Luận văn tốt nghiệp: Nghiên cứu và thiết kế mô hình điều khiển nhiệt độ trong nhà lưới doc

Luận văn tốt nghiệp

Đề tài: " Nghiên cứu và thiết kế
mô hình điều khiển nhiệt độ
trong nhà lưới"







Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tú _ Lớp
TĐH46


Khoa cơ điện - 1 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội

Mở đầu
1. đặt vấn đề
Bớc sang thế kỷ XXI kỷ nguyên của công nghệ thông tin và công nghệ sinh
học nguồn tài nguyên của thế giới đang dần cạn kiệt do sự khai thác thiếu quy
hoạch của con ngời, cùng với nó là nạn ô nhiễm môi trờng và sự tàn phá của
thiên nhiên diễn ra ở khắp mọi nơi trên thế giới do quá trình đô thị hoá và công
nghiệp hoá. Làm cho diện tích đất canh tác nông nghiệp ngày càng bị thu hẹp dần.
Thế nhng dân số thế giới ngày càng tăng nhanh và nhu cầu hởng thụ của con

ngời cũng ngày càng cao. Làm cho thế giới sẽ không đủ các sản phẩm nông
nghiệp để cung cấp cho mọi ngời nếu hoạt động lao động chỉ thuần tuý là thủ
công, nhỏ lẻ.
Để giải quyết vấn đề này thì con đờng duy nhất là ứng dụng những tiến bộ
khoa học kỹ thuật vào sản xuất đặc biệt là ứng dụng tự động hoá vào sản xuất nông
ngiệp.
Trên thế giới đã có nhiều nớc sớm nhận biết đợc điều này và họ đã ứng
dụng thành công tự động hoá vào sản xuất nông nghiệp và họ đã đạt đợc những
kết quả rất cao về năng suất và chất lợng sản phẩm nông nghiệp, ngày nay họ vẫn
đang là những cờng quốc về sản xuất nông nghiệp nh: Hà Lan, Pháp, Israel,
Trung Quốc, Nhật Bản.v.v
Còn với nớc ta, nớc ta thuộc nhóm nớc đang phát triển với một nền kinh
tế nông nghiệp truyền thống, trải qua 20 năm đổi mới nhất là sau nghị quyết khoán
10 của Bộ chính trị (tháng 1 năm 1989) tới nay nền nông nghiệp nơc ta đã có
những bớc phát triển mạnh mẽ và ngày càng vững chắc.
Ngày nay với sự phát triển nh vũ bão của khoa học công nghệ và xu hớng
toàn cầu hoá nền kinh tế. Nền kinh tế thế giới và Việt Nam đang có xu hớng
chuyển mạnh sang các ngành công nghiệp và dịch vụ, đặc biệt là công nghệ thông
tin. Với Việt Nam nói riêng thì nông nghiệp vẫn là một ngành kinh tế quan trọng và
có những đóng góp rất lớn vào tổng thu nhập quốc dân (Hiện nay trên 70% dân c
lao động trong ngành nông nghiệp và đóng góp khoảng 30% GDP). Chính vì vậy
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tú _ Lớp
TĐH46


Khoa cơ điện - 2 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội

mà nông nghiệp nớc ta luôn luôn đợc sự quan tâm của Đảng và Nhà Nớc, sau
Đại hội Đại Biểu Toàn Quốc lần thứ VII của Đảng(tháng 6 năm 1991) với chủ
trơng đẩy nhanh và mạnh công nghiệp hoá_hiện đại hoá nông nghiệp nông thôn

Việt Nam, nền nông nghiệp nớc ta dã đạt đợc kết quả vô cùng to lớn từ chỗ thiếu
đói phải nhờ tới sự trợ giúp của cộng đồng quốc tế tới nay Việt Nam đã tự cung cấp
đủ lơng thực cho ngời dân và vơn lên trở thành một nớc xuất khẩu gạo đứng
đầu thế giới (Mỗi năm Việt Nam xuất khẩu khoảng trên 4.5 triệu tấn gạo).
Mặc dù đã đạt đợc những thành quả cao về mặt sản lợng nhng về mặt
chất lợng sản phẩm nông nghiệp của Việt Nam vẫn còn nhiều vấn đề cần phải
giải quyết nh: Tồn d hoá chất trong sản phẩm còn nhiều do sử dụng thuốc bảo vệ
thực vật bừa bãi thiếu khoa học của ng ời nông dân.
Vì vậy để đảm bảo cả về mặt năng suất cũng nh chất lợng sản phẩm nông
nghiệp để các sản phẩm nông nghiệp của Việt Nam có thể cạnh đáp ứng đợc nhu
cầu của ngời dân trong nớc và có thể cạnh tranh đợc trên thị trờng quốc tế thì
chúng ta nên lựa chọn giải pháp 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, nó đảm bảo cho các khâu tới tiêu, điều tiết
nhiệt độ, độ ẩm.v.vDo tầm quan trọng của việc áp dụng tự động hoá vào sản xuất
nông nghiệp mà chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài:Nghiên cứu và thiết kế mô
hình điều khiển nhiệt độ trong nhà lới.
Trong quá trình thực hiện đề tài chúng tôi đã tiến hành khảo sát mô hình
thực tế,nghiên cứu một số 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
chúng tôi khẳng định mô hình chúng tôi xây dựng đảm bảo tính thực tế và có thể
ứng dụng trong sản xuất nông nghiệp ở nớc ta hiện nay.
2. mục đích của đề tài
- Nghiên cứu mô hình điều tiết khí hậu tự động trong nhà lới phục vụ sản
xuất rau an toàn, từ đó thiết kế mô hình thực nghiệm trên cơ sở sử dụng các thiết bị
có sẵn ở trong nớc.
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tú _ Lớp
TĐH46

Khoa cơ điện - 3 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội

-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.
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 tự động điều khiển nhiệt độ trong nhà lới.
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 SIMATIC S7 - 200 với khối xử lý cpu224.
- Bộ mô phỏng, hệ thống cáp, dây nối.
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tú _ Lớp
TĐH46


Khoa cơ điện - 4 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội



chơng i

tổng quan
1.1. thực trạng sản xuất rau ở việt nam
1.1.1. Thực trạng
Việt Nam nằm trong khu vực chịu ảnh hởng của khí hậu nhiệt đới gió mùa
do nằm trải dài trên nhiều vĩ độ, địa hình bị chia cắt nên có nhiều loại khí hậu. Vì
vậy chủng loại cây trồng rất phong phú và đa dạng, điều đó tạo cho nông nghiệp
Việt Nam rất nhiều điều kiện thuận lợi để phát triển. Đến nay ngành nông nghiệp
của nớc ta vẫn chiếm một vị trí quan trọng trong nền kinh tế quốc dân. Đợc sự
quan tâm của Đảng và Nhà Nớc qua hơn 10 năm đổi mới chính sách nông nghiệp,
ngành nông nghiệp nớc ta đã có những bớc phát triển vững chắc và đạt đợc
những thành tựu vô cùng to lớn từ chỗ thiếu lơng thực tới nay nớc ta không
những đã đảm bảo đợc an ninh lơng thực mà còn vơn lên trở thanh một trong
những nớc xuất khẩu gạo đứng hàng đầu thế giới.
Trong những năm gần đây do khoa học kỹ thuật phát triển các viện nghiên
cứu, các trung tâm nghiên cứu nông nghiệp đã tạo ra những giống cây trồng mới có
năng suất và chất lợng cao hơn để thay thế cho các loại cây trồng truyền thống.

Cùng với sự phát triển của đất nớc nhu cầu về rau của ngời dân cũng tăng lên, để
đáp ứng những nhu cầu đó các vùng chuyên canh cây rau, cây hoa mầu ngắn ngày
đã thay thế cách thức trồng rau truyền thống bằng cách áp dụng những tiến bộ
khoa học kỹ thuật trồng rau theo phơng thức đa canh, xen canh, những thay đổi
này cũng tạo điều kiện thuận lợi để cho nhiều loại sâu bệnh phát triển mạnh mẽ và
có thể bùng phát thành dịch.
Để đề phòng sâu bệnh hại cây trồng, để nâng cao năng suất chất lợng sản
phẩm con ngời đã nghiên cứu và đa vào ứng dụng nhiều cách thức trồng cây,
chăm sóc cây mà đặc biệt là công nghệ trồng cây không dùng đất trong nhà lới và
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tú _ Lớp
TĐH46


Khoa cơ điện - 5 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội

trong nhà kính đợc tự động điều tiết tiểu khí hậu. Khi đời sống của nhân dân ngày
càng đợc nâng cao thì yêu cầu về chủng loại rau phải phong phú và đa dạng, đủ về
số lợng, tốt về chất lợng và an toàn đối với sức khỏe con ngời.
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 xuất khẩu. Phấn đấu đến năm 2010
đạt mức tiêu thụ bình quân đầu ngời 100 ữ 110kg rau/năm, giá trị kim ngạch suất
khẩu đạt 690 triệu USD.(Giáo trình CÂY RAU của tác giả Tạ Thu Cúc).
Theo tác giả Tạ Thu Cúc dự tính tình hình sản xuất rau ở Việt Nam từ năm
2000 đến năm 2010.
Bảng 1.1: Dự tính diện tích rau cho các vùng trong cả nớc
(Đơn vị:1000ha)

Tốc độ tăng trởng
Tên vùng Năm
2000
Năm
2005
Năm
2010
2000-2005 2005-2010
Cả nớc 437.0 574.0 729.0 5.31 5.14
Miền núi trung du BB 77.0 97.0 114.0 4.73 3.93
Đồng bằng Bắc Bộ 105.0 130.0 161.0 4.39 4.39
Khu 4 cũ 49.0 61.0 75.0 4.65 4.77
Duyên hải Trung Bộ 3.0 44.0 54.0 4.39 4.39
Tây Nguyên 32.0 39.0 58.0 3.71 5.97
Đông Nam Bộ 42.0 56.0 75.0 5.82 5.82
Đồng bằng sông CL 93.0 135.0 177.0 7.73 6.70
Bảng 1.2: Dự tính năng suất rau ở các vùng trong cả nớc
(Đơn vị:tấn/ha)

Tốc độ tăng trởng
Tên vùng Năm
2000
Năm
2005
Năm
2010
2000-2005 2005-2010
Cả nớc 13.7 14.8 15.8 1.4 1.4
Miền núi trung du BB 11.8 12.73 13.6 1.4 1.4
Đồng bằng Bắc Bộ 17.4 18.6 19.9 1.3 1.4

Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tú _ Lớp
TĐH46


Khoa cơ điện - 6 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội

Khu 4 cũ 9.1 9.7 10.4 2.1 2.1
Duyên hải Trung Bộ 11.1 11.9 12.8 1.4 1.4
Tây Nguyên 15.7 17.2 18.3 1.8 1.5
Đông Nam Bộ 14.4 15.4 16.6 1.4 1.4
Đồng bằng sông CL 14.5 15.6 16.8 1.4 1.4
Bảng 1.3: Dự tính sản lợng rau ở các vùng trong cả nớc
(Đơn vị:1000 tấn)
Tốc độ tăng trởng
Tên vùng Năm
2000
Năm
2005
Năm
2010
2000-2005 2005-2010
Cả nớc 6040 8424 11594 6.9 6.7
Miền núi trung du BB 911 1233 1545 6.2 5.4
Đồng bằng Bắc Bộ 1824 2408 3206 5.7 5.8
Khu 4 cũ 445 621 876 6.9 7.0
Duyên hải Trung Bộ 393 523 697 5.9 5.9
Tây Nguyên 510 670 1058 5.6 7.6
Đông Nam Bộ 610 869 1239 7.3 7.3
Đồng bằng sông CL 1347 2100 2973 9.3 8.2

Qua 3 bảng trên ta thấy vùng Đồng Bằng Bắc Bộ và vùng Đồng Bằng sông
Cửu Long là vùng trồng rau lớn nhất nớc ta về cả diện tích gieo trồng và sản lợng
rau. Cùng với vùng trồng rau Tây Nguyên ( chủ yếu là Đà Lạt _ Lâm Đồng) cả 3
vùng trồng rau trên là nơi cung cấp nguyên liệu cho công nghiệp chế biến và xuất
khẩu quan trọng nhất nớc ta.
Vùng sản xuất rau chuyên canh ven thành phố và khu công nghiệp chiếm
38% ữ 40% diện tích và 45% ữ 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.
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
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tú _ Lớp
TĐH46


Khoa cơ điện - 7 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội

càng tăng.
Còn theo Giáo s. Phạm Đình Quyền (Trung tâm nghiên cứu tài nguyên và
môi trờng Đại Học Quốc Gia Hà Nội (CRES)): Nếu cuối thập kỷ 80 lợng thuốc
bảo vệ thực vật ở Việt Nam mới chỉ là 10.000 tấn/năm, thì thập kỷ 90 tăng gấp đôi
21.000 tấn/năm (1992), thậm chí gấp 3 lần-30.000 tấn/năm (1995). Ông cho rằng
không dới 90% đất canh tác toàn quốc đợc phun thuốc bảo vệ thực vật.
Tuy chủng loại nhiều song do thói quen hoặc sợ rủi do cùng với sự thiếu
hiểu biết hoặc hiểu biết còn hạn chế 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.
- 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.

Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tú _ Lớp
TĐH46


Khoa cơ điện - 8 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội

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 và kết
hợp với điều tiết tiểu khí hậu trong nhà lới và nhà kính 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 bảo đảm an toàn cho ngời sử dụng.
Để thực hiện đợc phơng pháp thuỷ canh không dùng đất và kết hợp với
điều tiết tiểu khí hậu này thì khâu quan trọng là cung cấp dung dịch cho cây và có
những phơng pháp điều tiết khí hậu hợp lý, nên việc áp dụng tự động hoá, cụ thể
là hệ thống tới tự động và hệ thống tự động điều tiết khí hậu sẽ tạo một bớc đột
phá mới cho ngành sản xuất rau an toàn ở nớc ta hiện nay.
1.1.2. Trồng rau trong nhà lới ở Việt Nam và trên thế giới

ứng dụng sản xuất rau sạch trong nhà lới ở Việt Nam.
Từ những năm 80 của thế kỷ XX nớc ta đã nhập kỹ thuật chăm sóc cây
bằng màng che phủ, xây dựng một số nhà lới che phủ băng PE.
Trong những năm qua, khi chơng trình và các dự án sản xuất rau sạch đợc
mở rộng ở các thành phố lớn của nớc ta thì công nghệ sản xuất rau sạch trong nhà
lới dần đợc giới thiệu và đợc sản xuất thử ở một số cơ sở sản xuất: Viện Nghiên
Cứu Rau Quả, Trờng Đại học Nông nghiệp I, vùng trồng rau lớn Đà Lạt.v.v ở
một số vùng này đang sản xuất rau sạch trong nhà lới theo công nghệ của Đài
Loan, Ca Na Đa, Israel
Hiện nay ở Viện Nghiên Cứu Rau Quả, Trờng Đại học Nông nghiệp I còn
áp dụng công nghệ sản xuất rau sạch trồng rau trong dung dịch (trồng rau thủy

canh hoặc trồng rau không dùng đất) theo công nghệ của Israel và của Ca Na Đa.
Trồng cây trong nhà lới là một biện pháp kỹ thuật rất có triển vọng và phù
hợp với điều kiện kinh tế của ngời nông dân Việt Nam hiện nay. Vì vậy cần đẩy
mạnh nghiên cứu và tuyên truyền rộng rãi tới mọi ngời dân để công nghệ này
dợc ứng dụng rộng rãi vào sản xuất rau sạch để phục vụ đời sống của ngời dân và
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tú _ Lớp
TĐH46


Khoa cơ điện - 9 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội

làm nguyên liệu cho công nghiệp chế biến và xuất khẩu.

ứng dụng sản xuất rau sạch trong nhà lới trên thế giới
ở Mỹ, đến thời kỳ đầu những năm 80 của thế kỷ XX đã có hơn 1000 khu
khoa học công nghệ đợc phân bố trên các bang, với diện tích lên tới hàng trăm
nghìn ha.
ở Anh những khu vờn ứng dụng công nghệ sản xuất rau bằng màng che phủ
PE đợc xây dựng từ những năm 1930, đến năm 1998 đã có trên 400 khu, với diện
tích hơn 20.000ha.
ở Israel đến giữa thập kỷ 80 của thế kỷ XX đã xây dựng đợc hàng trăm
khu, với diện tích hàng ngàn ha.
ở Nhật từ những năm đầu của thập kỷ 60 họ đã áp dụng công nghệ sản xuất
rau này và tới ngày nay họ đã xây dựng đợc nhiều khu vờn sản xuất rau sạch
công nghệ cao với diện tích lớn và năng suất rất cao.
ở Trung Quốc, theo thống kê của bộ nông nghiệp Trung Quốc tới năm 1997
đã có 450 khu ứng dụng công nghệ sản xuất rau sạch trong nhà lới của Hà Lan,
Pháp, Israel, Đài Loan.v.v với diện tích mỗi khu từ 50 ha tới 165 ha.
Ngoài ra còn có nhiều nớc khác cũng ứng dụng công nghệ sản xuất rau và
hoa nh:Hà Lan, Pháp, Đức ở một số nớc nh

: Hà Lan, Pháp, Đức, Israel, Anh,
Nga.v.vngoài công nghệ trồng cây trong nhà lới có điều tiết nhiệt độ, họ còn áp
dụng công nghê sản xuất rau và hoa không dùng đất trong nhà kính và đã thu đợc
những kết quả rất cao, họ đã trở thành những nớc xuất khẩu công nghệ và xuất
khẩu rau và hoa lớn nh: Hà Lan, Mỹ, Trung Quốc.v.v
(Tài liệu: báo cáo tình hình sản xuất nông nghiệp ở Việt Nam và trên thế
giới của Tác giả: Phạm Gia Trung và Vũ Quốc Hằng. Nhà xuất bản Nông
nghiệp 2004).

Ưu điểm của phơng pháp trồng cây trong nhà lới có điều tiết nhiệt độ.
+ Có thể chủ động đợc thời vụ gieo trồng.
+ Hạn chế tác hại của thời tiết tiết khắc nhiệt.
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tú _ Lớp
TĐH46


Khoa cơ điện - 10 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội

+ ít bị cỏ dại, sâu bệnh hại cây trồng.
+ Năng suất cao hơn từ 20 đến 30% so với trồng ngoài đồng ruộng, sản phẩm
đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm.
+ Không gây ô nhiễm môi trờng do không sử dụng thuốc bảo vệ thực vật.


Nhợc điểm của phơng pháp trồng cây trong nhà lới có tự động điều
tiết nhiệt độ.
+ Vốn đầu t ban đầu lớn, chi phí sản xuất lớn.
+ Giá thành sản phẩm cao.
+ Kỹ thuật phức tạp.
1.2.Những ảnh hởng của điều kiện ngoại cảnh đến sản xuất rau.

Ngời trồng rau muốn thành công trong sản xuất rau thì điều quan trọng đầu
tiên là phải hiểu đợc một cách sâu sắc và toàn diện các yếu tố môi trờng, yêu cầu
và khả năng thích nghi của cây rau đối với điều kiện ngoại cảnh trong quá trình
sinh trởng và phát triển. Một số yếu tố về môi trờng nh địa hình, khí hậu và thời
tiết là những yếu tố cơ bản gây ra khó khăn, trở ngại không nhỏ trong quá trình sản
xuất rau.
1.2.1. ảnh hởng của nhiệt độ
Trong sản xuất rau nhiệt độ là yếu tố hạn chế rất lớn. ở 0
0
C sẽ làm một số
cây chết rét, ở nhiệt độ 40
0
C sẽ làm cho nhiều cây bị khô héo và có thể bị chết.
Đối với nhiều loại rau có thể tồn tại trong thời gian dài ở nhiệt độ 15
0
C, thậm
chí 10
0
C. Hiệu suất quang hợo của hầu hết các loại rau ngừng ở 30
0
C. Nhiều cây
rau thực hiện chức năng quang hợp có hiệu quả từ 12 ữ 24
0
C. Đối với một số loài
khác thì quang hợp có hiệu quả ở nhiệt độ 18 ữ 21
0
C hoặc là 24
0
C.
Tốc độ sinh trởng cây rau phụ thuộc vào sự cung cấp đầy đủ các chất dinh

dỡng, độ ẩm với điều kiện nhiệt độ thích hợp nhất.
Khi nhiệt độ vợt quá giới hạn, khí khổng sẽ đóng lại ảnh hởng tới quá
trình trao đổi khí CO
2
, quá trình quang hợp.v.v dẫn đến cây sinh trởng kém. Nếu
tình trạng đó kéo dài cây có thể bị chết.
Nhiệt độ thay đổi theo vĩ độ địa lý, theo mùa, theo ngày và giữa ngày -
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tú _ Lớp
TĐH46


Khoa cơ điện - 11 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội

đêm. Yêu cầu của cây rau đối với nhiệt độ phụ thuộc vào nguồn gốc , giống, kỹ
thuật trồng trọt và sự thuần hóa bồi dục của con ngời.v.v
Đối với mỗi loại rau đều yêu cầu nhiệt độ thích hợp để sinh trởng, phát
triển. Khi vợt quá giới hạn nhiệt độ thích hợp cây rau sinh trởng phát triển kém,
làm giảm năng suất và chất lợng. Nhiệt độ quá cao hoặc quá thấp sẽ làm cây
ngừng sinh trởng và chết.
Thí dụ: Nhiệt độ thích hợp cho cây cà chua là 22
0
C ữ 24
0
C, nhiệt độ tối cao
là 35
0
C, nhiệt độ tối thấp là 10
0
.
Trên cùng một cây rau nhng ở thời kỳ khác nhau, yêu cầu đối với nhiệt độ

cũng thay đổi.
Thí dụ,cây khoai tây : Nẩy mầm tốt ở nhiệt độ : 18 ữ 20
0
C
Sinh trởng thân lá : 20 ữ 22
0
C
Hình thành thân củ : 16 ữ 18
0
C
Theo I.B.Libner Nonneck phân loại rau theo yêu cầu và khả năng thích nghi
với nhiệt độ nh sau :
Bảng 1.4: Phân loại rau theo yêu cầu đối với nhiệt độ để sinh
trởng (
0
C)
Giới hạn trung bình Giới hạn rộng
Tên rau Cao Thấp Tên rau Cao Thấp
Cà
18ữ 30
-12 Súp lơ xanh
8ữ 27
-19
ớt
18ữ 30
-12 Đậu tầm
5ữ 25
-20
Cần Tây
10ữ 22

-12 Bixen
10ữ 30
-20
Spinach
12ữ 25
-13 Cải Bắp
10ữ 30
-20
Măng Tây
15ữ 30
-15 Tỏi Tây
10ữ 30
-20
Da chuột
20ữ 30
-15 Hành Tây
10ữ 30
-20
Bí Ngô
15ữ 30
-15 Cà chua
15ữ 35
-20
Ngô Đờng
15ữ 30
-15 Cà Rốt
8ữ 30
-22
Cải Củ
14ữ 30

-16 Củ Cải Đỏ
8ữ 30
-22
Đậu Bắp
18ữ 35
-17

Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tú _ Lớp
TĐH46


Khoa cơ điện - 12 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội

Chúng ta cần hiểu rõ yêu cầu của cây rau đối với nhiệt độ qua từng thời kỳ
để có biện pháp kỹ thuật thích hợp thúc đẩy sự sinh trởng, phát triển của cây theo
hớng có lợi.

Thời kỳ hạt nảy mầm
Hầu hết các hạt giống rau đều nảy mầm nhanh ở nhiệt độ 25 ữ 30
0
C.
Loại rau chịu rét, hạt bắt đầu nảy mầm ở nhiệt độ 10 ữ 15
0
C, nhiệt độ thích
hợp là 18 ữ 20
0
C. Nhiệt độ, nớc và oxy trong đất là điều kiện quan trọng cho quá
trình nẩy mầm trong đó nhiệt độ là yếu tố quyết định nhất. Nếu nhiệt độ trong đất
quá thấp hạt giống sẽ không hút đợc nớc, thời gian nhiệt độ thấp kéo dài, hạt
giống nằm lâu trong đất có thể do thiếu oxy hoặc do sự xâm nhiễm của sâu bệnh

hại sẽ bị thối.

Thời kỳ cây con
ở thời kỳ này cây đòi hỏi nhiệt độ thấp hơn so với nhiệt độ nảy mầm. Nhiệt
độ thích hợp cho nhiều loại rau ở thời kỳ này là từ 18 ữ 20
0
C. Nhiệt độ cao làm cho
cây hô hấp mạnh, tiêu hao chất dự trữ, do đó cây nhỏ bé, còi cọc, cuối cùng cho
cây giống xấu.

Thời kỳ sinh trởng sinh dỡng
ở thời kỳ này khối lợng thân lá tăng trởng rất nhanh, nhiệt độ cao một chút
có lợi cho quá trình quang hợp. Nhiệt độ cao còn thuận lợi cho cây thực hiện các
nhiệm vụ khác nh hô hấp,quá trình hút nớc của cây.v.v
Những cây u thích khí hậu mát lạnh thì nhiệt độ thích hợp cho quá trình
tích lũy chất dinh dỡng là 17 ữ 18
0
C. Nếu nhiệt độ cao trên 25
0
C thì sẽ gây trở
ngại cho cải bắp, cải bẹnhiệt độ cao trên 30
0
C thì nụ hoa súp lơ, thân củ khoai
tây khó hính thành và phát triển.
Những cây rau u thích khí hậu ấm áp, chịu nhiệt độ cao nh cà, ớt, cà
chua nhiệt độ thích hợp là 20 ữ 30
0
C. Nhiệt độ thấp sẽ gây trở ngại cho loại rau
này sinh trởng và phát triển.
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tú _ Lớp

TĐH46


Khoa cơ điện - 13 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội


Thời kỳ sinh trởng sinh thực
Nhiệt độ thích hợp ở thời kỳ này là 20
c
C, nhiệt độ quá cao hoặc quá thấp đều
ảnh hởng không tốt đến quá trình thụ phấn, tinh dẫn đến rụng nụ, rụng hoa.
Thí dụ khi nhiệt độ thấp tới (-1
0
ữ -2
0
C)sẽ làm cho bầu quả của nhiều loại
rau bị chết rét. Các cây thuộc họ cà, họ bầu bí khi ra hoa, kết hạt yêu cầu nhiệt độ
từ 20 ữ 30
0
C. Nếu nhiệt độ ban đêm cao hơn 22
0
C hoặc thấp hơn 15
0
C, cây cà chua
dễ bị rụng nụ, rung hoa.

1.2.2. ảnh hởng của ánh sáng
ánh sáng là yêu tố rất cần thiết đối với sản xuất rau vì ánh sáng đóng vai trò
quan trọng trong quá trình quang hợp.Chúng ta đã biết 90 ữ 95% năng suất cây
trồng là do quang hợp. Không có ánh sáng, cây xanh không thể tiến hành quang

hợp.
Vì ánh sáng thay đổi sẽ làm diễn biến các quá trình quan trọng nh:quang
tổng hợp, sự nảy mầm của hạt,sự lớn lên của lá, sự thoát hơi nớc và sự ra
hoa.v.v
ánh sáng đầy đủ ssẽ làm tăng bề dầy của mô, tăng hàm lợng diệp lục, thúc
đẩy quá trình quang hợp. Trái lại,trong điều kiện thiếu ánh sáng cây sinh trởng
khó khăn, hàm lợng diệp lục giảm,thịt lá mềm và xốp, gian bào chứa đầy nớc, do
đó làm giảm khả năng chống chịu với điều kiện bất lợi.
Quá trình quang hợp của cây bị ngừng ở cờng độ ánh sáng 4,31 lux. Điểm
bù sáng của nhiều loại rau là 1080 lux.
1.2.3.ảnh hởng của nớc
Nớc là nguyên nhân hạn chế lớn nhất đến năng suất vá chất lợng rau hơn
bất kỳ một yếu tố nào khác.
Nớc đóng vai trò quan trong trong đới sống cây rau, hàm lợng nớc trong
rau chiếm từ 75 ữ 95%.Theo I.B.Libner Nonneck thì hàm lợng nớc từ 85 ữ 95%.
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tú _ Lớp
TĐH46


Khoa cơ điện - 14 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội

Cung cấp đầy đủ nớc cho rau trong quá trình sinh trởng là biện pháp cơ
bản để đạt năng suất cao, chất lợng tốt (cây rau tơi, ngon và có hơng vị). Nớc
thiếu cây rau sinh trởng kém,thấp bé , còi cọc, năng suất chất lợng giảm. Nớc
thừa trong quá trình sinh trởng làm cho cây mềm yếu, nồng độ đờng thấp, nồng
độ các chất hòa tan giảm dẫn đến chất lợng kém.
Nớc là yếu tố cơ bản để quang hợp,ảnh hởng đến quá trình trao đổi chất
trong cây, đến trạng thái chất nguyên sinh.nớc còn có tác dụng quan trọng trong
quá trình vận chuyển, điều chỉnh sự đóng mở khí khổng, sự giãn nở và sự lớn lên
của lá. Vì vậy nớc co vai trò trong quyết định đến sự sinh trởng phát triển của

cây rau.
Có nớc thì cây mới thực hiện đợc các hoạt động sống, nên có thể nói
không có nớc thì không có sự sống. Nớc là thành phần cơ bản cấu tạo nên chất
nguyên sinh. Các quá trình trao đỏi chất trong cây đều cần có nớc tham gia nh
tổng hợp và phân giải chất hữu cơ. Nớc là nguyên liệutham gia vào quá trình
quang hợp, nớc cần thiết cho sự vận chuyển vật chất trong cây, là dung môi hòa
tan các chất, duy trì độ căng của tế bào, làm cho cây ở trạng thái cân bằng.v.v
Các trạng thái cân bằng nớc trong cây:thể hiện bằng tỷ số giữa lợng nớc
bay hơi (T) và lợng nớc cây hút(A):
+ Cân bằng nớc dơng T/A=1.
+ Cân bằng nớc âm T/A>1.
+ Điều kiện tối thích T/A<1.
Khi đầy đủ và cân bằng n
ớc (T/A=1) thì tất cả các hoạt động đều thực hiện
tốt, cây sinh trởng bình thờng. Khi trong đất thiếu ẩm hoặc sự thoát hơi nớc qua
khí khổng quá mức cây không đợc cung cấp nớc kịp thời, cây luôn ở tình trạng
khủng hoảng nớc và sinh trởng kém. Hầu hết các loại rau đều có những thời kỳ
sinh trởng tới hạn riêng. Nếu khủng hoảng nớc vào các thời kỳ sinh trởng tới
hạn đó thì sẽ ảnh hởng trực tiếp đến năng suất và chất lợng.
1.2.4 ảnh hởng của chất dinh dỡng và độ ph
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tú _ Lớp
TĐH46


Khoa cơ điện - 15 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội

Nhìn chung trong quá trình sinh trởng cây rau hấp thu 70%N, 20%P và
80%K bón vào đất trong suốt vụ trồng.
Rau là cây trồng có thời gian sinh trởng ngắn, chất dinh dỡng phong phú,
năng suất cao. Thời vụ khẩn trơng, vụ nọ tiếp vụ kia, một năm gieo trồng 2 ữ 3 vụ.

Cây rau hút thu đợc chất dinh dỡng trong đất phụ thuộc vào nhiều yếu tố:
nhiệt độ, oxy, và nớc trong đất.
Yêu cầu của cây rau với chất dinh dỡng cũng thay đổi theo quá trình sinh
trởng.Thời kỳ nay mầm cây lớn lên nhờ chất dự trữ trong hạt,khi cây có 4 ữ 5 lá
thật, khả năng quang hợp của cây yếu vì vậy cần có dinh dỡng từ môi trờng đất.
Thời kỳ này hệ dễ rất mẫn cảm với nồng độ dung dịch đất.Thời kỳ hình thành các
cơ quan sử dụng(bắp, thân, củ,rễ, quả,) là thời kỳ tốc độ sinh trởng rất mạnh,
cần cung cấp đầy đủ chất dinh dỡng, đặc biệt là các chất dinh dỡng hòa tan.
Với các rau khác nhau yêu cầu với các nguyên tố đa lợng cũng thay đổi:
Loại rau hút nhiều chất dinh dỡng nh cải bắp giống trung và giống muộn; loại
rau hút dinh dỡng trung bình nh cà chua,cà; loại rau hút ít chất dinh dỡng
nh: xà lách, rau diếp.v.v
Ngoài những yếu tố trên cây trồng còn chịu ảnh hởng của gió, của vật hại
nh cỏ dại, sâu hại.v.v
1.3 ứng dụng tự động hóa vào thiết kế mô hình điều khiển nhiệt độ trong nhà
lới
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 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.
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tú _ Lớp
TĐH46


Khoa cơ điện - 16 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội

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.
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
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tú _ Lớp
TĐH46

Khoa cơ điện - 17 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội

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 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
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tú _ Lớp
TĐH46


Khoa cơ điện - 18 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội

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. 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
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tú _ Lớp
TĐH46


Khoa cơ điện - 19 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội

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 dựng 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 ữ 20mA để truyền 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 và 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
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tú _ Lớp
TĐH46


Khoa cơ điện - 20 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội

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
H
ình 1.1:
Đ
ồ thị biểu diễn chức năng xử lý
ở các hệ thống TĐH trong 70 năm qua
mạng số tới máy tính chủ.
Các tủ rơle điều khiển chiếm diện tích lớn trong các phòng điều khiển này
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 ữ 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.

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
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tú _ Lớp
TĐH46


Khoa cơ điện - 21 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội

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 hàng trăm và vào những năm 80 với sự tham gia
của các máy 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.
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
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tú _ Lớp
TĐH46


Khoa cơ điện - 22 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội

hoạch, thiết kế và kinh doanh tạo thành hệ thống tự động hoá sản xuất toàn 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.
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 ph
ơng
tiện không thể thiếu trong đời sống của chúng ta.
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tú _ Lớp
TĐH46


Khoa cơ điện - 23 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội

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 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,
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tú _ Lớp
TĐH46

Khoa cơ điện - 24 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội

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 xí 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 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 xa
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