Tài liệu hướng dẫn và phương pháp thực hiện những phát minh khoa học kỹ thuật vào sản xuất ứng dụng tự động hóa p10 pptx

Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tú _ Lớp
TĐH46


Khoa cơ điện - 109 - Trờng ĐHNNI_ Hà
Nội


=

n
k
kk
XaY
1
).( = S = min. (3.35)
Lấy vi phân theo a ta có:
-2

=

n
k
kk
XaY
1
).( .X
k
= 0 (3.36)
a.
2

1
k
n
k
X

=
=

=
n
k
kk
YX
1
.

a =

=
n
k
kk
YX
1
. /
2
1
k
n

k
X

=
với X
k
.Y
k
= 96,82.
Thay số vào ta có: a =
0177,0
82,96
= 5470.
Vậy ta có: Y = 5470.X .
Thay y = Y và x =
X
1
ta có hàm số biểu diễn sự tơng quan của hai đại
lợng x và y là:
y =
x
5470

Từ hàm trên ta vẽ đợc đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của điện áp vào cờng
độ ánh sáng chiếu vào quang trở, hình 3.21.


Hình 3.21: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của điện áp của quang trở
vào cờng độ ánh sáng.
0

100
200
300
400
500
600
700
0 200 400 600 800
cờng độ sáng
(X100) lux
điện áp (mV)
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tú _ Lớp
TĐH46


Khoa cơ điện - 110 - Trờng ĐHNNI_ Hà
Nội

Do đề tài của ta chỉ nghiên cứu về một số loại cây rau thuộc loại C3 cho nên
cờng độ ánh sáng phù hợp cho các loại cây này là từ 30000ữ80000 lux.
Nhng do trong đề khi tài ta làm thí nghiệm ta chỉ làm với bóng đèn sợi đốt
có công suất là 60W nên cờng độ ánh sáng không đủ đợc 80000 lux
3.3. thuật toán điều khiển mô hình
3.3. 1. Hoạt động của hệ thống.
Sơ đồ tổng thể mô hình hệ thống.

Hình 3.22: Sơ đồ tổng thể mô hình hệ thống.
Trong mô hình ta sử dụng:
Máy tính cá nhân PC.
Bộ lập trình PLC S7 _ 200.

Hai động cơ: - Động cơ phun sơng có công suất 0,37 KW.
- Động cơ cuốn mái.
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tú _ Lớp
TĐH46


Khoa cơ điện - 111 - Trờng ĐHNNI_ Hà
Nội

Hệ thống cảm biến gồm: - Hai cảm biến nhiệt.
- Một cảm biến quang.
Hệ thống đờng ống dẫn và các vòi phun sơng.
Bể để cung cấp nớc sạch cho động cơ.

Hoạt động của hệ thống:
Khi ngời điều khiển ấn Start thì hệ thống bắt đầu làm việc.
Cảm biến nhiệt đặt trong nhà lới nhận tín hiệu bằng cách cảm biến nhiệt độ
không khí trong nhà lới do nhà lới hấp thụ nhiệt của ánh nắng mặt trời chiếu
xuống. Khi cảm biến nhận đợc tín hiệu nhiệt đa qua bộ biến đổi tơng tự số sau
đó đợc đa vào PLC để diều khiển. Nếu nhiệt độ lớn hơn nhiệt độ giới hạn để cây
sinh trởng và phát triển (Ta đặt t > 30
0
C) thì PLC phát tín hiệu điều khiển động cơ
bơm sơng hoạt động. Trong quá trình động cơ phun sơng hoạt động thì cảm biến
nhiệt độ vẫn hoạt động bình thờng nó vẫn cảm biến nhiệt độ trong nhà lới và
cung cấp tín hiệu về cho PLC nếu nhiệt độ giảm tới giới hạn cho phép (t < 25
0
C)
thì PLC sẽ phát tín hiệu để ngắt nguồn cung cấp cho động cơ phun sơng, lúc đó
động cơ phun sơng sẽ dừng.

Cảm biến quang đợc đặt trên mái của nhà lới nhằm mục đích là cảm biến
cờng độ ánh sáng mặt trời chiếu xuống. Khi cờng độ ánh sáng mặt trời chiếu
Cảm

biến
điều
khiển
máy bơm
Khuếch
đại tín
hiệu
H
ình 3.2
3
:Sơ đồ khối hệ thống điều tiết nhiệt độ trong nhà lới
Nguồn
nuôi
Xử lý
tín hiệu
(PLC)
Chuyển
đổi tín
hiệu
Máy tính
p
c
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tú _ Lớp
TĐH46

Khoa cơ điện - 112 - Trờng ĐHNNI_ Hà
Nội

xuống nhỏ hơn giới hạn cho phép, đối với các loại cây C3 (Các cây rau C3 nh cà
chua, khoai tây,củ cải ) là 30000 ữ 80000 lux. ( Tài liệu Trồng Trọt Đại Cơng
do Hà Thị Thanh Bình chủ biên).
Nhng trong đề tài ta đặt ở ngỡng 40000 lux. Khi cờng độ ánh sáng mặt
trời chiếu xuống nhỏ hơn 40000 lux (tơng đơng điện áp ra ở chân của cảm biến
quang là lớn hơn 73 mV), thì tín hiệu đợc đa qua bộ so sánh sau đó truyền tín
hiệu tới PLC , PLC sẽ truyền tín hiệu ra điều khiển động cơ cuốn mái, cuốn mái
lại.
Khi cảm biến quang cảm biến đợc cờng độ ánh sáng mặt trời lớn hơn
40000 lux (tơng đơng điện áp ra ở chân của cảm biến quang là nhỏ hơn 73 mV)
thì tín hiệu truyền qua bộ so sánh sau đó truyền tới PLC , PLC sẽ truyền tín hiệu
ra điều khiển động cơ cuốn mái đảo chiều quay và trải mái ra che lại.
3.3. 2. Giới hạn của đề tài.
Do mô hình ta chỉ sử dụng 1m
3
cho nên việc điều tiết nhiệt độ sẽ chịu ảnh
hởng rất lớn của môi trờng vì thế mà trong quá trình phun sơng nhiệt độ có thể
sẽ không giảm tới nhiệt độ thích hợp để cho cây sinh trởng và phát triển là từ 18
0
C
ữ 24
0
C mà chỉ giảm đợc vài độ C.
Việc ta sử dụng cảm biến quang ở trên mái cũng gặp phải một số nhợc
điểm nh: Những hôm trời có gió tây dù cờng độ ánh sáng của mặt trời yếu nhng
không khí rất nóng, lúc đó cảm biến nhận tín hiệu báo về cho PLC, PLC điều khiển
động cơ cuốn mái vào điều đó sẽ có hại cho cây rau.

Một giới hạn nữa của đề tài là: Ta chỉ điều tiết từ nhiệt độ cao xuống nhiệt độ
thấp mà không điều tiết theo hớng ngợc lại, vì thế mà khi gặp phải những hôm
nhiệt độ ngoài trời hạ thấp xuống dới nhiệt độ thích hợp để cây sinh trởng và phát
triển thì hệ thống ngừng làm việc và phải sử dụng tới biện pháp khác để giữ ấm cho
cây rau.
Do đề tài của ta chỉ nghiên cứu về một số loại cây rau thuộc loại C3 cho nên
cờng độ ánh sáng phù hợp cho các loại cây này là từ 30000ữ80000 lux.
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tú _ Lớp
TĐH46


Khoa cơ điện - 113 - Trờng ĐHNNI_ Hà
Nội

Nhng do trong đề khi tài ta làm thí nghiệm ta chỉ làm với bóng đèn sợi đốt
có công suất là 60W nên cờng độ ánh sáng không đủ đợc 80000 lux.
Nếu ta sử dụng loại bóng đèn có công suất lớn hơn thi nhiệt độ tỏa vào quang
trở sẽ lớn điều đó sẽ làm giảm độ nhạy của quang trở .
Mặt khác do động cơ ta sử dụng để cuốn mái là động cơ một chiều với điện
áp định mức là 24V, nên trong đề tài ta đặt cho cảm biến quang ở ngỡng cờng độ
ánh sáng để PLC tác động là 40000 lux. Nếu cảm biến quang nhận đợc tín hiệu là
cờng độ ánh sáng ở mức thấp hơn 40000 lux (tơng đơng điện áp ra ở chân của
cảm biến quang là nhỏ hơn 73 mV) thì PLC tác động vào động cơ cuốn mái cuốn
mái lại, còn khi cảm biến quang nhận đợc tín hiệu là cờng độ ánh sáng ở mức
trên 40000 lux (tơng đơng điện áp ra ở chân của cảm biến quang là lớn hơn 73
mV) thì PLC tác động vào động cơ cuốn mái đảo chiều quay và trải mái ra che lại.
3.4. Chơng trình điều khiển hệ thống điều tiết nhiệt độ trong nhà lới
3.4.1. Phân định những đầu vào và những đầu ra
PHân công tín hiệu vào
Ký hiệu Địa chỉ Phần tử

ON I0.0 Nút ấn khởi động, thờng mở.
I0.1 Công tắc hành trình trong, thờng đóng.
I0.2 Công tắc hành trình ngoài, thờng mở.
S1 AIW0 Cảm biến nhiệt độ.
S2 AIW2 Cảm biến quang.
PHân công tín hiệu ra
Ký hiệu Địa chỉ Phần tử
M1 Q0.0 Động cơ bơm sơng.
M2 Q0.1 Động cơ cuốn mái cuốn cuốn mái lại.
M3 Q0.2 Động cơ cuón mái trải mái ra.

3.4.2. Lu đồ thuật toán
§å ¸n tèt nghiÖp NguyÔn V¨n Tó _ Líp
T§H46


Khoa c¬ ®iÖn - 114 - Tr−êng §HNNI_ Hµ
Néi

S1=1 khi nhiÖt ®é trong nhµ l−íi lín h¬n 25
0
C.
S2=1 khi c−êng ®é ¸nh s¸ng lín h¬n 40000 lux

3.4.3. Ch−¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn
//Chuong trinh dieu khien
//Dang STL

NETWORK 1 //Bat dong co bom suong
LD I0.0
AW>= AIW0, +19200
S Q0.0, 1
Q0.0 =1
S2=1
Start
S1=1
Q0.1 = 0
Q
0.2 = 1
Q0.1 = 1
Q
0.2 = 0
Stop
S2S1
Sai
§óng
§óng
Sai
§å ¸n tèt nghiÖp NguyÔn V¨n Tó _ Líp
T§H46


Khoa c¬ ®iÖn - 115 - Tr−êng §HNNI_ Hµ
Néi

NETWORK 2 //Tat dong co bom suong
LD I0.0
AW<= AIW0, +16000
R Q0.0, 1


NETWORK 3 //Bat dong co cuon hoac keo mai che
LD I0.0
AW<= AIW2, +4672
LPS
A I0.2
S Q0.1, 1
R Q0.2, 1
LPP
NOT
AN I0.1
R Q0.1, 1
S Q0.2, 1

NETWORK 4 //Dung dong co cuon mai che
LDN I0.1
R Q0.1, 1

NETWORK 5 //Dung dong co keo mai che
LD I0.2
R Q0.2, 1

//Dang LAD

Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tú _ Lớp
TĐH46


Khoa cơ điện - 116 - Trờng ĐHNNI_ Hà
Nội


3.5. Kết luận chơng iiI.
Qua nghiên cứu và tìm hiểu lý thuyết ở chơng III này chúng tôi đã làm
đợc một số công việc nh:
- Tìm hiểu về một số phơng pháp điều tiết nhiệt độ phổ biến đợc sử dụng
hiện nay. Từ đó chúng tôi quyết định chọn phơng pháp phun sơng để phục vụ
cho đề tài này.
- Tính toán, thiết kế và chế tạo ra hai cảm biến: Cảm biến quang và Cảm biến
nhiệt độ.
- cũng ở trong chơng III này, chúng tôi đã xây dựng đợc thuật toán điều
khiển của mô hình là cơ sở quan trọng cho khâu tiếp theo là lập trình điều khiển hệ
thống.
Tuy nhiên, do còn nhiều hạn chế nên mô hình cha hoàn toàn nh thực tế,
nhng đây sẽ là phần không thể thiếu để có thể xây dựng đợc hệ thống điều tiết
nhiệt độ trong nhà lới.
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tú _ Lớp
TĐH46


Khoa cơ điện - 117 - Trờng ĐHNNI_ Hà
Nội

Kết luận và đề nghị
1. Kết luận
Sau một thời gian nghiên cứu đề tài, mặc dù gặp nhiều khó khăn nhng với
nỗ lực của bản thân cùng với sự hớng dẫn tận tình của thầy giáo ThS. Ngô Trí
Dơng đến nay đề tài tốt nghiệp của tôi đã cơ bản hoàn thành. Từ kết quả nghiên
cứu đợc trong đề tài: "Nghiên cứu và thiết kế mô hình điều tiết nhiệt độ trong
nhà lới . Chúng tôi đa ra một số kết luận và đề nghị sau:
Mặt tích cực.
- Đề tài đã nêu đợc quá trình phát triển của ngành tự động hoá quá trình sản
xuất ở trong nớc và trên thế giới, phân tích vai trò, ý nghĩa ứng dụng cũng nh hạn
chế của nó trong sản xuất, đặc biệt là trong lĩnh vực nông nghiệp.
- Nghiên cứu và tìm hiểu về một số loại cảm biến: Cảm biến nhiệt và cảm
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tú _ Lớp

TĐH46


Khoa cơ điện - 118 - Trờng ĐHNNI_ Hà
Nội

biến quang. Từ đó tính toán, thiết kế và chế tạo ra hai cảm biến này với độ chính
xác tơng đối cao.
- Nghiên cứu về thiết bị điều khiển cụ thể là bộ điều khiển logic khả trình
PLC S7-200 với khối xử lý CPU224.
- Nghiên cứu phần mềm S7-200. Từ đó lập trình điều khiển hệ thống với sơ
đồ công nghệ thực tiễn.
- Xây dựng mô hình thực, chạy thử nghiệm lấy kết quả so sánh với lý thuyết.
Mặt hạn chế.
- Do còn rất nhiều hạn chế về mặt thiết bị và dụng cụ nên các cảm biến nhiệt
độ và cảm biến quang sử dụng trong mô hình đợc chỉnh định cha thực sự chuẩn
theo lý thuyết nên ở đầu ra vẫn có những sai số nhất định.
- Mặt khác do thời gian có hạn nên việc điều khiển động cơ phun sơng ở
trong mô hình mới chỉ dừng lại ở mức là đóng mở cho động cơ hoạt động mà cha
điều khiển đợc công suất (Tốc độ) của động cơ phun sơng lớn hay nhỏ theo sự
thay đổi của nhiệt độ lớn hay nhỏ ở trong nhà lới.


Mặt nhận thức.
- Qua quá trình nghiên cứu, tìm hiểu các tài liệu để thực hiện đề tài ngoài
những hiểu biết vô cùng quan trọng về sự phát triển của công nghệ tự động hoá,
việc ứng dụng của tự động hoá vào mọi lĩnh vực của đời sống xã hội Đề tài còn
giúp tôi tiếp cận với những kiến thức về điều khiển logic và các phần mềm lập trình
đang đợc ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống điều khiển tự động hiện nay nh:
simatic, psoc, matlab

- Hơn thế nữa đề tài còn giúp tôi có thêm kiến thức thực tế về áp dụng tự
động hoá vào trong nông nghiệp, một lĩnh vực vô cùng quan trọng đang đợc Đảng
và Nhà nớc rất quan tâm và đây cũng là nhiệm vụ rất quan trọng của một kỹ s tự
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tú _ Lớp
TĐH46


Khoa cơ điện - 119 - Trờng ĐHNNI_ Hà
Nội

động hoá nông nghiệp, nhằm giúp nền nông nghiệp nớc nhà phát triển để hội nhập
với khu vực và thế giới.
2. Đề nghị.
Trong quá trình thiết kế mô hình điều khiển do thời gian và nhận thức còn hạn chế
nên việc tìm hiểu xây dựng mô hình cha đúng với mô hình sản xuất thực tế. Mặc dù vậy
em rất mong đề tài của mình đợc các bạn khóa sau tiếp tục nghiên cứu, hoàn thiện và
phát triển thêm những mặt mà đề tài cha làm đợc.
Qua tìm hiểu em nhận thấy một triển vọng rất to lớn của hệ thống trồng rau
sạch có sự kết hợp giữa các biện pháp kỹ thuật: điều tiết tiểu khí hậu và kỹ thuật trồng
cây không dùng đất, trồng rau trong dung dịch (hay trồng rau thủy canh) trong nhà
lới và nhà kính. Vì thế em rất mong các bạn khóa sau tìm hiểu, nghiên cứu theo hớng
kết hợp cả hai biện pháp kỹ thuật này. Để nó nhanh chóng đợc hoàn thiện và đợc ứng
dụng rộng rãi vào trong nông nghiệp, để nông nghiệp nớc ta có đủ sản phẩm rau sạch và
an toàn để cung cấp cho ngời tiêu dùng.
Cuối cùng em kính mong quý thầy cô trong bộ môn Điện kỹ thuật, cùng quý thầy
cô trong khoa Cơ Điện tạo điều kiện tốt hơn nữa về thời gian cũng nh thiết bị và tài liệu
để đề tài có thể hoàn thành tốt hơn và có tính ứng dụng thực tế cao.