Thiết kế hệ thống tưới nhỏ giọt tự động phục vụ sản xuất rau an toàn

Luận văn tốt nghiệp


Đề tài: Thiết kế hệ thống tưới nhỏ
giọt tự động phục vụ sản xuất rau
an toàn






đồ án tốt nghiệp sv. Lơng văn kiên
Trờng dhnni hà nội điện 45a khoa cơ điện

1
Mở đầu

1. đặt vấn đề
Từ xa xa con ngời chỉ sinh sống với dụng cụ rất thô sơ nh rìu, búa
bằng đá, dùng các dụng cụ tự nhiên, nhng khi đó là dân số con ngời còn
thấp, tài nguyên thiên nhiên còn dồi dào. Nhng khi xã hội phát triển thì nhu
cầu sống của con ngời ngày càng tăng, nhng tài nguyên thiên nhiên thì ngày
càng cạn kiệt, chính điều đó thúc đẩy con ngời phải lao động để tạo ra của

cải vật chất phục vụ đời sống. Thế nhng ngày nay thế giới đã bớc vào thế kỷ
XXI tài nguyên thiên nhiên đang dần cạn kiệt môi trờng ô nhiễm khắp nơi,
nhng nhu cầu sống và hởng thụ của con ngời lại ngày càng cao, dân số thế
giới vẫn tăng vọt, làm cho thế giới sẽ không đủ các sản phẩm để cung cấp cho
mọi ngời nếu hoạt động lao động chỉ là thủ công. Để giải quyết vấn đề đó chỉ
có con đờng duy nhất là ứng dụng tự động hoá vào sản xuất .
Các nớc trên thế giới đã sớm nhận biết điều này và đã ứng dụng tự
động hoá vào sản xuất từ rất sớm, kết quả là họ sớm có một nền sản suất đại
công nghiệp đa ra thị trờng hàng loạt sản phẩm số lợng lớn, chất lợng cao
tăng thu nhập cho quốc gia, nh Anh, Pháp, Mỹ. chính công nghệ tự động
hoá cao ứng dụng vào sản xuất đã đa các quốc gia này trở thành các cờng
quốc giàu mạnh có vị thế cao trên trờng quốc tế.
Nớc ta thuộc nhóm các nớc đang phát triển với một nền kinh tế nông
nghiệp truyền thống, qua nhiều thập niên trở lại đây nền nông nghiệp của việt
nam ngày càng phát triển vững mạnh, và đến nay nền kinh tế thế giới đang
chuyển mạnh sang các ngành công nghiệp và dịch vụ đặc biệt là công nghệ
thông tin, với việt Nam nông nghiệp vẫn là một ngành có đóng góp đáng kể
vào tổng thu nhập quốc dân. Chính vì vậy mà nền nông nghiệp nớc ta luôn
đợc sự quan tâm của đảng và của nhà nớc , nhờ đó mà ngành nông nghiệp
đã có nhiều bớc phát triển vợt bậc, sản lợng thu hoạch đợc từ các loại
nông sản qua các mùa vụ ngày càng đợc nâng cao.

đồ án tốt nghiệp sv. Lơng văn kiên
Trờng dhnni hà nội điện 45a khoa cơ điện

2
Tuy nhiên ngày nay nhu cầu về sản phẩm nông nghiệp không chỉ đơn
giản là số lợng mà phải đảm bảo cả về số lợng và chất lợng, nhất là khi
môi trờng ô nhiễm trầm trọng, việc sử dụng thuốc bảo vệ thực vật bừa bãi
làm ô nhiễm vào các loại sản phẩm nông nghiệp, đây là vấn đề bức xúc của

toàn thể xã hội. Để giả quyết vấn trên con đờng lựa chọn tôi u là ứng dụng
công nghệ cao vào sản xuất nông nghiệp trong đó tự động hoá đóng vai trò vô
cùng quan trọng về mặt kỹ thuật phục vụ sản xuất nông nghiệp chất lợng
cao, tới tiêu, thu hoạch và bảo quản .Nhất là hiện nay Đảng và nhà nớc ta
đang đẩy nhanh công cuộc công nghiệp hoá hiện đại hoá nông nghiệp nông
thôn. Do đó chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài "Thiết kế hệ thống tới
nhỏ giọt tự động phục vụ sản xuất rau an toàn"
Trong quả trình thực hiện đề tài chúng tôi đã tiến hành khảo sát mô
hình thực tế, nghiên cứu một số phần mềm trên cơ sở lý thuyết rồi từ đó xây
dựng mô hình thực nghiệm với phần mềm điều khiển simatic S7-200. Qua
nhiều lần thí nghiệm và trên cơ sở tính toán lý thuyết chùng tôi khẳng định mô
hình chúng tôi xây dựng đảm bảo tinh thực tế và có thể ứng dụng trong sản
xuất nông nghiệp công nghệ cao ngày nay.

2. mục đích của đề tài
- Nghiên cứu mô hình tới nớc tự động sản xuất rau an toàn trong thực
tiễn từ đó thiết kế mô hình thực nghiệm trên cơ sở sử dụng các thiết bị có sẵn
ở trong nớc.
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết để xây dựng mô hình dựa trên phần mềm
lập trình simatic S7-200
- ứng dụng phần mềm simatic S7-200 để xây dựng chơng trình điều
khiển hệ thống.

đồ án tốt nghiệp sv. Lơng văn kiên
Trờng dhnni hà nội điện 45a khoa cơ điện

3
3. Nội dung đề tài.
- Tổng quan đề tài.
- Xây dựng thuật toán điều khiển mô hình.

- Chọn thiết bị điều khiển, thiết bị nhập xuất. Xây dựng mô hình thực
nghiệm và lập trình điều khiển hệ thống tới tự động phục vụ sản xuất rau an toàn.
4. Phơng pháp nghiên cứu
Để thực hiện đợc nội dung đề tài nghiên cứu, chúng tôi tiến hành phơng
pháp nghiên cứu sau:
* Các kết quả nghiên cứu kế thừa:
- Kế thừa các công trình nghiên cứu của thế hệ trớc về cơ sở lý thuyết
của các phần mềm lập trình, cụ thể là phần mềm lập trình simatic S7-200.
- Kế thừa các mô hình sản xuất đã có trong thực tiễn.
* Định hớng nghiên cứu.
- Nghiên cứu phần mềm lập trình trên máy tính.
- Thay đổi phơng pháp lập trình để tìm ra phơng pháp đơn giản, dễ sử
dụng và hiệu quả nhất.
- Xây dựng chơng trình điều khiển.
* Phơng pháp thực nghiệp kiểm chứng:
- Chạy thử mô hình nhiều lần, kiểm tra phát hiện lỗi của mô hình và lỗi
của chơng trình điều khiển, rồi từ đó hoàn thiện hệ thống.
* Thiết bị thí nghiệm:
- Máy tính PC
- Bộ điều khiển S7 - 200 cpu
- Bộ mô phỏng, hệ thống cáp, dây nối


đồ án tốt nghiệp sv. Lơng văn kiên
Trờng dhnni hà nội điện 45a khoa cơ điện

4
Phần I
Tổng quan

1.1.Thực trạng về sản xuất rau ở Việt Nam
1.1.1. Thực trạng
Nông nghiệp nớc ta chiếm một vị trí quan trọng trong nền kinh tế
Quốc dân và đã đạt đợc những thành tựu vô cùng to lớn, từ chỗ thiếu lơng
thực tới nay đã trở thành một trong những nớc xuất khẩu gạo đứng hàng đấu
thế giới. Hàng loạt các cây trồng mới có năng suất cao, ngắn ngày đã thay thế
những giống cổ truyền, năng suất thấp. Các vùng chuyên canh rau và cây công
nghiệp ngắn ngày đã đợc hình thành thay thế cho công thức đa canh, xen
canh. Tất cả các thay đổi đó tạo điều kiện cho nhiều loại sâu, bệnh phát triển
và có thể bùng phát thành dịch.
Để đề phòng sâu hại, nâng cao năng suất, chất lợng sản phẩm, con
ngời đã nghiên cứu và đa vào ứng dụng nhiều công thức trồng cây mà đặc
biệt là công nghệ sản suất rau an toàn không dùng đất trong nhà lới.Với sự
phát triến của nền kinh tế nớc ta đời sống nhân dân ngày càng đợc cải thiện
nhu câu dinh dỡng ngày càng cao, trong các bữa ăn hằng ngày rau chiếm một
vị trí quan trọng vì trong rau có chứa các hợp chất nh: protein, lipit, axit hữu
cơ, chất khoáng, vitamin Con ngời yêu cầu về rau ngày càng cao thì chủng
loại rau ngày càng phong phú, đa dạng, đủ về số lợng, tốt về chất lợng và
nhất là phải an toàn vệ sinh thực phẩm.
Trong (Đề án phát triển rau, quả và hoa cây cảnh thời kỳ 1999 - 2010)
của Bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn đợc thủ tớng chính phủ phê
duyệt ngày 03/09/1999. Có xác định mục tiêu cho ngành sản xuất rau hoa quả
là:Đáp ứng nhu cầu rau có chất lợng cao cho nhu cầu tiêu dùng trong nớc,
nhất là các khu dân c tập chung(đô thị, khu công nghiệp) và suất khẩu. Phấn

đồ án tốt nghiệp sv. Lơng văn kiên
Trờng dhnni hà nội điện 45a khoa cơ điện

5
đấu đến năm 2010 đạt mức tiêu thụ bình quân đầu ngời 85kg rau/năm, giá trị

kim ngạch suất khẩu đạt 690 triệu USD.
Trong những năm gần đây sản suất nông nghiệp đợc Đảng và nhà
nớc quan tâm nên đã giải quyết đợc vần đề an ninh lơng thực, thực phẩm.
Trong sự phát triển chung của ngành Nông nghiệp, ngành sản xuất rau cũng
đợc quan tâm và phát triển mạnh, theo thống kê diện tích trồng rau năm 2000
là 450.000 ha tăng 70% so với năm 1990. Trong đó các tỉnh phía Bắc có
249.000 ha, chiếm 56% diện tích cả nớc, các tỉnh phía Nam có 196.000 ha
chiếm 44% diện tích canh tác. Sản lợng rau trên đất nông nghiệp đợc hình
thành từ hai vùng sản xuất chính.
Vùng sản xuất rau chuyên canh ven thành phố và khu công nghiệp
chiếm 38 - 40% diện tích và 45 - 50% sản lợng. Tại đây phục vụ cho tiêu
dùng của dân c tập trung là chủ yếu, chủng loại rau vùng này rất đa dạng
phong phú và năng suất cao.
Vùng sản xuất luân canh với cây trồng khác chủ yếu trong vụ Đông -
xuân tại các tỉnh phía Bắc, miền Đông Nam Bộ. Đây là vùng sản xuất rau lớn
cung cấp nguyên liệu cho công nghiệp chế biến và xuất khẩu.
* Hiện nay rau đang bị ô nhiễm nghiêm trọng do nhiều nguyên nhân
khác nhau trong đó có:
- Ô nhiễm do hoá chất bảo vệ thực vật. Theo Viện Bảo Vệ Thực Vật
(1998) hiện nay ở Việt Nam đã và đang sử dụng 270 loại thuốc trừ bệnh, 160
loại thuốc trừ cỏ, 12 loại thuốc diệt chuột, 26 loại thuốc kích thích sinh trởng
với số lợng ngày càng tăng. Tuy chủng loại nhiều song do thói quen hoặc sợ
rủi do cùng với ít hiểu biết mức độ độc hại của hoá chất bảo vệ thực vật nên đa
số hộ nông dân hay dùng một số loại thuốc quen có độc tố cao, thậm chí bị
cấm nh: monitor, wofatox, DDT.Dẫn tới ngày càng làm cho sản phẩm rau
ngày càng ô nhiễm nặng.

đồ án tốt nghiệp sv. Lơng văn kiên
Trờng dhnni hà nội điện 45a khoa cơ điện

6
- Hàm lợng (NO
3
-
) trong rau quá cao. Theo fao/who thì hàm lợng
(NO
3
-
) ở liều lợng 4g/ngày gây ngộ độc còn 8g/ngày thì có thể gây chết
ngời. ở nớc ta việc sử dụng phân hoá học không cao so với các nớc trong
khu vực nhng ảnh hởng của phân hoá học tới sự tích luỹ (NO
3
-
) trong rau là
nguyên nhân làm rau không sạch. Nớc ta quy định hàm lợng (NO
3
-
) trong
rau nh sau: cải bắp 500mg/kg, cà chua 150mg/kg, da chuột 150mg/kg.
- Tồn d kim loại nặng trong sản phẩm rau. Do sự lạm dụng hoá chất
bảo vệ thực vật cùng với phân bón các loại đã làm một lợng N, P, K, và hoá
chất bảo vệ thực vật rửa trôi xâm nhập vào mạch nớc làm ô nhiễm mạch nớc
ngầm. Theo Phạm Bình Quân (1994) thì hàm lợng kim loại nặng, đặc biệt là
asen (as) ở Mai Dịch trong các mơng tới cao hơn hẳn so với ruộng lúa nớc
các kim loại nặng tiềm ẩn trong đất hoặc từ các nguồn nớc ô nhiễm qua nớc
tới đợc rau hấp thụ.
- Vi sinh vật gây hại trong rau do sử dụng nớc tới có vi sinh vật gây
hại ( ecoli, salmonella, trứng giun.) tuy cha đợc thống kê, song tác hại của
nó là rất lớn.
- Do rau là nguồn thực phẩm quan trọng đối với đời sống con ngời nên giải

pháp duy nhất đối với ngành trồng rau là nhanh chóng đa tiến bộ vào sản suất.
Đặc điểm chung của các cây rau là yêu cầu độ ẩm rất cao thờng từ 85-
95%, nếu thiếu nớc cây rau sẽ không sinh trởng và phát triển đợc và chúng
cần một nhiệt độ ổn định, do vậy đa cây rau vào sản xuất thuỷ canh không
dùng đất là rất phù hợp. Phơng pháp này sẽ nâng cao một cách đáng kể về
năng xuất và cải thiện tơng đối về mặt ô nhiễm.
Để thực hiện đợc phơng pháp thuỷ canh này thì khâu quan trọng là
cung cấp dung dịch cho cây, nên việc áp dụng tự động hoá, cụ thể là hệ thống
tới tự động sẽ tạo một bớc đột phá mới cho ngành sản xuất rau an toan ở
nớc ta hiện nay.

đồ án tốt nghiệp sv. Lơng văn kiên
Trờng dhnni hà nội điện 45a khoa cơ điện

7
1.1.2. Trồng cây không dùng đất ở Việt Nam và trên thế giới phơng
pháp thủy canh.
* Lịch sử trồng không dùng đất.
Thuỷ canh (Hydroponics) là hình thức canh tác không dùng đất. Cây
đợc trồng trong dung dịch dinh dỡng hoặc trên các giá thể trơ (cát sỏi, than
bùn ) đợc tới dinh dỡng cần thiết.
Van Helmont (1577-1644), là ngời đầu tiên tiên tiến hành thí nghiệm về
dinh dỡng thực vật. Ông cân cành liễu và đất để trồng cành liễu đó trớc thí
nghiệm, sau thí nghiệm ông cân lại và thấy khối lợng đất hầu nh không đổi,
ông kết luận: thực vật lớn lên nhờ nớc. Năm 1699 John Woodward trồng cây
trong nớc có độ tinh khiết khác nhau, kết quả là cây trồng trong dung dịch
đất tốt nhất, thứ đến là nớc tự nhiên và cuối cùng là nớc cất, ông kết luận:
cây lớn lên nhờ lấy các chất trong đất .
Năm 1804, Desaussure đề xuất rằng: cây hấp thụ các nguyên tố hoá học
từ đất, nớc và không khí. Sau đó Boussin gault (1851) đã làm thay đổi nhận

định trên bằng các thí nghiệm trồng trên cát, thạch anh, than củi đợc tới
dinh dỡng đã biết. Ông kết luận: nớc là yếu tố cần thiết cho sinh trởng và
cung cấp hyđro. Cây sử dụng hyđro, oxy, nitơ của không khí và một số
nguyên tố khoáng khác .
Những năm 60 của thế kỷ XIX, hai nhà khoa học Đức là Shachs (1860)
và Knop (1861) đã đề xuất phơng pháp trồng cây trong dung dịch và Knop
đã sản xuất ra dung dịch nuôi cây đầu tiên .
Đầu năm 1930, WF Georicke ở trờng đại học Canifornia (Mỹ) trồng cây
trong dung dịch có thành phần và tỷ lệ khoáng mà cây cần. Thuật ngữ "
Hyđroponic" ra đời từ đây .
* Các hệ thống trồng cây không dùng đất trên thế giới.
- Hệ thống Gricke: trồng cây trong nớc sâu, rễ cây toàn phần hoặc một
phần đợc nhúng vào dung dịch dinh dỡng.

đồ án tốt nghiệp sv. Lơng văn kiên
Trờng dhnni hà nội điện 45a khoa cơ điện

8
- Hệ thống thuỷ canh nổi: cây trồng trên các bè vật liệu chất dẻo nhẹ nằm
trên mặt dinh dỡng chảy tuần hoàn và đợc sục khí.
-Hệ thống trồng cây trong nớc sâu tuần hoàn: rễ cây hoàn toàn chìm sâu
trong dung dịch dinh dỡng lu chuyển đợc thông khí liên tục.
- Kỹ thuật màng mỏng dinh dỡng NFT: rễ cây tạo thành lớp nệm mỏng
trên đáy máng và chỉ dùng một dòng dung dịch rất nông chảy qua.
-Màn sơng dinh dỡng: rễ cây đợc đặt trong môi trờng bão hoà với
các giọt dinh dỡng liên tục hay gián đoạn dới dạng sơng mù.
-Hệ thống thuỷ canh phổ biến: vật đựng dung dịch là hộp xốp, chậu nhựa,
thùng gỗ giá thể là chấu cát, than đá
- Hệ thống thuỷ canh của AVRDC: vật chứa dung dịch là hộp xốp, giá
thể chấu hun đợc đựng trong các rọ nhựa.

* Ưu nhợc điểm của phơng pháp trồng không dùng đất.
- Ưu điểm:
+ Không phải làm đất, không có cỏ dại.
+ Trồng dợc nhiều vụ trong năm, có thể trồng trái vụ.
+ Không phải sử dụng thuốc trừ sâu bệnh, thuốc trừ cỏ.
+ Năng suất cao hơn từ 25-50%.
+ Sản phẩm hoàn toàn sạch và đồng nhất.
+ Ngời già yếu, trẻ em có thể tham gia có hiệu quả.
+ Không tích luỹ chất độc, không gây ô nhiễm môi trờng.
- Nhợc điểm:
+ Đầu t ban đầu lớn.
+Yêu cầu kỹ thuật phức tạp.
* ứng dụng thuỷ canh trên Thế giới.
Kỹ thuật trồng không dùng đất đã và đang đợc áp dụng trên thế giới đặc
biệt là các nớc phát triển.

đồ án tốt nghiệp sv. Lơng văn kiên
Trờng dhnni hà nội điện 45a khoa cơ điện

9
Sau chiến tranh Thế giới thứ II, quân đội Mỹ đã ứng dụng kỹ thuật thuỷ
canh trồng 22ha Chofu ( Nhật Bản). Trong 10 năm đã sản xuất đợc 31800 tấn
rau quả .
ở Pháp, từ 1975 đến nay trồng không dùng đất đợc phát triển mạnh.
Hiện nay diện tích trồng không dùng đất tối thiểu là 300 ha .
Tại Nhật Bản, kỹ thuật thuỷ canh chủ yếu để trồng rau. Cà chua đạt 130-
140 tấn/ha/năm, da leo 250 tấn/ha/năm .
Tại Anh, xây dựng hệ thống NFT sử dụng nhiệt thừa của nhà máy điện
để trồng cà chua với diện tích 8,1 ha .
Tại Đài Loan, sử dụng hệ thống thuỷ canh không tuần hoàn của AVRDC

để trồng rau và các loại da .
Tại Singapore, ứng dụng kỹ thuật màn sơng dinh dỡng để trồng một số
loại rau ôn đới mà trớc đây sản xuất khó khăn nh: rau diếp, bắp cải, cà
chua, su hào
Theo Lê Đình Lơng: Hà Lan có tới 3000 ha, Nam Phi có 400 ha, Pháp,
Anh, ý, Đài Loan, mỗi nớc có hàng trăm ha cây trồng trong dung dịch .
ở Nam Phi, trên mỗi khoang trồng 18m
2
thu hoạch đợc 450 kg cà chua (
tơng đơng với 250 tấn/ha), 378 kg khoai tây (ứng với 210 tấn/ha) .
ở Châu Âu, kỹ thuật này cũng đang đợc áp dụng mạnh, riêng Bắc Âu đã
có tới 400 ha .
Các quốc gia khác cũng đang sử dụng hệ thống thuỷ canh nh: Australia,
Newzealand, Bahamasisland, Trung và Đông Phi, Kuwait, Brazil, Ba Lan,
Malaysia, Iran .
* ứng dụng thuỷ canh ở Việt Nam.
ở Việt Nam kỹ thuật này còn mới mẻ, đang ở giai đoạn nghiên cứu
thử nghiệm.
Đầu năm 1993, ông Grahan Warburtop- giám đốc R and D Hồng Kông

đồ án tốt nghiệp sv. Lơng văn kiên
Trờng dhnni hà nội điện 45a khoa cơ điện

10
làm việc với lãnh đạo đại hội quốc gia Hà Nội đã đề xuất việc nghiên cứu
chuyển giao kỹ thuật thuỷ canh vào nớc ta .
Tháng 6-1995, kỹ thuật trồng cây trong dung dịch bắt đầu đợc triển khai
ở Việt Nam và cơ quan đợc giao tiến hành thử nghiệm là Đại học Nông
nghiệp I- Hà Nội. Đến nay nớc ta đã hoàn thành một mạng lới đồng bộ các
cơ sở nghiên cứu và triển khai rộng.

Trong vài năm gần đây, tại trung tâm sinh học và Bộ môn Sinh lý thực
vật của tởng Đại học Nông nghiệp I- Hà Nội đang trồng thử nghiệm một số
loại rau ăn lá và ăn quả bằng các dung dịch dinh dỡng tự pha chế thay thế
dần cho nguyên liệu pha chế dung dịch nhập từ Đài Loan .
Theo các tác giả Vũ Quang Sáng, Nguyễn Thị Lý Anh, Nguyễn Xuân
Trờng thì có thể hoàn toàn chủ động pha chế dung dịch để trồng mà không
phải điều chỉnh pH và bổ sung dinh dỡng mà năng suất rau vẫn đạt 70-90%
so với cùng loại rau trồng bằng dung dịch nhập nội của AVRDC, chất lợng
rau tơng đơng, hàm lơng kim loại nặng và Nitrat dới ngỡng cho phép,
giá dung dịch lại rẻ hơn nhiều so với dung dịch của AVRDC .
Hiện nay, xí nghiệp dinh dỡng cây trông Thăng Long-Từ Liêm, Hà Nội
đang thực hiện " Chơng trình rau sạch- Thuỷ canh", đa vào sản xuất phục vụ
đời sống.
Từ năm 2003 đến nay tại trờng Đại học Nông nghiệp I- Hà Nội, nhóm
các nhà khoa học của trờng đang nghiên cứu và thử nghiệm phơng pháp
trồng không dùng đất trên đối tợng cà chua, da chuột, xà lách, sup lơ xanh
với dung dịch dinh dỡng do các nhà khoa học tự pha chế. Công trình nghiên
cứu này đã và đang đợc nhiều tầng lớp xã hôi hởng ứng.
Trồng không dùng đất là kỹ thuật rất có triển vọng ở Việt Nam. Vì vậy
cần đẩy mạnh nghiên cứu và ứng dụng ra sản xuất phục vụ đời sống.

1.2. Các phơng pháp tới

đồ án tốt nghiệp sv. Lơng văn kiên
Trờng dhnni hà nội điện 45a khoa cơ điện

11
Phơng pháp và kỹ thuật tới là một trong những biện pháp chủ yếu để
sử dụng nớc hợp lý, thích hợp với từng loại đất đai, theo nhu cầu sinh lý về
nớc của các loại cây trồng, nhằm tăng năng suất lao động và tăng năng suất

cây trồng.
Hiện nay ở nớc ta và trên thế giới, đang áp dụng các phơng pháp chủ
yếu: tới ngập, tới rãnh, tới dải và tới phun ma. Ngoài ra phơng pháp tới
nhỏ giọt và tới ngầm cũng đang đợc nghiên cứu ứng dụng ở một số nớc.
1.2.1. Phơng pháp tới ngập nớc
Tới ngập là phơng pháp tới lâu đời nhất, chủ yếu dùng để tới cho
lúa nớc trong suốt thời kỳ sinh trởng. Cũng có thể tới ngập cho một số cây
trồng khác trong từng giai đoạn nhất định ngô, cói đay và một số cây thức ăn
chăn nuôi. cũng có thể dùng tới ngập để cải tạo đất nh thau chua rửa mặn,
hoặc giữ ẩm cho đất trong thời kỳ khô hạn cha canh tác. Phơng pháp này có
những u điểm nh:
Tới ngập thích hợp khi mặt ruộng bằng phẳng độ dốc không lớn hơn
0,001, tính thấm nớc của đất yếu và mức tới lớn. Vì vậy năng suất lao động
của ngời tới cao ; một ngời có thể t
ới cho 30-40 ha.
Hệ số sử dụng ruộng đất cao, vì có thể xây dựng hệ thông tới tiêu cho
những thửa có diện tích lớn.
Lớp nớc trên ruộng tạo điều kiện cho bộ rễ của lúa phát triển tốt, hấp
thụ các loại phân bón đợc thuận lợi, hạn chế đợc nhiều loại cỏ dại.
Lớp nớc trên ruộng, con làm chế độ nhiệt của ruộng lúa tốt hơn, nhất
là ở những vùng có độ chênh nhiệt độ giữa ban ngày và ban đêm lớn.
Tuy nhiên, tới ngập có nhợc điểm và hạn chế sau: tới ngập không
ứng dụng đợc để tới cho các loại cây trồng cạn, nhu cầu về nớc ít, hoặc ở
các đất có độ dốc lớn. Tới ngập làm cho độ thoáng khí trong đất kém quá
trình phân giải các chất hữu cơ bị hạn chê. Nếu chế độ tới không thích hợp,

đồ án tốt nghiệp sv. Lơng văn kiên
Trờng dhnni hà nội điện 45a khoa cơ điện

12

việc tổ chức quản lý tới kém sẽ làm ảnh hởng sấu đến phát triển của cây
trồng, gây lãng phí nớc, làm xói mòn đất và rửa trôi phân bón.
Vì vậy khi áp dụng phơng pháp tới ngập cần đảm bảo các khâu kỹ
thuật sau:
Qui hoạch xây dựng đồng ruộng, xác định hệ thống kênh tới tiêu. Đây
là khâu đầu tiên và ảnh hởng đến toàn bộ quá trình sản xuất lúa.
Có hai phơng pháp tới tiêu riêng biệt và tới tiêu kết hợp:
Tới tiêu riêng biệt là ở môi khoảnh ruộng có kênh tới và kênh tiêu
riêng. Mỗi kênh tới bên hoặc hai bên, tùy hình, và cách bố trí kênh tiêu cũng
có thể tiêu một bên hoặc hai bên.
Dùng phơng pháp tới tiêu riêng biệt, ta chu động tới tiêu, áp dụng
đợc tới tiêu khoa học, đáp ứng đúng yêu cầu sinh lý của lúa và có thể dùng
biện pháp tới tiêu để cải tạo đất nhất là ở những vùng chua mặn, tăng đợc
năng suất cây trồng và tạo điều kiện thuận lợi cho cơ khí hóa các khâu canh
tác. Nhợc điểm là tốn nhiều đất và nhiều công trình, hệ số sử dụng đất thấp.
Phơng pháp tới tiêu kết hợp là có một hệ thống kênh vừa làm nhiệm
vụ tới nớc vừa tiêu nớc. Ưu điểm là diện tích chiếm đất của hệ thống kênh
ít và khối lợng công trình nhỏ. Nhợc điểm là không chủ động tới tiêu cho
từng khoảnh từng thửa đợc, để thực hiện các biện pháp cải tạo đất, thâm canh
tăng năng suất cây trồng.
1.2.2. Phơng pháp tới rãnh
Phơng pháp t
ới rãnh đợc phổ biến nhất để tới cho hầu hết các loại
cây trồng nh bông, nho, mía, các loại cây có củ, quả nh khoai sắn, củ đậu,
cà chua và các loại rau, nh bắp cải, su hào
Khi tới rãnh nớc không chảy vào khắp mặt ruộng mà chỉ vào trong rãnh
tới giữa các hàng cây trồng. Yêu cầu của tới rãnh là xác định đúng đắn các yếu
tố kỹ thuật tới chủ yếu, nh lu lợng nớc trong rãnh tới, chiều dài rãnh tới

đồ án tốt nghiệp sv. Lơng văn kiên

Trờng dhnni hà nội điện 45a khoa cơ điện

13
và thời gian tới để đảm bảo tiêu chuẩn tới định trớc theo yêu cầu sinh lý của
cây trồng, phù hợp với các điều kiện đất đai, địa hình và thời tiết khí hậu.
Tùy theo cách tới nớc vào rãnh và cho thấm vào đất mà chia ra hai
loại rãnh tới: rãnh thoát và rãnh ngập.
Rãnh thoát là loại rãnh, nớc vừa từ kênh tới chảy vào rãnh, vừa thấm
hai bên rãnh làm ẩm đất. Tùy theo điều kiện địa hình, đất đai mà lu lợng
nớc chảy trong rãnh từ 0,05-2 l/s và chiều dài rãnh từ 50-500m, thời gian tới
từ 1-2 giờ đến 2-3 ngày.
Khi tới rãnh thoát, nớc vừa chảy trong rãnh vừa ngấm hai bên rãnh,
làm ẩm đất, nên thớng có lợng nớc chảy đi ở cuối rãnh khoảng từ 20-60%
lợng nớc tới. Để giảm lợng nớc chảy đi đó, thì khi nớc đã chảy đến
cuối rãnh ngời ta giảm lu lợng nớc vào rãnh từ 1,5-3 lần. Nh thế, vận tốc
nớc chảy trong rãnh đã thấm ớt đợc giảm xuống, không làm xói mòn rãnh,
đất vẫn đợc làm ẩm đều, mà ít có nớc thừa chảy đi ở cuối rãnh.
Rãnh ngập là loại rãnh tới làm ẩm đất hai bên rãnh chủ yếu bằng
lợng nớc trữ trong rãnh sau khi thôi dẫn nớc vào rãnh. Loại rãnh ngập
đ
ợc ứng dụng chủ yếu trên ruộng phẳng hay có độ dốc rất nhỏ (nhỏ hơn
0,002). Rãnh ngập sâu 20-25cm chiều rộng trên mặt 50-60cm và chiều dài
rãnh 40-80m.
Để làm ẩm đất đều, chiều dài rãnh làm sao để khi ở đầu rãnh nớc ngập
1/3 độ sâu rãnh thì ở cuối rãnh nớc không ngập quá ắ rãnh.
Ưu điểm của tới rãnh là xây dựng đồng ruộng dễ dàng thích ứng với
từng điều kiện cụ thể về đất đai, khí hậu và cây trồng. Đảm bảo đất đợc tơi
xốp, không phá vỡ lớp kết cấu trên mặt ruộng, vẫn giữ đợc thoáng khí làm
cho cây trồng phát triển thuận lợi. Đảm bảo đúng lợng nớc theo nhu cầu của
cây trồng. Tiết kiệm nớc, ít hao phí do bốc hơi và ngấm xuống sâu.

1.2.3. Phơng pháp tới dải

đồ án tốt nghiệp sv. Lơng văn kiên
Trờng dhnni hà nội điện 45a khoa cơ điện

14
Tới dải dùng để tới cho các loại cây trồng gieo dầy hoặc hàng hẹp
nh đay, vừng, lạc, đỗ, các thức ăn cho chăn nuôi. Cũng dùng để tới cho ngô
và các vờn cây. ở vùng khô hạn, có thể tới làm ẩm đất trớc khi gieo.
Những yếu tố kỹ thuật tới dải là chiều dài và chiều rộng dải, lu lợng
riêng của nớc chảy ở đầu dải tính bằng lit/s/m, thời gian tới và chiều cao
giới hạn của bờ dải.
Những yếu tố kỹ thuật của tới dải cũng phụ thuộc vào những điều kiện
nh tới rãnh nhng chủ yếu vào độ dốc ngang của mặt ruộng.
Tới dải thích hợp nhất với độ dốc mặt ruộng từ 0,002-0,008. Nếu độ
dốc lớn hơn 0,02 thì không tới dải đợc vì tốc độ chảy trên mặt ruộng lớn,
nớc không kịp ngấm làm ẩm đất lợng nớc chảy đi sẽ nhiều, lãng phí nớc
và gây bào mòn lớp đất trên mặt ruộng.
Có hai cách tới dải: tới từ đầu dải và tới từ bên cạnh dải.
Nếu tới từ đầu dải thì chia ruộng ra từng dải theo hớng dốc nhất. Nếu
hệ thống kênh tới bố trí theo sơ đồ dọc thì phải đào các mơng dẫn nớc theo
chiều ngang dải. Nếu hệ thống kênh tới bố trí theo sơ đồ ngang thì lấy nớc
trực tiếp từ kênh tới tạm thời.
Tới từ bên cạnh dải đợc áp dụng trong các trờng hợp địa hình trên
ruộng phức tạp gồ ghề và dốc theo hớng ngang dải.
Khác với tới đầu dải là ở giữa các dải không có bờ giữ nớc, mà các
rãnh tới sâu từ 25-30cm. Chiều rộng dải khi tới bên thờng là 8-12m tùy
theo chiều rộng làm việc của các loại máy gieo và máy thu hoạch.
Nớc từ kênh tới chảy vào rãnh tới. ở rãnh tới khoảng 10-15m có
một chỗ lấy nớc vào dải. Nên chọn chỗ lấy nớc ở vị trí cao của dải. nớc từ

rãnh tới chay vào một dải (tới một bên) hay tới cho cả hai dải bên rãnh
tới (tới hai bên) tuy theo địa hình và cách bố trí rãnh.
Nhợc điểm của phơng tới nay là làm ẩm đất không đều và tốn nớc

đồ án tốt nghiệp sv. Lơng văn kiên
Trờng dhnni hà nội điện 45a khoa cơ điện

15
do ngấm sâu xuống rãnh tới.
Mặc dù vậy tùy thuộc vào điều kiện địa hình, phơng pháp canh tác và
cây trồng ngời ta vấn dùng phơng pháp tới này.
1.2.4. Phơng pháp tới phun ma
Phơng pháp tới phun ma là phơng pháp tới mới đợc phát triển
rộng rãi trong vòng 40 năm nay. Nguyên tắc chính của phơng pháp này là
dùng hệ thống máy bơm, ống dẫn nớc và vòi phun để tạo thành ma tới
nớc cho các loại cây trồng.
Ưu điểm nổi bật của phơng pháp tới phun ma là có thể tới trong
những điều kiện sau:
- Khi tiêu chuẩn tới nhỏ, có thể điều chỉnh trong phạm vi lớn (30-
900m
3
/ha).
- Tới trên đất xốp nh đất cát và cát pha, có độ thấm nớc lớn.
- Tới trên mọi địa hình phức tạp: nh dốc không, không bằng phẳng
và tiết kiệm nớc tới (đối với vùng nguồn nớc tới hạn chế).
Tới phun ma là nâng cao hệ số sử dụng hữu ích của hệ thống tới và
sử dụng nớc trên đồng ruộng. ở Mỹ hệ số sử dụng hữu ích khi tới phun ma
là 0,67, còn phơng pháp tới khác là 0,56; ở Nhật là 0,75-0,80 còn các
phơng pháp tới khác là 0,65-0,7.
Tới phun ma thuận tiện cho việc phòng trừ sâu bệnh và chống cỏ dại.

Có thể hòa lẫn các loại thuốc cùng với nớc tới cho cây trồng.
Tới phun ma còn làm tăng năng suất các loại sản phẩm các loại cây
trồng. ở Italia khi tới phun ma cho nho, ngời ta đã nhận thấy chất lợng
nho tốt hơn, hàm lợng đờng trong nho tăng 2%. ở Việt Nam, qua thí nghiệm
tới phun ma tại đồi chè 66- Hợp tác xã Tiên Phú- Phù Ninh- Vĩnh Phúc cho
thấy năng suất chè tăng đợc 50% so với đối chứng không tới.
Tuy nhiên, tới phun ma không thích hợp ở vùng có gió mạnh. Việc

đồ án tốt nghiệp sv. Lơng văn kiên
Trờng dhnni hà nội điện 45a khoa cơ điện

16
phục vụ kỹ thuật và tổ chức phục vụ các hệ thống máy phun ma phức tạp, cân
có đội ngũ công nhân có trình độ kỹ thuật. Các thiết bị phun ma do công
nghiệp chế tạo hiện nay có năng suất cha cao, cha đáp ứng đầy đủ các yêu
cầu trong sản xuất, cha phù hợp với điều kiện sinh lý trong từng giai đoạn
phát triển của cây trồng và thích ứng với các loại đất đai địa hình khác nhau.
Nhìn chung giá thành tới trên một đơn vị sản phẩm còn cao.
Tuy có những nhợc điểm trên, nh do những u điểm của tới phun
ma nên phơng pháp tới này đang đợc áp dụng rộng rãi ở nhiều nớc và
phát triển với tốc độ cao.
Theo tài liệu của Tritrexốp năm 1970 ở Tiệp Khắc 97% tới bằng phơng
pháp phun ma; ở Đức 79%; ở itsaren 90%; Anh 80%; Hungari 72%
ở Việt Nam hiện nay đang đợc áp dụng rất phổ biến phơng pháp tới
phun ma cho các vùng chuyên canh rau ở Hà Nội, Hải Phòng, Đà lạt các
vùng trồng cây công nghiệp nh Cà phê, chè, cao su ở Tây Nguyên, Lâm
Đồng đã mang lại hiệu quả kinh tế đáng khích lệ.
1.2.5. Tới nhỏ giọt
Tới nhỏ giọt là một phơng pháp mới đang đợc ứng dụng nhiều ở
Itsaren, Mỹ, úc và một số nớc khác có khí hậu khô cằn, nguồn nớc ít, dùng

để tới cho các loại cây ăn quả, rau.
Nguyên tắc của tới nhỏ giọt là dùng một hệ thống ống dẫn bằng cao su
hoặc chất dẻo có đờng kính từ 1,5 2cm, để dẫn nớc từ đ
ờng ống có áp,
do trạm bơm cung cấp chạy dọc theo các hàng cây. ở các gốc cây có lắp các
vòi có thể điều chỉnh đợc lợng nớc chảy ra. Nớc do cấu tạo của vòi sẽ
nhỏ giọt xuống gốc cây làm ẩm đất.
u điểm của phơng pháp này là tiết kiểm đợc nhiều nớc tới so với tới
rãnh và tới phun ma vì ít tiêu hao lợng nớc do bốc hơi và thấm xuống sâu.
Hiệu suất sử dụng nớc tới đợc tăng lên và đảm bảo đúng chế độ

đồ án tốt nghiệp sv. Lơng văn kiên
Trờng dhnni hà nội điện 45a khoa cơ điện

17
nớc của đất theo nhu cầu của từng cây trồng.
Phạm vi tới nớc trên mặt đất nhỏ nên trên mặt đất phần lớn vẫn giữ
đợc khô, các loại cỏ dại không đủ độ ẩm để phát triển và vẫn giữ đợc
thoáng khí.
1.2.6. Tới ngầm
Phơng pháp tới này đợc nghiên cứu ứng dụng ở Liên Xô cũ từ năm
1935. Nguyên tắc là dùng hệ thống đờng ống đẫn nớc trong đất và nớc sẽ
thấm làm ẩm đất.
u điểm của phơng pháp này là đảm bảo độ ẩm cần thiết trong suốt
thời gian sinh trởng của cây trồng, làm tăng năng suất cây trồng so với các
phơng pháp tới khác.
Lớp đất trên mặt vẫn giữ đợc khô hoặc ẩm ít do đó giữ đợc thoáng
làm cho vi sinh vật hoạt động tốt, làm tăng độ phì của đất.
Cho phép dụng phân hóa học hòa lẫn với nớc tới, trực tiếp bón vào hệ
thống rễ cây trồng, làm tăng thêm hiệu quả của phân bón.

Hệ thống tới không làm trở ngại các khâu sản xuất băng cơ khí trên
đồng ruộng, thuận tiện cho việc tự động hóa việc tới nớc và tăng năng suất
lao động tới.
Tuy nhiên, việc mở rộng tới ngầm trong sản xuất còn hạn chế, cha
phát triển rộng rãi vì xây dựng hệ thống tới phức tạp, giá thành đầu t trang
thiết bị và xây dựng cơ bản cao.

1.3. ứng dụng tự động hoá vào thiết kế hệ thống tới nhỏ giọt
1.3.1. Khái quát về lịch sử phát triển của ngành tự động hoá
Không chỉ ngày nay con ngời mới phát minh ra các loại máy móc tự
động sản xuất làm việc thay thế con ngời mà ngay từ khi xã hội còn cha
phát triển, công cụ lao động còn thô sơ con ngời đã mong muốn điều đó nên
ngay từ trớc công nguyên các máy tự động cơ học và đồng hồ nớc có phao

đồ án tốt nghiệp sv. Lơng văn kiên
Trờng dhnni hà nội điện 45a khoa cơ điện

18
điều chỉnh đã xuất hiện ở Ai cập cổ đại và Hy lạp. Bớc sang thời kỳ trung cổ
albert đã chế tạo ra máy tự động cơ khí thực hiện chức năng của ngời gác
cổng. Tuy nhiên các loại máy móc thời kỳ này không có ảnh hởng gì đến các
quá trình sản xuất thời đó.
Tự động hoá chỉ thực sự đợc ứng dụng vào sản xuất khi một thợ cơ khí
martop ngời Nga đã chế tạo thành công máy tiện chép hình để tiện các chi
tiết định hình vào năm 1712 và đến năm 1765, pônzulôp ngời Nga đã chế tạo
đợc hệ diều chỉnh mức đầu tiên, nó đợc ứng dụng để giữ cố định mức nớc
trong nồi hơi không phụ thuộc vào lợng tiêu hao hơi nớc.
Năm 1784, james watt ngời Anh đã sử dụng bộ điều tốc ly tâm trong
máy hơi nớc, dùng để điều chỉnh tốc độ của máy hơi nớc. Từ đó, tự động
hoá đã trở thành một lĩnh vực quan trọng trong quá trình nghiên cứu phát triển

sản xuất.
Bớc sang đầu thế kỷ XIX nhiều công trình có mục đích hoàn thiện các cơ
cấu điều chỉnh tự động của máy hơi nớc đã đợc thực hiện. Cho đến cuối thế kỷ
này đã xuất hiện thêm các cơ cấu điều chỉnh tự động cho tuabin hơi nớc.
Năm 1873, Spender đã chế tạo đợc máy tiện tự động có ổ cấp phôi
mang các cam.
Năm 1880 nhiều hãng trên thế giới nh Pittler Luding Lower của Đức,
hãng RSK của Anh đã chế tạo đợc máy tiện dùng phôi thép thanh.
Năm 1887, Đ.G Stôleôp đã chế tạo đợc phần tử cảm quang đầu tiên,
một trong những phần tử hiện đại quan trong nhất trong kỹ thuật tự động hoá.
Cũng trong thời gian này các cơ sở lý thuyết điều khiển và điều chỉnh tự động
bắt đầu đợc nghiên cứu và phát triển mạnh mẽ.
Năm 1876 - 1877, I.A Vsnhegratxki đã cho đăng tải các công trình "
lý thuyết cơ sở của các cơ cấu điều chỉnh" và "Các cơ cấu điều chỉnh tác động
trực tiếp". Các phơng pháp đánh giá ổn định và chất lợng của quá trình quá
độ do ông đề xuất vẫn đợc dùng cho đến ngày nay.

đồ án tốt nghiệp sv. Lơng văn kiên
Trờng dhnni hà nội điện 45a khoa cơ điện

19
Các thành tựu đạt đợc trong lĩnh vực tự động hoá đã cho phép trong
những thập kỷ đầu của thế kỷ XX xuất hiện nhiều loại máy tự động hiện đại.
cũng trong thời gian này sự phát triển mạnh mẽ của các hệ thống truyền tin đã
góp phần đẩy mạnh sự phát triển và ứng dụng của tự động hoá vào các quá
trình sản xuất.
Vào khoảng giữa thế kỷ XX, tự động hoá không chỉ áp dụng trong sản
xuất mà còn đợc đa vào các cuộc chiến tranh vì mục đích cá nhân, nhiều
nớc đã áp dụng thành tựu của tự động hoá vào chiến tranh để mu lợi riêng
do vậy mà tự động hoá càng đợc họ thúc đẩy phát triển, từ yêu cầu nâng cao

tỉ lệ bắn trúng của pháo phòng không, nguyên lý điều khiển phản hồi đã đợc
đề xuất đa kỹ thuật tự động hoá bớc sang một trang phát triển mới.
Cuối thế kỷ XX, do nhu cầu về lơng thực của thế giới mà các nớc
phát triển đã cho ra đời các máy tự động sản xuất trong nông nghiệp. Đầu
những năm 80 ở Nga đã xuất hiện các máy sấy để bảo quản nông sản, ở Nhật
cho ra đời các máy tự động nuôi cá.
Trong những năm gần đây, các nớc có nền công nghiệp phát triển tiến
hành rông rãi tự động hoá trong sản xuất loại nhỏ. Điều này phản ánh xu thế
chung của nền kinh tế thế giới từ sản xuất loại lớn và hàng khối sang sản xuất
loại nhỏ và hàng khối thay đổi. Nhờ các thành tựu to lớn của công nghệ thông
tin và các lĩnh vực khoa học khác, ngành công nghiệp gia công cơ của thế giới
trong những năm cuối cua thế kỷ XX đã có sự thay đổi sâu sắc. Sự xuất hiện
của một loạt các công nghệ mũi nhọn nh kỹ thuật linh hoạt( Agile
Engineening) hệ điều hành sản xuất qua màn hình( Visual Manufacturing
System) kỹ thuật tạo mẫu nhanh ( Rapid Prototyping) công nghệ Nanô đã cho
phép tự động hoá toàn phần không chỉ trong sản xuất hàng khối mà còn trong
san xuất loại nhỏ và đơn chiếc. Chính sự thay đổi nhanh của sản xuất đã liên
kết chặt chẽ công nghệ thông tin với công nghệ chế tạo máy, làm xuất hiện
một loạt các thiết bị và hệ thống tự động hoá hoàn toàn mới nh các loại máy

đồ án tốt nghiệp sv. Lơng văn kiên
Trờng dhnni hà nội điện 45a khoa cơ điện

20
móc điều khiển số, các trung tâm gia công, các hệ tống điều khiển theo
chơng trình lôgic PLC ( Programmable Logic Control), các hệ thống sản xuất
linh hoạt FMS( Flexble Manufacturing Systems), các hệ thống sản xuất tích
hợp CIM( Computer Integadted Manufacturing) cho phép chuyển đổi nhanh
sản phẩm gia công với thời gian chuẩn bị sản xuất ít, rút ngắn chu kỳ sản
phẩm, đáp ứng tốt tính thay đổi nhanh cua sản phẩm hiện đại.

Về mặt kỹ thuật, lý thuyết điều khiển tự động hoá phát triển qua 3 giai đoạn:
Giai đoạn 1:
Cho đến những năm 1940. Trong giai đoạn này cơ sở lý
thuyết điều khiển tự đông đợc hình thành. Khi đó các phơng pháp khảo sát
hệ một đầu vào, một đầu ra Siso nh: Hàm truyền và biểu đồ Bode để
khảo sát đáp ứng tần số và ổn định; biểu đồ Nyquist và dự trữ độ lợi/pha để
phân tích tính ổn định của hệ kín. Vào cuối những năm 1940 và đầu những
năm 1950 phơng pháp đồ thị thực nghiệm của Evans đã đợc hoàn thiện.
Giai đoạn này đợc coi là điều khiển cổ điển.
Giai đoạn 2:
Xung quanh những năm 1960, là giai đoạn phát triển của kỹ
thuật điều khiển đợc gọi là điều khiển hiện đại (Modern control). Hệ kỹ thuật
ngày càng trở lên phức tạp, có nhiều đầu vào,nhiều đầu ra-MIMO. Để mô hình
hoá thuộc dạng này phải cần đến một tập các phơng trình mô tả mối liên quan
giữa các trạng thái của hệ. Và phơng pháp điều khiển bằng biến trạng thái đợc
hình thành. Cũng trong thời gian này, lý thuyết điều khiển tối u có những bớc
phát triển lớn dựa trên nền tảng nguyên lý cực đại của POLTRYAGIN và lập
trình động lực học của Bellman. Đồng thời, học thuyết Kalman đợc hoàn thiện
và nhanh chóng trở thành công cụ chuẩn, đợc sử dụng trong nhiều lĩnh vực để
ớc lợng trang thái bên trong của hệ từ tập nhỏ tín hiệu đó đợc.
Giai đoạn 3:
Giai đoạn điều khiển bền vững đợc bắt đầu từ những
năm 1980. ứng dụng những thành tựu của toàn học, các nghiên cứu về điều
khiển đã đa ra đợc các phơng pháp thiết kế bộ điều khiển để một hệ kỹ
thuật vẫn đảm bảo đợc kỹ năng sử dụng khi có tác động của nhiễu và sai số.

đồ án tốt nghiệp sv. Lơng văn kiên
Trờng dhnni hà nội điện 45a khoa cơ điện

21

Trong hai thập kỷ cuối, nhiều nhánh mới về điều khiển cũng đã hình thành, đó
là: Thích nghi, phi tuyến, hôn hợp, mờ, neural.
1.3.2. Vai trò của Công nghệ thông tin trong tự động hoá
mặc dù các nguyên lý và máy móc điều khiển tự động xuất hiện trớc
máy tính điện tử rất lâu nhng sự ra đời của máy tính điện tử nhất là sự phát
triển của kỹ thuật vi xử lý đã đa tự động hoá công nghiệp đến việc áp dụng tự
động hoá trong mọi mặt của xã hội loài ngời.
Công nghệ thông tin hiểu nôm na là công nghệ phần cứng và công nghệ
phần mềm của máy tính và mạng máy tính điện tử.
Các hệ thống tự động hoá đã đợc chế tạo trên nhiều công nghệ khác
nhau. Ta có thể thấy các thiết bị máy móc tự động bằng các cam chốt cơ khí,
các hệ thống tự động hoạt động bằng nguyên lý khí nén, thuỷ lực, rơle cơ
điện, mạch điện tử tơng tự, mạch điện tử số
Các thiết bị hệ thống này có chức năng xử lý và mức tự động thấp so
với các hệ thống tự động hiện đại đợc xây dng trên nền tảng của công
nghệ thông tin.
Trong khi các hệ thống tin học sử dụng máy tính để hỗ trợ và tự động
hoá quá trình quản lý, thì các hệ thống điều khiển tự động dùng máy tính để
điều khiển và tự động hoá quá trình công nghệ. Chính vì vậy các thành tựu của
công nghệ phần cứng và công nghệ phần mềm của máy tính điện tử đợc áp
dụng và phát triển có chọn lọc và hiệu quả cho các hệ thống điều khiển tự
động. Và sự phát triển nh vũ bão của công nghệ thông tin kéo theo sự phát
triển không ngừng của lĩnh vực tự động hoá.
Ta có thể thấy quá trình công nghệ thông tin thâm nhập vào từng phần
tử, thiết bị thuộc lĩnh vực tự động hoá nh đầu đo, cơ cấu chấp hành, thiết bị
giao diện với ngời vận hành thậm chí vào cả các rơle, contacto, nút bấm mà
trớc kia hoàn toàn làm bằng cơ khí.
Trớc kia đầu đo gồm phần tử biến đổi từ thâm số đo sang tín hiệu điện,
mạch khuyếch đại, mạch lọc và mạch biến đổi sang chuẩn 4-20mA để truyền

đồ án tốt nghiệp sv. Lơng văn kiên
Trờng dhnni hà nội điện 45a khoa cơ điện

22
tín hiệu đo về trung tâm xử lý. Hiện nay đầu đo đã tích hợp cả chip vi xử lý,
biến đổi adc, bộ truyền dữ liệu số với phần mền đo đạc, lọc số, tính toán va
truyền kết quả trên mạng số về thẳng máy tính trung tâm. Nh vậy đầu đo đã
đợc số hoá và ngày càng thông minh do các chức năng xử lý từ máy tính
trung tâm trớc kia nay đã chuyển xuống xử lý tại chỗ bằng chơng trình
nhúng trong đầu đo.
Tơng tự nh vậy với cơ cấu chấp hành nh mô-tơ đã đợc chế tạo gắn
kết hữu cơ với cả bộ servo với các thuật toán điều chỉnh pid tại chỗ và khả
năng nối mạng số tới máy tính chủ.
Các tủ rơle điều khiển chiếm diện tích lớn trong các phòng điều khiển
nay đợc co gọn trong các PLC (programable logic Controller).
Các bàn điều khiển với hàng loại các đồng hồ chỉ báo, các phím, các
núm điều khiển, các bộ tự ghi trên giấy cồng kềnh nay đợc thay thế bằng một
vài PC ( Personal Computer ).
Hệ thống cáp truyền tín hiệu analog 4-20mA, 10V từ các đầu đo, cơ cấu
chấp hành về trung tâm điều khiển nhằng nhịt trớc đây đã đợc thay thế bằng
vài cáp đồng trục hoặc cáp quang truyền dữ liệu số.
Có thể nói công nghệ thông tin đã "chiếm phần ngày càng nhiều'' vào
các phần tử, hệ thống tự động hoá .
đồ thị dới đây cho ta thấy chức năng xử lý ở các hệ thống tự động hoá trong
70 năm qua phát triển nh nào.

đồ án tốt nghiệp sv. Lơng văn kiên
Trờng dhnni hà nội điện 45a khoa cơ điện

23

Rơle
Bán dẫn
PLC
Hệ ĐK phân cấp
Hệ ĐK phân tần
Hệ tự tổ chức
1930 40
50 60 70 80 90
2000
10
0
10
2
10
4
10
6
10
8
10
10
Hình 1:Đồ thị biểu diễn chức năng xử lý
ở các hệ thống TĐH trong 70 năm qua

Vào những năm 30 các hệ thống tự động bằng cam chốt cơ khí thờng
hoạt động đơn lẻ với một chức năng xử lý. Các hệ thống tự động dùng rơle
điện từ xuất hiện vào những năm 40 có mức xử lý khoảng 10n chức năng. Các
hệ thống tự động dùng bán dẫn hoạt động theo nguyên lý tơng tự (Analog)
của thập kỷ 60 có mức xử lý khoảng 30 chức năng. Vào những năm 70 các
thiết bị điều khiển khả trình PLC ra đời với mức độ xử lý lên hang trăm và vào
những năm 80 với sự tham gia của các may tính điện tử main frame mini đã
hình thành các hệ thống điều khiển phân cấp với số chức năng xử lý lên tới
105. Sang thập kỷ 90 với sự phát triển của công nghệ phần cứng cũng nh
phần mềm, các hệ thống điều khiển phân tán ra đời cho mức xử lý lên tới 107.
Và sang thế kỷ 21, những hệ thống tự động có tính tổ chức, có t duy hợp tác
sẽ có mức xử lý lên tới 109. Tuy nhiên để đạt đợc độ thông minh nh nhng
sinh vật sống còn cần nhiều thời gian hơn nữa và các hệ thống tự động hoá
còn cần tích hợp trong nó nhiều công nghệ cao khác nh công nghệ cảm biến,
công nghệ vật liệu mới, công nghệ quan và laser Đây là xu thế phát triển
của các hệ thống tự động là ngày càng sử dung nhiều công nghệ mới hơn
trong cấu trúc và hoạt động của mình.

đồ án tốt nghiệp sv. Lơng văn kiên
Trờng dhnni hà nội điện 45a khoa cơ điện

24
Trớc kia các hệ thống tự động hoá thiết kế cad thờng là các hệ thống
sử dụng máy tính lớn rất đắt tiền nên chỉ ở một số lĩnh vực quan trọng mới đợc
áp dụng. Ngày nay với chức năng sử lý đồ hoạ ngày càng nhanh và mạnh của
PC, thêm vào đó giá thành của các hệ thống cad trên PC ngày càng rẻ nên cad

đã đi sâu len lỏi vào tất cả các ngành nghề và tới mọi ngóc ngách của cuộc sống
từ các bài tập thiết kế của sinh viên đến thiết kế các công trình xây dựng lớn
Trong điều khiển quá trình công nghệ, việc áp dụng công nghệ thông
tin đã tạo ra khả năng tự động hoá toàn bộ dây truyền sản xuất. Kiến trúc
hệ thống điều khiển trớc kia tập trung xử lý tại một máy tính thì nay các
đầu đo, cơ cấu chấp hành, giao diện với ngời vận hành đều đợc thông
minh hoá có nhiều chức năng xử lý tại các đầu đo, cơ cấu chấp hành, giao
diện với ngời vận hành đều đợc thông minh hoá có nhiều chức năng xử lý
tại chỗ và khả năng nối mạng nhanh tạo thành hệ thống mạng máy điều
khiển hoạt động theo chế độ thời gian thực. Ngoài các chức năng điều khiển
và giám sát dây chuyền sản xuất hệ thống còn có nhiều cơ sở dữ liệu, khả
năng tự xác định và khắc phục hỏng hóc, khả năng thống kê, báo cáo và kết
hợp với mạng máy tính quản lý, lập kế hoạch, thiết kế và kinh doanh tạo
thành hệ thống tự động hoá sản xuất toang cục.
Trong lĩnh vực robot, với sự áp dụng các thành tựu của công nghệ thông
tin robot đã có thị giác và xúc giác. Việc áp dụng trí khôn nhân tạo vào robot
đã đa robot từ ứng dụng chủ yếu trong công nghiệp sang các lĩnh vực dịch vụ
và y tế. Kết hợp với các thành tựu của cơ điện tử, robot ngày càng uyển
chuyển và thông minh hơn. Trong tơng lai robot không chỉ thay thế hoạt
động cơ bắp của con ngời mà còn thay thế các công việc đòi hỏi hoạt động
trí não của con ngời. Lúc này hệ thống điều khiển của robot không chỉ là các
vi xử lý mạch mà con có sự hỗ trợ của máy tính mạng nơron nhân tạo, xử lý
song song nhúng trong robot.