Lời cam đoan
Em xin cam đoan bài tiểu luận đề tài: “Thiết kế và mô phỏng hệ thống lồng ấp
trứng tự động” là cơng trình nghiên cứu của em, khơng sao chép, không thuê mướn
người khác thực hiện.
Tất cả những sự giúp đỡ cho việc xây dựng cơ sở lý luận cho bài báo cáo đều
được trích dẫn đầy đủ, ghi nguồn gốc rõ ràng và được phép công bố.
Em xin hồn tồn chịu trách nhiệm về tính trung thực của các nội dung trong đề
tài của mình.
Sinh viên thực hiện

1


Lời cảm ơn
Đầu tiên, em xin được gửi lời cảm ơn chân thành đến quý thầy cô Trường Đại học
Sài Gịn nói chung cũng như Khoa Điện Tử Viễn Thơng nói riêng, đã đưa học phần
“Thiết kế, mơ phỏng và vận hành hệ thống điện có nguồn phân tán” vào chương trình
đào tạo. Trong quá trình thực hiện học phần này, em đã học hỏi được rất nhiều điều bổ
ích. Qua đó giúp em có khả năng tìm tịi, sáng tạo, tự lập các phương án thiết kế cho
đề tài của mình.
Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến thầy Trương Tấn, thầy giảng dạy
tận tình và đồng hành với em trong suốt thời gian của học phần. Hàng tuần trong mỗi
tiết 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 từng
bước một. Trong thời gian làm việc với thầy, em không những tiếp thu thêm nhiều kiến
thức bổ ích mà cịn học tập được tinh thần làm việc nghiêm túc, hiệu quả. Đây là hành
trang cần thiết cho em trong hành trình học tập và làm việc sau này.
Cảm ơn các tác giả của các cơng trình mà em có sử dụng làm nguồn tài liệu tham
khảo cùng với tất cả bạn bè đã ủng hộ, động viên trong suốt thời gian nghiên cứu đề
tài.
Và cuối cùng, em xin dành tất cả lịng biết ơn và kính trọng sâu sắc nhất tới cha mẹ

mình, những người đã sinh thành nuôi dưỡng em nên người, đã lo lắng chỉ bảo từ
những việc nhỏ nhất, đã tạo mọi điều kiện cho em được học tập để sau này có nghề
nghiệp tự lo cho bản thân.
Mặc dù rất nỗ lực và cố gắng để hoàn thành bài tiểu luận này nhưng chắc chắn sẽ
khơng thể khơng có sai sót. Vì vậy em rất mong được sự đánh giá và góp ý từ Q
Thầy Cơ cùng tồn thể các bạn.
Em xin chân thành cảm ơn.

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN
2

2
2


............................................................................................................................................. .........
.................................................................................................................................... ..................
........................................................................................................................... ...........................
.................................................................................................................. ....................................
......................................................................................................... .............................................
................................................................................................ ......................................................
....................................................................................... ...............................................................
.............................................................................. ........................................................................
..................................................................... .................................................................................
............................................................ ..........................................................................................
................................................... ...................................................................................................
.......................................... ............................................................................................................
................................. .....................................................................................................................
........................ ..............................................................................................................................
............... .......................................................................................................................................

...... ............................................................................................................................................. ..
........................................................................................................................................... ...........
.................................................................................................................................. ....................
......................................................................................................................... .............................
................................................................................................................ ......................................
....................................................................................................... ...............................................
.............................................................................................. ........................................................
..................................................................................... .................................................................
............................................................................ ..........................................................................
................................................................... ...................................................................................
.......................................................... ............................................................................................
................................................. .....................................................................................................
........................................ ..............................................................................................................
...............................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN.......................................................................................................... i
3

3
3


LỜI CẢM ƠN.............................................................................................................. ii
NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN.............................................................................. iii

Danh mục các cụm từ viết tắt


4

STT

CỤM TỪ VIẾT TẮT

TÊN HOÀN CHỈNH

1

PLC

Programmable Logic Controller

2

CPU

Central Processing Unit

3

AC

Alternating Current

4

DC


Direct Current

5

RLY

Relay

6

P

Proportional

7

PI

Proportional Integral

8

PID

Proportional Integral Derivative

9

WinCC


Windows Control Center

10

MCCB

Moulded Case Circuit Breaker

11

PC

Personal Compute

12

HMI

Human-Machine-Interface

13

E

Error

14

SP


Setpoint

15

CB

Circuit Breaker

16

PTO

Pulse Train Output

17

IEC

International Electrotechnical
Commission

4
4


TÓM TẮT
Thế kỷ 21 mở ra một thời đại mới, thời đại khoa học cơng nghệ địi hỏi con
người ln ln khơng ngừng tìm tịi học tập để tiến bộ. Thiết bị và công nghệ luôn
được 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 tồn ổn định. Ngày nay điều khiển lập trình
đang 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 nơng nghiệp hiện nay, việc tự động hóa khâu sản xuất
là rất quan trọng. Trong những năm trở lại đây, có nhiều ứng dụng của điều khiển lập
trình được đưa vào hoạt động chăn nuôi… Một trong những yếu tố của ngành nông
nghiệp là chăn nuôi gia cầm với một khâu quan trọng là ổn định trong khâu sản xuất
con giống, mà cụ thể là việc ấp nở con giống từ trứng gia cầm. Từ thực tế thấy được
tầm 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”.

5

5
5


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 vực
của đời sống xã hội. Ngay cả trong trồng trọt, chăn nuôi cũng đã áp dụng khoa học
công nghệ để đạt năng suất cao nhất. Là sinh viên năm cuối với những kiến thức đã
được học em mong muốn tạo ra một hệ thống tự động áp dụng trong chăn ni. 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 thay
đổi và phụ thuộc vào nhiệt độ mơi trường. Vì vậy em mong muốn được nghiên cứu
thiết kế ra hệ thống ổn định nhiệt độ lồng ấp trứng không phụ thuộc vào nhiệt độ mơi
trường.


1.2. Tính cấp thiết:
Nghiên cứu các hệ thống ấp trứng thủ cơng hiện tại, tìm ra ưu và nhược điểm của
hệ thống thủ cơng, qua đó thiết kế một hệ thống tự động ổn định nhiệt độ có đảm bảo
nhiệt 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 cơng.
- Thiết kế hệ thống.
- Xây dựng hệ thống.
6

6
6


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 thể
kiểm sốt nhiều ứng dụng tự động hố với quy mơ nhỏ và vừa. Thiết kế nhỏ gọn, chi
phí thấp, và một tập lệnh mạnh giúp chúng ta có nhiều giải pháp hồn hoản hơn cho
những 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 vụ
điều 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 thời
gian thực cho hệ thống.
Cấu trúc của S7-1200 bao gồm: một bộ vi xử lí ( microprocessor), một nguồn cung
cấp tích hợp sẵn, các đầu vào/ra (DI/DO).
S7-1200 tích hợp sẵn một cổng truyền thơng PROFINET cho phép kết nối máy
tính 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 cơ bước hay bộ lái servo(servo drive); ngõ ra điều rộng xung PWM điều khiển
tốc độ động cơ , vị trí valve hay điều khiển nhiệt độ...;16 bộ điều khiển PID với tính
năng tự động xác định thông số điều khiển ( auto – tune functionality).
7

7
7


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


8

Technical data

CPU 1214C DC/DC/DC

Order number

6ES7 214-1AG31-0XB0

Dimensions 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

8
8


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

2- Dây tóc tim cốt
3- Dây tóc tim pha
4- Giá đỡ
5- Các tiếp điểm


Đèn halogen sử dụng phần lớn thủy tinh thạch anh để làm bầu đèn vì chúng chịu
được nhiệt độ và áp suất rất cao (khoảng 5 đến 7 bar) cao hơn thủy tinh bình thường
làm cho dây tóc đèn sáng hơn và tuổi thọ cao hơn bóng đèn thường. Bên trong chứa
khí halogen (thành phần chính là khí argon và nitơ) và một sợi dây tóc bằng vonfram.
9

9
9


Bóng đèn lấy điện năng của ơ tơ và đốt nóng sợi dây tóc đến khoảng 2.500 độ C, cịn
sợi dây tóc khi nóng đỏ lên sẽ phát sáng. đèn halogen có tim đèn nhỏ hơn so với bóng
thơng thường. Điều này cho phép điều chỉnh tiêu điểm chính xác hơn so với các loại
bóng bình thường. Để tăng độ sáng cho bóng đèn halogen khơng q khó, nhưng
muốn độ sáng của bóng đèn càng lớn thì nhiệt độ của dây tóc phải càng cao. Điều này
làm cho số phân tử kim loại bị bay hơi tăng mạnh, kết quả là tuổi thọ của dây tóc bóng
đèn 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. Thơng thường bộ phận này gồm có một bộ cổ góp và một bộ
chổi than tiếp xúc với cổ góp.
10

10
10


c) Role trung gian:

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

d) Nút nhấn:

Sử dụng nút nhấn XB7 của hãng Schneider

e) Quạt:

Dùng quạt tản nhiệt SUNON DP200A
-220V-240V.
-50/60Hz
-0.14A.
-Kích thước 12x12x3.9cm.
- 360g.

11

11
11


f) Cảm biến nhiệt độ PT100:

Một số thơng số chính của PT100:
Cảm biến nhiệt độ PT100 hay còn gọi là nhiệt điện trở kim loại ( RTD) PT100
được cấu tạo từ kim loại Platinum được quấn tùy theo hình dáng của đầu dị nhiệt có
giá trị điện trở khi ở 0oC là 100 Ohm. Đây là loại cảm biến thụ động nên khi sử dụng
cần phải cấp một nguồn ngoài ổn định. Giá trị điện trở thay đổi tỉ lệ thuận với sự thay
đổi nhiệt độ được tính theo cơng thức dưới đây.
Công thức điện trở phụ thuộc vào nhiệt độ của PT100:
Rt = R0 ( 1+ AT+BT2+C(T-100)T3)
Trong đó:
A=3.9083x10-3
B=5.775x10-7
C=-4.183x10-12 ( t<0oC) , C=0 ( t>0oC)
Bảng thông số điện trở của PT100 ứng với nhiệt độ đo:

12

12
12


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 tiêu

chuẩn 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:

13

13
13


Một số thơng số chính của ES2-HB OMRON:
+ Đo độ ẩm: 20~95%.
+ Tín hiệu ra: 1~5VDC
+ Nguồn cấp: 24VDC
+ Cấp chính xác: ±3% FS
+ Ngõ ra: 1~5VDC (tương ứng độ ẩm 0~100%),
+ Trở kháng đầu ra: 100kΩ.
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 10
Mắt Điện áp sử dụng: 48 V
Công suất : 240 W
14

14
14



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 – 45db
Kích thước: 253mm x 90mm x 56mm Trọng lượng: 1,75 kg

ƯU ĐIỂM
1. Sản phẩm bằng thép khơng rỉ, chống ăn mịn, 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, rất
được ưa chuộng ở nhiều nước.
4. Sử dụng cơng nghệ sóng âm với tần số cao dưới tác dụng của sóng siêu âm
phần tử nước khơng giao động với tần số nên tự tách ra dưới dạng những hạt sương rất
nhỏ đường kính khoảng 1 micro và dễ dàng hịa nhập vào khơng khí dưới dạng sương
mù.
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 công
nghệ hiện đại đơn giản và an toàn nhất.
7. Máy tạo độ ẩm ( trong-phong-am) dạng sương mù, không tạo giọt, không để lại hơi nước
trên bề mặt đồ vật, an toàn cho thiết bị điện trong phịng.
8. Tạo ẩm bằng cơng nghệ siêu âm
9. Chạy liên tục 15-16h, tự động ngắt khi hết nước và báo hiệu bằng đèn khi hoạt
động.
10. Không gây tiếng ồn, dễ sử dụng, vệ sinh và dễ mang đi.
11. Máy tạo ẩm bằng sóng siêu âm khơng gây tiếng ồn.
12. Hạt sương rất nhỏ hập thụ rất tốt nhiệt năng và bụi trong khơng khí, làm mơi
trường 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 phần

mềm cơ sở tích hợp tất cả các phần mềm lập trình cho các hệ thống tự động hóa và
15
15
15


truyền động điện. Phần mềm tích hợp các sản phẩm SIMATIC khác nhau trong một
phần 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 sự
thống nhất trong giao diện và tính tồn vẹn cho ứng dụng. Tất cả các bộ đều khiển
PLC, màn hình HMI, các bộ truyền động của Siemens đều được lập trình, cấu hình
trên TIA portal. Việc này giúp giảm thời gian, công sức trong việc thiết lập truyền
thông giữa các thiết bị này.
Hai phần mềm quan trọng trong TIA Portal là Simatic Step 7 và Simatic WinCC.

16

16
16


CHƯƠNG 3: GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ
3.1. Sơ đồ mơ hình tổng quát của hệ thống:

Khối nguồn

Khối

cảm
biến

Khối cài
đặt

Khối
xử
lý
trung
tâm

Sơ đồ tổng quát của hệ thống

3.2. Nguyên lý hoạt động của hệ thống:
17

17
17

Khối
cấp ẩm

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:

18

18
18


3.4. Q trình thi cơng thực tế:

19

19
19


CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ ỨNG DỤNG
Chương trình với ngơn ngữ LAD:
20

20
20



21

21
21


22

22
22


23

23
23


24

24
24


25

25
25