nghiên cứu thiết kế hệ thống tưới tự động cho nấm linh chi
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (5.3 MB, 123 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA CÔNG NGHỆ
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ
THỐNG TƯỚI TỰ ĐỘNG CHO NẤM
LINH CHI
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
SINH VIÊN THỰC HIỆN
TS.Nguyễn Văn Dũng
Nguyễn Văn Duy (MSSV: 1110979)
Ngành: Kỹ thuật điện 2 – Khóa 37
Tháng 5/2015
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA CÔNG NGHỆ
BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
Cần Thơ, ngày 07 tháng 05 năm 2015
PHIẾU ĐỀ NGHỊ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP CỦA SINH VIÊN
HỌC KỲ II, NĂM HỌC 2014 – 2015
1. Họ và tên sinh viên: Nguyễn Văn Duy
MSSV: 1110979
Ngành học: Kỹ thuật điện
Khóa: 37
2. Tên đề tài: Nghiên cứu thiết kế hệ thống tưới tự động cho nấm linh chi
3. Địa điểm thực hiện: Khu II, trường Đại học Cần Thơ
4. Họ tên người hướng dẫn khoa học (NHDKH): TS. Nguyễn Văn Dũng
5. Mục tiêu đề tài: Tìm hiểu hệ thống tưới tự động thực tế và biết cách tính toán, thiết
kế tủ điện cho một phụ tải
6. Các nội dung chính và giới hạn của đề tài
- Khảo sát thực tế tại cơ sở trồng nấm linh chi
- Giới thiệu các linh kiện và thiết bị
- Thiết kế và tính toán hệ thống tưới tự động
- Tìm hiểu lập trình điều khiển PLC cho hệ thống tưới tự động
- Thi công và vận hành thử nghiệm mô hình hệ thống tưới tự động
7. Các hỗ trợ cho việc thực hiện đề tài: Công ty TNHH điện tự động Toàn Phúc, tài
liệu tham khảo
8. Kinh phí dự trù cho việc thực hiện đề tài: Công ty TNHH điện tự động Toàn Phúc
cho mượn thiết bị thực hiện đề tài.
SINH VIÊN ĐỀ NGHỊ
Nguyễn Văn Duy
Ý KIẾN CỦA NHDKH
TS. Nguyễn Văn Dũng
Ý KIẾN CỦA BỘ MÔN
Ý KIẾN CỦA HỘI ĐỒNG LV&TLTN
i
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA CÔNG NGHỆ
BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
Cần Thơ, ngày 07 tháng 05 năm 2015
ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
HỌC KỲ II, NĂM HỌC 2014 – 2015
1. Tên đề tài thực hiện: Nghiên cứu thiết kế hệ thống tưới tự động cho nấm linh chi
2. Họ và tên sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Duy
3. Họ và tên người hướng dẫn khoa học: TS. Nguyễn Văn Dũng
4. Đặt vấn đề: Thiết kế hệ thống tưới tự động là một vấn đề quan trọng trong nền
nông nghiệp hiện nay. Để tưới có hiệu quả cần chọn phương pháp tưới phù hợp với
từng loại cây trồng, điều kiện đất đai, điều kiện địa hình và nguồn nước, nên yêu
cầu đặt ra là một hệ thống tưới tự động cho nấm linh chi tối ưu để mang lại kinh tế
cao hơn. Do bản thân muốn tìm hiểu sâu hơn về hệ thống tưới tự động và công tác
vận hành của hệ thống nên chọn đề tài này để bổ sung thêm kiến thức cho bản thân.
5. Mục đích, yêu cầu: Tìm hiểu hệ thống tưới tự động thực tế và biết cách tính toán,
thiết kế tủ điện cho một hệ thống
6. Địa điểm, thời gian thực hiện: Bộ môn Kỹ thuật điện, khoa Công Nghệ, trường
Đại học Cần Thơ
7. Giới thiệu về thực trạng có liên quan tới vấn đề trong đề tài: Hệ thống tủ điện và
các loại cảm biến.
8. Các nội dung chính và giới hạn của đề tài:
CHƯƠNG 1: KHẢO SÁT THỰC TẾ TẠI CƠ SỞ TRỒNG NẤM LINH CHI
1.1 Giới thiệu về cơ sở trồng nấm linh chi
1.1.1 Thành lập tổ hợp tác nấm
1.1.2 Đưa khoa học kỹ thuật vào sản xuất nấm
1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phát triển của nấm linh chi
1.2.1 Nhiệt độ
1.2.2 Độ ẩm
1.2.3 Thoáng khí
1.2.4 Ánh sáng
1.2.5 pH
1.3 Mô hình thực tế trồng nấm linh chi
1.4 Yêu cầu kỹ thuật về việc cấp nước tưới cho nấm linh chi
1.4.1 Phương pháp tưới nước hiện nay
ii
1.4.2 Yêu cầu về nhiệt độ và độ ẩm trong nhà trồng nấm
1.4.3 Yêu cầu về hệ thống tưới tự động
CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU CÁC LINH KIỆN VÀ THIẾT BỊ
2.1 Tủ điều khiển tự động
2.1.1 Giới thiệu
2.1.2 Chức năng và ứng dụng
2.2 Các thiết bị tủ điều khiển
2.2.1 CB
2.2.2 Nút ấn
2.2.3 Contactor
2.2.4 Rơle trung gian
2.3 Van điện từ
2.3.1 Khái niệm
2.3.2 Nguyên lý hoạt động
2.4 Khái niệm cảm biến
2.4.1 Cảm biến nhiệt độ
2.4.2 Cảm biến độ ẩm
2.5 Máy phun cao áp
2.5.1 Động cơ điện
2.5.2 Đầu bơm cao áp
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN HỆ THỐNG TƯỚI TỰ ĐỘNG
3.1 Giới thiệu về các phương pháp tưới phun hiện nay
3.2 Phương pháp tưới phun sương
3.2.1 Ưu điểm của phương pháp tưới phun sương
3.2.2 Khuyết điểm của phương pháp tưới phun sương
3.3 Tính toán và thiết kế hệ thống ống dẫn nước vòi phun
3.3.1 Cấu tạo chung hệ thống tưới tự động cho nấm trong nhà kính
3.3.2 Lựa chọn và bố trí vòi phun
3.3.3 Tính toán thuỷ lực hệ thống phun sương
3.3.4 Tính toán công suất động cơ điện và đầu bơm cao áp
3.4 Lựa chọn khí cụ điện cho tủ điều khiển
3.4.1 Chọn thiết bị đóng cắt
3.4.2 Chọn cáp điện cho tủ điều khiển
CHƯƠNG 4: TÌM HIỂU LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN PLC CHO HỆ THỐNG
TƯỚI TỰ ĐỘNG
4.1 Cơ sở lý thuyết về PLC S7-1200
4.1.1 Tổng quan về PLC S7-1200
iii
4.1.2 Phân loại
4.1.3 Hình dạng bên ngoài
4.1.4 Cấu trúc bên trong
4.1.5 Đấu dây
4.1.6 Khả năng mở rộng của CPU
4.1.7 Các loại module của S7-1200
4.1.8 Phương pháp lập trình điều khiển
4.1.9 Ngôn ngữ lập trình LAD (ladder Logic):
4.1.10 Chế độ vận hành của PLC
4.1.11 Phần mềm lập trình SIMATIC TIA Portal STEP7 Basic
4.1.12 Các tập lệnh cơ bản
4.1.13 Xử lý tín hiệu Analog PLC S7-1200
4.2 Khái quát chung về màn HMI
4.2.1 Cơ sở lý thuyết về màn hình HMI
4.2.2 Một số màn hình HMI của hãng Seimens
4.2.3 Cấu hình cơ bản của một hệ PLC và HMI
4.2.4 Giới thiệu màn hình
4.3 Lập trình điều khiển cho hệ thống
4.3.1 Xây dựng chương trình điều khiển hệ thống trên PLC
4.3.2 Xây dựng thuật toán điều khiển
4.3.3 Chương trình
4.3.4 Mạch động lực và mạch điều khiển của hệ thống
4.3.5 Lập trình LAD cho hệ thống
CHƯƠNG 5: THI CÔNG VÀ VẬN HÀNH THỬ NGHIỆM MÔ HÌNH HỆ
THỐNG TƯỚI TỰ ĐỘNG
5.1 Các thiết bị có liên quan trong mô hình
5.1.1 Bộ động cơ và đầu bơm cao áp
5.1.2 Bồn chứa
5.1.3 Mô hình nhà kính
5.1.4 Tủ điều khiển
5.1.5 PLC S7-1200 CPU 1212C
5.1.6 Đầu dò nhiệt độ và độ ẩm
5.2 Thiết kế giao diện giám sát và điều khiển trên tia portal v13
5.2.1 Tạo một project mới
5.2.2 Màn hình giám sát HMI
CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN
9. Phương pháp thực hiện đề tài: Khảo sát thực tế và thiết kế mô hình
iv
10. Kế hoạch thực hiện:
KẾ HOẠCH THỰC HIỆN ĐỀ TÀI
TT Nội dung công việc
1
2
3
4
5
6
Chuẩn bị đề cương
Bảo vệ đề cương và đi
thực tế thu nhập số liệu
Thiết kế và tính toán hệ
thống tưới tự động
Thi công, lắp đặt và
vận hành thử nghiệm
Hoàn thiện đề tài luận
văn
Nộp luận văn
Tuần
2
X
SINH VIÊN THỰC HIỆN
DUYỆT CỦA BỘ MÔN
Tuần
3-4
Tuần
5-6
Tuần
7-8-9-10
Tuần Tuần
11-12
13
X
X
X
X
X
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
DUYỆT CỦA HĐ LV&TLTN
v
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA CÔNG NGHỆ
BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
Cần Thơ, ngày … tháng … năm 2015
NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
1. Cán bộ hướng dẫn: TS. Nguyễn Văn Dũng.
2. Đề tài: Nghiên cứu thiết kế hệ thống tưới tự động cho nấm linh chi.
3. Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Duy
4. Lớp: Kỹ Thuật Điện – K37.
5. Nội dung nhận xét:
a. Nhận xét về hình thức của tập thuyết minh:......................................................
b. Nhận xét về các bản vẽ: ....................................................................................
c. Nhận xét về nội dung của luận văn (Đề nghị ghi chi tiết và đầy đủ):
* Các nội dung và công việc đã đạt được (So sánh với đề cương luận
văn):
......................................................................................................................
......................................................................................................................
* Những vấn đề còn hạn chế: .......................................................................
......................................................................................................................
......................................................................................................................
d. Nhận xét đối với từng thành viên tham gia thực hiện đề tài: ............................
........ ......................................................................................................................
e. Kết luận và đề nghị: ..........................................................................................
6. Điểm đánh giá (Cho từng sinh viên): ...........................................................................
.......... ........ ......................................................................................................................
Cần Thơ, ngày… tháng… năm 2015
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
TS. Nguyễn Văn Dũng
vi
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA CÔNG NGHỆ
BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
Cần Thơ, ngày… tháng … năm 2015
NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ CHẤM PHẢN BIỆN 1
1. Cán bộ chấm phản biện: ThS. Phan Trọng Nghĩa
2. Đề tài: Nghiên cứu thiết kế hệ thống tưới tự động cho nấm linh chi.
3. Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Duy.
4. Lớp: Kỹ Thuật Điện – K37.
5. Nội dung nhận xét:
a. Nhận xét về hình thức của tập thuyết minh:......................................................
b. Nhận xét về các bản vẽ: ....................................................................................
c. Nhận xét về nội dung của luận văn (Đề nghị ghi chi tiết và đầy đủ):
* Các nội dung và công việc đã đạt được (So sánh với đề cương luận
văn):
......................................................................................................................
......................................................................................................................
* Những vấn đề còn hạn chế: .......................................................................
......................................................................................................................
......................................................................................................................
d. Nhận xét đối với từng thành viên tham gia thực hiện đề tài: ............................
........ ......................................................................................................................
e. Kết luận và đề nghị: ..........................................................................................
6. Điểm đánh giá (Cho từng sinh viên): ...........................................................................
.......... ........ ......................................................................................................................
Cần Thơ, ngày… tháng… năm 2015
CÁN BỘ PHẢN BIỆN 1
ThS. Phan Trọng Nghĩa
vii
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA CÔNG NGHỆ
BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
Cần Thơ, ngày … tháng … năm 2015
NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ CHẤM PHẢN BIỆN 2
1. Cán bộ chấm phản biện: ThS. Đinh Mạnh Tiến
2. Đề tài: Nghiên cứu thiết kế hệ thống tưới tự động cho nấm linh chi.
3. Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Duy.
4. Lớp: Kỹ Thuật Điện – K37.
5. Nội dung nhận xét:
a. Nhận xét về hình thức của tập thuyết minh:......................................................
b. Nhận xét về các bản vẽ: ....................................................................................
c. Nhận xét về nội dung của luận văn (Đề nghị ghi chi tiết và đầy đủ):
* Các nội dung và công việc đã đạt được (So sánh với đề cương luận
văn):
......................................................................................................................
......................................................................................................................
* Những vấn đề còn hạn chế: .......................................................................
......................................................................................................................
......................................................................................................................
d. Nhận xét đối với từng thành viên tham gia thực hiện đề tài: ............................
........ ......................................................................................................................
e. Kết luận và đề nghị: ..........................................................................................
6. Điểm đánh giá (Cho từng sinh viên): ...........................................................................
.......... ........ ......................................................................................................................
Cần Thơ, ngày… tháng… năm 2015
CÁN BỘ PHẢN BIỆN 2
ThS. Đinh Mạnh Tiến
viii
Lời mở đầu
LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay thế giới đã bước vào thế kỷ XXI tài nguyên thiên nhiên đang dần
cạn kiệt môi trường ô nhiễm khắp nơi, nhưng nhu cầu sống và hưởng thụ của con
người lại ngày càng cao, dân số thế giới vẫn tăng vọt, làm cho thế giới sẽ không đủ
các sản phẩm để cung cấp cho mọi người nếu hoạt động lao động chỉ là thủ công.
Để giải quyết vấn đề đó chỉ có con đường duy nhất là ứng dụng tự động hoá vào sản
xuất.
Hệ thống điều khiển tưới tự động là một trong những khâu quan trọng, quyết
định sự thành công của toàn hệ thống sản xuất nấm linh chi trong nhà lưới có mái
che. Việc thiết kế, chế tạo hệ thống điều khiển tưới phun sương có ý nghĩa rất quan
trọng trong việc duy trì độ ẩm và nhiệt độ. Đề tài này nghiên cứu, thiết kế và thi
công mô hình hệ thống điều khiển tưới phun sương tự động theo thời gian, nhiệt độ
và độ ẩm. Khi hệ thống làm việc, người vận hành chỉ cần cài đặt thời gian tưới hoặc
giá trị nhiệt độ, độ ẩm mong muốn khi đó hệ thống sẽ tự động điều khiển van điện,
máy bơm phun sương để liên tục đảm bảo các thông số đã cài đặt. Ngoài ra hệ
thống cũng cho phép người vận hành có thể lựa chọn vị trí các nhà trồng cần tưới,
thời gian tưới tùy theo nhu cầu của từng giai đoạn nấm khác nhau đối với hệ thống
có nhiều nhà lưới.
Mục đích nghiên cứu:
- Nghiên cứu mô hình hệ thống tưới tự động cho nấm linh chi từ thực tiễn từ
đó thiết kế mô hình thực nghiệm trên cơ sở sử dụng các thiết bị có sẵn trong nước.
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết để xây dựng mô hình dựa trên phần mềm lập
trình simatic S7-1200.
- Ứng dụng PLC S7-1200 để xây dựng chương trình điều khiển hệ thống. (Vì
PLC S7-1200 có sẵn module analog để nhận tín hiệu analog từ đầu dò nhiệt độ và
độ ẩm).
- Thiết kế giao diện người dùng trên màn hình HMI cho hệ thống giám sát tưới
tự động cho nấm linh chi.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
Đối tượng nghiên cứu trong luận văn này là “Hệ thống tưới tự động cho nấm
linh chi”.
Ý nghĩa thực tiễn của luận văn:
Vấn đề ứng dụng tự động hóa vào sản xuất nông nghiệp ngày càng phổ biến
và mang lại hiệu quả kinh tế cao. Hệ thống tưới tự động gồm các đường ống được
lắp đặt cố định là biện pháp tưới hiệu quả cho diện tích lớn. Hệ thống sử dụng gồm
một máy bơm và 1 cảm biến tích hợp đo nhiệt độ và độ ẩm đặt tại nhà lưới trồng
viii
Lời mở đầu
nấm, hệ điều khiển được lập trình trên PLC-S7- 1200 hiện đại.
Nội dung chính của luận văn:
Luận văn thực hiện với nội dung sau:
Chương 1: Khảo sát thực tế tại cơ sở trồng nấm linh chi
Chương 2: Giới thiệu các linh kiện và thiết bị
Chương 3: Thiết kế và tính toán hệ thống tưới tự động
Chương 4: Tìm hiểu lập trình điều khiển PLC cho hệ thống tưới tự động
Chương 5: Thi công và vận hành thử nghiệm mô hình hệ thống tưới tự động
Chương 6: Kết luận
ix
Lời cám ơn
LỜI CÁM ƠN
Sau khoảng thời gian học tập và rèn luyện tại trường Đại học Cần Thơ, em
đã được sự dạy bảo tận tình của tất cả các quý thầy, cô ở các Phòng – Khoa của
trường và đã giúp em có thêm được nhiều kiến thức quý báu, chuyên và không
chuyên về ngành Kỹ thuật điện. Nay em đã sắp kết thúc khóa học của mình, em xin
gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc nhất đến:
Ban giám hiệu Trường Đại học Cần Thơ.
Ban chủ nhiệm Khoa Công Nghệ.
Tất cả các quý thầy trong bộ môn Kỹ thuật điện và đặc biệt là TS.Nguyễn
Văn Dũng, người thầy đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và chỉ dạy em rất nhiều trong
quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp này.
Đồng thời, em cũng chân thành cảm ơn đến Cty TNHH điện tự động Toàn
Phúc đã cho mượn thiết bị và dụng cụ để thực hiện luận văn.
Xin chân thành cảm ơn cha, mẹ đã luôn bên cạnh, động viên và ủng hộ con
về mặt vật chất lẫn tinh thần trong suốt thời gian qua.
Tuy nhiên, kinh nghiệm, kiến thức thực tế còn hạn chế và thời gian thực hiện
đề tài quá ít nên không tránh khỏi những sai lầm, thiếu sót. Kính mong thầy Nguyễn
Văn Dũng, các quý thầy trong bộ môn bỏ qua và góp ý kiến để bài luận văn của em
được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cám ơn!
Cần Thơ, ngày 07 tháng 05 năm 2015
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Văn Duy
x
Mục lục
MỤC LỤC
CHƯƠNG 1
KHẢO SÁT THỰC TẾ TẠI CƠ SỞ TRỒNG NẤM LINH CHI
1.1 Giới thiệu về cơ sở trồng nấm linh chi ..............................................................1
1.1.1 Thành lập tổ hợp tác nấm ...........................................................................2
1.1.2 Đưa khoa học kỹ thuật vào sản xuất nấm ..................................................2
1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phát triển của nấm linh chi......................3
1.2.1 Nhiệt độ ......................................................................................................3
1.2.2 Độ ẩm .........................................................................................................3
1.2.3 Thoáng khí .................................................................................................4
1.2.4 Ánh sáng.....................................................................................................4
1.2.5 Độ pH .........................................................................................................4
1.3 Mô hình thực tế trồng nấm linh chi ...................................................................4
1.4 Yêu cầu kỹ thuật về việc cấp nước tưới cho nấm linh chi ................................6
1.4.1 Phương pháp tưới nước hiện nay ...............................................................6
1.4.2 Yêu cầu về nhiệt độ và độ ẩm trong nhà trồng nấm ..................................8
1.4.3 Yêu cầu về hệ thống tưới tự động ..............................................................9
CHƯƠNG 2
GIỚI THIỆU CÁC LINH KIỆN VÀ THIẾT BỊ
2.1 Tủ điều khiển tự động .....................................................................................11
2.1.1 Giới thiệu..................................................................................................11
2.1.2 Chức năng và ứng dụng ...........................................................................11
2.2 Các thiết bị lắp đặt trong tủ điều khiển ...........................................................12
2.2.1 CB ............................................................................................................12
2.2.2 Nút ấn .......................................................................................................14
2.2.3 Contactor ..................................................................................................15
2.2.4 Rơle trung gian .........................................................................................17
2.3 Van điện từ ......................................................................................................18
xi
Mục lục
2.3.1 Khái niệm .................................................................................................18
2.3.2 Nguyên lý hoạt động ................................................................................18
2.4 Khái niệm cảm biến ........................................................................................19
2.4.1 Cảm biến nhiệt độ ....................................................................................20
2.4.2 Cảm biến độ ẩm .......................................................................................20
2.5 Bộ động cơ điện và đầu bơm cao áp ...............................................................21
2.5.1 Động cơ điện ............................................................................................21
2.5.2 Đầu bơm cao áp........................................................................................24
CHƯƠNG 3
THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN HỆ THỐNG TƯỚI TỰ ĐỘNG
3.1 Giới thiệu về các phương pháp tưới phun hiện nay ........................................26
3.2 Phương pháp tưới phun sương ........................................................................27
3.2.1 Ưu điểm của phương pháp tưới phun sương............................................28
3.2.2 Khuyết điểm của phương pháp tưới phun sương .....................................28
3.3 Tính toán và thiết kế hệ thống ống dẫn nước vòi phun ...................................28
3.3.1 Cấu tạo chung hệ thống tưới tự động cho nấm trong nhà kính ................28
3.3.2 Lựa chọn và bố trí vòi phun .....................................................................29
3.3.3 Tính toán thuỷ lực hệ thống phun sương .................................................32
3.3.4 Tính toán công suất động cơ điện và đầu bơm cao áp .............................33
3.4 Lựa chọn khí cụ điện cho tủ điều khiển ..........................................................34
3.4.1 Chọn thiết bị đóng cắt ..............................................................................34
3.4.2 Chọn cáp điện cho tủ điều khiển ..............................................................35
CHƯƠNG 4
TÌM HIỂU LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN PLC CHO HỆ THỐNG TƯỚI TỰ ĐỘNG
4.1 Cơ sở lý thuyết về PLC S7-1200 ....................................................................38
4.1.1 Tổng quan về PLC S7-1200 .....................................................................38
4.1.2 Phân loại ...................................................................................................39
4.1.3 Hình dạng bên ngoài ................................................................................41
4.1.4 Cấu trúc bên trong ....................................................................................42
xii
Mục lục
4.1.5 Đấu dây ....................................................................................................43
4.1.6 Khả năng mở rộng của CPU ....................................................................44
4.1.7 Các loại module của S7-1200 ..................................................................46
4.1.8 Phương pháp lập trình điều khiển ............................................................48
4.1.9 Ngôn ngữ lập trình LAD (ladder Logic) ..................................................49
4.1.10 Chế độ vận hành của PLC ......................................................................50
4.1.11 Phần mềm lập trình SIMATIC TIA Portal STEP7 Basic ......................51
4.1.12 Các tập lệnh cơ bản ................................................................................58
4.1.13 Xử lý tín hiệu Analog PLC S7-1200 ......................................................68
4.2 Khái quát chung về màn HMI .........................................................................73
4.2.1 Cơ sở lý thuyết về màn hình HMI............................................................73
4.2.2 Một số màn hình HMI của hãng Seimens ................................................74
4.2.3 Cấu hình cơ bản của một hệ PLC và HMI ...............................................75
4.2.4 Giới thiệu màn hình..................................................................................75
4.3 Lập trình điều khiển cho hệ thống tưới ...........................................................76
4.3.1 Yêu cầu hệ thống tưới điều khiển bằng PLC ...........................................76
4.3.2 Thuật toán điều khiển ...............................................................................77
4.3.3 Chương trình ............................................................................................78
4.3.4 Mạch động lực và mạch điều khiển của hệ thống ....................................78
4.3.5 Lập trình LAD cho hệ thống tưới điều khiển bằng PLC .........................79
CHƯƠNG 5
THI CÔNG VÀ VẬN HÀNH THỬ NGHIỆM MÔ HÌNH HỆ THỐNG TƯỚI TỰ
ĐỘNG
5.1 Các thiết bị có liên quan trong mô hình ..........................................................87
5.1.1 Bộ động cơ và đầu bơm cao áp ................................................................87
5.1.2 Bồn chứa ..................................................................................................88
5.1.3 Mô hình nhà kính .....................................................................................88
5.1.4 Tủ điều khiển............................................................................................89
5.1.5 PLC S7-1200 CPU 1212C .......................................................................89
xiii
Mục lục
5.1.6 Đầu dò nhiệt độ và độ ẩm ........................................................................90
5.2 Thiết kế giao diện giám sát và điều khiển trên tia portal V13 ........................91
5.2.1 Tạo một project mới .................................................................................92
5.2.2 Màn hình giám sát HMI ...........................................................................95
CHƯƠNG 6
KẾT LUẬN
TÀI LIỆU THAM KHẢO
xiv
Mục lục bảng
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1: Bảng thông số về nhiệt độ và độ ẩm của từng giai đoạn trong nhà trồng
nấm (thông tin từ chú Tuyên – Tổ trưởng tổ hợp nấm linh chi An Bình). .................8
Bảng 2: Tầm đo các loại cặp nhiệt điện ....................................................................20
Bảng 3: Thông số kỹ thuật của đầu bơm cao áp .......................................................33
Bảng 4: Thông số kỹ thuật của động cơ điện ............................................................33
Bảng 5: Các đặc điểm cơ bản của s7-1200 ...............................................................40
Bảng 6: Module tín hiệu và board tín hiệu số ...........................................................44
Bảng 7: Module tín hiệu và broad tín hiệu tương tự .................................................45
Bảng 8: Các giao thức truyền thông ..........................................................................45
Bảng 9: Các board khác ............................................................................................46
Bảng 10: Các tiếp điểm thường mở và thường đóng ................................................58
Bảng 11: Các kiểu dữ liệu cho các tham số (tiếp điểm NO và NC) .........................59
Bảng 12: Ngõ ra cuộn dây (LAD) .............................................................................59
Bảng 13: Các kiểu dữ liệu cho các tham số (ngõ ra cuộn dây) .................................60
Bảng 14: Các lệnh S và R 1 bit .................................................................................60
Bảng 15: Các kiểu dữ liệu cho các tham số lệnh S và R...........................................60
Bảng 16: Các lệnh SET_BF và RESET_BF .............................................................60
Bảng 17: Các kiểu dữ liệu cho các tham số lệnh SET_BF và RESET_BF ..............61
Bảng 18: Lệnh phát hiện chuyển đổi dương và âm ..................................................61
Bảng 19: Các lệnh bộ đếm ........................................................................................61
Bảng 20: Các kiểu dữ liệu cho các tham số lệnh bộ đếm .........................................62
Bảng 21: Các lệnh bộ định thì ...................................................................................63
Bảng 22: Các kiểu dữ liệu cho các tham số lệnh bộ định thì ....................................63
Bảng 23: Kích thước và phạm vi của kiểu dữ liệu TIME .........................................64
Bảng 24: Các lệnh so sánh ........................................................................................64
Bảng 25: Các kiểu dữ liệu cho các tham sốlệnh so sánh ..........................................64
Bảng 26: Mô tả sự so sánh ........................................................................................64
Bảng 27: Các lệnh về thời gian hệ thống ..................................................................65
Bảng 28: Các kiểu dữ liệu cho các tham số lệnh về thời gian hệ thống ...................65
Bảng 29: Các mã điều kiện lệnh về thời gian hệ thống ............................................66
Bảng 30: Các lệnh SCALE_X và NORM_X ............................................................66
Bảng 31: Các kiểu dữ liệu cho các tham số lệnh SCALE_X và NORM_X .............67
Bảng 32: Các trạng thái ENO lệnh SCALE_X và NORM_X ..................................67
Bảng 33: Bảng Analog đầu vào cho đại diện hiện tại ...............................................71
Bảng 34: Bảng dữ liệu trong PLC S7-1200 ..............................................................71
xv
Mục lục bảng
Bảng 35: Bảng địa chỉ các biến vào/ra PLC .............................................................78
Bảng 36: Thông số kỹ thuật như sau:........................................................................87
Bảng 37: Thông số kỹ thuật của đầu dò nhiệt độ và độ ẩm ......................................90
xvi
Mục lục hình
DANH MỤC HÌNH
Hình 1: Vị trí tổ hợp nấm linh chi An Bình ................................................................1
Hình 2: Nhà trồng nấm linh chi...................................................................................5
Hình 3: Bố trí các dãy kệ nấm.....................................................................................5
Hình 4: Nhà trồng nấm hoàn chỉnh .............................................................................6
Hình 5: Máy bơm ........................................................................................................7
Hình 6: Phân bố các vòi phun tại nhà trồng nấm linh chi ...........................................7
Hình 7: Phương pháp tưới phun thủ công hiện nay ....................................................8
Hình 8: Đường ống tưới theo độ ẩm ...........................................................................9
Hình 9: Đường ống tưới theo nhiệt độ ......................................................................10
Hình 10: Tủ điều khiển .............................................................................................11
Hình 11: MCB của hãng Schneider ..........................................................................12
Hình 12: Cơ cấu tác động của tiếp điểm ...................................................................13
Hình 13: Đường biểu diễn dòng làm việc của CB với thời gian t = f(x.ln) ..............14
Hình 14: Contactor của hãng Schneider ...................................................................15
Hình 15: Role trung gian ...........................................................................................17
Hình 16: Van điện từ 220V - SNTC .........................................................................18
Hình 17: Kết cấu của van điện từ ..............................................................................19
Hình 18: Mối quan hệ của điện trở đến sự thay đổi độ ẩm .......................................21
Hình 19: Kết cấu bên trong của động cơ không đông bộ 1 pha ................................22
Hình 20: Rôto lồng sóc động cơ không đông bộ 1 pha .............................................22
Hình 21: Stator của động cơ không đông bộ 1 pha ...................................................23
Hình 22: Sơ đồ nguyên lý của piston tác dụng đơn ..................................................24
Hình 23: Đầu bơm cao áp TT26G .............................................................................25
Hình 24: Bộ động cơ điện – đầu bơm cao áp ............................................................25
Hình 25: Tưới phun sương ........................................................................................26
Hình 26: Tưới phun mưa ...........................................................................................27
Hình 27: Cấu tạo của hệ thống tưới ..........................................................................29
Hình 28: Vòi phun Coolnet4 .....................................................................................30
Hình 29: Bố trí vòi phun ở độ cao 2m ......................................................................31
Hình 30: Sơ đồ lắp đặt vòi phun, van điện và đường ống dẫn nước .........................31
Hình 31: PLC S7 – 1200...........................................................................................38
Hình 32: Hình dạng bên ngoài của S7 – 1200 (CPU 1212C) .................................41
Hình 33: Cấu trúc bên trong của PLC .......................................................................43
Hình 34: Sơ đồ đấu dây S7 -1200 / CPU 1212 .........................................................43
Hình 35: Hình dạng các môđun ................................................................................44
xvii
Mục lục hình
Hình 36: Board tín hiệu SB .......................................................................................46
Hình 37: Module tín hiệu SM ...................................................................................47
Hình 38: Module truyền thông CM...........................................................................47
Hình 39: Card nhớ SIMATIC ...................................................................................48
Hình 40: Phương pháp lập trình điều khiển ..............................................................48
Hình 41: Cấu trúc chương trình LAD .......................................................................49
Hình 42: Bảng vận hành ............................................................................................50
Hình 43: Các LED vận hành .....................................................................................51
Hình 44: Sơ đồ thiết kế một chương trình điều khiển ...............................................52
Hình 45: Giao diện chính của phần mềm. .................................................................52
Hình 46: Giao diện soạn thảo chính ..........................................................................55
Hình 47: Tạm dừng hoạt động của PLC. ..................................................................57
Hình 48: Kết nối cáp PROFINET .............................................................................58
Hình 49: Các kết nối khác của PLC S7-1200 ...........................................................58
Hình 50: Sơ đồ nguyên lý chung của cảm biến và module analog ...........................69
Hình 51: Vùng lưu trữ dưới dạng Word của PLC.....................................................70
Hình 52: Lệnh Scale và Normalize trong Tia Portal ................................................71
Hình 53: Màn hình HMI của Seimens ......................................................................73
Hình 54: Kết nối PLC với HMI Basic Panel.............................................................75
Hình 55: SIMATIC HMI KTP 600 Pasic mono PN .................................................76
Hình 56: Sơ đồ thuật toán điều khiển ở chế độ tưới tự động ....................................77
Hình 57: Mạch động lực và mạch điều khiển ...........................................................78
Hình 58: Bộ động cơ và đầu bơm cao áp ..................................................................87
Hình 59: Bồn chứa ....................................................................................................88
Hình 60: Mô hình nhà kính .......................................................................................88
Hình 61: Tủ điều khiển của hệ thống ........................................................................89
Hình 62: Màn hình hiển thị đầu dò nhiệt độ và độ ẩm..............................................90
Hình 63: Sơ đồ đấu dây của đầu dò nhiệt độ và độ ẩm.............................................91
Hình 64: Cửa sổ hiển thị “Portal view” ....................................................................92
Hình 65: Hộp thoại “Add new device” chèn CPU ....................................................92
Hình 66: Cửa sổ “Device view” hiển thị CPU đã thêm vào .....................................93
Hình 67: Gán địa chỉ IP cho PLC .............................................................................93
Hình 68: Cửa sổ “Program blocks” ...........................................................................94
Hình 69: Cửa sổ “Default tag table” của PLC ..........................................................94
Hình 70: Kết nối máy tính với PLC qua địa chỉ IP ...................................................94
Hình 71: Hộp thoại “Add new device” chèn HMI ....................................................95
Hình 72: Kết nối PLC với màn hình HMI ................................................................95
xviii
Mục lục hình
Hình 73: Màn hình HMI và các thiết bị ....................................................................96
xix
CHƯƠNG 1
CBHD:TS. Nguyễn Văn Dũng
CHƯƠNG 1
KHẢO SÁT THỰC TẾ TẠI CƠ SỞ TRỒNG NẤM LINH CHI
1.1 Giới thiệu về cơ sở trồng nấm linh chi
Ngành trồng nấm không có gì xa lạ đối với người nông dân, vì từ rất lâu
người dân Việt Nam đã trồng nấm nấm rơm và nấm mèo. Vào những thập niên gần
đây, trên đất nước ta người dân cũng đã trồng thêm nhiều loại nấm như: nấm bào
ngư, nấm mỡ, nấm kim châm, đùi gà… Tất cả những phương pháp ủ - trồng các loại
nấm trên còn xuất phát từ những kinh nghiệm truyền miệng và qua đọc sách báo,
cho nên hầu hết vẫn còn phụ nhiều vào thời tiết, vào mùa nấm bệnh, người trồng
nhiều khi bị nấm bệnh, côn trùng tấn công không có phương cách nào để chữa trị
đành nhìn trại nấm của mình hư đi, thiệt hại nặng nề, có những người mất cả cơ
nghiệp vì trồng nấm.
Hình 1: Vị trí tổ hợp nấm linh chi An Bình
Thấy được những lợi ích kinh tế lớn từ việc trồng nấm, hiện rất nhiều doanh
SVTH: Nguyễn Văn Duy-Kỹ thuật điện K37
1
CHƯƠNG 1
CBHD:TS. Nguyễn Văn Dũng
nghiệp, hộ gia đình đã mạnh dạn đầu tư, đưa khoa học kỹ thuật vào trồng các loại
nấm ăn, nấm dược liệu và đã mang lại hiệu quả kinh tế cao. Tổ hợp nấm An Bình là
một trong những doanh nghiệp như vậy.(Hình 1)
1.1.1 Thành lập tổ hợp tác nấm
Tổ nấm được thành lập vào tháng 3-2013 do UBND xã Thạnh Tiến quyết
định thành lập theo quyết định số: 15/QĐ-UBND xã Thạnh Tiến, ngày 15-03-2013
gồm 9 thành viên.
Trước khi thành lập tổ hợp tác, các thành viên này đã thực hiện trồng nấm từ
tháng 08-2012.
Hằng tháng, Tổ hợp tác An Bình cung xích chi khô cho Công ty Trang Sinh
200kg, Công ty Nấm Việt 300kg, Công ty Hoàng Gia 800kg (các công ty này đều ở
TP.HCM) với giá giao động 500.000 đồng/kg. Bán lẻ từ 1 triệu đồng đến 2,5 triệu
đồng/kg. Trong tương lai, Tổ hợp tác An Bình sẽ cung xích chi khô cho Công ty
Thuận Gia, ước tính khoảng 100.000kg/tháng.
1.1.2 Đưa khoa học kỹ thuật vào sản xuất nấm
Thời gian qua, tổ hợp nấm An Bình đã nhận được sự hỗ trợ từ ông Lê Duy
Thắng, Giảng viên Đại học Khoa học Tự nhiên, và bà Hàng Châu Trang, Giám đốc
cty Nấm Trang Sinh, về khoa học kỹ thuật để thực hiện dự án “Xây dựng mô hình
sản xuất, chế biến và tiêu thụ các loại nấm ăn, nấm dược liệu theo hướng công
nghiệp”. Đây là mô hình ứng dụng tiến bộ KH&CN phục vụ phát triển kinh tế - xã
hội nông thôn 2012-2015 của xã Thạnh Tiến, huyện Vĩnh Thạnh, TP. Cần Thơ.
Mục tiêu của mô hình nhằm áp dụng những kết quả nghiên cứu KH&CN trong lĩnh
vực sinh học nông nghiệp để phát triển sản xuất, chế biến và tiêu thụ các loại nấm
ăn, nấm dược liệu đạt hiệu quả kinh tế, chính trị, xã hội và môi trường tại xã Thạnh
Tiến, huyện Vĩnh Thạnh.
Khi thành lập, tổ hợp nấm An Bình đã xây dựng mô hình tập trung chuyên
sản xuất, chế biến và tiêu thụ nấm theo hướng công nghiệp tại xã Thạnh Tiến,
huyện Vĩnh Thạnh, Tp. Cần Thơ với quy mô diện tích 3.500m2. Sản lượng nấm đạt
70 tấn/năm; phát triển 02 trang trại, nhiều gia trại chuyên trồng nấm ở các xã lân
cận với các loại nấm như: nấm bào ngư, nấm rơm, mộc nhĩ, linh chi, đầu khỉ,...;
hoàn thiện các quy trình công nghệ nuôi trồng nấm trên từng loại giá thể sẵn có và
phù hợp với địa phương như: mùn cưa, rơm rạ, thân lõi ngô,...
SVTH: Nguyễn Văn Duy-Kỹ thuật điện K37
2
CHƯƠNG 1
CBHD:TS. Nguyễn Văn Dũng
Hình thành mạng lưới tiêu thụ sản phẩm nấm tươi tại các thành phố thị xã,
thị trấn, khu đông dân cư, các nhà hang và khách sạn. Liên kết giữa các nhà khoa
học - nhà nông - ngân hàng - nhà doanh nghiệp để tìm ra các giải pháp thị trường tối
ưu cho sản phẩm nấm nhằm thúc đẩy phát triển ngành nấm một cách bền vững.
Thực hiện mô hình này, tổ hợp nấm đã cử 2 người đi học kỹ thuật nuôi trồng
nấm ăn và nấm dược liệu – kỹ thuật làm meo giống nấm để làm chủ các công nghệ
nuôi trồng, bảo quản và sơ chế nấm, tranh thủ được các điều kiện thuận lợi về địa
hình, thị trường,…
Trồng nấm không cần nhiều diện tích, vốn đầu tư không cao, kỹ thuật không
khó nhưng lại tạo ra giá trị cao vượt trội so với nhiều cây trồng vật nuôi khác, gấp
20 lần trồng lúa và cả chục lần so với rau. Nhờ đầu tư vào trồng và sản xuất nấm,
hiện tổ hợp nấm đã có bước phát triển vượt bậc, quy mô của tổ hợp hiện gấp hàng
chục lần so với 1 năm trước.
Kết quả sẽ tạo tiền đề cho phát triển sản phẩm nông nghiệp giá trị cao nói
chung và ngành trồng nấm nói riêng trên địa bàn huyện Vĩnh Thạnh. Với hiệu quả
như đã nói, có thể khẳng định mô hình này hoàn toàn có thể chuyển giao công nghệ,
nhân rộng tại nhiều xã, thị trấn trên địa bàn huyện để tăng thu nhập cho các hộ gia
đình và bà con nông dân.
1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phát triển của nấm linh chi
1.2.1 Nhiệt độ
Nhiệt độ thích hợp cho ủ tơ và nuôi trồng nấm linh chi là 22 – 28oC. Thông
thường nhiệt độ cho nuôi tơ từ 28 – 32oC , giai đoạn kết hạch 25 – 27oC, giai đoạn
ra quả thể từ 27 – 28oC. Nhiệt độ không nên thay đổi quá lớn, nếu thay đổi linh chi
khó phát triển thành tán mà ở dạng sừng hươu, dạng đuôi gà. Khi nhiệt độ tăng quá
cao, các enzyme bị ức chế hoạt động, không phân hủy cơ chất, nấm khó lấy thức ăn
do đó không phát triển tốt được.
1.2.2 Độ ẩm
Độ ẩm cơ chất thích hợp cho hệ sợi nấm linh chi là 65%, quá cao hoặc quá
thấp sẽ ảnh hưởng đến sự phát triển của sợi nấm. Độ ẩm không khí nên giữ ở 70 90%. Nuôi cấy trong phòng cần giải quyết vấn đề về độ ẩm để thông thoáng gió.
SVTH: Nguyễn Văn Duy-Kỹ thuật điện K37
3
CHƯƠNG 1
CBHD:TS. Nguyễn Văn Dũng
1.2.3 Thoáng khí
Nấm linh chi là sinh vật hiếu khí vì vậy cần thông gió, giữ độ ẩm và nhiệt độ
thích hợp. Hàm lượng O2 và CO2 ảnh hưởng trực tiếp đến sự sinh trưởng của sợi
nấm. Oxy cần thiết cho việc hô hấp của nấm. Khi tăng trưởng thì các hoạt động trao
đổi chất của nấm tăng lên dẫn đến nhu cầu oxy cũng tăng theo như: tổng hợp
protein và acid nucleotic. Còn CO2 tăng cao trong không khí sẽ ức chế quá trình
hình thành quả thể nấm, nồng độ CO2 dưới 0,03% là thích hợp cho nấm phát triển.
1.2.4 Ánh sáng
Ánh sáng không cần thiết đối với nấm linh chi trong giai đoạn nuôi hệ sợi.
Đến giai đoạn hình thành quả thể nấm cần ánh sáng tán xạ từ 500 – 1200 lux. Ở
nấm trưởng thành ánh sáng là yếu tố kích thích việc phóng thích bào tử. Đối với
nấm, ánh sáng thích hợp khi bước sóng ánh sáng ngắn, ánh sáng màu xanh, trong
khi ánh sáng có bước sóng dài mang lại hiệu quả không tốt.
1.2.5 Độ pH
pH ảnh hưởng đến hoạt động của các enzyme và tất cả các giai đoạn sinh
trưởng của nấm linh chi: giai đoạn nảy mầm của bào tử, sự phát triển của sợi nấm,
sự hình thành quả thể. pH của môi trường nuôi nấm linh chi là 3 – 7,5, thích hợp
nhất là 5 – 6. Trong môi trường lỏng là 4,5 – 5. Đối với nguyên liệu nuôi trồng nấm
nên điều chỉnh pH từ 5,8 – 6 là thích hợp.
1.3 Mô hình thực tế trồng nấm linh chi
Đặc tính kỹ thuật nhà lưới trồng nấm linh chi
- Mái vòm kín, thanh giằng C34x34 bằng thép.
- Chiều rộng mỗi gian: 6 m
- Chiều cao máng xối: 2 m
- Chiều cao tính từ đỉnh nóc: 3 m
- Trụ cột đúc bê tông vững chắc, khoảng cách mỗi trụ là 3m
- Mái lợp được phủ 4 lớp
+ Cuộn giấy cách nhiệt hai mặt
+ Tấm nhựa nilông phủ bảo vệ khi trời mưa
SVTH: Nguyễn Văn Duy-Kỹ thuật điện K37
4
