hệ thống quản lý giám sát trang trại chăn nuôi s7 1200

LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên em xin chân thành cảm ơn các thầy cơ giảng viên Trường Đại học Sài
Gịn nói chung, các thầy cơ và sinh viên trong khoa Điện tử Viễn thơng nói riêng đã
ln hỗ trợ, giúp đỡ em về mặt kiến thức cũng như chuyên môn giúp em có được cơ sở
lý thuyết vững vàng và tạo điều kiện giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập.
Em cũng xin gửi lời tri ân và biết ơn sâu sắc đến Th.S Trương Tấn người đã tận tình
hướng dẫn, chỉ bảo em trong suốt quá trình thực hiện đề tài.
Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè, đã ln tạo điều
kiện,quan tâm, giúp đỡ, động viên em trong suốt quá trình học tập và hồn thành đề tài
nghiên cứu mơn thiết kế, vận hành và mơ phỏng hệ thống điện có nguồn phân tán.
Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn!

1


NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................

.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................

Ngày ....... tháng ........ năm .........
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ tên)

2


3


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN................................................................................................................. i
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN...........................................................ii
MỤC LỤC.................................................................................................................... iii
DANH MỤC HÌNH ẢNH.............................................................................................v
DANH MỤC SƠ ĐỒ....................................................................................................vi
DANH MỤC LƯU ĐỒ...............................................................................................vii
DANH MỤC BẢNG..................................................................................................viii
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT.....................................................................................ix
MỞ ĐẦU....................................................................................................................... 1
Chương 1. TỔNG QUAN..............................................................................................2
1.1. Tổng quan tình hình nghiên cứu của đề tài.........................................................2
1.2 Lý do chọn đề tài.................................................................................................2

1.3 Mục tiêu của đề tài...............................................................................................2
1.4 Phương pháp nghiên cứu.....................................................................................3
1.5 Đối tượng nghiên cứu..........................................................................................3
Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT....................................................................................4
2.1 Tổng quan về hệ thống theo dõi và giám sát trang trại chăn nuôi gà...................4
2.2 Tổng Quan Về PLC Siemens S7-1200 Và Phần Mềm Tia Portal V17.................5
2.2.1 PLC S7-1200................................................................................................5
2.2.2 Phần mềm TIA PORTAL V17......................................................................6
2.3 Cảm Biến Nhiệt Độ, Độ Ẩm VELT-W-TH-V10..................................................7
2.4 Cảm biến tiệm cận điện dung autonics CR18-8DP..............................................8
Chương 3 TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ......................................................................17
3.1 Nguyên tắc hoạt động của hệ thống...................................................................17
3.2. Sơ đồ khối hệ thống..........................................................................................18
3.4 Sơ đồ giải thuật hệ thống...................................................................................19
3.5 Thiết kế chương trình cho PLC Siemens S7-1200.............................................21
3.5.1 Lưu đồ giải thuật........................................................................................21
3.5.2 Giao diện WINCC tên Tia portal................................................................24
3.6 Thiết kế mơ hình thực tế....................................................................................24
Chương 5: KẾT QUẢ - NHẬN XÉT - ĐÁNH GIÁ....................................................26
5.1. Kết Quả............................................................................................................26
5.2. Nhận Xét........................................................................................................... 26
4


Chương 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN..................................................27
6.1. Kết Luận...........................................................................................................27
6.2. Hướng Phát Triển.............................................................................................27
TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................28

5

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Stt
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22

Tên Hình Ảnh
Hình 2.1 Hình ảnh trang trại gà
Hình 2.2 Cấu tạo của bộ điều khiển Siemens CPU

S7-1200
Hình 2.3 Phần mềm TIA Portal
Hình 2.4 Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm VELT-W-THV10
Hình 2.5 Cảm biến CR18-8DP
Hình 2.6 Tủ điều khiển PLC
Hình 2.7 Nguồn 24V cung cấp cho PLC và cảm
biến
Hình 2.8 RCBO
Hình 2.9 Router wifi
Hình 2.10 Thanh trung tính
Hình 2.11 Nút nhấn
Hình 2.12 Nút dừng khẩn cấp
Hình 2.13 Relay trung gian 8 chân điện áp 24V
Hình 2.14 Cầu đấu terminal
Hình 2.15 Bơm áp lực 12VDC
Hình 2.16 Bơm chìm 220VAC
Hình 2.17 Quạt 220VAC
Hình 2.18 Động cơ giảm tốc
Hình 2.19 Bóng đèn
Hình 3.1 Giao diện WINCC Advanced
Hình 3.2 Tủ điều khiển trung tâm
Hình 3.3 Mơ hình trại gà

6

Số Trang
4
5
6
8

8
9
10
10
11
11
12
12
13
13
14
14
15
15
16
24
24
25


DANH MỤC SƠ ĐỒ
Stt
1
2
3
4

Tên Lưu Đồ
Sơ đồ 3.1 Sơ đồ khối hệ thống
Sơ đồ 3.2 Sơ đồ chân PLC

Sơ đồ 3.3 Sơ đồ đấu nguồn
Sơ đồ 3.4 Kết nối cảm biến nhiệt độ, độ ẩm
VELT-W-TH-V10 với PLC

7

Số Trang
18
19
20
20


DANH MỤC LƯU ĐỒ
Stt
1
2
3

Tên Lưu Đồ
Lưu đồ 3.1 Lưu đồ giải thuật chế độ bằng tay
Lưu đồ 3.2 Lưu đồ giải thuật chế độ tự động
Lưu đồ 3.3 Lưu đồ giải thuật chế độ tự động

8

Số Trang
21
22
23

DANH MỤC BẢNG
Stt
1

Tên Bảng
Bảng 2.1 Thông số cảm biến VELT-W-TH-V10

9

Trang
8


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
PLC: Programmable Logic Controller
DI: Digital input
AI: Analog input
SB: Signal board
SM: signal module

10


MỞ ĐẦU
Cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật, mà trong đó ngành điều
khiển tự động ngày càng đóng vai trị hết sức quan trọng trong nhiều lĩnh vực đời sống
cũng như sản xuất khoa học kỹ thuật, quản lý, cơng nghiệp tự động hóa… Do đó
chúng ta cần phải nắm bắt và vận dụng điều khiển tự động một cách hiệu quả nhằm

đóng góp vào sự phát triển khoa học kỹ thuật của thế giới nói chung và trong sự phát
triển của kỹ thuật điều khiển tự động nói riêng. Từ đó cải thiện và nâng cao hiệu quả
lao động, giúp con người thuận lợi hơn trong quá trình vận hành, điều khiển và bảo trì
máy móc, thiết bị.
Xuất phát từ những lần tham quan các doanh nghiệp có dây chuyền sản xuất hiện
đại, các trang trại chăn nuôi gia súc, gia cầm công nghiệp, em đã được thấy và trải
nghiệm nhiều khâu tự động hóa trong qui trình chăn ni tạo ra các sản phẩm chăn
ni đạt chất lượng cao, giảm chi phí chăn ni một cách hiệu quả. Một trong số đó là
các trang trại chăn nuôi gia cầm theo dõi, giám sát và chăm sóc vật ni tự động thơng
qua sử dụng bộ điều khiển lập trình PLC Siemens và hệ thống giám sát scada.
Sau khi tìm hiểu, nghiên cứu về các đề tài và cơng trình trước đây, em đã quyết định
chọn đề tài: “THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG QUẢN LÝ GIÁM SÁT
TRANG TRẠI CHĂN NUÔI GIA CẦM”.
Với đề tài này, em hy vọng sẽ làm cơ sở nghiên cứu à vận dụng mơ hình trên cho
các cơng ty chăn nuôi cũng như các hộ chăn nuôi cá nhân. Nếu được điều chỉnh tốt, ý
tưởng này kết hợp với hệ thống làm sạch trang trại chăn nuôi, thu gom và xử lí chất
thải … sẽ tạo ra một hệ thống phân trang trại thơng minh và hồn thiện.

1


Chương 1. TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan tình hình nghiên cứu của đề tài
Ở nước ta đã có nhiều mơ hình trang trại cũng như đề tài nghiên cứu về quản lý,
giám sát trang trại nhưng chỉ mới dừng lại ở dây chuyền phân phối cám tự động trong
chuồng nuôi, hay điều khiển các thiết bị khác như quạt, đèn,.. theo nhiệt độ và độ ẩm.
Tuy có hiệu quả hơn phương pháp chăn ni truyền thống nhưng vẫn chưa thể có một
bước tiến vượt bậc về vấn đề theo dõi cũng như phân tích chi tiết về sự ảnh hưởng của
mơi trường sống đối với sự phát triển và tăng trưởng của vật nuôi.
1.2 Lý do chọn đề tài

Hiện nay, với nhu cầu về thịt gia cầm ngày càng tăng cả trong nước và quốc tế, thì
việc mở rộng quy mơ chăn nuôi, nâng cao chất lượng sản phẩm là một vấn đề vô cùng
cấp thiết. Tạo ra một môi trường sống phù hợp, ổn đinh trong tình hình khí hậu ln có
sự thay đổi liên tục là điều vơ cùng quan trọng với từng loại vật nuôi. Việc giám sát
nhiệt độ - độ ẩm, quản lý cung cấp thức ăn, nước uống và vệ sinh chuồng trại có thể
thực hiện bởi con người nhưng như vậy đối với một trang trại lớn thì sẽ tốn nhiều nhân
cơng và việc quản lí các số liệu về mơi trường sống của gia cầm cũng trở nên khó khăn
hơn, vì thế một hệ thống quản lí thơng tin và thu thâp số liệu về môi trường sống của
gà là vô cùng cần thiết. Giúp người chăn nuôi dễ dàng hơn trong việc đảm bảo sức
khỏe cũng như tốc độ tăng trưởng của vật ni, giảm nguy cơ bệnh tật. Từ đó làm
giảm lượng thuốc được đưa vào cơ thể vật nuôi, nâng cao chất lượng thịt đến tay
người tiêu dùng. Vậy nên em đã quyết định thực hiện đề tài “Thiết kế và mô phỏng hệ
thống quản lý giám sát trang trại chăn nuôi gia cầm” để giải quyết những vấn đề nêu
trên.
1.3 Mục tiêu của đề tài
Xây dựng một hệ thống quản lý giám sát hoàn chỉnh, tự động sử dụng PLC Siemens
S7-1200 kết hợp với các cảm biến như nhiệt độ, độ ẩm, mực nước, cân nặng để điều
khiển các thiết bị có trong trang trại. đồng thời thu thập dữ liệu về lượng cám, lượng
nước mà vật nuôi đã tiêu thụ để đưa ra sự đánh giá chính xác về tốc độ tăng trưởng của
vật ni. Bên cạnh đó là điều khiển và giám sát hoạt động của mơ hình trên máy tính
thơng qua giao diện WinCC Advanced.

2


1.4 Phương pháp nghiên cứu
•

Khảo sát thực tế các mơ hình trang trại chăn ni gà hiện có tại huyện Dầu

•

Tiếng tỉnh Bình Dương.
Thu thập thơng tin, số liệu từ các bác sĩ thú y thuộc các công ty chăn nuôi đang
hoạt động trên địa bàn.

1.5 Đối tượng nghiên cứu
Giống gà thịt Lương Phượng đang được chăn nuôi tại các trang trại gà ở tỉnh Bình
Dương.
1.6 Phạm vi nghiên cứu
Trang trại chăn nuôi gia cầm trên địa bàn huyện Dầu Tiếng, tỉnh Bình Dương.

3


Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 Tổng quan về hệ thống theo dõi và giám sát trang trại chăn nuôi gà
Môi trường sống là vô cùng quan trọng với từng loại vật nuôi, việc giám sát nhiệt
độ - độ ẩm, cung cấp thức ăn nước uống và vệ sinh chuồng trại có thể thực hiện bởi
con người nhưng như vậy đối với một trang trại lớn thì sẽ tốn nhiều nhân cơng và việc
quản lí các số liệu về nhiệt độ - độ ẩm cho môi trường sống của gà cũng trở nên khó
khăn hơn, vì thế một hệ thống quản lí thơng tin và số liệu về mơi trường sống của gà là
vô cùng cần thiết.
Quy mô trại Thực tế:
•
•
•
•
•
•

•

Kích thước: Gồm 2 trại 80m x 7,5m.
Máy bơm nước: 1000W
Máy phun sương: 0,5 kW
Máy phun sát trùng: 1,5 kW
Quạt: 12x0,5kW
Đèn chiếu sáng: 20x50W
Đèn sưởi: 10x500W

Hình 2.1 Hình ảnh trang trại gà

4


2.2 Tổng Quan Về PLC Siemens S7-1200 Và Phần Mềm Tia Portal V17
2.2.1 PLC S7-1200
•

S7-1200 ra đời năm 2009 dùng để thay thế dần cho S7-200. So với S7-200

•

thì S7-1200 có những tính năng nổi trội hơn;
S7-1200 được thiết kế nhỏ gọn, chi phí thấp, và một tập lệnh mạnh giúp

•
•
•

những giải pháp hồn hảo hơn cho ứng dụng sử dụng với S7-1200;
S7-1200 cung cấp một cổng PROFINET, hỗ trợ chuẩn Ethernet và TCP/IP;
Các thành phần của PLC S7-1200 bao gồm:
3 bộ điều khiển nhỏ gọn với sự phân loại trong các phiên bản khác nhau

•

giống như điều khiển AC, RELAY hoặc DC phạm vi rộng;
2 mạch tương tự và số mở rộng ngõ vào/ra trực tiếp trên CPU làm giảm chi

•
•
•
•

phí sản phẩm;
13 module tín hiệu số và tương tự khác nhau bao gồm (module SM và SB);
2 module giao tiếp RS232/RS485 để giao tiếp thông qua kết nối PTP;
Bổ sung 4 cổng Ethernet;
Module nguồn PS 1207 ổn định, dịng điện áp 115/230 VAC và điện áp 24
VDC.

Hình 2.2 Cấu tạo của bộ điều khiển Siemens CPU S7-1200
Ứng dụng của PLC Siemens S7 – 1200
Ứng dụng trong công nghiệp và dân dụng như:
•
•
•
•
•

•
•

Hệ thống băng tải, cân định lượng
Điều khiển đèn chiếu sáng thông minh…
Điều khiển bơm cao áp, bơm ổn định áp suất
Máy đóng gói….
Máy in….
Máy dệt…..
Máy trộn, máy nghiền trạm trộn bê tông….
5


2.2.2 Phần mềm TIA PORTAL V17
TIA Portal viết tắt của Totally Integrated Automation Portal là một phần mềm
tổng hợp của nhiều phần mềm điều hành quản lý tự động hóa, vận hành điện của hệ
thống. Có thể hiểu, TIA Portal là phần mềm tự động hóa đầu tiên, có sử dụng chung 1
môi trường/ nền tảng để thực hiện các tác vụ, điều khiển hệ thống.

Hình 2.3 Phần mềm TIA Portal
TIA Portal được phát triển vào năm 1996 bởi các kỹ sư của Siemens, nó cho
phép người dùng phát triển và viết các phần mềm quản lý riêng lẻ một cách nhanh
chóng, trên 1 nền tảng thống nhất. Giải pháp giảm thiểu thời gian tích hợp các ứng
dụng riêng biệt để thống nhất tạo hệ thống.
TIA Portal - Tích hợp tự động toàn diện là phần mềm cơ sở cho tất cả các phần
mềm khác phát triển: Lập trình, tích hợp cấu hình thiết bị trong dải sản phẩm. Đặc
điểm TIA Portal cho phép các phần mềm chia sẻ cùng 1 cơ sở dữ liệu, tạo nên tính
thống nhất, tồn vẹn cho hệ thống ứng dụng quản lý, vận hành.
• TIA Portal tạo mơi trường dễ dàng để lập trình thực hiện các thao tác:
6

• Thiết kế giao diện kéo nhã thông tin dễ dàng, với ngơn ngữ hỗ trợ đa dạng.
• Quản lý phân quyền User, Code, Project tổng quát.
• Thực hiện go online và Diagnostic cho tất cả các thiết bị trong project để xác
định bệnh, lỗi hệ thống.
• Tích hợp mơ phỏng hệ thống.
• Dễ dàng thiết lập cấu hình và liên kết giữa các thiết bị Siemens.
• Hiện tại phần mềm TIA Portal có nhiều phiên bản như TIA Portal V14,TIA Portal
V15, TIA Portal V16 và mới nhất là TIA Portal V17. Tùy theo nhu cầu sử dụng
mà người dùng sẽ lựa chọn cài đặt TIA portal phiên bản tương ứng.
Ưu - nhược điểm khi sử dụng TIA Portal
Ưu điểm:
• Tích hợp tất cả các phần mềm trong 1 nền tảng, chia sẻ cơ sở dữ liệu chung dễ
dàng quản lý, thống nhất cấu hình. Giải pháp vận hành thiết bị nhanh chóng, hiệu
quả, tìm kiếm khắc phục sự cố trong thời gian ngắn.
• Tất cả các yếu tố: bộ lập trình PLC, màn hình HMI được lập trình và cấu hình
trên TIA Portal, cho phép các chuyên viên tiết kiệm thời gian thao tác, thiết lập
truyền thông giữa các thiết bị. Chỉ với 1 biến số của bộ lập trình PLC được thả
vào màn hình HMI, kết nối được thiết lập mà không cần bất ký thao tác lập trình
nào.
Hạn chế:
Do tích hợp nhiều phần mềm, cơ sở dữ liệu hệ thống lớn nên dung lượng bộ nhớ
khổng lồ. Yêu cầu kỹ thuật cao của người lập trình, quản lý, tốn nhiều thời gian
để làm quen sử dụng.
2.3 Cảm Biến Nhiệt Độ, Độ Ẩm VELT-W-TH-V10
Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm là cảm biến nhiệt độ độ ẩm công nghiệp (vỏ bọc chống
bụi, đất, chống sét), hỗ trợ giao tiếp 0-10V, Được sử dụng phổ biến trong các ứng dụng
giám sát điều khiển nhiệt độ, độ ẩm nhà kho, nhà máy, phịng thí nghiệm, nhà thuốc,
kho lạnh, phịng server, phịng datacenter...

7


Hình 2.4 Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm VELT-W-TH-V10
Thơng số kỹ thuật:
Bảng 2.1 Thông số cảm biến VELT-W-TH-V10
Điện áp định mức
Phạm vi đo

DC 10V - DC 30V
- Nhiệt độ : -40 ~ 80 độ C
- Độ ẩm: 0 ~ 100 %RH
- Nhiệt độ +- 0.3 độ, Độ phân dải: 0.1 độ

Độ chính xác

- Độ ẩm: +- 3 %RH, Độ phân dải: 0.1

Chuẩn ngõ ra
Điện năng tiêu thụ
Phương pháp lắp đặt
Dây kết nối

%RH
0-10V
< 0.1 W
Trong nhà, ngồi trời, trần nhà
- Có sẵn dây nối dài 2 Mét

2.4 Cảm biến tiệm cận điện dung autonics CR18-8DP

Hình 2.5 Cảm biến CR18-8DP

Thơng số cảm biến
8


•
•
•
•
•
•
•
•

Loại dây và nguồn : DC 3 dây 12-24VDC
Đường kính cạnh phát hiện : M18
Khoảng cách phát hiện : 8mm
Khoảng cách phát hiện tiêu chuẩn : 50×50×1mm(sắt)
Tần số đáp ứng : 50Hz
Thơng số dịng : Dịng tiêu thụ: Max.15mA
Ngõ ra điều khiển : PNP Thường Mở
Cấu trúc bảo vệ : IP66

2.5 Các thiết bị khác trong tủ điện

Hình 2.6 Tủ điều khiển PLC

9


Hình 2.7 Nguồn 24V cung cấp cho PLC và cảm biến

Hình 2.8 RCBO

10


Hình 2.9 Router wifi

Hình 2.10 Thanh trung tính
11


Hình 2.11 Nút nhấn

Hình 2.12 Nút dừng khẩn cấp
12


Hình 2.13 Relay trung gian 8 chân điện áp 24V

2.14 Cầu đấu terminal

13


Hình 2.15 bơm áp lực 12VDC

Hình 2.16 bơm chìm 220VAC
14


Hình 2.17 Quạt 220VAC

Hình 2.18 Động cơ giảm tốc
15