Tự động hóa trong hệ thống trồng cây nhà kính sử dụng s7 300

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CƠNG NGHỆ ĐIỆN KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP Đề tài: TỰ ĐỘNG HĨA TRONG HỆ THỐNG TRỒNG CÂY NHÀ KÍNH SỬ DỤNG S7-300 Giáo viên hướng dẫn: Ths Nguyễn Ngọc Anh Tuấn Sinh viên thực hiện: Nguyễn Hữu Hoàng MSSV :14056881 TP.HCM ngày 01 tháng 05 năm 2018 Lời cảm ơn Báo cáo hoàn thành sinh viên thuộc Khoa CN Điện – Bộ môn Điều Khiển Tự Động, Trường Đại học Cơng nghiệp Tp Hồ Chí Minh Trong trình thực báo cáo tốt nghiệp, em nhận nhiều giúp đỡ thầy môn Điều khiển tự động trường Đại học Cơng Nghiệp Tp Hồ Chí Minh tồn thể bạn bè, anh chị sinh viên khóa Nhân dịp này, em xin gửi lòng biết ơn chân thành tới GVHD trực tiếp hướng dẫn cho tụi em, giáo viên môn, bạn bè giúp em có đóng góp quý báu thời gian qua Trong trình nghiên cứu thực báo cáo này, trình độ thời gian có hạn, nên khơng thể tránh khỏi thiếu sót Vì em mong nhận thông cảm nhận xét quý báu từ quý thầy cô Và lần nữa, em thật chân thành cảm ơn! NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Tp.Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2018 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Tp.Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2018 MỤC LỤC CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 Thực trạng sản xuất rau Việt Nam 1.1.1 Thực trạng 1.1.2 Trồng sử dụng công nghệ Việt Nam giới 1.1.3 Vai trị tự động hóa sản xuất 1.2 Phương pháp trồng nhà kính 1.3 Tự động hóa công nghiệp 1.4 Khái niệm Hệ thống thời gian thực 1.5 Máy tính cho tự động hóa cơng nghiệp CHƯƠNG 2: CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG CHO HỆ THỐNG 2.1 Tổng quan PLC giới thiệu PLC s7 300 2.1.1 Giới thiệu chung PLC 2.1.2 Giới thiệu chung PLC Siemens Simatic S7 300 10 2.2 Phần mềm STEP7 15 2.2.1 Sơ lược phần mềm STEP7 15 2.2.2 Cách tạo chương trình ứng dụng với STEP7 17 2.3 Làm quen với WinCC 19 2.3.1 Giới thiệu WinCC 19 2.3.2 Dự án WinCC (WinCC project) 20 2.4.1 Module Analog 24 2.4.2 Module analog SM331 24 2.5 Cảm biến nhiệt độ Pt100( đầu dò nhiệt Pt100) 26 CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG THUẬT TOÁN 29 ĐIỀU KHIỂN 29 3.1 Cơng nghệ sản xuất rau an tồn 29 3.2 Sơ đồ công nghệ hệ thống 29 3.3 Hoạt động hệ thống 29 3.4 Thuật tốn điều khiển mơ hình 30 3.4.1 Giới hạn mơ hình 30 3.4.2 Hoạt động mơ hình 30 3.5 Lưu đồ thuật tốn mơ hình 31 CHƯƠNG THIẾT KẾ MƠ HÌNH HỆ THỐNG 35 4.1 Thiết bị cho mơ hình 35 4.2 Cấu hình PLC viết chương trình 38 4.2.1 Cấu hình PLC 38 4.2.3 Ngơn ngữ lập trình 39 4.3 Thiết kế giao diện WinCC 40 4.4 Download chương trình chạy PLC thực 44 Chương trình PLC: 46 KẾT LUẬN 63 Tài liệu tham khảo 64 MỤC LỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 : Nhà kính trồng rau cơng nghệ từ Israel Hình 1.2: Ví dụ mẫu nhà kính dạng hở Hình 1.3: Hệ thống tự động hóa cơng nghiệp Hình 2.1: Ví dụ dụ PLC S-300 Hình 2.2: Hệ thống điều khiển sữ dụng PLC 10 Hình 2.3: Ứng dụng PLC ngành công nghiệp ô tô 11 Hình 2.4: Ứng dụng ngành thực phẩm nước giải khát (điều khiển dây chuyền rót nước, đóng nắp chai, đóng gói,…) 12 Hình 2.5: Các khối chức bên CPU S7-300 13 Hình 2.6: Ví dụ ảnh module mở rộng thực tế 13 Hình 2.7: Thứ tự xếp Rack 14 Hình 2.8: Một ví dụ ngơn ngữ LAD 15 Hình 2.9: Set giao diện PG/PC 16 Hình 2.10: Biểu tượng SIMATIC Manager 17 Hình 2.11: Tạo project 17 Hình 2.12: Chọn Finish để hồn tất đặt tên 18 Hình 2.13: Chèn trạm SIMATIC 18 Hình 2.14: Chọn Hardware để bắt đầu cấu hình phần cứng 19 Hình 2.15: Vị trí Slot 19 Hình 2.16: Biểu tượng WinCc 20 Hình 2.17: Cửa sổ WInCC 22 Hình 2.18: Hộp thoại TagManager 23 Hình 2.19: Dự án WinCC, tạo kết nối 23 Hình 2.20: Ngun lí hoạt động cảm biến công nghiệp 24 Hình 2.21: Module SM331 25 Hình 2.22: Bốn kênh đo SM331 26 Hình 2.23: Nguyên tắc dây chuyển đổi hai dịng 26 Hình 2.24: Cảm biến nhiệt độ PT100 27 Hình 2.25: Bộ chuyển đổi nhiệt độ – 20mA 28 Hình 3.1: Sơ đồ cơng nghệ hệ thống 29 Hình 3.2: Lưu đồ thuật thoán điều khiển theo nhiệt độ 32 Hình 3.3: Lưu đồ thuật thoán điều khiển theo độ ẩm 33 Hình 3.4: Lưu đồ thuật thốn điều khiển theo ánh sáng 34 Hình 4.1: Tổng thể mơ hình 36 Hình 4.2: Bộ chuyển đổi tín hiệu nhiệt độ đầu dị nhiệt độ Pt100 36 Hình 4.3: Bảng nút nhấn điều khiển đèn làm viêc 37 Hình 4.4: Tồn hệ thống điều khiển nguồn 37 Hình 4.5: Đèn chiếu sáng, thiết bị gia nhiệt( đèn đỏ) quạt thơng gió hệ thống 38 Hình 4.6: Cấu hình trạm PLC S7-300 cho dự án 38 Hình 4.7: Thiết lập để đo nhiệt độ 39 Hình 4.8: Thiết lập để đo độ ẩm ánh sáng 39 Hình 4.9: Giao diện Hệ thống trồng nhà kính thể WinCC 40 Hình 4.10: Chọn biểu tượng Simulation On/Off 41 Hình 4.11: Hộp thoại mơ phổng PLC 41 Hình 4.12: Nhấn Dowload để đổ chương trình mơ phổng 42 Hình 4.13: Chọn chạy mơ phổng PLC 42 Hình 4.14: Nháy chọn Runtime 43 Hình 4.15: Chạy chương trình WinCC 43 Hình 4.16: Hộp thoại Set PG/PC… 44 Hình 4.17: Chọn cổng giao tiếp MPI 44 MỞ ĐẦU Đặt vấn đề Rau mang lại nhiều lợi ích người Tuy nhiên, để trồng rau phải nhiều thời gian chăm sóc (tưới nước, bón phân, ) Nếu áp dụng cơng nghệ cao vào nông nghiệp bước tiến quan trọng Quốc gia nông nghiệp nước ta Thu nhập bình quân đầu người, Việt Nam sau Hàn Quốc khoảng 30-35 năm, sau Malaysia khoảng 25 năm, Thái Lan 20 năm, sau Indonesia Philippines khoảng 5-7 năm Với yếu điểm khả tài đó, việc sở hữu cơng nghệ - tiến khoa học kỹ thuật nước phát triển hạn chế Với phát triển đại hóa, nhiều máy móc, thiết bị nối tiếp đời Chúng kế thừa, phát huy, tích hợp nhiều tính mới; mẫu mã đa dạng hơn, kích thước nhỏ gọn, giá cạnh tranh Để hiểu vận dụng tối đa ứng dụng nhiều trường hợp khác mà nhà sản xuất mang đến trình học tập Mục đích đề tài  Đối với trang trại, nông trại chuyên sản xuất thực phẩm quy mô lớn phải cần nguồn lực lao động dồi cho tất cơng đoạn, điều đồng nghĩa với việc chi sản xuất tăng lên, sức cạnh tranh sản phẩm giảm Muốn giảm thiểu chi phí tăng tính cạnh tranh cần áp dụng tự động hóa vào q trình chăm sóc xanh, cần bàn tay người can thiệp vào đầu vào đầu sản phẩm  Học hỏi, tiếp cận công nghệ, sáng tạo; nội địa hóa dây chuyền, hệ thống nhằm giảm chi phí đầu tư ban đầu tăng hiệu kinh tế  Hiểu nguyên lí cách thức làm việc thiết bị sử dụng đề tài, áp dụng-ứng dụng trường hợp khác Phương pháp nghiên cứu Để thực đề tài này, em tiến hành phương pháp nghiên cứu sau:  Kết kế thừa: Commented [nt1]: PHẦN NÀY VIẾT QUÁ DÀI DÒNG NÊN VIẾT CHỈ KHOẢNG HÀNG Commented [W2R1]: Commented [W3R1]: - Kế thừa cơng trình nghiên cứu hệ trước sở lý thuyết phần mềm lập trình PLC S7 300 - Kế thừa mơ hình sản xuất có thực tiễn  Phương pháp thực nghiệm kiểm chứng Chạy thử mô nhiều lần, kiểm tra phát lỗi, từ hồn thiện hệ thống Đối tượng nghiên cứu: Các mơ hình nhà kính quy mơ lớn Việt Nam Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Hữu Hồng 50 Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Hữu Hồng Khối FC1: 51 Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Hữu Hồng Khối FC2: 52 Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Hữu Hồng 53 Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Hữu Hồng Khối FC3 54 Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Hữu Hồng 55 Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Hữu Hồng 56 Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Hữu Hồng FC4: FC5: 57 Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Hữu Hồng 58 Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Hữu Hồng 59 Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Hữu Hồng 60 Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Hữu Hồng 61 Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Hữu Hồng 62 Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Hữu Hoàng KẾT LUẬN Kết luận Sau thời gian nghiên cứu đề tài, gặp nhiều khó khăn với hướng dẫn tận tình thầy Nguyễn Ngọc Anh Tuấn, em hồn thành báo cáo tốt nghiệp Từ kết nghiên cứu đề tài, em thấy có mặt tích cực hạn chế sau: Mặt tích cực: - Hiểu rõ thiết bị S7-300, module mở rộng analog - Nghiên cứu phần mềm SIMATIC Manager, WinCC, từ lập trình hệ thống với sơ đồ công nghệ thực tiễn Mặt hạn chế: - Do nhiều hạn chế mặt kiến thức nên việc hồn thành báo cáo cịn nhiều sơ suất Mặt nhận thức: - Qua đề tài trên, có hội em muốn mở rộng đề tài hơn, hệ thống nhà kính điều khiển qua smartphone thông qua ứng dụng cài đặt điện thoại smartphone - Đề tài giúp em có thêm kiến thức thực tế áp dụng tự động hóa nơng nghiệp, lĩnh vực vô quan trọng nhiệm vụ kĩ sư tự động hóa tương lai 63 Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Hữu Hồng Tài liệu tham khảo - Các báo thực trạng trồng theo phương thức tự động Việt Nam - Tự động hóa q trình cơng nghệ - Giáo trình PLC Siemens Trường DH-CNTPHCM - s7300_sm331_ai_8x12_bit_getting_started_en-US_en-US.pdf - Hỏi đáp chia sẻ thời gian thực PLC (https://plcvietnam.com.vn/forum/showthread.php/36-Hỏi-đáp-và-chia-sẻvề-Thời-gian-thực-Real-Time) - Giới thiệu PLC Siemens http://feee.hcmute.edu.vn/Resources/Docs/SubDomain/feee/SIEMENS%2 0AUTOMATION%20PART%20II.pdf - SIMATIC HMI : Làm quen với WinCC 64 ... 1.1.2 Trồng sử dụng công nghệ Việt Nam giới 1.1.3 Vai trò tự động hóa sản xuất 1.2 Phương pháp trồng nhà kính 1.3 Tự động hóa cơng nghiệp 1.4 Khái niệm Hệ thống thời... : Nhà kính trồng rau cơng nghệ từ Israel Hình 1.2: Ví dụ mẫu nhà kính dạng hở Hình 1.3: Hệ thống tự động hóa cơng nghiệp Hình 2.1: Ví dụ dụ PLC S -300 Hình 2.2: Hệ. .. động, số khâu chưa tự động hóa yêu cầu phức tạp độ xác nên người phải đảm nhiệm 3.2 Sơ đồ công nghệ hệ thống Hình 3.1: Sơ đồ cơng nghệ hệ thống 3.3 Hoạt động hệ thống Mơ hình hoạt động dựa thông