TRƯỜNG ĐẠI HỌC TRÀ VINH BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT CHĂN NUÔI GIA CẦM SỬ DỤNG NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI NGÀNH KỸ THUẬT CƠ, ĐIỆN TỬ GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN ThS NGUYỄN VẠN QUỐC Sinh viên thực hiện MSSV Lớp Nguyễn Ngọc Anh 1711020495 17DDCB1 Nguyễn Trương Long 1711020466 17DDCB1 Nguyễn Tấn Phát 1711020451 17DDCB1 Tp Hồ Chí Minh, tháng 82021 GVHD ThS Nguyễn Vạn Quốc ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH Nguyễn Ngọc Anh ii Nguyễn Trương Long Nguyễn T.
GIỚI THIỆU
Đặt vấn đề
Hiện nay, giải pháp điện mặt trời đang được áp dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực, giúp tiết kiệm chi phí điện và hiện đại hóa quy trình sản xuất Trong ngành chăn nuôi, việc ứng dụng năng lượng mặt trời không chỉ nâng cao chất lượng sản phẩm mà còn thúc đẩy sản xuất nông nghiệp xanh, giảm ô nhiễm môi trường tại Việt Nam.
Chăn nuôi gà là một nghề truyền thống lâu đời tại Việt Nam, mang lại thu nhập cao cho nông dân Mỗi năm, nước ta cung cấp khoảng 450 nghìn tấn thịt gà và 3,5 tỷ quả trứng Tuy nhiên, tình trạng chăn nuôi gà trong nước vẫn còn nhỏ lẻ, phân tán và lạc hậu, dẫn đến năng suất chưa cao.
Thị trường chăn nuôi và tiêu thụ gà thịt tại Việt Nam đang phát triển mạnh mẽ, với lượng thịt gà hàng năm chiếm khoảng 14-15% tổng khối lượng thịt hơi, trong khi thịt lợn chiếm 75-76% Theo Tổng Cục thống kê, năm 2019 ghi nhận sản lượng thịt gà đạt 471,7 ngàn tấn và 3,5 tỷ quả trứng, cho thấy tiềm năng phát triển và chăn nuôi gà tại Việt Nam rất khả quan.
Hình 1.1 Trang trại nuôi gà hiện nay
Những khó khăn khi chăm sóc gà ở trang trại
Hiện nay, phần lớn nguồn cung thực phẩm đến từ các trang trại hộ gia đình, nơi chăn nuôi vẫn còn mang tính thủ công, quy mô nhỏ và năng suất chưa cao Điều này dẫn đến nhiều bất cập trong ngành chăn nuôi hiện tại.
Khí hậu không ổn định ảnh hưởng đến chất lượng gà nuôi
Cần nhiều nhân công nếu tăng quy mô lớn
Khó kiểm soát được dịch bệnh
Cần nhiều thời gian để chăm sóc
Vấn đề khí hậu và môi trường xung quanh ảnh hưởng lớn đến chất lượng chăn nuôi Để cải thiện tình trạng này và nâng cao năng suất, chất lượng chăn nuôi, chúng tôi đề xuất áp dụng các kỹ thuật nhằm cân bằng môi trường xung quanh chuồng nuôi Điều này sẽ tạo điều kiện tốt cho sinh lý gà, giúp chúng phát triển khỏe mạnh hơn và giảm nguy cơ mắc bệnh.
Hình 1.2 - Trang trại nuôi gà thực tế.
Mục tiêu của đề tài
Xây dựng hệ thống năng lượng mặt trời cho trang trại gà tự động giúp cung cấp điện cho các hệ thống chăm sóc gà lấy trứng đặc biệt, tối ưu hóa hiệu suất và tiết kiệm chi phí Việc sử dụng năng lượng tái tạo này không chỉ nâng cao hiệu quả hoạt động của trang trại mà còn góp phần bảo vệ môi trường.
Phương pháp và thiết bị nghiên cứu
Sử dụng bộ biến đổi buck giúp ổn định điện áp đầu ra khi điện áp đầu vào thay đổi, phục vụ cho việc nạp ắc quy Từ ắc quy, bộ băm xung kết hợp với inverter được sử dụng để tăng điện áp lên 220V, cung cấp năng lượng cho các thiết bị điện trong trang trại, hỗ trợ hệ thống chăm sóc gà tự động hoạt động hiệu quả.
Khả năng triển khai ứng dụng, triển khai kết quả nghiên cứu của đề tài
Vấn đề khí hậu và môi trường có ảnh hưởng lớn đến chất lượng chăn nuôi Để cải thiện năng suất và chất lượng chăn nuôi, chúng tôi đề xuất áp dụng công nghệ hiện đại nhằm tạo điều kiện sinh lý tốt cho gà, từ đó giảm thiểu dịch bệnh Mô hình này bao gồm các chức năng chính như cơ cấu cho ăn tự động, hệ thống chiếu sáng tự động và hệ thống làm mát tự động Bên cạnh đó, việc sử dụng cảm biến môi trường như cảm biến mưa và cảm biến nắng sẽ giúp điều chỉnh các tính năng cân bằng nhiệt độ, như quạt mát và phun sương tạo độ ẩm, nhằm đảm bảo môi trường sống tối ưu cho vật nuôi.
Nghiên cứu và sử dụng pin năng lượng mặt trời đang trở nên ngày càng quan trọng, đặc biệt trong bối cảnh thiếu hụt năng lượng và các vấn đề môi trường cấp bách hiện nay Năng lượng mặt trời được coi là nguồn năng lượng sạch và bền vững cho tương lai, với khả năng sẵn có trong tự nhiên Chính vì vậy, năng lượng mặt trời đang được áp dụng rộng rãi tại nhiều quốc gia trên thế giới.
Dự kiến những kết quả nghiên cứu của đề tài
1 Đóng góp về mặt khoa học, phục vụ công tác đào tạo:
⚫ Bổ sung thiết bị phục vụ cho công tác giảng dạy của nhà trường
⚫ Góp phần giải quyết vấn đề thiếu hụt năng lượng điện trong sinh hoạt
2 Những đóng góp liên quan đến phát triển kinh tế:
⚫ Tiết kiệm chi phí điện năng cho chiếu sáng
3 Những đóng góp về mặt xã hội (các giải pháp cho vấn đề xã hội):
⚫ Góp phần giải quyết vấn đề thiếu hụt năng lượng
⚫ Góp phần bảo vệ môi trường
4 Tổng quan về quá trình chăn nuôi gà hiện nay
5 Phân tích và lựa chọn các phương án thiết kế cho từng cơ cấu
6 Thiết kế động học và sơ đồ nguyên lý của mô hình
7 Tính toán các thông số kỹ thuật
9 Chế tạo mô hình và đánh giá.
Giới thiệu mô hình trang trại thông minh
1.7.1 Các hệ thống trong chăn nuôi:
Sử dụng các cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, cảm biến mưa để lấy dữ liệu từ môi trường
Sử dụng dữ liệu từ cảm biến để điều khiển các thiết bị như đèn sưởi, quạt làm mát, rèm chắn, hệ thống phun sương và mái che.
Hệ thống âm nhạc giúp gà không bị stress
Hệ thống dọn vệ sinh
Hệ thống trữ và sử dụng điện năng lượng mặt trời phòng chống những sự cố xảy ra giúp hệ thống không xảy ra rủi ro.
Giới thiêu về năng lượng mặt trời
Hình 1.3 Sơ đồ các bộ phận của mô hình
1.8 Giới thiêu về năng lƣợng mặt trời
1.8.1 Pin năng lượng mặt trời là gì? Làm sao có thể tạo ra điện
Pin mặt trời được cấu tạo từ các chất bán dẫn, chủ yếu là Silicon Các lớp bán dẫn này được làm nhiễm điện với một lớp p-conducting có thừa lỗ và một lớp n-conducting có thừa electron Khi lớp p và lớp n tiếp xúc, electron từ lớp n sẽ di chuyển về phía lớp p để chiếm các lỗ Tuy nhiên, sự mất thăng bằng điện tích tại biên giới n-p tạo ra một điện trường, đẩy electron sang mép bên kia của lớp n và đẩy lỗ sang mép bên kia của lớp p, dẫn đến việc ngăn cản electron từ lớp n không thể qua lớp p.
Khi ta kết nối lớp n và lớp p bằng một cầu nối, các electron từ lớp n có thể di chuyển sang lớp p Dưới tác động của ánh sáng mặt trời, các photon tiếp xúc với silicon, cung cấp năng lượng để các electron thoát ra và trở thành electron tự do Những electron này di chuyển từ lớp n sang lớp p qua dây dẫn, gặp các lỗ và tạo thành dòng điện Quá trình này tiếp diễn liên tục khi có ánh sáng mặt trời, cung cấp nguồn điện ổn định cho chúng ta sử dụng.
Hình 1.4: Cấu tạo bên trong của các lớp pin năng lượng mặt trời
1.8.2 Hiệu suất pin năng lượng mặt trời
Hiệu suất biến đổi năng lượng của pin mặt trời là tỷ lệ giữa điện năng sản xuất và năng lượng nhận được từ ánh sáng mặt trời Hiệu suất cao hơn đồng nghĩa với việc pin mặt trời tạo ra nhiều năng lượng hơn Cấu tạo của pin mặt trời ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất biến đổi này.
Hình 1.5 Bảng thống kê hiệu suất pin năng lượng mặt trời
1.8.3 Tiềm năng vô tận của năng lượng mặt trời
Việt Nam sở hữu nguồn năng lượng tái tạo phong phú, đặc biệt là năng lượng mặt trời, nhờ vị trí địa lý thuận lợi Nằm trong khu vực có cường độ bức xạ mặt trời cao từ vĩ độ 23°23’ Bắc đến 8°27’ Bắc, Việt Nam có những khu vực nổi bật như thành phố Hồ Chí Minh, Tây Bắc (Lai Châu, Sơn La, Lào Cai) và Bắc Trung Bộ (Thanh Hóa, Nghệ An, Hà Tĩnh) với tiềm năng năng lượng mặt trời dồi dào.
Năng lượng mặt trời mang lại nhiều lợi ích như tính sạch sẽ, chi phí nhiên liệu và bảo trì thấp, cùng với độ an toàn cao cho người sử dụng Sự phát triển của ngành công nghiệp sản xuất pin mặt trời không chỉ giúp thay thế các nguồn năng lượng hóa thạch mà còn giảm phát thải khí nhà kính, góp phần bảo vệ môi trường Vì vậy, năng lượng mặt trời được xem là nguồn năng lượng quý giá, có khả năng thay thế các dạng năng lượng truyền thống đang ngày càng cạn kiệt.
Bảng 1.1 Giá trị trung bình cường độ bức xạ MT ngày trong năm và số giờ nắng của một số khu vực khác nhau ở Việt Nam
1.8.4 Những ưu điểm của năng lượng mặt trời
Năng lượng mặt trời có những ưu điểm như:
Năng lượng mặt trời mang lại nhiều lợi ích như sạch sẽ, chi phí nhiên liệu và bảo dưỡng thấp, cùng với độ an toàn cao cho người sử dụng Việc phát triển ngành công nghiệp sản xuất pin mặt trời không chỉ giúp thay thế các nguồn năng lượng hóa thạch mà còn giảm thiểu khí thải nhà kính, góp phần bảo vệ môi trường Các ứng dụng năng lượng mặt trời tại Việt Nam đang ngày càng được mở rộng và phát triển.
TỔNG QUAN GIẢI PHÁP
Giải pháp chiếu sáng
Trong nhiều ngành công nghiệp, chiếu sáng có thể chiếm đến hơn 60% hóa đơn tiền điện và 40% tổng năng lượng tiêu thụ Các chi phí gián tiếp như tăng tải hệ thống lạnh và bảo trì đèn làm cho tổng chi phí còn cao hơn Để giảm thiểu chi phí năng lượng, nhiều tiêu chuẩn yêu cầu hệ thống điều khiển chiếu sáng tự động cho các công trình mới hoặc cải tạo lớn Ngay cả khi không bắt buộc, các nhà thiết kế vẫn nên xem xét việc áp dụng điều khiển chiếu sáng tự động như một giải pháp kinh tế hiệu quả cho khách hàng.
Nhu cầu về độ sáng trong các tòa nhà thay đổi tùy thuộc vào mục đích sử dụng và đặc điểm của khu vực như kích thước, hình dáng, chiều cao trần và lượng ánh sáng tự nhiên Do đó, hầu hết các tòa nhà thường sử dụng nhiều loại hệ thống điều khiển chiếu sáng khác nhau Việc kết hợp các công nghệ chiếu sáng lại với nhau là giải pháp tiết kiệm hiệu quả nhất.
Hệ thống điều khiển chiếu sáng bao gồm nhiều thiết bị đa dạng, từ công tắc đơn giản đến các hệ thống phức tạp có khả năng điều chỉnh độ sáng và kết nối với các bộ phận khác trong tòa nhà Mỗi loại hệ thống có những tính năng và mức giá khác nhau, vì vậy việc lựa chọn hệ thống phù hợp với công trình là rất quan trọng.
Bằng cách kết hợp điều khiển bằng tay, lập lịch trình và sử dụng cảm biến hiện diện để thực hiện các hiệu ứng bật/tắt và điều chỉnh độ sáng, chúng ta có thể tạo ra một hệ thống điều khiển chiếu sáng tiết kiệm chi phí và hiệu quả.
Giải pháp làm mát hệ thống
Trong các trang trại chăn nuôi gia súc và gia cầm quy mô lớn, việc giám sát nhiệt độ và độ ẩm là vô cùng cần thiết Hệ thống trang trại thông minh không chỉ dừng lại ở việc theo dõi các chỉ số này mà còn cho phép điều khiển quạt hút gió và quạt hút ẩm Bên cạnh đó, hệ thống còn có khả năng giám sát và điều khiển nhiều yếu tố quan trọng khác, mang lại giải pháp tối ưu cho việc quản lý trang trại.
2.2.1 Giải pháp điều khiển & giám sát trang trại từ xa bằng PLC
Giải pháp điều khiển & giám sát trang trại từ xa
Hệ thống điều khiển và giám sát trang trại chăn nuôi mang lại sự linh hoạt cao, cho phép ứng dụng không chỉ trong chăn nuôi gia cầm và gia súc mà còn trong ngành trồng trọt Với một hệ thống duy nhất, người dùng có thể kiểm soát toàn bộ hoạt động chăn nuôi và trồng trọt, bao gồm việc điều chỉnh nhiệt độ, độ ẩm, cường độ ánh sáng, cũng như tự động hóa các quy trình như bật/tắt quạt, bơm, cho ăn, cung cấp nước và bật/tắt đèn từ xa.
2.2.2 Giải pháp điều khiển bằng tay
Quạt hoạt động dựa vào nguồn điện và thường được điều khiển bằng cách bật tắt attomat Tuy nhiên, trong một số trường hợp, phương pháp thủ công này không khả thi, gây tốn nhân lực và tiềm ẩn nguy hiểm khi xảy ra sự cố Để khắc phục vấn đề này, Tủ điều khiển hệ thống quạt gió đã được phát triển nhằm bảo vệ quạt và tự động vận hành khi cần thiết.
Hình 2.1: Tủ Điều Khiển Hệ Thống Quạt Gió
2.2.2.1 Giới thiệu tủ điều khiển hệ thống quạt gió
Quạt công nghiệp, quạt thông gió, quạt hút khói có nhiệm vụ điều hòa không khí cho khu vực trại gà…
Quạt hoạt động dựa vào nguồn điện và thường được điều khiển bằng cách tắt bật attomat Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp, việc tắt/bật quạt bằng phương pháp thủ công không khả thi, gây tốn nhân lực và tiềm ẩn nguy cơ mất an toàn khi có sự cố Do đó, tủ điều khiển hệ thống quạt gió đã được phát triển để bảo vệ quạt và tự động vận hành khi cần thiết.
2.2.2.2 Tính năng kỹ thuật của tủ điều khiển hệ thống quạt gió
Chế độ bảo vệ quạt đảm bảo an toàn cho thiết bị bằng cách ngăn ngừa quá áp, mất pha và quá dòng trong quá trình hoạt động Hệ thống bảo vệ mất pha và đảo pha trong tủ điều khiển quạt công nghiệp, quạt thông gió và quạt hút khói giúp ngăn chặn tình trạng quạt quay ngược chiều khi nguồn điện bị đảo pha Bên cạnh đó, tính năng bảo vệ quá dòng cũng góp phần bảo vệ quạt khỏi các sự cố, đảm bảo hoạt động ổn định và an toàn.
Tủ điều khiển quạt công nghiệp, quạt hút khói và quạt thông gió có chế độ vận hành linh hoạt, cho phép người sử dụng thao tác bằng tay bất kỳ lúc nào Chế độ vận hành bằng tay giúp người vận hành dễ dàng điều chỉnh và kiểm soát hoạt động của quạt theo nhu cầu thực tế.
Giải pháp hệ thống cho ăn
2.3.1.1 Cung cấp thức ăn bằng tay:
Nuôi gà thả vườn rất đơn giản, chỉ cần rải một ít lúa, bắp, gạo hoặc cơm nguội ra sân cho gà ăn Ngược lại, gà nuôi công nghiệp bị nhốt trong chuồng, không thể tìm kiếm thức ăn tự nhiên và phụ thuộc hoàn toàn vào khẩu phần do người nuôi cung cấp.
Khẩu phần ăn cân đối và đầy đủ dinh dưỡng với tỷ lệ hợp lý giữa đạm, bột đường, chất béo, khoáng chất và vitamin sẽ giúp gà phát triển khỏe mạnh, lớn nhanh, đẻ nhiều và sản xuất trứng lớn.
Khẩu phần ăn không cân đối, thiếu hụt chất dinh dưỡng sẽ làm gà bị ốm và ảnh hưởng đến khả năng sinh sản Do đó, việc theo dõi sức khỏe gà trong từng giai đoạn phát triển là rất quan trọng để điều chỉnh khẩu phần ăn cho hợp lý Gà khỏe mạnh, lớn nhanh và đẻ sai sẽ mang lại lợi nhuận cao cho người nuôi.
2.3.1.2 Cung cấp thức ăn dạng phễu:
Hình 2.2 - Sử dụng các phễu gia cầm để cho gà ăn
2.3.1.1 Cung cấp thức ăn tự động:
Quá trình cung cấp thức ăn tự động như sau:
Vít tải ; Phễu chứa thức ăn ; Cơ cấu cấp phôi (thức ăn) tự động ; Xích tải treo phân phối thức ăn đến từng phễu
Hình 2.3: Vận chuyển thức ăn lên bồn chứa thức ăn bằng vít tải
Hình 2.4: Vận chuyển thức ăn đến các phễu
Hình 2.5: Tổng thể mô hình cơ cấu cung cấp thức ăn tự động.
PHƯƠNG ÁN GIẢI QUYẾT
Các phương án và giải pháp thực hiện
3.1.1.1 Những lý do để làm hệ thống làm mát tự động cho chuồng trại
- Do nhu cầu về sự ổn định nhiệt độ
- Do nhu cầu về phòng ngừa dịch bệnh
- Do nhu cầu về năng suất và hiệu quả
- Do nhu cầu về mặt quản lý
3.1.1.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống làm mát tự động
Hình 3.1: Nguyên lý hoạt động của hệ thống
Hệ thống quạt hút được lắp đặt ở một đầu chuồng, trong khi đầu còn lại mở thông gió với môi trường bên ngoài Khi quạt hút hoạt động, không khí trong chuồng được rút ra, đồng thời không khí mới từ bên ngoài tràn vào Quá trình này giúp không khí di chuyển từ đầu đến cuối chuồng, tạo ra môi trường mát mẻ và thoáng đãng cho vật nuôi.
3.1.1.3 Mục đích của vệc lưu thông không khí
- Cung cấp đủ lượng oxy cho vật nuôi
- Phân bố không khí đồng đều trong chuồng nuôi
- Điều khiển nhiệt độ theo ý muốn
- Loại thải NH3, CO2 và bụi bẩn ra ngoài
- Giúp vật nuôi trong điều khiện thoải mái nhất
- Giảm tỉ lệ hao hụt do bệnh tật
3.1.1.4 Khảo sát hệ thống làm mát chuồng trại trong thực tế
Một số hệ thống làm mát cũ
Không khí trong chuồng lưu thông tự nhiên, sử dụng quạt làm mát bình thường
Hình 3.2: Mô hình trại gà cũ
Hình 3.3: Mô hình trại lợn cũ Đặc điểm của mô hình cũ:
- Khó quản lý về mặt môi trường
- Rủi ro, hao hụt cao o Một số hệ thống làm mát mới
Mô hình hệ thống làm mát mới bao gồm một quạt hút và các tấm làm mát ướt bằng bơm nước Khi quạt hoạt động, không khí trong chuồng được rút ra, đồng thời không khí mát từ bên ngoài tràn vào qua các tấm làm mát Quá trình này giúp giảm nhiệt độ không khí, tạo ra môi trường mát mẻ từ đầu đến cuối chuồng nuôi.
Trại lợn được áp dụng hệ thống làm mát tự động, hệ thống giúp giảm nhiệt độ chuồng nuôi phù hợp với vật nuôi
Hình 3.4: Mô hình hệ thống làm mát trại lợn mới
Hình 3.5: Mô hình hệ thống làm mát trại gà mới o Đặc điểm mô hình mới :
- Mật độ nuôi được nhiều hơn
- Dễ quản lý về mặt môi trường
- Hạn chế rủi ro, giảm hao hụt
Trại gà hiện nay đang áp dụng hệ thống làm mát áp suất âm, một công nghệ tiên tiến giúp cải thiện môi trường sống cho gà Hệ thống này hoạt động bằng cách tạo áp suất bên trong nhà xưởng, với một quạt hút công suất lớn ở một đầu để loại bỏ khí nóng và bụi bẩn ra ngoài Ở đầu còn lại, các giàn mát được lắp đặt với tấm cooling pad, nơi không khí khô nóng đi qua sẽ được làm mát và làm sạch nhờ vào nước hấp thụ nhiệt Nhờ đó, không khí trong trại gà trở nên mát mẻ và trong lành hơn, góp phần nâng cao sức khỏe cho đàn gà.
Hình 3.6 Hệ thống thông gió làm mát trang trại
Đầu hồi nhà xưởng được trang bị hệ thống quạt hút gió công nghiệp với lưu lượng lớn, nhằm loại bỏ hiệu quả không khí nóng, ô nhiễm và bụi bẩn trong không gian làm việc, đảm bảo môi trường sản xuất trong lành hơn.
Tại đầu đối diện với quạt hút công nghiệp lắp đặt hệ khung giàn trao đổi nhiệt
Khung giàn trao đổi nhiệt bao gồm các tấm làm mát, hay còn gọi là tấm trao đổi nhiệt Nước được cung cấp liên tục bởi máy bơm, được tưới đều lên đỉnh bề mặt của tấm phân phối, sau đó thấm ẩm trên toàn bộ bề mặt các tấm làm mát.
Nước sau khi được làm mát qua tấm làm mát sẽ chảy qua hệ thống máng nước và đường ống thu hồi, quay trở lại bể để tiếp tục chu trình tuần hoàn Quá trình này giúp không khí nóng và khô từ bên ngoài trao đổi nhiệt trực tiếp với nước, làm sạch không khí, tăng độ ẩm và hạ nhiệt độ trong môi trường nhà xưởng.
Dễ lắp đặt và giá thành thấp
Tiêu thụ ít nước – Khoảng 2 lít/h
Tiêu thụ điện năng ít – Khoảng 50W/h
Giảm nhiệt so với nhiệt độ ngoài trời khoảng 10°C (25° F)
Sử dụng lâu và tiêu chuẩn an toàn cao
Giúp cho vật nuôi trong điều kiện thoải mái nhất, giảm stress
Giảm tỉ lệ hao hụt do bệnh tật
Tăng hiệu quả chăn nuôi
Điều chỉnh nhiệt độ và ẩm độ cho phù hợp với từng loại vật nuôi
Điều chỉnh nhiệt độ và ẩm độ cho phù hợp với từng tuổi và trọng lượng vật nuôi
3.1.1.5 Lựa chọn phương án làm mát:
Dựa trên phân tích và thực tế tại các cơ sở nuôi gà, cùng với những thiết kế máy móc đã được triển khai, phương án "hệ thống làm mát áp suất âm" cho thấy tính khả thi vượt trội so với các phương án khác Hệ thống này đã được thiết kế và áp dụng một cách hiệu quả, mang lại lợi ích rõ rệt cho quá trình chăn nuôi.
Chúng em đã quyết định mạnh dạn áp dụng phương án này để tiến hành nghiên cứu thử nghiệm và phát triển những sáng tạo mới dựa trên nền tảng của phương án đã chọn.
3.1.2 Phương án cung cấp thức ăn:
3.1.2.1 Cung cấp thức ăn bằng tay
+ Có thể cho ăn nhiều hay ít tùy thích
+ Lượng thức ăn không đồng đều
+ Dễ lây truyền mầm bệnh cho gà
+ Gà tranh giành nhau khi ăn gây hoảng loạn
+ Vệ sinh không sạch sẽ
3.1.2.2 Cung cấp thức ăn dạng phễu:
+ Phân phối thức ăn đều hơn
+ Có phễu dự trữ nên không phải cho ăn thường xuyên như cho ăn bằng tay
+ Tốn thời gian đổ thức ăn vào từng phễu
+ Tiếp xúc với gà nên dễ lây mầm bệnh
+ Thức ăn luôn có trong phễu nên gà sẽ ăn một cách vô tội vạ tiêu hóa không tốt
3.1.2.1 Cung cấp thức ăn tự động:
+ Khả năng tự động hóa cao, ít tốn nhân công
+ Không tiếp xúc trực tiếp với gà tránh nguy cơ lây nhiễm bệnh
+ Có thể điều chỉnh lượng thức ăn
+ Tiền đầu tư cao hơn các phương pháp cho ăn truyền thống
3.1.2.2 Lựa chọn phương án cấp thức ăn:
Dựa trên phân tích và thực tế khảo sát tại các cơ sở nuôi gà, phương án "Cơ cấu cấp thức ăn tự động" đã được thiết kế và triển khai hiệu quả, cho thấy tính khả thi cao hơn so với các phương án khác.
3.1.3 Hệ thống chiếu sáng tự động
Hiện nay, công nghệ phát triển đã mang lại nhiều ứng dụng hữu ích trong cuộc sống, nâng cao chất lượng cuộc sống và sản xuất Hệ thống chiếu sáng thông minh ngày càng trở nên phổ biến và tiện dụng, đặc biệt trong lĩnh vực chăn nuôi Hệ thống này sử dụng mô-đun quang trở để nhận diện ánh sáng từ môi trường, từ đó tự động điều chỉnh bật tắt bóng đèn, giúp tối ưu hóa điều kiện sống cho vật nuôi.
Quang trở là một loại vật liệu điện tử phổ biến, thường được sử dụng trong các mạch cảm biến ánh sáng Nó hoạt động như một điện trở có khả năng thay đổi điện trở theo cường độ ánh sáng; cụ thể, điện trở của quang trở sẽ tăng cao trong môi trường thiếu ánh sáng hoặc tối, trong khi đó, khi ở nơi có ánh sáng mạnh, điện trở sẽ giảm.
Hình 3.7: Cảm biến quang 3.1.3.1 Những lí do để xây dựng hệ thống chiếu sáng tự động
- Đáp ứng điều kiện ánh sáng lí tưởng nhất cho vật nuôi
- Hệ thống chiếu sáng tự động sẽ giúp chủ trang trại tiết kiệm chi phí, không lãng phí nguồn điện
- Giúp chủ trang trại giảm thiểu công sức khi phải đi bật từng bóng đèn một
3.1.3.2 Nguyên lí hoạt động của hệ thống
Hệ thống sử dụng cảm biến để tiếp nhận ánh sáng bức xạ từ mặt trời Khi mức ánh sáng đạt đến ngưỡng mặc định, cảm biến sẽ gửi tín hiệu đến bộ xử lý trung tâm để điều khiển việc bật tắt bóng đèn.
Khi đưa tay lại gần quang trở để giảm cường độ ánh sáng chiếu vào, hiệu điện thế thu được sẽ rất nhỏ, chỉ khoảng vài trăm Chúng ta sẽ sử dụng biến trở để thiết lập một mức giá trị có thể điều chỉnh Nếu giá trị của quang trở nhỏ hơn mức này, đèn sẽ sáng; ngược lại, nếu lớn hơn, đèn sẽ tắt.
3.1.3.3 Hệ thống giám sát hiển thị thông số chuồng nuôi
Giám sát nhiệt độ chuồng nuôi là yếu tố quan trọng đối với hộ chăn nuôi, vì nhiệt độ ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe của vật nuôi Một chuồng nuôi mát mẻ tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của vật nuôi, từ đó nâng cao hiệu quả kinh tế Việc thu thập và giám sát nhiệt độ giúp người nuôi chủ động điều chỉnh môi trường, đảm bảo chuồng nuôi luôn ở điều kiện lý tưởng.
Hệ thống giám sát nhiệt độ được thiết kế đọc nhiệt độ từ cảm biến và hiển thị lên LCD.
Mục tiêu đề tài, ý nghĩa thực tiễn
- Giữ được điều kiện phát triển tốt cho gà
- Giảm sự tiếp xúc của con người (đây là một trong những nguyên do lây bệnh cho gà) Có các cơ cấu tự động giảm được nhân công
- Có thể điều khiển từ xa, tránh tiếp xúc gây stress cho gà
- Tăng doanh thu kép mà tuyệt đối không ảnh hưởng đến năng suất
Thay thế nguồn điện từ nhiên liệu hóa thạch như than, dầu khí và năng lượng hạt nhân giúp giảm thiểu phát thải độc hại và ô nhiễm không khí tại các quốc gia.
3.2.2 Ý nghĩa về mặt khoa học:
- Thiết kế máy thành công giúp người nuôi gà bớt mệt nhọc trong công việc và tạo điều kiện thuận lợi nhất để gà phát triển
- Tính mới, tính độc đáo và tính sáng tạo của đề tài:
Sử dụng bộ biến đổi buck và boost để thực hiện biến đổi và ổn định điện áp
Sử dụng nguồn năng lượng mặt trời để sản xuất ra điện năng
3.2.3 Ý nghĩa về mặt thực tiễn:
- Nâng cao năng suất cho các trang trại gà nuôi lấy trứng, lấy thịt cho thị trường
- Năng lượng mặt trời đóng góp cho các mục tiêu quốc gia về tăng trưởng xanh và biến đổi khí hậu (giảm phát thải CO2)
Năng lượng mặt trời có khả năng thay thế điện từ nguồn năng lượng hóa thạch như điện than và điện khí trong những giờ cao điểm, giúp giảm chi phí tiêu thụ điện Việc sử dụng năng lượng mặt trời cũng góp phần giảm áp lực đầu tư vào hạ tầng mạng lưới truyền tải điện.
Phân tích đề tài và thông số thiết kế
3.3.1 Yêu cầu của đề tài:
- Giảm thiểu sức lao động của con người
- Phân tích và lựa chọn các cơ cấu làm việc của chuồng
- Phân tích và lựa chọn hệ thống điều khiển
- Tính toán và thiết kế cơ cấu cho hệ thống cung cấp điện mặt trời
- Phân tích và lựa chọn hệ thống làm mát tự động
- Phân tích và lựa chọn hệ thống máng thức ăn tự động
- Thiết kế cơ cấu cho hệ thống chiếu sáng tự động
- Chế tạo mô hình trang trại
- Kích thước của mô hình đồ án: 1500 x 700 x 800 mm
- Kích thước tính toán thực tế áp dụng: 15 x 7 x 4 m
- Loại hình nuôi gà: Nuôi gà sinh sản và hứng trứng
- Số lượng gà trên 1 đơn vị diện tích: 5-7 con /m 2
- Chu kỳ 1 lứa gà thu hoạch: 4-5 tháng
- Tuổi thọ của mô hình: 5 năm.
Tìm hiểu các thiết bị của đồ án
3.4.1.1 Các thông số kỹ thuật và tiêu chuẩn của họ PLC s7-200
-Ở đây ta lấy ví dụ về PLC Simentic S7-200 CPU 224
Kích thước:120.5mm x 80mm x62mm
Dung lượng bộ nhớ chương trình:4096 Word
Dung lượng bộ nhớ dữ liệu:2560 Word
Có 14 cổng vào , 10 cổng ra
Có 256 timer, 256 counter, các hàm số học trên số nguyên và số thực
Có 6 bộ đếm tốc độ cao
Các ngắt: phần cứng, theo thời gian, theo truyền thông
Toàn bộ bộ nhớ được lưu sau 190 giờ khi PLC bị mất điện
Hệ thống điều khiển kiểu Module nhỏ gọn cho các ứng dụng trong phạm vi hẹp
Có nhiều Module mở rộng
Có thể mở rộng đến 7 Module
Bus nối tích hợp trong Module ở mặt sau
Có thể nối mạng với cổng giao tiếp RS 485 hay Profibus
Máy tính trung tâm có thể truy cập đến các Module
Không quy định rãnh cắm, phần mềm điều khiển riêng
- Các phụ kiện : Các Bus nối dữ liệu
- Các đèn báo trên CPU: Các đèn báo trên PLC cho ta biết được các chế độ đang làm việc
+ SF(đỏ): đèn báo hiệu hệ thống bị hỏng
+ Run (xanh): đèn báo hiệu hệ thống đang làm việc
+ Stop(vàng): đèn báo hiệu đang ở chế độ dừng
+ Ixx, Qxx: chỉ định trạng thái tức thời của cổng
3.4.1.3 -Công tắc chọn chế độ làm việc:
+ Run: cho phép PLC vện hành theo chương trình trong bộ nhớ.PLc sẽ chuyển từ Run sang Stop nếu gặp sự cố trong khi làm việc
+ Stop: PLC dừng công việc đang thực hiện ngay lập tức
+ Term: cho phép máy tính quết định chế độ làm việc của CPU, hoặc ở Stop hoặc ở Run
3.4.1.4 Cấu trúc bộ nhớ CPU
Bộ nhớ của S7-200 được chia thành bốn vùng chính: Vùng nhớ chương trình, nơi lưu giữ các lệnh chương trình và không bị mất dữ liệu; Vùng nhớ tham số, chứa các tham số như từ khóa và địa chỉ trạm, cũng thuộc kiểu đọc/ghi; Vùng nhớ dữ liệu, dùng để lưu trữ dữ liệu của chương trình, cho phép truy cập theo từng bit, byte, đơn và kép, phục vụ cho các thuật toán và hàm truyền thông lập bảng, cũng như các hàm dịch chuyển và xoay vòng thanh ghi địa chỉ.
Vùng dữ liệu được phân chia thành các vùng nhớ nhỏ, mỗi vùng có chức năng riêng biệt và được ký hiệu bằng các chữ cái tiếng Anh khác nhau, thể hiện đặc trưng công dụng của chúng.
+Địa chỉ truy nhập được với công thức:
- Truy nhập theo bit: Tên miền (+) địa chỉ byte (+) (+) chỉ số bit
+Ví dụ: V150.4 chỉ bit 4 của byte 150
- Truy nhập theo byte: Tên miền (+) B (+) địa chỉ của byte trong miền
+Ví dụ: VB150 chỉ byte 150 của miền V
- Truy nhập theo từ: Tên miền (+) W (+) địa chỉ byte cao của từ trong miền
+Ví dụ: VW150 chỉ từ đơn gồm 2 byte 150 và 151 thuộc miền V trong đó byte
150 là byte cao trong từ
- Truy nhập theo từ kép: Tên miền (+) D (+) địa chỉ của byte cao của từ trong miền
+Ví dụ: VD150 là từ kép 4 byte 150, 151, 152, 153 thuộc miền V trong đó byte
150 là byte cao và 153 là byte thấp trong từ kép
Tất cả các byte trong vùng dữ liệu có thể được truy cập thông qua con trỏ, được định nghĩa trong miền V hoặc các thanh ghi AC1, AC2, AC3 Mỗi con trỏ chỉ có khả năng địa chỉ hóa 4 byte (tương đương với một từ kép).
- Quy ước dùng con trỏ để truy nhập như sau:
+& địa chỉ byte (cao): Là toỏn hạng lấy địa chỉ của byte, từ hoặc từ kộp
AC1 = &VB150: Thanh ghi AC1 chứa địa chỉ byte 150 thuộc miền V VD100
= &VW150: Từ kép VD100 chứa địa chỉ byte cao (VB150) của từ đơn VW150 AC2 = &VD150: Thanh ghi AC2 chứa địa chỉ byte cao (VB150) của từ kép VD150
- Con trỏ: là toán hạng lấy nội dung của byte, từ, từ kép mà con trỏ đang chỉ vào
+Ví dụ: như với phép gán địa chỉ trên, thì:
AC1: Lấy nội dung của byte VB150
VD100: Lấy nội dung của từ đơn VW100
Vùng nhớ đối tượng trong AC2 là nơi lưu trữ dữ liệu cho các đối tượng lập trình, bao gồm các giá trị tức thời và giá trị đặt trước của bộ đếm hoặc Timer.
Dữ liệu kiểu đối tượng bao gồm các thanh ghi của Timer, bộ đếm, bộ đếm tốc độ cao, bộ đệm vào/ra Analog và các thanh ghi Accumulator (AC).
Tên tham Diễn giải Tham
1 ACO Ắc quy 0 (không có khả năng làm con trỏ)
4 HSC Bô đếm tốc độ cao 0 đến 2
5 AW Bộ đệm cổng vào tương 0 ÷ 30 0 đến 30
6 AQW Bộ đệm cổng ra tương tự 0 ÷ 30 0 đến 30
3.4.1.5 Đơn vị cơ bản của S7-200
Hình 3.9: Hình khối mặt trước của PLC S7-200
+SF (đèn đỏ): Báo hiệu hệ thống bị hỏng
+RUN (đèn xanh): Chỉ định rằng PLC đang ở chế độ làm việc
+STOP (đèn vàng): Chỉ định rằng PLC đang ở chế độ dừng
Cổng truyền thông S7-200 sử dụng giao thức RS 485 với phích cắm 9 chân, cho phép kết nối với thiết bị lập trình hoặc các PLC khác Tốc độ truyền dữ liệu cho máy lập trình kiểu PPI đạt 9600 boud.
Các chân của cổng truyền thông là:
3 Truyền và nhận dữ liệu
7 24v DC(dòng tối đa là 100 mA)
8 Truyền và nhận dữ liệu
3.4.2 Giới thiệu về MODULE ANALOG EM235
EM 235 là một module tương tự gồm có 4AI và 1AO 12bit (có tích hợp các bộ chuyển đổi A/D và D/A 12bit ở bên trong)
Hình 3.11 Module mở rộng EM235
3.4.2.1 Các thành phần của module analog EM235
4 đầu vào tương tự được kí hiệu bởi các chữ cái
A+ , A- , RA Các đầu nối của đầu vào A B+ , B- , RB Các đầu nối của đầu vào B C+ , C- , RC Các đầu nối của đầu vào C D+ , D- , RD Các đầu nối của đầu vào D
1 đầu ra tương tự (MO,VO,IO) Các đầu nối của đầu ra
Gain Chỉnh hệ số khuếch đại
Offset Chỉnh trôi điểm không
Switch cấu hình Cho phép chọn dải đầu vào và độ phân giải
Hình 3.12 Sơ đồ khối của đầu vào Analog
Hình 3.13 Sơ đồ khối đầu ra Analog
Mô tả
- Kí hiệu vùng nhớ : AIWxx (Ví dụ AIW0, AIW2…)
+ Đối với dải tín hiệu đo không đối xứng (ví dụ 0-10V,0-20mA):
Modul Analog Input của S7-200 chuyển dải tín hiệu đo đầu vào (áp, dòng) thành giá trị số từ 032000
+ Đối với dải tín hiệu đo đối xứng (Ví dụ 10V, 10mA,):
Modul Analog Input của S7-200 chuyển dải tín hiệu đo đầu vào áp, dòng) thành giá trị số từ -3200032000 b) Dữ liệu đầu ra:
- Kí hiệu vung nhớ AQWxx (Ví dụ AQW0, AQW2…)
+ Đối với dải tín hiệu đo không đối xứng (ví dụ 0-10V,4-20mA):
Modul Analog output của S7-200 chuyển đổi con số 032000 thành tín hiệu điện áp đầu ra 010V
+ Đối với dải tín hiệu đo đối xứng (Ví dụ 10V, 10mA,): Kiểu này các module Analog output của S7-200 không hỗ trợ
Dữ liệu 12 bit 0 0 0 0 c) Bảng tổng hợp : Định dạng dữ liệu Giá trị chuyển đổi
Kiểu tín hiệu đối xứng (10V, 10mA,)
Tín hiệu không đối xứng
Pin năng lượng mặt trời, hay còn gọi là solar, hoạt động bằng cách chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng thông qua các lớp bán dẫn.
Các tấm pin năng lượng mặt trời hoạt động dựa vào cường độ chiếu sáng, dẫn đến sự dao động trong điện áp đầu ra Để ổn định điện áp và điều chỉnh quá trình nạp năng lượng vào ắc quy, cần có một bộ điều khiển năng lượng mặt trời Bộ điều khiển này không chỉ giúp duy trì điện áp ổn định mà còn quản lý việc đóng mở các van bán dẫn.
Solar charge controller phải có điện thế vào phù hợp với pin mặt trời và điện thế ra tương ứng với bình ắc quy Do có nhiều loại solar charge controller, việc chọn lựa phù hợp với hệ thống năng lượng mặt trời là rất quan trọng Đối với các hệ thống pin mặt trời lớn, thường được thiết kế thành nhiều dãy song song, mỗi dãy sẽ được quản lý bởi một solar charge controller riêng Công suất của solar charge controller cần đủ lớn để tiếp nhận điện năng từ các tấm pin quang điện (PV) và nạp cho hệ thống bình ắc quy hiệu quả.
Hình 3.15: Bộ solar controller Điện áp Solar vào (VS): :
