Mô hình nhà vườn tự động trồng cây nông nghiệp dùng plc điều khiển​

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HỒ CHÍ MINH
VIỆN KỸ THUẬT HUTECH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
MÔ HÌNH NHÀ VƯỜN TỰ ĐỘNG TRỒNG CÂY NÔNG
NGHIỆP DÙNG PLC ĐIỀU KHIỂN

Ngành:

KỸ THUẬT ĐIỆN, ĐIỆN TỬ

Chuyên ngành:

ĐIỆN CÔNG NGHIỆP

Giảng viên hướng dẫn: TS. Nguyễn Hùng
Sinh viên thực hiện

: 1. Bùi Trần Linh

2. Huỳnh Văn Thương

MSSV

: 1515021035

1515021057

Lớp

: 15HDC02

TP. Hồ Chí Minh, 2017


BM03/QT05/ĐT-KT

Viện Kỹ thuật Hutech

PHIẾU THEO DÕI TIẾN ĐỘ
THỰC HIỆN ĐỒ ÁN/ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

(Do giảng viên hướng dẫn ghi và giao cho sinh viên nộp chung với ĐA/KLTN
sau khi hoàn tất đề tài)
1. Tên đề tài: ...................................................................................................................
.....................................................................................................................................
2. Giảng viên hướng dẫn: ..............................................................................................
3. Sinh viên/ nhóm sinh viên thực hiện đề tài (sĩ số trong nhóm……):
(1) ........................................................... MSSV: ………………… Lớp: ...............
(2) ........................................................... MSSV: ………………… Lớp: ...............
(3) ........................................................... MSSV: ………………… Lớp: ...............
Ngành
: ..........................................................................................................
Chuyên ngành : ..........................................................................................................
Tuần
lễ

Ngày

Nội dung

Nhận xét của GVHD
(Ký tên)

1

2

3

4

5

6

1


BM03/QT05/ĐT-KT

Tuần
lễ

Ngày

Nội dung

Nhận xét của GVHD
(Ký tên)

7
Kiểm tra ngày:

Đánh giá công việc hoàn thành: …………..%
Được tiếp tục:

Không tiếp tục:

9

10

11

12

13

14

15

Giảng viên hướng dẫn phụ (nếu có)
(Ký và ghi rõ họ tên)

TP. HCM, ngày … tháng … năm ……….
Giảng viên hướng dẫn chính
(Ký và ghi rõ họ tên)

2


BM04/QT05/ĐT-KT

Viện Kỹ thuật Hutech

BẢN NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
ĐỒ ÁN/ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
(GVHD nộp Bản nhận xét này về Văn phòng Viện)

1. Họ và tên sinh viên/ nhóm sinh viên được giao đề tài (sĩ số trong nhóm……):
(1) ........................................................... MSSV: ………………… Lớp: ...............
(2) ........................................................... MSSV: ………………… Lớp: ...............
(3) ........................................................... MSSV: ………………… Lớp: ...............

2.
3.

4.

5.

Ngành
: ..........................................................................................................
Chuyên ngành : ..........................................................................................................
Tên đề tài: ...................................................................................................................
.....................................................................................................................................
Tổng quát về ĐA/KLTN:
Số trang:

...................... Số chương:
......................................
Số bảng số liệu:
...................... Số hình vẽ:
......................................
Số tài liệu tham khảo: ...................... Phần mềm tính toán: ......................................
Số bản vẽ kèm theo: ...................... Hình thức bản vẽ:
......................................
Hiện vật (sản phẩm) kèm theo: ....................................................................................
Nhận xét:
a) Về tinh thần, thái độ làm việc của sinh viên:
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
b) Những kết quả đạt được của ĐA/KLTN:
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
c) Những hạn chế của ĐA/KLTN:
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
Đề nghị:
Được bảo vệ (hoặc nộp ĐA/KLTN để chấm)
Không được bảo vệ
TP. HCM, ngày … tháng … năm ……….
Giảng viên hướng dẫn
(Ký và ghi rõ họ tên)

Ghi chú: Đính kèm Phiếu chấm điểm ĐA/KLTN.


BM05/QT05/ĐT-KT

Viện kỹ thuật Hutech

BẢN NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN
ĐỒ ÁN/ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
(GVPB nộp Bản nhận xét này về Văn phòng Viện)

1. Họ và tên sinh viên/ nhóm sinh viên được giao đề tài (sĩ số trong nhóm……):
(1) ........................................................... MSSV: ………………… Lớp: ...............
(2) ........................................................... MSSV: ………………… Lớp: ...............
(3) ........................................................... MSSV: ………………… Lớp: ...............
2. Tên đề tài: .............................................................................................................................
...............................................................................................................................................
3. Nhận xét:

a) Những kết quả đạt được của ĐA/KLTN:
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
b) Những hạn chế của ĐA/KLTN:
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................

.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
4. Đề nghị:
Được bảo vệ
Bổ sung thêm để bảo vệ
Không được bảo vệ
5. Các câu hỏi sinh viên cần trả lời trước Hội đồng:
(1) ......................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
(2) ......................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
(3) ......................................................................................................................................
.....................................................................................................................................

TP. HCM, ngày … tháng … năm ……….
Giảng viên phản biện
(Ký và ghi rõ họ tên)

Ghi chú: Đính kèm Phiếu chấm điểm ĐA/KLTN.


LỜI CAM ĐOAN

Sau hơn 3 tháng làm việc cuối cùng chúng em cũng hoàn thành xong đề tài
được giao, 3 tháng là một khoảng thời gian cũng không dài vì trong lúc thực
hiện đề tài cũng gặp nhiều vấn đề khó khăn, khó khăn về tìm vật liệu linh kiện
để làm đồ án, khó khăn về thời gian vì mỗi người có những phát sinh trong
cuộc sống nên cũng không dành hết trọn thời gian để làm. Hơn nữa chúng em

cũng đang đi làm nên thời gian càng quan trọng và cấp thiết hơn bao giờ hết.
Tuy nhiên với sự nỗ lực của cả 2 cùng với sự hướng dẫn tận tình của Thầy
TS. Nguyễn Hùng đã giúp chúng em hoàn thành đề tài này.
Mặc dù khó khăn là vậy nhưng em xin cam đoan rằng tất cả những gì em làm
trong đề tài là hoàn toàn chính bản thân chúng em làm chứ không thuê, mướn
bất cứ ai khác làm thay hộ. Vì tụi em biết sự quan trọng của đồ án này. Đây
không đơn thuần là đồ án tốt nghiệp mà qua đó giúp chúng em có thêm cái
nhìn về thực tế, về kinh nghiệm và kiến thức học được trong cả quá trình làm
đề tài.
Chúng em xin cam đoan sẽ chịu hoàn toàn trách nhiệm về đồ án tốt nghiệp
này.
Em xin cảm ơn !
TP. HCM, ngày 18 tháng 12 năm 2017.
Chữ ký sinh viên thực hiện :

Bùi Trần Linh

Huỳnh Văn Thương


LỜI CẢM ƠN

Sau một thời gian nghiên cứu, tìm tòi, tính toán dưới sự chỉ dẫn tận tình
của Thầy TS. Nguyễn Hùng chúng em đã hoàn thành đề tài “ Thiết kế và thi
công mô hình nhà vườn tự động điều khiển bằng PLC S7-300”
Trong quá trình thực hiện, em đã học hỏi được rất nhiều điều lý thú và bổ ích:
Giúp em có khả năng tìm tòi, sáng tạo, tự lập phương pháp tìm kiếm tài liệu từ
các nguồn khác nhau.
Qua việc thực hiện đề tài này, chúng em đã có thêm nhiều kinh nghiệm cho các
lần sau. Đặc biệt là phương pháp trình bày ý tưởng của chính mình.

Thời gian thực hiện đề tài cũng không đủ nhiều cũng như kiến thức còn hạn hẹp
vì thế cho nên đề tài không thể tránh khỏi những thiếu xót. Mong các thày cô
tiếp tục giúp đỡ để em hoàn thiện kỹ năng của bản thân. Từ đó áp dụng vào các
đề tài sau này.
Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn Thầy đã tận tình chỉ bảo, giúp đỡ để
chúng em hoàn thành đề tài này.


LỜI MỞ ĐẦU
Hiện nay trong quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa đát nước ,
Nhà nước ta đã và đang khuyến khích việc áp dụng các thành tựu khoa học kỹ
thuật vào trong sản xuất nhằm nâng cao chất lượng cũng như số lượng hàng
hóa, đem lại hiệu quả kinh tế góp phần thúc đẩy sự phát triển của xã hội,nâng
cao chất lượng cuộc sống người dân.
Với những định hướng rõ ràng đó, nhiều thành tựu khoa học đã được
áp dụng vào tất cả các lĩnh vực, các ngành sản xuất. Ngành nông nghiệp cũng
không nằm ngoài xu hướng đó nhất là trong bối cảnh nước ta đã tham gia vào
hiệp định tự do của kinh tế thế giới. Bởi vì lẽ đó nếu không nhanh chóng áp
dụng các tiến bộ khoa học kỹ thuật, không đổi mới phương thức sản xuất và
canh tác truyền thống thì ngành nông nghiệp sẽ tụt hậu so với thế giới và khu
vực.
Trước yêu cầu cấp thiết đó ngành nông nghiệp đã cũng với ngành tự
động hóa đã đưa ra rất nhiều giải pháp trong nông nghiệp và đã được ứng
dụng rộng rãi trên cả nước.
Trong đề tài đồ án tốt nghiệp “ Mô hình nhà kính trồng cây nông
nghiệp công nghệ cao dùng PLC điều khiển” chúng em xin được giới thiều
giải pháp dùng PLC để điều khiển và giám sát quá trình phát triển sinh trưởng
của cây trồng trong nhà kính nhằm mục đích nâng cao chất lượng sản lượng
sản phẩm,giảm sức người và đưa những thành tựu của ngành tự động hóa vào
phát triển nông nghiệp công nghệ cao.

Đề tài xin được tập trung vào hai hướng chính là:Điều khiển và giám
sát. Điều khiển hệ thống bơm nước phục vụ tưới tiêu,hệ thống quạt thông
gió,hệ thống mái che.Giám sát các thông số cần thiết cho cây trồng trong nhà
kính như : nhiệt độ không khí,nhiệt độ đất,độ ẩm không khí,đất.Qua đó nhắm
tối ưu hóa những điều kiện lý tưởng nhất và phòng tránh được những dịch
bệnh gây bất lợi cho cây trồng.
1


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

1. CB

Circuit Breaker : Thiết bị đóng ngắt dòng điện

2. PLC

Programmable Logic Controller: Bộ điều khiển có khả
năng lập trình đựơc

3. CPU

Central Processing Unit: Bộ xử lý trung tâm

4. HMI

Human Machine Interface: Giao diện ngừơi và máy

5. WinCC

Windows Control Center: Giao diện điều khiển trung tâm

6. IP

Internet Protocol: Giao thức truyền thông mạng Internet

7. ADC

Analog to Digital Converter: Bộ chuyển đổi tín hiệu tương
tự sang tín hiệu số

iv


MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN....................................................................... 2
1.1. Giới thiệu về đề tài nghiên cứu .............................................................. 2
1.1.1. Tính cấp thiết của đề tài ...................................................................... 2
1.1.2 Tính hình nghiên cứu ........................................................................... 3
1.1.2.1 Tình hình phát triển nông nghiệp công nghệ cao của thế giới .......... 3
1.1.2.2 Tình hình của nước ta........................................................................ 4
1.1.3 Mục đích nghiên cứu ............................................................................ 6
1.1.4 Nhiệm vụ nghiên cứu ......................................................................... 7
1.1.5 Phương pháp nghiên cứu...................................................................... 8
1.2. Các kết quả đạt được sau khi nghiên cứu .............................................. 9
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ CƠ KHÍ CỦA MÔ HÌNH ........................... 11
2.1. Tổng quan ............................................................................................ 11
2.1.1. Giới thiệu về mô hình nhà kính......................................................... 11
2.1.1.1 Lịch sử phát triển của mô hình nhà kính trồng cây nông nghiệp.... 11
2.1.1.2 Nhà kính là gì .................................................................................. 11

2.1.2. Cơ sở lựa chọn vật liệu và cấu tạo nhà kính ..................................... 11
2.2. Thiết kế mô hình .................................................................................. 11
2.2.1.Lên ý tưởng và trình bày phương án thi công: ................................... 11
2.2.2.Cấu tạo và kích thước mô hình .......................................................... 12
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH ................ 15
3.1 Các thiết bị điều khiển sử dụng trong đề tài ........................................ 15
3.1.1 Khối điều khiển trung tâm. ................................................................ 15
3.1.2 CB đóng cắt ........................................................................................ 30
3.1.3 Thiết bị đóng cắt điện từ ................................................................... 32
3.1.4 Cảm biến ............................................................................................ 33
3.1.4.1 Cảm biến nhiệt độ ........................................................................... 33

i


3.1.4.2 Cảm biến độ ẩm không khí ............................................................. 34
3.1.4.3 Cảm biến độ ẩm đất......................................................................... 36
3.1.4.4 Cảm biến bắt vị trí đóng mở rèm .................................................... 37
3.1.5 Hệ thống bơm tưới ............................................................................. 39
3.1.6 Hệ thống quạt thông gió ..................................................................... 40
3.1.7 Mô tơ kéo hệ thống rèm ..................................................................... 41
3.1.8 Hệ thống sưởi ..................................................................................... 42
3.2 Giải thuật điều khiển mô hình ............................................................... 43
CHƯƠNG 4: TỔNG QUAN VỀ PLC S7-300 VÀ PHẦN MỀM VIẾT
CHƯƠNG TRÌNH PLC VÀ GIAO DIỆN HMI ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH
..................................................................................................................... 45
4.1 Tổng quan về PLC S7-300. ................................................................... 45
4.1.1 Giới thiệu về PLC S7-300 .................................................................. 45
4.1.1.1 Lịch sử phát triển của PLC.............................................................. 45
4.1.1.2 So sánh PLC với các hệ thống khác ................................................ 48

4.1.1.3 Ứng dụng của hệ thống điều khiển PLC ......................................... 51
4.1.1.4 Một số dòng sản phẩm PLC thông dụng......................................... 52
4.1.2 Cấu trúc hoạt động của PLC S7-300.................................................. 54
4.1.2.1 Modul CPU ..................................................................................... 55
4.1.2.2 Modul mở rộng................................................................................ 57
4.1.2.3 Trao đổi dữ liệu giữa CPU và các modul mở rộng ......................... 62
4.2 Giới thiệu về phần mềm lập trình PLC Step 7 manager ....................... 66
4.2.1 Giới thiệu............................................................................................ 66
4.2.2 Cách tạo một project .......................................................................... 67
4.2.3 Nạp chương trình và giám sát việc thực hiện chương trình ............... 84
4.3 Phần mềm viết giao diện HMI WinCC ................................................. 88
4.3.1 Khái niệm ........................................................................................... 88

ii


4.3.2 Cách tạo project mới trong WinCC ................................................... 88
4.3.3 Giám sát hệ thống qua Internet thông qua ứng dụng Web Navigator của
WinCC ......................................................................................................... 98
4.3.1 Khái niệm ........................................................................................... 98
4.3.2 Cách cấu hình Web Navigator ........................................................... 98
CHƯƠNG 5: THI CÔNG VÀ THỰC NGHIỆM MÔ HÌNH ............ 106
5.1 Thi công mô hình ................................................................................ 106
5.1.1Hệ thống bơm tứơi ............................................................................ 106
5.1.2 Hệ thống ống dẫn nước và vòi phun tứơi......................................... 107
5.1.3 Hệ thống quạt thông gió ................................................................... 107
5.1.4 Hệ thống rèm che ............................................................................. 109
5.1.5 Hệ thống sửoi ................................................................................... 111
5.1.6 Mạch điện điều khiển mô hình ......................................................... 111
5.2 Thực nghiệm mô hình ......................................................................... 113

5.3 Kết luận .............................................................................................. 116
CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN, NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ VÀ ĐỊNH HỨƠNG
PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI .......................................................................... 117
6.1. Kết luận .............................................................................................. 117
6.1.1.Những vấn đề đạt được .................................................................... 117
6.1.2.Những vấn đề còn hạn chế ............................................................... 117
6.2.Hướng phát triển của đề tài ................................................................. 118

iii


DANH MỤC BẢNG TRA
Bảng 3.1 Thông số cơ bản của bus coupler BK3120 .................................. 24
Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật của mô đun ngõ vào số................................... 26
Bảng 3.3 Thông số mô đun tín hiệu ngõ ra số ............................................ 29

v


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1: Mô hình nhà kính trồng cà rốt sạch ở Đà Lạt. ............................. 6
Hình 1.2: Mô hình nhà kính trồng hoa có hệ thống thông gió ở Đà Lạt. ..... 7
Hình 1.3 Phương pháp mô hình hoá, nguồn internet ................................... 8
Hình 1.4 Mô hình nhà kính thông minh, nguồn internet............................. 10
Hình 2.1 Hình chiếu nhìn từ trên xuống của mô hình ................................ 12
Hình 2.2 Hình chiếu cạnh của mô hình ...................................................... 13
Hình 2.3 Mô hình không gian của đề tài..................................................... 14
Hình 3.1 PLC S7-300 2PN/DP thực tế ....................................................... 15
Hình 3.2 Mô đun đọc tín hiệu analog 6ES7331-7KF02-0AB0 ................... 17
Hình 3.3 Chú ý khi sử dụng mô đun đọc tín hiệu analog 6ES7331-7KF020AB0 ............................................................................................................ 18

Hình 3.4 Cách nối dây cảm biến nhiệt độ loại 2 dây.................................. 19
Hình 3.5 Cách nối cảm biến nhiệt độ loại 3 dây ........................................ 19
Hình 3.6 Cách nối cảm biến nhiệt độ loại 4 dây ........................................ 20
Hình 3.7 Lưu ý khi đọc tín hiệu dạng điện áp ............................................. 20
Hình 3.8 Mô đun tín hiệu vào, ra của Beckhoff .......................................... 21
Hình 3.9 Mô đun bus coupler của hãng Beckhoff ....................................... 21
Hình 3.10 Mô đun ngõ vào số ( module digital input ) ............................... 25
Hình 3.11 Mô đun ngõ ra số ....................................................................... 27
Hình 3.12 Mô đun kết thúc KL 9010 ........................................................... 29
Hình 3.13 CB chống dòng rò ...................................................................... 30
Hình 3.14 CB bảo vệ ngắn mạch nguồn một chiều 24V ............................. 31
Hình 3.15 Contactor

....................................................................... 32

Hình 3.16 Rơ le cách ly ( Opto ) ................................................................. 33
Hình 3.17 Cảm biến nhiệt độ ( PT 100 ) ..................................................... 34
vi


Hình 3.18 Cảm biến đo độ ẩm không khí QFA 2060 .................................. 35
Hình 3.19 Cảm biến đo độ ẩm đất thông dụng ở Việt Nam ........................ 35
Hình 3.20 Cảm biến đo độ ẩm đất đựơc sử dụng trong mô hình ............... 36
Hình 3.21 Cảm biến quang Baumer bắt vị trí rèm ..................................... 38
Hình 3.22 Hệ thống bơm tứơi trong mô hình.............................................. 39
Hình 3.23 Quạt thông gió cho mô hình ....................................................... 40
Hình 3.24 Động cơ kéo hệ thống rèm của mô hinh .................................... 41
Hình 4.1: Lưu đồ điều khiển dùng Rơle ...................................................... 46
Hình 4.2 Lưu đồ điều khiển bằng PLC ...................................................... 46
Hình 4.3 Mô hình hệ thống điều khiển PLC ............................................... 47

Hình 4.4 Hình PLC của hãng OMRON ..................................................... 53
Hình 4.5 Hình PLC của hãng Mitsubishi.................................................... 53
Hình 4.6 Hình PLC của hãng Siemens ....................................................... 54
Hình 4.7 Cấu trúc phần cứng của hệ thống PLC S7-300 .......................... 55
Hình 4.8 Modul CPU ................................................................................. 56
Hình 4.9A Sơ đồ bố trí một trạm PLC( S7-300). ....................................... 57
Hình 4.9B Modul ghép nối IM360 và IM361 .............................................. 60
Hình 4.10 Thanh Rack................................................................................. 61
Hình 4.11 Sơ đồ tổng quát của một trạm PLC S7-300 .............................. 61
Hình 4.12 Truyền thông giữa máy tính, PLC và cơ cấu chấp hành ........... 63
Hình 4.13 Sơ đồ kết nối mạng MPI ............................................................. 63
Hình 4.14 Sơ đồ kết nối mạng PROFIBUS ................................................. 64
Hình 4.15 Mô hình một mạng AS-I công nghiệp ....................................... 65
Hình 4.16 Sơ đồ kết nối mạng P-to-P Link ................................................ 65
Hình 4.17 Sơ đồ kết nối mạng Industrial Ethernet công nghiệp ............... 66
Hình 4.18 Mở một Project mới .................................................................. 67
Hình 4.19 Đặt tên cho một Project mới ..................................................... 68

vii


Hình 4.20 Mở một Project đã có. ................................................................ 69
Hình 4.21 Biểu tượng một Project mới. ...................................................... 69
Hình 4.22 Khai báo cấu hình cứng cho trạm PLC .................................... 70
Hình 2.23 Màn hình khai báo cấu hình cứng cho tạm PLC ....................... 71
Hình 4.24 Thư viện để lấy các Modul ........................................................ 71
Hình 4.25 Đặt tham số cho Modul CPU .................................................... 72
Hình 4.26 Đặt chế độ cho Modul Analog .................................................. 73
Hình 4.27: Soạn thảo chương trình trong OB1 .......................................... 74
Hình 4.28 Mở một khối logic khác. ............................................................. 74

Hình 4.29 Tạo một khối logic mới .............................................................. 76
Hình 4.30 Đặt tên và chọn chế độ làm việc cho khối logic mới. ............... 77
Hình 4.31 Gọi màn hình soạn thảo. ........................................................... 77
Hình 4.32 Màn hình soạn thảo của khối Logic FC2. ................................ 78
Hình 4.33 Nhập dữ liệu vào khối Lokal block của khối FC ...................... 78
Hình 4.34 Soạn thảo chương trình trong khối logic FC1. .......................... 79
Hình 4.35 Tạo khối FB ................................................................................ 79
Hình 4.36 Chọn ngôn ngữ viết chương trình trong khối FB1..................... 80
Hình 4.37 Gọi khối FB1 ............................................................................. 81
Hình 4.39 Màn hình soạn thảo trong khối FBs. ......................................... 82
Hình 4.40 Sử dụng biến hình thức. ............................................................ 83
Hình 4.41 Ghi các ký hiệu biến hình thức vào bảng Symbol. ..................... 83
Hình 4.42 Màn hình soạn thảo với các tên biến hình thức. ........................ 84
Hình 4.43 Kết nối CP và PLC để nạp chương trình .................................. 85
Hình 4.44 Xóa chương trình đã có sẵn trong CPU .................................... 86
Hình 4.45 Quan sát quá trình hoạt động. ................................................... 87
Hình 4.46 Quan sát nội dung của ô nhớ. .................................................... 87
Hình 4.47 Giao diện phần mêm WinCC ..................................................... 88

viii


Hình 4.48 Tạo mới một dự án ..................................................................... 89
Hình 4.49 Lựa chọn thuộc tính dự án ......................................................... 89
Hình 4.50 Chọn liên kết Tag cho WinCC.................................................... 90
Hình 4.51Vị trí tạo Tag cho WinCC ........................................................... 91
Hình 4.52 Tạo Tag cho WinCC ................................................................... 91
Hình 4.53 Tạo giao diện cho WinCC .......................................................... 92
Hình 4.54 Vùng tạo giao diện cho WinCC ................................................. 92
Hình 4.55 Tạo nút nhấn và cấu hình thuộc tính cho nút nhấn ................... 93

Hình 4.56 Cấu hình thuộc tính màu cho nút nhấn ...................................... 93
Hình 4.57 Chỉnh chế độ thuộc tính màu cho nút nhấn ............................... 94
Hình 4.58 Cấu hình thuộc tính màu cho nút nhấn ...................................... 94
Hình 4.59 Chọn Tag liên kết và màu cho nút nhấn .................................... 95
Hình 4.60 Kết quả khi cấu hình thuộc tính màu cho nút nhấn ................... 96
Hình 4.61A Cấu hình Tag cho I/O field ...................................................... 97
Hình 4.61B Cấu hình thuộc tính màu cho I/O field .................................... 97
Hình 4.62 Chọn tốc độ thực thi của I/O field.............................................. 98
Hình 4.63 Cấu hình máy chủ Web Navigator ............................................. 99
Hình 4.64 Cấu hình Web Navigator.......................................................... 100
Hình 4.65 Chọn địa chỉ IP máy chủ Web Navigator ................................ 100
Hình 4.66 Hoàn thành cấu hình Web Navigator ...................................... 101
Hình 4.67A Cấu hình đưa giao diện lên server ........................................ 102
Hình 4.67B Chọn file HMI muốn lưu lên sever ........................................ 102
Hình 4.68 Cấu hình Web Navigator hoàn thành ...................................... 103
Hình 4.69 Cách vào tắt chế độ bảo vệ của Internet Explore .................... 103
Hình 4.70 Tắt chế độ bảo vệ và nhập user lên Internet Explore .............. 104
Hình 4.71 Kết quả khi đã truy cập vào máy chủ từ Internet Explore ....... 105
Hình 5.1 Bơm tứơi cho mô hình ................................................................ 106

ix


Hình 5.2 Vòi phun tứới .............................................................................. 107
Hình 5.3 Quạt thông gió cho mô hình ...................................................... 108
Hình 5.4 Hệ thống rèm che ....................................................................... 109
Hình 5.5 Hệ thống truyền động cho màn che ........................................... 110
Hình 5.6 Hệ thống đèn sửơi ...................................................................... 111
Hình 5.7 Bảng điện điều khiển mô hình .................................................... 112
Hình 5.8 Bảng điều khiển ở chế độ bằng tay ............................................ 112

Hình 5.9 Tổng quan mô hình thực tế ........................................................ 113
Hình 5.10 Đèn hiển thị chế độ chạy bằng tay ........................................... 114
Hình 5.11 Giao diện màn hình điều khiển mô hình từ máy chủ ............... 114
Hình 5.12 Giao diện màn hình điều khiển mô hình từ xa qua internet .... 116
Hình 6.1 Phát triển theo hướng giám sát toàn diện.................................. 119
Hình 6.2 Mô hình nhà kính tương lai ........................................................ 120

x


Chương 1: Tổng quan

CHƯƠNG 1

GVHD: TS. Nguyễn Hùng

TỔNG QUAN

1.1. Giới thiệu về đề tài nghiên cứu
1.1.1. Tính cấp thiết của đề tài
Thời gian qua,sản xuất nông nghiệp trên cả nước ta chịu rất nhiều khó
khăn, bất lợi do thời tiết, dịch bệnh,suy thoái kinh tế, giá cả hàng nông sản
bấp bênh, chịu sự cạnh tranh của hàng hóa nước ngoài giá rẻ hơn chất lượng
tốt hơn, trong khi giá vật tư đầu vào không ổn định và đang có xu hướng tăng
cao.Ngoài ra với tình hình thực phẩm bẩn,kém chất lượng trên thị trường như
hiện nay người tiêu dùng rất cần những sản phẩm nông nghiệp sạch chất
lượng cao mà không phải chi quá nhiều tiền để sử dụng sản phẩm nhập khẩu
là một nha cầu bứt thiết,cấp bách. Ỏ nước ta hiện nay ngành nông nghiệp vẫn
giữ vai trò quan trọng trong việc phát triển kinh tế và khi kinh tế nước ta hội
nhập quốc tế cũng đem lại nhiều thuận lợi như thị trường mở rộng, sản phẩm

làm ra được xuất khẩu đi rất nhiều nơi trên thế giới.Nhưng cúng không ít khó
khăn thách thức cho ngành nông nghiệp nước ta.
Do đó việc cấp bách nhất để vực dậy nền nông nghiệp nước ta là tập
trung vào việc nâng cao năng suất, chất lượng sản phẩm.Phát triển nông
nghiệp bền vững nhằm tạo ra những sản phẩm nông nghiệp đạt chuẩn thế
giới.
Vì những lý do trên chúng em quyết định nghiên cứu để tài ‘phát triển
nông nghiệp công nghệ cao’ cụ thể là “Mô hình trồng cây nông nghiệp trong
nhà kính”.
Trong các hệ thống sản xuất, hệ thống điều khiển đóng vai trò điều
phối toàn bộ các hoạt động của máy móc thiết bị. Các hệ thống máy móc và

2


Chương 1: Tổng quan

GVHD: TS. Nguyễn Hùng

thiết bị sản xuất thường rất phức tạp, có rất nhiều đại lượng vật lý phải điều
khiển để có thể hoạt động đồng bộ hoặc theo một trình tự công nghệ nhất
định nhằm tạo ra một sản phẩm mong muốn. Trước đây, các hệ thống điều
khiển logic được sử dụng là hệ thống logic rơ-le. Nhờ sự phát triển nhanh
chóng của kỹ thuật điện tử, các thiết bị điều khiển logic khả lập trình PLC
(Programmable Logic Controller) đã xuất hiện vào năm 1969 đã dần thay thế
các hệ thống điều khiển rơ-le.
Đồng thời, với sự phát triển chưa từng thấy của khoa học công nghệ,
đã cho ra đời các phần mềm kết hợp với các phần cứng vật lý như PLC tạo ra
các hệ thống hoàn hảo cho sinh hoạt cũng như trong sản xuất. Phần mềm
WinCC là một ứng dụng cụ thể.

Chính vì thế mà hiện nay, sự kết hợp giữa PLC và WinCC được nhiều
chuyên gia, kỹ sư thiết kế, kỹ thuật viên, chuyên viên, công nhân bậc cao
tham gia nghiên cứu để ứng dụng vào thực tế.
Xuất phát từ nhu cầu thực tế cũng như muốn làm quen với việc điều
khiển hệ thống nuôi trồng cây nông nghiệp bằng PLC kết hợp với tạo giao
diện giao tiếp dùng WinCC, đồng thời dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy
TS Nguyễn Hùng, chúng em đã chọn thực hiện đề tài “Mô hình trồng cây
nông nghiệp sử dụng PLC điều khiển” cho đề tài tốt nghiệp, nhằm lĩnh hội
những tri thức cần thiết và cơ bản về PLC và thiết kết giao tiếp trên máy tính
trong việc tự động hóa hệ thống nuôi trồng cây nông nghiệp công nghệ cao.
1.1.2 Tính hình nghiên cứu
1.1.2.1 Tình hình phát triển nông nghiệp công nghệ cao của thế giới
Từ những năm giữa thế kỷ XX, các nước phát triển đã quan tâm đến
việc xây dựng các khu nông nghiệp ứng dụng công nghệ cao nhằm thúc đẩy
sáng tạo khoa học công nghệ giúp cho kinh tế phát triển. Đầu những năm 80,
3


Chương 1: Tổng quan

GVHD: TS. Nguyễn Hùng

tại Hoa Kỳ đã có hơn 100 khu khoa học công nghệ. Ở Anh quốc, đến năm
1988 đã có 38 khu vườn khoa học công nghệ với sự tham gia của hơn 800
doanh nghiệp. Phần Lan đến năm 1996 đã có 9 khu khoa học nông nghiệp
công nghệ cao. Phần lớn các khu này đều phân bố tại nơi tập trung các trường
đại học, viện nghiên cứu để nhanh chóng ứng dụng những thành tựu khoa học
công nghệ mới và kết hợp với kinh nghiệm kinh doanh của các doanh nghiệp
để hình thành nên một khu khoa học với các chức năng cả nghiên cứu ứng
dụng, sản xuất, tiêu thụ và dịch vụ.

Bên cạnh các nước tiên tiến, nhiều nước và khu vực lãnh thổ ở Châu á
cũng đã chuyển nền nông nghiệp theo hướng số lượng là chủ yếu sang nền
nông nghiệp chất lượng, ứng dụng công nghệ sinh học, công nghệ tự động
hoá, cơ giới hoá, tin học hoá… để tạo ra sản phẩm có chất lượng cao, an toàn,
hiệu quả.
Công nghệ trồng cây trong nhà kính: nay được gọi là nhà màng do việc
sử dụng mái lớp bằng màng polyethylen thay thế cho kính (green house) hay
nhà lưới (net house). Trên thế giới, công nghệ trồng cây trong nhà kính đã
được hoàn thiện với trình độ cao để canh tác rau và hoa. Ứng với mỗi vùng
miền khác nhau những mẫu nhà kính và hệ thống điều khiển các yếu tố trong
nhà kính cũng có sự thay đổi nhất định cho phù hợp với điều kiện khí hậu của
từng vùng, trong đó hệ thống điều khiển có thể tự động hoặc bán tự động. Tuy
nhiên đối với các vùng thường chịu nhiều tác động của thiên tai như bão lũ,
động đất thì lại cần cân nhắc kỹ giữa lợi ích và chi phí do rủi ro.
1.1.2.2 Tình hình của nước ta
Trong những năm gần đây thực hiện Quyết định 176/QĐ-TTg của Thủ
tướng Chính phủ Về việc phê duyệt Đề án phát triển nông nghiệp ứng dụng
công nghệ cao đến năm 2020, các tỉnh, thành phố trong cả nước đang triển
4


Chương 1: Tổng quan

GVHD: TS. Nguyễn Hùng

khai xây dựng các khu nông nghiệp công nghệ cao; các vùng sản xuất nông
nghiệp ứng dụng công nghệ cao và mô hình sản xuất nông nghiệp công nghệ
cao.
Có thể nói Lâm Đồng là một trong những địa phương tiên phong trong
phát triển nông nghiệp công nghệ cao và hiện tại là tỉnh dẫn đầu về mức độ

ứng dụng công nghệ cao trong sản xuất nông sản hàng hóa. Từ những năm
1990, Lâm Đồng đã xác định nông nghiệp công nghệ cao là một trong những
đột phá phát triển; nhiều mô hình nông nghiệp ứng dụng công nghệ cao đã
được hình thành và hoạt động có hiệu quả.
Nhà kính phù hợp với yêu cầu phát triển nông nghiệp bền vững , cho
phép kiếm soát đầy đủ và chặt chẻ thông số của quá trình sản xuất như nhiệt
độ, độ ẩm, ánh sáng,khí oxy,carbonic..,kể cả việc sử dụng tối ưu đất canh tác
để đáp ứng sự sinh trưởng phát triển của cây trồng và kiểm soát được tình
hình sâu bệnh để đạt sản lượng cao nhất.
Hiện nay ở Việt Nam, bà con nông dân và các doanh nghiệp nông
nghiệp cũng đã áp dụng mô hình nhà kính để sản xuất rau sạch và các loại hoa
cao cấp bằng công nghệ cao nhiều nhất là ở Đà Lạt , nơi được xem là vùng
trồng rau hoa trọng điểm của cả nước.
Hiện nay hầu hết các loại nhà kính công nghệ cao ở Việt Nam đều
được nhập công nghệ trực tiếp hoặc mô hình chuyển dao công nghệ từ các
nước có nền nông nghiệp công nghệ cao phát triển như Nhật Bản,Israel…
Hiện nay, trong nước đã có nghiên cứu của các trường, viện về thiết
kế mẫu nhà kính như công trình “Nhà lưới trồng cây công nghệ cao” do Viện
Nghiên cứu Phát triển Công nghệ cao về Kỹ thuật công nghiệp phối hợp với
Viện Khoa học Sự sống thực hiện; công trình “Nghiên cứu xây dựng mô hình
và kỹ thuật trồng rau năng suất cao cho quần đảo Trường Sa” do Trung tâm
5


Chương 1: Tổng quan

GVHD: TS. Nguyễn Hùng

Nhiệt đới Việt - Nga và Viện Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp Miền Nam
thực hiện… Bên cạnh đó, một số công ty trong nước cũng chủ động sản xuất

được loại nhà kính áp dụng kỹ thuật, công nghệ nhà kính của nhiều nước phát
triển trên thế giới, kết hợp những ưu điểm của các mô hình nhà kính đang ứng
dụng tại Việt Nam, đồng thời khắc phục những nhược điểm của các nhà kính
đã được bà con nông dân và các doanh nghiệp triển khai ở trong những năm
qua.
Ngoài ra, với sự phát triển một cách nhanh chóng của ngành điện tử cũng như
nhiều ngành khác thì ý tưởng về nhà vườn thông minh không còn vướng bởi
rào cản công nghệ. Việc điều khiển nhà vườn thông minh thông qua
smartphone hoặc máy tính tạo nên bước ngoặc lớn trong việc điều khiển tự
động, không dây một cách linh hoạt, có thể nói sự phát triển không ngừng của
những chiếc smartphone đã làm cho công nghệ có thêm bước tiến, việc điều
khiển dễ dàng hơn.

Hình 1.1: Mô hình nhà kính trồng cà rốt sạch ở Đà Lạt.

1.1.3 Mục đích nghiên cứu
Để chế tạo được một sản phẩm nhà kính công nghệ cao phục vụ cho
nền nông nghiệp Việt Nam mà không phải đi nhập khẩu công nghệ của nước
6


Chương 1: Tổng quan

GVHD: TS. Nguyễn Hùng

ngoài.Là nỗi trăn trở của biết bao nhiêu nhà khoa học,kỹ sư cả trong và ngoài
nước…
Vấn đề chính để có thể phát triển các mô hình nhà kính ở nước ta là hạ giá
thành đầu tư và cải tiến các đặt tính kỹ thuật phù hợp với yêu cầu canh tác và
điều kiện khí hậu ở Việt Nam.

Vì vậy qua đề tài tốt nghiệp này chúng em muốn góp một phần nhỏ công sức
để làm phong phú thêm các phương pháp , một cách làm khác nhằm góp phần
vào sự phát triển chung của nghành nông nghiệp công nghệ cao.

Hình 1.2: Mô hình nhà kính trồng hoa có hệ thống thông gió ở Đà Lạt.

1.1.4 Nhiệm vụ nghiên cứu
Dùng phần mềm PLC S7-300 thông qua các cảm biến nhiệt độ,độ
ẩm,ánh áng để thiết lập một mô hình nhà kính có thể điều khiển tự động, giám
sát từ xa.
Nhằm mục đích đem lại một môi trường sinh trưởng tốt nhất cho cây trồng.
Nghiên cứu các ứng dụng của PLC Siemens vào điều khiển chu trình chăm
sóc nuôi trồng cây nông nghiệp.

7


Chương 1: Tổng quan

GVHD: TS. Nguyễn Hùng

Thiết kế giao diện người dùng trên WinCC cho hệ thống giám sát nuôi trồng
chăm sóc cây nông nghiệp đồng thời tìm hiểu giao thức kết nối giữa WinCC
và PLC.
Dùng PLC Siemens điều khiển hệ thống và WinCC làm giao diện giao tiếp.
1.1.5

Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp mô hình hóa là một phương pháp khoa học để nghiên

cứu các đối tượng, các quá trình … bằng cách xây dựng các mô hình của
chúng (các mô hình này bảo toàn các tính chất cơ bản được trích ra của đối
tượng đang nghiên cứu) và dựa trên mô hình đó để nghiên cứu trở lại đối
tượng thực.
Mô hình: là một hệ thống các yếu tố vật chất hoặc ý niệm (tư duy) để biểu
diễn, phản ánh hoặc tái tạo đối tượng cần nghiên cứu, nó đóng vai trò đại
diện, thay thế đối tượng thực sao cho việc nghiên cứu mô hình cho ta những
thông tin mới tương tự đối tượng thực.

Hình 1.3 Phương pháp mô hình hoá, nguồn internet

Cơ sở logic của phương pháp mô hình hóa là phép loại suy. Phương pháp mô
hình hóa cho phép tiến hành nghiên cứu trên những mô hình (vật chất hay ý
8