Đề tài Mô hình chăm sóc heo tự động có điều khiển và giám sát qua hệ thống scada trên máy tính

i TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC ----o0o---- Tp. HCM, ngày tháng năm 2019 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Huỳnh Văn Sanh MSSV: 15141264 Võ Duy Tâm MSSV: 15141278 Chuyên ngành: Công nghệ kỹ thuật điện - điện tử truyền thông Mã ngành: 41 Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ: 1 Khóa: 2015 Lớp: 15141DT1B 15141DT2B I. TÊN ĐỀ TÀI: MÔ HÌNH CHĂM SÓC HEO TỰ ĐỘNG CÓ ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT QUA HỆ THỐNG SCADA TRÊN MÁY TÍNH II. NHIỆM VỤ Nội dung thực hiện:  Nội dung 1: Tìm hiểu về cảm biến loadcell, mạch khuếch đại tín hiệu loadcell, PLC S7 – 1200.  Nội dung 2: Đo khối lượng thức ăn cần trộn cho mỗi lần ăn, nhiệt độ cần thiết cho chuồng heo, và các nhu cầu cơ bản của heo như tắm và uống.  Nội dung 3: Thiết kế mô hình trộn thức ăn, bồn nước và máng ăn, uống.  Nội dung 4: Thiết kế mô hình toàn hệ thống.  Nội dung 5: Thi công mô hình hệ thống cơ khí, hệ thống điện.  Nội dung 6: Viết chương trình điều khiển cho hệ thống.  Nội dung 7: Thiết kế giao diện giám sát SCADA, giao diện hiển thị dữ liệu cảm biến online.  Nội dung 8: Đánh giá kết quả thực hiện, cải tiến mô hình. III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 19/02/2019 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 05/07/2019 V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: GVC, ThS. Hoàng Ngọc Văn CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH ii TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC ----o0o---- Tp. HCM, ngày tháng năm 2019 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Huỳnh Văn Sanh Lớp: 15141DT1B MSSV: 15141264 Họ tên sinh viên 2: Võ Duy Tâm Lớp: 15141DT2B MSSV: 15141278 Tên đề tài: Mô hình chăm sóc heo tự động có điều khiển và giám sát qua hệ thống SCADA trên máy tính. Tuần/ngày Nội dung Xác nhận GVHD Tuần 1 (18- 24/02/2019) Nhận đồ án, tìm hiểu đề tài Tuần 2 (25/02/2019- 03/03/2019) Tìm hiểu nội dung và hướng làm đề tài của việc điều khiển một hệ thống bằng PLC. Tuần 3 (04- 10/03/2019) Tìm hiểu PLC S7 – 1200, các cảm biến. Tuần 4 (11 - 17 /03/2019) Tiến hành thiết kế phần cứng cho cảm biến loadcell Tuần 5,6 (18 - 31/03/2019) Tiến hành thiết kế phần cứng cho toàn hệ thống. Tuần 7,8(01/04- 14/04/2019) Tiến hành thiết kế và thi công hệ thống điện. Tuần 9,10,11,12 (15/04 - 12/05/2019) Tiến hành lập trình cho hệ thống. Tuần 13,14 (13/05 - 26/05/2019) Thiết kế giao diện giám sát SCADA, giao diện hiển thị dữ liệu cảm biến online. Tuần 15 (27/05 - 02/06/2019) Viết báo cáo, kiểm tra các phần cứng, hiệu chỉnh. 05/07/2019 Hoàn thành nhiệm vụ đồ án. GV HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ và tên) iii LỜI CAM ĐOAN Đề tài này là do chúng tôi tự thực hiện dựa vào một số tài liệu và không sao chép từ tài liệu hay công trình đã có trước đó. Nếu có bất kỳ sự gian lận nào chúng tôi xin chịu trách nhiệm về nội dung đồ án của mình. Người thực hiện Huỳnh Văn Sanh Võ Duy Tâm iv LỜI CẢM ƠN  Lời đầu tiên chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. HCM nói chung, các thầy cô và sinh viên trong khoa Điện – Điện Tử nói riêng đã dạy dỗ cho em kiến thức về các môn đại cương cũng như các môn chuyên ngành, giúp em có được cơ sở lý thuyết vững vàng và tạo điều kiện giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập. Em cũng xin gửi lời tri ân và biết ơn sâu sắc đến GVC, ThS. Hoàng Ngọc Văn người đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo em trong suốt quá trình làm khoá luận. Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè, đã luôn tạo điều kiện, quan tâm, giúp đỡ, động viên em trong suốt quá trình học tập và hoàn thành khoá luận tốt nghiệp. Sinh viên thực hiện đồ án Huỳnh Văn Sanh Võ Duy Tâm v MỤC LỤC Nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp .......................................................................................... i Lịch trình thực hiện đồ án tốt nghiệp ......................................................................... ii Lời cam đoan ............................................................................................................. iii Lời cảm ơn ................................................................................................................ iv Mục lục ........................................................................................................................ v Liệt kê hình vẽ ......................................................................................................... viii Liệt kê bảng ................................................................................................................. x Tóm tắt ...................................................................................................................... xi Chương 1. TỔNG QUAN ......................................................................................... 1 1.1. Đặt vấn đề ...................................................................................................... 1 1.2. Mục tiêu ......................................................................................................... 1 1.3. Nội dung nghiên cứu ..................................................................................... 2 1.4. Giới hạn ......................................................................................................... 2 1.5. Bố cục ............................................................................................................ 2 Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ............................................................................. 4 2.1. Tổng quan về hệ thống chăm sóc heo tự động .............................................. 4 2.2. Tổng quan về plc và plc s7-1200 ................................................................... 4 2.2.1. Tổng quan về plc .......................................................................................... 4 2.2.2. Giới thiệu về plc s7- 1200 ............................................................................ 8 2.3. Hệ thống điều khiển điện- khí nén .............................................................. 13 2.3.1. Những đặc điểm cơ bản ............................................................................. 13 2.3.2. Cấu trúc của hệ thống khí nén ................................................................... 14 2.4. Cảm biến lực loadcell .................................................................................. 16 2.4.1. Giới thiệu về cảm biến lực loadcell ........................................................... 16 vi 2.4.2. Loadcell hoạt động như thế nào? ............................................................... 16 2.5. Giới thiệu bộ chuyển đổi loadcell rw-st01a ................................................. 19 2.6. Biến tần mitsubishi fr-e700 ......................................................................... 20 2.6.1. Giới thiệu biến tần ..................................................................................... 20 2.6.2. Nguyên lí hoạt động của biến tần .............................................................. 20 2.6.3. Biến tần Mitsubishi FR-E700 .................................................................... 21 2.7. Relay điện cực báo mức nước ..................................................................... 22 2.8. Van điện từ ................................................................................................ 23 2.8.1. Giới thiệu van điện từ ................................................................................ 23 2.8.2. Các thông số ............................................................................................... 24 2.9. Một số linh kiện khác .................................................................................. 24 2.9.1. Nút nhấn ..................................................................................................... 24 2.9.2. Nút dừng khẩn cấp ..................................................................................... 24 2.9.3. MCB ........................................................................................................... 25 2.9.4. Relay trung gian 8 chân điện áp 24V ......................................................... 25 Chương 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ .............................................................. 26 3.1. Mô hình hệ thống ......................................................................................... 26 3.1.1. Giới thiệu về hệ thống ................................................................................ 26 3.1.2. Chức năng từng phần ................................................................................. 26 3.2. Tính toán và thiết kế hệ thống ..................................................................... 26 3.2.1. Sơ đồ khối hệ thống ................................................................................... 26 3.2.3. Sơ đồ kết nối plc với toàn hệ thống ........................................................... 35 3.2.4 thiết kế phần khung hệ thống ...................................................................... 38 Chương 4. THI CÔNG HỆ THỐNG ..................................................................... 40 4.1. Giới thiệu ..................................................................................................... 40 4.2. Thi công hệ thống ........................................................................................ 40 vii 4.2.1. Thi công phần khung của hệ thống ............................................................ 40 4.2.2. Thi công tủ điện ......................................................................................... 41 4.3. Lập trình cho hệ thống ................................................................................. 42 4.3.1. Lưu đồ giải thuật ........................................................................................ 42 4.3.2. Phần mềm lập trình cho plc ....................................................................... 48 Chương 5. KẾT QUẢ - NHẬN XÉT - ĐÁNH GIÁ ............................................. 56 5.1. Kết quả ......................................................................................................... 56 5.1.1. Kết quả nghiên cứu: ................................................................................... 56 5.1.2. Kết quả thi công ......................................................................................... 56 5.2. Nhận xét – đánh giá. .................................................................................... 59 Chương 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .......................................... 60 6.1. Kết luận ........................................................................................................ 60 6.2. Hướng phát triển .......................................................................................... 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 62 PHẦN PHỤ LỤC ..................................................................................................... 63 viii LIỆT KÊ HÌNH VẼ Hình Trang Hình 2. 1. Tổng quan PCL S7- 1200. .......................................................................... 9 Hình 2. 2. Bảng tín hiệu của PLC S7- 1200. ............................................................. 11 Hình 2. 3. Các Module tín hiệu PLC S7- 1200. ........................................................ 12 Hình 2. 4. Các module truyền thông PLC S7- 1200. ................................................ 13 Hình 2. 5. Cấu trúc hệ thống điều khiển khí nén. ..................................................... 15 Hình 2.6. Hệ thống điện - khí nén. ........................................................................... 15 Hình 2. 7. Loadcell thanh. ......................................................................................... 17 Hình 2. 8. Cầu điện trở Wheatstone. ......................................................................... 17 Hình 2. 9. Nguyên lí hoạt động của loadcell. ............................................................ 18 Hình 2. 10. Bộ khuếch đại tín hiệu loadcell. ............................................................. 19 Hình 2. 11. Nguyên lí hoạt động của biến tần. .......................................................... 21 Hình 2. 12. Biến tần mitsubishi FR-E700. ................................................................ 22 Hình 2. 13. Relay điện cực. ....................................................................................... 23 Hình 2. 14. Van điện từ. ............................................................................................ 23 Hình 2. 15. Nút nhấn. ................................................................................................ 24 Hình 2. 16. Nút dừng khẩn cấp. ................................................................................ 25 Hình 2. 17. MCB. ...................................................................................................... 25 Hình 2. 18. Relay trung gian 24V. ............................................................................ 25 Hình 3. 1. Sơ đồ khối của hệ thống. .......................................................................... 27 Hình 3. 2. Sơ đồ kết nối loadcell với mạch khuếch đại. ........................................... 28 Hình 3. 3. Xi lanh khí nén. ........................................................................................ 29 Hình 3. 4. Xi lanh tròn. ............................................................................................. 30 Hình 3. 5. Van điện từ. .............................................................................................. 30 Hình 3. 6. Van điện từ 5/2. ........................................................................................ 31 Hình 3. 7. Sơ đồ kết nối của van điện từ 5/2 với PLC. ............................................. 31 Hình 3. 8. Một số loại động cơ 3 pha. ....................................................................... 32 Hình 3. 9. Biến tần Mitsubishi FR-E700. ................................................................. 32 Hình 3. 10. CPU 1212C và module mở rộng SM1223. ............................................ 34 Hình 3. 11. Sơ đồ kết nối cơ bản của CPU 1212C. ................................................... 34 Hình 3. 12. Nguồn 24VDC. ...................................................................................... 35 ix Hình 3. 13. Sơ đồ kết nối toàn hệ thống. ................................................................... 36 Hình 3. 14. Sơ đồ kết nối biến tần Misubishi FR- E700. ......................................... 36 Hình 3. 15. Sơ đồ kết nối loadcell với AI của CPU. ................................................ 37 Hình 3. 16. Mạch động lực xilanh. ............................................................................ 37 Hình 3. 17. Thiết kế mặt trước của hệ thống............................................................. 38 Hình 3. 18. Thiết kế mặt sau của hệ thống. ............................................................... 38 Hình 3. 19. Thiết kế mặt bên của hệ thống. .............................................................. 39 Hình 4. 1. Mặt trước và sau của hệ thống. ................................................................ 40 Hình 4. 2. Mặt bên và trên của hệ thống. .................................................................. 41 Hình 4.3. Bên ngoài tủ điện. ..................................................................................... 41 Hình 4.4. Bên trong tủ điện. ...................................................................................... 42 Hình 4. 5. Lưu đồ giải thuật. ..................................................................................... 47 Hình 4. 6. Tia Portal V13. ......................................................................................... 49 Hình 4. 7. Giao diện bắt đầu của chương trình. ........................................................ 49 Hình 4. 8. Giao diện tạo dự án mới. .......................................................................... 50 Hình 4. 9. Giao diện bắt đầu của dự án mới.............................................................. 50 Hình 4. 10. Giao diện Devices & networks. ............................................................. 50 Hình 4.11. Giao diện Add new device. ..................................................................... 51 Hình 4. 12. Giao diện làm việc. ................................................................................ 51 Hình 4.13. Giao diện viết chương trình. ................................................................... 51 Hình 4.14. Giao diện đăng nhập vào màn hình quản lí hệ thống. ............................. 52 Hình 4. 15. Giao diện SCADA quản lí hệ thống. ...................................................... 52 Hình 4. 16. Biểu tượng Visual studio........................................................................ 54 Hình 4. 17. Giao diện tạo một project mới. .............................................................. 54 Hình 4. 18. Giao diện lựa chọn. ................................................................................ 55 Hình 4. 19. Cấu hình cho web. .................................................................................. 55 Hình 5. 1. Mặt trước của hệ thống. ........................................................................... 56 Hình 5. 2. Mặt bên của hệ thống. .............................................................................. 57 Hình 5. 3. Giao diện Home của trang web. ............................................................... 57 Hình 5. 4. Giao diện thông tin về dự án. ................................................................... 58 Hình 5. 5. Giao diện truy xuất toàn bộ dữ liệu cảm biển. ......................................... 58 Hình 5. 6. Giao diện truy xuất dữ liệu theo thời gian và tên cảm biến. .................... 59 x LIỆT KÊ BẢNG Bảng Trang Bảng 2. 1. Bảng phân loại chức năng của các dòng PLC S7- 1200. ........................... 9 Bảng 2. 2. Bảng các module hỗ trợ PLC S7- 1200. .................................................. 11 Bảng 2. 3. Bảng thông số bộ khuếch đại tín hiệu loadcell. ....................................... 20 xi TÓM TẮT Ngày nay cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật, kỹ thuật điện tử mà trong đó điều khiển tự động đóng vai trò hết sức quan trọng trong mọi lĩnh vực khoa học kỹ thuật, quản lý, công nghiệp tự động hóa Do đó chúng ta cần phải nắm bắt và vận dụng điều khiển tự động một cách hiệu quả nhằm đóng góp vào sự phát triển khoa học kỹ thuật của thế giới nói chung và trong sự phát triển của kỹ thuật điều khiển tự động nói riêng. Xuất phát từ những lần tham quan các doanh nghiệp có dây chuyền sản xuất, các trang trại chăn nuôi công nghiệp, chúng em đã được thấy nhiều khâu tự động hóa trong qui trình chăn nuôi tạo ra các sản phẩm chăn nuôi chất lượng cao. Một trong đó là các trang trại chăn nuôi giám sát các nhu cầu cơ bản của vật nuôi sử dụng bộ điều khiển lập trình PLC Siemens. Sau khi tìm hiểu, nghiên cứu về các đề tài và công trình trước đây, nhóm quyết định chọn đề tài: “MÔ HÌNH CHĂM SÓC HEO TỰ ĐỘNG CÓ ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT QUA HỆ THỐNG SCADA TRÊN MÁY TÍNH”. Với đề tài này, nhóm hy vọng sẽ làm cơ sở nghiên cứu cho các nhóm sau có thể mở rộng, phát triển nữa. Nếu được điều chỉnh tốt,