Thiết kế và thi công hệ thống giám sát trang trại chăn nuôi

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT TRANG TRẠI CHĂN NUÔI GVHD: PGS Ts Nguyễn Minh Tâm SVTH: Nghiêm Sỹ Tú MSSV: 15141325 SVTH: Bùi Hải Phong MSSV: 13141235 Tp Hồ Chí Minh - 12/2019 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: Bùi Hải Phong MSSV: 13141235 Nghiêm Sỹ Tú MSSV: 15141325 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: 13141DT1B 15141DT2C I TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT TRANG TRẠI CHĂN NUÔI II NHIỆM VỤ Nội dung thực hiện: • Nội dung 1: Tìm hiểu PLC S7 – 1200 • Nội dung 2: Tìm hiểu cách kết nối cảm biến nhiệt ẩm với PLC S7-1200 • Nội dung 3: Thiết kế mơ hình hệ thống chuồng trại chăn nuối heo có giám sát • 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: 26/08/2019 V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS Ts Nguyễn Minh Tâm CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 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: Bùi Hải Phong Lớp: 13141DT1B Họ tên sinh viên 2: Nghiêm Sỹ Tú Lớp: 15141DT2C MSSV: 13141235 MSSV: 15141325 Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT TRANG TRẠI CHĂN NUÔI Tuần/ngày Tuần (26/08/201901/09/2019) Tuần (02/09/201908/09/2019) Tuần (09/09201915/09/2019) Tuần (16/09/201922/09/2019) Tuần 5,6 (23/09/20106/10/2019) Tuần 7,8 (07/10/201920/10/2019) Tuần 9,10,11,12 (21/10/2019 17/11/2019) Tuần 13,14 (18/11/201901/12/2019) Tuần 15 (02/12 08/12/2019) 20/12/2019 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 Tìm hiểu cách kết nối truyền nhận liệu cảm biến PLC S7-1200 Tiến hành thiết kế phần cứng cho toàn 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 web 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 chúng tơi xin chịu trách nhiệm nội dung đồ án Người thực Bùi Hải Phong Nghiêm Sỹ Tú 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 cô 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 PGS Ts Nguyễn Minh Tâm 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 trình học tập hồn thành khố luận tốt nghiệp Sinh viên thực đồ án Bùi Hải Phong Nghiêm Sỹ Tú iv MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP .i LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ii LỜI CAM ĐOAN iii LỜI CẢM ƠN iv MỤC LỤC .v LIỆT KÊ HÌNH VẼ vii LIỆT KÊ BẢNG ix TÓM TẮT x Chương TỔNG QUAN .1 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.2 MỤC TIÊU 1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 1.4 GIỚI HẠN .2 1.5 BỐ CỤC Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THEO DÕI VÀ GIÁM SÁT TRANG TRẠI CHĂN NUÔI 2.2 TỔNG QUAN VỀ PLC VÀ PLC S7-1200 2.3 TRUYỀN THÔNG MODBUS TRÊN RS485 VỚI PLC S7-1200 13 2.4 BƠM CHÌM 220V 16 2.5 ARDUINO UNO R3 20 Chương TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ 29 3.1 MƠ HÌNH HỆ THỐNG 29 3.1.1 Giới thiệu hệ thống 29 3.1.2 Chức phần 29 v 3.2 TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 29 3.2.1 Sơ đồ khối hệ thống 29 3.2.3 Sơ đồ kết nối PLC với toàn hệ thống 34 Chương THI CÔNG HỆ THỐNG 35 4.1 GIỚI THIỆU 35 4.2 THI CÔNG HỆ THỐNG 35 4.2.1 Thi công phần khung hệ thống 35 4.3 LẬP TRÌNH CHO HỆ THỐNG 37 4.3.1 Lưu đồ giải thuật 37 4.2.3 Phần mềm lập trình cho PLC 41 Chương KẾT QUẢ - NHẬN XÉT - ĐÁNH GIÁ 49 5.1 KẾT QUẢ 49 5.2 NHẬN XÉT – ĐÁNH GIÁ 53 Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 54 6.1 KẾT LUẬN 54 6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO 55 PHẦN PHỤ LỤC 56 vi LIỆT KÊ HÌNH VẼ Hình : Tổng quan PLC S7-1200 Hình 2: Bảng tín hiệu PLC S7-1200 11 Hình 3: Các Module tín hiệu PLC S7- 1200 12 Hình 4: Các module truyền thông PLC S7- 1200 13 Hình 5: Sơ đồ kết nối RS485 14 Hình 6: Cảm biến SHT10 15 Hình 7: Bơm chìm 16 Hình 8: Động DC 12V 16 Hình 9: Nút nhấn 17 Hình 10: Nút dừng khẩn cấp 17 Hình 11: Relay trung gian 24V 18 Hình 12: Vít tải 18 Hình 13: Quạt thổi 19 Hình 14: Đèn sợi tóc 19 Hình 15: Những phiên Arduino 21 Hình 16: Arduino Uno 22 Hình 17: Vi điều khiển Atmega328 tiêu chuẩn 24 Hình 18: Arduino đời đầu 25 Hình 19: Các lỗ vít giúp cố định vị trí Arduino 25 Hình 20: Các ngõ vào/ngõ Arduino 26 Hình 21: Các shield xếp chồng lên Arduino 28 Hình 22: Một số shield thông dụng 28 Hình 1: Sơ đồ khối hệ thống 30 Hình 2: Giao diện hệ thống scada 32 Hình 3: Giao diện web 33 Hình 4: Sơ đồ chân PLC 34 Hình 1: Thiết kế phần khung hệ thống 35 Hình 2: Bên ngồi bảng điều khiển 36 Hình 3: Bên bảng điều khiển 36 Hình 4: Lưu đồ giải thuật chế độ tay 38 vii Hình 5: Lưu đồ giải thuật chế độ tự động 39 Hình 6: Lưu đồ giải thuật chế độ tự động 40 Hình 7: Tia Portal V14 42 Hình 8: Giao diện bắt đầu chương trình 42 Hình 9: Giao diện tạo dự án 42 Hình 10: Giao diện bắt đầu dự án 43 Hình 11: Giao diện Devices & networks 43 Hình 12: Giao diện Add new device 44 Hình 13: Giao diện làm việc 44 Hình 14: Giao diện viết chương trình 44 Hình 15: Giao diện web cập nhật giá trị nhiệt độ - độ ẩm 45 Hình 16: Giao diện SCADA quản lí hệ thống 45 Hình 17: Biểu tượng Visual studio 47 Hình 18: Giao diện tạo project 47 Hình 19: Giao diện lựa chọn 48 Hình 20: Cấu hình cho web 48 Hình 1: Mặt trước hệ thống 49 Hình 2: Mặt bên hệ thống 50 Hình 3: Bên hệ thống 50 Hình 4: Giao diện giới thiệu trường trang web 51 Hình 5: Giao diện giới thiệu đồ án trang web 51 Hình 6: Giao diện truy xuất toàn liệu cảm biển 52 Hình 7: Giao diện truy xuất liệu theo thời gian tên cảm biến 53 vii LIỆT KÊ BẢNG Bảng Trang Bảng 1: Bảng phân loại chức dòng PLC S7- 1200 Bảng 2: Bảng module hỗ trợ PLC S7- 1200 11 Bảng 3: Một vài thông số Arduino UNO R3……………………………… 23 vii CHƯƠNG KẾT QUẢ - NHẬN XÉT – ĐÁNH GIÁ Kết thi cơng web Hình 4: Giao diện giới thiệu trường trang web Hình 5: Giao diện giới thiệu đồ án trang web BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH 51 CHƯƠNG KẾT QUẢ - NHẬN XÉT – ĐÁNH GIÁ Hình 6: Giao diện truy xuất toàn liệu cảm biển BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH 52 CHƯƠNG KẾT QUẢ - NHẬN XÉT – ĐÁNH GIÁ Hình 7: 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 87 lần hệ thống xử lý yêu cầu Suy hiệu suất hệ thống nằm khoảng 87% ± 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 53 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.1 KẾT LUẬN Các nội dung mà nhóm thực thiết kế thi cơng mơ hình trộn thức ăn cho uống, dựa theo thông số đầu vào giá trị nhiệt độ độ ẩm, để tiếp cân lại môi trường sống cho trang trại nằm trạng thái ổn đinh, hệ thống cung cấp lượng thức ăn nước uống, vệ sinh chuồng trại cách kịp thời liên tục 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 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 5% theo thông số kĩ thuật cảm biến •Kết nêu thực khoảng 70% so với mục tiêu đặt cịn số lỗi nhỏ 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 lượng thức ăn, nước uống, giám sát khối lượng, mở rộng kết nối với hệ tử lý phân - Sử dụng thêm camera để giám sát hoạt động heo - 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 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] S7-1200 Programmable controller - System Manual – SIEMENS, 2016 [2] https://kythuatdienviet.com/bo-dieu-khien-muc-nuoc.html [3] https://suphamyenbai.edu.vn/news/lap-trinh-ma-nguon-mo/bai-2-thiet-ke-giaodien-website-bang-html-va-css-tren-visual-studio-2015-286.html [4] https://hocwebchuan.com/tutorial/php/php_mysql_connect.php [5] http://linhkienagv.com/lap-trinh-modbus-arduino BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH 55 PHẦN PHỤ LỤC Code PLC hệ thống: BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH 56 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH ... Giới thi? ??u linh kiện, thi? ??t bị sử dụng thi? ??t kế hệ thống, chuẩn truyền, giao thức Chương 3: Tính Tốn Và Thi? ??t Kế Tính tốn thi? ??t kế, đưa sơ đồ nguyên lí hệ thống Chương 4: Thi Công Hệ Thống Thi công. .. TỐN VÀ THI? ??T KẾ 29 3.1 MƠ HÌNH HỆ THỐNG 29 3.1.1 Giới thi? ??u hệ thống 29 3.1.2 Chức phần 29 v 3.2 TÍNH TỐN VÀ THI? ??T KẾ HỆ THỐNG 29 3.2.1 Sơ đồ khối hệ thống. .. tử truyền thông Mã ngành: 41 Hệ đào tạo: Đại học quy Mã hệ: Khóa: 2015 Lớp: 13141DT1B 15141DT2C I TÊN ĐỀ TÀI: THI? ??T KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT TRANG TRẠI CHĂN NUÔI II NHIỆM VỤ Nội dung thực