Thiết kế và mô phỏng hệ thống lồng ấp trứng tự động

Thiết kế và mô phỏng hệ thống lồng ấp trứng tự động( chương trình thì ib qua link facebook :https:www.facebook.comprofile.php?id=100090415471439) nha Tìm hiểu và làm quen với mô hình hệ thống ấp trứng tự động cùng với các thiết bị điện hiện đại như PLC, Sensor, màn hình cảm ứng công nghiệp, biến tần… Nắm vững hơn về những kiến thức đã học để áp dụng trong việc thiết kế, lắp đặt và mô phỏng đuợc mô hình ứng dụng thực tế dùng PLC S7 1200. TIA Portal trong việc viết chương trình điều khiển đáp ứng khá tốt yêu cầu của một hệ thống. Dựa vào hệ thống thực tế để tạo ra giao diện mô phỏng bằng phần mềm WinCC. Đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật. Thiết kế thành công giao diện HMI cho hệ thống trên WinCC. Phát triển kỹ năng tư duy sáng tạo, khả năng học hỏi và giải quyết vấn đề. Khai thác được sức mạnh công nghệ thông tin trong việc tìm kiếm tài liệu nghiên cứu cũng như việc lắp đặt thực tế hệ thống lồng ấp trứng tự động.

ỦY BAN NHÂN DÂN TP HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SÀI GÒN

BÙI QUỐC GIANG MSSV: 3118490018

TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 05 NĂM 2022

ỦY BAN NHÂN DÂN TP HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SÀI GÒN

BÙI QUỐC GIANG MSSV: 3118490018

ĐỀ TÀI THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG LỒNG ẤP

Lời cam đoan

Em xin cam đoan bài tiểu luận đề tài: “Thiết kế và mô phỏng hệ thống lồng ấptrứng tự động” là công trình nghiên cứu của em, không sao chép, không thuê mướnngười khác thực hiện

Tất cả những sự giúp đỡ cho việc xây dựng cơ sở lý luận cho bài báo cáo đềuđược trích dẫn đầy đủ, ghi nguồn gốc rõ ràng và được phép công bố

Em xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về tính trung thực của các nội dung trong đềtài của mình

Sinh viên thực hiện

Bùi Quốc Giang

Lê Tuấn Nhã

đề tài của mình.

Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến thầy Trương Tấn, thầy giảng dạytận tình và đồng hành với em trong suốt thời gian của học phần Hàng tuần trong mỗitiết học, thầy tận tâm lắng nghe tiến trình xây dựng đề tài của tất cả các bạn nói chung

và của em nói riêng, đồng thời thầy đưa ra góp ý giúp em lẫn các bạn hoàn thiện từngbước một Trong thời gian làm việc với thầy, em không những tiếp thu thêm nhiềukiến thức bổ ích mà còn học tập được tinh thần làm việc nghiêm túc, hiệu quả Đây làhành trang cần thiết cho em trong hành trình học tập và làm việc sau này

Cảm ơn các tác giả của các công trình mà em có sử dụng làm nguồn tài liệu thamkhảo cùng với tất cả bạn bè đã ủng hộ, động viên trong suốt thời gian nghiên cứu đềtài

Và cuối cùng, em xin dành tất cả lòng biết ơn và kính trọng sâu sắc nhất tới cha mẹmình, những người đã sinh thành nuôi dưỡng em nên người, đã lo lắng chỉ bảo từnhững việc nhỏ nhất, đã tạo mọi điều kiện cho em được học tập để sau này có nghềnghiệp tự lo cho bản thân

Mặc dù rất nỗ lực và cố gắng để hoàn thành bài tiểu luận này nhưng chắc chắn sẽkhông thể không có sai sót Vì vậy em rất mong được sự đánh giá và góp ý từ QuýThầy Cô cùng toàn thể các bạn

Em xin chân thành cảm ơn

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN iii

MỤC LỤC 1

DANH MỤC CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT 4

TÓM TẮT 5

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 6

1.1 Tổng quan 6

1.2 Tính cấp thiết 6

1.3 Mục tiêu đề tài 6

1.4 Nội dung đề tài 7

CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT 8

2.1 Thiết bị phần cứng 8

2.1.1 PLC S7-1200 9

2.1.2 Cấu trúc bên trong của PLC S7-1200 9

2.1.3 Các thiết bị kết nối sử dụng 11

2.2 Phần mềm sử dụng 8

CHƯƠNG 3: GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ 19

3.1 Sơ đồ mô hình tổng quát của hệ thống 19

3.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống 19

3.3 Sơ đồ kết nối chi tiết hệ thống 22

3.3.1 Mạch động lực 22

3.3.2 Sơ đồ kết nối PLC 23

3.4 Qúa trình thi công thực tế 22

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ ỨNG DỤNG 27

KẾT LUẬN 27

TÀI LIỆU THAM KHẢO 28

Danh mục các cụm từ viết tắt

STT CỤM TỪ VIẾT TẮT TÊN HOÀN CHỈNH

1 PLC Programmable Logic Controller

2 CPU Central Processing Unit

8 PID Proportional Integral Derivative

9 WinCC Windows Control Center

10 MCCB Moulded Case Circuit Breaker

16 PTO Pulse Train Output

17 IEC International Electrotechnical

Commission

TÓM TẮT

      Thế kỷ 21 mở ra một thời đại mới, thời đại khoa học công nghệ đòi hỏi conngười luôn luôn không ngừng tìm tòi học tập để tiến bộ Thiết bị và công nghệ luônđược đổi mới tiên tiến hiện đại để góp phần nâng cao chất lượng cũng như các máy

móc, thiết bị hoạt động có hiệu quả, an toàn ổn định Ngày nay điều khiển lập trìnhđang có ứng dụng ngày càng rộng rãi trong các lĩnh vực kỹ thuật và đời sống xã hội,

đặc biệt là trong kỹ thuật tự động hóa  

      Trong hoạt động sản xuất nông nghiệp hiện nay, việc tự động hóa khâu sảnxuất là rất quan trọng Trong những năm trở lại đây, có nhiều ứng dụng của điều khiểnlập trình được đưa vào hoạt động chăn nuôi… Một trong những yếu tố của ngành nôngnghiệp là chăn nuôi gia cầm với một khâu quan trọng là ổn định trong khâu sản xuấtcon giống, mà cụ thể là việc ấp nở con giống từ trứng gia cầm Từ thực tế thấy đượctầm quan trọng của việc ấp nở con giống từ trứng gia cầm và đặc biệt là việc ổn định

nhiệt độ cho lồng ấp trứng Vì thế em đã quyết định chọn đề tài “Thiết kế và mô phỏng lồng ấp trứng tự động”.

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1.1 Tổng quan:

Ngày nay do sự phát triển của khoa học kỹ thuật đang tác động đến các lĩnh vực,đặc biệt là lĩnh vực tự động hóa đã tạo ra bước nhảy vọt vượt bậc trong nhiều lĩnh vựccủa đời sống xã hội Ngay cả trong trồng trọt, chăn nuôi cũng đã áp dụng khoa họccông nghệ để đạt năng suất cao nhất Là sinh viên năm cuối với những kiến thức đãđược học em mong muốn tạo ra một hệ thống tự động áp dụng trong chăn nuôi Đó là

đề tài Thiết kế và mô phỏng hệ thống lồng ấp trứng tự động Người ta thường cho

trứng ấp ở nhiệt độ cố định cho phép Tuy nhiên nhiệt độ trong lồng ấp luôn thayđổi và phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường Vì vậy em mong muốn được nghiên cứuthiết kế ra hệ thống ổn định nhiệt độ lồng ấp trứng không phụ thuộc vào nhiệt độ môitrường

1.2 Tính cấp thiết:

Nghiên cứu các hệ thống ấp trứng thủ công hiện tại, tìm ra ưu và nhược điểm của

hệ thống thủ công, qua đó thiết kế một hệ thống tự động ổn định nhiệt độ có đảm bảonhiệt độ ổn định theo khoa học

1.3 Mục tiêu đề tài:

- Thiết kế hệ thống ổn định nhiệt độ trong lò theo đối tượng là trứng gà (vịt)

- Mục tiêu hệ thống là ấp trứng gà (vịt), dựa vào phần cứng của hệ thống đã có

1.4 Nội dung đề tài:

 - Tìm hiểu về phần mềm S7-1200

- Phân tích và chọn phương án thi công

- Thiết kế hệ thống

- Xây dựng hệ thống

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Thiết bị phần cứng:

2.1.1 PLC S7-1200:

SIMATIC S7-1200 là một dòng của bộ điều khiển logic khả trình (PLC) có thểkiểm soát nhiều ứng dụng tự động hoá với quy mô nhỏ và vừa Thiết kế nhỏ gọn, chiphí thấp, và một tập lệnh mạnh giúp chúng ta có nhiều giải pháp hoàn hoản hơn chonhững ứng dụng sử dụng với SIMATIC S7-1200

Những ưu điểm của S7-1200:

- Đơn giản trong cài đặt, lập trình và vận hành, có thể sử dụng cho các nhiệm vụđiều khiển đơn giản vá phức tạp

- Đa ứng dụng, có thể sử dụng như một hệ thống đơn lẻ hoặc trong một mạng với

hệ thống phân phối

- Có thể tận dụng các thiết bị cũ để tiết kiệm chi phí

- Có tính năng thời gian thực hết sức mạnh mẽ, dễ dàng cho việc ứng dụng thờigian thực cho hệ thống

Cấu trúc của S7-1200 bao gồm: một bộ vi xử lí ( microprocessor), một nguồn cungcấp tích hợp sẵn, các đầu vào/ra (DI/DO)

S7-1200 tích hợp sẵn một cổng truyền thông PROFINET cho phép kết nối máytính với màn hình HMI hay bộ truyền thông PLC – PLC, kết nối với các thiết bị khác

có hỗ trợ chuẩn Ethernet mở, bộ giao tiếp PROFIBUS và kết nối PTP ( point to point).Các tính năng về đo lường, điều khiển vị trí , điều khiển quá trình với: 6 bộ đếm tốc

độ cao( high speed counter); 2 ngõ ra PTO 100KHz điều khiển tốc độ và vị trí động cơbước hay bộ lái servo(servo drive); ngõ ra điều rộng xung PWM điều khiển tốc độđộng cơ , vị trí valve hay điều khiển nhiệt độ ;16 bộ điều khiển PID với tính năng tựđộng xác định thông số điều khiển ( auto – tune functionality)

S7-1200 có các loại module mở rộng : communication module(CP), signal board(SB), signal module (SM)

2.1.2 Cấu trúc bên trong của PLC S7-1200:

- CPU 1214C DC/DC/DC

General specifications and features

Technical data CPU 1214C DC/DC/DCOrder number 6ES7 214-1AG31-0XB0Dimensions W x H x D (mm) 110 x 100 x 75

Shipping weight 415 grams

Power dissipation 12 W

Current available (SM and CM bus) 1600 mA max (5 VDC)Current available (24 VDC) 400 mA max (sensor power)Digital input current consumption (24VDC) 4 mA/input used

PLC S7-1200, CPU 1214 DC/DC/DC bao gồm:

 14 digital input (DI) 24V DC

 10 digital output (DO) 24V DC

 2 analog input (AI) 0-10V DC

 Nguồn cấp DC 20.4 – 28.8V DC

 Truyền thông mở rộng MODBUS, Profibus, hỗ trợ chuẩn Ethernet và TCP/IP

2.1.3 Các thiết bị kết nối sử dụng:

a) Bóng đèn nhiệt sấy halogen:

1- Vỏ thủy tinh thạch anh

thông thường Điều này cho phép điều chỉnh tiêu điểm chính xác hơn so với các loạibóng bình thường Để tăng độ sáng cho bóng đèn halogen không quá khó, nhưngmuốn độ sáng của bóng đèn càng lớn thì nhiệt độ của dây tóc phải càng cao Điều nàylàm cho số phân tử kim loại bị bay hơi tăng mạnh, kết quả là tuổi thọ của dây tóc bóngđèn sẽ giảm.

Điện áp (v): 36,72,110,120,220,240,380 V

Công suất (w): 150 ~ 2500 W Chiều dài (mm): 200 ~ 1500 mm

Đường kính (mm): ф10, 12,14,18,20,23,25,28 mm

Hồng ngoại bước sóng (mm):2.0 ~ 4um Nhiệt độ màu (k): 800 ~ 1500K

Hiệu suất chuyển đổi nhiệt (%): ≥ 95%

Nhiệt độ làm việc tối đa: ≤ 500 ℃

Hiệu suất chuyển đổi của bức xạ nhiệt: ≥ 70%

Nhiệt độ nóng tối đa: ≤ 900 ℃

b) Động cơ DC 24V:

D91F-30B4 ĐỘNG CƠ 1 CHIỀU 24VDC 150W EXCEM

Gồm có 3 phần chính stator( phần cảm), rotor ( phần ứng), và phần chỉnh lưu (chổi than và cổ góp)

- Stator của động cơ điện 1 chiều thường là 1 hay nhiều cặp nam châm vĩnh cửu, hay nam châm điện

- Rotor có các cuộn dây quấn và được nối với nguồn điện một chiều

- Bộ phận chỉnh lưu, nó có nhiệm vụ là đổi chiều dòng điện trong khi chuyển động quay của rotor là liên tục Thông thường bộ phận này gồm có một bộ cổ góp và một bộchổi than tiếp xúc với cổ góp

c) Role trung gian:

Mã sản phẩm: LY4N-DC24 của hãng omron, nguồn 24VDC.

f) Cảm biến nhiệt độ PT100:

Một số thông số chính của PT100:

Cảm biến nhiệt độ PT100 hay còn gọi là nhiệt điện trở kim loại ( RTD) PT100được cấu tạo từ kim loại Platinum được quấn tùy theo hình dáng của đầu dò nhiệt cógiá trị điện trở khi ở 0oC là 100 Ohm Đây là loại cảm biến thụ động nên khi sử dụngcần phải cấp một nguồn ngoài ổn định Giá trị điện trở thay đổi tỉ lệ thuận với sự thayđổi nhiệt độ được tính theo công thức dưới đây

Công thức điện trở phụ thuộc vào nhiệt độ của PT100:

Pt100 được tích hợp các bộ chuyển đổi tín hiệu để hiệu suất của chúng là cao nhất

và đơng giản hơn trong việc lắp đặt, vận hành Các ngõ ra của bộ chuyển đồi theo tiêuchuẩn công nghiệp là  4mA-20mA   và 0V-10V

Bộ biến đổi nhiệt độ pt100 sang 0-10v MST110U:

g) Cảm biến độ ẩm ES2-HB OMRON:

Một số thông số chính của ES2-HB OMRON:

h) Máy tạo ẩm siêu âm:

Thông số kỹ thuật Máy tạo ẩm 1 vỉ 10 mắt:

Xuất xứ: CHINA cao cấp Tình trạng: Hàng mới 100% Tên gọi: Máy Tạo Ẩm 10Mắt Điện áp sử dụng: 48 V

Công suất : 240 W

Lưu lượng phun: 3,5 - 5 L/H Số mắt phun: 10 mắt

Kích thước mắt: 20mm Cảm biến mực nước: Có

Mực nước phù hợp: Cách 2 đầu tạo sóng từ 1mm – 25mm Tiếng ồn: 36 – 45dbKích thước: 253mm x 90mm x 56mm Trọng lượng: 1,75 kg

ƯU ĐIỂM

1 Sản phẩm bằng thép không rỉ, chống ăn mòn, chống nước, chống quá nhiệt,giảm tiếng ồn

2 Vỉ tạo độ ẩm dùng sóng siêu âm, làm mát bên trong nhà

3 Công nghệ mới cho hạt sương mịn chỉ bằng 1/10 sợi tóc, tăng độ ẩm nhanh, rấtđược ưa chuộng ở nhiều nước

4 Sử dụng công nghệ sóng âm với tần số cao dưới tác dụng của sóng siêu âmphần tử nước không giao động với tần số nên tự tách ra dưới dạng những hạt sương rấtnhỏ đường kính khoảng 1 micro và dễ dàng hòa nhập vào không khí dưới dạng sươngmù

5 Sản phẩm dễ dàng di chuyển, có thể mang theo du lịch vì gọn nhẹ, thuận tiện

6 Máy tạo ẩm phun sương bằng cách sử dụng sóng siêu âm là được coi là côngnghệ hiện đại đơn giản và an toàn nhất

7 Máy tạo độ ẩm 304-loai-de- trong-phong-am) dạng sương mù, không tạo giọt, không để lại hơi nướctrên bề mặt đồ vật, an toàn cho thiết bị điện trong phòng

(http://bomnuocmini.com/may-tao-am-3-vi-10-mat-thung-inox-8 Tạo ẩm bằng công nghệ siêu âm

9 Chạy liên tục 15-16h, tự động ngắt khi hết nước và báo hiệu bằng đèn khi hoạtđộng

10 Không gây tiếng ồn, dễ sử dụng, vệ sinh và dễ mang đi

11 Máy tạo ẩm bằng sóng siêu âm không gây tiếng ồn

12 Hạt sương rất nhỏ hập thụ rất tốt nhiệt năng và bụi trong không khí, làm môitrường mát mẻ và trong lành hơn

2.2 Phần mềm sử dụng:

Phần mềm dùng để lập trình cho PLC S7-1200 là TIA Portal TIA Portal là phầnmềm cơ sở tích hợp tất cả các phần mềm lập trình cho các hệ thống tự động hóa và

truyền động điện Phần mềm tích hợp các sản phẩm SIMATIC khác nhau trong mộtphần mềm ứng dụng; ví dụ, Simatic Step 7 V16 để lập trình các bộ điều khiển Simatic.Simatic WinCC V16 để cấu hình các màn hình HMI và chạy SCADA trên máy tính,giúp tăng năng suất và hiệu quả làm việc.

Giao diện phần mềm TIA Portal

TIA Portal giúp cho các phần mềm này chia sẻ cùng một cơ sở dữ liệu, tạo nên sựthống nhất trong giao diện và tính toàn vẹn cho ứng dụng Tất cả các bộ đều khiểnPLC, màn hình HMI, các bộ truyền động của Siemens đều được lập trình, cấu hìnhtrên TIA portal Việc này giúp giảm thời gian, công sức trong việc thiết lập truyềnthông giữa các thiết bị này

Hai phần mềm quan trọng trong TIA Portal là Simatic Step 7 và Simatic WinCC

CHƯƠNG 3: GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ

3.1 Sơ đồ mô hình tổng quát của hệ thống:

Sơ đồ tổng quát của hệ thống

3.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống:

Khối xử lý trung tâm

Khối

cảm

biến

Khối cấp nhiệt

Trứng gà sau khi đã được xếp vào giá trong hệ thống, nhấn nút ON thời gian bắt đầu tính, ứng với từng giai đoạn phát triển của trứng máy sẽ đặt các thông số nhiệt độ, độ ẩm để trứng phát triển trong môi trường tốt nhất phù hợp nhất cho tỉ

lệ nở trứng cao nhất.

3.3 Sơ đồ kết nối chi tiết hệ thống:

3.3.1 Mạch động lực:

3.3.2 Sơ đồ kết nối PLC:

3.4 Quá trình thi công thực tế:

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ ỨNG DỤNG

Chương trình với ngôn ngữ LAD:

KẾT LUẬN

KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC:

- Tìm hiểu và làm quen với mô hình hệ thống ấp trứng tự động cùng với các thiết bị điện hiện đại như PLC, Sensor, màn hình cảm ứng công nghiệp, biến tần…

- Nắm vững hơn về những kiến thức đã học để áp dụng trong việc thiết kế, lắp đặt và

mô phỏng đuợc mô hình ứng dụng thực tế dùng PLC S7- 1200

- TIA Portal trong việc viết chương trình điều khiển đáp ứng khá tốt yêu cầu của một

hệ thống

- Dựa vào hệ thống thực tế để tạo ra giao diện mô phỏng bằng phần mềm WinCC Đápứng được các yêu cầu kỹ thuật

- Thiết kế thành công giao diện HMI cho hệ thống trên WinCC

- Phát triển kỹ năng tư duy sáng tạo, khả năng học hỏi và giải quyết vấn đề

- Khai thác được sức mạnh công nghệ thông tin trong việc tìm kiếm tài liệu nghiên cứucũng như việc lắp đặt thực tế hệ thống lồng ấp trứng tự động

HUỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI:

Phát triển mô hình thành một sản phẩm thực tế đáp ứng được nhu cầu của ngườilao động với mức chi phí thấp và đạt chất lượng yêu cầu

HẠN CHẾ:

Vì kiến thức bản thân còn nhiều hạn chế nên công trình nghiên cứu này khôngtránh khỏi những thiếu sót và em xin từng bước hoàn thiện sau Rất mong sự chỉ bảocủa các thầy cô và góp ý của các bạn để tập tiểu luận này được hoàn thiện hơn

Sau cùng, em xin chân thành cảm ơn thầy Ts Trương Tấn đã hướng dẫn, giúp

đỡ em lẫn các bạn hoàn thành tiểu luận đúng tiến độ

Sinh viên thực hiện

Bùi Quốc Giang

Lê Tuấn Nhã

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Giáo trình Điều khiển lập trình, trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM,

9/2010

2 Giáo trình Đo lường cảm biến, Lê Chí Kiên, trường ĐH Sư Phạm Kỹ thuật

TP.HCM