BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ CHẾ TẠO KHẢO NGHIỆM
HỆ THỐNG ĐỊNH ÔN TỰ ĐỘNG

Họ và tên sinh viên:

HỒ CHÍ CƯỜNG
NGUYỄN HOÀNG PHƯƠNG QUANG

Ngành : CƠ ĐIỆN TỬ
Niên học : 2007-2011

Tháng 06 năm 2011


THIẾT KẾ CHẾ TẠO KHẢO NGHIỆM
HỆ THỐNG ĐỊNH ÔN TỰ ĐỘNG

Tác giả

Hồ Chí Cường
Nguyễn Hoàng Phương Quang

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp bằng kỹ sư ngành
Cơ điện tử

Giáo viên hướng dẫn:

Hồ chí Minh, năm 2011.
Kết quả thu được:
 Thực hiện được mô hình phòng định ôn và các thiết bị phục vụ cho công tác
khảo nghiệm bao gồm : Máy điều hoà nhiệt độ, động cơ phun sương, quạt hút, đèn.
 Kết quả tính toán được năng suất lạnh cần thiết cho mô hình phòng định ôn
và hệ thống phòng định ôn 40m2
 Kết quả điều khiển được nhiệt độ và ẩm độ. Giám sát được nhiệt độ, ẩm độ
và các cơ cấu chấp hành trên màn hình giám sát, điều khiển HMI và PC.
 Kết quả khảo nghiệm thu được: Khi ta giảm kích thước phòng trung gian so
với ban đầu (1m3) thì nhiệt độ phòng định ôn giảm nhanh hơn, ẩm độ phòng định
ôn tương đối ổn định, chi phí năng lượng riêng tiêu tốn nhiều hơn.

iii


Mục lục
Lời cảm tạ ....................................................................................................................... ii
TÓM TẮT...................................................................................................................... iii
Mục lục .......................................................................................................................... iv
Danh sách các chữ viết tắt ............................................................................................. vi
Danh mục hình.............................................................................................................. vii
Danh mục bảng .............................................................................................................. ix
Chương 1 MỞ ĐẦU ........................................................................................................1
1.1 Đặt vấn đề ..................................................................................................................1
1.2 Mục đích ....................................................................................................................1
1.3 Yêu cầu ......................................................................................................................2
Chương 2 TỔNG QUAN.................................................................................................3
2.1 Tổng quan phòng định ôn ..........................................................................................3
2.1.1 Khái quát phòng định ôn ........................................................................................3
2.1.2 Vai trò của phòng định ôn ......................................................................................3

4.1 Thiết kế mô hình hệ thống định ôn phục vụ khảo nghiệm ......................................30
4.1.1 Kết quả thiết kế phần cơ khí phục vụ khảo nghiệm .............................................30
4.1.2 Kết quả thiết kế phần điều khiển ..........................................................................37
4.2 Kết quả khảo nghiệm ...............................................................................................49
4.2.1 Kết quả khảo nghiệm nhiệt độ ..............................................................................49
4.2.2 Kết quả khảo nghiệm ẩm độ .................................................................................51
4.2.3 Kết quả khảo nghiệm, so sánh chi phí năng lượng riêng .....................................52
4.3 Thiết kế hệ thống định ôn 40m2 ..............................................................................53
4.3.1 Kích thước thiết kế hệ thống định ôn ...................................................................53
4.3.2 Cơ sở tính toán hệ thống lạnh của thiết bị định ôn 40m2 .....................................55
Chương 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ..........................................................................60
5.1 Kết luận....................................................................................................................60
5.2 Đề nghị ....................................................................................................................60
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................61
PHỤ LỤC ......................................................................................................................62

v


Danh sách các chữ viết tắt

PLC: Programmable Logic Controller
SCADA: Supervisory Control And Data Asquisition
VDK: Vi điều khiển
PIC: Programable Intelligent Computer
RCV: Receive instruction
XMT: Transmit instruction
HMI: Human Machine Interface

vi

Hình 4.3: Sơ đồ khối bộ điều khiển PIC 16F877A ......................................................... 37
vii


Hình 4.4: Lưu đồ giải thuật điều khiển............................................................................ 37
Hình 4.5: Mạch thiết kế bộ vi điều khiển PIC6F877A. ................................................... 38
Hình 4.6: Bộ vi điều khiển PIC16F877A. ....................................................................... 39
Hình 4.7: Sơ đồ khối của bộ điều khiển bằng PLC và giám sát trên HMI,Citect. .......... 40
Hình 4.8: Mạch điều khiển .............................................................................................. 41
Hình 4.9: Lưu đồ giải thuật PLC ..................................................................................... 42
Hình 4.10: Kết nối phần cứng PLC ................................................................................. 43
Hình 4.11:Giao diện chính điều khiển trên HMI............................................................. 45
Hình 4.12: Màn hình giao diện TEST ............................................................................. 45
Hình 4.13: Màn hình TEMP1 .......................................................................................... 46
Hình 4.14: Màn hình TEMP2 .......................................................................................... 46
Hình 4.15: Giao diện làm việc của hệ thống Citect SCARA .......................................... 47
Hình 4.16: Hiển thị sự biến đổi về nhiệt độ, ẩm độ phòng định ôn ................................ 47
Hình 4.17: Giao diện kết quả chạy Citect SCARA ......................................................... 48
Hình 4.18: Biểu đồ so sánh sự thay đổi nhiệt độ của phòng định ôn khi khảo nghiệm. . 50
Hình 4.19: Biểu đồ so sánh sự thay đổi Ẩm độ của phòng định ôn khi khảo nghiệm. ... 52

viii


Danh mục bảng 
Bảng 2.1: Chức năng chân kết nối PLC .......................................................................... 10
Bảng 2.2: Trạng thái làm việc của PLC .......................................................................... 11
Bảng 2.3: Thông số kĩ thuật của màn hình điều khiển, giám sát HMI ............................ 14
Bảng 2.4: Các byte điều khiển SMB30 và SMB130 ....................................................... 16
Bảng 2.5: Đặc tính kỹ thuật của PIC6F877A .................................................................. 19

này các giống cây trồng nhất thiết phải được ươm trồng trong hệ thống phòng định
ôn.Với hệ thống điều khiển tiểu khí hậu trong phòng định ôn nhằm tạo môi trường tốt
cho cây trồng phát triển, ứng dụng kỹ thuật trong phòng định ôn sẽ đem lại hiệu quả
cao trong việc lai tạo giống, tạo giống thuần để đem trồng đại trà trong nhà lưới-nhà
kính nhằm tăng năng suất và chất lượng sản phẩm nông nghiệp.
Xuất phát từ thực tiễn đó, được sự phân công của khoa Cơ Khí –Công Nghệ
trường Đại học Nông Lâm TP.Hồ Chí Minh chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài
“ Thiết kế chế tạo khảo nghiệm hệ thống định ôn tự động ”
1.2 Mục đích
Mục đích luận văn nhằm thiết kế một hệ thống phòng định ôn với điều kiện tiểu
khí hậu như nhiệt độ, ẩm độ… phù hợp với đặc tính của từng giống cây trồng qua đó
tạo được giống thuần nhằm triển khai trồng đại trà trong hệ thống nhà lưới – nhà kính.

1


Qua đó nghiên cứu một số các thông số ảnh hưởng đến tiểu khí hậu của hệ thống
phòng định ôn như : điều kiện thông thoáng, tác động của nhiệt độ, tác động của ẩm độ
ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và phát triển của cây trồng trong phòng định ôn.
Trên cơ sở mục đích của luận văn chúng tôi đã đề ra nội dung thực hiện chính
của đề tài như sau:
 Thiết kế mô hình hệ thống phòng định ôn.
 Tính toán các thông số chính của mẫu phòng định ôn.


Nhiệt độ, Ẩm độ.

Nghiên cứu-khảo sát các thông số ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và phát triển của
cây trồng.
Xây dựng mô hình phòng định ôn tại xưởng CK6 xưởng Cơ Khí trường Đại học

thực tế đặt ra là cần lai tạo ra những giống cây có khả năng chịu đựng điều kiện khí
hậu khắc nghiệt để có thể gieo trồng ở những vùng khí hậu nhất định. Có những giống
đòi hỏi chịu đựng nhiệt độ cao, không khí khô hạn, có giống đòi hỏi phải chịu đựng
khí hậu lạnh, ẩm ướt.
 Ở một số viện nghiên cứu và lai tạo giống thực vật người ta đã xây dựng các
phòng thử nghiệm, đó là các nhà kính ở trong đó người ta trồng các loài thực vật thử
nghiệm, nhiệt độ không khí có thể điều chỉnh được. Những phòng thí nghiệm đó người
ta gọi là phytotron. Các thông số khí hậu có thể điều chỉnh được trong các phòng này

3


là nhiệt độ, độ ẩm, nồng độ CO2, cường độ chiếu sáng... Điều kiện chiếu sáng được mô
phỏng như ngày và đêm.
2.1.3 Một số kết quả nghiên cứu trong nước và trên thế giới về hệ thống định ôn
2.1.3.1 Một số kết quả nghiên cứu trong nước

Hình 2.1: Phòng nuôi cấy mô
 Đa số các mô hình nghiên cứu lai tạo và phát triển cây giống ở nước ta chủ yếu
sử dụng các thiết bị làm mát thông thường như: máy lạnh, quạt, đèn, phun sương…
 Thông thường thì nhiệt độ và ẩm độ cho cây phát triển cao ở trong phòng định
ôn là: T0C = 20-280C, RH = 60-70%.
2.1.3.2 Một số kết quả nghiên cứu ở nước ngoài

Hình 2.2: Hệ thống tủ định ôn tại New Delhi
T0C = 40C– 450C , RH = 30% - 90% Á/S = 124000Lux , CO2 = 300–3000ppm

4




250C

 Dưa chuột, cà chua, ớt, cà, đậu côve, bầu:

220C

 Hành tây, kiệu, tỏi, cần:

190C

 Khoai tây, đậu hà lan, xà lách, cà rốt, cần tây:

160C

 Bắp cải, củ cải, cải dầu:

130C

2.2.2 Độ ẩm.
Độ ẩm tuyệt đối của không khí là khối lượng của hơi nước có trong 1m3 không
khí ẩm, (kg/m3 không khí ẩm), Độ ẩm tương đối là tỷ số giữa độ ẩm tuyệt đối trên độ
ẩm tuyệt đối lớn nhất ứng với nhiệt độ nào đó của không khí ẩm nước của cây và trong
không khí.
6


Hình 2.5: Biểu đồ trắc ẩm.
Độ ẩm không khí thấp sẽ làm cho cây bị khô do hiện tượng chênh lệch áp suất
riêng phần của hơi. Ngược lại ẩm độ không khí quá cao sẽ làm cho cây trồng trong

PLC viết tắt của cụm từ “Programmable Logic Controller” được hiểu là bộ điều
khiển có khả năng lập trình được. Nó chính là một máy tính công nghiệp để thực hiện
một dãy quá trình sản xuất và thường được gắn ngay tại dây truyền sản xuất. Một cách
hiểu khác thì PLC là một thiết bị được trang bị các chức năng logic, tạo xung , đếm
8


thời gian, đếm xung và thực hiện nhiều phép tính kỹ thuật ứng dụng trong kỹ thật điều
khiển tự động hóa.
2.4.2 Đặc tính kỹ thuật của PLC S7-200( CPU 224)

Hình 2.7: Kết cấu phần cứng PLC
 Điện áp nguồn cung cấp : AC 85 – 264V hoặc 20,4V-28,8V .
 Điện áp nguồn đầu vào: DC 24V.
 Số lượng đầu vào / ra: 24 đầu vào ra (14 đầu vào và 10 đầu ra ) có khả năng
thêm 7 module mở rộng.
 Dòng điện đầu ra: 0,7A với loại DC/DC/DC hoặc 2A với loại AC/AC/Relays.
 Dung lượng bộ nhớ: 4096 word chương trình, 2560 word dữ liệu.
 Các chế độ làm việc: có ba chế độ làm việc :
- RUN: Chế độ PLC thực hiện chương trình trong bộ nhớ.
- TOP: Cưỡng bức PLC dừng chương trình đang chạy và chuyển sang chế độ
TOP, PLC sẽ tự động chuyển từ RUN sang TOP nếu có sự cố hoặc trong chương trình
gặp lệnh TOP.
- TERM: cho phép máy lập trình tự quyết định chế độ hoạt động cho PLC: run
hoặc TOP.
 Cổng truyền thông: S7-200 dùng cổng truyền thông nối tiếp RS485 để phục vụ
cho việc ghép nối với thiết bị lập trình hoặc với trạm PLC khác.

9



7

24 VDC (120mA tối đa)

8

Truyền và nhận dữ liệu

9

Không sử dụng

Hình 2.9: Sơ đồ kết nối PLC S7-200 và máy tính
 Số lượng timer: 256 chia làm 3 loại với độ phân giải khác nhau: 4 timer 1ms,
16 timer 10ms, và 236 timer 100ms.
10


 Số lượng bộ đếm (counter): 256 chia làm 3 loại bộ đếm tiến, bộ đếm lùi và bộ
đếm vừa đếm tiến, vừa đếm lùi.
 256 bit nhớ đặc biệt dung để thông báo trạng thái và đặt chế độ làm việc.
 6 bộ đếm tốc độ cao 20 KHZ và 30KHz.
 Bộ phát xung nhanh, cho dãy xung kiểu PTO hoặc PWM.
 Bộ điều chỉnh tương tự.
 Lập trình dạng ngôn ngữ bậc thang (LAD) hoặc danh sách lệnh (STL) bằng
phần mềm STEP 7.
 Có đầu nối đất bảo vệ (protective earth terminal) để tránh điện giật.
 Đầu nối nguồn cấp DC ra từ PLC (DC Power Supply Output Terminal).
 Điện áp ra chuẩn là DC 24V với dòng định mức là 0.3A có thể được cung cấp

 Các đèn chỉ thị trạng thái đầu ra ( Output Indicator). Các đèn LED này sẽ sáng
khi role tương ứng được bật.
2.4.3 Cấu trúc bộ nhớ, các vùng nhớ và địa chỉ bộ nhớ trong S7-200
 Cấu trúc bộ nhớ:
Bộ nhớ trong S7-200 được chia thành 4 vùng với 1 tụ có nhiệm vụ duy trì dữ liệu
trong một khoảng thời gian nhất định khi mất nguồn. Bộ nhớ S7-200 có tính linh hoạt

11


cao. Có thể đọc, ghi trong toàn vùng, trừ các bít nhớ đặc biệt SM (special memory) chỉ
có thể truy cập để đọc.

Hình 2.10: Miền nhớ PLC
Các vùng nhớ:
- Vùng chương trình: Là nơi lưu giữ các lệnh của chương trình. Vùng này có thể
đọc/ghi được.
- Vùng tham số: Là miền lưu giữ các tham số như: từ khóa, địa chỉ trạm… cũng
giống như vùng chương trình vùng này cũng có thể đọc/ghi được.
- Vùng dữ liệu: Là miền nhớ động, dùng để cất dữ liệu của chương trình.
- Vùng đối tượng: Bao gồm các thanh ghi timer, bộ đếm tốc độ cao, bộ đệm
vào/ra, thanh ghi chứa (AC-Accumulator). Vùng này cũng có khả năng đọc/ghi được.
 Địa chỉ bộ nhớ:
Tất cả các đầu vào ra cũng như các bộ nhớ lưu trữ khác trên PLC khi sử dụng
trong chương trình đều thông qua các địa chỉ bộ nhớ tương ứng.

12


2.4.4 Thực hiện chương trình

320 x 240 pixels

Đèn nền

Người dùng có thể thay thế CCFL

Touch Panel Loại

Phim điện trở (analog)

Touch Panel Nghị quyết

1024x1024

Ứng dụng bộ nhớ

2MB FLASH EPROM

Bộ nhớ sao lưu dữ liệu

256KB

Giao diện nối tiếp

1

Com 1

RS232/RS422


0 ° C đến 50 ° C

Bên ngoài Kích thước (WxHxD trong mm)

171mm [6.73in.] X 138mm [5.43in.]
X 60mm [2.36in.]

Cut-out Kích thước (wxh trong mm)

156mm x 123.5mm

Lập trình phần mềm

GP-Pro PBIII

2.6 Tổng quan truyền thông sử dụng chế độ FREEPORT
2.6.1 Giới thiệu:
Chế độ Freeport được sử dụng để điều khiển cổng truyền thông của CPU S7200 thông qua chương trình của người sử dụng. Ở chế độ Freeport, chương trình CPU
sử dụng các ngắt thu (receiveed interrupt), ngắt phát (transmited interrupt) và các lệnh
thu (RCV –Receive instruction), lệnh phát (XMT – Transmit instruction) để điều khiển
14


cổng truyền thông của CPU. Ở chế độ này, giao thức truyền thông được kiểm soát
hoàn toàn bởi chương trình của người sử dụng. Các ô nhớ chuyên dụng SMB30 ( đối
với port 0) và SMB130 ( đối với port 1) được sử dụng để chọn tốc độ truyền và bit
chẵn / lẻ (parity).
2.6.2 Ứng dụng của chế độ freeport.
Chế độ Freeport cho phép CPU S7-200 giao tiếp với bất cứ thiết bị nào hỗ trợ
giao thức truyền thông 10 bit ( 7bit dữ liệu) hoặc 11 bit ( 7 hoặc 8 bit dữ liệu), vì vậy,