hình 5.10 Giao diện hình giới thiệu đề tài HMI Hình 5.11 Giao diện hình điều khiển mơ hình HMI Hình 5.12 Giao diện hình hiển thị cài đặt thông số HMI 97 Hình 5.13 Giao diện hình điều khiển mơ hình từ xa qua internet Mơ hình điều khiển cài đặt thơng số HMI điều khiển giám sát từ xa điện thoại cách kết nối vào mạng Internet Và tượng tự, điều khiển giám sát từ xa điện thoại khác thông qua dùng chung mạng Interter chia sẻ kết nối 5.3 Kết Luận Sau thực nghiệm chạy thử mô hình ta thấy mơ hình chạy cho kết tốt, thiết bị thiết kế mang tính chất công nghiệp nên hoạt động ổn định, giá trị cảm biến đưa hiển thị xác nhanh chóng Các chế độ vận hành tay bảng điều khiển hoạt động tốt Màn hình giao diện kết nối với mơ hình khơng gặp vấn đề gì, thời gian cập nhập giá trị cảm biến lên hình điều khiển nhanh, liên tục Máy tính khơng bị treo Tóm lại thứ hoạt động tính tốn thiết kế 98 CHƯƠNG KẾT LUẬN NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ VÀ ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 6.1 KẾT LUẬN 6.1.1 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 FX3U 24MT Phần mềm lập trình GX Works2 để lập trình điều khiển hệ thống Tìm hiểu chung điều khiển qua HMI điều khiển qua smartphone iNut Áp dụng để thiết kế hình ảnh để điều khiển giám sát hệ thống Cụ thể cài đặt giám sát thông số độ ẩm, nhiệt độ khơng khí, đất nhà kính Nắm vững vận dụng kiến thức học lập trình PLC, vi điều khiển, hệ thống cung cấp điện để áp dụng vào đề tài tốt nghiệp 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 6.1.2 Những vấn đề hạn chế Do điều kiện thực đồ án hạn chế kinh nghiệm thực tiễn thiếu yếu nên đề tài cịn nhiều thiếu sót Rất kính mong Q Thầy Cơ mơn đóng góp ý kiến để mơ hình hồn thiện Để đưa mơ hình thực tiễn giá thành cơng nghệ PLC tương cao 98 Chưa áp dụng công 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 tưới nhỏ giọt, hệ thống phun sương 6.2 Hướng phát triển Có thể dùng cơng 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 Và với nhu cầu sử dụng lượng ngày tăng cao nên hướng phát triển nông nghiệp bền vững nhà nước khuyến khích áp dụng xem hướng lâu dài cho ngành nơng nghiệp nước nhà Vì hướng phát triển quan trọng mơ hình sử dụng pin lượng mặt trời tua bin gió để cung cấp điện cho hệ thống bơm quạt hệ thống điều khiển nhà kính Theo số liệu nghiên cứu điện mặt trời có cơng suất 135Wp, tức ánh sáng đạt đến 1.000W/m2 (lúc trời nắng tốt, khơng có mây che, góc chiếu thẳng), nhiệt độ mơi trường 25ºC, điện mặt trời cho dịng điện DC có công suất 135W Đây đơn vị hay dùng để tính đơn giá Cơ sở liệu lượng ánh sáng trung bình đài khí tượng NASA thường 99 dùng tính tốn lắp đặt điện mặt trời Theo đó, TP.HCM lượng ánh sáng 100 mặt trời trung bình năm 5,20 kWh/ngày, Hà Nội 3,84 kWh/ngày, Đà Nẵng 4,88 kWh/ngày Vậy nhà kính mà lắp đặt TP.HCM, lắp 1kWp điện mặt trời trung bình ngày, hệ điện mặt trời cho lượng điện 5,20 kWh Nếu nhà kính sử dụng điện 350 kWh/tháng cần lắp hệ thống điện mặt trời 3kWp đủ (đã tính tổn hao thiết bị) Hình 6.1 Mơ hình nhà kính tương lai 101 Nguồn tài liệu tham khảo Giới thiệu PLC Mitsubishi FX3U, 6/2020 https://plcmitsubishi.com/gioi-thieu-plc-mitsubishi-fx3u.html Nguyễn Hồng Đạt Cài đặt cấu hình môi trường cho iNut, 8/2020 http://arduino.vn/cc EB8000 Project Manager, 7/2020 https://hmivietnam.com/download-weinview-eb8000-tk6070iptk6070iq-tk6070ih-software/ Phần mềm GX Works2, 7/2020 https://blogdankythuat.com/tong-quan-phan-mem-gx-works-2-laptrinh-plc/ Cảm biến nhiệt độ độ ẩm khơng khí, 7/2020 https://kythuatdienviet.com/cam-bien-do-do-am-va-nhiet-dophong.html? fbclid=IwAR3L4ac97nGmqSxk9KMbGf7ONPD4OWvA6X44ljILMT AgYrOMysCtSf7MgSE Cảm biến độ ẩm đất, 7/2020 https://kythuatdienviet.com/cam-bien-do-am-dat.html? fbclid=IwAR3L4ac97nGmqSxk9KMbGf7ONPD4OWvA6X44ljILMTA gYrOMysCtSf7MgSE PHỤ LỤC B MẠCH ĐIỀU KHIỂN PHỤ LỤC B CHƯƠNG TRÌNH PLC ĐIỀU KHIỂN MƠ HÌNH liên hệ email: phongvoxuan.1707@gmail.com ... 34 Hình 4.1: Lưu đồ điều khiển dùng Rơle 37 Hình 4.2 Lưu đồ điều khiển PLC 37 Hình 4.3 Mơ hình hệ thống điều khiển PLC 38 Hình 4.4 Hình PLC hãng OMRON 44 Hình 4.5 Hình PLC. .. smartphone đồng thời hướng dẫn tận tình thầy Th.S Nguyễn Hồng Quốc Việt, chúng em chọn thực đề tài "Nghiên cứu thiết kế mơ hình tự động trồng trọt" cho đề tài tốt nghiệp, nhằm lĩnh hội tri thức cần thiết. .. nông 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 tốt nghiệp “ Mơ hình