3.1 Các phương án và giải pháp thực hiện:
3.1.2 Phương án cung cấp thức ăn:
3.1.2.1 Cung cấp thức ăn bằng tay
Ưu điểm: + Dễ dàng.
+ Có thể cho ăn nhiều hay ít tùy thích. Nhược điểm:
+ Tốn công sức.
+ Lượng thức ăn không đồng đều. + Dễ lây truyền mầm bệnh cho gà.
+ Gà tranh giành nhau khi ăn gây hoảng loạn. + Mất thời gian.
+ Vệ sinh không sạch sẽ.
3.1.2.2 Cung cấp thức ăn dạng phễu:
Ưu điểm:
+ Phân phối thức ăn đều hơn.
+ Có phễu dự trữ nên khơng phải cho ăn thường xuyên như cho ăn bằng tay. Nhược điểm:
+ Tốn thời gian đổ thức ăn vào từng phễu. + Tiếp xúc với gà nên dễ lây mầm bệnh.
3.1.2.1 Cung cấp thức ăn tự động:
Ƣu điểm:
+ Khả năng tự động hóa cao, ít tốn nhân cơng.
+ Không tiếp xúc trực tiếp với gà tránh nguy cơ lây nhiễm bệnh. + Có thể điều chỉnh lượng thức ăn.
Nhƣợc điểm:
+ Tiền đầu tư cao hơn các phương pháp cho ăn truyền thống.
3.1.2.2 Lựa chọn phương án cấp thức ăn:
Từ những gì đã phân tích ở trên cùng việc đi thực tế ở các cơ sở nuôi gà thực tế, cũng như một số máy đã được thiết kế.
Ở đây phương án “Cơ cấu cấp thức ăn tự động” có khả thi hơn các phương án cịn lại và được thiết kế và đưa vào sử dụng một cách hiệu quả.
3.1.3 Hệ thống chiếu sáng tự động
Hiện nay khi công nghệ phát triển chúng ta đã áp dụng những thành quả đã nghiên cứu được vào cuộc sống để giúp chất lượng cuộc sống và sản xuất đi lên. Hệ thống chiếu sáng thơng minh cũng khơng cịn xa lạ gì, nó tiện dụng. Cụ thể trong chăn ni nó giúp chung ta rất nhiều. Hệ thống chiếu sáng sử dụng modul quamh trở để tiếp nhận ánh sáng từ môi trường so sánh và quyết định bật tắt bóng đèn.
Quang trở là một loại "vật liệu" điện tử rất hay gặp và được sử dụng trong những mạch cảm biến ánh sáng. Có thể hiểu một cách dễ dàng rằng, quang trở là một loại điện trở có điện trở thay đổi theo cường độ ánh sáng. Nếu đặt ở mơi trường có ít ánh sáng, có bóng râm hoặc tối thì điện trở của quang trở sẽ tăng cao cịn nếu đặt ở ngồi nắng, hoặc nơi có ánh sáng thì điện trở sẽ giảm.
Hình 3.7: Cảm biến quang
3.1.3.1 Những lí do để xây dựng hệ thống chiếu sáng tự động
- Đáp ứng điều kiện ánh sáng lí tưởng nhất cho vật ni.
- Hệ thống chiếu sáng tự động sẽ giúp chủ trang trại tiết kiệm chi phí, khơng lãng phí nguồn điện.
- Giúp chủ trang trại giảm thiểu cơng sức khi phải đi bật từng bóng đèn một.
3.1.3.2 Nguyên lí hoạt động của hệ thống
Hệ thống sẽ tiếp nhận ánh sáng bức xạ của mặt trời thông qua cảm biến. Khi cảm biến tiếp nhận được ở mức mặc định sẽ đưa tín hiệu về bộ xử lí trung tâm thơng để bật tắt bóng đèn.
Cụ thể rê tay lại gần quang trở (giảm cường độ ánh sáng chiều vào) thì hiệu điện thế khá nhỏ ⇒ giá trị đọc được khoảng cỡ vài trăm. Bây giờ ta sẽ dùng biến trở để xây dựng một mức (ta có thể thay đổi được) và nếu giá trị của quang trở bé hơn mức này thì đèn sáng và ngược lại thì đèn tắt.
3.1.3.3 Hệ thống giám sát hiển thị thông số chuồng nuôi
Những lí do cần giám sát nhiệt độ chuồng nuôi
Đối với những hộ chăn nuôi việc giám nhiệt độ chuồng nuôi là rất quan trọng, nhiệt độ quyết định đến sức khỏe của vật nuôi, nếu chuồng nuôi mát mẻ sẽ là điều kiện
thuận lợi cho vật nuôi phát triển, để đạt hiệu quả cao trong kinh tế. Điều này đòi hỏi phải thu thập nhiệt độ và giám sát nhiệt độ chuồng nuôi, nhờ giám sát nhiệt độ chuồng ni người ni có thể chủ động trong các tình huống giúp chuồng ni ln ở điều kiện lí tưởng.
Hệ thống giám sát nhiệt độ được thiết kế đọc nhiệt độ từ cảm biến và hiển thị lên LCD.
3.2 Mục tiêu đề tài, ý nghĩa thực tiễn:
3.2.1 Mục tiêu:
- Giữ được điều kiện phát triển tốt cho gà.
- Giảm sự tiếp xúc của con người (đây là một trong những nguyên do lây bệnh cho gà). Có các cơ cấu tự động giảm được nhân cơng.
- Có thể điều khiển từ xa, tránh tiếp xúc gây stress cho gà.
- Tăng doanh thu kép mà tuyệt đối không ảnh hưởng đến năng suất.
- Giúp giảm phát thải nguy hại và ơ nhiễm khơng khí ở các nước nhờ thay thế phát điện sử dụng nhiên liệu hóa thạch như than, dầu khí hay các nguồn năng lượng hạt nhân.
3.2.2 Ý nghĩa về mặt khoa học:
- Thiết kế máy thành công giúp người nuôi gà bớt mệt nhọc trong công việc và tạo điều kiện thuận lợi nhất để gà phát triển.
- Tính mới, tính độc đáo và tính sáng tạo của đề tài:
Sử dụng bộ biến đổi buck và boost để thực hiện biến đổi và ổn định điện áp. Sử dụng nguồn năng lượng mặt trời để sản xuất ra điện năng.
3.2.3 Ý nghĩa về mặt thực tiễn:
- Nâng cao năng suất cho các trang trại gà nuôi lấy trứng, lấy thịt cho thị trường. - Năng lượng mặt trời đóng góp cho các mục tiêu quốc gia về tăng trưởng xanh
và biến đổi khí hậu (giảm phát thải CO2).
- Năng lượng mặt trời có thể thay thế nhu cầu tiêu thụ điện giá cao (điện than, điện khí) trong thời gian cao điểm, giảm gánh nặng đầu tư mạng lưới truyền tải
3.3 Phân tích đề tài và thơng số thiết kế:
3.3.1 Yêu cầu của đề tài:
- Giảm thiểu sức lao động của con người.
- Phân tích và lựa chọn các cơ cấu làm việc của chuồng. - Phân tích và lựa chọn hệ thống điều khiển.
- Tính tốn và thiết kế cơ cấu cho hệ thống cung cấp điện mặt trời - Phân tích và lựa chọn hệ thống làm mát tự động.
- Phân tích và lựa chọn hệ thống máng thức ăn tự động - Thiết kế cơ cấu cho hệ thống chiếu sáng tự động. - Chế tạo mơ hình trang trại.
3.3.2 Thơng số thiết kế
- Kích thước của mơ hình đồ án: 1500 x 700 x 800 mm. - Kích thước tính tốn thực tế áp dụng: 15 x 7 x 4 m. - Loại hình ni gà: Ni gà sinh sản và hứng trứng. - Số lượng gà trên 1 đơn vị diện tích: 5-7 con /m2.
- Chu kỳ 1 lứa gà thu hoạch: 4-5 tháng. - Tuổi thọ của mơ hình: 5 năm.
3.4 Tìm hiểu các thiết bị của đồ án
3.4.1 PLC S7-200
3.4.1.1 Các thông số kỹ thuật và tiêu chuẩn của họ PLC s7-200.
-Ở đây ta lấy ví dụ về PLC Simentic S7-200 CPU 224.
Hình 3.8: PLC Simentic S7-200 CPU 224.
- Đặc điểm của CPU 224:
Kích thước:120.5mm x 80mm x62mm.
Dung lượng bộ nhớ chương trình:4096 Word
Dung lượng bộ nhớ dữ liệu:2560 Word
Có 14 cổng vào , 10 cổng ra
Có 256 timer, 256 counter, các hàm số học trên số nguyên và số thực
Các ngắt: phần cứng, theo thời gian, theo truyền thơng
Tồn bộ bộ nhớ được lưu sau 190 giờ khi PLC bị mất điện
3.4.1.2 Tính năng của PLC S7-200
Hệ thống điều khiển kiểu Module nhỏ gọn cho các ứng dụng trong phạm vi hẹp.
Có nhiều loại CPU.
Có nhiều Module mở rộng.
Có thể mở rộng đến 7 Module.
Bus nối tích hợp trong Module ở mặt sau.
Có thể nối mạng với cổng giao tiếp RS 485 hay Profibus.
Máy tính trung tâm có thể truy cập đến các Module.
Không quy định rãnh cắm, phần mềm điều khiển riêng.
- Các phụ kiện : Các Bus nối dữ liệu.
- Các đèn báo trên CPU: Các đèn báo trên PLC cho ta biết được các chế
độ đang làm việc.
+ SF(đỏ): đèn báo hiệu hệ thống bị hỏng.
+ Run (xanh): đèn báo hiệu hệ thống đang làm việc. + Stop(vàng): đèn báo hiệu đang ở chế độ dừng. + Ixx, Qxx: chỉ định trạng thái tức thời của cổng.
3.4.1.3 -Công tắc chọn chế độ làm việc:
+ Run: cho phép PLC vện hành theo chương trình trong bộ nhớ.PLc sẽ chuyển từ Run sang Stop nếu gặp sự cố trong khi làm việc.
+ Stop: PLC dừng công việc đang thực hiện ngay lập tức.
+ Term: cho phép máy tính quết định chế độ làm việc của CPU, hoặc ở Stop hoặc
ở Run.
3.4.1.4 Cấu trúc bộ nhớ CPU.
Bộ nhớ của S7-200 được chia làm 4 vùng:
a, Vùng nhớ chƣơng trình:Là vùng lưu giữ các lệnh chương trình, vùng này
thuộc kiểu không bị mất dữ liệu, đọc/ghi được.
b,Vùng nhớ tham số :Là vùng nhớ các tham số như là: từ khóa, địa chỉ trạm, cũng
như vùng tham số thuộc kiểu đọc ghi được.
c, Vùng nhớ dữ liệu:Được sử dụng để trữ các dữ liệu của chương trình.Vùng dữ
liệu là 1 miền nhớ động , nó có thể truy nhập theo từng bit, từng byte từng đơn từng kép, được dùng để lưu trữ các dữ liệu cho các thuật toán, các hàm truyền thơng lập bảng, các hàm dịch chuyển, xoay vịng thanh ghi địa chỉ.
Vùng dữ liệu được chia thành vùng nhớ nhỏ với các công dụng khác nhau, chúng được ký hiệu bởi các chữ cái tiếng anh khác nhau , đặc trưng cho công dụng riêng của chúng.
+Địa chỉ truy nhập được với công thức:
- Truy nhập theo bit: Tên miền (+) địa chỉ byte (+). (+) chỉ số bit. +Ví dụ: V150.4 chỉ bit 4 của byte 150.
+Ví dụ: VB150 chỉ byte 150 của miền V.
- Truy nhập theo từ: Tên miền (+) W (+) địa chỉ byte cao của từ trong miền
+Ví dụ: VW150 chỉ từ đơn gồm 2 byte 150 và 151 thuộc miền V trong đó byte 150 là byte cao trong từ.
- Truy nhập theo từ kép: Tên miền (+) D (+) địa chỉ của byte cao của từ trong miền.
+Ví dụ: VD150 là từ kép 4 byte 150, 151, 152, 153 thuộc miền V trong đó byte 150 là byte cao và 153 là byte thấp trong từ kép.
-Tất cả các byte thuộc vùng dữ liệu đều có thể truy nhập được bằng con trỏ. Con trỏ được định nghĩa trong miền V hoặc các thanh ghi AC1, AC2, AC3. Mỗi con trỏ chỉ địa chỉ gồm 4 byte (từ kép).
- Quy ước dùng con trỏ để truy nhập như sau:
+& địa chỉ byte (cao): Là toỏn hạng lấy địa chỉ của byte, từ hoặc từ kộp. +Ví dụ:
AC1 = &VB150: Thanh ghi AC1 chứa địa chỉ byte 150 thuộc miền V VD100 = &VW150: Từ kép VD100 chứa địa chỉ byte cao (VB150) của từ đơn VW150 AC2 = &VD150: Thanh ghi AC2 chứa địa chỉ byte cao (VB150) của từ kép VD150.
- Con trỏ: là toán hạng lấy nội dung của byte, từ, từ kép mà con trỏ đang chỉ vào.
+Ví dụ: như với phép gán địa chỉ trên, thì:
AC1: Lấy nội dung của byte VB150.
AC2: Lấy nội dung của từ kép VD150
d,Vùng nhớ đối tượng: Vùng đối tượng được sử dụng để giữ dữ liệu cho các đối tượng lập trình như các giá trị tức thời, giá trịnh đặt trước của bộ đếm hay Timer. Dữ liệu kiểu đối tượng bao gồm các thanh ghi của Timer, bộ đếm, các bộ đếm tốc độ cao, bộ đệm vào / ra Analog và các thanh ghi Accumulator (AC)
TT
Tên tham Diễn giải Tham
CPU 212 CPU 214 1 ACO Ắc quy 0 (khơng có khả năng làm con trỏ)
2 AC Ắc quy 1 ÷ 3 1 ÷ 3 3 C Bộ đếm 0 ÷ 63 0 đến 127 4 HSC Bô đếm tốc độ cao 0 đến 2 5 AW Bộ đệm cổng vào tương 0 ÷ 30 0 đến 30 6 AQW Bộ đệm cổng ra tương tự 0 ÷ 30 0 đến 30 7 T Bộ thời gian 0 ÷ 63 0 đến 127 Bảng 3.1: Vùng đối tượng
3.4.1.5 .Đơn vị cơ bản của S7-200.
Hình 3.9: Hình khối mặt trước của PLC S7-200
Trong đó:
+SF (đèn đỏ): Báo hiệu hệ thống bị hỏng
+RUN (đèn xanh): Chỉ định rằng PLC đang ở chế độ làm việc +STOP (đèn vàng): Chỉ định rằng PLC đang ở chế độ dừng
Cổng truyền thông: S7-200 sử dụng cổng truyền thông nối tiếp RS 485 với phích cắm 9 chân để phục vụ cho việc ghép nối với thiết bị lập trình hoặc với các PLC khác. Tốc độ truyền cho máy lập trình kiểu PPI là 9600 boud.
Các chân của cổng truyền thơng là: Hình 3.10: cổng truyền thơng. 1. Đất 2. 24v DC 3. Truyền và nhận dữ liệu 4. Không sử dụng 5. Đất 6. 5v DC (điện trở trong 100Ώ) 7. 24v DC(dòng tối đa là 100 mA) 8. Truyền và nhận dữ liệu
3.4.2 Giới thiệu về MODULE ANALOG EM235.
EM 235 là một module tương tự gồm có 4AI và 1AO 12bit (có tích hợp các bộ chuyển đổi A/D và D/A 12bit ở bên trong).
3.4.2.1 Các thành phần của module analog EM235.
Thành phần 3.5 Mô tả
4 đầu vào tương tự được kí hiệu bởi các chữ cái A,B,C,D
A+ , A- , RA Các đầu nối của đầu vào A B+ , B- , RB Các đầu nối của đầu vào B C+ , C- , RC Các đầu nối của đầu vào C D+ , D- , RD Các đầu nối của đầu vào D 1 đầu ra tương tự (MO,VO,IO) Các đầu nối của đầu ra
Gain Chỉnh hệ số khuếch đại
Offset Chỉnh trôi điểm khơng
Switch cấu hình Cho phép chọn dải đầu vào và độ phân giải
Hình 3.12 Sơ đồ khối của đầu vào Analog.
3.5.1.1 Định dạng dữ liệu a) Dữ liệu đầu vào: a) Dữ liệu đầu vào:
- Kí hiệu vùng nhớ : AIWxx (Ví dụ AIW0, AIW2…) - Định dạng:
+ Đối với dải tín hiệu đo khơng đối xứng (ví dụ 0-10V,0-20mA): MSB LSB 15 14 3 2 1 0
0 Dữ liệu 12 bit 0 0 0
Modul Analog Input của S7-200 chuyển dải tín hiệu đo đầu vào (áp, dòng) thành giá trị số từ 032000.
+ Đối với dải tín hiệu đo đối xứng (Ví dụ 10V, 10mA,):
MSB LSB 15 4 3 2 1 0
Dữ liệu 12 bit 0 0 0 0
Modul Analog Input của S7-200 chuyển dải tín hiệu đo đầu vào áp, dòng) thành giá trị số từ -3200032000.
b) Dữ liệu đầu ra:
- Kí hiệu vung nhớ AQWxx (Ví dụ AQW0, AQW2…) - Định dạng dữ liệu
+ Đối với dải tín hiệu đo khơng đối xứng (ví dụ 0-10V,4-20mA): MSB LSB 15 14 4 3 2 1 0
0 Dữ liệu 11 bit 0 0 0 0
Modul Analog output của S7-200 chuyển đổi con số 032000 thành tín hiệu điện áp đầu ra 010V.
+ Đối với dải tín hiệu đo đối xứng (Ví dụ 10V, 10mA,): Kiểu này các
module Analog output của S7-200 không hỗ trợ.
MSB LSB 15 4 3 2 1 0
Dữ liệu 12 bit 0 0 0 0
c) Bảng tổng hợp :
Định dạng dữ liệu Giá trị chuyển đổi
Kiểu tín hiệu đối xứng (10V, 10mA,)
- 32000 đến +32000 Tín hiệu khơng đối xứng
(010V, 420mA)
3.5.2 Solar
Solar là pin năng lượng mặt trời có tác dụng là sinh ra nguồn điện nhờ sự hấp thụ ánh sáng mặt trời qua các lớp bán dẫn tạo ra điện năng.
Hình 3.14: Solar panel
Do những tấm pin này phụ thuộc vào cường độ chiếu sáng của mặt trời. Vì thế điện áp ra của các tấm pin này bị dao động. Do đó ta phải có một bộ điều khiển để vừa ổn định điện áp đầu ra cho pin năng lượng vừa phải đóng mở các van bán dẫn để nạp năng lượng vào bình acc quy. Sau đây là bộ solar contronller.
3.5.3 Solar controller
Solar charge controller có điện thế vào phù hợp với điện thế của pin mặt trời và điện thế ra tương ứng với điện thế của battery. Vì solar charge controller có nhiều loại cho nên cần chọn loại solar charge controller nào phù hợp với hệ solar. Đối với các hệ pin mặt trời lớn, nó được thiết kế thành nhiều dãy song song và mỗi dãy sẽ do một solar charge controller phụ trách. Công suất của solar charge controller phải đủ lớn để nhận điện năng từ PV và đủ công suất để nạp cho hệ thống bình ac-quy.
Hình 3.15: Bộ solar controller
Điện áp Solar vào (VS): :<= 42 V