Quá trình hình thành thiết kế hệ thống tưới rau trong dây chuyền sản xuất rau sạch p3 potx

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.


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

25
1.3.3. vai trò của tự động hoá trong quá trình sản xuất
Lịch sử hoàn thiện của công cụ và phơng tiện sản xuất trong xã hội
văn minh phát triển trên cơ sở cơ giới hoá, điện khí hoá. Khi có những đột phá
mới trong lĩnh vực công nghệ vật liệu và tiếp theo là điện tử và tin học thì
công nghệ tự động có cơ hội phát triển mạnh mẽ, đem lại muôn vàn lợi ích
thiết thực cho xã hội. Đó là mấu chốt của năng suất, chất lợng và giá thành.
Trong thực tiễn khi áp dụng tự động hoá vào sản xuất sẽ mang lại những
hiệu quả không nhỏ: cho phép giảm giá thành sản phẩm và nâng cao năng suất
lao động, cải thiện điều kiện sản xuất nh ổn định về giờ giấc, chất lợng gia
công , đáp ứng cờng độ cao của sản xuất hiện đại, thực hiện chuyên môn
hoá và hoán đổi sản xuất. Từ đó sẽ tăng cao khả năng cạnh tranh, đáp ứng yêu
cầu sản xuất, tăng thị phần và khả năng bán hàng cho nhà sản xuất.
Trong một tơng lai rất gần tự động hoá sẽ đóng một vai trò vô cùng
quan trọng và không thể thiếu, bởi vì nó không chỉ ứng dụng trong sản xuất mà
nó còn đợc ứng dụng để phục vụ đời sống con ngời. Trong sản xuất no sẽ
thay thế con ngời trong nhng công việc cơ bắp nặng nhọc, những công việc
nguy hiểm, độc hại hay cả những công việc tinh vi hiện đại, còn trong đời
sống con ngời những công nghệ này sẽ đợc ứng dụng để phục vụ cho nhu cầu

sống, nó sẽ là nhng phơng tiện không thể thiếu trong đời sống của chúng ta.
1.3.4. ứng dụng của tự động hoá trong quá trình sản xuất
Tự động hoá có mặt trong hầu hết tất cả các lĩnh vực của sản xuất và
đời sống. Mỗi ứng dụng co một đặc điểm và tầm quan trọng riêng, sau đây
chúng tôi xin giới thiệu ứng dụng của nó trong một số lĩnh vực chính:
Tự động hoá sản xuất ( factory automation ), trong quá trình sản xuất của các
ngành gang thép, dầu mỏ, hoá chất, nông nghiệp, ng nghiệp, chăn nuôi,
thờng dùng các loại đồng hồ tự động hoá và các thiết bị tự động hoá để điều
khiển các thông số sản xuất, thực hiện tự động hoá quá trình sản xuất và thiết bị
sản xuất. Trong những nớc kinh tế phát triển, tự động hoá sản xuất đã đạt đến

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

26
trình độ rất cao, trong quá trình sản xuất họ đã sử dụng rộng rãi kỹ thuật điều
khiển tự động. Từ những năm 1960 đến nay tự động hoá sản xuất đã phát triển
nhanh chóng ở những mặt: Ngời máy công nghiệp, hệ thống sản xuất linh
hoạt, hệ thống quản lý thông tin, kỹ thuật nhóm, tự động hoá kho tàng, nhà máy
tự động hoá không cần công nhân, lắp ráp tự động và phụ trợ máy tính.
Tự động hoá quá trình ( process automation ), lĩnh vực này dùng trong
các hệ thống phức tạp hơn, đo lờng và khống chế các đại lợng biến đổi liên
tục nh lu lợng, áp suất, nhiệt độ, tốc độ, dòng điện, điện áp. Nó có mặt
trong các ngành công nghiệp nặng và các công đoạn quan trọng của dây
truyền công nghiệp nhẹ.
Quản lý cao ốc, Khách sạn, Trung tâm thơng mại ( building control,
building management), trong các toà nhà cao ốc, ngời ta bố trí dày đặc khắp
nơi cáp điện thông tin và do các thiết bị điều khiển điện tử tiến hành quản lý
tự động hoá đối với hệ thống điều hoà nhiệt độ của mỗi phòng, hệ thống chiếu
sáng và hệ thống phòng hoả, chống trộm, tự động điều khiển các thiết bị liên

quan, chế tạo nớc lạnh cần dùng cho thiết bị khởi động điều hoà nhiệt độ.
Trình độ tự động hoa của toà nhà rất cao, có thể hút nớc thải, dùng gió nóng
sấy khô các vật ẩm.
Tự động hoá các khu vực công cộng, nhà ga, sân bay ( public system
automation), tại các nhà ga, sân bay, việc quản lý bán vé và kiểm tra hành lý
đều đợc tự động hoá mặt khác tại các nơi này việc phòng cháy là cực kỳ quan
trọng, do đó hệ thống phòng cháy cũng đợc tự động hoá
Tự động hoá văn phòng (office automation ), lợi dụng các thiết bị văn
phòng tự động hoá, tự động hoàn thành các việc khởi thảo, sửa chữa, hiệu
đính, phân phát, lu trữ, thực hiện tự động hoá toàn diện văn phòng. Mục
tiêu chủ yếu tự động hoá văn phòng là tự động hoá quản lý xi nghiệp.
Tự động hoá gia đình ( home automation), khi máy tính tiến vào các gia
đình, cuộc sống gia đình sẽ thay đổi toàn diện, con ngời sẽ đợc giải phóng

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

27
khỏi lao động công việc gia đình phiền toái, xuất hiện một cách sống mới mẻ
có tính sáng tạo, gia đình càng thêm an ninh, cuộc sống càng thêm thuận tiện
dễ chịu và đầy hứng thú.Dới sự điều khiển của máy tính sẽ có thể tự động
khởi động điều chỉnh theo giờ giấc, các việc gia đình nh đun nớc, nấu
cơm sẽ có thể điều khiển từ sa để thực hiện. Khi vắng nhà, có thể dùng điện
thoại thông báo cho hệ thống điều khiển trong nhà làm trớc các việc chuẩn
bị. Nếu nh liên kết máy tính gia đình với máy tính cửa hàng, ngành giao
thông, ngân hàng và bệnh viện, thì có thể ngồi tại nhà có thể tham gia các
hoạt động nh bình thờng.
* Trong nông nghiệp:
Công trờng thực vật là căn cứ địa sản xuất nông nghiệp của công
nghiệp hoá. Nhiệt độ, độ ẩm của công trờng thực vật, thậm chí toàn bộ quá

trình ơm giống đều có thể sử dụng điều khiển tự động, để giảm bớt sức ngời
nâng cao sản lợng. Do đó, trong nông nghiệp tự động hoá cũng đã đợc ứng
dụng từ rất lâu.
Đầu những năm 80 Liên Xô (cũ) đã chế tạo ra một loại máy tự động
ứng dụng trong nông nghiệp. Khi làm việc loại máy này có thể tự động quan
sát độ ẩm của thổ nhỡng nhiệt độ không khí và sức gió, nó có thể xác định
phơng pháp tới và tiến hành tới cho cây trồng, nhờ một loại máy làm ma
nhân tạo khác.
Cũng cuối những năm 80 Nhật đã phát minh ra một loại máy tự động
ơm giống khoai tây và một loại máy sử dụng máy tính diều khiển ứng dụng
vào việc nuôi cá nớc ngọt, loại máy này sẽ tự động kiểm tra nhiệt độ nớc,
hàm lợng muối trong nớc và đình ra phơng pháp cấp thức ăn cho cá.
Trong chăn nuôi gia súc, gia cầm cũng co những loại máy ứng dụng
trong công việc này, nh loại máy tự động chăn nuôi do Liên Xô ( cũ) chế tạo
loại máy này có thể chuẩn bị thức ăn gia súc, phân phát thức ăn gia súc, vắt
sữa, đỡ đẻ cho lợn nái