Nghiên cứu, thiết kế hệ thống pha chế, cung cấp dung dịch tự động cho dây chuyền sản xuất rau an toàn bằng phương pháp thuỷ canh

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật...................i BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI -------------o0o------------- NGUYỄN THÁI HỌC NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHA CHẾ, CUNG CẤP DUNG DỊCH TỰ ðỘNG CHO DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT RAU AN TOÀN BẰNG PHƯƠNG PHÁP THỦY CANH LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành: ðiện khí hóa sản xuất nông nghiệp và nông thôn Mã số : 60.52.54 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:PGS.TS. PHAN XUÂN MINH TS. NGÔ TRÍ DƯƠNG HÀ NỘI - 2010 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật...................i LỜI CAM ðOAN Tôi xin cam ñoan luận văn thạc sĩ kỹ thuật này là công trình nghiên cứu của riêng cá nhân tôi. Các tài liệu, số liệu ñược nêu trong luận văn là trung thực. Các luận ñiểm và các kết quả nghiên cứu chưa từng ñược công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Hà Nội, ngày 17 tháng 10 năm 2010 Tác giả luận văn Nguyễn Thái Học Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật...................ii LỜI CẢM ƠN Luận văn ñược hoàn thành tại Bộ môn ðiện kỹ thuật – Khoa Cơ ðiện – Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội dưới sự hướng dẫn khoa học của: PGS.TS. PHAN XUÂN MINH TS. NGÔ TRÍ DƯƠNG Trong quá trình thực hiện luận văn, tác giả ñã nhận ñược sự giúp ñỡ chân thành và nhiệt tình của các Thầy (Cô) Bộ môn ðiều khiển tự ñộng – Khoa ðiện – ðại học Bách khoa Hà Nội, các Thầy (Cô) Bộ môn ðiện kỹ thuật – Khoa Cơ ðiện – Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội, các Thầy (Cô) trong Viện ñào tạo sau ñại học – Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội và cùng toàn thể bạn bè, ñồng nghiệp. Nhân dịp này tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới PGS.TS. PHAN XUÂN MINH và TS. NGÔ TRÍ DƯƠNG ñã trực tiếp hướng dẫn khoa học,cùng các tập thể, cá nhân, các nhà khoa học và các bạn bè ñồng nghiệp về những ñóng góp quý báu trong quá trình thực hiện luận văn. Trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn, vì thời gian và trình ñộ có hạn, nên không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận ñược ý kiến ñóng góp chân thành của quý Thầy Cô và bạn bè ñồng nghiệp. Hà Nội, ngày 17 tháng 10 năm 2010 Tác giả luận văn Nguyễn Thái Học Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật...................iii MỤC LỤC LỜI CAM ðOAN ..........................................................................................i LỜI CẢM ƠN...............................................................................................ii MỤC LỤC....................................................................................................iii MỞ ðẦU.....................................................................................................vii I TÍNH CẤP THIẾT CỦA ðỀ TÀI.............................................................1 II. MỤC ðÍCH CỦA ðỀ TÀI ......................................................................2 III. ðỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU.......................................2 IV. NHIỆM VỤ CỦA ðỀ TÀI .....................................................................2 V. NỘI DUNG ðỀ TÀI ................................................................................3 VI. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU..........................................................3 VII. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN ..........................................3 VIII CƠ SỞ DỮ LIỆU .................................................................................4 IX. CẤU TRÚC CỦA ðỀ TÀI.....................................................................4 CHƯƠNG I ðÁNH GIÁ TỔNG QUAN HIỆN TRẠNG ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ CAO VÀO SẢN XUẤT RAU AN TOÀN...........................5 1.1.Tình hình sản xuất rau ứng dụng công nghệ cao ở Việt Nam..............5 1.2. Tình hình sản xuất rau ứng dụng công nghệ cao trên thế giới............5 1.2.1. Mô hình giao diện ñiều khiển của Jack Ross ......................................7 1.2.2. Mô hình giao diện ñiều khiển của Garzoli Keith ................................8 1.2.3. Giao diện của phần mềm ñiều khiển ECOS [14] ................................9 1.3. Quy trình sản xuất rau an toàn bằng phương pháp thủy canh.........10 1.4. Hệ thống tự ñộng hóa sản xuất rau an toàn cho nhiều loại rau ........13 1.5. Cách pha chế dung dịch trong quá trình sinh trưởng và phát triển của rau trồng thủy canh.............................................................................15 1.6. Lựa chọn phương pháp trộn ...............................................................16 1.7. Kết luận................................................................................................17 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật...................iv CHƯƠNG II. NGHIÊN CỨU PHẦN CỨNG VÀ PHẦN MỀM SIMATIC Manager PHẦN MỀM GIAO DIỆN ðIỀU KHIỂN WinCC CỦA HÃNG SIEMENS....................................................................................................19 2.1. Hệ SIMATIC S7 -300 [6].....................................................................19 2.1.1 Cấu trúc và nguyên lý làm việc của thiết bị ñiều khiển logic khả trình (PLC) ...........................................................................................................19 2.1.2 Các module của hệ PLC S7-300 .........................................................19 a). Module CPU:..........................................................................................19 b). Module mở rộng:....................................................................................20 2.1.3 Cấu hình hệ thống ñiều khiển trên nền PLC S7-300 .........................20 2.2 Phần mềm STEP 7................................................................................21 2.2.1 Các chức năng cơ bản của STEP 7 ....................................................21 2.2.2 Phương pháp tổ chức chương trình ñiều khiển .................................22 2.2.2.1 Lập trình tuyến tính .........................................................................22 2.2.2.2 Lập trình có cấu trúc .......................................................................22 2.2.2.2.1 Các khối tổ chức OB.....................................................................22 2.2.2.2.2 Các hàm và các khối hàm .............................................................24 2.2.2.2.3. Module ñiều khiển mềm trong SIMATIC Manager[19]..............25 2.2.3. Mạng PLC dùng Profibus DP ...........................................................30 2.2.3.1 Phân loại mạng Profibus .................................................................30 a. Mạng Profibus – FMS (Field Message Specification) ............................31 b). Mạng Profibus PA ( Process Automation) ............................................32 2.2.3.2. Các thiết bị thường dùng trong mạng Profibus– DP.....................32 2.2.3.3. Thiết bị master sử dụng trong mạng PLC ......................................34 2.2.3.4. Thiết bị slave sử dụng trong mạng PLC .........................................35 2.3. Phần mềm thiết kế giao diện giám sát, ñiều khiển hệ thống WinCC 36 2.4. Kết luận................................................................................................37 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật...................v CHƯƠNG III. THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH PHA CHẾ, CUNG CẤP DUNG DỊCH TỰ ðỘNG......................................................39 3.1. Quy trình công nghệ và các tham số ñiều khiển ................................39 3.2. Bài toán ñiều khiển nhiệt ñộ dung dịch bình trộn .............................41 3.2.1. Quy trình công nghệ ..........................................................................41 3.2.2. Mô hình hóa ñối tượng nhiệt ñộ buồng trộn .....................................42 3.2.2.1. Mô hình hóa ñối tượng trong SIT của Matlab ...............................42 A). Tổng quan về công cụ SIT trong Matlab...............................................42 a). ðịnh nghĩa mô hình (Definition of Model)............................................42 b) Một số mô hình ñược hỗ trợ trong SIT ...................................................43 c) ðịnh nghĩa Model object .........................................................................44 d) Tổng quan về ước lượng mô hình (Estimating Models) .........................45 e) Mô hình ñược hỗ trợ cho dữ liệu trong miền thời gian, miền tần số......45 f) Các thuật toán ñược hỗ trợ ñể ước lượng tham số cho mô hình.............46 B. Làm việc với SIT GUI .............................................................................46 a) Nhập mô hình vào System Identification Tool........................................47 b) Nhập dữ liệu vào System Identification Tool ..........................................48 c). Ước lượng tham số mô hình không tham số tuyến tính và mô hình tham số..................................................................................................................51 3.2.2.2. Thiết kế bộ ñiều khiển dựa trên cơ sở thực nghiệm .......................63 3.3. Bài toán ñiều khiển tỷ lệ trộn dung dịch theo nồng ñộ EC................65 3.4. Bài toán ñiều khiển mức các bình dung dịch thành phần .................66 3.5. Lựa chọn giải pháp kỹ thuật ...............................................................66 3.5.1 Cấu trúc hệ thống ñiều khiển và giám sát ..........................................66 3.5.2. Kiểm chứng giải pháp kỹ thuật trên một nhà trồng ..........................67 3.5.2.1. Giải pháp phần cứng ......................................................................67 3.5.2.2. Thiết kế phần mềm ñiều khiển........................................................69 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật...................vi a. Bài toán ñiều khiển mức và trộn dung dịch ............................................71 b. Bài toán ổn ñịnh biến EC trong dung dịch ............................................71 c. Bài toán ñiều khiển nhiệt ñộ dung dịch bình trộn...................................72 3.5.2.3. Thiết kế giao diện giám sát, ñiều khiển hệ thống ...........................74 3.5. Thiết kế bản vẽ thi công ......................................................................76 3.6. Lập trình ñiều khiển, vận hành chạy thử mô hình thông qua giao diện ñiều khiển............................................................................................83 3.7. Kết quả và thảo luận............................................................................87 3.8. Kết luận................................................................................................93 KẾT LUẬN VÀ ðỀ NGHỊ.........................................................................95 1. KẾT LUẬN ..........................................................................................95 2. ðỀ NGHỊ ................................................................................................95 TÀI LIỆU THAM KHẢO..........................................................................97 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật...................vii DANH MỤC HÌNH VẼ Trang Hình 1.1 Sản xuất cà chua trong nhà plastic theo phương pháp bán thuỷ canh không hồi lưu RtW ở Úc. 5 Hình 1.2 Sản xuất xà lách trong nông trại có mái che theo phương pháp thuỷ canh hồi lưu NFT ở Úc. 6 Hình 1.3 Sản xuất rau ăn lá trong nhà kính theo phương pháp thuỷ canh ở Nhật bản. 6 Hình 1.4 Sản xuất dâu tây trong nhà plastic theo phương pháp thuỷ canh ở Nhật bản. 6 Hình 1.5 Mô hình giao diện ñiều khiển của Jack Ros 7 Hình 1.6 Mô hình giao diện ñiều khiển của Garzoli Keith 8 Hình 1.7 Giao diện của phần mềm ñiều khiển Ecos 9 Hình 1.8 Mô hình hệ thống thuỷ canh hồi lưu kiểu NF 11 Hình 1.9 Mô hình hệ thống thủy canh không hồi lưu kiểu RtW 12 Hình 1.10 Mô hình hệ thống sản xuất rau an toàn 14 Hình 2.1 Lập trình tuyến tính 22 Hình 2.2 Sơ ñồ cấu trúc của khối FB41 25 Hình 2.3 Sơ ñồ cấu trúc chức năng của khối FB 41 26 Hình 2.4 Giao diện tạo khối DB mới 27 Hình 2.5 Gán tham số cho khối FB 41 27 Hình 2.6 Sơ ñồ nguyên lý ñiều khiển PID trong khối OB35 29 Hình 2.7 Phân cấp trong một mạng 29 Hình 2.8 Mạng Profibus FMS 30 Hình 2.9 Mạng Profibus DP 30 Hình 2.10 Nối Bus connector 32 Hình 2.11 ET 200M 34 Hình 2.12 ET 200B 34 Hình 3.1 Quy trình công nghệ của hệ thống pha chế cung cấp dung dịch tự ñộng cho dây chuyền sản xuất rau an toàn bằng phương pháp thủy canh 38 Hình 3.2 Sơ ñồ cấu trúc của hệ thống ổn ñịnh nhiệt ñộ dung dịch bình trộn 39 Hình 3.3 Sơ ñồ cấu trúc của hệ thống ñiều khiển 40 Hình 3.4 Giao diện của SIT GUI 43 Hình 3.5.a Nhập mô hình vào SIT trong Matlab 44 Hình 3.5.b Nhập mô hình vào SIT trong Matlab 45 Hình 3.6 ðặc tính nhiệt ñộ dung dịch trộn 46 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật...................viii Hình 3.7.a Nhập dữ liệu vào SIT trong Matlab 47 Hình 3.7.b Nhập dữ liệu vào SIT bằng cách chọn Import data 47 Hình 3.8 Cửa sổ ước lượng tham số trong SIT của Matlab 50 Hình 3.9 Cửa sổ sau khi ước lượng tham số trong SIT của Matlab 53 Hình 3.10 So sánh ñồ thị ñặc tính của ñối tượng thực với ñặc tính của khâu quán tính bậc nhất có trễ 54 Hình 3.11 Cửa sổ hiển thị kết quả các giá trị trong hàm truyền của khâu quán tính bậc nhất có trễ 54 Hình 3.12 So sánh ñồ thị ñặc tính của ñối tượng thực với ñặc tính của khâu quán tính bậc hai có trễ 55 Hình 3.13 Cửa sổ hiển thị kết quả các giá trị trong hàm truyền của khâu quán tính bậc hai có trễ 56 Hình 3.14 So sánh ñồ thị ñặc tính của ñối tượng thực với ñặc tính của khâu quán tính bậc ba có trễ 57 Hình 3.16 Sơ ñồ mô phỏng hệ thống ñiều khiển 59 Hình. 3.17 Kết quả mô phỏng với bộ ñiều khiển PI và Km = 0.5; TI = 1/255.8936 59 Hình 3.18 Cấu trúc hệ thống ñiều khiển và giám sát 62 Hình 3.19 Giải pháp phần cứng cho một nhà trồng 63 Hình 3.20 Cấu trúc chương trình trong khối OB35 64 Hình 3.21 Cấu trúc chương trình trong khối OB1 65 Hình 3.22 Thuật toán ñiều khiển mức dung dịch 65 Hình 3.23 Thuật toán ñiều khiển tỷ lệ phối trộn theo nồng ñộ EC 66 Hình 3.24 Thuật toán ñiều khiển nhiệt ñộ dung dịch trộn 67 Hình 3.25 Lập trình ñiều khiển trên phần mềm STEP7 67 Hình 3.26 Lập trình giao diện giám sát, ñiều khiển bằng phần mềm Wincc 68 Hình 3.27 Sơ ñồ cấp ñiện tổng 70 Hình 3.28 Sơ ñồ mạch lực 71 Hình 3.29 Mạch cấp nguồn cho hệ thống ñiều khiển 72 Hình 3.30 Mạch tạo nguồn một chiều cho mạch ñiều khiển 72 Hình 3.31 Mạch ñiều khiển 73 Hình 3.32 Mạch ñiều khiển van ñiện 74 Hình 3.33 Sơ ñồ ñiều khiển cảm biến mức 75 Hình 3.34 Sơ ñồ ñấu dây ñầu vào và ñầu ra bộ ñiều khiển PLC 76 Hình. 3.35 Giao diện ñiều khiển hệ thống pha chế và trộn dung dịch 77 Hình. 3.36 Cửa sổ lựa chọn thông số cho giao diện ñiều khiển 78 Hình. 3.37 Cửa sổ giám sát các thông số vận hành của hệ thống 78 0 0 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật...................ix Hình. 3.38 Cửa sổ giám sát, ñiều khiển hệ thống 79 Hình. 3.39 Cửa sổ vận hành chế ñộ ñiều khiển cưỡng bức hệ thống theo thời gian thực 80 Hình. 3.40 Cửa sổ theo dõi quá trình hoạt ñộng của các cơ cấu trong hệ thống 81 Hình. 3.40 Mô hình hệ thống pha chế và trộn dung dịch tự ñộng phục vụ cho dây chuyền sản xuất rau an toàn bằng phương pháp thủy canh 85 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật...................x DANH MỤC BẢNG BIỂU Trang Bảng 1.1 Các thông số cơ bản trong dung dịch trộn 18 Bảng 2.1 So sánh các mạng PROFIBUS 31 Bảng 3. 1 Giá trị nhiệt ñộ dung dịch trộn trong thời gian 5.5 giờ 45 Bảng 3.2 Kiểu dữ liệu khi nhập vào SIT 48 Bảng 3.3 ðiều chỉnh tham số bộ ñiều khiển 60 Bảng 3.4 Bảng tín hiệu vào/ra của trạm trộn 63 Bảng 3.5 Kết quả khảo nghiệm bộ ñiều chỉnh cho ñối tượng 82 Bảng 3.6 Kết qủa tỷ lệ phối trộn khi chạy mô hình với loại cây cà chua 83 Bảng 3.7 Kết qủa tỷ lệ phối trộn khi chạy mô hình với loại cây dưa chuột 83 Bảng 3.8 Kết qủa tỷ lệ phối trộn khi chạy mô hình với loại cây rau diếp 84 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật...................xi DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Trang EC Electrical Conductivity – ðộ dẫn ñiện trong dung dịch 1 NFT Nutrient Film Technique – Mô hình hồi lưu 10 RTW Run to Waste – Mô hình không hồi lưu 10 SIT System Identification Tool – Công cụ nhận dạng hệ thống 40 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật...................1 MỞ ðẦU I TÍNH CẤP THIẾT CỦA ðỀ TÀI Trong khẩu phần ăn của người Việt Nam cũng như trên toàn thế giới từ sưa tới nay thì rau là một trong những món ăn không thể thiếu. Tuy nhiên trong công cuộc Công nghiệp hóa – Hiện ñại hóa của nước ta hiện nay ñã và ñang làm diện tích ñất nông nghiệp bị thu hẹp. ðể khắc phục tình trạng mất diện tích sản xuất mà sản lượng rau vẫn tăng người trồng rau ñã tìm mọi cách ñể thâm canh tăng năng suất. Tuy nhiên do lạm dụng quá nhiều hóa chất như thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ, phân ñạm và ảnh hưởng bởi ô nhiễm ñất, nước, không khí do quá trình công nghiệp hóa gây lên. Làm hàm lượng ñộc tố trong rau tăng quá mức cho phép, ñây là nguyên nhân chính dẫn ñến các vụ ngộ ñộc thực phẩm gây lên các các bệnh nguy hiểm. Trước tình hình ñó giải pháp tối ưu là mô hình sản xuất rau an toàn bằng công nghệ không dùng ñất. Với công nghệ này chỉ bằng một bộ ñiều khiển trung tâm ta có thể ñiều khiển nhiều thông số trong nhiều nhà lưới như nhiệt ñộ, ánh sáng, ñộ PH, ñộ EC, tỷ lệ phối trộn các chất dinh dưỡng trong dung dịch trồng cây. Khi ñó hoàn toàn kiểm soát ñược hàm lượng các chất dinh dưỡng trong dung dịch, ñiều khiển tự ñộng các thông số trong nhà lưới như nhiệt ñộ, ñộ ẩm, ánh sáng…giúp chúng ta tiết kiệm diện tích sản xuất có thể áp dụng ngay trên mái nhà trong khu ñô thị, cung cấp tới tay người tiêu dùng những sản phẩm rau an toàn. Với hệ thống trồng rau bằng công nghệ thủy canh thì khâu cơ bản, quan trọng mang tính sống còn cho toàn hệ thống ñó chính là hệ thống phối trộn các dung dịch thành phần, ñể ñảm bảo sao cho dung dịch cung cấp cho cây trồng luôn bảo ñảm tỷ lệ phối trộn, các giá trị nhiệt ñộ, ñộ PH, EC… luôn phải nằm trong giới hạn cho phép. Trước thực trạng ñó tôi tiến hành nghiên cứu ñề tài: “Nghiên cứu, thiết kế hệ thống pha chế, cung cấp dung dịch tự ñộng cho dây chuyền sản xuất rau an toàn bằng phương pháp thuỷ canh”. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật...................2 Với ñề tài này sẽ tạo ra hệ thống pha chế, cung cấp dung dịch tự ñộng phục vụ cho dây chuyền sản xuất rau an toàn. Trong quá trình thực hiện ñề tài chúng tôi khảo sát mô hình thực tế, nghiên cứu các giải pháp ñiều khiển tự ñộng trên cơ sở ñó xây dựng mô hình thực nghiệm sử dụng PLC S7-300 của hãng Siemens (ðức) làm bộ ñiều khiển, kết hợp với phần mềm lập trình SIMATIC Manager và phần mềm thiết kế giao diện ñiều khiển Win CC (cùng hãng). Qua nhiều lần thử nghiệm và trên cơ sở tính toán chúng tôi khẳng ñịnh ñề tài ñảm bảo tính thực tế, có thể ứng dụng trong sản xuất nông nghiệp công nghệ cao ngày nay ở Việt Nam. II. MỤC ðÍCH CỦA ðỀ TÀI - Nghiên cứu mô hình sản xuất rau an toàn trong thực tiễn từ ñó thiết kế mô hình thực nghiệm trên cơ sở sử dụng các thiết bị có sẵn ở trong nước, có khả năng làm chủ công nghệ cao. - Xây dựng hệ thống ñiều khiển, giao diện giám sát trên các phần mềm SIMATIC Manger và WinCC. III. ðỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU - Hệ thống ñiều khiển và giao diện giám sát ñiều khiển mô hình pha trộn và cung cấp dung dịch tự ñộng cho dây chuyền sản xuất rau an toàn bằng phương pháp thủy canh. IV. NHIỆM VỤ CỦA ðỀ TÀI - ðể thực hiện ñược mục ñích nêu trên, ñề tài cần giải quyết các nhiệm vụ sau: + ðánh giá hiện trạng vận dụng công nghệ cao vào sản xuất nông nghiệp trong nước và trên thế giới. + Nghiên cứu ñề xuất các phương án tự ñộng hóa các công ñoạn trong mô hình sản xuất rau an toàn bằng phương pháp thủy canh. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật...................3 + Nghiên cứu thiết kế hệ thống ñiều khiển mô hình pha trộn và cung cấp dung dịch tự ñộng cho dây chuyền sản xuất rau an toàn bằng phương pháp thủy canh bằng PLC. + Xây dựng giao diện giám sát ñiều khiển mô hình pha trộn và cung cấp dung dịch tự ñộng cho dây chuyền sản xuất rau an toàn bằng phương pháp thủy canh bằng phần mềm WinCC. V. NỘI DUNG ðỀ TÀI - ðánh giá tổng quan hiện trạng vận dụng công nghệ cao trong sản xuất nông nghiệp. - Xây dựng bài toán công nghệ cho mô hình pha trộn và cung cấp dung dịch tự ñộng cho dây chuyền sản xuất rau an toàn bằng phương pháp thủy canh. - Xây dựng thuật toán ñiều khiển mô hình. - Chọn giải pháp, thiết bị ñiều khiển ñể xây dựng mô hình thực nghiệm, vận hành và kiểm chứng lại kết quả. VI. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - Kế thừa và sử dụng kết quả của các công trình nghiên cứu trước. - Kế thừa kinh nghiệm thực tế của các mô hình sản xuất ñã và ñang vận hành trong thực tế. - Sử dụng phần mếm SIMATIC Manager, WinCC ñể lập trình và viết giao diện cho bộ ñiều khiển. - Xây dựng mô hình thực nghiệm, vận hành chạy thử nhiều lần ñể kiểm tra phát hiện lỗi rồi từ ñó hoàn thiện mô hình ñưa vào sản xuất ñại trà. VII. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN - ðánh giá hiện trạng vận dụng công nghệ cao vào sản xuất nông nghiệp trong và ngoài nước, nghiên cứu, ñưa ra các giải pháp, thiết kế hệ thống ñiều khiển mô hình pha trộn và cung cấp dung dịch tự ñộng cho dây Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật...................4 chuyền sản xuất rau an toàn bằng phương pháp thủy canh bằng PLC và WinCC. Nâng cao chất lượng ñiều khiển có thể áp dụng vào sản xuất thực, vì vậy ñề tài có mang tính khoa học và thực tiễn. VIII CƠ SỞ DỮ LIỆU - Luận văn ñược thực hiện dựa trên cơ sở các tài liệu sau: + Căn cứ vào hiện trạng vận dụng công nghệ cao vào sản xuất rau an toàn trong và ngoài nước. + Căn cứ vào quy hoạch phát triển xuất khẩu các mặt hàng nông sản nói chung và sản xuất rau an toàn nói riêng của Việt Nam. IX. CẤU TRÚC CỦA ðỀ TÀI CHƯƠNG I. ðÁNH GIÁ TỔNG QUAN HIỆN TRẠNG ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ CAO VÀO SẢN XUẤT RAU AN TOÀN CHƯƠNG II. NGHIÊN CỨU PHẦN CỨNG VÀ PHẦN MỀM SIMATIC Manager PHẦN MỀM GIAO DIỆN ðIỀU KHIỂN WinCC CỦA HÃNG SIEMENS CHƯƠNG III. THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH PHA CHẾ, CUNG CẤP DUNG DỊCH TỰ ðỘNG KẾT LUẬN VÀ ðỀ NGHỊ Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật...................5 CHƯƠNG I ðÁNH GIÁ TỔNG QUAN HIỆN TRẠNG ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ CAO VÀO SẢN XUẤT RAU AN TOÀN 1.1.Tình hình sản xuất rau ứng dụng công nghệ cao ở Việt Nam Trong những năm gần ñây, khoa học và công nghệ cũng ñã góp phần tích cực ñưa năng suất và chất lượng sản phẩm nông nghiệp của Việt Nam lên cao và trở thành nước xuất khẩu nông sản. Song trước tiến trình hội nhập, nông nghiệp Việt Nam còn gặp không ít khó khăn bởi phần lớn vẫn sản xuất theo kiểu truyền thống. Chính vì vậy, các sản phẩm xuất khẩu rất khó cạnh tranh về chất lượng và vệ sinh an toàn thực phẩm. Như vậy, mở rộng việc ứng dụng công nghệ cao trong sản xuất nông nghiệp là xu thế chung. Xác ñịnh hình thức và quy mô ñầu tư, cần thiết phải xây dựng khu công nghệ cao “Made-in-Vietnam”, lấy hiệu quả làm thước ño ñể có thể mở rộng quy mô trong tương lai. 1.2. Tình hình sản xuất rau ứng dụng công nghệ cao trên thế giới Kỹ thuật công nghệ cao trong nông nghiệp ñang diễn ra mạnh mẽ trên thế giới, ñặc biệt ở những nước tiên tiến như Hà Lan, Hoa kỳ, Israel, Nhật, Úc v.v... ðây 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, công nghệ nano ñể tạo ra nông sản có năng suất cao, chất lượng tốt, giá thành thấp. Dựa vào công nghệ chuyển gien, các nước tiên tiến ñã tạo ra ñược các giống cây trồng có năng suất siêu cao, chống bệnh tốt và ñặc biệt là mang những vitamin, chất chống oxit-hoá có lợi cho sức khoẻ của con người. Hình 1.1: Sản xuất cà chua trong nhà plastic theo phương pháp bán thuỷ Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật...................6 canh không hồi lưu RtW ở Úc. Hình 1.2: Sản xuất xà lách trong nông trại có mái che theo phương pháp thuỷ canh hồi lưu NFT ở Úc. Hình 1.3: Sản xuất rau ăn lá trong nhà kính theo phương pháp thuỷ canh ở Nhật bản. Hình 1.4: Sản xuất dâu tây trong nhà plastic theo phương pháp thuỷ canh ở Nhật bản. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật...................7 Trên cơ sở khảo sát thực tế thì trên thế giới việc ứng dụng công nghệ cao vào sản xuất rau an toàn ñược thực hiện qua một số mô hình sau: 1.2.1. Mô hình giao diện ñiều khiển của Jack Ross Mô hình giao diện của Jack Ross ñược mô tả trong hình 1.5 dưới ñây là lược ñồ tổng quan các thành phần cơ bản mà máy tính giám sát, ñiều khiển hệ thống canh tác rau thủy canh [12]. Những thành phần cơ bản giao tiếp với hệ thống máy tính gồm các yêu cầu dữ liệu ñầu vào, ñầu ra. + Giao diện dữ liệu ñầu vào (Input interface equipment): Liên quan ñến việc ño các thông số như nhiệt ñộ môi trường, ñộ ẩm, nồng ñộ CO2 , cường ñộ ánh sáng, EC, pH, nhiệt ñộ dung dịch dinh dưỡng. + Giao diện dữ liệu ñầu ra (Output interface equipment) gồm bật/tắt các bơm, quạt, hệ thống làm ấm (heaters), phun sương, làm mát (coolers) và mối tương quan EC và pH trong dung dịch dinh dưỡng ñối với từng loại cây ở từng giai ñoạn sinh trưởng [12]. Hình 1.5. Mô hình giao diện ñiều khiển của Jack Ros [12] Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật...................8 1.2.2. Mô hình giao diện ñiều khiển của Garzoli Keith Với mô hình giao diện ñiều khiển của Garzoli Keith ngoài việc kết nối giữa hệ thống ñiều khiển trung tâm với các cơ cấu ñầu vào/ra thì hệ thống còn liên kết mạng ñể ñiều khiển từ xa, có thể cảnh báo chế ñộ làm việc của hệ thống từ xa. Các tín hiệu ñầu vào gồm + Các nhân tố bên trong: Nhiệt ñộ, ñộ ẩm, EC, pH, nhiệt ñộ dung dịch, ñộ ẩm ñất. + Các nhân tố bên ngoài (External factor): Nhiệt ñộ, ñộ ẩm xung quanh, cường ñộ ánh sáng, tốc ñộ và hướng gió, tỉ lệ lượng mưa. Các tín hiệu ñầu ra – tín hiệu ñiều khiển ðóng/mở màn che, ñiều chỉnh hệ thống thông gió. Bật/tắt (hệ thống làm ấm, làm mát, quạt, bơm, vũi phun, van ñiện), ñiều chỉnh ánh sáng. ðiều khiển tưới theo chu kỳ. Hình 1.6. Mô hình giao diện ñiều khiển của Garzoli Keith [13] Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật...................9 ðây là module giúp máy tính làm nhiệm vụ tự ñộng ghi lại những ñiều kiện môi trường hàng giờ (hoặc hàng phút), giám sát các hoạt ñộng của các tín hiệu ñiều khiển, từ ñó xác ñịnh những dấu hiệu bất thường ñối với cây (như phát triển chậm, phát sinh mầm bệnh), và ñối với cả hệ thống ñiều khiển ñể từ ñó bảo dưỡng hệ thống kịp thời. 1.2.3. Giao diện của phần mềm ñiều khiển ECOS [14] Hình 1.7 là giao diện kết nối giữa máy tính với hệ thống ñiều khiển canh tác thủy canh trong nhà có mái che của phần mềm ECOS mà ñang ñược sử dụng ở phổ biến trong canh tác nông nghiệp Úc. ECOS giám sát nồng ñộ pH, EC trong dung dịch dinh dưỡng, ñiều khiển hệ thống tưới nhỏ giọt, hệ thống làm ấm, hệ thống thông gió, hệ thống phun sương và nồng ñộ CO2 trong nhà có mái che. Phần mềm ñược thiết kế bởi công ty Harford Greenhouse hợp tác với Autogrow System. Môi trường khí hậu bên trong nhà có mái che (Inside Enviroment) gồm: Nhiệt ñộ, ñộ ẩm, cường ñộ ánh sáng (Solar PAR) CO2. Hình 1.7. Giao diện của phần mềm ñiều khiển Ecos [14] Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật...................10 Môi trường khí hậu bên ngoài (Outside environment) gồm: Nhiệt ñộ, ñộ ẩm, cường ñộ ánh sáng, hướng mưa, máy ño lượng mưa, cường ñộ gió và hướng gió. Các mô hình nêu trên ñã ñáp ứng ñầy ñủ các bài toán ñiều khiển các thông số trong hệ thống sản xuất nông sản bằng phương pháp thuỷ canh. Tuy nhiên nếu nhập các mô hình trên vào sản xuất nông nghiệp Việt Nam vẫn còn nhiều bất cập ñó là: Cơ sở vật chất của chúng ta còn thiếu và chưa ñồng bộ không ñáp ứng ñược, ngoài ra do chi phí các mô hình là rất lớn do ñó sẽ làm giá thành sản phẩm tăng cao không thể cạnh tranh. Mặt khác khi nhập khẩu chúng ta hoàn toàn phải phụ thuộc vào công nghệ, gây khó khăn trong quá trình vận hành và sửa chữa. Rất cần một mô hình ñựơc thiết kế tại Việt Nam. 1.3. Quy trình sản xuất rau an toàn bằng phương pháp thủy canh Có nhiều kỹ thuật cung cấp dinh dưỡng cho rau trong nhà có mái che (greenhhouse). Nhưng hiện nay trên thế giới phổ biến 2 kiểu ñó là kiểu hồi lưu (NFT: Nutrient Film Technique) và bán thuỷ canh dùng giá thể với hệ thống tưới dinh dưỡng nhỏ giọt kiểu RTW (Run to Waste). Nguyên lý hoạt ñộng của mô hình ở hình 1.8: Dung dịch sau khi cung cấp cho cây sẽ ñược thu hồi tại bồn nhỏ (Transfer tank), và ñược bơm qua thiết bị lọc ( ñể lọc lấy chất hữu cơ còn lại) tới bồn chứa (Drain tank). Sau ñó dinh dưỡng ñược bơm tới bồn tiếp theo (Recycle tank) qua hệ thống khử trùng ( Disinfection system). Nước sau khi xử lý, khử trùng, ñược ñưa vào bơm 1 (pump 1) qua van 3 chiều ( The three – way valve) ñặt tỷ lệ ñể ñiều chỉnh cho EC là 1.0. Van 3 chiều có thể ñược ñiều chỉnh thủ công hoặc tự ñộng theo yêu cầu thiết lập (setpoint) của bơm 1. Trong mô hình là ví dụ về EC của cà chua chỉ ra cho thấy lượng dinh dưỡng thêm vào chu trình mới là 1.6 ñể ñạt ñược yêu cầu về EC =2.6 ở bồn chứa dung dịch cung cấp cho hệ thống cây ( Daily Batch Tank) qua bơm (pump 2) vì ( 1.0 ở dung dịch tái chế cộng với 1.6 bằng 2.6 ). Trong hệ thống này người trồng ñiều chỉnh ñể ñầu ra là 40% nhưng không bị thất thoát ra môi trường. Kết quả là tiết kiệm ñược 40% phân bón, 40% nước và không làm ô nhiễm môi trường [8]. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật...................11 Mô hình kiểu hồi lưu NFT (Nutrient Film Technique) Hình 1.8: Mô hình hệ thống thuỷ canh hồi lưu kiểu NFT Nguyên lý hoạt ñộng của mô hình ở hình 1.9 như sau: Mô hình này chỉ ra là nước sạch ñược bơm từ bồn chứa (Raw water tank) vào bồn chứa dung dịch (Daily Batch Tank) ñặt trước giá trị EC và pH theo nhu cầu của cây ( trong mô hình này lấy ví dụ ñặt EC ._.của cà chua, EC=2.6). Trước khi và bồn này, dung dịch ñó phải ñược ñiều chỉnh EC và pH bởi các bình A, B và Axit. Bồn chứa nước sạch B DD A DD B DD C B B Bồn chứa dd sau xử lý Bồn chứa dd sau lọc Van 3 chiều Bơm 1 Bồn dd dinh dưỡng Bồn vận chuyển Hệ thống khử trùng Hệ thống luống cây trồng EC = 2.6 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật...................12 Sau ñó dung dịch này ñược bơm tới hệ thống luống cây trồng. Dung dịch sau khi cung cấp cho cây trồng ( khoảng 20 -30% ) sẽ ñược thu hồi và xử lý hoặc sử dụng ñể trồng loại cây khác. Mô hình kiểu RtW B DD A DD B DD C B Bơm 1 Bồn dd dinh dưỡng Hệ thống luống cây trồng EC = 2.6 Bơm 2 Bồn chứa nước sạch Hình 1.6. Mô hình hệ thống thuỷ canh không hồi lưu kiểu RtW Hình 1.9. Mô hình hệ thống thủy canh không hồi lưu kiểu RtW Qua hai mô hình sản xuất rau an toàn bằng phương pháp thủy canh chúng ta thấy hệ thống phối trộn các dung dịch thành phần cũng như ñảm bảo ổn ñịnh một số thông số cho dung dịch sau phối trộn là khâu quan trọng nhất. Nó quyết ñịnh ñến chất lượng cho toàn hệ thống sản xuất rau an toàn. Bởi nếu tỷ lệ phối trộn các dung dịch thành phần mà sai khác so với ñiều kiện chuẩn của từng loại rau theo từng chu kỳ sinh trưởng sẽ làm cho khả năng sinh trưởng của cây kém ñi, thậm chí gây lụi và chết cây. Hoặc nếu nhiệt ñộ dung dịch bình trộn quá cao làm cho các chất thành phần sẽ kết tủa và mất dinh dưỡng ảnh hưởng ñến quá trình sinh trưởng của cây. Chính vì những ñiều ñó, trong giới hạn luận văn chúng tôi tiến hành nghiên cứu thiết kế hệ Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật...................13 thống pha trộn dung dịch tự ñộng cho dây chuyền sản xuất rau an toàn bằng phương pháp thủy canh. 1.4. Hệ thống tự ñộng hóa sản xuất rau an toàn cho nhiều loại rau Căn cứ vào công nghệ và mô hình của hệ thống sản xuất rau an toàn ñược áp dụng trên thế giới. Trong quá trình thiết kế xây dựng hệ thống ñiều khiển và giao diện giám sát ñiều khiển sử dụng PLC S7 – 300 làm bộ ñiều khiển trung tâm cho một khu trồng rau với nhiều nhà lưới. Mỗi nhà lưới trồng nhiều loại rau ở nhiều thời kỳ sinh trưởng khác nhau vì vậy bộ ñiều khiển PLC S7 – 300 sẽ phải xuất ra các tín hiệu ñiều khiển tỷ lệ phối trộn và ñảm bảo ổn ñịnh nhiệt ñộ dung dịch cho mỗi nhà lưới là khác nhau sao cho phù hợp với chủng loại và thời kỳ sinh trưởng của các loại rau trong nhà lưới ñó. Với sơ ñồ hình 1.10 cho ta thấy với một trung tâm ñiều khiển ñược trang bị bởi bộ ñiều khiển master là CPU 315 – 2DP ñược ghép nối với giao diện giám sát ñiều khiển HMI qua cáp MPI. Bộ ñiều khiển master ñược ghép nối với nhiều module mở rộng loại ET200M-IM153 ñược ñặt trong các nhà lưới thành phần 1,2, 3. Do trong một khu sản xuất rau an toàn sẽ có nhiều nhà lưới. Trong mỗi nhà lưới sẽ có thể trồng nhiều loại rau ở các thời kỳ sinh trưởng khác nhau. Vì vậy với bộ ñiều khiển trung tâm phải ñưa ra các câu lệnh ñể ñiều khiển các thông số như ñộ PH, EC, nhiệt ñộ dung dịch trộn, tỷ lệ phối trộn các dung dịch thành phần tùy thuộc vào loại rau và thời kỳ sinh trưởng của từng loại rau ñược trồng trong các nhà lưới. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật...................14 Hình 1.10. Mô hình hệ thống sản xuất rau an toàn ET200 Tỷ lệ: A:B:C EC CHUAN CÂY RAU DIẾP G ð LÁ M Ầ M (15 :10 :13 -0 .6) G ð TH U H O Ạ C H(10 :1215 -1 .5) G ð PHÁ T TR IỂN(13 :15 :10 -0 .8) NHÀ LƯỚI 3 ET200 Tỷ lệ: A:B:C - EC CHUAN CÂY CÀ CHUA G ð LÁ M Ầ M (10 :12 :15 - 2 .4) G ð TH U H O Ạ C H(12 :15 :15 -4 .6) G ð PHÁ T TR IỂN(10 :14 :15 -3 .5) NHÀ LƯỚI 1 ET200 Tỷ lệ: A:B:C EC CHUAN CÂY DƯA G ð LÁ M Ầ M (15 :12 :10 -1 .5) G ð TH U H O Ạ C H(10 :12 :13 -2 .4) G ð PHÁ T TR IỂN(13 :10 :15 -1 .8) NHÀ LƯỚI 2 HMI PROFIBUS-DP BỘ ðIỀU KHIỂN TRUNG TÂM Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật...................15 Trong quy trình sản xuất rau an toàn bằng phương pháp thủy canh thì việc ñiều chỉnh tự ñộng các thông số nhà lưới như nhiệt ñộ, ñộ ẩm, ánh sáng, ñộ PH, ñộ EC, tỷ lệ phối trộn các chất thành phần trong dung dịch trộn là khâu hết sức quan trọng. Nó có thể ảnh hưởng ñến chất lượng của toàn hệ thống. 1.5. Cách pha chế dung dịch trong quá trình sinh trưởng và phát triển của rau trồng thủy canh Hệ thống gồm 4 bình: Bình 1: Bình chứa nước sạch. Bình 2: Bình dung dịch các nguyên tố ña lượng – Dung dịch A. Bình 3: Bình dung dịch các nguyên tố vi lượng – Dung dịch B. Bình 4: Bình trộn tổng hợp các dung dịch cho cây trồng. Các bình này ñược ñiều chỉnh lưu lượng bằng các van ñiều chỉnh. Thực hiện các bước như sau: Bước 1: Từ giao diện ñiều khiển người vận hành nhập từ bàn phím các thông số: Loại cây ñược tưới và thời kỳ sinh trưởng của chúng từ ñó hệ thống sẽ tự ñộng tính toán ñưa ra các thông số chuẩn của dung dịch tưới ñó là ñộ PH, ñộ dẫn ñiện EC, tỷ lệ các chất trong dung dịch, và nhiệt ñộ cho phép của dung dịch tưới. Bước 2: Hệ thống sẽ tự ñộng cập nhật thông số của dung dịch bình trộn là ñộ PH, nồng ñộ EC, tỷ lệ dinh dưỡng và nhiệt ñộ dung dịch bình trộn qua hệ thống cảm biến. Bước 3: Các thông số thu ñược từ cảm biến sẽ ñược so sánh với các giá trị chuẩn ñặt trước. Từ ñó hệ thống sẽ ñưa ra các câu lệnh ñiều chỉnh các bơm và van phù hợp sao cho trong dung dịch trộn trước khi xả ñi tưới cây thì các thông số PH, EC và nhiệt ñộ luôn phải trong giới hạn cho phép. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật...................16 Trong công cuộc công nghiệp hóa hiện ñại hóa của ñất nước ta ngày nay khi mà diện tích ñất nông nghiệp ñang bị co hẹp, hàm lượng ñộc tố trong các sản phẩm nông nghiệp rất cao là nguyên nhân chính của rất nhiều vụ ngộ ñộc và các chứng bệnh nguy hiểm cho nhân dân. Vì thế việc ứng dụng kỹ thuật cao vào sản xuất nông nghiệp ñang là xu thế tất yếu. ðể xây dựng thành công hệ thống trồng rau an toàn thì thành phần phối trộn các chất dinh dưỡng trong dung dịch là yếu tố quan trọng nhất của cả hệ thống. 1.6. Lựa chọn phương pháp trộn Tùy thuộc vào ñối tượng cần pha trộn mà chúng ta có các cách trộn khác nhau: Trộn vật liệu khô ðiển hình cho vật liệu khô cần pha trộn trong thực tế mà chúng ta có thể kể ñến là trộn bê tông, trộn thức ăn chăn nuôi, trộn phân ñạm tổng hợp…ðối với vật liệu khô khi ñảo trộn chúng ta có *Nhóm máy trộn tự do: Các cánh trộn ñược gắn trực tiếp vào thùng trộn, khi thùng trộn quay các cánh trộn sẽ quay theo và nâng một phần các cốt liệu lên cao, sau ñó ñể chúng rơi tự do xuống phía dưới thùng trộn ñều với nhau tạo thành hỗn hợp trộn. Loại máy này có cấu tạo ñơn giản, tiêu hao năng lượng ít nhưng thời gian trộn lâu và chất lượng hỗn hợp không ñồng ñều bằng phương pháp trộn cưỡng bức . *Nhóm máy trộn cưỡng bức. Là loại máy có thùng trộn cố ñịnh còn trục trộn trên có gắn các cánh trộn, khi trục quay các cánh trộn khuấy ñều hỗn hợp cần trộn. Loại máy này cho phép trộn nhanh, chất lượng ñồng ñều và tốt hơn máy trộn tự do. Nhược ñiểm của nó là kết cấu phức tạp hơn, năng lượng ñiện tiêu hao lớn hơn. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật...................17 Trộn dung dịch ðối với vật liệu ở thể lỏng thì việc khuấy trộn tương ñối dễ dàng. Tuy nhiên tùy thuộc vào khối lượng riêng của dung dịch cần khuấy trộn mà chúng ta có hai cách: * Trộn dung dịch bằng sục khí Sau khi bơm các dung dịch thành phần vào bình trộn. Người ta ñặt các vòi khí có áp suất lớn ở dưới ñáy bình trộn. Khi ñó dòng khí sẽ tạo ra các dòng chảy trong bình trộn. Với phương pháp trộn này thì chỉ áp dụng với các dung dịch có trọng lượng riêng nhỏ, các chất thành phần trong dung dịch khi phối trộn với nhau không bị kết tủa. * Trộn dung dịch bằng cánh khuấy trộn Với phương pháp này người ta nối ñồng trục của ñộng cơ với cánh khuấy trộn. Khi ñó chúng ta chỉ cần quay ñộng cơ sẽ làm khuấy trộn dung dịch. ðối với phương pháp này chúng ta có thể dùng ñể trộn các chất có trọng lượng riêng lớn, khi khuấy trộn các chất thành phần có khả năng tạo ra các chất kết tủa. ðối với dung dịch dùng trong các dây chuyền sản xuất rau an toàn bằng phương pháp thủy canh thì các chất thành phần là các nhóm phân ña vi lượng rất dễ bị kết tủa vì vậy trong mô hình thiết kế của ñề tài hệ thống khuấy trộn ñược sử dụng theo phương pháp này. 1.7. Kết luận Sản xuất rau an toàn bằng công nghệ thủy canh ñã ñược ứng dụng hiệu quả rộng rãi trên toàn thế giới. Tuy nhiên ñể vận dụng công nghệ này vào ngành nông nghiệp Việt Nam một cách hiệu quả thì chúng ta không thể nhập khẩu ồ ạt công nghệ và thiết bị từ nước ngoài. Khi ñó chúng ta cần tự chế tạo và làm chủ công nghệ thiết bị. Trong quy trình sản xuất rau an toàn bằng phương pháp thủy canh thì khâu trộn dung dịch là một trong những khâu quan trọng nhất quyết ñịnh ñến Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật...................18 toàn hệ thống. Vì vậy trong giới hạn ñề tài chúng tôi tiến hành Nghiên cứu, thiết kế hệ thống pha chế, cung cấp dung dịch tự ñộng cho dây chuyền sản xuất rau an toàn bằng phương pháp thuỷ canh. Dung dịch cung cấp cho cây trồng phải luôn ñảm bảo các thông số như ñộ PH, ñộ EC, nhệt ñộ dung dịch trộn tùy thuộc vào từng loại cây và từng thời kỳ sinh trưởng. Sau khi khảo sát công nghệ sản xuất rau an toàn trong và ngoài nước với giới hạn của ñề tài chúng tôi xin ñược nghiên cứu 3 loại rau là cây dưa chuột, cây cà chua, cây rau diếp với 3 thời kỳ sinh trưởng ñược cho trong các bảng kết quả sau: Bảng 1.1 Các thông số cơ bản trong dung dịch trộn ðộ EC trong dung dịch Loại cây Cây cà chua Cây dưa chuột Cây rau xanh Giai ñoạn sinh trưởng Giai ñoạn lá mầm 2.4 1.5 0.6 Giai ñoạn phát triển 3.5 1.8 0.8 Giai ñoạn thu hoạch 4.6 2.4 1.5 Nhiệt ñộ trong dung dịch Loại cây Cây cà chua Cây dưa chuột Cây rau xanh Giai ñoạn sinh trưởng Giai ñoạn lá mầm 28 30 29 Giai ñoạn phát triển 27 31 28 Giai ñoạn thu hoạch 28 32 29 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật...................19 CHƯƠNG II. NGHIÊN CỨU PHẦN CỨNG VÀ PHẦN MỀM SIMATIC Manager PHẦN MỀM GIAO DIỆN ðIỀU KHIỂN WinCC CỦA HÃNG SIEMENS 2.1. Hệ SIMATIC S7 -300 [6] 2.1.1 Cấu trúc và nguyên lý làm việc của thiết bị ñiều khiển logic khả trình (PLC) Thiết bị ñiều khiển logic khả trình (Programmable Logic Control), viết tắt thành PLC, là loại thiết bị cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán ñiều khiển số thông qua một ngôn ngữ lập trình, thay cho việc phải thể hiện thuật toán ñó bằng mạch số. Toàn bộ chương trình ñiều khiển ñược lưu trong bộ nhớ của PLC dưới dạng các khối chương trình (khối OB, FC, FB) và ñược thực hiện lặp theo chu kỳ của vòng quét (scan). ðể thực hiện ñược môt chương trình ñiều khiển, tất nhiên PLC phải có tính năng như một máy tính, nghĩa là phải có một bộ vi xử lý (CPU), một hệ ñiều hành, bộ nhớ ñể lưu chương trình ñiều khiển, dữ liệu và tất nhiên là phải có các cổng vào/ra ñể giao tiếp ñược với ñối tượng ñiều khiển và ñể trao ñổi thông tin với môi trường xung quanh. Bên cạnh ñó, nhằm phục vụ bài toán ñiều khiển số, PLC cần phải có thêm các khối chức năng ñặc biệt khác như bộ ñếm (Counter), bộ thời gian (Timer)… và những khối hàm chuyên dụng. 2.1.2 Các module của hệ PLC S7-300 ðể tăng tính mềm dẻo trong ứng dụng thực tế mà ở ñó phần lớn các ñối tượng ñiều khiển có số tín hiệu ñầu vào, ñầu ra cũng như chủng loại tín hiệu vào/ra khác nhau mà các bộ ñiều khiển PLC ñược thiết kế không bị cứng hóa về cấu hình. Chúng ñược chia nhỏ thành các module. a). Module CPU: Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật...................20 Module CPU là loại module có chứa bộ vi xử lý, hệ ñiều hành, bộ nhớ, các bộ ñịnh thời, bộ ñếm, cổng truyền thông... và có thể có một vài cổng vào ra số. Các cổng vào ra số có trên module CPU ñược gọi là cổng vào ra onboard. b). Module mở rộng: Module mở rộng có 5 loại chính: + PS (Power Supply): Module nguồn nuôi. Có 3 loại: 2A, 5A, 10A. + SM (Signal Module): Module mở rộng cổng tín hiệu vào/ra, bao gồm: - DI (Digital Input): Module mở rộng các cổng vào số. - DO (Digital Output): Module mở rộng các cổng ra số. - DI/DO: Module mở rộng các cổng vào/ra số. - AI (Analog Input): Module mở rộng các cổng vào tương tự. - AO (Analog Output): Module mở rộng các cổng ra tương tự. - AI/AO: Module mở rộng các cổng vào/ra tương tự. + IM (Interface module): Module ghép nối. ðây là loại module chuyên dụng có nhiệm vụ nối từng nhóm các module mở rộng lại với nhau thành một khối và ñược quản lý chung bởi một module CPU. Các module mở rộng ñược gá trên một thanh rack. Trên mỗi rack có thể gá ñược tối ña 8 module mở rộng (không kể module CPU và module nguồn nuôi). Một module CPU S7-300 có thể làm việc trực tiếp ñược với nhiều nhất 4 rack và các rack này phải ñược nối với nhau bằng module IM. + FM (Function Module): Module có chức năng ñiều khiển riêng, ví dụ như module ñiều khiển ñộng cơ bước, module ñiều khiển ñộng cơ servo, module PID, module ñiều khiển vòng kín,... + CP (Communication Module): Module phục vụ truyền thông trong mạng giữa các PLC với nhau hoặc giữa PLC với máy tính. 2.1.3 Cấu hình hệ thống ñiều khiển trên nền PLC S7-300 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật...................21 Căn cứ vào yêu cầu của bài toán công nghệ ñể thiết kế bộ ñiều khiển trên nền PLC S7-300 của hãng Siemens thì chúng tôi xin ñưa ra cấu hình phần cứng của hệ thống ñiều khiển trên nền PLC S7-300 như sau: - Module PS307 là module nguồn loại 5A cấp cho CPU loại ñiện áp một chiều 24VDC. - CPU 315 - 2DP ñể có thể nối mạng ñiều khiển cho các nhà lưới thành phần. - ðể ñiều khiển các thông số tương tự như ñộ EC, nhiệt ñộ thì module mở rộng loại SM331, AI 8 * 12 bit 2.2 Phần mềm STEP 7 2.2.1 Các chức năng cơ bản của STEP 7 Bộ STEP7 chuẩn hỗ trợ cho tất cả các thao tác của một quá trình ñiều khiển tự ñộng. - Tạo một Project mới. - Khai báo cấu hình phần cứng cho một trạm PLC thuộc họ Simatic S7 – 300/400. - Xây dựng cấu hình mạng gồm nhiều trạm PLC S7 – 300/400 cũng như thủ tục truyền thông giữa chúng. - Soạn thảo và cài ñặt chương trình ñiều khiển cho một trạm hay nhiều trạm. - Quan sát và thực hiện chương trình ñiều khiển trong một trạm PLC và gỡ rối chương trình. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật...................22 - Ngoài ra STEP 7 còn có thư viện ñầy ñủ với các hàm chuẩn hữu ích, phần trợ giúp online rất mạnh giúp cho người sử dụng 2.2.2 Phương pháp tổ chức chương trình ñiều khiển 2.2.2.1 Lập trình tuyến tính Toàn bộ chương trình ñiều khiển nằm trong một khối trong bộ nhớ. Loại hình cấu trúc tuyến tính này phù hợp với những bài toán tự ñộng nhỏ, không phức tạp. Khối ñược chọn phải là khối OB1, là khối mà PLC luôn quét và thực hiện các lệnh trong nó thường xuyên, từ lệnh ñầu tiên ñến lệnh cuối cùng và quay lại lệnh ñầu tiên theo hình 2.1 Hình 2.1 Lập trình tuyến tính 2.2.2.2 Lập trình có cấu trúc 2.2.2.2.1 Các khối tổ chức OB Các khối tổ chức OB là giao tiếp giữa CPU S7 và chương trình. Ta có thể cất toàn bộ chương trình vào OB1, mà lặp lại liên tục, hoặc ta có thể cất chương trình trong các khối logic khác và sử dụng OB1 ñể gọi các khối này lúc thích hợp. Ngoài OB1, hệ ñiều hành có thể gọi các OB khác ñể ñáp ứng các sự kiện cụ thể. Mỗi CPU S7 chứa một bộ các OB (mỗi CPU khác nhau) mà ta có thể lập trình. Các OB khác nhau thực hiện các chức năng nhất ñịnh: OB1: lặp vòng chương trình chính. Lệnh 1 Lệnh 2 Lệnh cuối cùng OB1 Vòng quét . . . . . . Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật...................23 OB10 (Time of Day Interrupt): ngắt thời gian trong ngày, bắt ñầu chạy ở thời ñiểm (ñược lập trình nhất ñịnh) ñặc biệt. OB20 (Time Delay Interrupt): ngắt trì hoãn, chương trình trong khối này ñược thực hiện sau một khoảng thời gian delay cố ñịnh. OB35 (Cyclic Interrupt): ngắt tuần hoàn, lặp lại sau khoảng thời gian cách ñều nhau ñược ñịnh trước (1ms ñến 1 phút). OB40 (Hardware Interrupt): ngắt cứng, chạy khi phát hiện có lỗi trong module ngoại vi. OB80 (Cycle Time Fault): lỗi thời gian chu trình, thực hiện khi thời gian vòng quét vượt quá thời gian cực ñại ñã ñịnh . OB81 (Power Supply Fault): thực hiện khi CPU phát hiện thấy có lỗi nguồn nuôi. OB82 (Diagnostic Interrupt): chương trình trong khối này ñược gọi khi CPU phát hiện có sự cố từ module I/O mở rộng. OB85 (Not Load Fault): ñược gọi khi CPU thấy chương trình ứng dụng có sử dụng chế ñộ ngắt nhưng chương trình xử lý tín hiệu ngắt lại không có trong khối OB tương ứng. OB87 (Communication Fault): thực hiện khi có lỗi truyền thông. OB100 Thực hiện một lần khi CPU chuyển trạng thái từ STOP sang RUN. OB101 (Cold Start Up Information_chỉ có ở CPU S7-400): thực hiện một lần khi ñang RUN mất nguồn của CPU xong lại có ñiện. OB121 ( Synchronous Error): ñược gọi khi có lỗi logic trong chương trình. OB122 (Synchronous Error): ñược gọi khi có lỗi module trong chương trình. Hệ ñiều hành ghi thông tin cụ thể vào 20 bytes ñầu của các biến tạm (temp) với mỗi OB. STEP7 cung cấp các biến tạm này trong bảng khai báo biến cho OB. Chương trình có thể ñọc thông tin này ñể ñáp ứng các sự kiện khác nhau trong CPU. Ta có thể ñổi tên các biến tạm này nếu ta muốn, nhung Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật...................24 không nên ghi bất cứ dữ liệu nào vào các biến tạm này: STEP7 ghi vào các biến này mỗi lần OB bắt ñầu chạy, và bất cứ dữ liệu nào mà ta cất ở ñó sẽ bị mất. Ta có thể thêm các biến khác cho OB sau 20 bytes ñầu này. 2.2.2.2.2 Các hàm và các khối hàm Ta có thể ñể toàn bộ chương trình trong OB1. Nhưng ñể có thể viết chương trình có cấu trúc, ta sử dụng các khối logic. STEP7 cho thêm 2 loại khối logic: - Khối hàm FB (function block): là khối logic mà có vùng nhớ kết hợp với nó. FB cần có thêm bộ nhớ ở dạng khối dữ liệu tình huống “instance”. Các tham số mà ñưa vào FB và một số dữ liệu cục bộ (các biến “tĩnh”) ñược cất trong DB tình huống; dữ liệu cục bộ khác (các biến tạm) ñược cất trong “L stack”. Dữ liệu cất trong DB tình huống ñược giữ nguyên khi FB hoàn tất thực thi; dữ liệu trong “L stack” không ñược giữ lại khi FB hoàn tất. - Hàm (FC): là khối logic mà không có vùng nhớ kết hợp: FC không cần DB tình huống. Các biến cục bộ của FC ñược cất trong “L stack”; những dữ liệu này không ñược giữ lại khi FC hoàn tất thực thi. - Khối hàm hệ thống SFB (System function block): là khối hàm ñược tích hợp trong CPU S7. Ta có thể gọi SFB từ chương trình; vì những SFB là một phần của hệ ñiều hành, ta không cần phải nạp chúng vào như một phần của chương trình. Tương tự với FB, SFB cần DB tình huống. Ta phải tải DB này xuống CPU như một phần của chương trình. - Hàm hệ thống SFC (System function): hàm ñược lập trình trước mà tích hợp sẵn trong CPU S7. Ta có thể gọi SFC từ chương trình; vì những SFC là một phần của hệ ñiều hành, ta không cần phải nạp chúng vào như một phần của chương trình. - Khối dữ liệu hệ thống SDB (system data block): vùng nhớ của chương trình ñược tạo bởi các ứng dụng STEP7 khác nhau ñể chứa dữ liệu Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật...................25 cần ñể ñiều hành PLC. Thí dụ: ứng dụng “S7 Configuration” cất dữ liệu cấu hình và các tham số làm việc khác trong các SDB, và ứng dụng “Communication Configuration” tạo các SDB mà cất dữ liệu thông tin toàn cục ñược chia xẻ giữa các CPU khác nhau. 2.2.2.2.3. Module ñiều khiển mềm trong SIMATIC Manager[19] Phần mềm SIMATIC Manager cung cấp các module ñiều khiển mềm PID ñể ñiều khiển các ñối tượng có mô hình liên tục như lò nhiệt, ñộng cơ, mức…ðầu ra của ñối tượng ñược ñưa vào bộ ñiều khiển qua các cổng vào tương tự (Analog Input – AI). Sau khi bộ ñiều khiển phân tích, tính toán và ñưa ra các câu lệnh ñiều khiển tới các cơ cấu chấp hành thông qua những module khác nhau: - Qua cổng ra tương tự (Analog Output – AO) - Qua cổng ra số (Digital Output – DO) - Qua cổng phát xung ra tốc ñộ cao Tùy thuộc vào từng ñối tượng ñiều khiển cụ thể mà ta có thể chọn bộ ñiều khiển PID sao cho phù hợp. ðể phục vụ các lựa chọn ñó trong phần mềm SIMATIC Manager ñã tích hợp sẵn ba khối hàm ñó là: - ðiều khiển liên tục với khối hàm FB41(CONT_C) - ðiều khiển liên tục với khối hàm FB42(CONT_S) - ðiều khiển phát xung với khối hàm FB43(FULSEGEN) Trong ñiều khiển hệ thống thì chất lượng ñiều khiển tùy thuộc rất nhiều vào sự lựa chọn các thông số của bộ ñiều khiển. Do ñó ta phải xác ñịnh chính xác mô hình của ñối tượng ñiều khiển. FB41( CONT_C) ñược sử dụng ñể ñiều khiển các quá trình kỹ thuật với các biến ñầu vào và ñầu ra tương tự trên cơ sở thiết bị khả trình simatic. Trong khi thiết lập tham số có thể tích cực hoặc không tích cực một số thành phần chức năng của bộ ñiều khiển PID cho phù hợp với ñối tượng. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật...................26 Có thể sử dụng module mềm PID như một bộ ñiều khiển với tín hiệu chủ ñạo ñặt cứng hoặc thiết kế một hệ thống ñiều khiển nhiều mạch vòng ñiều khiển theo kiểu cascade. Hình 2.2 Sơ ñồ cấu trúc của khối FB41 Module mềm PID bao gồm tín hiệu chủ ñạo SP_INT, tín hiệu ra của ñối tượng PV_PER, tín hiệu giả ñể mô phỏng tín hiệu ra của ñối tượng PV_IN các biến trung gian trong quá trình thực hiện luật và thuật toán ñiều khiển PID như: PVPER_ON; P_SEL… Tín hiệu chủ ñạo SP_INT ñược nhập dưới dạng dấu phẩy ñộng. Thông qua hàm nội CRP_IN tín hiệu ra của ñối tượng có thể nhập dưới dạng số nguyên có dấu hoặc số thực có dấu phẩy ñộng. Chức năng CRP_IN là chuyển ñổi kiểu biểu diễn của PV_PER từ dạng số nguyên sang dạng số thực có dấu phẩy ñộng có giá trị nằm trong khoảng từ -100% ñến 100% theo công thức: Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật...................27 Tín hiệu ra của CRP_IN = PV_PER x 27468 100 (2.1) Chuẩn hóa: Chức năng của hàm chuẩn hóa PV_NORM là chuẩn hóa tín hiệu ra của hàm CRP_IN. Hình 2.3 Sơ ñồ cấu trúc chức năng của khối FB 41 Ngoài ra còn nhiều chức năng khác như lọc nhiễu, chọn luật ñiều khiển, ñặt giá trị thay thông báo lỗi. - Tham biến hình thức ñầu vào, ñầu ra của FB 41 Khối FB 41 có 24 tham số ñầu vào và 9 tham số ñầu ra. - Khai báo tham số cho bộ ñiều khiển PID Phần mềm STEP cung cấp một giao diện hỗ trợ cho người sử dụng trong việc khai báo tham số cho bộ ñiều khiển PID. Sau khi ñã tạo một Project có chứa FB 41 ta bắt ñầu tạo khối DB( Data Block) cho bộ ñiều khiển sử dụng giao diện của module ñiều khiển PID bằng cách gõ lệnh: Start/ simatic/step7/ PID control Paramester Assignment Ví dụ: Ta sẽ tạo một Data Block mới tên là DB41. Trong hộp thoại ñược hiển thị sau khi bắt ñầu, ta có thể tắt chức năng ñiều khiển on hay off và có thể nhập vào tham số ñiều khiển tương ứng. Giá trị mặc ñịnh sẽ còn nếu tham số không bị thay ñổi. Giá trị ngoài khoảng cho phép không ñược nhập vào. Ta có thể ñặt biến quá trình theo hai dạng “ bên trong” hay “ ngoại vi” LMN_PER DISV FB41 - Cơ cấu chấp hành - ðối tượng ñiều khiển Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật...................28 Hình 2.4 Giao diện tạo khối DB mới Biến qua trình bên trong( Process Value, Internal). Biến quá trình dưới dạng số thực dấu phẩy ñộng ñược nối tới bộ ñiều khiển tại cổng PV_IN của bộ ñiều khiển. Hình 2.5 Gán tham số cho khối FB 41 Kiểu dữ liệu: REAL Giá trị mặc ñịnh: tùy thuộc vào khoảng kỹ thuật ( kích cỡ vật lý). Tham số FB: PV_IN. Tên Project chứa khối DB mà ta muốn Tên khối DB chứa dữ liệu mà ta muốn tạo Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật...................29 Biến quá trình ngoại vi ( Process Value, Peripheral). Biến quá trình ở dạng ngoại vi ñược nối với bộ ñiều khiển thông qua cổng vào “ biến quá trình ngoại vi” Kiểu dữ liệu WORD Giá trị mặc ñịnh: W#16#0000 Tham số FB PV_PER Chuẩn hóa biến quá trình. Nếu như biến quá trình là giá trị vật lý thì nó cần ñược chuẩn hóa. ðể chuẩn hóa nó ta cần ñặt thừa số chuẩn hóa và giá trị bù chuẩn hóa. Giá trị biến quá trình lúc này ñược ñặt dựa trên dạng sau: a. Normalization Process Variable = Process Variable* Normalization Factor+ Normalization offset. ðầu vào “ thừa số chuẩn hóa” ñược nhân với biến quá trình. ðầu vào giúp ta có thể làm thích hợp khoảng giá trị biến quá trình. Kiểu dữ liệu REAL Giá trị mặc ñịnh 1.0 Khoảng giá trị cho phép Toàn bộ khoảng Tham số FB PV_FAC b. Normalization offset. ðầu vào “ bù chuẩn hóa” ñược cộng với biến quá trình Kiểu dữ liệu REAL Giá trị mặc ñịnh 0.0 Tham số FB PV_OFF Nguyên lý thực hiện chương trình trong khối OB35 như hình. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật...................30 Hình 2.6: Sơ ñồ nguyên lý ñiều khiển PID trong khối OB35 2.2.3. Mạng PLC dùng Profibus DP Profibus ( Process Field Bus) là một chuẩn của Châu Âu nhằm thiết lập mạng các thiết bị dùng trong ñiều khiển theo một chuẩn nhất ñịnh: EN 50170. Với chuẩn này, có rất nhiều nhà cung cấp ñã sản xuất ra rất nhiều thiết bị tiện ích nhưng có thể thiết lập mạng cũng như mở rộng mạng một cách dễ dàng. Hiện nay, trong một mạng có nhiều cấp. Profibus có thể ñược ứng dụng trong hai cấp là cấp cell và cấp field trong một tổng thể mạng: Hình 2.7. Phân cấp trong một mạng 2.2.3.1 Phân loại mạng Profibus Tùy theo ứng dụng, mạng Profibus ñược chia ra thành : Cấp quản lý Cấp cell Cấp field PLC, PC, Hệ truyền ñộng Cảm biến FB41 SP_INT DISV FC105 Q0.0 PIW272 PV_IN LMN_IN FB43 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật...................31 - Mạng Profibus – FMS. - Mạng Profibus – DP. - Mạng Profibus – PA. a. Mạng Profibus – FMS (Field Message Specification) Mạng Profibus – FMS phù hợp trong việc truyền thông giữa các thiết bị ñiều khiển có thể lập trình ñược với nhau trong cấp cell Hình 2.8. Mạng Profibus FMS ðặc ñiểm: - Nối kết PLC, PC và các thiết bị có khả năng lập trình. - Chiều dài dữ liệu có thể truyền: 240 byte. - Có thể hoạt ñộng với nhiều Master trong một mạng. Mạng Profibus – DP (Distributed Peripheral) Mạng Profibus – DP ñược dùng nối kết những thiết bị ngoại vi phân bố thành mạng. Hình 2.9. Mạng Profibus DP Sử dụng cho truyền thông với các I/O tốc ñộ cao Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật...................32 ðặc ñiểm: - Nối kết các thiết bị I/O và các thiết bị ñơn giản vào hệ thống tự ñộng. - Tốc ñộ truyền dữ liệu : nhanh b). Mạng Profibus PA ( Process Automation) Profibus PA là phần tương thích mở rộng của truyền thông dùng mạng Profibus – DP. Nó cho phép hệ thống truyền thông trong các khu vực nguy cơ nguy hiểm cao như: dễ bị ăn mòn bởi hóa chất hay cháy nổ vì có ñộ chính xác cao. * ðặc ñiểm: - Profibus PA theo chuẩn truyền thông IEC 1158-2. - Tốc ñộ truyền thông 31.25 Kbps. Sau ñây là bảng so sánh các ñặc ñiểm trong mạng Profibus : Bảng 2.1. So sánh các mạng PROFIBUS PROFIBUS – FMS PROFIBUS- DP PROFIBUS- PA Tiêu chuẩn mạng EN 50 170 EN 50 170 IEC 1158 - 2 Thiết bị trong mạng PLC, PC PLC, PC, các thiết bị như valve, OP, hệ truyền ñộng PLC, PC, các thiết bị như valve, OP,hệ truyền ñộng Thời gian quay vòng 60ms 1ms - 5ms 60 ms Khoảng cách truyền thông Có thể ñến 100 Km Có thể ñến 100 Km Tối ña 1.9 Km Tốc ñộ truyền 9.6Kpbs - 12Mpbs 9.6Kpbs - 12Mpbs 31.25 Kpbs 2.2.3.2. Các thiết bị thường dùng trong mạng Profibus– DP Mặc dù có nhiều loại mạng Profibus khác nhau nhưng hiện nay mạng Profibus - DP ñược sử dụng nhiều nhất trong công nghiệp vì vậy trong giới hạn luận văn chỉ chú trọng vào mạng Profibus DP. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật...................33 Bộ xử lý truyền thông CP 342–5 (Communications Processor) - CP 342-5 ñược sử dụng ñể nối kết với CPU không có cổng truyền thông Profibus DP làm thành DP master theo tiêu chuẩn EN 50170. CP 342-5 rất thuận tiện trong việc truyền tải dữ liệu một cách hoàn toàn ñộc lập cũng như cho phép nối kết các Slave như : DP Slave, các port phân bố ET 200 với S7- 300. - Dữ liệu từ các thiết bị I/O phân bố sẽ ñược truyền hoàn toàn chính xác từ CP 342-5 ñến CPU S7-300. - Khi là DP Slave, CP 342-5 có thể trao ñổi dữ liệu của PLC S7-300 với các thiết bị Master Profibus-DP khác trong mạng. Chính vì ñiều này ñã cho phép kết hợp các cấu trúc giữa các S5/S7, PC, ET 200 và các thiết bị khác trong cấp field mạng Profibus -DP. - Lệnh gọi hàm chức năng (FC: Function call) cũng ñược dùng trong mạng Profibus DB. Các hàm này (DP – SEND / DP – RECV) ñược dùng nhằm phục vụ trong việc truyền thông trong mạng. - Tốc ñộ truyền phải ñược cài ñặt trong phần cấu hình của phần mềm SIMATIC Manager. Các gía trị có thể dùng trong khai báo là: 9.6 Kbps, 19.2 Kbps, 45.45 Kbps, 93.75 Kbps, 187.5 Kbps, 500 Kbps, 1.5 Mbps. - ðặc ñiểm của CP 342-5 khi hoạt ñộng như DP Mater là: Số thiết bị DP Slave tối ña có thể ñược ñiều khiển là 64 Kích thước của vùng dữ liệu DP Master như sau: DP input tối ña 240 byte DP output tối ña 240 byte Kích thước của vùng dữ liệu DP Slave Nối kết CP342-5 với mạng Profibus : Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật...................34 Hình 2.10. Nối Bus connector 2.2.3.3. Thiết bị master sử dụng trong mạng PLC - Thiết bị làm Master trong hệ thống chính là CPU 315-2 DP (6ES7315-2AF03-0AB0._.n văn thạc sĩ kỹ thuật...................90 Bảng 3.7. Kết qủa tỷ lệ phối trộn khi chạy mô hình với loại cây dưa chuột Tỷ lệ trộn Loại cây Thời kỳ sinh trưởng ðộ EC cho phép ECC (mS/c m) EC dung dịch (mS/cm) Bơm dd A (lít) Bơm dd B (lít) Bơm dd C (lít) ðộ EC sau khi trộn (mS /cm ) Sai số (%) EC < 0.7ECC 6 3 2 1.39 7 0.7ECC <EC<1.2ECC 5 4 4 1.42 5 Gð lá mầm 1.5 EC>1.2ECC 7 2 5 1.38 8 EC < 0.7ECC 6 4 5 1.69 6 0.7ECC <EC<1.2ECC 4 5 4 1.72 4 Gð phát triển 1.8 EC>1.2ECC 5 4 6 1.74 3 EC < 0.7ECC 3 5 4 2.23 7 0.7ECC <EC<1.2ECC 4 2 5 2.28 5 Cây Dưa chuột Gð thu hoạch 2.4 EC>1.2ECC 5 3 4 2.25 6 Bảng 3.8. Kết qủa tỷ lệ phối trộn khi chạy mô hình với loại cây rau diếp Tỷ lệ trộn Loại cây Thời kỳ sinh trưởng ðộ EC cho phép ECC (mS/ cm) EC dung dịch (mS/cm) Bơm dd A (lít) Bơm dd B (lít) Bơm dd C (lít) ðộ EC sau khi trộn (mS /cm ) Sai số (%) EC < 0.7ECC 4 6 4 0.56 6 0.7ECC <EC<1.2ECC 5 4 5 0.57 5 Gð lá mầm 0.6 EC>1.2ECC 4 5 3 0.55 7 EC < 0.7ECC 3 6 4 0.76 5 0.7ECC <EC<1.2ECC 5 4 5 0.75 6 Gð phát triển 0.8 EC>1.2ECC 6 3 4 0.76 4 EC < 0.7ECC 4 4 6 1.45 3 0.7ECC <EC<1.2ECC 6 5 3 1.42 5 Cây rau diếp Gð thu hoạch 1.5 EC>1.2ECC 3 2 6 1.41 6 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật...................91 Nhận xét: Thông qua kết quả thu ñược sau khi chạy mô hình trong khoảng thời gian 30 phút và ñược kiểm chứng với cảm biến ñộ EC do MARTINI của Numani sản xuất với ñộ chính xác là: ± 2% toàn khoảng ño cho ta thấy rằng: Kết quả chạy mô hình có một số thông số ñã ñảm bảo với yêu cầu công nghệ Tuy nhiên sai lệch vẫn còn tương ñối cao do khi phối trộn ñề tài ñã sử dụng thời gian ñóng cắt các bơm tương ứng. ðể giảm sai lệch chúng ta cần phát triển ñề tài theo hướng sử dụng các cảm biến ñịnh lượng, cảm biến lưu lượng và ñóng mở các van tiết lưu. Hình. 3.40 Mô hình hệ thống pha chế và trộn dung dịch tự ñộng phục vụ cho dây chuyền sản xuất rau an toàn bằng phương pháp thủy canh Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật...................92 Hình. 3.41 Mô hình hệ thống pha chế và trộn dung dịch tự ñộng phục vụ cho dây chuyền sản xuất rau an toàn bằng phương pháp thủy canh Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật...................93 Hình. 3.42 Mô hình hệ thống pha chế và trộn dung dịch tự ñộng phục vụ cho dây chuyền sản xuất rau an toàn bằng phương pháp thủy canh 3.8. Kết luận - Xây dựng ñược quy trình công nghệ sát với thực tế sản xuất rau an toàn, vì thế ñề tài có khả năng áp dụng vào thực tế sản xuất. - Trên cơ sở bảng số liệu ño ñược bằng thực nghiệm tác giả ñã tiến hành mô hình hóa ñối tượng nhiệt ñộ dung dịch buồng trộn và nhận dạng hệ thống và tìm ñược hàm truyền của ñối tượng bằng phần mềm chuyên dụng cho kết quả tốt với ñộ chính xác lên tới 99,36%. - Lựa chọn ñược bộ ñiều chỉnh theo chuẩn tối ưu module với chất lượng ñiều chỉnh tốt nhất. - Xây dựng ñược các thuật toán ñiều khiển tùy thuộc vào từng tham số ñiều chỉnh trong dây chuyền sản xuất. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật...................94 - Thiết kế các bản vẽ thi công cho dây chuyền sản xuất rau an toàn. - Lập trình và chạy thành công chương trình ñiều khiển và giao diện giám sát ñiều khiển các thông số của hệ thống pha chế cung cấp dung dịch tự ñộng. - Thiết kế, xây dựng và vận hành thành công mô hình pha chế cung cấp dung dịch tự ñộng. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật...................95 KẾT LUẬN VÀ ðỀ NGHỊ 1. KẾT LUẬN * Một số kết quả ñã ñạt ñược của ñề tài: 1. Tìm hiểu tình hình sản xuất rau ứng dụng công nghệ cao trong nước và thế giới 2. Tìm hiểu, nghiên cứu phần mềm lập trình ñiều khiển S7 – 300 và phần mềm thiết kế giao diện WinCC. 3. Thiết kế phần mềm ñiều khiển và giao diện giám sát ñiều khiển quá trình pha chế, cung cấp dung dịch tự ñộng cho dây truyền sản xuất rau an toàn bằng phương pháp thủy canh. 4. Thiết kế, xây dựng và vận hành cho kết quả tốt mô hình hệ thống pha chế và cung cấp dung dịch tự ñộng trong phòng thí nghiệm. Phục vụ hiệu quả cho nghiên cứu và học tập của sinh viên. Từ kết quả nghiên cứu ñạt ñược trong ñề tài: “Nghiên cứu, thiết kế hệ thống pha chế, cung cấp dung dịch tự ñộng cho dây truyền sản xuất rau an toàn bằng phương pháp thuỷ canh”. Có một số kết luận sau: + Tình hình sản xuất nông nghiệp ứng dụng công nghệ cao trên thế giới ñang phát triển rất mạnh và hiệu quả. Còn ở Việt Nam công nghệ này ñã ñược áp dụng ở một số nơi tuy nhiên phải nhập khẩu và phụ thuộc vào nước ngoài. + Tìm hiểu, nghiên cứu một số mô hình giao diện ñiều khiển ñang ñược sử dụng trong sản xuất rau công nghệ cao trên thế giới tuy có nhiều tính năng nhưng giá thành cao và chưa làm chủ ñược công nghệ gây khó khăn trong quá trình vận hành + Hệ thống ñiều khiển và giám sát mà ñề tài thiết kế ra ñã ñáp ứng ñược nhu cầu sản xuất rau sạch trên cơ sở công nghệ cao, giảm ñược giá thành sản phẩm. 2. ðỀ NGHỊ + ðề tài mới dừng lại ở mức thiết kế, xây dựng trên mô hình loại nhỏ, chưa phản ánh ñầy ñủ các yếu tố của hệ thống thực. Rất mong ñề tài ñược tiếp Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật...................96 tục nghiên cứu sâu hơn ñể áp dụng vào thực tiễn sản xuất nông nghiệp công nghệ cao. + Kính mong ñược sự giúp ñỡ của các cấp về kinh phí cũng như cơ sở khoa học ñể phát triển ñề tài giúp ñề tài có khả năng ứng dụng sâu trong thực tế. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật...................97 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Thống kê Bộ Nông nghiệp và phát triển nông thôn, 2005. Bộ Nông nghiệp & Phát triển Nông thôn, Ngọc Hà, Hà Nội, Việt Nam. [2]. Nguyễn Quốc Vọng, 2007. “ðề án ñầu tư xây dựng Trung tâm Xuất sắc Rau Quả Hoa – Cây cảnh” tại Viện nghiên cứu Rau quả. Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam. Thanh Trì, Hà Nội. [3]Nguyễn Quốc Vọng, 2007. Quy trình sản xuất tốt GAP cho các nhà sản xuất rau, quả, trái cây tươi Việt Nam. Kỷ yếu Hội nghị Khoa học Vệ sinh an toàn thực phẩm lần thứ 4 – 2007. Cục An toàn vệ sinh thực phẩm, Bộ Y tế: 18-19/12/2007, Hồ Chí Minh: 308-312. [4]. Giáo trình hệ thống cấp nước - ðại học Thuỷ Lợi – NXB Xây dựng năm 2006 [5]. 06-19.5932186337/view?searchterm=ngh%C3%A1%C2%BB%E2%80%A1 [6]. Nguyễn Doãn Phước - Phan Xuân Minh- Vũ Văn Hà. Tự ðộng Hóa Với Simatic S7 – 300, Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật, 2000. [7]. Jack Ross, 2001 : The world of orchids: 149 -152. Casper publication Ply Ltd. PO Box 225, Narrabeen. NSW 2101, Australia. [8]. Smith Graeme, 2003. Managing Nutrient Recirculation. Practical Hydroponics & Greenhouses, Issue 69, March/April 2003: 49-52 [9]. Nichols Kike and Bruce Christie, 2008. Greenhouse production in Japan. Practical Hydroponics & Greenhouses, Issue 98, January/February 2008. [10]. Nguyen Q. Vong, 2007. Good Agricultural Practices for fresh fruit and vegetables in Vietnam. International Workshop on Food safety and Proccessing technology. NongLamUniversity, Hochiminh: 29-30 November 2007. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật...................98 [12]. Jack Ross, 2001. The world of orchids: 122 – 123. Casper publication Ply Ltd. PO Box 225, Narrabeen. NSW 2101, Australia. [13]. Garzoli Keith, 2001.Greenhouse climate control. Practial Hydroponics & Greenhouses. Issue 61, November/December 2001:57-63. [14]. Harford Kevin, 2001. National Centre for Greenhouse Horticulture. Practial Hydroponics & Greenhouses. Issue 61, November/December 2001: 46 - 54. [15]. Beytes, Chris, 2003. Ball Redbook Greenhouses and Equipment. Volume 1. 17th Edition Ball Publishing. Batavia, Illinois, USA. [16]. Vong Nguyen, 2004. Hydroponic Asian vegetables. Practical Hydroponics & Greenhouses. Issue 76, May/June 2004: 24-25. [17]. Badgery-Parker J., 2004. The Australian greenhouse horticulture industry. Where in the world are we? Seminar on 25th October 2004, Gosford Horticultural Research Institute, NSW Department of Primary Industries, Australia. [18]. Simens AG 2001, Simatic Wincc version 5, Perfect process Visualization – System Description. [19]. Standard Software for S7 – 300 and S7 – 400 PID Control User Manual C79000-G7076-C516-01. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật...................99 PHỤ LỤC 1 // CHUONG TRINH VIET TREN FC1 NETWORK 1 // C4 la gia tri muc nuoc ma dung dich A da rot truoc xuong binh tron o me tron truoc do A "Den_lamviec" L S5T#10S SP T 30 A "Den_lamviec" AN T 30 L S5T#1H SP T 31 AN T 31 FR T 30 A "Den_lamviec" A T 30 L C#70 S C 4 // C5 la gia tri muc nuoc ma dung dich B da rot truoc xuong binh tron o me tron truoc do A "Den_lamviec" A T 30 L C#70 S C 5 // C6 la gia tri muc nuoc ma dung dich C da rot truoc xuong binh tron o me tron truoc do A "Den_lamviec" A T 30 L C#70 S C 6 // Che do mo van A de rot dung dich tu binh tron len binh ddA va sau T1 thi mo bom tu binh tron len binh ddA A "Den_lamviec" A #MUCTHAP_A S #CHONVAN_A A #CHONVAN_A = #VAN_A A #VAN_A L S5T#7S SP T 1 // Che do mo van B de rot dung dich tu binh tron len binh ddB va sau T2 thi mo bom tu binh tron len binh ddB A "Den_lamviec" A #MUCTHAP_B S #CHONVAN_B A #CHONVAN_B = #VAN_B A #VAN_B L S5T#7S Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật...................100 SP T 2 // Che do mo van C de rot dung dich tu binh tron len binh ddC va sau T3 thi mo bom tu binh tron len binh ddC A "Den_lamviec" A #MUCTHAP_C S #CHONVAN_C A #CHONVAN_C = #VAN_C A #VAN_C L S5T#7S SP T 3 //Sau thoi gian T1, T2, T3 khi da lua chon mo van A, B hoac C thi bom tu binh tron bom len cac binh A, B C moi hoat dong O( AN T 1 A #CHONVAN_A ) O( AN T 2 A #CHONVAN_B ) O( AN T 3 A #CHONVAN_C ) = #BOM_T A #MUCTHAP_T O #MUCCAO_A R #CHONVAN_A A #MUCTHAP_T O #MUCCAO_B R #CHONVAN_B A #MUCTHAP_T O #MUCCAO_C R #CHONVAN_C NETWORK 2 //MO PHONG MUC NUOC TRONG BINH DDA //KHI BOM VAO BINH DD A thi T4 va T5 hoat dong tao ra 1 chuoi xung. // KHi bom dung dich vao thi C1(muc nuoc binh ddA tang len) nhung C4 muc nuoc binh tron dung dich giam di A #VAN_A A #BOM_T L S5T#1S SP T 4 AN T 4 A #VAN_A A #BOM_T Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật...................101 L S5T#1S SP T 5 A #VAN_A A #BOM_T AN T 5 FR T 4 A #VAN_A A #BOM_T A T 4 = M 9.2 A M 9.2 CU C 1 CD C 4 //KHI DD A DUOC XA RA //KHI XA DUNG DICH tu BINH DD A xuong binh tron thi T6 va T7 hoat dong tao ra 1 chuoi xung. // KHi xa dung dich di thi C1(muc nuoc binh ddA giam di) nhung C4 muc nuoc binh tron dung dich tang len A "Bom_ddA" L S5T#1S SP T 6 AN T 6 A "Bom_ddA" L S5T#1S SP T 7 A "Bom_ddA" AN T 7 FR T 6 A "Bom_ddA" A T 6 = M 9.3 A M 9.3 CD C 1 CU C 4 NETWORK 3 //MO PHONG MUC NUOC TRONG BINH DDA //KHI BOM VAO BINH DD B //KHI BOM VAO BINH DD B thi T8 va T9 hoat dong tao ra 1 chuoi xung. // KHi bom dung dich vao thi C2(muc nuoc binh ddB tang len) nhung C5 muc nuoc binh tron dung dich giam di A #VAN_B A #BOM_T L S5T#1S SP T 8 AN T 8 A #VAN_B A #BOM_T Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật...................102 L S5T#1S SP T 9 A #VAN_B AN T 9 FR T 8 A #VAN_B A #BOM_T A T 8 = M 9.4 A M 9.4 CU C 2 CD C 5 //KHI DD B DUOC XA RA //KHI XA DUNG DICH tu BINH DD B xuong binh tron thi T10 va T11 hoat dong tao ra 1 chuoi xung. // KHi xa dung dich di thi C2(muc nuoc binh ddB giam di) nhung C5 muc nuoc binh tron dung dich tang len A "Bom_ddB" L S5T#1S SP T 10 AN T 10 A "Bom_ddB" L S5T#1S SP T 11 A "Bom_ddB" AN T 11 FR T 10 A "Bom_ddB" A T 10 = M 9.5 A M 9.5 CD C 2 CU C 5 NETWORK 4 //MO PHONG MUC NUOC TRONG BINH DDC //KHI BOM VAO BINH DD C //KHI BOM VAO BINH DD C thi T12 va T13 hoat dong tao ra 1 chuoi xung. // KHi bom dung dich vao thi C3(muc nuoc binh ddC tang len) nhung C6 muc nuoc binh tron dung dich giam di A #VAN_C A #BOM_T L S5T#1S SP T 12 AN T 12 A #VAN_C A #BOM_T L S5T#1S Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật...................103 SP T 13 A #VAN_C A #BOM_T AN T 13 FR T 12 A #VAN_C A #BOM_T A T 12 = M 9.6 A M 9.6 CU C 3 CD C 6 //KHI DD C DUOC XA RA //KHI XA DUNG DICH tu BINH DD C xuong binh tron thi T14 va T15 hoat dong tao ra 1 chuoi xung. // KHi xa dung dich di thi C3(muc nuoc binh ddC giam di) nhung C6 muc nuoc binh tron dung dich tang len A "Bom_ddC" L S5T#1S SP T 14 AN T 14 A "Bom_ddC" L S5T#1S SP T 15 A "Bom_ddC" AN T 15 FR T 14 A "Bom_ddC" A T 14 = M 9.7 A M 9.7 CD C 3 CU C 6 NETWORK 5 // KHI BINH TRON DUOC ROT DUNG DICH VAO va DUOC BOM LEN CAC BINH DUNG DICH A, B C //THI MUC NUOC TUONG UNG LA C4, C5, C6 TANG LEN HOAC GIAM DI L C 4 L C 5 +I T MW 26 L MW 26 L C 6 +I T MW 26 // GAN MUC CHO BINH DUNG DICH TRON Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật...................104 L MW 26 L 10 <=I = "CB_Mucthap_ddTron" L MW 26 L 360 >=I = "CB_Muccao_ddTron" // GAN MUC CHO BINH DUNG DICH A L C 1 L 10 <=I = "CB_Mucthap_ddA" L C 1 L 65 >=I = "CB_Muccao_ddA" // GAN MUC CHO BINH DUNG DICH B L C 2 L 10 <=I = "CB_Mucthap_ddB" L C 2 L 65 >=I = "CB_Muccao_ddB" // GAN MUC CHO BINH DUNG DICH C L C 3 L 10 <=I = "CB_Mucthap_ddC" L C 3 L 65 >=I = "CB_Muccao_ddC" // CHUONG TRINH VIET TRONG FC2 NETWORK 1 CALL "READ_CLK" RET_VAL:=LW34 CDT :=#TIME1234567890 L LB 0 BTI T #NAM L LB 1 BTI T #THANG L LB 2 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật...................105 BTI T #NGAY L LB 3 BTI T #GIO L LB 4 BTI T #PHUT L LB 5 BTI T #GIAY L LB 6 BTI T #TICHTAC L LB 7 L 2#1111 AW BTI T #K1 // CHUONG TRINH VIET TRONG FC3 // GOI CHUONG TRINH TUOI THEO THOI GIAN THUC A #KHOIDONG A #CHON_CD_TUOI_TGTHUC CALL "TY LE TRON DUNG DICH" NAM :=MB10 THANG :=MB20 NGAY :=MB30 GIO :=MB40 PHUT :=MB50 GIAY :=MB60 TICHTAC:=MB70 K1 :=MB80 //THOI GIAN THUC BAT DAU BOM DUNG DICH A // BOM DD A TU GIO A( L MB 40 L MB 90 ==I ) // BOM DD A TU PHUT A( L MB 50 L MB 91 ==I ) = M 12.0 // BAT DAU BOM DD A THEO TG THUC Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật...................106 // BOM DD A DEN GIO A( L MB 40 L MB 92 ==I ) // BOM DD A DEN PHUT A( L MB 50 L MB 93 ==I ) = M 12.1 // DUNG BOM DD A THEO TG THUC A M 12.0 S #BOMA A M 12.1 R #BOMA //THOI GIAN THUC BAT DAU BOM DUNG DICH B // BOM DD B TU GIO A( L MB 40 L MB 94 ==I ) // BOM DD B TU PHUT A( L MB 50 L MB 95 ==I ) = M 12.2 // BAT DAU BOM DD B THEO TG THUC // BOM DD B DEN GIO A( L MB 40 L MB 96 ==I ) // BOM DD B DEN PHUT A( L MB 50 L MB 97 ==I ) = M 12.3 // DUNG BOM DD B THEO TG THUC A M 12.2 S #BOMB A M 12.3 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật...................107 R #BOMB //THOI GIAN THUC BAT DAU BOM DUNG DICH C // BOM DD C TU GIO A( L MB 40 L MB 98 ==I ) // BOM DD A TU PHUT A( L MB 50 L MB 99 ==I ) = M 12.4 // BAT DAU BOM DD C THEO TG THUC // BOM DD A DEN GIO A( L MB 40 L MB 100 ==I ) // BOM DD A DEN PHUT A( L MB 50 L MB 101 ==I ) = M 12.5 // DUNG BOM DD C THEO TG THUC A M 12.4 S #BOMC A M 12.5 R #BOMC //THOI GIAN THUC BAT DAU TRON DUNG DICH //TRON DD TU GIO A( L MB 40 L MB 102 ==I ) // TRON DD TU PHUT A( L MB 50 L MB 103 ==I ) = M 12.6 // BAT DAU TRON DD THEO TG THUC Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật...................108 // TRON DD DEN GIO A( L MB 40 L MB 104 ==I ) // BOM DD A DEN PHUT A( L MB 50 L MB 105 ==I ) = M 12.7 // DUNG TRON DD THEO TG THUC A M 12.6 S #TRON A M 12.7 R #TRON //THOI GIAN THUC BAT DAU BOM DUNG DICH TRON VA MO VAN A //MO VAN A VA BOM DD TRON TU GIO A( L MB 40 L MB 106 ==I ) // MO VAN A VA BOM DD TRON TU PHUT A( L MB 50 L MB 107 ==I ) = M 13.0 // BAT DAU MO VAN A VA BOM DD TRON THEO TG THUC // MO VAN A VA BOM DD TRON DEN GIO A( L MB 40 L MB 108 ==I ) // MO VAN A VA BOM DD TRON DEN PHUT A( L MB 50 L MB 109 ==I ) = M 13.1 // DUNG MO VAN A VA BOM DD TRON A M 13.0 S #TUOI Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật...................109 S #VANA A M 13.1 R #TUOI R #VANA //THOI GIAN THUC BAT DAU BOM DUNG DICH TRON VA MO VAN B //MO VAN B VA BOM DD TRON TU GIO A( L MB 40 L MB 110 ==I ) // MO VAN A VA BOM DD TRON TU PHUT A( L MB 50 L MB 111 ==I ) = M 13.2 // BAT DAU MO VAN B VA BOM DD TRON THEO TG THUC // MO VAN B VA BOM DD TRON DEN GIO A( L MB 40 L MB 112 ==I ) // MO VAN B VA BOM DD TRON DEN PHUT A( L MB 50 L MB 113 ==I ) = M 13.3 // DUNG MO VAN B VA BOM DD TRON A M 13.2 S #TUOI S #VANB A M 13.3 R #TUOI R #VANB //THOI GIAN THUC BAT DAU BOM DUNG DICH TRON VA MO VAN C //MO VAN C VA BOM DD TRON TU GIO A( L MB 40 L MB 114 ==I ) // MO VAN C VA BOM DD TRON TU PHUT A( Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật...................110 L MB 50 L MB 115 ==I ) = M 13.4 // BAT DAU MO VAN C VA BOM DD TRON THEO TG THUC // MO VAN C VA BOM DD TRON DEN GIO A( L MB 40 L MB 116 ==I ) // MO VAN C VA BOM DD TRON DEN PHUT A( L MB 50 L MB 117 ==I ) = M 13.5 // DUNG MO VAN C VA BOM DD TRON A M 13.4 S #TUOI S #VANC A M 13.5 R #TUOI R #VANC //CHUONG TRINH VIET TRONG KHOI OB35 NETWORK 1// GOI KHOI FC105 A "KHOIDONG" CALL "Read Analog Value 464-2" IN :=PIW272 HI_LIM :=1.200000e+003 LO_LIM :=0.000000e+000 BIPOLAR:=FALSE RET_VAL:=LW42 OUT :=MD52 NETWORK 2// GOI KHOI PID MEM FB41 CALL "CONT_C" , DB41 COM_RST := MAN_ON :=FALSE PVPER_ON:=FALSE P_SEL :=TRUE I_SEL :=TRUE INT_HOLD:= I_ITL_ON:= D_SEL :=TRUE CYCLE :=T#100MS SP_INT := Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật...................111 PV_IN :=MD52 PV_PER := MAN := GAIN :=1.043000e-001 TI :=T#1H4M TD := TM_LAG := DEADB_W := LMN_HLM := LMN_LLM := PV_FAC := PV_OFF := LMN_FAC := LMN_OFF := I_ITLVAL:= DISV := LMN :=MD54 LMN_PER := QLMN_HLM:= QLMN_LLM:= LMN_P := LMN_I := LMN_D := PV := ER := NETWORK 3// PHAT XUNG O CONG Q1.4 KIEU PWM SU DUNG FB43 CALL "PULSEGEN" , DB43 INV :=MD54 PER_TM :=T#3S P_B_TM := RATIOFAC:= STEP3_ON:= ST2BI_ON:= MAN_ON :=FALSE POS_P_ON:= NEG_P_ON:= SYN_ON := COM_RST := CYCLE :=T#100MS QPOS_P :=Q1.4 QNEG_P := //CHUONG TRINH VIET TRONG OB1 NETWORK 1 //====KHOI DONG HE THONG=== A "KHOIDONG" S "Den_lamviec" Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật...................112 R "Den_suco" R "DUNG" R "KHOIDONG" //====KHI CO SU CO HE THONG THI BAO ALARM === A "DUNG" R "Den_lamviec" S "Den_suco" R "KHOIDONG" R "DUNG" A "Den_suco" R "Bom_ddA" R "Bom_ddB" R "Bom_ddC" R "Bom_ddTron" R "Dongco_khuaytrondd" R "Van_ddA" R "Van_ddB" R "Van_ddC" R "CB_Mucthap_ddTron" R "Cay_Ca" R "Cay_Dua" R "Cay_Rau" R "GD_Lamam" R "GD_PT" R "GD_TH" R "CB_Muccao_ddTron" R "Den_lamviec" R "Bom_ddA" R "Buoc1" R "Buoc2" R "Buoc3" R "Buoc4" R "Buoc5" R "CAY_CA1" R "CAY_CA2" R "CAY_CA3" R "CAY_DUA1" R "CAY_DUA2" R "CAY_DUA3" R "CAY_RAU1" R "CAY_RAU2" R "CAY_RAU3" R M 29.2 R M 29.3 R M 29.4 R "CHONVAN_A" R "CHONVAN_B" Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật...................113 R "CHONVAN_C" L C#0 S C 1 L C#0 S C 2 L C#0 S C 3 L C#0 S C 4 L C#0 S C 5 L C#0 S C 6 L C#0 S C 7 L C#0 S C 8 L 0 T MW 26 NETWORK 2 //=====TY LE TRON DUNG DICH ============== // KHI CHON CAY CA O GIAI DOAN LA MAM THI SET CAY_CA1 A "Cay_Ca" A "GD_Lamam" S "CAY_CA1" R "CAY_CA2" R "CAY_CA3" R "CAY_DUA1" R "CAY_DUA2" R "CAY_DUA3" R "CAY_RAU1" R "CAY_RAU2" R "CAY_RAU3" // KHI CHON CAY CA O GIAI DOAN PHAT TRIEN THI SET CAY_CA2 A "Cay_Ca" A "GD_PT" R "CAY_CA1" S "CAY_CA2" R "CAY_CA3" R "CAY_DUA1" R "CAY_DUA2" R "CAY_DUA3" R "CAY_RAU1" R "CAY_RAU2" R "CAY_RAU3" // KHI CHON CAY CA O GIAI DOAN THU HOACH THI SET CAY_CA3 A "Cay_Ca" Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật...................114 A "GD_TH" R "CAY_CA1" R "CAY_CA2" S "CAY_CA3" R "CAY_DUA1" R "CAY_DUA2" R "CAY_DUA3" R "CAY_RAU1" R "CAY_RAU2" R "CAY_RAU3" // KHI CHON CAY DUA O GIAI DOAN LA MAM THI SET CAY_DUA1 A "Cay_Dua" A "GD_Lamam" R "CAY_CA1" R "CAY_CA2" R "CAY_CA3" S "CAY_DUA1" R "CAY_DUA2" R "CAY_DUA3" R "CAY_RAU1" R "CAY_RAU2" R "CAY_RAU3" // KHI CHON CAY DUA O GIAI DOAN LA MAM THI SET CAY_DUA2 A "Cay_Dua" A "GD_PT" R "CAY_CA1" R "CAY_CA2" R "CAY_CA3" R "CAY_DUA1" S "CAY_DUA2" R "CAY_DUA3" R "CAY_RAU1" R "CAY_RAU2" R "CAY_RAU3" // KHI CHON CAY DUA O GIAI DOAN LA MAM THI SET CAY_DUA3 A "Cay_Dua" A "GD_TH" R "CAY_CA1" R "CAY_CA2" R "CAY_CA3" R "CAY_DUA1" R "CAY_DUA2" S "CAY_DUA3" R "CAY_RAU1" R "CAY_RAU2" R "CAY_RAU3" // KHI CHON CAY RAU O GIAI DOAN LA MAM THI SET CAY_RAU1 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật...................115 A "Cay_Rau" A "GD_Lamam" R "CAY_CA1" R "CAY_CA2" R "CAY_CA3" R "CAY_DUA1" R "CAY_DUA2" R "CAY_DUA3" S "CAY_RAU1" R "CAY_RAU2" R "CAY_RAU3" // KHI CHON CAY RAU O GIAI DOAN PHAT TRIEN THI SET CAY_RAU2 A "Cay_Rau" A "GD_PT" R "CAY_CA1" R "CAY_CA2" R "CAY_CA3" R "CAY_DUA1" R "CAY_DUA2" R "CAY_DUA3" R "CAY_RAU1" S "CAY_RAU2" R "CAY_RAU3" // KHI CHON CAY RAU O GIAI DOAN LA MAM THI SET CAY_RAU3 A "Cay_Rau" A "GD_TH" R "CAY_CA1" R "CAY_CA2" R "CAY_CA3" R "CAY_DUA1" R "CAY_DUA2" R "CAY_DUA3" R "CAY_RAU1" R "CAY_RAU2" S "CAY_RAU3" NETWORK 3 // C7 LA GIA TRI CHUAN CUA THONG SO DO DAN DIEN CHUAN CUA DUNG DICH EC_C //CAI DAT GIA TRI CHUAN CUA THONG SO DO DAN DIEN CHUAN CUA DUNG DICH EC_C = 10 A "KHOIDONG" O "CAY_CA1" O "CAY_DUA2" O "CAY_RAU3" L C#10 S C 7 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật...................116 //CAI DAT GIA TRI CHUAN CUA THONG SO DO DAN DIEN CHUAN CUA DUNG DICH EC_C = 20 A "KHOIDONG" O "CAY_CA2" O "CAY_DUA3" O "CAY_RAU1" L C#20 S C 7 //CAI DAT GIA TRI CHUAN CUA THONG SO DO DAN DIEN CHUAN CUA DUNG DICH EC_C = 30 A "KHOIDONG" O "CAY_CA3" O "CAY_DUA1" O "CAY_RAU2" L C#30 S C 7 // NEU CBEC < 70% CUA GIA TRI EC_C //MW 24 LA GIA TRI 70% CUA EC_C L C 7 L 7.000000e-001 *R T MW 24 // NEU CBEC > 120% CUA GIA TRI EC_C //MW 22 LA GIA TRI 120% CUA EC_C L C 7 L 1.200000e+000 *R T MW 22 // SO SANH GIA TRI CUA CAM BIEN EC VOI GIA TRI EC CHUAN. NEU CBEC<70%EC_C THI BAT M29.2 L C 8 // GIA TRI THU DUOC TU CAM BIEN EC L MW 24 <R = M 29.2 // SO SANH GIA TRI CUA CAM BIEN EC VOI GIA TRI EC CHUAN. NEU CBEC>120%EC_C THI BAT M29.3 L C 8 L MW 22 >R = M 29.3 // SO SANH GIA TRI CUA CAM BIEN EC VOI GIA TRI EC CHUAN. NEU 70%EC_C<CBEC<120%EC_C THI BAT M29.4 A "KHOIDONG" AN M 29.2 AN M 29.3 = M 29.4 NETWORK 4 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật...................117 //NEU BAT M29.2 THI TY LE DUNG DICH A:B:C LA 10:15:12 VA CAI DAT TY LE NAY QUA BA TIMER // T16 THOI GIAN BOM DD A, T17 THOI GIAN BOM DDB T18 THOI GIAN BOM DDC A M 29.2 L S5T#10S SP T 16 A M 29.2 L S5T#15S SP T 17 A M 29.2 L S5T#12S SP T 18 //NEU BAT M29.3 THI TY LE DUNG DICH A:B:C LA 12:10:16 VA CAI DAT TY LE NAY QUA BA TIMER // T19 THOI GIAN BOM DD A, T20 THOI GIAN BOM DDB T21 THOI GIAN BOM DDC A M 29.3 L S5T#12S SP T 19 A M 29.3 L S5T#10S SP T 20 A M 29.3 L S5T#16S SP T 21 //NEU BAT M29.4 THI TY LE DUNG DICH A:B:C LA 12:17:19 VA CAI DAT TY LE NAY QUA BA TIMER // T22 THOI GIAN BOM DD A, T23 THOI GIAN BOM DDB T24 THOI GIAN BOM DDC A M 29.4 L S5T#12S SP T 22 A M 29.4 L S5T#17S SP T 23 A M 29.4 L S5T#19S SP T 24 NETWORK 5 // T16, T19, T22 THOI GIAN BOM DD A, T17, T20, T23 THOI GIAN BOM DDB T18, T21, T24 THOI GIAN BOM DDC A T 16 O T 19 O T 22 = "Bom_ddA" Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật...................118 = "Dongco_khuaytrondd" A T 17 O T 20 O T 23 = "Bom_ddB" = "Dongco_khuaytrondd" A T 18 O T 21 O T 24 = "Bom_ddC" = "Dongco_khuaytrondd" NETWORK 6 A "Den_lamviec" CALL "CAP LIEU" MUCCAO_A :="CB_Muccao_ddA" MUCCAO_B :="CB_Muccao_ddB" MUCCAO_C :="CB_Muccao_ddC" MUCTHAP_T:="CB_Mucthap_ddTron" MUCTHAP_A:="CB_Mucthap_ddA" MUCTHAP_B:="CB_Mucthap_ddB" MUCTHAP_C:="CB_Mucthap_ddC" CHONVAN_A:="CHONVAN_A" CHONVAN_B:="CHONVAN_B" CHONVAN_C:="CHONVAN_C" VAN_A :="Van_ddA" VAN_B :="Van_ddB" VAN_C :="Van_ddC" BOM_T :="Bom_ddTron" NETWORK 7 CALL FC 3 KHOIDONG :="KHOIDONG" CHON_CD_TUOI_TGTHUC:=M14.0 TUOI :="Bom_ddTron" BOMA :="Bom_ddA" BOMB :="Bom_ddB" BOMC :="Bom_ddC" TRON :="Dongco_khuaytrondd" VANA :="Van_ddA" VANB :="Van_ddB" VANC :="Van_ddC" Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật...................119 Hình 4.1. Cửa sổ khởi tạo project mới trong WinCC Hình 4.2 Cửa sổ ñặt tên và ñịa chỉ lưu giữ một chương trình trong WinCC PHỤ LỤC 2 1. Cách tạo Project trong WinCC ðể tạo một Project mới trước hết ta khởi ñộng WinCC, chọn new, bảng WinCC Explorer xuất hiện, tích chọn Single-project và nhấn OK. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật...................120 Hình 4.3. Cửa sổ tạo kết nối và các tags sử dụng trong chương trình WinCC Bảng Create a new project xuất hiện: ðặt tên cho Project và nhấn Create. A. Tạo kết nối và các Tag sử dụng. Click chuột phải vào Tag Management chọn Add new Drive. Bảng Add new Drive xuất hiện, tích chọn vào thư viện SIMATIC S7 Protocol Suite.chn và nhấn OPEN. Hình 4.4. Cửa sổ lựa chọn loại truyền thông giữa WinCC với PLC Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật...................121 Một kết nối SIMATIC S7 PROTOCOL SUITE ñược tạo ra, tiếp tục nhấn phải chuột vào MPI chọn New drive connection. Bảng Connection properties xuất hiện, tích chọn Properties. Bảng Connection parameter – MPI xuất hiện, ở ñây ta thiết lập các thông số cho cổng MPI như ñịa chỉ trạm Station = 2, thanh chứa ID Segment-ID = 0, Rack Number=0 và Slot Number = 2. Sau ñó nhấn chọn OK. Như trên hình. Hình 4.5. Cửa sổ tạo tags trong WinCC Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật...................122 ðể truy cập ñến các vùng nhớ của PLC ta tạo ra các Tag, cách tạo các Tag như sau: Nhấn phải chuột vào Conection vừa tạo chọn New Tag bảng Tag properties xuất hiện, ở tag General. - Name: ðặt tên cho Tag. - Data type: ðịnh dạng dữ liệu cần truy cập có thể là binary, signed 8 bit, unsigned 8 bit, signed 16 bit, unsigned 16 bit… - Address: ðịa chỉ vùng nhớ cần truy cập, click Select bảng Address properties xuất hiện cho phép người dùng thiết lập các thông số ñịa chỉ, ñộ dài vùng nhớ… B. Tạo một giao diện người dùng. Trong Tag Management nhấn phải chuột vào Graphic Designed chọn New. Hình 4.6. Cửa sổ cài ñặt thông số kết nối Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật...................123 Có thể ñổi tên cho Picture bằng cách nhấn phải chuột chọn Rename. WinCC còn hổ trợ người dùng bằng các hình ảnh có sẵn trong thu viện. Trên thanh công cụ chọn View, chọn Library, giữ chuột các ñối tượng cần dùng và kéo ra màn hình Gradphics Designed. Hình 4.7. Cửa sổ thiết kế ñồ họa cho giao diện trong WinCC Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật...................124 ðể tạo ra các hình ảnh theo ý muốn ta sử dụng công cụ Standard Objects. ðể tạo các I/O Fied hay các nút ấn ta sử dụng công cụ Smart Objects và Window Objects. C. Cài ñặt các thông số khi chạy RUNTIME Trên cửa sổ WinCC tích phải chuột vào mục Computer chọn Properties/ Properties bảng Computer properties xuất hiện. Chọn Tab Graphics Runtime, trong mục Window Attributes tích chọn vào ô Title, Maximize, Slider và Status bar như hình dưới. Hình 4.8. Cửa sổ thư viện ñồ họa trong WinCC Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật...................125 Hình 4.9. Cửa sổ cài ñặt các tiện ích giao diện ._.