ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TRƯƠNG HỒNG PHÚC THIẾT KẾ HỆ THỐNG QUAN TRẮC MỒI TRƯỜNG NƯỚC NI TỒM TRÊN CƠ SỞ ĐIỆN TỐN ĐÁM MÂY DESIGN AND DEVELOPMENT OF CLOUD-BASED DATALOGGER SYSTEM FOR SHRIMP FARM Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển tự động hóa Mã số: 60520216 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, 07/2019 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -ĐHQG -HCM Cán hướng dẫn khoa học : TS TRƯƠNG ĐÌNH CHÂU PGS.TS PHẠM NGỌC TUẤN Cán chấm nhận xét 1: PGS.TS TRƯƠNG ĐÌNH NHƠN Cán chấm nhận xét : TS NGUYỄN TRỌNG TÀI Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp.HCMngày03 tháng 07 năm 2019 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: TS NGUYỄN VlNH HẢO PGS.TS TRƯƠNG ĐÌNH NHƠN TS NGUYỄN TRỌNG TÀI PGS TS NGUYỄN THANH PHƯƠNG TS TRẦN NGỌC HUY Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có] CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ •••• Họ tên học viên: TRƯƠNG HỒNG PHÚC MSHV: 1770039 Ngày, tháng, năm sinh: 18/01/1994 Nơi sinh: Bình Định Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển tự động hóa Mã số : 60520216 I TÊN ĐỀ TÀI: Thiết kế hệ thống quan trắc moi trường nước nuôi tôm sở điện toán đám mây II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Mục tiêu: Thiết kế hệ thổng quan trắc tự động môi trường nước nuôi tôm nhằm cung cẩp thông tin giá trị tiêu chí chẩt lượng nước cảnh báo, hỗ trợ định cho người nuôi tôm Phạm vi: Cho cở sở, doanh nghiệp, hộ nuôi tôm Đối tượng: Các ao, bể nuôi tôm Phương pháp thực hiện: Áp dụng kỹ thuật công cụ IOT công nghệ điện toán đám mây Kết mong đợi: Hệ thổng quan trắc tự động môi trường nước nuôi tôm, sử dụng cho ao, bể nuôi tôm II NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 11/02/2019 III.NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 02/06/2019 IV CÁN Bộ HƯỚNG DẪN (Ghi rõ học hàm, học vị, họ, tên): TS TRƯƠNG ĐÌNH CHÂU PGS TS PHẠM NGỌC TUẤN Tp HCM, ngày 11 thảng 02 năm 2019 CÁN Bộ HƯỞNG DẪN (Họ tên chữ ký) CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên chữ ký) TRƯỞNG KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ LỜI CẢM ƠN Trong suổt thời gian học tập trường Đại học Bách Khoa - ĐHQG TPHCM Ban giám hiệu nhà trường, Bộ môn kỹ thuật điều khiển & Tự động hóa tạo điều kiện cho em học tập, thực hành toàn thể Thầy Cơ tận tình giảng dạy truyền đạt khổi kiến thức kinh nghiệm quý báu cho chúng em để làm hành trang vững đầy tự tin bước vào đời Để bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc em xin chân thành cảm ơn tẩt Quý Thầy Cơ Để hồn thành luận văn tổt nghiệp mình, em trãi qua khơng khó khăn, nhiên động lực để giúp em hồn thành tổt luận văn Em xin cảm ơn Thầy Trương Đình Châu tận tình truyền đạt kiến thức quý báu tạo điều kiện thuận lợi nhẩt cho em suổt trình học tập nghiên cứu thực đề tài luận văn Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến Trung Tâm Phát Triển Công Nghệ Và Thiết Bị Cơng Nghiệp Sài Gòn - CENINTEC PGS.TS Phạm Ngọc Tuẩn anh em trung tâm không ngừng hỗ trợ tạo điều kiện tổt nhẩt cho em suổt thời gian nghiên cứu thực luận văn Em xin cảm ơn gia đình ln ln động viên giúp em có điều kiện tổt nhẩt vật chẩt tinh thần để em hồn thành q trình học tập trường Đại học Bách Khoa - ĐHQG TpHCM Bên cạnh gia đình, em cảm ơn người bạn làm chung luận văn giúp đỡ lúc gặp khó khăn, đưa lời khun bổ ích để em hồn thành luận văn Cuối cùng, em xin chúc Thầy, Cô sức khỏe, hạnh phúc thành công nghiệp "trồng người” Hồ Chí Minh, Ngày 15/06/2019 Trương Hòng Phúc TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Ngành ni trồng giữ vai trò quan trọng xu hướng ngành thủy sản nói chung ni tơm nói riêng Tuy nhiên chẩt lượng thủy sản thách thức người nuôi tôm Việc ứng dụng công nghệ vào quản lý môi trường nước nuôi tôm cần thiết Giám sát chẩt lượng nước (quan trắc môi trường nước) yêu cầu tẩt yếu Vì đề tài tập trung Thiết kế hệ thổng quan trắc tự động môi trường nước nuôi tôm nhằm cung cẩp thông tin giá trị tiêu chí chẩt lượng nước cảnh báo, hỗ trợ định cho người nuôi tôm ABSTRACT The aquaculture industry is very important role and is a trend of the aquaculture industry in general and shrimp farming However, the quality of seafood, shrimp is a challenge for shrimp farmers The application of technology to the management of shrimp water environment is necessary Monitoring water quality is essential Therefore, this thesis focuses on the design and development of cloud-based datalogger system for shrimp farm to provide information about the value of water quality criteria and warnings and support for shrimp farmers make decisions 11 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng tơi hướng dẫn khoa học TS Trương Đình Châu PSG.TS Phạm Ngọc Tuẩn Các nội dung nghiên cứu, kết đề tài trung thực chưa công bổ bẩt kỳ hình thức trước Nếu phát có bẩt kỳ gian lận tơi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm nội dung luận văn Trường Đại học Bách Khoa TP HCM khơng liên quan đến vi phạm (nếu có) tác quyền, quyền gây trình thực Tp Hồ Chí Minh, Ngày 15 tháng 06 năm 2019 Tác giả Trương Hồng Phúc iii MỤC LỤC Chương GIỚI THIỆU TỔNG QUAN HỆ THỐNG QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG NƯỚC NUÔI TÔM 1.1 Tình hình ngành cơng nghiệp thủy sản Việt Nam 1.1.1 Nhu cầu thủy sản giới 1.1.2 Tình hình ni trồng thủy sản .1 1.1.3 Cơ hội thách thức cho ngành nuôi trồng thủy sản Việt Nam 1.1.3.1 Cơ hội đầu tư vào nuôi trồng thủy sản 1.1.3.2 Ngành nuôi tôm Việt Nam phát triển nhanh 1.1.3.3 Cơ hội thách thức cho ngành nuôi tôm 1.2 Sổ hóa cơng, nơng nghiệp 1.2.1 Giới thiệu 1.2.2 Xây dựng SCADA với điện toán đám mây 1.2.3 Tìm hiểu IOT 1.2.3.1 Giới thiệu IOT 1.2.3.2 Xu hướng tính chẩt The Internet of Things 1.3 Nông nghiệp xác 1.3.1 Giới thiệu nơng nghiệp xác .8 1.3.2 Các thành phần nơng nghiệp xác 1.3.3 Ý nghĩa nơng nghiệp xác 1.3.4 Số hóa để tối ưu hóa sản xuất nơng nghiệp Việt Nam 10 1.3.5 Ni tơm xác 10 iv 1.5 Những điểm hạn chế 15 1.6 Sự cần thiết đề tài 16 1.7 Mục tiêu đề tài 17 1.8 Phạm vi nghiên cứu đề tài .17 1.9 Phương pháp nghiên cứu .17 1.10 Kết luận chương 18 Chương XÁC ĐỊNH CÁC YÊU CẦU VỀ CHỨC NĂNG VÀ KỸ THUẬT CỦA HỆ THỐNG QUAN TRẮC .19 2.1 Giới thiệu .19 2.2 Những yếu tổ tác động ảnh hưởng trực tiếp đến môi trường nước nuôi tôm .20 2.2.1 Amonia NH3 20 2.2.2 Hydrosunfua (H2S] 21 2.2.3 ĐộpH 23 2.2.4 Độ mặn 24 2.2.5 Độ kiềm .25 2.2.6 Nhiệt độ .25 2.2.7 Độ 27 2.2.8 ôxy hoà tan (DO] 28 2.3 Chức hệ thống quan trắc môi trường nước nuôi tôm 32 2.4 Yêu cầu kỹ thuật hệ thống quan trắc 32 2.5 Kết luận chương .34 Chương THIẾT KẾ CẤU HÌNH VÀ THÀNH PHẦN 35 3.1 Nguyên lý chung 35 V 3.2 Nguyên lý hoạt động 36 3.3 Các thành phần 37 3.3.1 Lẩy mẫu nước đo 37 3.3.1.1 Lẩy mẫu cổ định ao nuôi 37 3.3.1.2 Lẩy mẫu di động ao nuôi 38 3.3.1.3 Lẩy mẫu cổ định nhiều ao nuôi 38 3.3.1.4 Đánh giá lựa chọn phương án 39 3.3.2 Thu thập thông sổ nước 39 3.3.2.1 Giới thiệu 39 3.3.2.2 Các loại cảm biến 39 3.3.2.3 Đánh giá lựa chọn cảm biến 42 3.3.2.4 Lựa chọn cụ thể cảm biến 42 • Cảm biến nhiệt độ 43 • Cảm biến đo nồng độ Oxy hòa tan (DO) .45 • Cảm biến pH 46 • Cảm biến độ mặn 47 • Cảm biến H2S 48 • Cảm biến NH4+ 49 • Cảm biến đo độ kiềm 50 • Cảm biến đo độ 50 3.3.3 Truyền nhận lưu trữ liệu 52 3.3.3.1 Giới thiệu mạng công nghiệp 52 3.3.3.2 Một số chuẩn truyền thông 55 VI 3.3.3.3 Một sổ giao thức thường sử dụng 56 3.3.3.4 Lưu trữ liệu 57 3.3.3.5 Đánh giá lựa chọn phương án .58 3.3.4 ứng dụng tương tác với hệ thổng 59 3.3.4.1 Giới thiệu 59 3.3.4.2 Đánh giá lựa chọn 60 3.4 Hoạt động hệ thổng .60 3.5 Nhận xét .61 Chương THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 63 4.1 Xây dựng phương án thiết kế cho hệ thổng quan trắc môi trường nước 63 4.1.1 Tủ điện tủ đo 63 4.1.2 Bình chứa mẫu nước đo 64 4.1.3 Đánh giá lựa chọn phương án 67 4.2 Thiết bị điều khiển .68 4.2.1 Vi điều khiển .68 4.2.2 PLC 69 4.2.3 Đánh giá lựa chọn phương án 69 4.2.3.1 Hãng Siemens .70 4.2.3.2 Hãng Schneider 70 4.2.4 ChọnPLC 71 4.3 Thiết kế phần cứng cụm .72 4.3.1 Cụm lấy mẫu .72 4.3.1.1 Bộ phậ n hút nướ c 72 Chương Thiết kếcău hình thành phẩn cơng ty mạng xí nghiệp thực hệ thổng mạng nhẩt mặt vật lý, chia thành nhiều phạm vi nhóm mạng làm việc riêng biệt Mạng cơng ty có vai trò đường cao tổc hệ thổng hạ tầng sở truyền thông cơng ty, đòi hỏi tổc độ truyền thơng độ an tồn, tin cậy đặc biệt cao Fast Ethernet, FDDI, ATM vài ví dụ công nghệ tiên tiến áp dụng tương lai Ngày nay, mạng xí nghiệp mạng cơng ty gom lại thành nhóm ERP 3.3.3.2 Một số chuẩn truyền thông Profibus: Mạng Profibus phát triển Đức, sau áp dụng rộng rãi Châu Âu theo chuẩn EN 50170 Đây mạng mức tế bào mức trường, thông tin truyền cáp hai sợi hay sợi quang, vận tổc truyền thẩp so với mạng Ethernet, từ 9.6kb/s đến 12Mb/s theo chuẩn RS485 Mạng Profibus có biến thể: Profibus DP dùng cho tự động hoá sản xuẩt mức trường, liên kết với tín hiệu q trình, profibus FMS dùng cho tự động hố tổng quát mức tế bào, liên kết với PLC PC, dùng chung mạng DP, profibus PA (Process Automation): áp dụng tự động hố cần độ an tồn cao, kết trực tiếp cảm biến chẩp hành Modbus: giao thức hãng Modicon (sau thuộc AEG Schneider Automation) phát triển Theo mơ hình ISO/OSI Modbus chuẩn giao thức dịch vụ thuộc lớp ứng dụng, thực chế vận chuyển cấp thấp TCP/IP, MAP (Manufacturing Message Protocol), Modbus Plus qua đường truyền nối tiếp RS-232 Modbus RTU hoạt động dựa nguyên tắc Master - Slave tức bên nhận (Master) bên truyền tín hiệu (Slave) thông qua địa ghi Phương thức truyền Modbus RTU đường truyền vật lý RS232 RS485, Modbus TCP/IP truyền địa IP thơng qua Ethernet 55 Chương Thiết kếcău hình thành phẩn Ethernet/IP: Ethernet kiểu mạng cục (LAN) sử dụng rộng rãi nhẩt Ethernet mạng cẩp (lớp vật lý phần lớp liên kết liệu), sử dụng giao thức khác phía trên, TCP/IP tập giao thức sử dụng phổ biến nhẩt Tuy vậy, nhà cung cẩp sản phẩm thực giao thức riêng theo chuẩn quổc tế cho giải pháp sở Ethernet High Speed Ethernet (HSE) Fieldbus Foundation tám hệ bus trường chuẩn hóa quổc tế theo IEC61158 Ethernet sử dụng vào năm 1975 để mạng 100 trạm máy tính với cáp đồng trục dài lkm, tổc độ truyền 2,94 Mbit/s áp dụng phương pháp truy nhập bus CSMA/CD Từ thành công sản phẩm này, Xerox DEC Intel xây dựng chuẩn 10 Mbit/s Ethernet Chuẩn sở cho IEEE 802 Đặc biệt, với phiên 100 Mbit/s (Fast Ethernet, IEEE 802.3u), Ethernet ngày đóng vai trò quan trọng hệ thổng công nghiệp Bên cạnh việc sử dụng cáp đồng trục, đôi dây xoắn cáp quang, gần có Ethernet khơng dây (Wireless LAN, IEEE 802.11) 3.3.3.3 Một số giao thức thường sử dụng Bẩt giao tiếp cần ngôn ngữ chung cho các thiết bị, máy tính Trong kỹ thuật truyền thông, bên cung cẩp dịch vụ bên sử dụng dịch vụ phải tuân thủ theo qui tắc, thủ tục cho việc giao tiếp, giao thức Giao thức sở cho việc thực sử dụng dịch vụ truyền thông Giao thức cấp thấp gần với phần cứng, thường thực trực tiếp mạch điện tử Một số ví dụ giao thức cấp thấp quen thuộc TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) dùng phổ biến Internet, HART (Highway Adressable Remote Transducer) dùng điều khiển trình, HDLC (High Level Data-link Control) làm sở cho nhiều giao 56 Chương Thiết kếcău hình thành phẩn thức khác UART dùng đa sổ giao diện vật lý hệ thổng bus trường Giao thức cẩp cao gần với người sử dụng, thường thực phần mềm Một sổ ví dụ giao thức cẩp cao FTP (File Transfer Protocol) dung trao đổi file từ xa, HTTP (Hypertext Transfer Protocol) dùng để trao đổi trang HTML ứng dụng Web, MMS (Manufacturing Message Specification) dùng tự động hóa cơng nghiệp 3.3.3.4 Lưu trữ liệu Vai trò Server (Máy chủ) lưu trữ, cung cẩp xử lý liệu chuyển đến máy trạm liên tục cho người dùng hay tổ chức qua mạng LAN internet Máy chủ thiết kế để chạy liên tục thời gian dài tắt có cổ cần bảo trì Dựa theo phương pháp xây dựng máy chủ, có loại máy chủ thường gặp: Máy chủ vật lý: máy chủ chạy phần cứng thiết bị hỗ trợ riêng biệt gồm: HDD, CPU, RAM, Card mạng, Việc nâng cẩp thay đổi cẩu hình máy chủ vật lý đòi hỏi phải thay đổi phần cứng máy chủ Máy chủ ảo (Virtual Private Server - VPS): loại máy chủ tách từ máy chủ vật lý kể phương pháp sử dụng cơng nghệ ảo hóa Từ máy chủ vật lý, tách thành nhiều máy chủ ảo khác có chức máy chủ vật lý chia sẻ tài nguyên máy chủ vật lý gốc Máy chủ đám mây (Cloud Server): máy chủ kết hợp từ nhiều máy chủ vật lý gốc khác với hệ thống lưu trữ máy chủ đám mây xây dựng tảng cơng nghệ điện tốn đám mây Hiện nay, máy chủ ảo VPS sử dụng rộng rãi với giá thành hợp lí Người dung cần thuê máy chủ ảo VPS thực cài đặt ứng 57 Chương Thiết kếcău hình thành phẩn dụng lưu trữ liệu cách linh hoạt VPS phổ biến với hai hệ điều hành Windows Linux Có nhiều phần mềm database MySQL, SQL Server, MongoDB, Trong MySQL, SQL Server, sở liệu SQL MongoDB sở liệu NoSQL MySQL hệ sở liệu mã nguồn mở sử dụng miễn phí SQL Server phần mềm server phát triển hãng Microsoft có quyền, điều mà SQL Server có hiệu suẩt bảo mật liệu tổt Như hệ thổng lưu trữ liệu đề xuẩt dùng máy chủ ảo (VPS) với hệ điều hành Windows dùng phần mềm sở liệu SQL Server Cả hệ điều hành phần mềm server hãng Microsoft nên tính bảo mật cao, phù hợp với ứng dụng dành cho doanh nghiệp 3.3.3.5 Đánh giá lựa chọn phương án Đổi với hệ thổng quan trắc môi trường nước, ứng dụng áp dụng mơ hình mạng cơng nghiệp cẩp độ (Chẩp hành, điều khiển, điều khiển giám sát) Ở Mức kết vào ERP, truyền tín hiệu để lưu trữ vào database Ở mức chẩp hành: Sử dụng chuẩn Profibus, Modbus để truyền liệu từ cảm biến PLC Ở mức điều khiển, điều khiển giám sát: Sử dụng chuẩn Ethernet/IP để truyền thông thin PLC với máy tính, PLC với HMI Ở mức SCADA, ERP: sử dụng chuẩn Ethernet/IP thông qua giao thức HTTP truyền liệu server Hệ thống đặt nơi thuận lợi có mạng internet nơi vùng sâu, vùng xa Nên cần chọn thiết bị module internet hỗ trợ mạng dây hỗ trợ sử dụng SIM Một phần mềm lắng nghe liệu gửi lên Server lưu vào sở liệu Server lưu trữ liệu phần mềm SQL Server đặt máy chủ ảo VPS với hệ điều hành Windows 58 Chương Thiết kếcău hình thành phẩn 3.3.4 ứng dụng tương tác với hệ thống 3.3.4.1 Giới thiệu HMI (Human Machine Interface) thiết bị giao tiếp người điều hành máy móc thiết bị Nói cách xác, bẩt cách mà người "giao tiếp” với máy móc qua hình giao diện HMI Màn hình HMI quen thuộc với người, đặc biệt cơng nghiệp, đóng vai trò vơ quan trọng phần giao tiếp người máy HMI truyền thổng gồm: • Thiết bị nhập thơng tin: cơng tắc chuyển mạch, nút bẩm • Thiết bị xuẩt thơng tin: đèn báo, còi, đồng hồ đo, tự ghi dùng giãy Nhược điểm HMI truyền thổng: • Thơng tin khơng đầy đủ • Khả lưu trữ thơng tin hạn chế • Độ tin cậy ổn định thẩp • Đổi với hệ thổng rộng phức tạp: độ phức tạp rẩt cao rẩt khó mở rộng Các thiết bị HMI đại: Do phát phát triển công nghệ thông tin, HMI ngày sử dụng thiết bị tính tốn mạnh HMI PC (Windows MAC) SCADA, Citect HMI nhúng: HMI chuyên dụng, hệ điều hành Windows CE 6.0 Các ưu điểm HMI đại: • Tính đầy đủ kịp thời xác thơng tin • Tính mềm dẻo, dễ thay đổi bổ xung thơng tin cần thiết • Tính đơn giản hệ thống, dễ mở rộng, dễ vận hành sửa chữa • Tính "Mở”: có khả kết nối mạnh, kết nối nhiều loại thiết bị nhiều loại giao thức • Khả lưu trữ cao 59 Chương Thiết kếcău hình thành phẩn Ngày nay, Các hãng tích hợp web để thiết kế giao diện điều khiển thân thiện với người Ngồi thơng sổ đưa lưu trữ chung server chứa database Các web, app, ứng dụng, dựa vào liệu từ server Người sử dụng thao tác web, app, để giám sát điều khiển ứng dụng 3.3.4.2 Đánh giá lựa chọn Ở hệ thổng quan trắc môi trường nước nuôi tơm, sử dụng HMI tích hợp chạy web để giám sát điều khiển Ở web, ứng dụng không phụ thuộc vào hệ điều hành máy tính Ngồi liệu gửi Server Người sử dụng giám sát từ xa thơng qua web điện thoại di động smartphone (của hệ điều hành Androi, IOS) giám sát qua phần mềm 3.4 Hoạt động hệ thống Bình thường để đo tiêu ao/hồ nuôi tôm, hồ cần dùng cảm biến để đo truyền liệu server để xử lý, lưu trữ Để giảm chi phí đầu tư, tiêu xy hòa tan, nhiệt độ, pH, độ mặn, độ kiềm, nồng độ NH3, H2S đo tập trung cách hút nước từ điểm cần đo tới máy đo Riêng tiêu có sai số lớn sau nước di chuyển đường ống từ điểm cần đo tới máy đo độ đo cảm biến, lắp đặt điểm lấy mẫu ao Mầu nước từ điểm cần đo bơm hút lên qua hệ thống đường ống van điện từ khu vực đặt cảm biến đo tủ điện Van xả cảm biến lưu lượng giúp cho hệ thống xả nước cũ, bơm nước mới, đo thời điểm mẫu đo ổn định Các cảm biến đo thực việc đo thông số Các liệu đo truyền đến PLC Tại liệu lưu trữ, xử lý truyền đến server qua mạng Internet 3G Server có chức lưu trữ liệu, 60 Chương Thiết kếcău hình thành phẩn thơng tin cho phép máy tính, thiết bị di động truy xuẩt liệu, thơng tin Máy tính trung tâm kết với PLC server qua mạng LAN Internet, hỗ trợ người dùng truy xuẩt liệu, thông tin từ server; hiển thị thơng tin hình lớn tình trạng thiết bị thơng sổ cần giám sát; cài đặt thông sổ điều khiển; lệnh điều khiển Thiết bị di động (smartphone, tablet) có chức tương tự máy tính trung tâm dùng hình thiết bị di động Như vậy, cần điều khiển thiết bị, người dùng lệnh thiết bị di động máy tính, truyền đến PLC PLC tác động đến rơ le, khởi động từ tủ điện điều khiển để thực việc đóng/mở thiết bị như: thiết bị cho tơm ăn, bơm sục khí, bơm nước, quạt nước, van sổ thiết bị khác Hệ thổng điều khiển tay qua nút nhẩn tủ điện điều khiển Sổ điểm lẩy mẫu nước đo tăng thêm tùy theo nhu cầu giám sát nhiên sổ cảm biến khơng thay đổi Sơ đồ bổ trí thiết bị đo cụm hệ thổng thể hình 3.1 3.5 Nhận xét Hệ thống quan trắc tự động môi trường nước ni tơm đề xuất có đặc điểm sau: • Quan trắc tự động thơng số theo tiêu chuẩn • ứng dụng cơng nghệ công nghệ web, công nghệ di động, công nghệ IoT giúp đơn giản hóa nâng cao hiệu vận hành • ứng dụng cho ao ni nhỏ, vừa lớn, dễ dàng việc vận hành, hiệu chuẩn bảo trì 61 Chương Thiết kếcău hình thành phẩn • Giảm sổ lượng cảm biến cần sử dụng, dùng để đo nhiều ao với nhiều điểm đo, làm giảm đáng kể chi phí đầu tư ao nuôi 62 Chương Thiết kế phẩn cứng Chương THIẾT KẾ PHẦN CỨNG Sau xác định nguyên lý hoạt động hệ thổng quan trắc tự động thiết bị hệ thổng, chương vào phần thiết kế phận hệ thổng quan trắc môi trường nước nuôi tôm 4.1 Xây dựng phương án thiết kế cho hệ thống quan trắc môi trường nước Đổi với phần máy đo cần thiết kế chế tạo phần khí máy đo, bao gồm tủ máy, bơm nước, van lẩy nước, van xả, van tràn, bình đo, nơi cảm biến lắp đặt Yêu cầu đổi với máy đo đảm bảo độ an toàn, độ tin cậy (bằng cách giám sát hoạt động phận máy), độ xác (có phận vệ sinh đầu cảm biến DO quang sau lần đo), dễ bảo trì (việc tháo lắp, vệ sinh, thay màng, hiệu chuẩn cần thực dễ dàng, trình đo cần theo dõi trực quan) Máy đo có hệ thổng điều khiển giúp đóng mở van cẩp nước, van xả nước, điều khiển thời gian bơm nước trước thực đo để đảm bảo nước điểm đo bơm lên bình đo sổ ổn định đại diện cho điểm đo, thực phép đo, lẩy liệu đo, mở van xả, Ngoài ra, hệ thổng hỗ trợ giám sát hoạt động bơm, giám sát hoạt động van xả , hiệu chuẩn cảm biến đo Trên sở nghiên cứu thiết kế cấu hình quy trình vận hành hệ thống giám sát môi trường nước, chương xác định phương án hành, phân tích đánh giá phương án từ đưa phương án hợp lý, sơ đồ nguyên lý, sơ đồ hoạt động cho hệ thống tính tốn thiết kế phận, chi tiết hệ thống giám sát môi trường nước 4.1.1 Tủ điện tủ đo Tủ điện thiết kế thi công đảm bảo chức cung cấp nguồn điện để thiết bị hoạt động có khả chứa tất thiết bị phục vụ cho hệ thống hoạt động dựa theo tiêu chuẩn TCVN 4255:2008, IEC 63 Chương Thiết kế phẩn cứng 60529:2001: tiêu chuẩn cấp bảo vệ vỏ tủ, TCVN 799-1:2009, IEC 604391:2004 tiêu chuẩn tủ điện đóng cắt điều khiển hạ áp Như phân tích chương 3, Tủ điện tủ đo thiết kế đặt cổ định vị trí cho đường dẫn đến ao hồ nuôi tôm tổi ưu nhẩt Tủ đo có chức chứa thiết bị (Động cơ, Van, ổng, bình đo, ) để lẩy mẫu nước đo cho hệ thổng Tủ điện trung tâm hệ thổng thiết bị bao gồm (PLC, Role, CB, module chuyển đổi tín hiệu, ) chức điều khiển tồn q trình đo Trong trình hoạt động để trách trường hợp ngắt điện không mong muổn, UPS bổ sung vào hệ thổng có chức trì nguồn điện khoảng giờ, giúp hệ thổng ổn định không bị ảnh hưởng trường hợp bị mẩt điện đột ngột Để không bị ảnh hưởng cổ nước gây trình hoạt động, tủ đo tủ điện tách riêng Tuy nhiên hai tủ thiết kế nằm gần để thuận lợi trình lắp đặt, vận hành sửa chữa Hệ thổng giám sát ao lúc nên việc bổ trí hệ thổng van bơm cần đảm bảo nhỏ gọn, dễ thào lắp bảo trì Các đường hút nước lên từ ao điều khiển thông qua van từ Do đó, hai phận tủ đo bơm van điện từ Bơm van điện từ lựa chọn theo tiêu chuẩn yêu cầu kỹ thuật Do thể tích bình đo khơng q lớn, lượng nước mẫu cần lẩy không nhiều nên hệ thống sử dụng ống Ộ21 nhằm đảm bảo thiết bị nhỏ gọn, chi phí đầu tư khơng cao 4.1.2 Bình chứa mẫu nước đo Bình đo có tác dụng chứa nước mẫu lấy từ ao thông qua van bơm, có gắn cảm biến để thu thập thông số chất lượng nước Các cảm biến gắn vào bình đo để đo, bình đo gồm cảm biến DO, pH, độ mặn, H2S NH4 Còn lại, cảm biến nhiệt độ gắn vị trí trước nước qua 64 Chương Thiết kế phẩn cứng bơm nhằm tránh sai sổ nước qua bơm bị thay đổi nhiệt độ Do đó, bình đo có u cầu: • Thiết kế nhỏ gọn phải đảm bảo đủ không gian để chứa cảm biến • Nước bơm từ lên từ từ qua van để đảm bảo độ ổn định nước • Cảm biến lựa chọn hoạt động mơi trường nước mặn • Có phận rửa, làm cảm biến • Có phận để định lượng mức nước mẫu bình đo Có phương án để bổ trí bình: ❖ Phương án 1: Bình đo thiết kế có dạng hình hộp chữ nhật Nhằm tạo nhiều khơng gian bổ trí cảm biến lớn, bề mặt ngồi bình đo có gắn tẩm nhựa suổt để dễ dàng quan sát bên Phía có đệm gắn cảm biến để đảm bảo độ kín bình đo dễ dàng tháo lắp cảm biến cần chỉnh lau rửa, bảo trì Do cảm biến ngâm nước để đo nên thiết kế bình đo cần có phận để rửa đầu cảm biến, tránh gây sai sổ đo 65 Chương Thiết kế kể phẩn phân cứng • Sơ đồ bố trí Trong đó: Ống xả tràn ống xả tràn Ống xả nướcTrong đó: ống ống nhanh Van điện từ -1.cẩp Cácnước cảmrửa biến ống cẩp-xả nước Van Bình đo đứng ổngđiện dẫntừ - cẩp nước Hình 4.1 Bình Hình đo nằm dạng hình 4.2ngang Bình đo đứng chữ nhật Ưunhược nhượcđiểm điểm Ưu điểm •• ưu + Bổ trí dễ dàng tủ đo Ưu điểm + Khơng gian bổ trí cảm biến lớn nên gắn nhiều cảm biến + Mau nước bơm vào bơm từ lên không bị xáo trộn nên giữ + Dễ dàng vệ sinh bình đo lắp ngồi ngun thông số nước Nhược điểm + Dễ dàng lắp đặt, vận hành bảo trì + Chiều dài bề ngang bình đo có diện tích lớn + Dễ dàng vệ sinh bình đo lắp ngồi ❖ Phương án 2: Bình đo có dạng hình trụ tròn Nhược điểm + Khơng gian bố trí kế lán.cóKhỉ sử dụng nhiều cảmcóbiến đường lên gia Bình đo thiết dạng hình trụ tròn, đáythì làm bằngkinh nhựatăng công4.1.3 lõm giúp đượcán xả hết xả nước Phần thân làm Đánh giáđảm lựa bảo chọnnước phưưng nhựa mica xuốt giúp quan sát bên Nắp thiết kế để Yêu cầu việc giám sát môi trường nước phải đảm bảo độ xác đỡ cảm biến độ tin cậy việc đo thông số chất lượng nước Đồng thòi mẫu nước đo phải đạt yêu cầu giữ nguyên thong số nước hồ, tránh 66 67 Chương Thiết kế phẩn cứng bị xáo trộn nhằm tránh thay đổi thông sổ, đặc biệt nồng độ oxy hòa tan nước Qua phân tích hai phương án trên, hai phương án đảm bảo khả dễ chế tạo, lắp đặt, vận hành bảo trì Nhưng để đảm bảo khơng gian bổ trí cảm biến, đồng thời phải đảo bảo thiết kế nhỏ gọn thiết bị giám sát chẩt lượng nước phương án thiết kế bình đo phù hợp Bình đo thiết kế có dạng phía hình hộp chữ nhật, phía có dạng hình chóp ngược nhằm giúp đảm bảo nước xả hết xả nước Vật liệu làm bình đo inox 304 chổng gỉ làm mơi trường nước mặn Bình đo gồm chứa cảm biến DO, pH, độ mặn, H2S NH4, lại cảm biến nhiệt độ đặt tủ đo - trước nước qua bơm tránh sai sổ đo nước qua bơm Dựa kích thước cảm biến trên, để đảm bảo không gian đủ để bổ trí cảm biến, đồng thời dễ lắp ráp bảo trì 4.2 Thiết bị điều khiển 4.2.1 Vi điều khiển Vi điều khiển hệ thổng bao gồm vi xử lý có hiệu suẩt đủ dùng giá thành thẩp kết hợp với khổi ngoại vi nhớ, module vào/ra, module biến đổi sổ sang analog analog sang sổ Hiện có dòng Vi xử lý sử dụng phổ biến: 8051, PIC, ARM Ưu điểm: • Xử lý nhiều thuật tốn phức tạp • Giá thành thiết bị rẻ Nhược điểm: • Khơng thích hợp với mơi trường cơng nghiệp • • Khả chịu rung, bụi, tiếng ồn thấp Khả mở rộng chương trình, bảo trì • Khó thay đổi phần cứng 68 Chương Thiết kế phẩn cứng 4.2.2 PLC PLC thiết bị điều khiển lập trình cho phép thực linh hoạt thuật tốn điều khiển logic thơng qua ngơn ngữ lập trình Các hãng PLC phổ biến thị trường gồm Rockwell, Siemens, Schneider, Mitsubisi, Ưu điểm: • Ngơn ngữ lập trình dễ học, người dùng Lập trình dễ dàng dễ nâng cẩp mở rộng sau • PLC chế tạo cải tiến Gọn nhẹ để người dùng dễ dàng bảo quản sửa chữa • PLC có tin cậy cao mơi trường tủ bảng điện cơng nghiệp • Giao tiếp với thiết bị thông minh khác như: máy tính, mạng, mơi Modul mở rộng đáp ứng cách mạng công nghiệp 4.0 Nhược điểm: • Hạn chế việc xử lý thuật tốn phức tạp • Giá thành thiết bị tương đổi cao so với vi điều khiển 4.2.3 Đánh giá lựa chọn phương án Đổi với môi trường công nghiệp, PLC phương án lựa chọn tổi ưu so với vi điều khiển Hệ thống quan trắc môi trường nước nuôi tôm thiết kế gồm Digital Input (Start, Stop, Emergency], Serial RS 485, Analog Input, 20 Digital Output Chức năng: Gửi tín hiệu máy chủ, thực đóng mở van điều khiển, role Hiện có nhiều PLC thực chức thiết kế, Tuy nhiên có số dòng PLC hãng cần xem xét đánh giá 69 ... Thiết kế hệ thống quan trắc moi trường nước nuôi tôm sở điện toán đám mây II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Mục tiêu: Thiết kế hệ thổng quan trắc tự động môi trường nước nuôi tôm nhằm... thống quan trắc môi trường nước nuôi tôm Hệ thống quan trắc môi trường nước nuôi tôm sử dụng công nghệ cảm biến, Internet, công nghệ liệu thiết bị di động để giám sát tiêu môi trường nước nuôi. .. Tổng quan hệ thống quan trắc môi trường nước nuôi trồng thủy hải sản Chương GIỚI THIỆU TỔNG QUAN HỆ THỐNG QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG NƯỚC NI TƠM Chương trình bày tình hình ngành cơng nghiệp nuôi tôm