Đề tài: Mô hình chăm sóc heo tự động có điều khiển và giám sát

i
TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
----o0o----
Tp. HCM, ngày … tháng … năm 2019
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên: Huỳnh Văn Sanh MSSV: 15141264
Võ Duy Tâm MSSV: 15141278
Chuyên ngành: Công nghệ kỹ thuật điện - điện tử truyền thông Mã ngành: 41
Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ: 1
Khóa: 2015 Lớp: 15141DT1B
15141DT2B
I. TÊN ĐỀ TÀI: MÔ HÌNH CHĂM SÓC HEO TỰ ĐỘNG CÓ ĐIỀU KHIỂN
VÀ GIÁM SÁT QUA HỆ THỐNG SCADA TRÊN MÁY TÍNH
II. NHIỆM VỤ
Nội dung thực hiện:
 Nội dung 1: Tìm hiểu về cảm biến loadcell, mạch khuếch đại tín hiệu loadcell,
PLC S7 – 1200.
 Nội dung 2: Đo khối lượng thức ăn cần trộn cho mỗi lần ăn, nhiệt độ cần thiết
cho chuồng heo, và các nhu cầu cơ bản của heo như tắm và uống.
 Nội dung 3: Thiết kế mô hình trộn thức ăn, bồn nước và máng ăn, uống.
 Nội dung 4: Thiết kế mô hình toàn hệ thống.
 Nội dung 5: Thi công mô hình hệ thống cơ khí, hệ thống điện.
 Nội dung 6: Viết chương trình điều khiển cho hệ thống.
 Nội dung 7: Thiết kế giao diện giám sát SCADA, giao diện hiển thị dữ liệu
cảm biến online.
 Nội dung 8: Đánh giá kết quả thực hiện, cải tiến mô hình.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 19/02/2019
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 05/07/2019
V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: GVC, ThS. Hoàng Ngọc Văn
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

ii
TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
----o0o----
Tp. HCM, ngày… tháng … năm 2019
LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên 1: Huỳnh Văn Sanh
Lớp: 15141DT1B MSSV: 15141264
Họ tên sinh viên 2: Võ Duy Tâm
Lớp: 15141DT2B MSSV: 15141278
Tên đề tài: Mô hình chăm sóc heo tự động có điều khiển và giám sát qua hệ
thống SCADA trên máy tính.
Tuần/ngày Nội dung Xác nhận GVHD
Tuần 1 (18-
24/02/2019) Nhận đồ án, tìm hiểu đề tài
Tuần 2
(25/02/2019-
03/03/2019)
Tìm hiểu nội dung và hướng làm đề tài của
việc điều khiển một hệ thống bằng PLC.
Tuần 3 (04-
10/03/2019)
Tìm hiểu PLC S7 – 1200, các cảm biến.
Tuần 4 (11 - 17
/03/2019)
Tiến hành thiết kế phần cứng cho cảm biến
loadcell
Tuần 5,6
(18 -
31/03/2019)
Tiến hành thiết kế phần cứng cho toàn hệ
thống.
Tuần 7,8(01/04-
14/04/2019)
Tiến hành thiết kế và thi công hệ thống
điện.
Tuần 9,10,11,12
(15/04 -
12/05/2019)
Tiến hành lập trình cho hệ thống.
Tuần 13,14
(13/05 -
26/05/2019)
Thiết kế giao diện giám sát SCADA, giao
diện hiển thị dữ liệu cảm biến online.
Tuần 15 (27/05 -
02/06/2019)
Viết báo cáo, kiểm tra các phần cứng, hiệu
chỉnh.
05/07/2019 Hoàn thành nhiệm vụ đồ án.
GV HƯỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ và tên)

iii
LỜI CAM ĐOAN
Đề tài này là do chúng tôi tự thực hiện dựa vào một số tài liệu và không sao
chép từ tài liệu hay công trình đã có trước đó. Nếu có bất kỳ sự gian lận nào chúng
tôi xin chịu trách nhiệm về nội dung đồ án của mình.
Người thực hiện
Huỳnh Văn Sanh Võ Duy Tâm

iv
LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong Trường
Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. HCM nói chung, các thầy cô và sinh viên trong khoa
Điện – Điện Tử nói riêng đã dạy dỗ cho em kiến thức về các môn đại cương cũng
như các môn chuyên ngành, giúp em có được cơ sở lý thuyết vững vàng và tạo điều
kiện giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập.
Em cũng xin gửi lời tri ân và biết ơn sâu sắc đến GVC, ThS. Hoàng Ngọc Văn
người đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo em trong suốt quá trình làm khoá luận.
Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè, đã luôn tạo điều
kiện, quan tâm, giúp đỡ, động viên em trong suốt quá trình học tập và hoàn thành
khoá luận tốt nghiệp.
Sinh viên thực hiện đồ án
Huỳnh Văn Sanh Võ Duy Tâm

v
MỤC LỤC
Nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp.......................................................................................... i
Lịch trình thực hiện đồ án tốt nghiệp......................................................................... ii
Lời cam đoan............................................................................................................. iii
Lời cảm ơn ................................................................................................................ iv
Mục lục........................................................................................................................v
Liệt kê hình vẽ......................................................................................................... viii
Liệt kê bảng.................................................................................................................x
Tóm tắt ...................................................................................................................... xi
Chương 1. TỔNG QUAN .........................................................................................1
1.1. Đặt vấn đề......................................................................................................1
1.2. Mục tiêu.........................................................................................................1
1.3. Nội dung nghiên cứu .....................................................................................2
1.4. Giới hạn .........................................................................................................2
1.5. Bố cục............................................................................................................2
Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT.............................................................................4
2.1. Tổng quan về hệ thống chăm sóc heo tự động ..............................................4
2.2. Tổng quan về plc và plc s7-1200...................................................................4
2.2.1. Tổng quan về plc..........................................................................................4
2.2.2. Giới thiệu về plc s7- 1200............................................................................8
2.3. Hệ thống điều khiển điện- khí nén..............................................................13
2.3.1. Những đặc điểm cơ bản .............................................................................13
2.3.2. Cấu trúc của hệ thống khí nén ...................................................................14
2.4. Cảm biến lực loadcell..................................................................................16
2.4.1. Giới thiệu về cảm biến lực loadcell ...........................................................16

vi
2.4.2. Loadcell hoạt động như thế nào?...............................................................16
2.5. Giới thiệu bộ chuyển đổi loadcell rw-st01a.................................................19
2.6. Biến tần mitsubishi fr-e700 .........................................................................20
2.6.1. Giới thiệu biến tần .....................................................................................20
2.6.2. Nguyên lí hoạt động của biến tần ..............................................................20
2.6.3. Biến tần Mitsubishi FR-E700 ....................................................................21
2.7. Relay điện cực báo mức nước .....................................................................22
2.8. Van điện từ ................................................................................................23
2.8.1. Giới thiệu van điện từ ................................................................................23
2.8.2. Các thông số...............................................................................................24
2.9. Một số linh kiện khác ..................................................................................24
2.9.1. Nút nhấn.....................................................................................................24
2.9.2. Nút dừng khẩn cấp.....................................................................................24
2.9.3. MCB...........................................................................................................25
2.9.4. Relay trung gian 8 chân điện áp 24V.........................................................25
Chương 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ..............................................................26
3.1. Mô hình hệ thống.........................................................................................26
3.1.1. Giới thiệu về hệ thống................................................................................26
3.1.2. Chức năng từng phần.................................................................................26
3.2. Tính toán và thiết kế hệ thống .....................................................................26
3.2.1. Sơ đồ khối hệ thống ...................................................................................26
3.2.3. Sơ đồ kết nối plc với toàn hệ thống ...........................................................35
3.2.4 thiết kế phần khung hệ thống......................................................................38
Chương 4. THI CÔNG HỆ THỐNG.....................................................................40
4.1. Giới thiệu.....................................................................................................40
4.2. Thi công hệ thống........................................................................................40

vii
4.2.1. Thi công phần khung của hệ thống............................................................40
4.2.2. Thi công tủ điện .........................................................................................41
4.3. Lập trình cho hệ thống.................................................................................42
4.3.1. Lưu đồ giải thuật........................................................................................42
4.3.2. Phần mềm lập trình cho plc .......................................................................48
Chương 5. KẾT QUẢ - NHẬN XÉT - ĐÁNH GIÁ .............................................56
5.1. Kết quả.........................................................................................................56
5.1.1. Kết quả nghiên cứu:...................................................................................56
5.1.2. Kết quả thi công.........................................................................................56
5.2. Nhận xét – đánh giá.....................................................................................59
Chương 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN..........................................60
6.1. Kết luận........................................................................................................60
6.2. Hướng phát triển..........................................................................................60
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................62
PHẦN PHỤ LỤC.....................................................................................................63

viii
LIỆT KÊ HÌNH VẼ
Hình Trang
Hình 2. 1. Tổng quan PCL S7- 1200...........................................................................9
Hình 2. 2. Bảng tín hiệu của PLC S7- 1200..............................................................11
Hình 2. 3. Các Module tín hiệu PLC S7- 1200.........................................................12
Hình 2. 4. Các module truyền thông PLC S7- 1200. ................................................13
Hình 2. 5. Cấu trúc hệ thống điều khiển khí nén. .....................................................15
Hình 2.6. Hệ thống điện - khí nén............................................................................15
Hình 2. 7. Loadcell thanh..........................................................................................17
Hình 2. 8. Cầu điện trở Wheatstone..........................................................................17
Hình 2. 9. Nguyên lí hoạt động của loadcell.............................................................18
Hình 2. 10. Bộ khuếch đại tín hiệu loadcell..............................................................19
Hình 2. 11. Nguyên lí hoạt động của biến tần...........................................................21
Hình 2. 12. Biến tần mitsubishi FR-E700.................................................................22
Hình 2. 13. Relay điện cực........................................................................................23
Hình 2. 14. Van điện từ.............................................................................................23
Hình 2. 15. Nút nhấn.................................................................................................24
Hình 2. 16. Nút dừng khẩn cấp. ................................................................................25
Hình 2. 17. MCB.......................................................................................................25
Hình 2. 18. Relay trung gian 24V. ............................................................................25
Hình 3. 1. Sơ đồ khối của hệ thống...........................................................................27
Hình 3. 2. Sơ đồ kết nối loadcell với mạch khuếch đại. ...........................................28
Hình 3. 3. Xi lanh khí nén.........................................................................................29
Hình 3. 4. Xi lanh tròn. .............................................................................................30
Hình 3. 5. Van điện từ...............................................................................................30
Hình 3. 6. Van điện từ 5/2.........................................................................................31
Hình 3. 7. Sơ đồ kết nối của van điện từ 5/2 với PLC. .............................................31
Hình 3. 8. Một số loại động cơ 3 pha........................................................................32
Hình 3. 9. Biến tần Mitsubishi FR-E700. .................................................................32
Hình 3. 10. CPU 1212C và module mở rộng SM1223. ............................................34
Hình 3. 11. Sơ đồ kết nối cơ bản của CPU 1212C....................................................34
Hình 3. 12. Nguồn 24VDC. ......................................................................................35

ix
Hình 3. 13. Sơ đồ kết nối toàn hệ thống....................................................................36
Hình 3. 14. Sơ đồ kết nối biến tần Misubishi FR- E700..........................................36
Hình 3. 15. Sơ đồ kết nối loadcell với AI của CPU.................................................37
Hình 3. 16. Mạch động lực xilanh.............................................................................37
Hình 3. 17. Thiết kế mặt trước của hệ thống.............................................................38
Hình 3. 18. Thiết kế mặt sau của hệ thống................................................................38
Hình 3. 19. Thiết kế mặt bên của hệ thống. ..............................................................39
Hình 4. 1. Mặt trước và sau của hệ thống. ................................................................40
Hình 4. 2. Mặt bên và trên của hệ thống...................................................................41
Hình 4.3. Bên ngoài tủ điện. .....................................................................................41
Hình 4.4. Bên trong tủ điện.......................................................................................42
Hình 4. 5. Lưu đồ giải thuật. .....................................................................................47
Hình 4. 6. Tia Portal V13..........................................................................................49
Hình 4. 7. Giao diện bắt đầu của chương trình. ........................................................49
Hình 4. 8. Giao diện tạo dự án mới...........................................................................50
Hình 4. 9. Giao diện bắt đầu của dự án mới..............................................................50
Hình 4. 10. Giao diện Devices & networks. .............................................................50
Hình 4.11. Giao diện Add new device......................................................................51
Hình 4. 12. Giao diện làm việc. ................................................................................51
Hình 4.13. Giao diện viết chương trình. ...................................................................51
Hình 4.14. Giao diện đăng nhập vào màn hình quản lí hệ thống..............................52
Hình 4. 15. Giao diện SCADA quản lí hệ thống.......................................................52
Hình 4. 16. Biểu tượng Visual studio........................................................................54
Hình 4. 17. Giao diện tạo một project mới. ..............................................................54
Hình 4. 18. Giao diện lựa chọn. ................................................................................55
Hình 4. 19. Cấu hình cho web...................................................................................55
Hình 5. 1. Mặt trước của hệ thống. ...........................................................................56
Hình 5. 2. Mặt bên của hệ thống. ..............................................................................57
Hình 5. 3. Giao diện Home của trang web................................................................57
Hình 5. 4. Giao diện thông tin về dự án....................................................................58
Hình 5. 5. Giao diện truy xuất toàn bộ dữ liệu cảm biển..........................................58
Hình 5. 6. Giao diện truy xuất dữ liệu theo thời gian và tên cảm biến. ....................59

x
LIỆT KÊ BẢNG
Bảng Trang
Bảng 2. 1. Bảng phân loại chức năng của các dòng PLC S7- 1200............................9
Bảng 2. 2. Bảng các module hỗ trợ PLC S7- 1200...................................................11
Bảng 2. 3. Bảng thông số bộ khuếch đại tín hiệu loadcell........................................20

xi
TÓM TẮT
Ngày nay cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật, kỹ thuật điện
tử mà trong đó điều khiển tự động đóng vai trò hết sức quan trọng trong mọi lĩnh vực
khoa học kỹ thuật, quản lý, công nghiệp tự động hóa… Do đó chúng ta cần phải nắm
bắt và vận dụng điều khiển tự động một cách hiệu quả nhằm đóng góp vào sự phát
triển khoa học kỹ thuật của thế giới nói chung và trong sự phát triển của kỹ thuật điều
khiển tự động nói riêng.
Xuất phát từ những lần tham quan các doanh nghiệp có dây chuyền sản xuất,
các trang trại chăn nuôi công nghiệp, chúng em đã được thấy nhiều khâu tự động hóa
trong qui trình chăn nuôi tạo ra các sản phẩm chăn nuôi chất lượng cao. Một trong đó
là các trang trại chăn nuôi giám sát các nhu cầu cơ bản của vật nuôi sử dụng bộ điều
khiển lập trình PLC Siemens.
Sau khi tìm hiểu, nghiên cứu về các đề tài và công trình trước đây, nhóm quyết
định chọn đề tài: “MÔ HÌNH CHĂM SÓC HEO TỰ ĐỘNG CÓ ĐIỀU KHIỂN
VÀ GIÁM SÁT QUA HỆ THỐNG SCADA TRÊN MÁY TÍNH”.
Với đề tài này, nhóm hy vọng sẽ làm cơ sở nghiên cứu cho các nhóm sau có thể mở
rộng, phát triển nữa. Nếu được điều chỉnh tốt, ý tưởng này kết hợp với hệ thống làm
sạch trang trại chăn nuôi, thu gom và xử lí chất thải … sẽ tạo ra một hệ thống phân
trang trại nuôi heo thông minh hoàn thiện.

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH
1
Chương 1. TỔNG QUAN
1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Ngày nay cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật, kỹ thuật điện
tử mà trong đó điều khiển tự động đóng vai trò hết sức quan trọng trong mọi lĩnh vực
khoa học kỹ thuật, quản lý, công nghiệp tự động hóa… Do đó chúng ta cần phải nắm
bắt và vận dụng điều khiển tự động một cách hiệu quả nhằm đóng góp vào sự phát
triển khoa học kỹ thuật của thế giới nói chung và trong sự phát triển của kỹ thuật điều
khiển tự động nói riêng.
Xuất phát từ những lần tham quan các doanh nghiệp có dây chuyền sản xuất,
chúng em đã được thấy nhiều khâu tự động hóa trong quá trình sản xuất. Một trong
những ứng dụng đó là áp dụng vào quy trình chăn nuôi bằng hệ thống cho ăn, uống
và giám sát các nhu cầu khác của heo một cách tự động sử dụng bộ điều khiển lập
trình PLC Siemens.
Sau khi tìm hiểu, nghiên cứu về các đề tài và công trình trước đây, nhóm quyết
định chọn đề tài: “MÔ HÌNH CHĂM SÓC HEO TỰ ĐỘNG CÓ ĐIỀU KHIỂN
VÀ GIÁM SÁT QUA HỆ THỐNG SCADA TRÊN MÁY TÍNH”.
Đã có khá nhiều đề tài thực hiện việc chăm sóc các loại vật nuôi khác nhau như
cá, bò. Nhưng với mỗi loại vật nuôi lại có nhưng nhu cầu về ăn uống khác nhau thì
lại cần có những mô hình khác nhau. Vì vậy ta cần một hướng xử lí phù hợp hơn với
từng loại vật nuôi mà ở đây đối tượng chăn nuôi là heo.
Và nhiều hệ thống chăn nuôi chỉ thực hiện việc cho ăn uống mà chưa thực hiện
giám sát, lưu trữ dữ liệu, quản lý. Vì vậy chúng ta cần xây dựng việc giám sát hệ
thống.
1.2. MỤC TIÊU
Với đề tài này mục tiêu mà nhóm đề ra là tìm hiểu và nghiên cứu sâu hơn và
PLC S7 – 1200 và các ứng dụng trong thực tế. Từ đó thiết kế và thi công mô hình
chăm sóc heo tự động. Bên cạnh đó là điều khiển và giám sát hoạt động của mô hình
trên máy tính.

2
1.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
NỘI DUNG 1: Nghiên cứu tài liệu về PLC S7 -1200, cảm biến loadcell, biến
tần Mitsubishi FR-E700, relay điện cực báo mực nước, relay trung gian và các van
khí nén.
NỘI DUNG 2: Dựa trên các dữ liệu thu thập được, dựa trên khối lượng thức
ăn định trước, tiến hành lựa chọn giải pháp thiết kế và thi công mô hình. Kết nối các
ngoại vi với PLC, động cơ với biến tần.
NỘI DUNG 3: Thiết kế lưu đồ giải thuật và viết chương trình điều khiển cho
PLC. Thiết kế giao diện điều khiển, giám sát hệ thống, giao diện hiển thị dữ liệu
online.
NỘI DUNG 4: Thử nghiệm và điều chỉnh phần mềm, phần cứng để mô hình
được tối ưu, sử dụng dễ dàng. Đánh giá các thông số của mô hình so với thông số
thực tế, hiệu suất hoạt động của hệ thống so với tính toán.
NỘI DUNG 5: Viết báo cáo thực hiện.
NỘI DUNG 6: Đánh giá kết quả thực hiện.
1.4. GIỚI HẠN
Mô hình quy mô còn nhỏ.
Mô hình còn chưa tối ưu, hình dáng còn thô kệch.
Độ chính xác tương đối.
Tốc độ còn chậm do là điều khiển tuần tự.
1.5. BỐ CỤC
Chương 1: Tổng Quan.
Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết.
Chương 3: Tính Toán Và Thiết Kế.
Chương 4: Thi Công Hệ Thống.
Chương 5: Kết Quả - Nhận Xét - Đánh Giá.

3
Chương 6: Kết Luận và Hướng Phát Triển.
Chương 1: Tổng Quan.
Chương này trình bày vấn đề dẫn nhập, lý do chọn đề tài, mục tiêu, nội dung
nghiên cứu, các giới hạn và bố cục đồ án.
Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết.
Giới thiệu các linh kiện, thiết bị sử dụng thiết kế hệ thống, các chuẩn truyền,
giao thức.
Chương 3: Tính Toán Và Thiết Kế.
Tính toán thiết kế, đưa ra sơ đồ nguyên lí của hệ thống.
Chương 4: Thi Công Hệ Thống.
Thi công hệ thống, lưu đồ, đưa ra giải thuật và chương trình.
Chương 5: Kết Quả, Nhận Xét, Đánh Giá.
Đưa ra kết quả đạt được sau một thời gian nghiên cứu, một số hình ảnh của hệ
thống, đưa ra những nhận xét, đánh giá toàn bộ hệ thống.
Chương 6: Kết Luận và Hướng Phát Triển.
Trình bày những kết luận về hệ thống những phần làm rồi và chưa làm, đồng
thời nêu ra hướng phát triển cho hệ thống.

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
4
Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CHĂM SÓC HEO TỰ ĐỘNG.
Nhu cầu ăn và uống là hai nhu cầu cơ bản và thiết yếu nhất đối với một trang
trại nuôi heo, việc quản lí ăn uống này có thể thực hiện bởi con người nhưng như vậy
đối với một trang trại lớn thì sẽ tốn nhiều nhân công và việc quản lí các số liệu về
lượng thức ăn cho heo cũng trở nên khó khăn, vì thế một hệ thống quản lí việc ăn
uống và các số liệu về lượng thức ăn trong ngày là vô cùng cần thiết.
2.2. TỔNG QUAN VỀ PLC VÀ PLC S7-1200
2.2.1. Tổng quan về PLC
2.2.1.1. Giới thiệu
Kỹ thuật điện tử đã phát triển đến trình độ kỳ diệu và sẽ có những tiến bộ vượt
bật trong tương lai. Nó góp phần không nhỏ và sản xuất công nghiệp. Nhất là trong
giai đoạn hội nhập hiện nay. Các doanh nghiệp không ngần ngại hạ giá thành sản
phẩm tăng sức cạnh tranh với các công ty khác. Một trong những giải pháp về trang
thiết bị hiện đại này là PLC. PLC có khả năng vận hành tự động theo một quy trình
định sẵn mà không cần có sự tham gia của con người lúc vận hành. Bởi tất cả những
gì cần thiết cho ra đời một loạt sản phẩm đã tích hợp tất cả trong một thiết bị nhỏ gọn
đó là PLC. Hệ thống tự động này gần như tối ưu khi kết hợp với máy vi tính để điều
khiển và kiểm soát quá trình sản xuất hoàn toàn chỉ trên máy vi tính.
Thật ra hệ thống điều khiển tự động này đã xuất hiện từ năm 1970 và nhanh
chóng trở thành sự lựa chọn cho việc sản xuất. Nhưng ở Việt Nam, còn khá nhiều
công ty hoàn toàn xa lạ với PLC. Tại sao như vậy? Về giá thành? Đúng là PLC còn
khá đắt nhưng chỉ với một công ty sản xuất thì giữa đầu tư ban đầu đó với những lợi
ích nó đem lại thì giá thành không đáng quan tâm lắm. Thật ra là do ngại thay đổi, do
chưa hiểu nhiều về PLC nên khi vận hảnh, bảo trì, bảo dưỡng, thay đổi chương trình
gặp không ít khó khăn cho người sử dụng. Vì vậy cần chủ động tiếp cận, khi nắm bắt
được rồi vấn đề chuyển giao công nghệ không còn đáng lo và PLC có thể hiện tính
ưu việt nhờ sự hiểu biết của người sử dụng. Vậy PLC là gì? Hy vọng nội dung được
đề cập trong đồ án này giúp người đọc hiểu hơn về PLC.

5
2.2.1.2. PLC là gì?
PLC là viết tắt của Programmable Logic Controller có nghĩa là thiết bị điều
khiển logic khả trình. Sự phát triển của PLC đã mang lại nhiều thuận lợi và làm cho
các thao tác máy trở nên nhanh, nhạy, dễ dàng và tin cậy hơn. Nó có khả năng thay
thế hoàn toàn cho các phương pháp điều khiển truyền thống dùng relay (loại thiết bị
phức tạp và cồng kềnh); khả năng điều khiển dễ dàng và linh hoạt dựa trên việc lập
trình trên các lệnh logic cơ bản; khả năng định thời, đếm; giải quyết các vấn đề toán
học và công nghệ; khả năng tạo lập, gởi đi, tiếp nhận những tín hiệu nhằm mục đích
kiểm soát sự kích hoạt hoặc đình chỉ những chức năng của máy hoặc một dây chuyển
công nghiệp.
 Như vậy những đặc điểm làm cho PLC có tính năng ưu việt và tích
hợp trong môi trường công nghiệp:
 Khả năng kháng nhiễu tốt.
 Cấu trúc dạng module rất thuận tiện cho việc thiết kế, mở rộng, cải
tạo nâng cấp…
 Có những module chuyên dụng để thực hiện chức năng đặc biệt hay
những module truyền thông để kết nối PLC với mạng công nghiệp
hoặc qua mạng internet.
 Khả năng lập trình được, lập trình dễ dàng cũng là đặc điểm quan
trọng để xếp hạng một hệ thống điều khiển tự động.
Thuộc vào hệ sản xuất linh hoạt do tính thay đổi được do chương trình hoặc
thay đổi trực tiếp các thông số mà không cần thay đổi lại chương trình.
2.2.1.3. Cấu trúc phần cứng của PLC
 Các thành phần cơ bản của một PLC thường có các module phần cứng sau:
 Module nguồn.
 Module đơn vị xử lý trung tâm.
 Module bộ nhớ chương trình và dữ liệu.
 Module đầu vào.
 Module đầu ra.

6
 Module phối ghép (để hỗ trợ cho vấn đề truyền thông nội bộ).
 Module chức năng (để hỗ trợ cho vấn đề truyền thông mạng).
2.2.1.4. Cấu trúc bộ nhớ PLC
 Bộ nhớ chia làm 3 vùng chính
 Vùng chứa chương trình ứng dụng: Vùng chứa chương trình được chia làm
miền:
 Organisation block: Miền chứa chương trình tổ chức, chứa chương trình chính,
các lệnh trong khối này luôn được quét.
 Subroutine (Chương trình con): Miền chứa chương trình con, được tổ chức
thành hàm và có biến hình thức để trao đổi dữ liệu, chương trình con này sẽ
được thực hiện khi nó được gọi trong chương trình chính.
 Interrup (Chương trình ngắt): Miền chứa chương trình ngắt được tổ chức thành
hàm và có khả năng trao đổi dữ liệu với bất cứ một khối chương trình nào khác.
Chương trình này sẽ được thực hiện khi có sự kiện ngắt xảy ra. Có rất nhiều sự
kiện ngắt như: Ngắt thời gian, ngắt xung tốc độ cao …
 Vùng chứa tham số của hệ điều hành: chia thành miền khác nhau:
 I (Process Image Input): Miền dữ liệu các cổng vào số, trước khi bắt đầu thực
hiện chương trình, PLC sẽ đọc giá trị logic của tất cả các cổng đầu vào và cất
giữ chúng trong vùng nhớ I. Thông thường chương trình ứng dụng không đọc
trực tiếp trạng thái logic của công vào số mà chỉ lấy dữ liệu của cổng vào từ bộ
đệm I.
 Q (Process Image Output): Miền bộ đệm các dữ liệu cổng ra số. Kết thúc giai
đoạn thực hiện chương trình, PLC sẽ chuyển giá trị logic của bộ đệm Q tới các
cổng ra số. Thông thường chương trình không trực tiếp gán giá trị tới tận cổng
ra mà chỉ chuyển chúng tới bộ đệm Q.
 M (Miền các biến cờ): Chương trình ứng dụng sử dụng những biến này dể lưu
giữ các tham số cần thiết và có thể truy nhập theo bit (M), byte (MB), từ (MW)
hay từ kép (MW).

7
 T (Timer): Miền nhớ phục vụ bộ thời gian (Timer) bao gồm việc lưu giữ giá trị
thời gian đặt trước (PV- Preset Value), giá trị đếm thời gian tức thời (CV-
Current Value) cũng như giá trị Logic đầu ra của bộ thời gian.
 C (Counter): Miền nhớ phục vụ bộ đếm bao gồm việc lưu giữ giá trị đặt trước
(PV- Preset Value), giá trị đếm tức thời (CV- Current Value) và giá trị logic đầu
ra của bộ đệm.
 Vùng dữ liệu.
Vùng dữ liệu là một vùng nhớ động. Nó có thể được truy cập theo từng bit, từng
byte, từng từ đơn (word) hay từ kép (double word) và được sử dụng làm miền lưu trữ
dữ liệu cho các thuật toán, các hàm truyền thông, lập bảng, các hàm dịch chuyển,
xoay vòng thanh ghi, con trỏ địa chỉ…
2.2.1.5. Xử lý chương trình
PLC thực hiện chương trình theo chu kỳ lặp. Mỗi vòng lặp được gọi là một vòng
quét (Scan). Mỗi vòng quét được bắt đầu bằng việc đọc dữ liệu từ các cổng vào cùng
bộ đệm ảo, tiếp theo giai đoạn thực hiện chương trình. Trong từng vòng quét chương
trình thực hiện bằng lệnh đầu tiên và kết thúc bằng lệnh kết thúc. Sau giai đoạn thực
hiện chương trình là giai đoạn truyền thông và kiểm tra lỗi, vòng quét được kết thúc
bằng giai đoạn chuyền các nội dung của bộ đệm ảo đến cổng ra.
2.2.1.6. Cấu trúc chương trình
Chương trình trong S7-1200 được lưu trong bộ nhớ PLC ở vùng dành riêng cho
chương trình và có thể được lập với 2 dạng cấu trúc khác nhau:
 Lập trình có cấu trúc: chương trình được chia thành những phần nhỏ và mỗi
phần thực thi những nhiệm vụ riêng biệt của nó, từng phần này nằm trong những
khối chương trình khác nhau. Loại hình cấu trúc này phù hợp với những bài toán
điều khiển nhiểu nhiệm vụ và phức tạp. PLC S7-1200 có 3 loại khối cơ bản sau:
 Loại khối organization Block: khối tổ chức và quản lí chương tình điều
khiển. khối này luôn được thực thi và luôn được quét trong mỗi chu kì quét.
 Loại khối chương trình con: Khối chương trình với những chức năng
riêng giống như một chương trình con hoặc một hàm (chương trình con có biến

8
hình thức). Một chương trình ứng dụng có nhiểu khối chương trình con và các khối
chương trình con này được phân biệt với nhau bằng tên của chương trình con đó.
 Lập trình tuyến tính: toàn bộ chương trình nằm trong một khối bộ nhớ. Loại
hình cấu trúc tuyến tính này phù hợp với những bài toán tự động nhỏ. Không phức
tạp. Khối được chọn phải là khối organization Block mà PLC luôn quét và thực hiện
tổng các lệnh đó thường xuyên. Từ lệnh đầu tiên đến lệnh cuối và quay lại lệnh đầu
tiên.
 Loại khối chương tình ngắt: là khối chương trình đặc biệt có khả năng
trao đổi 1 lượng lớn với các khối chương trình khác. Chương trình sẽ được thực
thi mỗi khi có sự kiện ngắt xảy ra.
2.2.2. Giới thiệu về PLC S7- 1200
2.2.2.1. Khái niệm chung PLC S7- 1200
Năm 2009, Siemens ra dòng sản phẩm S7-1200 dùng để thay thế dần cho S7-
200. So với S7-200 thì S7-1200 có những tính năng nổi trội:
- S7-1200 là một dòng của bộ điều khiển logic lập trình (PLC) có thể kiểm soát
nhiều ứng dụng tự động hóa. Thiết kế nhỏ gọn, chi phí thấp, và một tập lệnh mạnh
làm cho chúng ta có những giải pháp hoàn hảo hơn cho ứng dụng sử dụng với S7-
1200 -S7-1200 bao gồm một microprocessor, một nguồn cung cấp được tích hợp sẵn,
các đầu vào/ra (DI/DO).
- Một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ quyền truy cập vào cả CPU và chương
trình điều khiển:
+ Tất cả các CPU đều cung cấp bảo vệ bằng password chống truy cập vào
PLC
+ Tính năng “know-how protection” để bảo vệ các block đặc biệt của mình.
- S7-1200 cung cấp một cổng PROFINET, hỗ trợ chuẩn Ethernet và TCP/IP.
Ngoài ra có thể dùng các module truyền thông mở rộng kết nối bằng RS485 hoặc
RS232.

9
- Phần mềm dùng để lập trình cho S7-1200 là Step7 Basic. Step7 Basic hỗ trợ
ba ngôn ngữ lập trình là LAD, FBD và STL. Phần mềm này được tích hợp trong TIA
Portal của Siemens.
- Vậy để làm một dự án với S7-1200 chỉ cần cài TIA Portal vì phần mềm này
đã bao gồm cả môi trường lập trình cho PLC và thiết kế giao diện HMI.
Hình 2. 1. Tổng quan PCL S7- 1200.
Chú thích:
1: Bộ phận kết nối nguồn .
2: Các bộ phận kết nối nối dây của người dùng có thể tháo được (phía sau
các nắp che).
2: Khe cắm thẻ nhớ nằm dưới cửa phía trên.
3: Các LED trạng thái dành cho I/O tích hợp.
4: Bộ phận kết nối PROFINET (phía trên của CPU.
Các kiểu CPU khác nhau cung cấp một sự đa dạng các tính năng và dung lượng
giúp cho người dùng tạo ra các giải pháp có hiệu quả cho nhiều ứng dụng khác nhau.
Bảng 2. 1. Bảng phân loại chức năng của các dòng PLC S7- 1200.
Chức năng CPU 1211C CPU 1212C CPU 1214C
Kích thước vật lý (mm) 90 x 100 x 75 110 x 100 x 75

10
Bộ nhớ người dùng:
 Bộ nhớ làm việc
 Bộ nhớ nạp
 Bộ nhớ giữ lại
 25 kB
 1 MB
 2 kB
 50 kB
 2 MB
 2 kB
I/O tích hợp cục bộ
 Kiểu số
 Kiểu tương tự
 6 ngõ vào
/ 4 ngõ ra
 2 ngõ ra
 8 ngõ vào / 6
ngõ ra
 2 ngõ ra
 14 ngõ vào /
10 ngõ ra
 2 ngõ ra
Kích thước ảnh tiến trình 1024 byte ngõ vào (I) và 1024 byte ngõ ra (Q)
Bộ nhớ bit (M) 4096 byte 8192 byte
Độ mở rộng các module
tín hiệu
Không 2 8
Bảng tín hiệu 1
Các module truyền thông 3 (mở rộng về bên trái)
Các bộ đếm tốc độ cao
 Đơn pha
 Vuông pha
3
3 tại 100
kHz
3 tại 80 kHz
4
 3 tại 100 kHz
1 tại 30 kHz
 3 tại 80 kHz
1 tại 20 kHz
6
 3 tại 100
kHz 3 tại 30
kHz
 3 tại 80 kHz
3 tại 20 kHz
Các ngõ ra xung 2
Thẻ nhớ Thẻ nhớ SIMATIC (tùy chọn)
Thời gian lưu giữ đồng hồ
thời gian thực
Thông thường 10 ngày / ít nhất 6 ngày tại 400
C
PROFINET 1 cổng truyền thông Ethernet
Tốc độ thực thi tính toán
thực
18 μs/lệnh
Tốc độ thực thi Boolean 0,1 μs/lệnh
Họ S7-1200 cung cấp một số lượng lớn các module tín hiệu và bảng tín hiệu để
mở rộng dung lượng của CPU. Người dùng còn có thể lắp đặt thêm các module truyền
thông để hỗ trợ các giao thức truyền thông khác.[1]

11
Bảng 2. 2. Bảng các module hỗ trợ PLC S7- 1200.
Module Chỉ ngõ vào Chỉ ngõ ra Kết hợp In/Out
Module
tín hiệu
(SM)
Kiểu
số
8 x DC In 8 x DC Out
8 x Relay Out
8 x DC In / 8 x DC Out
8 x DC In / 8 x Relay Out
16 x DC In 16 x DC Out
16 x Relay
Out
16 x DC In / 16 x DC Out
16 x DC In / 16 x Relay
Out
Kiểu
tương
tự
4 x Analog In
8 x Analog In
2 x Analog In
4 x Analog In
4 x Analog In / 2 x Analog
Out
Bảng tín hiệu
(SB)
Kiểu
số
_ _ 2 x DC In / 2 x DC Out
Kiểu
tương
tự
_ 1 x Analog In _
Module truyền thông (CM)
 RS485
 RS232
2.2.2.2. Các bảng tín hiệu
Một bảng tín hiệu (SB) cho phép người dùng thêm vào I/O cho CPU. Người
dùng có thể thêm một SB với cả I/O kiểu số hay kiểu tương tự. SB kết nối vào phía
trước của CPU.
 SB với 4 I/O kiểu số (ngõ vào 2 x DC và ngõ ra 2 x DC).
 SB với 1 ngõ ra kiểu tương tự.
Hình 2. 2. Bảng tín hiệu của PLC S7- 1200.

12
Chú thích:
1: Các LED trạng thái.
2: Bộ phận kết nối nối dây của người dùng có thể tháo ra.
2.2.2.3. Các module tín hiệu
Người dùng có thể sử dụng các module tín hiệu để thêm vào CPU các chức
năng. Các module tín hiệu kết nối vào phía bên phải của CPU.
Hình 2. 3. Các Module tín hiệu PLC S7- 1200.
Chú thích:
1: Các LED trạng thái dành cho I/O của module tín hiệu.
2: Bộ phận kết nối đường dẫn.
3: Bộ phận kết nối nối dây của người dùng có thể tháo ra.
2.2.2.4. Các module truyền thông
Họ S7-1200 cung cấp các module truyền thông (CM) dành cho các tính năng bổ
sung vào hệ thống. Có 2 module truyền thông: RS232 và RS485.
 CPU hỗ trợ tối đa 3 module truyền thông.
 Mỗi CM kết nối vào phía bên trái của CPU (hay về phía bên trái của một CM
khác).

13
Hình 2. 4. Các module truyền thông PLC S7- 1200.
Chú thích:
1: Các LED trạng thái dành cho module truyền thông.
2: Bộ phận kết nối truyền thông.
2.3. HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN- KHÍ NÉN
2.3.1. Những đặc điểm cơ bản
Hệ thống khí nén gồm nhiều thiết bị nhưng quan trọng nhất là máy nén
khí và bình tích áp, được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp lắp ráp, chế biến đặc
biệt ở những lĩnh vực cần đảm bảo vệ sinh, chống cháy nổ hoặc ở môi trường độc
hại. Ví dụ như lĩnh vực lắp ráp điện tử, chế biến thực phẩm, các khâu phân loại, đóng
gói sản phẩm thuộc dây chuyền sản xuất tự động, trong công nghiệp gia công cơ khí,
trong công nghiệp khai khoáng, ...
Các dạng truyền động sử dụng khí nén:
- Truyền động thẳng là ưu thế của hệ thống khí nén do kết cấu đơn giản và linh
hoạt của cơ cấu chấp hành, chúng được sử dụng nhiều trong các thiết bị gá kẹp các
chi tiết khi gia công các thiết bị đột dập, phân loại và đóng gói sản phẩm.
- Truyền động quay: trong nhiều trường hợp khi yêu cầu tốc độ truyền động rất
cao, công suất không lớn sẽ gọn nhẹ và tiện lợi hơn nhiều so với các dạng truyền
động sử dụng các năng lượng khác. Ở những hệ truyền động quay công suất lớn, chi
phí cho hệ thống sẽ rất cao so với truyền động điện.
Ưu nhược điểm của hệ thống khí nén:

14
Ưu điểm:
- Do không khí có khả năng chịu nén nên có thể nén và trích chứa trong bình
chứa với áp suất cao thuận lợi, như là một kho chứa năng lượng. Trong vận hành,
người ta thường xây dựng trạm khí nén dùng chung cho nhiều mục đích khác nhau
như công việc làm sạch, truyền động trong các máy móc.
- Có khả năng truyền tải đi xa bằng hệ thống đường ống với tổn thất nhỏ.
- Khí nén sau khi sinh công cơ học có thể thải ra ngoài mà không gây tổn hại
cho môi trường.
- Tốc độ truyền động cao, linh hoạt.
- Dễ điều khiển với độ tin cậy và chính xác.
- Có giải pháp và thiết bị phòng ngừa quá tải, quá áp suất hiệu quả.
Nhược điểm:
- Công suất chuyển động không lớn.
- Do khả năng đàn hồi của khí nén khá lớn nên khi tải trọng thay đổi thì vận tốc
truyền động có xu hướng thay đổi. Vì vậy khả năng duy trì chuyển động thẳng đều
hoặc quay đều thường là khó thực hiện.
- Dòng khí nén được giải phóng ra môi trường có thể gây tiếng ồn. [2]
2.3.2. Cấu trúc của hệ thống khí nén
Hệ thống khí nén thường bao gồm các khối thiết bị:
- Trạm nguồn: Máy nén khí, bình tích áp, các thiết bị an toàn, các thiết bị xử lý
khí nén (lọc bụi, lọc hơi nước, sấy khô).
- Khối điều khiển: các phần tử xử lý tín hiệu điều khiển và các phần tử điều
khiển đảo chiều cơ cấu chấp hành.
- Khối các thiết bị chấp hành: Xi lanh, động cơ khí nén, giác hút.
Dựa vào năng lượng của tín hiệu điều khiển, người ta chia ra hai dạng hệ thống
khí nén:

15
- Hệ thống điều khiển bằng khí nén trong đó tín hiệu điều khiển bằng khí nén
và do đó kéo theo các phần tử xử lý và điều khiển sẽ tác động bởi khí nén.
Hình 2. 5. Cấu trúc hệ thống điều khiển khí nén.
- Hệ thống điều khiển điện - khí nén các phần tử điều khiển hoạt động bằng tín
hiệu điện hoặc kết hợp tín hiệu điện - khí nén.[3]
Hình 2.6. Hệ thống điện - khí nén.

16
2.4. Cảm biến lực loadcell
Điểm quan trọng nhất của đề tài này chính là quản lí lượng thức ăn và trộn thức
ăn chăn nuôi heo nên chúng em quyết định dùng loadcell để thực hiện việc cân đo
khối lượng thức ăn.
2.4.1. Giới thiệu về cảm biến lực loadcell
Mỗi loadcell (cảm biến tải) một đầu ra độc lập, thường 1 đến 3 mV/V. Đầu ra
kết hợp được tổng hợp dựa trên kết quả của đầu ra từng cảm biến tải - load cell. Các
thiết bị đo lường hoặc bộ hiển thị khuyếch đại tín hiệu điện đưa về, qua chuyển đổi
ADC, vi xử lý với phần mềm tích hợp sẵn thực hiện tính toán chỉnh định và đưa kết
quả đọc được lên màn hình. Đa phần các thiết bị hay bộ hiển thị hiện đại đều cho
phép giao tiếp với các thiết bị ngoài khác như máy tính hoặc máy in. Những load cell
này dựa trên nguyên lý cầu điện trở cân bằng (Wheatstone) gọi là cảm biến tải cầu
điện trở.
Giá trị lực tác dụng tỉ lệ với sự thay đổi điện trở cảm ứng trong cầu điện trở, do
đó trả về tín hiệu điện áp tỉ lệ. Ưu điểm chính của công nghệ này là xuất phát từ yêu
cầu thực tế, với những tham số xác định trước, sẽ có các sản phẩm thiết kế phù hợp
cho từng ứng dụng của người dùng. Ở đó các phần tử cảm ứng có kích thước và hình
dạng khác nhau phù hợp với yêu cầu của ứng dụng. Các dạng phổ biến: cảm biến tải
dạng kéo (shear), dạng uốn (bending) và cảm biến tải dạng nén (compression)…
2.4.2. Loadcell Hoạt động như thế nào?
Thành phần cấu tạo cơ bản của cân điện tử bao gồm hai bộ phận chính. Bộ phận
thứ nhất là đòn cân và bộ phận thứ hai là mạch xử lý tín hiệu điện tử. Ở đây, ta phân
tích cấu tạo của đòn cân và không đi sâu vào phần mạch điện tử.

17
Hình 2. 7. Loadcell thanh.
Đòn cân tên tiếng anh là “Strain Gauge Load Cell” hay gọi tắt là “Load Cell”
cảm biến tải. Như tên gọi phản ánh, đòn cân được cấu tạo bởi hai thành phần, thành
phần thứ nhất là “Strain Gauge” và thành phần còn lại là “Load”. Strain Gauge là một
điện trở đặc biệt chỉ nhỏ bằng móng tay, có điện trở thay đổi khi bị nén hay kéo dãn
và được nuôi bằng một nguồn điện ổn định, chỉ nhỏ bằng móng tay, được dán chết
lên Load, nghĩa là một thanh kim loại chịu tải.
Thanh kim loại này một đầu được gắn cố định, đầu còn lại tự do và gắn với mặt
bàn cân (Đĩa cân). Khi ta bỏ một khối lượng lên đĩa, thanh kim loại này sẽ bị uốn
cong do trọng lượng của khối lượng cân gây ra. Khi thanh kim loại bị uốn, điện trở
Strain Gauge sẽ bị kéo dãn ra và thay đổi điện trở. Như vậy, khi đặt vật cân lên bàn
cân, tùy theo khối lượng vật mà Load, thanh kim loại sẽ bị uốn đi một lượng tương
ứng và lượng này được đo lường qua sự thay đổi điện trở của Strain Gauge. Thông
thường, thanh kim loại sẽ được cấu tạo sao cho bất chấp vị trí ta đặt vật cân lên
bàn/đĩa, nó đều cho cùng một mức độ bị uốn như nhau.
Cấu tạo chính của loadcell gồm các điện trở Strain Gauges R1, R2, R3, R4 kết
nối thành 1 cầu điện trở Wheatstone như hình dưới và được dán vào bề mặt của thân
loadcell.
Hình 2. 8. Cầu điện trở Wheatstone.

18
Một điện áp kích thích được cung cấp cho ngõ vào loadcell (2 góc (1) và (4) của
cầu điện trở Wheatstone) và điện áp tín hiệu ra được đo giữa hai góc khác.
Tại trạng thái cân bằng (trạng thái không tải), điện áp tín hiệu ra là số không
hoặc gần bằng không khi bốn điện trở được gắn phù hợp về giá trị.[4]
Đó là lý do tại sao cầu điện trở Wheatstone còn được gọi là một mạch cầu cân
bằng.
Hình 2. 9. Nguyên lí hoạt động của loadcell.
Khi có tải trọng hoặc lực tác động lên thân loadcell làm cho thân loadcell bị
biến dạng (giãn hoặc nén), điều đó dẫn tới sự thay đổi chiều dài và tiết diện của các
sợi kim loại của điện trở strain gauges dán trên thân loadcell dẫn đến một sự thay đổi
giá trị của các điện trở strain gauges. Sự thay đổi này dẫn tới sự thay đổi trong điện
áp đầu ra.

19
Như đã nói, cân điện tử sẽ đo lường mức độ bị uốn của thanh kim loại bởi trọng
lực do vật cân gây ra nên cân điện tử chỉ cho chúng ta giá trị trọng lượng của vật. Để
tìm khối lượng của vật, ta cần phải chia cho gia tốc trọng trường, mà gia tốc này thì
không phải là một hằng số ở mọi nơi trên trái đất. Do đó, khi sản xuất cân, nhà sản
xuất xây dựng một bộ hiệu chỉnh bên trong cân điện tử để hiệu chỉnh lại cân tại nơi
cần sử dụng.
Khoảng uốn cong của thanh kim loại vào khoảng 1/500 cm. Tuy giá trị uốn cong
rất nhỏ nhưng đủ để Strain Gauge phát hiện và đo lường khối lượng trong khoảng
nhất định tùy theo loại cân điện tử . Thông thường Strain Gauge chỉ phát hiện và đo
lường trên một khoảng nhỏ, hẹp, cân điện tử nào đo khối lượng càng lớn và càng
chính xác đòi hỏi khoảng Strain Gauge phát hiện càng rộng và độ nhạy càng lớn.
Hành động như đặt đột ngột hay thảy vật cân có khối lượng cân nặng lên bàn cân rất
dễ làm cho thanh kim loại bị biến dạng đột ngột làm cân sẽ không chính xác và mau
hỏng Strain Gauge. Không nên cân một khối lượng lớn vượt qua khỏi thang đo của
cân.
2.5. Giới thiệu bộ chuyển đổi loadcell RW-ST01A
Hình 2. 10. Bộ khuếch đại tín hiệu loadcell.
Bộ chuyển đổi khuyếch đại tín hiệu RW-ST01A được ứng dụng trong các thiết
bị cần đọc, chuẩn hóa và khuếch các tín hiệu từ loadcell, kết nối với PLC hoặc các
đầu hiển thị. Với thiết kế chống nhiễu tốt, vì vậy nó được sử dụng rất phổ biến trong
các hệ thống trạm trộn nơi mà có rất nhiều động cơ cũng như biến tần hoạt động. Các
Bộ chuyển đổi được áp dụng rất khác nhau, như dùng làm đầu dò nhiệt độ, đầu dò
lực, đầu dò độ ẩm, đầu dò trọng lượng ,.. cung cấp chức năng như một thiết bị chuyển

20
đổi các tín hiệu vật lý khác nhau, phụ thuộc vào các tế bào tải ( cell ), tương ứng với
các đầu ra tương tự 0~10V.[5]
Bảng 2. 3. Bảng thông số bộ khuếch đại tín hiệu loadcell.
2.6. Biến tần Mitsubishi FR-E700
2.6.1. Giới thiệu biến tần
Biến tần là thiết bị biến đổi dòng điện xoay chiều ở tần số này thành dòng điện
xoay chiều ở tần số khác có thể điều chỉnh được.
2.6.2. Nguyên lí hoạt động của biến tần
Nguyên lý cơ bản làm việc của bộ biến tần cũng khá đơn giản. Đầu tiên, nguồn
điện xoay chiều 1 pha hay 3 pha được chỉnh lưu và lọc thành nguồn 1 chiều bằng
phẳng. Công đoạn này được thực hiện bởi bộ chỉnh lưu cầu diode và tụ điện. Nhờ
vậy, hệ số công suất Cos𝜑 của hệ biến tần đều có giá trị không phụ thuộc vào tải và
có giá trị ít nhất 0.96. Điện áp một chiều này được biến đổi (nghịch lưu) thành điện
áp xoay chiều 3 pha đối xứng. Công đoạn này hiện nay được thực hiện thông qua hệ
IGBT (transistor lưỡng cực có cổng cách ly) bằng phương pháp điều chế độ rộng
Mô tả
Shield ABS
Trọng Lượng 90g
Đặc điểm kỹ thuật
Độ Nhạy 2.0 mV/V ± %
Tín Hiệu đầu vào MV
Tín Hiệu đầu ra 0-5 V/10 V & 4-20mA
Độ chính xác 0.3%
Nguồn cung cấp DC24V
Áp dụng Tải Di Động Kích
Thích Điện Áp
5-12 V
Khả Năng chịu tải
Kết Nối song song của 350Ω Tải di động 4 p nhiều
nhất
Hệ Số nhiệt độ Tốt hơn so với 100ppm
Môi Trường làm việc
Nhiệt Độ hoạt động Phạm Vi 0-50 °C
Bao vây IP65
Chế độ cài đặt Gắn Cố Định

21
xung (PWM). Nhờ tiến bộ của công nghệ vi xử lý và công nghệ bán dẫn lực hiện nay,
tần số chuyển mạch xung có thể lên tới dải tần số siêu âm nhằm giảm tiếng ồn cho
động cơ và giảm tổn thất trên lõi sắt động cơ.
Hình 2. 11. Nguyên lí hoạt động của biến tần.
Hệ thống điện áp xoay chiều 3 pha ở đầu ra có thể thay đổi giá trị biên độ và
tần số vô cấp tuỳ theo bộ điều khiển. Theo lý thuyết, giữa tần số và điện áp có một
quy luật nhất định tuỳ theo chế độ điều khiển. Đối với tải có momen không đổi, tỉ số
điện áp tần số là không đổi. Tuy vậy với tải bơm và quạt, quy luật này lại là hàm bậc
4. Điện áp là hàm bậc 4 của tần số. Điều này tạo ra đặc tính mô men là hàm bậc hai
của tốc độ phù hợp với yêu cầu của tải bơm/quạt do bản thân mô men cũng là hàm
bận 2 của điện áp. Hiệu suất chuyển đổi nguồn của các bộ biến tần rất cao vì sử dụng
các bộ linh kiện bán dẫn công suất được chế tạo theo công nghệ hiện đại. Nhờ vậy,
năng lượng tiêu thụ xấp xỉ bằng năng lượng yêu cầu bởi hệ thống. Ngoài ra, biến tần
ngày nay đã tích hợp rất nhiều kiểu điều khiển khác nhau phù hợp hầu hết các loại
phụ tải khác nhau. Ngày nay biến tần có tích hợp cả bộ PID và thích hợp với nhiều
chuẩn truyền thông khác nhau, rất phù hợp cho việc điều khiển và giám sát trong hệ
thống SCADA.
2.6.3. Biến tần Mitsubishi FR-E700

22
Hình 2. 12. Biến tần mitsubishi FR-E700.
 Thông số kỹ thuật chung của Inverter FR-E700:
- Dải công suất 0.1 – 15Kw.
- Khả năng chịu quá tải: 150% trong 60s, 200% trong 3s.
- Tần số ngõ ra: 0.2 đến 400 Hz.
- Ngõ vào analog: 2 cổng.
- Tín hiệu ngõ vào analog: 0 – 10V, 0 – 5V, 4 – 20mA.
- Ngõ vào digital: 7 cổng.
- Tín hiệu ngõ vào digital: 24Vdc, điều khiển Run/Stop, Forward/Reverse, Multi
speed, Fault reset…
- Ngõ ra digital: 5 cổng. Báo trạng thái hoạt động của biến tần, báo lỗi, có thể cài
đặt các cổng theo từng ứng dụng cụ thể.
- Chế độ điều khiển: Forward/Reveres, Multi speed, PID control, truyền thông…
- Chức năng bảo vệ động cơ khi quá tải, ngắn mạch khi đang hoạt động.
- Có chân kết nối điện trở thắng cho ứng dụng cần dừng nhanh.
- Có thể gắn thêm card mở rộng I/O, card truyền thông.
- Tích hợp thêm cổng kết nối màn hình rời, cồng USB kết nối với PC.[6]
2.7. Relay điện cực báo mức nước

23
Hình 2. 13. Relay điện cực.
Nguồn cấp: 110 - 220 VAC, 50 - 60 Hz.
Dao động điện áp cho phép: ± 10% của nguồn cấp.
Công suất tiêu thụ: 3.2 VA.
Thời gian đáp ứng: Max 80 ms khi hoạt động, Max 160 ms khi phản hồi.
Tín hiệu ra điều khiển: Ngõ ra tiếp điểm relay.
Điện ttrở cách điện: 100 MΩ Min (500 VDC) .
Nhiệt độ môi trường: -10 - 50C (Không ngưng tụ).[7]
2.8. Van điện từ
2.8.1. Giới thiệu van điện từ
Hình 2. 14. Van điện từ.
- Van điện từ thường mở là loại van luôn mở để cho chất lỏng đi qua khi chúng ta
không cấp điện cho van, và van đóng lại khi chúng ta cấp điện.
- Van được áp dụng với trường hợp hệ thống cấp nước liên tục.

24
Chúng ta có các loại van điện từ như sau: van điện từ thường đóng, van điện từ thường
mở.
Van điện từ thường có các kích cỡ như sau: Phi 21mm, Phi 27mm, Phi 32mm, Phi
42mm, phi 48mm, phi 60mm, phi 76mm, Phi 90mm, Phi 114mm.[8].
Trong đề tài có yêu cầu tắm cho heo và cho heo uống nên chúng em quyết định sử
dụng loại van nước điện từ trên vì lí do giá cả hợp lí và dễ sử dụng.
2.8.2. Các thông số
+ Điện áp điều khiển nguồn điện 220V.
+ Kiểu hoạt động: Tác động trực tiếp, NC (thường đóng).
+ Lưu chất: Nước, khí, dầu, gas, kích thước cửa: 16 mm.
+ Port Size (Inch): 1/2’', đường kính ren: 21 mm, áp suất làm việc: 0~0.8Mpa.
+ Áp suất chịu được tối đa 1Mpa.
+ Vật liệu làm thân van, cuộn dây đồng thau chuẩn nên van hoạt động lâu sẽ không
bị nóng.
+ Nhiệt độ môi trường làm việc từ âm 10 đến 80 độ C.
2.9. Một số linh kiện khác
2.9.1. Nút nhấn
Hình 2. 15. Nút nhấn.
2.9.2. Nút dừng khẩn cấp

25
Hình 2. 16. Nút dừng khẩn cấp.
2.9.3. MCB
MCB đóng vai trò đóng cắt điện cho toàn hệ thống.
Hình 2. 17. MCB.
2.9.4. Relay trung gian 8 chân điện áp 24V
Hình 2. 18. Relay trung gian 24V.

CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
26
Chương 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
3.1. MÔ HÌNH HỆ THỐNG
3.1.1. Giới thiệu về hệ thống
Hệ thống chăm sóc heo sẽ thực hiện cân đo khối lượng từng nguyên liêu liệu
thức ăn đã được đặt trước và trộn lại. Những số liệu về khối lượng thức ăn trong ngày
sẽ được hiển thị tức thời trên màn hình SCADA để người quản lí có thể đọc trực tiếp.
Ngoài ra những dữ liệu về lượng thức ăn cũng có thể xuất ra ở dạng biểu đồ để người
quản lí có thể đánh giá lượng thức ăn trong nhiều ngày bằng biểu đồ lượng thức ăn.
Bên cạnh đó khối lượng thức ăn cũng như các thành phần thức ăn cũng được lưu trữ
thành một cơ sở dữ liệu và đưa lên quản lí trên web. Ngoài ra còn có thể tắm cho heo
vào đúng thời gian trong ngày mà chúng ta đã cài đặt trước, thời gian tắm ngắn hay
dài là do người sử dụng cài đặt trên màn hình hệ thống SCADA. Hệ thống cho heo
uống tự động hoạt động độc lập với bộ xử lí trung tâm, chỉ cần hết nước bơm sẽ tự
động bơm bồn chứa, thùng uống hết van sẽ tự động xả nước vào thùng uống.
3.1.2. Chức năng từng phần
Xử lý cân đo: Xử lý tín hiệu nhận được từ cảm biến loadcell và tạo ra tín hiệu
đưa về PLC để thực hiện các tác vụ khác.
Giao diện điều khiển, giám sát: Thực hiện việc điều khiển tắt mở hệ thống và
xử lý và hiển thị dữ liệu, hiển thị hoạt động của hệ thống.
3.2. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG
3.2.1. Sơ đồ khối hệ thống
Với giới hạn và yêu cầu mà đề tài đưa ra, nhóm tiến hành thiết kế sơ đồ khối hệ
thống như sau:

27
Hình 3. 1. Sơ đồ khối của hệ thống.
Chức năng các khối:
 Khối cảm biến loadcell: Có chức năng thu nhận và khuếch đại tín hiệu tương
tự đưa vào ngõ vào analog của PLC.
 Khối nút nhấn: Có chức năng dùng để bật/tắt hệ thống, chọn chế độ hoạt động
cho hệ thống Manual và Auto, điều khiển các xi lanh và động cơ ở chế độ
Manual.
 Khối hệ thiết bị chấp hành: Xi lanh có chức năng đóng, xả các bồn nguyên
liệu, bồn cân và bồn trộn. biến tần và động cơ dùng cho quá trình trộn các
nguyên liệu.
 Khối xử lý trung tâm: Có chức năng nhận, xử lý thông tin và điều khiển các
khối khác.
 Khối giao diện Scada: điều khiển và giám sát hoạt động của mô hình.
 Khối web hiển thị dữ liệu: hiển thị, tìm kiếm dữ liệu thông số giá trị cảm biến
của hệ thống
 Khối nguồn: có chức năng cấp nguồn cho cả hệ thống.
Tính toán và thiết kế các khối:
a. Khối cảm biến loadcell

28
 Thu nhận tín hiệu tín hiệu khối lượng
Sử dụng cảm biến loadcell 20kg YZC-113 để thu thập tín liệu khối lượng từ
bồn cân.
Trên thị trường có rất nhiều loại cảm biến loadcell với tải trọng, hình dạng
khác nhau như loadcell thanh, loadcell chữ Z, loadcell dạng đĩa với tải trọng từ 5kg,
10kg, 20kg cho tới 1 tấn... nhưng do yêu cầu trộn thức ăn và phần cứng đã thi công
nên sử dụng 2 cảm biến loadcell thanh 20kg YZC-113.
 Khuếch đại tín hiệu khối lượng
Vì tín hiệu cho ra của loadcell là tầm Mili-Volt trong khi đó ngõ vào analog
của PLC là từ 0-10V nên chúng ta cần có một bộ khuếch đại tín hiệu của loadcell lên
0-10V tuyến tính với ngõ vào của PLC.
Kết nối loadcell với bộ khuếch đại tín hiệu loadcell:
Hình 3. 2. Sơ đồ kết nối loadcell với mạch khuếch đại.
b. Khối thiết bị chấp hành
 Khối khí nén và xilanh
Hệ thống điều khiển khí nén sẽ thực hiện nhiệm vụ đóng mở các bồn nguyên
liệu, bồn cân và cửa xả của bồn trộn. Hệ thống sẽ gồm 2 phần chính là xi lanh và van
điện từ.

29
Xi lanh khí nén là dạng cơ cấu vận hành có chức năng biến đổi năng lượng tích
lũy trong khí nén thành động năng cung cấp cho các chuyển động.Xi lanh khí nén hay
còn được gọi là pen khí nén là các thiết bị cơ học tạo ra lực, thường kết hợp với
chuyển động, và được cung cấp bởi khí nén (lấy từ máy nén khí thông thường).
Hình 3. 3. Xi lanh khí nén.
Để thực hiện chức năng của mình, xi lanh khí nén truyền một lực bằng cách
chuyển năng lượng tiềm năng của khí nén vào động năng. Điều này đạt được bởi khí
nén có khả năng nở rộng, không có đầu vào năng lượng bên ngoài, mà chính nó xảy
ra do áp lực được thiết lập bởi khí nén đang ở áp suất lớn hơn áp suất khí quyển. Sự
giãn nở không khí này làm cho piston di chuyển theo hướng mong muốn.
Một khi được kích hoạt, không khí nén vào trong ống ở một đầu của piston và
do đó, truyền tải lực trên piston. Do đó, piston sẽ di dời (di chuyển) bằng khí nén.
Hiện nay trên thị trường có rất nhiều loại xi lanh với kích thước và công dụng
khác nhau như xi lanh vuông, xi lanh tròn, xi lanh kẹp, xi lanh compact, xi lanh
xoay, xi lanh trượt… với yêu cầu của đề tài nhóm quyết định chọn xi lanh tròn để sử
dụng. [9]

30
Hình 3. 4. Xi lanh tròn.
Để xi lanh hoạt động được thì ta cần có van điện từ để điều khiển hành trình
của pittong.
Van điện từ còn được gọi với cái tên solenoid valve. Đây là một thiết bị cơ điện,
dùng để kiểm soát dòng chảy chất khí hoặc lỏng dựa vào nguyên lí chặn đóng mở do
lực tác động của cuộn dây điện từ.
Hình 3. 5. Van điện từ.
Đối với van điện từ thì tùy vào loại xi lanh mà chúng ta có cách chọn cho phù
hợp riêng với xi lanh mà nhóm chọn thì có các loại van 4/2, 5/2 hoặc 5/3 với một
hoặc hai đầu cuộn dây. Và nhóm chọn van 5/2 hai đầu cuộn dây để thực hiện điều
khiển.

31
Hình 3. 6. Van điện từ 5/2.
Để điều khiển được hành trình của pittong xi lanh thì ta sẽ điều khiển các cuộn
dây của van điện từ thông qua PLC. Dưới đây là sơ đồ kết nối các cuộn dây của van
với ngõ ra PLC:
Hình 3. 7. Sơ đồ kết nối của van điện từ 5/2 với PLC.
Việc đẩy xi lanh hay thu xi lanh về sẽ tùy thuộc vào việc chúng ta kích cuộn
dây nào của van và việc chúng ta kết nối đường đi của dòng khí nén trên van với xi
lanh.
 Động cơ và biến tần
Trên thị trường bây giờ có bán rất nhiều loại động cơ từ 1 pha cho đến 3 pha,
công nhỏ đến công suất lớn. Nhưng ở đây yêu cầu của đề tài là trộn thức ăn và chỉ
dừng lại ở mức mô hình nhỏ nên nhóm quyết định chọn động cơ 3 phase Panasonic
MX8M25G4Y 4p 25W.

32
Hình 3. 8. Một số loại động cơ 3 pha.
Vì động cơ trên chạy nguồn 220V 3 pha nên ta cần thêm một biến tần để
chuyển nguồn 1 pha thành 3 pha và điều khiển hoạt động của động cơ. Ở đây nhóm
quyết định chọn biến tần Mitsubishi FR-E700 vì phù hợp với yêu cầu điều khiển tải
chỉ là một động cơ 3 pha công suất 25W.
Hình 3. 9. Biến tần Mitsubishi FR-E700.
Cài đặt các thông số cho biến tần
Vì yêu cầu cầu đề tài không cần điều khiển tốc độ động cơ cũng như truyền
thông nên chúng em quyết dịnh chọn chế độ chạy ngoài điểu khiển tần số động cơ
quay bằng một biến trở.

33
Bước 1: Sau bước phục hồi tham số cũ, đèn ALLC đang chớp tắt, ta xoay núm
M về bên phải tới khi xuất hiện P....0, nhấn nút SET để cài đặt mô men khởi động,
đèn báo...6.0 tức là 6% ta giữ nguyên trị số này và tiếp tục nhấn SET.
Bước 2: Trên đèn báo xuất hiện P.....1, nhấn nút SET xuất hiện 120Hz, ta
chỉnh núm xoay M để giảm tần số về 100.0Hz rồi nhấn SET, lúc này P....1 và
100.0Hz chớp tắt, ta nhấn SET 2 lần, như vậy tần số giới hạn trên của biến tần là
100Hz.
Bước 3: Trên đèn báo xuất hiện P....2, nhấn nút SET đèn báo xuất hiện 0.00Hz,
ta giữ nguyên tần số này, nhấn SET để có tần số giới hạn dưới.
Bước 4: Trên đèn báo xuất hiện P....3, nhấn SET xuất hiện 60Hz, chỉnh núm
M để giảm tần số về 50.00Hz rồi nhấn SET 3 lần để có tần số cơ bản.
Bước 5: Trên đèn báo xuất hiện P....7, nhấn SET xuất hiện 5.0, chỉnh núm M
về 8.0, nhấn SET 3 lần ta có thời gian tăng tốc mới là 5.0 S.
Bước 6: Trên đèn báo xuất hiện P...8 thực hiện tương tự như bước chỉnh P....7
rồi nhấn SET 3 lần ta có thời gian giảm tốc mới 8.0S.
Bước 7: Trên đèn báo xuất hiện P....9, nhấn SET xuất hiện 0.68A, chỉnh về
0.25A rồi nhấn SET 3 lần ta có dòng bảo vệ động cơ bằng rơ le nhiệt 1.2A.
Bước 8: Để giảm độ ồn của động cơ (tần số sóng mang) khi chạy ở tần số thấp
ta vào P.72, nhấn SET hiển thị 1, ta chỉnh núm M về mức 4 rồi nhấn SET. Tương tự
cài P.74 ở mức 4.
Bước 9: Vào P...79 nhấn SET chỉnh núm M về số 2, nhấn SET đèn EXT sáng,
nhấn MODE để đèn báo trở về chỉ thị tần số 0.00Hz. Chỉnh VR từ từ để tăng tần số
tới mức tối đa, quan sát chiều quay của động cơ và các thông số khác.
c. Khối xử lý trung tâm
Khối xử lý trung tâm sẽ thực hiện lấy tín hiện từ khối cảm biến loadcell để xử lý
và xuất tín hiệu điều khiển ra các van điện từ để đóng mở các bồn nguyên liệu, bồn
cân và bồn trộn. Ở đây khối xử lý trung tâm chính là PLC S7 – 1200. Ở phân khúc
1200 thì có các dòng 1211, 1212, 1214, 1215… Mỗi dòng có số cổng I/O khác nhau.
Ở đây nhóm sử dụng 9 ngõ vào và 8 ngõ ra và chọn được PLC phù hợp là S7 1212C

34
AC/DC/Rly với 8 ngõ vào và 6 ngõ ra và modul 1223 DC/DC với 8 ngõ vào và 8 ngõ
ra.
Hình 3. 10. CPU 1212C và module mở rộng SM1223.
Với nguồn cấp cho PLC là nguồn AC 220V – 50Hz, ngõ vào 24VDC, ngõ ra
Relay.
Hình 3. 11. Sơ đồ kết nối cơ bản của CPU 1212C.
d. Khối nguồn
Đối với khối nguồn do ở đây chúng ta vừa cần dùng nguồn AC và DC nên nguồn
AC 220V chúng ta sẽ lấy trực tiếp từ lưới điện để cấp cho khối xử lý trung tâm.
Riêng về nguồn DC chúng ta sử dụng cho khối chấp hành và khối cảm biến các
ngoại vi của PLC.

35
Cuộn dây của van 5/2 sử dụng dòng 110mA. Chúng ta có 5 cuộn suy ra tổng dòng
là 550mA, 4 đèn báo 24 volt sử dụng dòng 80mA. . Và để tiện trong việc thiết kế
nhóm sử dụng nguồn DC 24V – 5A để cấp cho các cuộn dây.
Hình 3. 12. Nguồn 24VDC.
3.2.3. Sơ đồ kết nối PLC với toàn hệ thống

36
Hình 3. 13. Sơ đồ kết nối toàn hệ thống.
Hình 3. 14. Sơ đồ kết nối biến tần Misubishi FR- E700.

37
Hình 3. 15. Sơ đồ kết nối loadcell với AI của CPU.
Hình 3. 16. Mạch động lực xilanh.

38
3.2.4 Thiết kế phần khung hệ thống
Dựa trên những yêu cầu được đặt ra của đề tài cũng như một số mô hình trên
thực tế chúng em đã tham khảo thì đã đưa ra được hình ảnh của mô hình dự kiến được
vẽ bằng phần mếm SolidWorks, dưới đây là hình ảnh các mặt của mô hình dự kiến.
Hình 3. 17. Thiết kế mặt trước của hệ thống.
Hình 3. 18. Thiết kế mặt sau của hệ thống.
1
2
3
4
5
6
7
8

39
Hình 3. 19. Thiết kế mặt bên của hệ thống.
 Chú thích:
1: Bồn nguyên liệu.
2: Xi lanh khí.
3: Tủ điện.
4: Thùng chứa nước.
5: Động cơ 3 pha.
6: Bồn cân liệu.
7: Bồn trộn.
8: Khung sắt lỗ.

CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG
40
Chương 4. THI CÔNG HỆ THỐNG
4.1. GIỚI THIỆU
Sau khi tính toán và thiết kế dựa trên sơ đồ khối, nhóm đã thi công phần mô hình
toàn hệ thống bao gồm khối cảm biến loadcell, cảm biến báo mực nước, lắp ráp hệ
thống điện cho hệ thống, tạo giao diện web, viết chương trình và tạo giao diện giám
sát SCADA.
4.2. THI CÔNG HỆ THỐNG
4.2.1. Thi công phần khung của hệ thống
Hình 4. 1. Mặt trước và sau của hệ thống.

41
Hình 4. 2. Mặt bên và trên của hệ thống.
4.2.2. Thi công tủ điện
Hình 4.3. Bên ngoài tủ điện.

42
Hình 4.4. Bên trong tủ điện.
4.3. LẬP TRÌNH CHO HỆ THỐNG
4.3.1. Lưu đồ giải thuật
Lưu đồ là một loại sơ đồ biểu diễn một thuật toán hoặc một quá trình, biểu hiện
các bước công việc dưới dạng các loại hình hộp khác nhau theo thứ tự được biểu diễn
bởi các mũi tên. Sơ đồ này có thể thể hiện giải pháp cho vấn đề cần giải quyết từng
bước từng bước một.

43
Lưu đồ giải thuật cho chương trình chính:
 Lưu đồ giải thuật cho chế độ Manual:

44

45
 Lưu đồ giải thuật chế độ Auto:

46

47
Hình 4. 5. Lưu đồ giải thuật.

48
Ở chương trình chính hệ thống sẽ đợi người dùng tác động vào nút START,
STOP để khởi động hệ thống, sau khi hệ thống hoạt động sẽ kiểm tra hệ thống đang
hoạt động ở chế độ nào, nếu đang ở chế độ manual thì xi lanh có thể điều khiển trực
tiếp từ các nút nhấn trên tủ hoặc trên giao diện scada. Nếu đang ở chế độ auto thì so
sánh với thời gian cài đặt trước, nếu đúng thời gian thì cho hệ thống hoạt động cân
đúng từng khối lượng từng loại nguyên liệu đặt trước trên giao diện SCADA và trộn.
Nước sẽ được tự động cung cấp cho heo.
4.3.2. Phần mềm lập trình cho PLC
a. Giới thiệu phần mềm lập trình cho PLC
Để thực hiện viết code cho PLC S7 – 1200 ta cần có phần mềm chuyên dụng là
TIA Portal (Totally Integrated Automation Portal).
Phần mềm lập trình mới này giúp người sử dụng phát triển, tích hợp các hệ
thống tự động hóa một cách nhanh chóng, do giảm thiểu thời gian trong việc tích hợp,
xây dựng ứng dụng từ những phần mềm riêng rẽ. Được thiết kế với giao diện thân
thiện người sử dụng, TIA Portal thích hợp cho cả những người mới lẫn những người
nhiều kinh nghiệm trong lập trình tự động hóa. Là phần mềm cơ sở cho các phần
mềm dùng để lập trình, cấu hình, tích hợp các thiết bị trong dải sản phẩm. Tích hợp
tự động hóa toàn diện (TIA) của Siemens. Ví dụ như phầm mềm mới Simatic Step 7
để lập trình các bộ điều khiển Simatic, Simatic WinCC để cấu hình các màn hình
HMI và chạy Scada trên máy tính.
Để thiết kế TIA portal, Siemens đã nghiên cứu rất nhiều các phần mềm ứng
dụng điển hình trong tự động hóa qua nhiều năm, nhằm mục đích hiểu rõ nhu cầu của
khách hàng trên toàn thế giới. Là phần mềm cơ sở để tích hợp các phần mềm lập trình
của Siemens lại với nhau, TIA Portal giúp cho các phần mềm này chia sẻ cùng một
cơ sở dữ liệu, tạo nên sự thống nhất trong giao diện và tính toàn vẹn cho ứng dụng.
Ví dụ, tất cả các thiết bị và mạng truyền thông bây giờ đã có thể được cấu hình trên
cùng một cửa sổ. Hướng ứng dụng, các khái niệm về thư viện, quản lý dữ liệu, lưu
trữ dự án, chẩn đoán lỗi, các tính năng online là những đặc điểm rất có ích cho người
sử dụng khi sử dụng chung cơ sở dữ liệuTIAPortal. Tất cả các bộ đều khiển PLC,
màn hình HMI, các bộ truyền động của Siemens đều được lập trình, cấu hình trên

49
TIA portal. Việc này giúp giảm thời gian, công sức trong việc thiết lập truyền thông
giữa các thiết bị này.
Ở đây nhóm sử dụng TIA Portal V14 để thực hiện viết code cho PLC S7 – 1200.
Cách tạo một Project:
Bước 1: Từ màn hình desktop nhấp đúp chọn biểu tượng TIA Portal V13.
Hình 4. 6. Tia Portal V13.
Bước 2: Click chuột vào Create new project để tạo dự án mới.
Hình 4. 7. Giao diện bắt đầu của chương trình.
Bước 3: Nhập tên dự án vào phần Project name sau đó Click create.

50
Hình 4. 8. Giao diện tạo dự án mới.
Bước 4: Click chọn configure a device.
Hình 4. 9. Giao diện bắt đầu của dự án mới.
Bước 5: Click chọn add new device.
Hình 4. 10. Giao diện Devices & networks.
Bước 6: Chọn loại CPU trong PLC, sau đó chọn add hoặc kích đúp vào nó.

51
Hình 4.11. Giao diện Add new device.
Bước 7: Project mới được hiện ra
Hình 4. 12. Giao diện làm việc.
Bước 8: Viết chương trình cho PLC: >>Program Blocks >> Main [OB1].
Hình 4.13. Giao diện viết chương trình.

52
Như vậy, với tám bước cơ bản đã có thể làm việc và lập trình cho PLC.
b. Giao diện điều khiển
Hình 4.14. Giao diện đăng nhập vào màn hình quản lí hệ thống.
Để đăng nhập vào giao diện điều khiển và giám sát hệ thống thì ta cần chọn “login”
sau đó nhập đúng tên người dùng và mật khẩu thì ta sẽ vào được giao diện giám sát.
Hình 4. 15. Giao diện SCADA quản lí hệ thống.
Ở giao diện giám sát hệ thống ta có các đèn báo trạng thái on, off, đèn báo các chế độ
auto/manual. Ô nhập thời gian cài đặt ở chế độ auto, ô khối lượng từng nguyên liệu
trong quá trình cân, đồng hồ thời gian thực, khối lượng thức ăn nhập cài cho chế độ
auto và đồng hồ thời gian thực.

53
c. Giới thiệu phần mềm Visual studio community 2015 và thư viện smarty
Visual Studio Community 2015 là phiên bản nâng cao của Visual Studio
Express, mang đến cho các lập trình viên một bộ công cụ toàn diện phát triển nền
tảng chéo ấn tượng. Phần mềm này cho phép các nhà phát triển cá nhân, các nhà
nghiên cứu, người đóng góp mã nguồn mở và môi trường học thuật được hưởng lợi
từ gói phần mềm toàn diện được phiên bản Professional của Visual Studio cung cấp
miễn phí.
Smarty là một hệ thống tạo mẫu web ( web template system) được viết trên nền
PHP. Smarty được giới thiệu như là một công cụ cho việc chia nhỏ các quá trình thiết
kế trang web. Đây là chiến lược thiết kế cho các ứng dụng web hiện đại. Smarty tạo
ra các nội dung web từ các vị trí đặc biệt được gọi là smarty tag. Các tag này sẽ được
xử lý và chèn vào với các code khác nhau.
Các tag này là chỉ thị cho smarty mà có thể được bao đóng bởi các tag mở và
tag khóa. Những hướng dẫn này có thể là biến, và được định nghĩa bởi các dấu
dollar($), các chức năng , hàm logic hoặc các luồng điều khiển. Smarty cho phép các
lập trình viên có thể tự định nghĩa các chức năng và truy cập sử dụng cả smarty tags.
Smarty là kết quả cho việc tối ưu hóa và phân luồng công việc, cho phép trình diễn
các trang web bằng cách chia nhỏ chúng ở đầu cuối(back-end). Ý tưởng đó đã giúp
giảm thiểu rất giá thành và sự đồ sộ của một phần mềm. Dưới mỗi một ứng dụng
thành công thì luôn phân chia thành hai mảng là người thiết kế chính là lá chắn bảo
vệ mã nguồn sau(back-end coding) và người lập trình php được bảo vệ bởi mã trình
diễn. Smarty hỗ trợ một vài ngôn ngữ lập trình bậc cao, bao gồm:
+ Điều khiển luồng dữ liệu, foreach;
+ If, else, elseif;
+ Biến thay đổi;
+ Người dùng tạo chứng năng;
Bên cạnh dó, thì một trong những chức năng nổi bật của các Template Engine
là hệ thống tạo mẫu cho phép thay đổi từ mẫu tới mẫu. Thông thường khi lập trình
php bạn hay viết lẫn cả phần HTML với mã lệnh php trên một trang. Điều này sẽ dẫn
đến rắc rối nhất là khi bảo trì. Bạn là người viết ra cũng là người bảo trì thì không sao

54
nhưng nếu bạn viết ra còn người khác bảo trì . Chắc họ nhìn vào code của bạn họ sẽ
ngất mất vì quá rối. mặt khác khi làm nhiều trang web có chức năng như nhau. Chỉ
khác giao diện nên nếu lập trình theo kiểu như vậy bạn phải viết lại hoàn toàn . Ngoài
ra muốn code được bạn phải chờ người thiết kế giao diện cho bạn sau đó cắt ra file
HTML rồi mới code. Tất cả những điều này sẽ làm giảm năng suất công việc của bạn
đi rất nhiều. smarty ra đời đã giải quyết được các vấn đề như trên.
Cách tạo một project:
Bước 1: Từ màn hình desktop nhấp đúp chọn biểu tượng TIA Portal V14.
Hình 4. 16. Biểu tượng Visual studio
Bước 2: Click chuột vào New ̶̶ > Web Site để tạo dự án mới.
Hình 4. 17. Giao diện tạo một project mới.

55
Bước 3: Chọn Web form để bắt đầu thiết kế giao diện.
Hình 4. 18. Giao diện lựa chọn.
Bước 4: Cấu hình web là kết nối với SQL
Hình 4. 19. Cấu hình cho web.

CHƯƠNG 5. KẾT QUẢ - NHẬN XÉT – ĐÁNH GIÁ
56
Chương 5. KẾT QUẢ - NHẬN XÉT - ĐÁNH GIÁ
5.1. KẾT QUẢ
5.1.1. Kết quả nghiên cứu:
Trong vòng 4 tháng làm đồ án, nhóm nghiên cứu đã đạt được các kết quả như
sau:
 Nghiên cứu sâu hơn về các dòng PLC đặc biệt là dòng S7 - 1200.
 Nghiên cứu sử dụng được cảm biến loadcell và giao tiếp được PLC.
 Nghiên cứu sử dụng được relay điện cực, van khí nén, biến tần và động cơ
3 pha.
 Nghiên cứu cách thiết kế, bố trí và thi công một tủ điện PLC.
 Nghiên cứu được một số hệ thống trang trại chăn nuôi thực tế.
 Nghiên cứu và thiết kế giao diện giám sát và điều khiển Scada.
 Nghiên cứu được cách thiết kế một giao diện web localhost.
5.1.2. Kết quả thi công
Kết quả phần cứng
Qua quá trình thiết kế phần cứng, chọn lựa linh kiện, nhóm đã tiến hành kiểm
tra các kết nối các module, linh kiện với nhau và cho ra được mô hình chăm sóc heo
giám sát qua hệ thống SCADA.
Hình 5. 1. Mặt trước của hệ thống.

57
Hình 5. 2. Mặt bên của hệ thống.
Kết quả thi công web
Hình 5. 3. Giao diện Home của trang web.

58
Hình 5. 4. Giao diện thông tin về dự án.
Hình 5. 5. Giao diện truy xuất toàn bộ dữ liệu cảm biển.

59
Hình 5. 6. Giao diện truy xuất dữ liệu theo thời gian và tên cảm biến.
5.2. NHẬN XÉT – ĐÁNH GIÁ.
Các nội dung đạt được so với yêu cầu đặt ra:
 Trong 100 lần thử đã có 86 lần hệ thống xử lý đúng yêu cầu. Suy ra hiệu
suất của hệ thống nằm trong khoảng 86% ± 3%.
 Tạo được một giao diện quản lý SCADA để giám sát hệ thống.
 Giao diện SCADA đơn giản, dễ sử dụng.
 Web online giám sát được các dữ liệu của cảm biến.

CHƯƠNG 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
60
Chương 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
6.1. KẾT LUẬN
Sau hơn 4 tháng thực hiện đề tài với nhiều cố gắng và nỗ lực của nhóm cùng
với sự tận tình hướng dẫn của thầy Hoàng Ngọc Văn, đồ án đã hoàn thành đúng thời
gian quy định theo yêu cầu đặt ra là giám sát được hoạt động ăn, uống và tắm của
heo.
Các nội dung mà nhóm đã thực hiện được đó là thiết kế và thi công được một
mô hình trộn thức ăn và cho uống, dựa theo thông số đầu vào là khối lượng thức ăn
và thời gian cho ăn được nhập trong giao diện giám sát SCADA và được đo lường
định lượng bằng cảm biến loadcell. Tuy nhiên nhóm vẫn chưa thể tạo ra một hệ thống
chính xác hoàn toàn do phần tính toán thiết kế còn nhiều sai sót. Nhìn chung đề tài
chỉ mới hoàn thành ở mức khá.
Trong quá trình làm đồ án, sinh viên đã rút ra được nhiều kinh nghiệm để tạo ra
một sản phẩm hoàn thiện như: Đầu tư thời gian, linh kiện trên thị trường và hiểu biết
về các linh kiện …
Nhận xét và đánh giá:
Giao diện quản lý trực quan, dễ giám sát và sử dụng thuận tiện hơn trong việc
giám sát và điều khiển hệ thống.
Mô hình phần cứng được bố trí phù hợp, gọn gàng, dễ chỉnh sửa. Độ sai số của
cảm biến trong mô hình nằm trong phạm vi cho phép là 3%.
Kết quả nêu trên chỉ thực hiện được khoảng 90% so với mục tiêu đặt ra vì còn
một số lỗi nhỏ trong quá trình hoạt động của hệ thống.
6.2. HƯỚNG PHÁT TRIỂN
Một số hướng phát triển để hoàn thiện đề tài:
- Mở rộng thêm các khâu khác trong hệ thống như: Quản lí nhiệt độ, độ ẩm,
dọn chuồng, giám sát khối lượng heo.
- Sử dụng thêm camera để giám sát hoạt động của heo.

CHƯƠNG 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
61
- Mở rộng hệ thống để có thể chăm sóc nhiều loại vật nuôi khác nhau cùng
lúc.
- Tăng hiệu suất cũng như tốc độ của hệ thống.

62
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] S7-1200 Programmable controller - System Manual – SIEMENS.
[2] https://binhtichap.com.vn/khi-nen-la-gi-gioi-thieu-ve-thong-khi-nen.html.
[3] https://vi.wikipedia.org/wiki/Kh%C3%AD_n%C3%A9n_h%E1%BB%8Dc.
[4] http://loadcell.com.vn/tin-tuc/cac-loai-loadcell.html.
[5] http://www.plcservo.vn/san-pham/bo-khuech-dai-tin-hieu-loadcell-rwst01a.
[6]https://www.mitsubishielectric.com/fa/vn_vi/download/manual/pdf/drv/inv002.p
df4
[7] https://kythuatdienviet.com/bo-dieu-khien-muc-nuoc.html.
[8] https://vankhinen.vn/van-dien-tu-nuoc-220v-id107.html.
[9] http://thuykhicongnghiep.vn/van-dien-tu-la-gi-cau-tao-va-nguyen-ly-hoat-dong-
post.html.

63
PHẦN PHỤ LỤC
Code PLC hệ thống:
 Code chương trình chính (main):

64
 Code chế độ manual:

Đề tài: Mô hình chăm sóc heo tự động có điều khiển và giám sát

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Similar to Đề tài: Mô hình chăm sóc heo tự động có điều khiển và giám sát

Similar to Đề tài: Mô hình chăm sóc heo tự động có điều khiển và giám sát (20)

More from Dịch Vụ Viết Bài Trọn Gói ZALO 0917193864

More from Dịch Vụ Viết Bài Trọn Gói ZALO 0917193864 (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (10)

Đề tài: Mô hình chăm sóc heo tự động có điều khiển và giám sát