trong công nghiệp
Thông thường đầu vào của các module analog là các tín hiệu điện áp hoặc dòng điện. Trong khi đó các tín hiệu tương tự cần xử lý lại thường là các tín hiệu không điện như nhiệt độ, độ ẩm, áp suất, lưu lượng, khối lượng . . . Vì vậy người ta cần phải có một thiết bị trung gian để chuyển các tín hiệu này về tín hiệu điện áp hoặc tín hiệu dòng điện – thiết bị này được gọi là các đầu đo hay cảm biến.
Để tiện dụng và đơn giản các tín hiệu vào của module Analog Input và tín hiệu ra của module Analog Output tuân theo chuẩn tín hiệu của công nghiệp. Có 2 loại chuẩn phổ biến là chuẩn điện áp và chuẩn dòng điện.
- Điện áp : 0 – 10V, 0-5V, 5V…
- Dòng điện : 4 – 20 mA, 0-20mA, 10mA.
Trong khi đó tín hiệu từ các cảm biến đưa ra lại không đúng theo chuẩn. Vì vậy người ta cần phải dùng thêm một thiết chuyển đổi để đưa chúng về chuẩn công nghiệp.
Kết hợp các đầu cảm biến và các thiết bị chuyển đổi này thành một bộ cảm biến hoàn chỉnh, thường gọi tắt là thiết bị cảm biến, hay đúng hơn là thiết đo và chuyển đổi đo (bộ transducer).
(Trích dẫn: giáo trình PLC cơ bản)
Hình 3.2 Sơ đồ chuyển đổi tín hiệu vào và ra của module
PLC S7 1200 CPU 1214c DC/DC/DC có 2 cổng Analog input và sử dụng điện thế ở mức 0-10V, vì thế chúng ta nên chọn các loại cảm biến có mức điện áp theo thông số của PLC tránh trường hợp sử dụng sai và không đem lại kết quả tốt.
Sơ đồ đấu nối PLC
Sơ đồ đấu nối từ relay qua thiết bị
Hình 3.4 Sơ đồ đấu nối relay qua thiết bị
Cách bố trí thiết bị trong tủ điện
Việc thiết kế, cách bố trí thiết bị trong tủ điện hợp lý, đúng cách sẽ làm cho tủ điện giảm ảnh hưởng độ nhiễu giữa các thiết bị, tiết kiệm dây dẫn điện, tăng tính thẩm mỹ, tăng tuổi thọ các thiết bị và vận hành ổn định hơn… Sắp xếp thiết bị được phân thành từng nhóm như sau:
+ Nhóm thiết bị điều khiển hay đặt cùng nhau, góc phía trên (Các rơ le bảo vệ, rơ le trung gian, bộ điều khiển, cảm biến).
+ Nhóm khí cụ điện đóng cắt đặt cùng 1 hàng phía dưới (Aptomat, Contactor, khởi động từ.)
+ Aptomat tổng (Cấp nguồn cho hệ thống) đặt ở trung tâm tủ điện (hoặc đặt ở góc cao bên trái) sao cho thuận tiện trong quá trình vận hành, thao tác.
Cầu đấu đặt ở phía dưới cùng để thuận tiện cho quá trình đấu dây vào / ra tủ điện. 3.6.1 Kích thước tủ điện Kích thước tủ điện: Chiều cao: 650mm Chiều rộng: 450mm Chiều sâu: 250mm
Với các loại tủ điện thì kích thước cực kì đa dạng, tùy theo vào nhu cầu sử dụng mà chúng ta chọn kích thước sao cho phù hợp .
Hình 3.5 Kích thước tủ điện
Hình 3.6 Vị trí nút nhấn
Hình 3.7 Vị trí thiết bị trên tủ điện
Thi công hệ thống
CHƯƠNG 4 CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG
Bảng phân công đầu vào đầu ra
4.1.1 Bảng phân công đầu vào
Bảng đầu vào
Tên đầu vào Kiểu dữ liệu Địa chỉ Chú thích
Manual Bool %I0.0 Nút nhấn chế độ
bằng tay (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Auto Bool %I0.1 Nút nhấn chế độ
tự động
On/Off_Pump1 Bool %I0.2 Đóng mở bơm 1
On/Off_Pump2 Bool %I0.3 Đóng mở bơm 2
On/Off_Fan1 Bool %I0.4 Đóng mở quạt 1
On/Off_Fan2 Bool %I0.5 Đóng mở quạt 2
On/Off_Light Bool %I0.6 Đóng mở đèn
On/Off_MotorThuận Bool %I0.7 Rèm mở
On/Off_MotorNghịch Bool %I1.0 Rèm đóng
CTHT1 Bool %I1.1 Công tắc hành
trình 1
CTHT2 Bool %I1.2 Công tắc hành
trình 2
In_Sensor1 Int %IW64 Giá trị đầu vào
cảm biến nhiệt độ
In_Sensor2 Int %IW66 Giá trị đầu vào cảm biến độ ẩm đất
Bảng 4.1 Phân chia đầu vào của hệ thống
4.1.2 Bảng phân công đầu ra
Bảng đầu ra
Tên đầu vào Kiểu dữ liệu Địa chỉ Chú thích Pump_1 Bool %Q0.0 Relay Bơm 1 Pump_2 Bool %Q0.1 Relay Bơm 2 Fan_1 Bool %Q0.2 Relay Quạt 1 Fan_2 Bool %Q0.3 Relay Quạt 2
Light Bool %Q0.4 Relay Đèn Motor_Thuận Bool %Q0.5 Relay Rèm mở Motor_Nghịch Bool %Q0.6 Relay Rèm đóng
Nguyên lý hoạt động
4.2.1 Lưu đồ thuật toán hệ thống
4.2.2 Giản đồ thời gian cảm biến độ ẩm đất
Hình 4.2 Giản đồ thời gian cảm biến độ ẩm đất
4.2.3 Giản đồ thời gian cảm biến nhiệt độ
Thiết kế giao diện Wincc
4.3.1 Tạo giao diện HMI cho hệ thống
Bước 1: Đầu tiên vào phần Device configuration để kết nối PLC với WinCC RT Advanced.
Bước 3: Sau đó nhấn Add new screen mình tạo chương trình mới: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Bước 5:Giao diện HMI của hệ thống:
Hình 4.4 Giao diện HMI của hệ thống
Thiết kế Webserver cho hệ thống
4.4.1 Sử dụng trực tiếp bằng mạng Ethernet
Phương thức này giúp người dùng có thể điều khiển trực tiếp bằng máy tính sử dụng mạng Ethernet và đường truyền ổn định. Nhược điểm khoảng cách càng lớn chi phí sẽ càng cao và chỉ hoạt động trong phạm vi và máy tính có cắm mạng Ethernet.
4.4.2 Khái niệm Ethernet công nghiệp
Ethernet công nghiệp được áp dụng cho môi trường công nghiệp, thường đòi hỏi các đầu nối, dây cáp chắc chắn hơn và quan trọng nhất là tính xác định tốt hơn. Để đạt được tính xác định tốt hơn, Ethernet công nghiệp sử dụng các giao thức chuyên biệt kết hợp với Ethernet. Các giao thức Ethernet công nghiệp phổ biến hơn là PROFINET®, EtherNet / IP®, EtherCAT®, SERCOS III và POWERLINK®.
Với Ethernet công nghiệp, tốc độ truyền dữ liệu nằm trong khoảng từ 10 Mbps đến 1 Gbps. Tuy nhiên, 100 Mbps là tốc độ phổ biến nhất được sử dụng trong các ứng dụng Ethernet công nghiệp.
Hoạt động các giao thức Ethernet công nghiệp
Các giao thức Ethernet công nghiệp như PROFINET và EtherCAT sửa đổi Ethernet tiêu chuẩn để đảm bảo dữ liệu sản xuất cụ thể không chỉ được gửi và nhận một cách chính xác mà còn được gửi và nhận đúng lúc khi dữ liệu cần thiết để thực hiện một hoạt động cụ thể.
4.4.3 Các bước tiến hành kết nối hệ thống qua Ethernet
- Check địa chỉ cổng Ethernet của PLC - Đặt IP tĩnh cho máy tính
- Cài đặt IP PLC và IP PC sao cho phù hợp để kết nối với nhau - Chọn cấu hình cho PLC
4.4.4 Kết nối qua wifi internet
Ưu điểm của hình thức này là người dùng có thể điều khiển từ xa và không cần phải đến trực tiếp nhà kính. Chỉ cần có internet người dùng có thể truy cập và sử dụng
4.4.5 Các bước tiến hành kết nối hệ thống qua mạng không dây wifi
- Nat port cho Modem Router: Mở cổng của Modem Router để cho PLC kết nối được với Internet
- Xác định địa chỉ Ip của PLC
- Xác định Port cần Nat trên Modem Router
- Sau khi Nat xong ta tìm địa chỉ WAN IP cho Modem Router (WAN IP địa chỉ PLC kết nối với internet)
- WAN IP là địa chỉ do nhà mạng cung cấp dịch vụ internet ISP cấp cho mỗi modem router và thông thường là địa chỉ IP động.
- Gõ Ping.eu trên bất ký trình duyệt web nào sẽ hiện ra địa chỉ WAN IP của Modem Router ( PC và PLC phải cùng kết nối với 1 Modem router)
- Vào Check Port: kiểm tra xem Port mà ta vừa Nat.
- Sau khi xác định được WAN IP và check Port thành công ta có thể truy cập vào PLC thông qua mạng Internet từ bất cứ vị trí nào hoặc thiết bị nào có kết nối Internet bằng cách đánh địa chỉ WAN IP trên vào trình duyệt web
Cấu hình phần cứng kích hoạt web server trên PLC Bước 1: Xác định địa chỉ IP của PLC
Bước 2: Bật các bit hệ thống, các bit này sử dụng khi lập trình Webserver.
Bước 3: Bật chức năng PUT/GET từ PLC, bật chức năng này thì Webserver mới
Bước 4: Đảm bảo không được đặt pass cho PLC, PLC luôn ở chế độ full acess
Bước 6: Tại user của Webserver tích chọn tất cả option cho user
Tạo khối Database (DB) truyền thông dữ liệu giữa PLC và Webserver Bước 1: Tạo một khối Database theo các bước sau (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Bước 3: Tạo một watch table và gọi tất cả các tag cần đưa lên Webserver vào
table vừa tạo
Bước 4: Tại phần cứng PLC mục Webserver > Watch table thêm watch table
Thiết kế website dùng phần mềm visual studio code Bước 1: Tạo ra 1 folder chứa các file của phần Webserver
Bước 3: Gọi các nút nhấn và biểu tượng trong Webserver
Bước 5: Gọi các tag kết nối giữa PLC và Webserver
Giao diện chương trình trên Webserver
4.8.1 Giao diện màn hình chế độ tự động hiển thị trên Webserver
Hình 4.7 Giao diện trên Webserver chế độ tự động
4.8.2 Giao diện màn hình chế độ bằng tay hiển thị trên Webserver
4.8.3 Giao diện hệ thống trên các thiết bị kết nối
TỔNG KẾT VÀ ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN Những vấn đề đạt được
Nghiên cứu và “thiết kế mô hình giám sát và điều khiển hệ thống sản xuất nông nghiệp qua web server” và ý nghĩa thực tiễn của công nghệ này.
Tìm hiểu sơ lược về PLC S7 1200. Cụ thể phần cứng CPU 1214 DC/DC/DC. Phần mềm lập trình Tia Portal V16 để lập trình điều khiển hệ thống.
Tìm hiểu chung về hệ thống Web server và thiết kế giao diện điều khển của hệ thống. Áp dụng nó để thiết kế hình ảnh để điều khiển và giám sát hệ thống. Cụ thể cài đặt và giám sát thông số độ ẩm, nhiệt độ không khí,đất trong nhà kính.
Nắm vững và vận dụng được những kiến thức đã học về 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 được mô hình nhà kính kiểm soát và điều khiển được các thông số qua PLC một cách khá hoàn chỉnh và sát với thực tế nhằm đáp ứng yêu cầu của đề tài đưa ra.
Ngoài ra chúng em cũng tập được cho bản thân tinh thần làm việc nhóm rất tốt. Chúng em đã giúp đỡ hỗ trợ nhau thực hiện tốt nhiệm vụ đươc giao nhằm đạt được kết quả nghiên cứu tốt nhất.
Những vấn đề chưa đạt được
Do điều kiện thực hiện đồ án còn hạn chế kinh nghiệm thực tiễn còn thiếu và yếu nên đề tài này còn rất nhiều thiếu sót. Rất kính mong các Thầy Cô trong bộ môn đóng góp ý kiến để mô hình này hoàn thiện hơn.
Để có thể đưa mô hình ra thực tiễn thì giá thành của công nghệ PLC còn tương khá cao.
Chưa áp dụng được công nghệ biến tần trong việc điều khiển tốc độ động cơ. Vì mô hình thực hiện đề tài còn hạn chế về kích thước và kinh phí nên chưa thể áp dụng được các công nghệ tiên tiến hơn như hệ thống kiểm soát độ ẩm không khí, hệ thống chăm sóc đặc biệt bằng thuốc bảo vệ thực vật.
Hệ thống web server chưa điều khiển mượt mà, do nhiều yếu tố khách quan như Laptop không đủ chất lượng, song wifi quá yếu…
Định hướng phát triển
Có thể dùng công nghệ biến tần để điều khiển tốc độ động cơ bơm sao cho phù hợp với điều kiện sản xuất nhất định. Nhằm tiết kiệm tối đa năng lượng và đạt hiệu quả tưới tiêu cao nhất.
Có thể phát triển hệ thống chiếu sáng nhằm tiết kiệm năng lượng và cường độ chiếu sáng phù hợp với loại cây trồng . Nên có thể dùng chiếu sáng bằng đèn LED, phát triển xây dựng hệ thống chiếu sáng nhà kính tận dụng năng lượng mặt trời.
Có thể áp dụng nhiều phương pháp tưới sao cho phù hợp với mọi loại cây trồng. Phát triển hệ thống điều hòa làm thay đổi hệ thống thông gió, cấp khí vào nhà kính, xây dựng nhà kính như một trạm khí tượng mini phục vụ việc trồng cây nông nghiệp nhằm đem lại giá trị kinh tế cao.
Ngoài các yếu tố tự động hóa như trong đồ án đã nêu ra thì còn nhiều yếu tố khác ảnh hưởng tới sự phát triển và năng suất của cây trồng cần xem xét thêm như vấn đề độ dinh dưỡng, độ pH trong đất. Việc bón phân theo phương pháp truyền thống hiện nay vẫn còn nhiều hạn chế, đặc biệt là việc sử dụng phân hóa học trong canh tác. Việc phân tích nhu cầu dinh dưỡng của cây trồng cần nghiên cứu thêm. Việc tưới tiêu trong nông nghiệp hiện nay vẫn còn chưa thực sự tối ưu. Trong tương lai có thể nghiên cứu kỹ về việc kết hợp tưới tiêu tự động không chỉ giải quyết vấn đề về độ ẩm, nhiệt độ, ánh sáng mà còn cần xem xét vấn đề dinh dưỡng song song với việc tối ưu hóa trong tưới tiêu. Về vấn đề cỏ dại và sâu bệnh hại cũng cần được nghiên cứu căn cứ theo khu vực, thời tiết, các loại sâu bệnh hại theo mùa để từ đó người dùng có thể chủ động phòng ngừa.
Và hiện nay với nhu cầu sử dụng năng lượng ngày càng tăng cao nên hướng phát triển nông nghiệp bền vững được nhà nước khuyến khích áp dụng và xem đó là hướng đi lâu dài cho ngành nông nghiệp nước nhà. Vì vậy một hướng phát triển rất quan trọng nữa của mô hình là sử dụng tấm pin năng lượng mặt trời hoặc tua bin gió để cung cấp điện cho hệ thống bơm quạt và hệ thống điều khiển nhà kính.
Tác động đến môi trường (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Ngày nay việc sử dụng các vật liệu bao quanh nhà kính không đảm bảo chất lượng và gây ô nhiễm lớn đến môi trường. Các bao ni lông, vật liệu nhựa,... làm ảnh hưởng lớn đến môi trường xung quanh và lâu dài là chính sức khỏe của con người. Hiện nay các nhà khoa học cũng đã nghiên cứu để ứng dụng vào nhà kính các vật liệu thân thiện với môi trường và hạn chế ảnh hưởng đến con người. Trong tương lai sẽ có những vật liệu thay thế được vật liệu nhựa và an toàn với môi trường.
Tài liệu tham khảo
[1] Trần Văn Hiếu (2018). Tự động hoá PLC S7-1200 với Tia portal. NXB
khoa học và kỹ thuật.
[2] Ngọc Automation (2018). Wedserver scada system internet PLC control.
Lưu hành nội bộ.
[3] Trần Văn Hiếu (2018). Thiết kế hệ thống mạng truyền thông công nghiệp với Tia Portal. NXB khoa học và kỹ thuật.
[4] Ts Lê Ngọc Bích. Vi Xử Lý Và Vi Điều Khiển. NXB thanh niên
[5] Hoàng Minh Sơn. Mạng truyền thông công nghiệp. NXB khoa học và công nghiệp
[6] Bộ xây dựng (2008). Giáo trình điện công nghiệp. NXB xây dựng [7] TS Trần Quang Khánh. Bảo vệ role và tự động hóa hệ thống điện. NXB
giáo dục
[8] TS Ngô Hồng Quang (2004). Giáo trình cung cấp điện. NXB giáo dục Việt Nam
[9] Bộ giáo dục và đào tạo. Trường đại học sư phạm kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh. Giáo trình khí cụ điện. NXB đại học quốc gia TP Hồ Chí Minh.
[10] Nguyễn Thị Phương Hà-Huỳnh Thái Hoàng. Lý thuyết điều khiển tự động. NXB đại học quốc gia TP Hồ Chí Minh.
PHỤ LỤC
PHỤ LỤC 1: Chương trình điều khiển hệ thống trên TIA PORTAL 1 Lập trình chọn chế độ cho hệ thống và các chương trình con