THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH TRỒNG NẤM

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (10.43 MB, 102 trang )

Trang 1<div class="page_container" data-page="1">

TRƯỜNG CÔNG NGHỆKHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂNMƠ HÌNH TRỒNG NẤM

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

CHUYÊN NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG

Đà Nẵng, 2024..

M2024

</div>Trang 2<div class="page_container" data-page="2">

Đà Nẵng, 2024

</div>Trang 4<div class="page_container" data-page="4">

Tôi xin cam đoan đề tài “Thiết kế hệ thống giám sát và điều khiển mơhình trồng nấm sử dụng PLC S7 – 1200 ” do sinh viên Lê Phan Trí thực hiện

dưới sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Phạm Công Đức. Đề tài, nội dung đề tàilà sản phẩm mà tơi đã nỗ lực nghiên cứu trong q trình học tập tại trườngcũng như tham khảo tài liệu. Các số liệu, kết quả nêu trong đề tài là trungthực, có nguồn gốc rõ ràng và được trích dẫn đầy đủ theo đúng quy định.

Tác giả

Lê Phan Trí

</div>Trang 5<div class="page_container" data-page="5">

Trong thời gian làm đề tài, Em đã nhận được nhiều sự giúp đỡ, đóng góp ýkiến và chỉ bảo nhiệt tình của thầy cơ, gia đình và bạn bè.

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy ThS. Nguyễn Phạm Công Đức –Giảng viên hướng dẫn đề tài đồ án tốt nghiệp lần này, người đã tận tình hướng dẫn,chỉ bảo em trong suốt quá trình làm đề tài đồ án tốt nghiệp.

Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong trường Đại học DuyTân nói chung, các Thầy Cơ trong bộ mơn trong khoa Điện – Điện tử nói riêng đãdạy dỗ cho em kiến thức về các môn đại cương cũng như các mơn chun ngành,giúp em có được cơ sở lý thuyết vững vàng và tạo điều kiện giúp đỡ em trong suốtquá trình học tập.

Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè, đã luôn tạo điềukiện, quan tâm, giúp đỡ, động viên em trong suốt q trình học tập và hồn thành đềtài đồ án tốt nghiệp.

Với điều kiện thời gian cũng như kinh nghiệm còn hạn chế của một học viên,luận văn này khơng thể tránh được những thiếu sót. Em rất mong nhận được sự chỉbảo, đóng góp ý kiến của các Thầy Cô đã tạo điều kiện bổ sung, nâng cao ý thứccủa mình, phục vụ tốt hơn cơng tác thực tế sau này.

Đà Nẵng, ngày tháng 05 năm 2024

Sinh viên thực hiện Giảng viên hướng dẫn

</div>Trang 6<div class="page_container" data-page="6">

- Sử dụng cảm biến để đọc dữ liệu và gửi về PLC để điều khiển các thiết bị ngõ ra. - Hệ thống giám sát sẽ hiển thị thông số mà cảm biến đọc được và hiển thịlên màn HMI.

- Khi đạt giá trị nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng hệ thống sẽ kích hoạt các thiết bịngõ ra hoạt động.

- Sử dụng WinCC và màn hình HMI để điều khiển và giám sát.

- Đề tài hướng đến việc xử lý, điều khiển và giám sát nhiệt độ, độ ẩm khơngkhí và ánh sáng ở trại nấm thơng qua kết nối với HMI Wecon.

Đà Nẵng, ngày tháng 05 năm 2024

Cán bộ hướng dẫn

</div>Trang 7<div class="page_container" data-page="7">

LỜI CAM ĐOAN...i

LỜI NÓI ĐẦU...1

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI...2

1.1.ĐẶT VẤN ĐỀ...2

1.2.QUY TRÌNH TRỒNG NẤM...6

1.2.1. Thiết kế trại trồng nấm...6

1.2.2. Thiết kế kệ treo để phơi nấm:...7

1.2.3. Quy trình vệ sinh trại nấm:...8

1.2.4. Quá trình ủ nấm:...8

1.2.4.1. Thời gian ủ phơi:...8

1.2.4.2. Lưu ý khi ủ phơi:...8

1.2.4.3. Q trình rút bơng khỏi cổ nấm...9

1.2.4.4. Q trình đóng nắp phơi...10

1.2.5. Thời điểm sốc lạnh...10

1.2.6. Hệ thống tưới nước cho nấm...10

1.2.7. Quá trình thu hoạch nấm...11

1.2.8.Rút ra cách trồng nấm cho mơ hình...12

1.3.MỤC TIÊU VÀ Ý TƯỞNG...12

1.3.1.Mục tiêu:121.3.2.Ý tưởng: 121.4.BÀI TOÁN CẦN ĐẶT RA...13

1.5.PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU...13

1.6.DỰ KIẾN KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC...14

CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT...15

2.1.YÊU CẦU CÔNG NGHỆ...15

2.1.1.Nguyên lý làm việc của mơ hình...15

2.1.2.Tạo mơ hình trên giao diện HMI...15

2.1.3.Điều khiển lập trình PLC S7-1200...15

</div>Trang 8<div class="page_container" data-page="8">

2.2.1.Truyền thơng Profinet...16

2.2.2.Truyền thơng Modbus RTU...18

2.3.SƠ ĐỒ KHỐI VÀ QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ...19

2.3.1.Sơ đồ khối của hệ thống...19

3.1.2.[3] Thông số kĩ thuật của PLC S7-1200 mã 6ES7215-1AG40-0XB0...24

3.2.LỰA CHỌN BỘ ĐIỀU KHIỂN PHỤ (SLAVE)...25

3.2.1 [4]Thông số kĩ thuật của PLC S7-1200 mã 6ES7215-1AG40-0XB0...26

3.3.LỰA CHỌN CÁC THIẾT BỊ NGÕ RA TRONG HỆ THỐNG...27

3.3.1.Tính tốn và chọn máy bơm...27

3.3.2.Tính tốn và chọn số lượng quạt...28

3.7.SƠ ĐỒ ĐẤU DÂY...45

CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN, GIÁM SÁT VÀMƠ HÌNH HỆ THỐNG...47

4.1. LƯU ĐỒ THUẬT TỐN...47

4.2. CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG...50

4.2.1 Các Input và Output của hệ thống...50

4.3. CHƯƠNG TRÌNH CHÍNH CỦA HỆ THỐNG...53

4.3.1. Danh sách các chương trình điều khiển của Master...53

</div>Trang 9<div class="page_container" data-page="9">

4.3.2. Danh sách các chương trình điều khiển của Slave 1...58

4.3.2.1. Chương trình chính của Slave 1...59

4.3.3. Danh sách các chương trình điều khiển của Slave 2...60

4.3.2.1. Chương trình chính của Slave 2...60

4.4. THIẾT KẾ GIAO DIỆN GIÁM SÁT TRÊN HMI SIEMENS, WECON VÀV-NET...62

4.4.1 Thiết kế giao diện giám sát trên HMI Wecon...62

4.4.2. Thiết kế giao diện giám sát trên HMI Siemens...64

4.5. VẬN HÀNH HỆ THỐNG Ở CHẾ ĐỘ ĐIỀU KHIỂN BẰNG TAY...65

4.5.1. Chế độ điều khiển bằng tay...65

4.5.2. Điều khiển mơ hình ở chế độ chạy tay...66

4.6. VẬN HÀNH HỆ THỐNG Ở CHẾ ĐỘ TỰ ĐỘNG...67

4.6.1. Giao diện HMI ở chế độ tự động...67

4.7 Kết nối phần mềm...69

4.7.1 Kết nối PLC với phần mềm PI Studio...69

4.7.2 Kết nối phần mềm V-NET với V-BOX...71

CHƯƠNG 5: KIỂM THỬ VÀ ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG...76

5.1 KẾ HOẠCH KIỂM THỬ...76

5.2 KẾT QUẢ KIỂM THỬ MƠ HÌNH...76

Bảng 5.1: Kết quả kiểm thử q trình vận hành...76

</div>Trang 10<div class="page_container" data-page="10">

Bảng 1.1: Phân tích ưu điểm và nhược điểm của từng phương pháp trồng nấm hiện

nay... 3

Bảng 2.1: Ưu điểm và nhược điểm của truyền thông Profinet...17

Bảng 2.2: So sánh chuẩn truyền thông RS232 và RS485 [2]...18

Bảng 2.3: Ưu điểm và nhược điểm của Modbus RS485...18

Bảng 3.1: Thông số kỹ thuật PLC S7 – 1200...24

Bảng 3.2: Thông số kỹ thuật PLC S7 – 1200...25

Bảng 3.3: Thông số kỹ thuật cảm biến nhiệt độ và độ ẩm...31

Bảng 3.4: Thông số kỹ thuật cảm biến ánh sáng...32

Bảng 3.5: Thông số kĩ thuật nguồn tổ ong 24V-10A...34

Bảng 3.6: Các hàm sử dụng cho lập trình trong TIA Portal...42

Bảng 4.1: Chân kết nối đầu vào của hệ thống...50

Bảng 4.2: Chân kết nối đầu ra của hệ thống...52

Bảng 5.2: Tỉ lệ phần trăm độ chính xác vị trí đặt cảm biến ánh sáng...78

Bảng 5.3: Tỉ lệ phần trăm độ chính xác vị trí đặt cảm biến nhiệt độ và độ ẩm...80

Bảng 5.4: So sánh mơ hình và thực tế...86

</div>Trang 11<div class="page_container" data-page="11">

Hình 1.1: Các thiết bị chăm sóc nấm cơ bản hiện nay...3

Hình 1.2: Hệ thống tưới nước tự động...3

Hình 1.1: Trại nấm...6

Hình 1.2: Thiết kế dàn nấm...7

Hình 1.3: Tơ nấm đã phát triển được 80% trong bịch phơi...8

Hình 1.4: Rút bơng khỏi cổ phơi...9

Hình 1.5: Đóng nắp phơi nấm...10

Hình 1.6: Hệ thống tưới nước cho nấm thực tế...10

Hình 1.7: Giao đoạn nấm thu hoạch...11

Hình 2.1: Giao thức truyền thơng Profinet...16

Hình 2.2: ngun lý hoạt động của giao thức Profinet...17

Hình 2.3: Sơ đồ kết nối tổng quan của hệ thống...20

Hình 2.4: Sơ đồ tổng quan của hệ thống...21

Hình 3.9: Nguồn tổ ong 24V – 10A...33

Hình 3.10: Nguyên lý hoạt động của nguồn tổ ong...34

Hình 3.11: Aptomat Panasonic 15A...35

Hình 3.12: Vịi phun sương...36

Hình 3.13: V-BOX H-AG...37

Hình 3.14: Màn hình HMI mã KTP400 comfort 6AV2 124-2DC01-0AX0...38

Hình 3.15: Màn hinh HMI Wecon mã pi 3037 ig...39

Hình 3.16: Phần mềm V-Net...40

Hình 3.17: Chức năng của phần mềm V-Net...41

Hình 3.18: Biểu tượng của TIA Portal V16...42

Hình 3.19: Sơ đồ đấu dây của hệ thống...45

Hình 3.20: Sơ đồ mạch động lực...46

Hình 3.21: Sơ đồ đấu dây cho các cảm biến...46

Hình 4.1: Lưu đồ thuật tốn chương trình chính...47

</div>Trang 12<div class="page_container" data-page="12">

Hình 4.3: Lưu đồ thuật tốn của chế độ AUTO...48

Hình 4.4: Lưu đồ thuật tốn hoạt động của chế độ MANU...49

Hình 4.5: Lưu đồ thuật tốn hoạt động của chế độ AUTO...49

Hình 4.6: Input của hệ thống...50

Hình 4.7: Output của hệ thống...52

Hình 4.8: Danh sách các chương trình điều khiển của Master...53

Hình 4.9: Danh sách các chương trình điều khiển của Slave 1...58

Hình 4.10: Danh sách các chương trình điều khiển của Slave 2...60

Hình 4.11: Giao diện Home của Master...62

Hình 4.12: Giao diện cho phép điều khiển và giám sát nhà nấm tại các khu vực...63

Hình 4.13: Giao diện hiển thị thơng số...63

Hình 4.14: Giao diện home...64

Hình 4.15: Giao diện điều khiển của Slave...65

Hình 4.16: Giao diện hiển thị thơng số Slave...65

Hình 4.17: Giao diện hệ thống trên màn hình HMI Wecon...66

Hình 4.18: Giao diện hiển thị chế độ bằng tay...66

Hình 4.19: Giao diện bật tắt các thiết bị...67

Hình 4.20: Giao diện điều khiển chế độ tự động...67

Hình 4.21: Cho phép slave có thể điều khiển các thiết bị...68

Hình 4.22: Giao diện Slave...69

Hình 4.23: Chế độ cho phép truyền thơng...70

Hình 4.24: Thiết lập địa chỉ PLC...71

Hình 4.25: Thiết lập địa chỉ cho HMI...71

Hình 4.26: Download chương trình cho HMI...72

Hình 4.28: Tạo địa chỉ kết nối với PLC...73

Hình 4.29: Đặt tên và địa chỉ các biến...73

Hình 4.30: Tạo trang Scada cho V-box...74

Hình 4.31: Gắn địa chỉ vào các nút ấn...74

Hình 4.32: Điều khiển hệ thống từ xa trên V-Net...75

Hình 4.33: Giao diện trên điện thoai qua phần mềm V-Net...75

Hình 5.1: Đồ thị biểu diễn phần trăm độ chính xác vị trí đặt cảm biến ánh sáng...79

Hình 5.2: Đồ thị biểu diễn phần trăm độ chính xác vị trí đặt cảm biến nhiệt độ và độ ẩm...80

</div>Trang 13<div class="page_container" data-page="13">

Hình 5.4: Phần tủ điện của mơ hình...81

Hình 5.12: Nơi chứa phơi nấm...87

Hình 5.13: Nơi chăm sóc phơi và thu hoạch...87

</div>Trang 14<div class="page_container" data-page="14">

Tên đề tài:

Thiết kế hệ thống giám sát và điều khiển mơ hình trồng nấm sửdụng PLC S7 – 1200.

Sinh viên thực hiện: Lê Phan Trí.Lớp: K25-EDT2

Đề tài tập trung việc thiết kế ý tưởng, xây dựng chương trình điều khiển và môphỏng cách thức hoạt động của hệ thống trên Win CC và HMI Wecon trong TIAPortal để mơ phỏng hệ thống.

Các cơng việc chính của đề tài:

1. Tìm hiểu, tính tốn để chọn các thành phần của hệ thống.

2. Lựa chọn phương án phù hợp để xây dựng thuật tốn lập trình cho hệthống nhằm logic, tối ưu.

3. Thiết kế giao diện WinCC và HMI Wecon để điều khiển và giám sát.4. Kết nối chương trình điều khiển với mơ hình mơ phỏng trên WinCC và

HMI Wecon trong TIA Portal và mô phỏng hoạt động của hệ thống.Nội dung cuốn báo cáo được chia thành các chương sau:

Chương 1: Tổng quan về đề tài.Chương 2: Cơ sở lý thuyết.

Chương 3: Tính tốn và lựa chọn thành phần chính của hệ thống.

Chương 4: Thiết kế mơ hình hệ thống, chương trình điều khiển và giao diện

giám sát.

Chương 5: Kiểm thử và đánh giá hệ thống.

Qua quá trình thực hiện nghiên cứu về đề tài, với các kết quả đạt được như sau:- Phân tích lựa chọn được phương án và giải pháp phù hợp cho hệ thống giám

</div>Trang 15<div class="page_container" data-page="15">

LỜI NÓI ĐẦU

Thế giới liên tục phát triển bởi sự thay đổi to lớn của nền sản xuất công nghiệpnhờ việc áp dụng những thành tựu mà khoa học công nghệ đem lại. Các thành tựuvề tự động hóa được dùng hầu hết trong mọi lĩnh vực hiện nay đã cho thấy đượctầm quan trọng của ngành khoa học công nghệ, giúp tạo ra được nhiều loại máy tựđộng, đặc biệt là cơng nghiệp tự động hóa phát triển cực kỳ mạnh mẽ. Công nghệ tựđộng giám sát hệ thống từ xa được ứng dụng mạnh mẽ trong cơng nghiệp tự độnghóa, nhà máy, xí nghiệp, nhằm thay thế phương pháp điều khiển và giám sát thủcông. Với công nghệ tự động giám sát tưới tiêu tự động sẽ đảm bảo trong việc kiểmsoát, điều khiển lưu lượng, van, máy bơm. Nhờ kết hợp với hệ thống điều khiểngiám sát và thu nhập dữ liệu: nhiệt độ, độ ẩm…qua HMI Wecon giúp việc giám sáthệ thống không cần thông qua việc kiểm tra trực tiếp của người kỹ sư, công nhân.Với độ tin cậy cao, công nghệ được ứng dụng trong nhiều mơ hình thực tế nhưtrồng cây trong nhà kính, trồng chăm sóc lan, thanh long… Nhìn nhận được tiềmnăng trong cơng nghệ tự động hóa, cùng những tiêu chí yêu cầu sử dụng theophương pháp nào để điều khiển hệ thống tưới tiêu đem lại hiệu quả cao, độ tin cậy,khả năng linh hoạt, dễ dàng vận hành và điều khiển. Với nhiều phương pháp đượcđề ra, cùng vốn kiến thức được tích lũy và tiếp thu trong những năm đại học, em xin

chọn phương pháp ứng dụng bằng PLC S7 1200 để đưa ra đề tài: “THIẾT KẾ HỆTHỐNG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN MƠ HÌNH TRỒNG NẤM SỬ DỤNGPLC S7 1200”.

Bằng sự cố gắng nỗ lực của bản thân, kiến thức nhận được trong quá trình học

vừa qua và đặc biệt là sự giúp đỡ tận tình, chu đáo của thầy Nguyễn Phạm CơngĐức, em đã hồn thành đề tài đúng thời hạn. Do thời gian làm đề tài có hạn và trình

độ cịn nhiều hạn chế nên khơng thể tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhậnđược ý kiến đóng góp của các thầy cơ để đề tài này được hồn thiện hơn nữa.

Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Phạm Công Đức, và các thầy cô giáo

trong ngành điện tự động đã tạo điều kiện giúp đỡ em trong thời gian qua.

</div>Trang 16<div class="page_container" data-page="16">

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1.1.ĐẶT VẤN ĐỀ

Ngày trước, các cách nuôi trồng được thực hiện một cách thủ công nênviệc quan sát chăm sóc chủ yếu được thực hiện bằng sức người, do đó khơngtránh khỏi được các sơ suất và khơng kiểm sốt được tất cả các tác nhân gâyảnh hưởng đến việc phát triển của cây trồng. Trong thời kỳ cơng nghiệp hố,hiện đại hố ngày càng phát triển thì nối tiếp theo đó ngành nơng nghiệp cũngphải phát triển theo, diện tích nơng nghiệp ngày càng nhiều hàng hóa làm racàng nhiều đáp ứng nhu cầu tiêu dùng cho xã hội. Từ đó đã nảy sinh cần cónhững thiết kế cơng nghệ để áp dụng vào nền nông nghiệp đáp ứng nhu cầu tiêudùng và khắc phục những hạn chế của nền nông nghiệp cũ.

Hiện tại, trên thế giới có nhiều hệ thống giám sát và điều khiển các hệthống này rất đa dạng, phong phú về thiết bị cũng như cách thức thực hiện.Nhưng trong đó chủ yếu là sử dụng nhân cơng để thực hiện và ít máy móchiện đại.

Nhìn chung, các khu trồng cây hiện nay có các nhược điểm sau: - Sử dụng nhiều nhân cơng để làm việc.

- Khơng có số liệu cụ thể và các mức nhiệt độ, độ ẩm và ánh sáng cụ thể chỉước chừng.

- Khơng có hệ thống tưới tiêu hợp lí.

- Rất khó kiểm sốt chất lượng với diện tích lớn. - Mất nhiều thời gian cho việc chăm sóc.

Với sự ra đời của các hệ thống giám sát và điều khiển mơ hình trồng nấm thìngười ta có thể quản lý tốt các vấn đề về nhiệt độ, độ ẩm ,ánh sáng cũng như nhanhchóng điều khiển được tồn bộ hệ thống chăm sóc cây ,hệ thống này tất cả đều hiệnđại và xử lý nhanh đồng nghĩa với việc đầu tư trang thiết bị hiện đại cho hệ thốngtốn khá nhiều chi phí nhưng bù lại là cây nấm sẽ phát triển tốt hơn, năng suất có thểcao hơn nhiều lần, tiết kiệm thời gian chăm sóc, tiết kiệm được nhân cơng …

Dưới đây là một vài hình ảnh về chăm sóc nấm với các thiết bị cơ bản hiệnnay:

</div>Trang 17<div class="page_container" data-page="17">

Hình 1.1: Các thiết bị chăm sóc nấm cơ bản hiện nay.

Hình 1.2: Hệ thống tưới nước tự động.

Nếu chúng ta áp dụng định nghĩa “thông minh” vào hệ thống giám sát vàđiều khiển mơ hình trồng nấm ,ta có thể nói rằng hệ thống điều khiển giám làhệ thống được thiết kế để hoạt động với hiệu quả tối đa bằng cách kết hợp cácthực tiễn tốt nhất, tự động hóa và các cơng nghệ khác để đảm bảo rằng nó cóthể hoạt động ở mức cao nhất trong sự thay đổi liên tục yêu cầu của ngườidùng. Hệ thống này là một trong những sản phẩm cần thiết của một một nềnnơng nghiệp hiện đại.

Chính nhu cầu và lý do đó mà em tiến hành thiết kế, thi cơng hệ thốnggiám sát và điều khiển mơ hình trồng nấm tự với bộ điều khiển PLC, giám sátvà điều khiển thơng qua hệ thống SCADA trên màn hình HMI.

Bảng 1.1: Phân tích ưu điểm và nhược điểm của từng phương pháp trồng nấm hiện

Phương pháp trồngnấm bằng thủ cơng

- Kiểm sốt được điềukiện môi trường: Bằng

cách trồng nấm thủ cơng,người trồng có thể kiểm

- Mất nhiều thời gian vàcông sức: Trồng nấm thủ

cơng địi hỏi người trồngphải đầu tư nhiều thời

</div>Trang 18<div class="page_container" data-page="18">

soát và điều chỉnh các yếutố như nhiệt độ, độ ẩm, ánhsáng, và cung cấp chất dinhdưỡng phù hợp cho nấmphát triển, giúp tăng hiệusuất và chất lượng sảnphẩm.

- Quản lý chất lượng sảnphẩm: Việc trồng nấm thủ

công cho phép người trồngkiểm sốt q trình sản xuấttừ đầu đến cuối, giúp đảmbảo chất lượng sản phẩmcuối cùng đáp ứng các tiêuchuẩn và yêu cầu của thịtrường.

- Khả năng tinh chỉnh quytrình sản xuất: Thông qua

việc trồng nấm thủ cơng,người trồng có thể tinhchỉnh quy trình sản xuất,nhanh chóng thí nghiệm cácbiện pháp cải tiến và điềuchỉnh để tối ưu hóa hiệusuất và sản lượng.

gian và cơng sức vào qtrình chăm sóc, quản lýnấm, điều này có thể làmtăng chi phí và lao động.

- Rủi ro về hỏng hóc vàsai sót: Việc trồng nấm

thủ cơng có thể dễ bị ảnhhưởng bởi sai sót trongq trình chăm sóc, cungcấp chất dinh dưỡngkhông đúng, hoặc bịhỏng hóc do khí hậu, mơitrường.

- Hạn chế về quy môsản xuất: Phương pháp

trồng nấm thủ côngthường hạn chế trongviệc mở rộng quy mô sảnxuất do yêu cầu cao vềlao động và tốn kém hơnso với các phương pháptự động hóa.

Phương pháp trồng

nấm trong nhà kính - Kiểm sốt mơi trường:Nấm được trồng trong mộtmơi trường kiểm sốt, chophép điều chỉnh nhiệt độ,độ ẩm, ánh sáng và cungcấp chất dinh dưỡng theonhu cầu cụ thể của nấm, tạođiều kiện thuận lợi cho sựphát triển.

- Bảo vệ nấm khỏi yếu tốtự nhiên: Nhà kính bảo vệ

nấm khỏi tác động của thờitiết xấu, bệnh tật, và côntrùng gây hại, giúp tăngcường sức kháng của nấmvà giảm rủi ro mất mùa.

- Tối ưu hóa diện tíchtrồng: Nhờ vào việc sử

dụng không gian một cáchhiệu quả, phương pháp nàycho phép tối ưu hóa diện

- Chi phí đầu tư banđầu cao: Xây dựng và

duy trì nhà kính địi hỏichi phí đầu tư ban đầucao, bao gồm cả hệ thốngđiều khiển môi trường vàcung cấp ánh sáng nhântạo.

- Tăng cường quản lývà chăm sóc: Trồng nấm

trong nhà kính địi hỏikiểm sốt và quản lýnghiêm ngặt về môitrường trồng, đòi hỏi sựchuyên nghiệp trongchăm sóc và quản lý.

- Tính kỹ thuật cao:

Yêu cầu kiến thức kỹthuật cao về cả về trồngnấm và quản lý nhà kính,

</div>Trang 19<div class="page_container" data-page="19">

tích trồng và tăng cườngsản lượng nấm trên cùngmột khu vực so với trồngnấm ngồi trời.

điều này có thể tạo ràocản cho những người mớibắt đầu trong ngành trồngnấm.

Trồng nấm bằngphương pháp lâm

- Sử dụng vật liệu phânhuỷ sinh học: Phương pháp

này sử dụng vật liệu phânhuỷ sinh học như tre, rơm,hoặc lúa làm vật liệu trồngnấm, giúp tận dụng tàinguyên tự nhiên và giảmtác động đến mơi trường.

- Tự nhiên hóa sản phẩm:

Nấm được trồng trong mơitrường tự nhiên nên có chấtlượng tự nhiên, an toàn chosức khỏe người tiêu dùng.

- Phù hợp với quy mô sảnxuất nhỏ: Phương pháp

lâm nghiệp thích hợp choviệc trồng nấm ở quy mônhỏ, cá nhân hoặc gia đình,khơng cần đầu tư lớn vàocơ sở vật chất hoặc côngnghệ.

- Thời gian phát triểndài: So với trồng nấm

trong nhà kính hoặc sửdụng cơng nghệ mới,phương pháp lâm nghiệpthường có thời gian pháttriển kéo dài hơn.

Khả năng kiểm sốt mơitrường hạn chế: Khó điềuchỉnh nhiệt độ, độ ẩm,ánh sáng và các yếu tốkhác trong quá trìnhtrồng nấm bằng phươngpháp lâm nghiệp so vớiviệc sử dụng các hệthống kiểm soát môitrường hiện đại.

- Tiêu tốn nhiều khônggian: Phương pháp lâm

nghiệp yêu cầu khônggian lớn để trồng nấm,đặc biệt khi điều kiệnmôi trường khơng thuậnlợi có thể ảnh hưởng đếnhiệu suất và chất lượngsản phẩm.

 Ưu điểm của hệ thống giám sát và điều khiển mơ hình trồng nấm trongđề tài:

Với sự ra đời của các hệ thống giám sát và điều khiển mơ hình trồng nấm thìngười ta có thể quản lý tốt các vấn đề về nhiệt độ, độ ẩm ,ánh sáng cũng nhưnhanh chóng điều khiển được tồn bộ hệ thống chăm sóc cây, hệ thống nàytất cả đều hiện đại và xử lý nhanh đồng nghĩa với việc đầu tư trang thiết bịhiện đại cho hệ thống tốn khá nhiều chi phí nhưng bù lại là cây nấm sẽ pháttriển tốt hơn, năng suất có thể cao hơn nhiều lần, tiết kiệm thời gian chămsóc, tiết kiệm được nhân công …

</div>Trang 20<div class="page_container" data-page="20">

Kết hợp với V-Box, người nơng dân có thể chủ động hơn trong việc trồngnấm, ngay cả khi đang ở xa trại nấm thì chỉ cần sử dụng một chiếc điện thoạikết nối với Internet là có thể giám sát và điều khiển được toàn bộ trang trại từxa.

- Có 2 loại thiết kế trại:

+ Loại 1: Trại lợp mái tôn và lá dừa.

+ Loại 2: Trại lợp mái bằng 3 lớp với 2 lớp lưới và 1 lớp bạc phủ.- Cả 2 trại này đều dùng vách 3 lớp như nhau (như loại 2). Trại dùng ládừa sẽ cho nhiệt độ mát hơn, thấp hơn từ 2-5 độ và thoáng hơn so với trạidùng cả mái và vách 3 lớp. Mỗi loại đều có một ưu và nhược riêng nhưng đềuhiệu quả.

Hình 1.1: Trại nấm1.2.2.Thiết kế kệ treo để phơi nấm:

</div>Trang 21<div class="page_container" data-page="21">

- Trong trại thì áp dụng mỗi loại kệ treo theo hình thức để phơi như:+ Giàn dây treo phơi nhưng ít người sử dụng.

+ Kệ đặt phơi nấm 3 tầng thì được nhiều người sử dụng.

Cũng tương tự vậy, mỗi loại thiết kế có ưu và nhược riêng, đa phầnngười trồng đều dùng giàn treo theo kiểu truyền thống. Nếu dùng giàn treo,đòi hỏi thiết kế trại phải chuẩn và nguyên liệu như sắt để làm trại với cácthanh ngang phải tốt và tính tốn rất kỹ, bởi sắt loại tốt thì mới có thể chịu nỗilực của lượng phơi lớn treo bên dưới vì lực chịu phải lên hàng “tấn”.

Hình 1.2: Thiết kế dàn nấm1.2.3. Quy trình vệ sinh trại nấm:

- Trước khi đưa đợt phôi mới vào trại, phải tiến hành xịt khuẩn cho trại, cách1-2 ngày là xịt 1 lần với nước vôi theo tỷ lệ 0.5% đến 1% để làm cho trại sạch sẽ,thống và khơng có bụi khuẩn. Làm trong vịng 1-2 tuần rồi đưa phơi nấm mới về làhợp lý.

- Việc này để đảm bảo rằng khi đưa đợt phơi nấm mới về trại thì phôi nấm sẽkhỏe khoắn, không bị đe dọa bởi các vi khuẩn ẩm mốc, con trùng. Bạn cũng có thểtrồng xen canh chứ không nên trồng 1 loại trong suốt thời gian đó.

- Sau khi xong hết một đợt nấm thì phải dọn hết phơi thải ra khỏi trại và cũngtiến hành vệ sinh khử trùng trại. Để trống nhà trại đó trong vịng 3 tuần đến 1 thángđể đảm bảo trại được sạch sẽ nhất.

Vì trong thời gian các phôi nấm sinh trưởng, đây cũng là nguồn thức ăn củavi khuẩn và sâu bệnh, bởi môi trường này độ ẩm cao và nhiệt độ thấp, khôngnên đưa liền phôi mới vào sẽ gây bệnh cho nấm, giảm năng suất.

</div>Trang 22<div class="page_container" data-page="22">

1.2.4. Quá trình ủ nấm:1.2.4.1. Thời gian ủ phôi:

Giai đoạn ủ phôi này tốt nhất là 70-75 ngày. Trong đó là 30 ngày để tại lị ủ

sau khi cấy giống, sau đó mới chuyển vào trại nấm để đặt lên kệ phôi/giàn treo đểthêm 40-45 ngày để tơ già đi.

Có một số loại giống thường ủ ít ngày hơn, thường thì khoản 30-50 ngàynhưng loại này thường cho năng suất cao ở đợt ra nấm đầu tiên, về lại các đợt ranấm sau thì ko cịn tốt như đợt đầu vì tơ chưa đủ già. Vậy nên đó là lý do cần ủphơi tới 75 ngày.

1.2.4.2. Lưu ý khi ủ phôi:

Trong giai đoạn ủ phôi, tuyệt đối lưu ý các điều sau:+ Không được tưới nước lên phơi.

+ Chỉ cần giữ mơi trường trong trại thống mát, dễ chịu, đảm bảo dưới 30độ C.

+ Tránh ánh nắng trực tiếp và mưa tạt vào bịch phôi.

Nếu thời tiết bên ngồi q nóng vào mùa hè, nhiệt độ trong nhà trại tăngcao, cách tránh cho bịch chảy nước vàng ra thì có thể hạ nhiệt bằng cách:

+ Tưới nước dưới nền, tưới vài lần trong ngày.

+ Kết hợp tưới nước cho mái và tưới lên vách để hạ nhiệt trong trại.

Hình 1.3: Tơ nấm đã phát triển được 80% trong bịch phơi.1.2.4.3. Q trình rút bơng khỏi cổ nấm

</div>Trang 23<div class="page_container" data-page="23">

- Sau giai đoạn ủ phôi bên trên là 70-75 ngày tính từ lúc cấy giống thì ta mớibắt đầu rút bông ở cổ phôi ra. Tuy nhiên, trước khi rút bơng thì ta có thể tưới sơ quakhoảng 2 phút để cho bông mềm, dễ rút và rửa sạch bụi bẩn bám trên bịch phôi.

- Sau khi đã rút bông xong, cần vệ sinh cổ phôi để loại bỏ tơ chết, làmcho cổ phôi sạch sẽ tạo điều kiện cho tơ nấm sống tiếp tục phát triển.

Hình 1.4: Rút bơng khỏi cổ phơi.

</div>Trang 24<div class="page_container" data-page="24">

Hình 1.5: Đóng nắp phơi nấm.1.2.5. Thời điểm sốc lạnh

Sau thời gian 10-15 ngày trên, khi tơ nấm đã ăn được đầy miệng phơi rồi thì

ta sẽ tới kỹ thuật sốc lạnh để kích thích nấm ra đồng đều.

Thực hiện việc sốc lạnh như sau:

+ Trước 1 ngày sốc lạnh, bạn sẽ quây kín trại lại để trại hầm bí và tăng nhiệt độlên.

+ Tối hôm sau, khoảng 10h đêm, thời điểm lý tưởng vì nước khá lạnh, chúng tatiến hành tưới nước tồn bộ phơi.

=> Lúc này nhiệt độ trong trại và nấm bị giảm đột ngột, gây ra hiện trạng sốc nhiệt và

kích thích các phơi ra nấm.

1.2.6. Hệ thống tưới nước cho nấm

Cách tưới nước cho Nấm Bào Ngư cũng vơ cùng quan trọng, nó cũng có thểquyết định đến 90% sản lượng. Vì nếu tưới sai cách cũng vơ cùng ảnh hưởng đếnphơi nấm.

Có thể dùng hệ tưới tưới phun sương nhưng cần hạn chế vì nước sương nhẹ,rơi không cố định, sẽ rất dễ làm nước lọt vào cổ phôi và gây nên bệnh mốc xanh,úng vàng,… điều chỉnh hệ thống tưới phun sương với thiết kế nước tưới như hệthống chữa cháy là phun lên phơi, hơi mạnh chứ khơng tưới phun sương nhẹ.

Hình 1.6: Hệ thống tưới nước cho nấm thực tế

</div>Trang 25<div class="page_container" data-page="25">

1.2.7. Quá trình thu hoạch nấm

Hình 1.7: Giao đoạn nấm thu hoạch

Thu hoạch nấm bằng cách là cầm chân nấm lắc nhẹ và rút ra và hái hết cảchùm. Sau khi hái hết một đợt nấm, ta tiến hành làm vệ sinh gốc nấm cịn sótlại, để tránh trường hợp bị úng thối và gây bệnh cho trại nấm.

Vệ sinh nấm sau khi thu hoạch:

Dùng thìa cạy nhẹ phần chân nấm cịn sót lại trong cổ phơi, khơng cạy sâuvào phơi. Thơng thống trại khoảng 3 - 4 tiếng cho khô vết cạy rồi dùng nắp đãvệ sinh sạch đậy lại, nắp phải vệ sinh qua bằng nước vôi để diệt khuẩn, nấmmốc và phơi khô nắp. Để yên cho tơ hồi phục ăn đều hết trong cổ phơi, khơngtưới nước khoảng 7 ngày. Sau đó lặp lại các bước từ sốc nhiệt trở về sau nhưcác bước đã nêu ở trên, cứ như vậy chăm sóc cho các đợt nấm tiếp theo.

1.2.8. Rút ra cách trồng nấm cho mơ hình

Mơ hình đã có ở thực tế với hệ thống tưới nước tự động theo thời gianhoặc bằng tay và không thể giám sát điều khiển từ xa. Cộng thêm không thểcanh chỉnh đúng nhiệt độ và độ ẩm thích hợp cho nấm phát triển đúng kỹthuật yêu cầu và đạt năng suất cao nhất. Từ mơ hình thực tế và thông qua họchỏi, em đã rút ra cách trồng nấm cho mơ hình của mình: Thiết kế mơ hìnhvới kích thước mỗi khu là 35x35cm, dùng mica để tạo ra mơ hình. Sử dụng 3cảm biến là cảm biến độ ẩm ,nhiệt độ, ánh sáng để đo độ ẩm, nhiệt độ, ánhsáng cho nấm. Sử dụng PLC S7 1200 để lập trình điều khiển cho mơ hình,khi đọc được các giá trị do cảm biến gửi về.

</div>Trang 26<div class="page_container" data-page="26">

PLC sẽ điều khiển relay kích cho bơm, đèn, quạt hoạt động theo giá trị đầuvào do ta đã cài đặt, từ đó đảm bảo điều kiện tốt nhất cho nấm phát triển. Kếtnối hệ thống với HMI Wecon và V-BOX để điểu khiến giám sát hệ thống từxa một cách thơng minh. Có thể điều chỉnh code PLC và giao diện HMI từ xakhông cần phải đến nơi đặt hệ thống, thì chúng ta vẫn có thể giám sát hệthống một cách dể dàng chỉ cần có internet.

1.3.MỤC TIÊU VÀ Ý TƯỞNG

1.3.1. Mục tiêu:

Hệ thống giám sát và điều khiển mơ hình trồng nấm là một hệ thốnghướng đến sự tiện lợi và nhanh chóng trong vấn đề ni trồng và chăm sóc trạinấm với quy mô lớn nhằm giúp tiết kiệm nhân công mà vẫn đạt công suất tốiđa, hiệu quả cao.

Đề tài giải quyết vấn đề thiết kế hệ thống giám sát nhiệt độ, độ ẩm, ánhsáng cho người vận hành có thể dễ dàng kiểm tra và sử dụng .

Toàn bộ hệ thống trồng nấm sẽ được điều khiển và giám sát thơng qua hệthống màn hình HMI trên WinCC.

Giải quyết vấn đề giám sát trại nấm tại nhà mà không cần phải ra trạikiểm tra, rút ngắn thời gian cũng như ít can thiệp nhiều vào q trình nitrồng, tăng hiệu quả của hệ thống lên cao.

1.3.2. Ý tưởng:

Theo các mục tiêu đã nêu trên, em có ý tưởng giám sát và điều khiển mơhình trồng nấm trên màn hình HMI, dùng hai PLC slave làm nhiệm vụ thu thậpdữ liệu bằng các cảm biến và gửi dữ liệu về một con PLC master, PLC mastersẽ nhận dữ liệu đưa về để ra lệnh và điều khiển hai slave thực hiện công việcdưới nhà nấm như điều khiển động cơ phục vụ việc trồng nấm, nhằm tiết kiệmđược một lượng nhân công lớn, và độ hiệu quả cao, hỗ trợ giám sát và điềukhiển từ xa dễ dàng..

Vì vậy em quyết định chọn đề tài “Thiết kế hệ thống giám sát và điềukhiển mơ hình trồng nấm sử dụng PLC – S7 1200”.

1.4. BÀI TOÁN CẦN ĐẶT RA

Có rất nhiều hướng để thiết kế bộ xử lí trung tâm có thể điều khiển mơhình giám sát trại nấm, đối với quy mô lớn nên sử dụng PLC làm bộ xử lítrung tâm là hợp lý nhất cho thực tế nên sử dụng PLC S7 1200 để điều khiểnmơ hình, giám sát cho đề tài nhằm tiếp cận gần với thực tế nhất.

</div>Trang 27<div class="page_container" data-page="27">

Hệ thống giám sát và điều khiển mơ hình trồng nấm có nhiệm vụ giámsát các thơng số của mơi trường trong trại từ xa, có thể điều khiển các thiết bịbơm, quạt, đèn nhằm giúp phôi nấm phát triển tốt.

1.5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

- Tìm hiểu cách chăm sóc trại nấm trong thực tế, thiết kế và thi công mô hình hệthống giám sát và điều khiển tự động.

- Khảo sát một số mơ hình thực tế và một số đề tài trước.- Tham khảo tài liệu trên các trang tự động hóa.

- Thiết kế sơ đồ, lựa chọn linh kiện phù hợp.- Thiết kế hệ thống điều khiển.

- Chỉnh sửa các lỗi điều khiển lập trình, lỗi của thiết bị trên phần mềm môphỏng WinCC.

- Thiết kế giao diện trên HMI và Wecon- Đề ra hướng phát triển.

Kết luận:

Với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật và đặc biệt là nhucầu phát triển tự động hoá trong ni trồng theo quy mơ lớn thì bài tốn đặt raphải áp dụng được các kĩ thuật tiên tiến tạo ra một hệ thống đưa vào xử lí mọihạn chế trong cơng việc ni trồng hiện nay. Vì vậy em quyết định thực hiệnđề tài với mong muốn có thể giải quyết phần nào và cải thiện tốt nhất cho việcni trồng hiện nay đặc biệt là mơ hình trồng nấm.

1.6. DỰ KIẾN KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC

Qua quá trình thực hiện nghiên cứu về đề tài này, dự kiến những kết quảcó thể đạt được như sau:

- Thiết kế được hệ thống giám sát và điều khiển phù hợp với điều kiện thực tế.- Phân tích lựa chọn được phương án và giải pháp phù hợp cho hệ thống giámsát và điều khiển cho phù hợp với điều kiện thực tế trong mơ hình trồng nấm.

- Đề xuất cải tiến hoặc có hướng cải tiến để ứng dụng vào thực tế tiện lợi và cóích hơn thực tế hiện tại.

</div>Trang 28<div class="page_container" data-page="28">

CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1. YÊU CẦU CÔNG NGHỆ

Hiểu rõ các yêu cầu của đề tài và thực hiện thật tốt vấn đề được được đưa ra như sau:

- Nắm được nguyên lý làm việc của mơ hình sẽ xây dựng.- Biết sử dụng và lập trình cho PLC S7-1200.

- Nghiên cứu phần mềm PI Studio và tìm hiểu về V-NET cũng như chức năng remote của wecon để thiết kế được giao diện để điều khiển, giám sát hệ thống từ xa.

Đưa ra các thiết bị có thể sử dụng cho mơ hình, từ đó có thể thiết kể phầncứng cho mơ hình.

2.1.1. Ngun lý làm việc của mơ hình.

Ở phần này cần vẽ sơ đồ ngun lý làm việc của mơ hình, trình bày đượcngun lý làm việc của mơ hình, ngun lý làm việc của các phần tử trong mơhình. Nắm được nguyên lý kết nối cũng như phương pháp kết nối giữa thiết bịđiều khiển và các phần tử được điều khiển trong mơ hình.

2.1.2. Tạo mơ hình trên giao diện HMI.

Yêu cầu tạo ra giao diện có thể tương tác các được với hệ thống bằng cách sửdụng phần mềm PI Studio.

Tìm hiểu phương pháp để điều khiển các phần tử trong mơ hình nhằm đưa raphương pháp tối ưu để mơ hình có thể làm việc tốt nhất.

Biết cách kết nối với các phần mềm TIA Portal. Xem các số chân Input/Outputmô phỏng để liên kết được với bộ điều khiển PLC S7 1200.

2.2. CÁC LOẠI TRUYỀN THÔNG ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG MƠ HÌNH

Với thời đại cơng nghệ hiện nay, khoa học và kỹ thuật ngày một phát triển mạnh mẽ. Đồng hành theo đó, ngành cơng nghiệp cũng phát triển không ngừng nghỉ, đặc biệt là trong lĩnh vực truyền thông trong công nghiệp. Việc kết hợp cả 2

</div>Trang 29<div class="page_container" data-page="29">

giao thức truyền thông Profinet và Modbus hệ thống có thể tận dụng được lợi ích của từng giao thức một cách tồn diện, từ tính linh hoạt, tương thích cho đến sự đa dạng của cả 2 giao thức.

2.2.1. Truyền thông Profinet

Profinet là một giải pháp mạng Ethernet công nghiệp mở được sử dụng tronglĩnh vực tự động hóa. Nó cho phép truyền dữ liệu giữa các thiết bị và bộ điềukhiển trong một hệ thống tự động hóa. Với tính mở và khả năng tương thíchvới nhiều thiết bị từ nhiều nhà sản xuất khác nhau, Profinet đã trở thành tiêuchuẩn Ethernet hàng đầu trong công nghiệp.

Profinet sử dụng giao thức Ethernet để xác định việc truyền thông giữa cácthành phần trong hệ thống. Nó hỗ trợ giao tiếp theo chu kỳ và khơng theo chukỳ, đảm bảo truyền dữ liệu chính xác và đồng bộ. Mạng Profinet có thể chứacác giao thức Ethernet khác nhau, tạo điều kiện cho tích hợp và mở rộng hệthống.

Hình 2.1: Giao thức truyền thơng Profinet

 Nguyên lý hoạt động của giao thức Profinet

Profinet là một giao thức truyền thông công nghiệp dùng để kết nối và quảnlý các thiết bị trong một mạng công nghiệp. Hệ thống Profinet hoạt động dựatrên TCP/IP và Ethernet, giúp việc truyền thông giữa các thiết bị trở nên linhhoạt và hiệu quả.

Kiến trúc Profinet bao gồm các thành phần chính như:

</div>Trang 30<div class="page_container" data-page="30">

 Profinet IO (Input-Output) cho việc truyền thông với các thiết bị đầu vào và

thiết bị đầu ra.

 Profinet CBA (Component Based Automation) cho việc quản lý các thành

phần trong hệ thống tự động hóa.

Profinet hỗ trợ thời gian thực RT (Real - Time), cho phép truyền thông trong

thời gian thực giữa các thiết bị trong mạng, đảm bảo độ chính xác và đồng bộtrong các quy trình cơng nghiệp.

Giao thức Profinet sử dụng các phương thức như Profinet Cyclic, Profinet

IRT (Isochronous Real-Time) để đảm bảo việc truyền thông trong mạng được

- Tốc độ cao: Profinet được thiết

kế để hoạt động ở tốc độ cao, giúptruyền thơng nhanh và chính xác

- Tính linh hoạt: Giao thức này

linh hoạt và có khả năng mở rộng,cho phép tích hợp dễ dàng vớinhiều loại thiết bị và hệ thốngkhác nhau.

- Chất lượng và đáng tin cậy:

Profinet cung cấp chất lượng và

- Độ phức tạp: Cấu hình và triển

khai các hệ thống sử dụngProfinet có thể địi hỏi kiến thứcvà kỹ năng chun mơn cao, đơikhi gặp khó khăn trong việc càiđặt và vận hành.

- Chi phí: Sử dụng và triển khai

Profinet có thể địi hỏi đầu tư banđầu cao do cần các thiết bị vàcông nghệ phức tạp.

</div>Trang 31<div class="page_container" data-page="31">

độ tin cậy cao trong việc truyềnthông dữ liệu, đảm bảo sự ổn địnhtrong các ứng dụng công nghiệpquan trọng.

- Hỗ trợ công nghiệp 4.0:

Profinet chơi vai trò quan trọngtrong việc hỗ trợ Đề án Côngnghiệp 4.0 bằng cách cung cấp sựtích hợp và hiệu suất cao cho hệthống tự động hóa cơng nghiệp.

- Quản lý mạng hiệu quả:

Profinet cung cấp khả năng quảnlý mạng mạnh mẽ, giúp tối ưu hóaviệc cấu hình và theo dõi hệ thốngdễ dàng.

- Cần kết nối được với thiết bị

hỗ Trợ: Profinet yêu cầu sự

tương thích với thiết bị hỗ trợ đểđảm bảo hiệu suất và tính tươngthích của hệ thống.

2.2.2. Truyền thơng Modbus RTU

Truyền thơng Modbus RTU là một phương thức truyền thông trong giao thứcModbus, sử dụng để giao tiếp với các thiết bị điều khiển cơng nghiệp thơngqua phương thức truyền dẫn tín hiệu RS 485 hoặc RS 232.

Trong đề tài này em sử dụng phương thức truyền dẫn tín hiệu RS 485 vìphương thức này cho tốc độ truyền cao hơn, truyền dẫn được xa hơn, ít bịnhiễu và kết nối được nhiều thiết bị hơn so với phương pháp RS 232.

Bảng 2.2: So sánh chuẩn truyền thông RS232 và RS485 [2]

Tốc độ truyền tối đa 20kb/s 10Mb/s – 100kb/s

Bảng 2.3: Ưu điểm và nhược điểm của Modbus RS485

- Khoảng cách truyền dẫn lớn:

RS-485 cho phép truyền dẫn ởkhoảng cách lên đến 1200m, giúpmở rộng mạng lưới truyền thôngtrong môi trường công nghiệplớn.

- Tốc độ truyền dữ liệu cao:

RS-485 hỗ trợ tốc độ truyền dữliệu cao, phù hợp cho mơi trườngcơng nghiệp địi hỏi độ chính xácvà thời gian phản hồi nhanh.

- Khả năng kết nối nhiều thiết

- Khoảng cách điện áp ngắn:

RS-485 yêu cầu nguồn cung cấpđiện áp ổn định và khoảng cáchngắn hơn so với mạng lưới truyềnthông Ethernet.

- Phức tạp trong cấu hình: Đơi

khi cấu hình và cài đặt mạng 485 có thể khó khăn và địi hỏikiến thức kỹ thuật cao.

RS-- Tốn nhiều dây nối: RSRS--485

thường yêu cầu sử dụng nhiều dâynối so với một số phương pháp

</div>Trang 32<div class="page_container" data-page="32">

bị: RS-485 cho phép kết nối

nhiều thiết bị trên cùng một mạnglưới với chi phí thấp và hiệu suấtcao.

- Khả năng chống nhiễu tốt:

RS-485 có khả năng chống nhiễutốt, giúp giảm thiểu ảnh hưởng từnhiễu điện từ trong mơi trườngcơng nghiệp.

- Chi phí thấp: Cáp và thiết bị

kết nối RS-485 có chi phí thấp,làm cho việc triển khai mạng lướitruyền thông dễ dàng và hiệu quả.

truyền thông khác.

- Chia sẻ tài nguyên mạng: Một

mạng RS-485 chia sẻ tài ngunnên đơi khi có thể gây ảnh hưởngcho hiệu suất truyền thơng khi cóq nhiều thiết bị kết nối trêncùng một đường truyền.

 Nguyên lý hoạt động của giao thức Modbus RS-485

Trong giao tiếp RS485, hệ thống sử dụng dây tín hiệu gồm 2 dây vặn xoắnvới nhau, thường được gọi là cáp xoắn đơi chống nhiễu để truyền dẫn tín hiệu.Cấu trúc xoắn của cặp dây giúp cân bằng về điện áp giữa 2 dây khi có nhiễugiúp cho tín hiệu luôn ổn định và truyền được ở khoảng cách xa.

Nguyên lý chống nhiễu của dây truyền tín hiệu chuẩn RS-485: trong mơitrường nhiễu, hướng của dịng nhiễu được tạo ra bởi từ trường ngược lại vớidòng điện của dây dẫn, vì vậy dịng nhiễu sẽ thấp hơn cáp thẳng thơng thường.Ảnh hưởng nhiễu của từ trường sẽ tác động đồng thời lên cả 2 dây dẫn (điệnáp cùng tăng hoặc cùng giảm ở cả 2 lõi dẫn của cặp dây xoắn) nhờ vậy sựchênh lệch điện áp giữa 2 dây ln khơng đổi khi có nhiễu, tín hiệu truyền đitừ thiết bị phát đến thiết bị thu được giữ nguyên.

2.3. SƠ ĐỒ KHỐI VÀ QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ

2.3.1. Sơ đồ khối của hệ thống

Sơ đồ khối các khâu trong hệ thống điều khiển và giám sát mơ hình trồngnấm được thể hiện trong hình 2.3.

</div>Trang 33<div class="page_container" data-page="33">

Hình 2.3: Sơ đồ kết nối tổng quan của hệ thống

Hệ thống bao gồm các khối thành phần như sau:

- Khối nguồn: Cung cấp nguồn điện cho tất cả các thiết bị trong hệ thống.- PLC SLAVE: Nhận các giá trị từ cảm biến đọc được để xử lý.

- PLC MASTER: nhận và xử lý dữ liệu từ các SLAVE.

- Cảm biến: Sử dụng cảm biến để đo các thông số môi trường rồi đưa vào bộ điềukhiển để xử lý.

- V-BOX: Nhận dữ liệu mà PLC MASTER thu được từ các SLAVE để tuyềnthơng lên V-NET và có thể giám sát điều khiển toàn bộ hệ thống từ xa.

- HMI SLAVE: Hiển thị các thông số mà PLC SLAVE xử lý được.- HMI MASTER: Hiển thị các dữ liệu từ SLAVE gửi về.

- Các thiết bị đầu ra: Dựa vào các thông số của môi trường mà bộ điều khiểnnhận được sẽ điều khiển các thiết bị bơm, quạt, đèn theo đúng chương trìnhđược đưa vào.

</div>Trang 34<div class="page_container" data-page="34">

Hình 2.4: Sơ đồ tổng quan của hệ thống2.3.2. Quy trình cơng nghệ

Hệ thống giám sát nhà nấm gồm rất nhiều thiết bị, bao gồm như: Cảmbiến ánh sáng, Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm khơng khí, relay, máy bơm, quạt,đèn, bộ điều khiển (PLC S7-1200), HMI, V-BOX.

Tất cả được lần lượt phân loại dựa theo:

- Nhóm các thiết bị chấp hành (relay, máy bơm, quạt, đèn)

- Nhóm các thiết bị điều khiển và xử lý tín hiệu (PLC, HMI, V-BOX)

- Nhóm các thiết bị ra lệnh và phản hồi (switch, cảm biến ánh sáng, cảm biếnnhiệt độ và độ ẩm khơng khí)

Chi tiết về chức năng của các nhóm:

- Switch: Có 2 trạng thái gửi tín hiệu vào PLC để chuyển trạng thái hoạt độngcủa hệ thống (Auto/Manual).

- Các cảm biến: Lần lượt có các cảm biến ánh sáng, cảm biến nhiệt độ và độẩm,… Các cảm biến này sẽ gửi các giá trị đọc được vào PLC, mỗi cảm biến sẽ cómột chức năng riêng:

• Cảm biến ánh sáng: Đọc giá trị cường độ ánh sáng từ môi trường rồi gửi vềPLC.

</div>Trang 35<div class="page_container" data-page="35">

• Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm: Đọc giá trị nhiệt độ và độ ẩm từ mơi trường rồigửi về PLC.

Quy trình giám sát và điều khiển mơ hình trồng nấm được thực hiện theotrình tự như hình 1.

Mơ hình sẽ thu thập các giá trị đo được từ cảm biến sau đó PLC sẽ xử lýcác thông số mà cảm biến đọc được, màn HMI sẽ hiển thị các thông số màPLC xử lý được và hiển thị giao diện điều khiển và giám sát cho người dùng,các thiết bị ngõ ra sẽ do PLC điều khiển dựa vào các thông số do người dùngcài đặt.

Hệ thống điều khiển và giám sát nhà nấm gồm các thành phần như:Phòng điều khiển: tại đây Bộ điều khiển PLC s7-1200 được tích hợpphần mềm đã lập trình dựa trên lưu đồ thuật tốn đã được xây dựng cho hệthống. Ngồi ra cịn có màn hình HMI để phục vụ người giám sát điều khiểnq trình trồng nấm.

Khu vực ni trồng: Ở khu vực này sẽ gồm có cảm biến nhiệt độ, độ ẩm,ánh sáng. Nếu phát hiện nhiệt độ trong trại quá cao thì mơ hình sẽ tự bật quạtđể giảm nhiệt độ trong nhà nấm, nếu độ ẩm khơng khí trong nhà nấm q thấpthì mơ hình sẽ tự bật bơm phun sương cấp ẩm cho nấm phát triển và dựa theođó nếu ánh sáng trong nhà nấm chưa đủ thì mơ hình sẽ bật đèn để cung cấpánh sáng.

 Kết luận chương II:

Từ các ý tưởng và mục tiêu đã được nêu ra ở chương I thì qua chương IIem đi vào nghiên cứu thiết kế chi tiết các cấu trúc cơ bản của một mơ hìnhgiám sát và điều khiển ni trồng nấm. Từ đó đưa ra quy trình cơng nghệ củahệ thống, sơ đồ khối hệ thống.

Giới thiệu khái quát về quy trình hoạt động của hệ thống. Từ đó xâydựng ý tưởng chi tiết về các chức năng để nuôi trồng nấm phù hợp.

</div>Trang 36<div class="page_container" data-page="36">

CHƯƠNG III: TÍNH TỐN VÀ LỰA CHỌN THÀNH PHẦNCHÍNH CỦA HỆ THỐNG

Thơng qua chương I và II thì em đã xác định được mục tiêu, quy trìnhcơng nghệ, sơ đồ khối của hệ thống. Từ đây để qua chương III sẽ lựa chọnthiết kế tính chọn phần cứng cho hệ thống.

3.1. LỰA CHỌN BỘ ĐIỀU KHIỂN CHÍNH (MASTER)Chức năng của PLC Master trong đề tài:

Xử lý và điều khiển các thiết bị Slave, gửi lệnh và nhận dữ liệu từ Slave đểthực hiện các chức năng điều khiển và giám sát.

3.1.1. PLC S7 – 1200

Đối với các quy trình sản xuất nhỏ thì người ta thường sử dụng vi điềukhiển để xử lí. Nhưng đối với những quá trình sản xuất với quy mơ lớn thì viđiều khiển khơng cịn đáp ứng được u cầu về độ tin cậy, độ bền nữa.

Trên thế giới hiện nay có nhiều hãng PLC lớn nổi tiếng như: ABB,Mitsubishi, Siemens, Omron, …. Nhưng PLC của hãng Siemens là được sửdụng phổ biến ở Việt Nam, giá thành hợp lí, hỗ trợ nhiều trong việc lập trìnhnhư: Truyền thơng, PID, Motion Control, …. Giao diện thân thiện với ngườidùng và dễ sử dụng.

PLC họ S7-1200 cung cấp một số lượng lớn các module tín hiệu và bảngtín hiệu để mở rộng dung lượng của CPU. Người dùng cịn có thể lắp đặt thêmcác module truyền thông để hỗ trợ các giao thức truyền thông khác.

Bộ điều khiển logic của PLC S7-1200 mang lại tính linh hoạt và sứcmạnh đủ để điều khiển nhiều thiết bị khác, đa dạng hỗ trợ các yêu cầu về điềukhiển tự động. Sự kết hợp giữa thiết kế thu gọn, cấu hình linh hoạt và tập lệnhmạnh mẽ đã khiến cho S7- 1200 trở thành một giải pháp hoàn hảo dành choviệc điều khiển nhiều ứng dụng đa dạng khác nhau.

Trong đề tài này, em sử dụng PLC S7- 1200 - 1215C - DC/DC/DC mã

Hình 3.1: PLC S7- 1200 - 1215C - DC/DC/DC.

</div>Trang 37<div class="page_container" data-page="37">

Kết hợp bộ vi xử lý, bộ nguồn tích hợp, các mạch ngõ vào và ngõ ra trongmột kết cấu thu gọn, CPU trong S7-1200 đã tạo ra một PLC mạnh mẽ. Sau khingười dùng tải xuống một chương trình, CPU sẽ chứa mạch logic được yêu cầu đểgiám sát và điều khiển các thiết bị nằm trong ứng dụng. CPU giám sát các ngõ vàovà làm thay đổi ngõ ra theo logic của chương trình người dùng đã tải xuống, có thểbao gồm các hoạt động như logic Boolean, việc đếm, định thì, các phép tốn phứchợp và truyền thông với nhiều thiết bị thông minh khác. Hơn nữa, PLC dòng S7-1200 cung cấp một số lượng lớn các module tín hiệu và bảng tín hiệu để mở rộngdung lượng của CPU. Ngồi ra, người dùng cịn có thể lắp đặt thêm các moduletruyền thông để hỗ trợ các giao thức truyền thông khác.

3.1.2. [3] Thông số kĩ thuật của PLC S7-1200 mã 6ES7215-1AG40-0XB0Bảng 3.1: Thông số kỹ thuật PLC S7 – 1200

Thông tin chung

Ký hiệu loại sản phẩm CPU 1215C DC/DC/DC

Nguồn cung cấp

Dòng điện tiêu thụ 500 mA cho duy nhất CPU

Dòng điện tiêu thụ tối đa 1500 mA cho CPU và tất cả các mô đun mở rộngDòng điện khởi động 12 A tại 28.8 VDC

Dòng điện ngõ ra

Cho Backplane bus

(5 VDC), tối đa 1600 mA, tối đa 5 VDc cho các mô đun tín hiệu (SM)và mơ đun truyền thơng (SM)Cơng suất tổn thất 12 W

Bộ nhớ

Bộ nhớ thực thi Tích hợp: 125 kbyteMở rộng: Khơng

Bộ nhớ chương trình Tích hợp trong CPU: 4 Mbtye

Backup Khơng có nguồn pin: Có, chương trình và dữ liệu

Cấu trúc phần cứng

Số lượng tối đa mô đun mở

rộng 3 mô đun truyền thông, 1 signal board, 8 mơ đun tínhiệu

Ngõ vào số

Số lượng ngõ vào số 14, tích hợpTrong đó, số lượng ngõ

vào sử dụng cho hàm chứcnăng

6; bộ đếm tốc độ cao High Speed Counter HSCĐiện áp vào Giá trị: 24 VDC

Cho tín hiệu mức "0": +5 VDC tại 1 mACho tín hiệu mức "1": +15 VDC tại 2.5 mA

Ngõ ra số

</div>Trang 38<div class="page_container" data-page="38">

Trong đó, số lượng ngõ ra xung tốc độcao

Hình 3.2: PLC S7- 1200 - 1214C - DC/DC/DC mã 6ES7215-1AG40-0XB0

.

3.2.1. [4]Thông số kĩ thuật của PLC S7-1200 mã 6ES7215-1AG40-0XB0 Bảng 3.2: Thông số kỹ thuật PLC S7 – 1200

Thông tin chung

Ký hiệu loại sản phẩm CPU 1214C DC/DC/DC

Nguồn cung cấp

Dòng điện tiêu thụ 500 mA cho duy nhất CPU

Dòng điện tiêu thụ tối đa 1500 mA cho CPU và tất cả các mơ đun mở rộngDịng điện khởi động 12 A tại 28.8 VDC

</div>Trang 39<div class="page_container" data-page="39">

Bộ nhớ chương trình Tích hợp trong CPU: 4 Mbtye

Backup Khơng có nguồn pin: Có, chương trình và dữ liệu

vào sử dụng cho hàm chứcnăng

6; bộ đếm tốc độ cao High Speed Counter HSCĐiện áp vào Giá trị: 24 VDC

Cho tín hiệu mức "0": +5 VDC tại 1 mACho tín hiệu mức "1": +15 VDC tại 2.5 mA

3.3. LỰA CHỌN CÁC THIẾT BỊ NGÕ RA TRONG HỆ THỐNG

3.3.1. Tính tốn và chọn máy bơm

</div>Trang 40<div class="page_container" data-page="40">

Yêu cầu của mô hình là lưu lượng giao động từ 1,5 - 2 lít/phút và áp lực bơmkhoảng 3 - 6 bar với hiệu suất bơm 65-90%. Từ đó ta tính chọn bơm phù hợp:Áp lực: 0.3 (Mpa)=300000 (pa)

Lưu lượng: 1,5 (lit/phút) = 0.025 (lit/s) Chọn hiệu suất : n = 0.8

Tính cơng suất máy bơm:

Áp dụng công thức [5]: P=Q∗pS =

0.8 = 9,375(W) ≈ 9,5 (W)Trong đó:

P: Cơng suất máy bơm (W)Q: Áp lực (Mpa)

p: Lưu lượng (lit/s)S: Hiệu suất máy bơm

Hình 3.3: Máy bơmChức năng của máy bơm trong đề tài:

Máy bơm trong hệ thống nuôi trồng nấm được sử dụng để tưới nước tự động dựa trên các thông số như độ ẩm khơng khí, nhu cầu nước của cây nấm, và các thamsố khác được cảm biến đo lường. Việc tự động tưới nước giúp duy trì mơi trường nuôi trồng ổn định và cung cấp đủ lượng nước cho nấm phát triển.

Thông số kỹ thuật:

- Điện áp : 12V.

- Công xuất : 9,5W – 0,7A.- Áp lực : 0.3kg (0,3Mpa).- Lưu lượng : 1,5L - 2L/phút.

</div>