Đồ án Điều khiển và giám sát thông số của mô hình trồng rau thủy canh bằng PLC (Phần 1)

Nội dung text: Đồ án Điều khiển và giám sát thông số của mô hình trồng rau thủy canh bằng PLC (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - TRUYỀN THÔNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT THÔNG SỐ CỦA MÔ HÌNH TRỒNG RAU THỦY CANH BẰNG PLC GVHD: ThS. TRẦN VĂN SỸ SVTH: NGUYỄN HẢI MSSV: 15341006 SVTH: NGUYỄN THANH HẢI MSSV: 15341007 S K L 0 0 4 5 0 2 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 01/2017
2. BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ-CÔNG NGHIỆP  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG Đề Tài: ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT THÔNG SỐ CỦA MÔ HÌNH TRỒNG RAU THUỶ CANH BẰNG PLC GVHD: ThS. Trần Văn Sỹ SVTH: Nguyễn Hải 15341006 Nguyễn Thanh Hải 15341007 Tp. Hồ Chí Minh – 01/2017
3. BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ-CÔNG NGHIỆP  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG Đề Tài: ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT THÔNG SỐ CỦA MÔ HÌNH TRỒNG RAU THUỶ CANH BẰNG PLC GVHD: ThS. Trần Văn Sỹ SVTH: Nguyễn Hải 15341006 Nguyễn Thanh Hải 15341007 Tp. Hồ Chí Minh – 01/2017 i
4. TRƯỜNG ĐH. SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TP. HỒ CHÍ MINH ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Tp. HCM, ngày 03 tháng 01 năm 2017 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Nguyễn Hải MSSV: 15341006 Nguyễn Thanh Hải MSSV: 15341007 Chuyên ngành: CNKT Điện Tử Truyền Thông Mã ngành: 41 Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ: 3 Khóa: 2015 Lớp: 153410B I. TÊN ĐỀ TÀI: ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT THÔNG SỐ CỦA MÔ HÌNH TRỒNG RAU THUỶ CANH BẰNG PLC II. NHIỆM VỤ 1. Các số liệu ban đầu: Nhóm tiến hành việc đi thăm quan và tìm hiểu các mô hình trồng rau thuỷ canh thực tế ở TP Hồ Chí Minh. Sau quá trình tìm hiểu và nghiên cứu các tài liệu về trồng rau nhóm đã thu thập được các thông số chính của môi trường trồng rau thuỷ canh của một số loại rau. Tiến hành tìm hiểu và thu thập các số liệu từ các trang mạng và sách về trồng và chăm sóc cây. Tham khảo các mô hình trồng rau để xây dựng nên hệ thống mô hình điều khiển. Tìm hiểu các cảm biến để lựa chọn ra cảm biến cũng như các thiết bị phù hợp để điều khiển mô hình. 2. Nội dung thực hiện: NỘI DUNG 1: Thu thập các thông số môi trường sống thuỷ canh của rau và quy trình trồng rau bằng phương pháp thực tế. NỘI DUNG 2: Dựa trên các thông số thu thập được, tiến hành lựa chọn giải pháp thiết kế và thi công mô hình phần cơ khí. NỘI DUNG 3: Thiết kế hệ thống tủ điện điều khiển và lắp đặt hệ thống. ii
5. NỘI DUNG 4: Thiết kế lưu đồ giải thuật và viết chương trình điều khiển cho PLC, thiết kế giao diện giám sát qua internet bằng website. NỘI DUNG 5: Thử nghiệm và điều chỉnh phần cứng cũng như chương trình để mô hình được tối ưu. Đánh giá các thông số của mô hình so với thông số thực tế. NỘI DUNG 6: Viết báo cáo thực hiện. III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 25/09/2016 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 03/01/2017 V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: ThS. Trần Văn Sỹ CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP iii
6. TRƯỜNG ĐH. SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TP. HỒ CHÍ MINH ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Tp. HCM, ngày 03 tháng 01 năm 2017 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: NGUYỄN HẢI Lớp: 153410B MSSV: 15341006 Họ tên sinh viên 2: NGUYỄN THANH HẢI Lớp: 153410B MSSV: 15341007 Tên đề tài: ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT THÔNG SỐ CỦA MÔ HÌNH TRỒNG RAU THUỶ CANH BẰNG PLC Xác nhận Tuần/ngày Nội dung GVHD 25/09/2016 Thu thập các thông số môi trường sống thuỷ canh của rau 01/10/2016 và quy trình trồng rau bằng phương pháp thực tế. 01/10/2016 Dựa trên các thông số thu thập được, tiến hành lựa chọn 15/10/2016 giải pháp thiết kế và thi công mô hình phần cơ khí. 15/10/2016 Thiết kế hệ thống tủ điện điều khiển và lắp đặt hệ thống. 29/10/2016 29/10/2016 Thiết kế lưu đồ giải thuật và viết chương trình điều khiển 10/11/2016 cho PLC 10/11/2016 Thiết kế giao diện giám sát qua internet bằng website 28/11/2016 Thử nghiệm và điều chỉnh phần cứng cũng như chương 28/11/2016 trình để mô hình được tối ưu. Đánh giá các thông số của 15/12/2016 mô hình so với thông số thực tế. 15/12/2016 Viết báo cáo thực hiện. 02/01/2017 GV HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ và tên) iv
7. LỜI CAM ĐOAN Nhóm xin cam đoan đề tài này là do nhóm tự thực hiện dựa vào một số tài liệu và đề tài trước đó. Các số liệu trong đề tài này được nhóm thu thập từ hệ thống trồng rau thuỷ canh thực tế, và tham khảo một số đề tài liên quan từ đó nhóm đã nghiên cứu và phát triển để thực hiện đề tài này. Không sao chép từ tài liệu hay công trình đã có trước đó. TP. Hồ Chí Minh, ngày 03 tháng 01 năm 2017 Sinh viên thực hiện 1 Sinh viên thực hiện 2 NGUYỄN HẢI NGUYỄN THANH HẢI v
8. LỜI CẢM ƠN Sau quá trình học tập ở trường cùng với những kiến thức được các thầy cô giảng dạy, những kinh nghiệm được học hỏi, trong quá trình thực hiện đồ án nhóm đã được các thầy cô tạo điều kiện tốt nhất để thực hiện đồ án này. Nhóm xin gửi lời cảm ơn tới tất cả các thầy, cô trong Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM nói chung, đặc biệt các giảng viên Khoa Điện - Điện Tử nói riêng đã giảng dạy và cung cấp cho Nhóm có những kiến thức quý báu, tạo tiền đề quan trong cho Nhóm có thể thực hiện được đồ án này. Nhóm em xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc tới Thầy Trần Văn Sỹ đã trực tiếp hướng dẫn tận tình cho nhóm trong suốt quá trình làm đồ án, cảm ơn Thầy đã giành thời gian quý báu để hướng dẫn cho nhóm, hỗ trợ các thiết bị cũng như đưa ra hướng đi giải quyết đúng cho nhóm mỗi khi gặp khó khăn. Bên cạnh đó nhóm xin cảm ơn tập thể lớp 153410 đã cùng đồng hành với nhóm trong suốt quá trình học tập và thực hiện đồ án. Các bạn đã cùng nhau giúp đỡ, chia sẻ kinh nghiệm và tạo niềm động lực để nhóm có thể hoàn thành được đồ án này. Nhóm em cũng xin chân thành cảm ơn bố mẹ, người thân và bạn bè. Những người đã giúp đỡ về mặt tinh thần cũng như vật chất rất nhiều để có thể hoàn thành tốt đồ án này. Xin chân thành cảm ơn mọi người Trong quá trình nghiên cứu và thực hiện đồ án, vì thời gian và trình độ có giới hạn nên không tránh khỏi những thiếu sót. Vì vậy, nhóm hy vọng sẽ nhận được những ý kiến đóng góp quý báu từ thầy cô, bạn bè và những người quan tâm để đề tài được hoàn thiện hơn. Xin chân thành cảm ơn. Sinh viên thực hiện 1 Sinh viên thực hiện 2 NGUYỄN HẢI NGUYỄN THANH HẢI vi
9. MỤC LỤC Trang bìa i Nhiệm vụ đồ án ii Lịch trình iv Cam đoan v Lời cảm ơn vi Mục lục vii Liệt kê hình vẽ x Liệt kê bảng vẽ xii Tóm tắt xiii Chương 1. TỔNG QUAN 1 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1 1.2 MỤC TIÊU 2 1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2 1.4 GIỚI HẠN 2 1.5 BỐ CỤC 3 Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 5 2.1 QUY TRÌNH TRỒNG RAU THUỶ CANH 5 2.1.1 Giới thiệu về thủy canh 5 2.1.2 Mô Tả kỹ thuật trồng rau thuỷ canh 5 2.1.3 Tìm hiểu thông số môi trường của một số cây trồng 6 2.2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 8 2.2.1 Cảm biến nhiệt độ 8 2.2.2 Cảm biến độ ẩm 9 2.2.2 Cảm biến PH 13 a. Khái niệm về pH 13 b. Đo pH bằng điện cực màng thủy tinh 14 c. Đo pH sử dụng điện cực kim loại/oxit kim loại 14 d. Đo pH sử dụng màng lỏng 15 2.2.3 Cảm biến EC 15 2.2.4 Giới thiệu về Board Arduino 17 2.2.5 Nguyên lý hoạt động của một PLC 20 vii
10. a. Tổng quan về PLC S7-1200 21 b. Các bảng tín hiệu 23 c. Các module tín hiệu 23 2.2.6 Giới thiệu về động cơ bơm nước 24V DC 24 a. Cấu tạo của máy bơm 24 b. Nguyên lý hoạt động của máy bơm 25 2.2.7 Giới thiệu về Van điện từ 24V DC 26 a. Định nghĩa 26 b. Cấu tạo của van điện từ 26 c. Nguyên lí hoạt động của van điện từ 27 2.3 TỔNG QUAN VỀ WEB SERVER 27 Chương 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ 30 3.1 GIỚI THIỆU 30 3.2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 30 3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống 30 3.2.2 Tính toán và thiết kế mạch 31 a. Thiết kế khối xử lý trung tâm 31 b. Thiết kế khối cảm biến 31 c. Thiết kế khối điều khiển 34 d. Thiết kế khối cơ cấu chấp hành 37 e. Thiết kế khối nguồn 40 f. Thiết kế khối điều khiển và giám sát 41 Chương 4. THI CÔNG HỆ THỐNG 45 4.1 GIỚI THIỆU 45 4.2 THI CÔNG HỆ THỐNG 45 4.2.1 Linh kiện sử dụng trong hệ thống 45 4.2.2 Lắp ráp và kiểm tra 46 4.3 ĐÓNG GÓI VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH 47 4.3.1 Đóng gói bộ điều khiển 47 4.3.2 Thi công mô hình 47 4.4 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG 50 4.4.1 Lưu đồ giải thuật 50 4.4.2 Phần mềm lập trình cho PLC S7-1200 52 viii
11. 4.4.3 Phần mềm lập trình cho Web 53 4.4.4 Phần mềm lập trình cho Arduino 53 4.4.5 Quá trình mở Port cho Modem 54 4.5 LẬP TRÌNH MÔ PHỎNG 54 4.5.1 Lưu đồ chương trình 54 4.6 VIẾT TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG, THAO TÁC 67 4.6.1 Viết tài liệu hướng dẫn sử dụng 67 Chương 5. KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ 72 5.1 KẾT QUẢ MÔ HÌNH PHẦN CỨNG 72 5.2 KẾT QUẢ GIAO DIỆN WEB 75 5.3 ĐÁNH GIÁ VÀ NHẬN XÉT KẾT QUẢ 77 Chương 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 82 6.1 KẾT LUẬN 82 6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 83 TÀI LIỆU THAM KHẢO 84 PHỤ LỤC 85 ix
12. LIỆT KÊ HÌNH VẼ Hình Trang Hình 2. 1: Quy trình trồng rau thủy canh hồi lưu 5 Hình 2. 2: Hình ảnh cảm biến DHT11 10 Hình 2. 3: Sơ đồ kết nối DHT11 với bộ xử lí 11 Hình 2. 4: Trạng thái gửi tín hiệu Start 11 Hình 2. 5: Trạng thái đọc dữ liệu Bit 0 12 Hình 2. 6: Trạng thái đọc dữ liệu Bit 1 13 Hình 2. 7: Mối liên hệ giữa độ dẫn điện và nồng độ Ion 15 Hình 2. 8: Sơ đồ nguyên lý đo độ dẫn điện EC 16 Hình 2. 9: Hình ảnh board ARDUINO UNO 18 Hình 2. 10: Sơ đồ nguyên lý Arduino UNO 19 Hình 2. 11: Chù kỳ quét của một PLC 20 Hình 2. 12: Thành phần PLC S7-1200 21 Hình 2. 13: Các bảng tín hiệu của PLC S7-1200 23 Hình 2. 14: Các module tín hiệu của PLC S7-1200 24 Hình 2. 15: Cấu tạo của máy bơm 24 Hình 2. 16: Hình ảnh thực tế van điện từ 26 Hình 2. 17: Cấu tạo của van điện từ 26 Hình 2. 18: Cơ chế truy cập web server qua Internet 28 Hình 3. 1: Sơ đồ khối của hệ thống 30 Hình 3. 2: Sơ đồ kết nối cảm biến PH 33 Hình 3. 3: Sơ đồ kết nối cảm biến DHT11 với Arduino 33 Hình 3. 4: Đồ thị liên hệ giữa nhiệt độ, độ ẩm và điện áp 34 Hình 3. 5: Sơ đồ mạch điều khiển kết nối PLC 35 Hình 3. 6: Sơ đồ điều khiển hệ thống đèn, quạt 36 Hình 3. 7: Mạch điều khiển hệ thống Van và đèn báo 37 Hình 3. 8: Phần khung mô hình 39 Hình 3. 9: Mô hình đường ống hồi lưu 39 Hình 3. 10: Tầng trên mô hình điều khiển 40 Hình 3. 11: Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn 5V, 12V DC 41 Hình 3. 12: Hình ảnh thiết kế giao diện giám sát 44 Hình 3. 13: Hình ảnh thiết kế giao diện điều khiển 44 Hình 4. 1: Hình ảnh khối nguồn 46 Hình 4. 2: Mô hình bảng điều khiển hệ thống 47 Hình 4. 3: Hệ thống Relay điều khiển 47 Hình 4. 4: Tầng dưới của mô hình 48 Hình 4. 5: Mô hình nhà kính 48 Hình 4. 6: Bố trí quạt và hệ thống làm mát 49 Hình 4. 7: Van điều khiển và các bình chứa dung dịch 49 Hình 4. 8: Mô hình hệ thống hoàn chỉnh 50 x
13. Hình 4. 9: Lưu đồ điều khiển chương trình chính 51 Hình 4. 10: Lưu đồ điều khiển chương trình con Manual 55 Hình 4. 11: Lưu đồ chương trình con điều khiển nhiệt độ 56 Hình 4. 12: Lưu đồ chương trình con điều khiển độ PH 57 Hình 4. 13: Lưu đồ chương trình con điều khiển độ EC 58 Hình 4. 14: Lưu đồ chương trình con điều khiển độ ẩm 59 Hình 4. 15: Lưu đồ điều khiển chương trình con Auto 60 Hình 4. 16: Lưu đồ chương trình con điều khiển tự động 61 Hình 4. 17: Lưu đồ chương trình con điều khiển nhiệt độ tự động 62 Hình 4. 18: Lưu đồ chương trình con điều khiển độ PH tự động 63 Hình 4. 19: Lưu đồ chương trình con điều khiển độ EC tự động 64 Hình 4. 20: Lưu đồ chương trình con điều khiển độ ẩm tự động 65 Hình 4. 21: Lưu đồ chương trình đặt giá trị cho cây 1 66 Hình 4. 22: Lưu đồ chương trình đặt giá trị cho cây 2 66 Hình 4. 23: Lưu đồ cập nhật thông số theo giai đoạn 67 Hình 5. 1: Hình ảnh phần bảng điều khiển 72 Hình 5. 2: Khối thiết bị điều khiển 73 Hình 5. 3: Hình ảnh mô hình nhà kính 73 Hình 5. 4: Bồn chứa dung dịch hồi lưu 74 Hình 5. 5: Hình ảnh mô hình hoàn thiện 74 Hình 5. 6: Giao diện chính 75 Hình 5. 7: Giao diện hướng dẫn 75 Hình 5. 8: Giao diện giám sát thông số 76 Hình 5. 9: Giao diện quản lý 76 Hình 5. 10: Hiển thị chế độ chạy Manual 78 Hình 5. 11: Kết quả giảm nhiệt độ hệ thống 78 Hình 5. 12: Chạy chế độ Auto của hệ thống 79 Hình 5. 13: Chạy chế độ Auto điều khiển độ ẩm và PH 80 Hình 5. 14: Chuyển chế độ chạy giai đoạn 2 của cây 2 80 Hình 5. 15: Chế độ điều khiển thiết bị qua mạng 81 Hình 6. 1: Hình ảnh kiểm tra thông số PH 81 xi
14. LIỆT KÊ BẢNG Bảng Trang Bảng 2. 1: Thông số môi trường cây rau cải 6 Bảng 2. 2: Thông số môi trường cây cà chua 7 Bảng 2. 3: Thông số môi trường cây ớt 7 Bảng 2. 4: Thông số một số loại cảm biến nhiệt độ 9 Bảng 2. 5: Thông số dải đo độ dẫn điện 16 Bảng 2. 6: Bảng quy đổi đơn vị EC 16 Bảng 3. 1: Thông số kỹ thuật của cảm biến PH 32 Bảng 3. 2: Các địa chỉ kết nối PLC 35 Bảng 4. 1: Danh sách các linh kiện 45 xii
15. TÓM TẮT Sau một thời gian tìm hiểu và nghiên cứu về kỹ thuật trồng rau thuỷ canh, cùng với việc nắm bắt xu thế của việc trồng rau sạch không cần đất đang được ưa chuộng hiện nay thì nhóm thực hiện đề tài đã nghiên cứu được làm thế nào để điều khiển được các thông số của môi trường để làm sao phù hợp nhất với cây. Từ các kiến thức được học ở trường và kinh nghiệm từ thực tiễn cộng với sự giúp đỡ của giáo viên hướng dẫn và các thầy cô bạn bè thì nhóm đã thực hiện được đề tài này. Đề tài được thực hiện thông qua các giai đoạn rõ ràng, từ việc thu thập các thông số thực tế của cây trồng dựa vào đó để thiết kế mô hình cơ khí phù hợp để có thể điều khiển các thông số của hệ thống một cách chính xác nhất. Sau khi đã xây dựng mô hình cơ khí, trên cở sở các thông số kỹ thuật của trồng rau thuỷ canh nhóm đã thiết kế được mô hình để điều khiển các thông số theo yêu cầu. Với phương pháp điều khiển các thiết bị để tạo được nhiệt độ, độ ẩm của môi trường giúp cho cây trồng phù hợp với những điều kiện môi trường của nó. Hệ thống sử dụng các cảm biến với sai số chấp nhận được. Mô hình đã điều khiển được các thông số một cách tương đối chính xác, cũng như giám sát được các thông số này thông qua hệ thống mạng Internet. xiii
16. CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN Chương 1. TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Trồng rau không cần đất đã và đang trở thành một xu hướng của các nước tiên tiến trên thế giới, đặc biệt là ở những nước tiên tiến như Hà Lan, Mỹ, Israel, Nhật, Úc vv Đây là kỹ thuật kết hợp ứng dụng các công nghệ cao, như công nghệ thông tin, công nghệ vật liệu mới, công nghệ sinh học để tạo ra nông sản có năng suất cao, chất lượng tốt, giá thành thấp. Hiện nay, Việt Nam đang phải đối mặt với việc diện tích đất trồng nông nghiệp đang ngày càng thu hẹp. Tính đến ngày 15/8 diện tích gieo trồng các cây màu lương thực cả nước ước đạt 1.530,2 ngàn ha. Diện tích gieo trồng cây nông nghiệp ngắn ngày cả nước đạt 440,7 ngàn ha, giảm 17,4% so với cùng kỳ năm trước [1]. Đặc biệt trong năm vừa qua ở các tỉnh Đồng Bằng Sông Cửu Long xảy ra hạn hán, xâm ngập mặn lớn nhất lịch sử 100 năm. Ở các tỉnh Tây Nguyên thì xảy ra hạn hán nghiêm trọng nhất trong 30 năm qua. Hơn thế nữa, vòng vây thực phẩm bẩn khiến con người ta hoang mang và càng ngày càng mất niềm tin vào an toàn vệ sinh thực phẩm. Chính vì thế, để giải quyết một phần trong các vấn đề trên và đáp ứng nhu cầu cấp bách về cung cấp rau sạch hiện nay của toàn xã hội, nước ta đã áp dụng khoa học kỹ thuật vào trong nông nghiệp. Hiện nay, một số cá nhân và công ty ở Việt Nam đã và đang đi đầu trong việc áp dụng khoa học kỹ thuật vào nông nghiệp như : anh Tô Quang Dũng (Thành Phố Đà Lạt, Lâm Đồng), hoặc nông trại của Công ty Kim Bằng (Phường 7, Thành Phố Đà Lạt) . Với mong muốn áp dụng những kiến thức đã học vào nông nghiệp, nhóm thực hiện đề tài đã quyết định chọn hướng nghiên cứu: “ ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT THÔNG SỐ CỦA MÔ HÌNH TRỒNG RAU THUỶ CANH BẰNG PLC ”. Đề tài này sẽ ứng dụng bộ điều khiển lập trình PLC để thiết kế chương trình điều khiển và giám sát những thông số quan trọng của môi trường sống cho cây rau ăn lá được trồng rau bằng phương pháp thủy canh như : nhiệt độ, độ ẩm, độ PH, nồng độ dung dịch dinh dưỡng cho cây. Những thông số này được điều khiển, giám sát tại chỗ cũng như thông qua mạng internet giúp cho người quản lý luôn kiểm soát được môi trường sống cho cây và tiết kiệm được thời gian. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 1
17. CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1.2 MỤC TIÊU - Tìm hiểu các hệ thống thuỷ canh và thu thập các thông số về môi trường sống của rau ăn lá được trồng bằng phương pháp thủy canh. - Xây dựng mô hình phần cứng để mô phỏng các thông số về môi trường sống của rau ăn lá được trồng bằng phương pháp thủy canh theo các thông số đã thu thập. - Thiết kế chương trình cho PLC S7-1200 để điều khiển và giám sát các thông số của mô hình phần cứng. 1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU NỘI DUNG 1: Tìm hiểu về quy trình trồng rau ăn lá được trồng bằng phương pháp thủy canh và thu thập các thông số về môi trường sống của rau ăn lá. NỘI DUNG 2: Xây dựng mô hình phần cứng để mô phỏng các thông số về môi trường sống của rau ăn lá được trồng bằng phương pháp thủy canh theo các thông số đã thu thập. NỘI DUNG 3: Thiết kế mạch động lực, mạch điện điều khiển và lắp đặt theo thiết kế. NỘI DUNG 4: Thiết kế lưu đồ giải thuật điều khiển, giao diện giám sát qua internet bằng website và viết chương trình cho PLC S7 - 1200. NỘI DUNG 5: Thử nghiệm và điều chỉnh phần cứng cũng như chương trình để mô hình được tối ưu. Đánh giá các thông số của mô hình so với thông số thực tế. NỘI DUNG 6: Viết báo cáo thực hiện. 1.4 GIỚI HẠN Kích thước của mô hình trồng rau thuỷ canh : dài 70 cm rộng 40 cm, cao 80 cm Lưu lượng máy bơm nước : 1,8L/P, số lượng máy bơm: 1. Số lượng Van điện từ sử dụng: 5 Sử dụng 1 cảm biến nhiệt, độ ẩm Cảm biến DHT11 có tầm đo nhiệt độ từ 0 – 50oC, độ ẩm từ 20 – 95% BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 2
18. CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN Cảm biến đo độ PH mã E-331 có giới hạn đo độ PH từ 0 -14 1.5 BỐ CỤC Chương 1: Tổng Quan Chương này trình bày tổng quan về đề tài, xu hướng trồng rau bằng phương pháp thủy canh trên thế giới và trong nước, hướng nghiên cứu của nhóm thực hiện đề tài. Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết Chương này trình bày cơ sở lý thuyết về quy trình trồng rau bằng phương pháp thuỷ canh và các thông số về môi trường sống để cho cây phát triển tốt. Trình bày cơ sở lý thuyết về các thiết bị sử dụng trong mô hình như: PLC, cảm biến, bơm, van điện từ, Chương 3: Tính Toán và Thiết Kế Xây mô hình phần cứng để mô phỏng các thông số về môi trường sống của rau ăn lá được trồng bằng phương pháp thủy canh theo các thông số đã thu thập. Thiết kế sơ đồ khối cho hệ thống điện điều khiển và lựa chọn các thiết bị phù hợp với mô hình. Chương 4: Thi Công Hệ Thống Trong chương này chúng ta thực hiện thi công các board mạch, các phần điều khiển và mạch động lực cũng như phần cứng mô hình hệ thống đề tài. Sau đó lắp ráp thành một hệ thống mô hình hoàn chỉnh để từ đó xây dựng nên lưu đồ giải thuật để viết chương trình điều khiển cho hệ thống. Sau khi có được mô hình và chương trình điều khiển cho hệ thống thì sẽ thực hiện các bước để mô hình được hoạt động tốt. Sau đó là các bước để hướng dẫn các thao tác cho việc hoạt mô hình hoàn thiện hơn. Chương 5: Kết Qủa, Nhận Xét và Đánh Giá Nêu rõ được trong quá trình đồ án đã thu được những kết quả, tìm hiểu và thu thập được nhiều kiến thức cũng như tích luỹ thêm kinh nghiệm để có thể bước ra môi trường học tập để thích nghi với môi trường làm việc của doanh nghiệp. Tiến hành nhận xét kết quả trong quá trình thực hiện đồ án giữa những gì thực hiện thực tế so với kết quả trong lý thuyết. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 3
19. CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN Chương 6: Kết Luận và Hướng Phát Triển Kết luận về những gì đạt được trong quá trình thực hiện đồ án. Đưa ra thêm những hướng phát triển khả thi cho đề tài để có thể ứng dụng tốt trong thực tế BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 4
20. CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 QUY TRÌNH TRỒNG RAU THUỶ CANH 2.1.1 Giới thiệu về thủy canh Thủy canh (Hydroponics) là hình thức canh tác cây trồng trong dung dịch, là biện pháp kỹ thuật trồng cây không dùng đất. Cây trồng được trồng trên hoặc trong dung dịch dinh dưỡng, sử dụng dinh dưỡng hòa tan trong nước dưới dạng dung dịch vàtùy theo từng kỹ thuật mà toàn bộ hoặc một phần bộ rễ câyđược ngâm trong dung dịch dinh dưỡng. Phân loại các hệ thống thủy canh: - Hệ thống thủy canh tĩnh: Ở hệ thống này, một hoặc toàn bộ rễ cây được nhúng liên tục vào trong dung dịch dinh dưỡng là hệ thống mà trong quá trìnhtrồng cây, dung dịch dinh dưỡng không chuyển động. Hệ thống này có giá thành thấp hơn, nhưng hạn chế là thường thiếu ôxy trong dung dịch và dễ sinh ra chua gây ngộ độc chocây. - Hệ thống thủy canh động: Đây là hệ thống mà trong quátrình trồng cây, dung dịch dinh dưỡng có sự chuyển động. Chi phí cao hơn nhưng cây trồng không bị thiếu ôxy. 2.1.2 Mô Tả kỹ thuật trồng rau thuỷ canh Dung dịch hồi lưu về bể Bơm dung dịch Bể chứa dung dịch Hình 2. 1: Quy trình trồng rau thủy canh hồi lưu Hệ thống này có đặc điểm là trồng cây trong nước sâu hoặc nửa sâu. Cóhoặc không sử dụng bể chứa dung dịch dinh dưỡng. Trong hệ thống có các máng trồngcây tĩnh. Dung dịch dinh dưỡng được chảy với vận tốc thích hợp qua rễ cây và cóhồilưu BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 5
21. CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT nhờ một hệ thống bơm. Rễ cây hoàn toàn nằm trong dung dịch dinh dưỡng sâulưu chuyển. Độ sâu của dung dịch được điều chỉnh theo yêu cầu của mỗi loại cây và từng giai đoạn sinh trưởng của cây. Ưu điểm mô hình trồng rau thuỷ canh: Không phải làm đất, không có cỏ dại. Trồng được nhiều vụ, có thể trái vụ, không cần tưới. Không phải sử dụng thuốc trừ sâu bệnh, trừ cỏ dại. Năng suất cao hơn từ 25% đến 50%. Sản phẩm hoàn toàn sạch đồng nhất. Người già yếu trẻ em có thể tham gia có hiệu quả. Không tích lũy chất độc, không gây ô nhiễm môi trường. 2.1.3 Tìm hiểu thông số môi trường của một số cây trồng Trong quá trình tìm hiểu thực tế ở mộtsố mô hình trồng rau thuỷ canh ở hộ gia đình và một số trang trại trong thành phố Hồ Chí Minh. Cùng với việc tham khảomột số tài liệu về cácếu y tố sinh trưởng của cây trồng [2]. Nhóm đã tổng hợp lại được các thông số chính của một số loại cây trồng thôngqua các giai đoạn phát triển của nó. Từ đó làm cơ sở để dựa vào các thông số đó tiến hành việc xây dựng mô hình điều khiển cho cây trồng.  Cây rau cải xanh Nhóm cải xanh có khả năng chịu được nóng và mưa to, nhóm cải này cókhả năng thích ứng rộng, thường được trồng quanh năm đặc biệt trong vụ Xuân Hè và vụ Thu Đông để chống giáp vụ rau, thời gian sinh trưởng ngắn (sau gieo 30- 50 ngày có thể thu hoạch), có thể trồng xen hoặc gieo lẫn với các loại rau khác rấttốt. Bảng 2. 1: Thông số môi trường cây rau cải Giai đoạn Nhiệt độ(oC) Độ ẩm(%) EC(ms/cm) PH Cây con(10 ngày) 17-20 70-80 1 6.5-7 Sinh trưởng phát triển 18-22 85-95 1.3 6.5-7 (10-18 ngày) Thời kì cuối 16-18 85-95 1.6 6.5-7 (thu hoạch 18-25 ngày ) BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 6
22. S K L 0 0 2 1 5 4