Hệ thống điều khiển và giám sát tự động hóa nhà kính

Ngày nay ứng dụng khoa học kỹ thuật vào sản xuất, đặc biệt tự động hoá quá trình sản xuất đang là vấn đề bức bách. Với mục tiêu nâng cao chất lượng sản phẩm nông nghiệp, giảm công lao động, tiết kiệm năng lượng, hạ giá thành sản phẩm, tăng cường sức cạnh tranh nội địa cũng như trên thị trường thế giới thì việc áp dụng sản xuất Nông nghiệp công nghệ cao là điều cần thiết.

Trồng trọt trong nhà kính đóng một vai trò rất quan trọng trong nền nông nghiệp hiện đại. Vì nhà kính thường được trang bị nhiều thiết bị công nghệ cao nên việc quản lý có xu hướng rất phức tạp. Hệ thống kiểm soát nhà kính hoàn toàn tự động mang lại lợi ích rõ ràng như tiết kiệm lao động. Quan trọng hơn, nó cho phép cải thiện chất lượng sản phẩm và thu thập thông tin sẽ tạo ra sự khác biệt giữa việc kiếm được lợi nhuận hay bị thiệt hại một cách đáng kể.

Với hệ thống này, cho phép người quản lý có thể truy xuất thông tin cơ sở dữ liệu nhiệt độ, độ ẩm, điện năng,.v.v. bất cứ khi nào. Ngoài ra chức năng ghi, lưu trữ, tự động gửi thông tin dữ liệu, báo cáo định kì giúp người quản lý có thể theo dõi và thực hiện những hiệu chỉnh phù hợp.

Sau đây, chúng ta sẽ đi vào chi tiết cụ thể việc xây dựng ” Hệ thống điều khiển và giám sát tự động hóa nhà kính – Giải pháp từ MC&TT và ICP DAS/Taiwan”

Yêu cầu thực tế của hệ thống

Yêu cầu

Điều khiển quạt thông gió, rèm che, hệ thống đèn, hệ thống phun tưới trong nhà kính

Nhà kính

Các sensor

Cảm biến đo nhiệt độ, độ ẩm và ánh sáng

Thiết bị điều khiển

Hệ thống quạt gió
Động cơ kéo rèm che nhà kính
Hệ thống đèn sưởi
Hệ thống phun tưới

Camera

1 camera quan sát nhà kính

Đo lường điện năng

1 đồng hồ đo điện năng tiêu thụ

Trung tâm điều khiển

Xem được trên máy tính và mobile
Giám sát tình trạng các cảm biến, thiết bị điều khiển và bộ controller
Cảnh báo bằng tin nhắn và hình ảnh
Cài đặt các tham số nhiệt độ, ánh sáng, độ ẩm và logic để quạt gió và rèm che, máy bơm tưới chạy theo tham số cài đặt.
Báo cáo thống kê

Sơ đồ hệ thống

Nguyên lý hoạt động

Bộ điều khiển lấy dữ liệu, thông số đo được từ các thiết bị tích hợp, cảm biến; sau đó phân tích, xử lý theo các thiết lập trước đó. Đồng thời hiển thị các thông số lên trên nền tảng web nhúng của bộ điều khiển và hiển thị trên phần mềm SCADA.

Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm sẽ đo lường các thông số và truyền tới bộ điều khiển, bộ điều khiển lấy dữ liệu và xử lý theo các tập lệnh đã thiết lập để điều khiển đóng mở các thiết bị ngoại vi, cứ như vậy sẽ tạo thành một vòng tròn khép kín nhằm ổn định mức nhiệt độ theo yêu cầu.

Camera theo dõi quá trình cũng như những người đã vào nhà kính, chụp hình và tự động gửi hình ảnh và đưa về bộ điều khiển để lưu trữ, phân tích, xử lý nếu có cảnh báo nào xảy ra.

Đồng hồ đo điện thông minh đo 9 thông số như True RMS voltage (Vrms), True RMS current (Irms), Active Power (kW), Active Energy (kWh), Apparent Power (kVA), Apparent Energy (kVAh), Reactive Power (kVAR), Reactive Energy (kVARh), Power Factor (PF) ,sau đó sẽ đưa đến bộ điều khiển. Bộ điều khiển sẽ hiển thị các thông số đo được lên web nhúng của thiết bị và phần mềm SCADA và phân tích, xử lý các dữ liệu nhận được và thực thi các lệnh theo thiết lập trước đó.

Khi sự cố xảy ra, hay có bất kì cảnh báo nào thuộc phạm vi quản lý của hệ thống. Hệ thống lập tức sẽ phát tín hiệu báo động qua các thiết bị ngoại vi bằng hình ảnh, ánh sáng, âm thanh.v.v. kèm theo là gửi tin nhắn cảnh báo qua SMS, Email hay LINE tức thì.

Ngoài ra, người vận hành có thể điều khiển các thiết bị ngoại vi bằng cách điều khiển trực tiếp thông qua web nhúng của bộ điều khiển dựa vào tính năng của các thiết bị đó.

Tính bảo mật, ổn định và mở rộng của hệ thống

Bảo mật

Các thiết bị điều khiển trung tâm đều được bảo mật bởi tài khoản đăng nhập. Khi không có tài khoản đăng nhập, mọi thiết lập, hiệu chỉnh trên hệ thống sẽ không được thực thi. Ngoài ra hệ thống còn cung cấp tính năng phân quyền người sử dụng, cho phép quyền thực thi thiết lập, hiệu chỉnh hệ thống theo từng cấp độ.

Độ ổn định

Các thiết bị sử dụng trong hệ thống phù hợp với môi trường, khí hậu việt nam; thiết bị được bảo vệ theo các chuẩn quốc tế, sai số của thiết bị cực kì nhỏ; tốc độ truyền thông nhanh. Độ ổn định, độ chính xác và độ ổn định của hệ thống luôn được đảm bảo ở mức cao nhất.

Tính mở rộng

Hệ thống có tính mở rộng cao, các thiết bị được kết nối theo tiêu chuẩn công nghiệp phổ biến hiện này, dó đó việc ghép nối và mở rộng rất rễ dàng, tiện dụng cho người tích hợp và sử dụng.

Thiết bị trong hệ thống

Cảm biến đo nhiệt độ, độ ẩm và ánh sáng (DL-110-E CR)

Cảm biến được sử dụng để đo nhiệt độ, độ ẩm và ánh sáng ở trong nhà kính tại vị trí cụ thể cần giám sát.

Camera quan sát (iCAM-721F)

Được sử dụng để ghi hình, chụp ảnh; khi có tín hiệu tác động, camera sẽ tự động chụp hình và gửi đến trung tâm để xử lý. Như trong hạng mục này, khi mudule diều khiển cảnh báo mở cửa tác động (phát hiện kẻ đột nhập) sẽ kích hoạt camera chụp ảnh và gửi tới bộ điều khiển, bộ điều khiển có chức năng lưu trữ và chuyển tiếp đến các thiết bị giám sát khác thông qua SMS, Email và app LINE.

Bộ điều khiển lập trình nhúng IoT (WISE-5231M-4GE)

Wise-5231M-4GE là bộ điều khiển lập trình nhúng IoT sử dụng trong điều khiển và theo dõi logic từ xa. Có khả năng kết nối với các I/O module khác nhau với đa dạng tính năng, hỗ trợ nhiều loại giao thức như SNMP, FTP, MQTT và Modbus TCP / RTU. Có thể tích hợp với các phần mềm hệ thống IT / MIS / MES / SCADA giúp quản lý, giám sát các thiết bị, cảm biến I/O ngoại vi một cách hiệu quả. Ngoài ra nó còn hoạt động như một Gateway cho phép chuyển dữ liệu sang nền tảng IoT Cloud. Nó còn hỗ trợ truyền dữ liệu không dây 3G/4G.v.v.

Module điều khiển đầu ra số (M-7061D)

M-7061D là một module 12 kênh đầu ra relay, nhận lệnh từ bộ điều khiển rồi xuất tín hiệu điều khiển tới các thiết bị ngoại vi.

Đồng hồ đo điện thông minh (PM-3112-160)

Dùng để đo năng lượng điện một cách chính xác. Có thể đo được các giá trị sau: True RMS voltage (Vrms), True RMS current (Irms), Active Power (kW), Active Energy (kWh), Apparent Power (kVA), Apparent Energy (kVAh), Reactive Power (kVAR), Reactive Energy (kVARh), Power Factor (PF). Ngoài ra, đồng hồ được tích hợp 2 đầu ra relay cho phép điều khiển linh hoạt đầu ra, thường được ứng dụng để cảnh báo hoặc ngắt sự cố.

Phần mềm SCADA IoTstar

IoTstar là một phần mềm được phát triển bởi ICP DAS để sử dụng trong việc giám sát và quản lý từ xa các bộ điều khiển WISE/ PMC/ PMD trong nhiều ứng dụng IoT công nghiệp. IoTstar có thể được cài đặt trên nền tảng PC và hoạt động như một hệ thống quản lý Đám mây riêng cho bộ điều khiển WISE / PMC / PMD hoặc trên nền tảng VM (Máy ảo) của Microsoft Azure, IBM Bluemix hoặc Amazon AWS, v.v. và hoạt động như một hệ thống quản lý đám mây công cộng cho bộ điều khiển WISE/ PMC/ PMD. Ngoài việc cung cấp dịch vụ bảo trì từ xa và cập nhật firmware cho bộ điều khiển WISE/ PMC/ PMD, IoTstar cũng có thể thu thập dữ liệu kênh I/ O từ các mô-đun I/ O (hoặc Cảm biến) và Đồng hồ đo điện được kết nối với WISE / PMC / PMD, sau đó nhập các dữ liệu này vào Cơ sở dữ liệu để cung cấp các dịch vụ như truy vấn trạng thái và hiển thị trên hệ thống giám sát và điều khiển tự động trong môi trường Đám mây.