tự động hóa quá trình công nghệthiết kế hệ thống sản xuất rau sạchDHCNHNk8

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN
-----------

BÀI TẬP LỚN
TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ
Giáo viên hướng dẫn:

TS. Phạm Văn Cường

Lớp

: Tự động hóa 2 – K8

Sinh viên thực hiện

: Đinh Văn Quý
Trần Thị Quý
Đặng Văn Tạo
Nguyễn Văn Thủy
Trần Quốc Vương

HÀ NỘI 2016


MỤC LỤC


LỜI NÓI ĐẦU
Nửa cuối của thế kỷ 20 nhân loại chứng kiến sự phát triển mạnh mẽ của khoa học

kỹ thuật.Thừa hưởng những thành tựu to lớn của công nghệ điện tử, công nghệ
máy tính và công nghệ thông tin, công nghệ tự động hoá đã có bước phát triển
nhảy vọt. Nếu như trước kiangười ta chỉ thực hiện được tự động hoá từng máy
riêng rẽthì ngày nay người ta thực hiện tự động hóa cả quá trình công nghệ và cao
hơn nữa tự động hoá cả quá trình sản xuất, đồng thời trình độ tự động hoá đã có sự
thay đổi về chất. Trong hệ thống điều khiển tự động hoá quá trình công nghệ
(ĐKTĐHQTCN) con người là một khâu quan trọng của hệ thống, giữa người và
quá trình công nghệ luôn luôn có sự trao đổi thông tin với nhau. Hệ thống
ĐKTĐHQTCN đã đem lại hiệu quả to lớn : nâng cao chất lượng sản phẩm, năng
suất lao động và hạ giá thành sản phẩm. Vì vậy, ngày nay hệ thống
ĐKTĐHQTCN ngày càng được ứng dụng rộng rãi vào hầu hết các lĩnh vực kinh tế
quốc dân.
Sau một thời gian học tập và tìm hiểu các tài liệu về môn ” Tự động hóa quá trình
công nghệ”, với sự giảng dạy, hướng dẫn nhiệt tình của giáo viên hướng dẫn, thầy
giáo Phạm Văn Cường, nhóm chúng em đã hoàn thành xong đề tài:”Hệ thống tự
động hóa sản suất rau sạch”. Do kiến thức và trình độ năng lực hạn hẹp, nên việc
thực hiện đề tài này không thể tránh được nhiều thiếu sót, kính mong nhận được sự
góp ý của thầy giáo.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!

3


PHẦN 1: LÝ THUYẾT CHUNG
I. TỔNG QUAN VỀ TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ
1. Định nghĩa
TĐHQTCN là tập hợp hoặc kết hợp kĩ thuật điện-điện tử-cơ khí-tin học để xây
dựng nên một hệ thống điều khiển tự động hoặc một quá trình điều khiển tự động
theo một yêu cầu đặt ra.
2. Phân loại

Dựa vào đặc điểm, chức năng và những quá trình công nghệ tự động trong từng
khâu của hệ thống ,các hệ thống điều khiển có thể được cấu trúc phân cấp theo
tháp hình nón và phân ra làm 4 cấp như hình sau:

Hình 1.2:Phân loại các cấp của hệ thống điều khiển tự động
-Cấp 0: là cấp tiếp xúc giữahệ điều khiển và quá trình công nghệ. Ở đây có các
cảm biến, các thiết bị đo dùng để thu nhận các tin tức từ QTCN. Ở cấp này còn có

4


các cơ cấu chấp hành như: rơ le, contactor, khởi động từ, động cơ, van, …dùng để
nhận thông tin điều khiển và chấp hành các lệnh điều khiển.
-Cấp 1:là cấp điều khiển cục bộ. Ở đây thực hiện việc điều khiển từng máy, từng
bộ phận của QTCN. Các hệ thống điều khiển tự động (ĐKTĐ) nhận thông tin của
QTCN ở cấp 0 và thực hiện các thao tác tự động theo chương trình của con người
đã cài đặt sẵn.Một số thông tin về QTCN và kết qủa của việc điều khiển sẽ được
chuyển lên cấp 2. Ở cấp 1 này thường đặt các bộ điều khiển PID, biến tần, các
controllers, PLC… được dùng để chỉnh theo quy trình đặt ra.
-Cấp 2:là cấp điều khiển tự động hóa quá trình công nghệ. Máy tính thu nhận các
thông tin về QTCN (từ cấp 1 đưa lên) xử lý các thông tin đó và trao đổi thông tin
với người điều khiển. Thông qua máy tính, người điều khiển có thể can thiệp vào
QTCN, như vậy hệ điều khiển ở đây thuộc hệ người –máy.(VD:sử dụng hệ điều
khiển và giám sát SCADA có chức năng vừa điều khiển vừa giám sát các thông số
của quá trình hoạt động của trạm điện, nhà máy nước, giấy, bia, xử lý nước thải,
cấp nước sạch....)
-Cấp 3:là cấp điều khiển tự động hoá quá trình sản xuất- ĐK TĐHQTSX.Ở
cấpnày,các trung tâm máy xử lý một khối lượng thông tin lớn (như tình hình cung
ứng vật tư, nguyên liệu, tài chính, lực lượng lao động, tình hình cung cầu trên thị
trường và đưa ra những giải pháp tối ưu để người điều khiển lựa chọn. Người điều

khiển có thể ra các lệnh để can thiệp sâu vào quá trình sản xuất thậm chí thay đổi
mục tiêu của sản xuất. Cũng như hệ ĐKTĐHQTCN (ở cấp 2) hệ thống ĐK TĐH
QTSX là một hệ người –máy nhưng ở cấp cao hơn, phạm vi điều khiển rộng hơn.
3. Vai trò, ý nghĩa của TĐHQTCN
Hệ thống TĐHQTCN điều khiển một quá trình công nghệ nhất định nhằm điều
khiển tối ưu các thông số kĩ thuật, nên nó có vai trò, ý nghĩa to lớn đối với sản
xuất và sự phát triển của nền kinh tế, cụ thể:


Các hệ thống TĐHQTCN giúp giảm sức lao động con người tham gia trực tiếp,
hạn chế số người tham gia sản xuất sản phẩm, đặc biệt là là những khâu vất vả,
nguy hiểm.
5




TĐHQTCN cho phép đáp ứng cường độ lao động cao trong nền sản xuất hiện
đại, làm cho sản phẩm giảm giá thành ,nâng cao chất lượng, tăng khả năng cạnh
tranh & linh hoạt khi chuyển đổi mục đích sử dụng, tạo ra khả năng thích ứng
nhu cầu thị trường của sản phẩm.



TĐHQTCN cho phép thực hiện chuyên môn hóa và hoán đổi sản xuất, đảm bảo
ổn định năng suất, cải thiện kinh tế nói chung.



Cho phép thực hiện chuyên môn hóa, hoán đổi sản xuất (tính lắp lẫn).

4.Sơ đồ khối của hệ thống
Một hệ thống điều khiển tự động thực hiện quá trình công nghệ nào đó thì các phần
tử cấu tạo nên nó phải phối hợp với nhau chặt chẽ và yêu cầu độ chính xác cao để
làm được điều này.

Hình 1.4: Sơ đồ khối của một hệ thống điều khiển tổng quát
Mọi hệ thống điều khiển tự động đều gồm các phần cơ bản:
-Bộ điều khiển C (Controller device)
-Đối tượng điều khiển O (Object device ) hay chính là cơ cấu chấp hành.
-Thiết bị đo lường (Measuring device)
u(t) tín hiệu vào;
e(t) sai lệch điều khiển;
x(t) tín hiệu điều khiển;
y(t) tín hiệu ra;
z(t) tín hiệu phản hồi.
6


4.1. Khối cơ cấu chấp hành
- Đối tượng điều khiển: Là các thiết bị tạo ra đại lượng vật lý theo yêu cầu của
công nghệ.
-Cơ cấu chấp hành (đối tượng cần điều khiển) là tập hợp những phương tiện kỹ
thuật như máy móc, thiết bị, khí cụ...chịu những tác động nào đó để đạt được mục
đích điều khiển đề ra; cũng có thể hiểu là một bộ phận máy móc, thiết bị có khả
năng thực hiện một công việc nào đó dưới tác động của tín hiệu điều khiển phát ra
từ thiết bị điều khiển.
4.2. Khối thiết bị điều khiển
- Thiết bị điều khiển: Là thiết bị gia công tín hiệu điều
khiển để tác động vào đối tượng điều khiển.(VD: biến

tần, PLC…)
- Điều khiển: Là tập hợp tất cả các tác động được thực
hiện lên đối tượng cần điều khiển theo một nguyên tắc,
một quy luật nào đó nhằm thoả mãn các yêu cầu đặt ra.

Hình 2.4: Biến tần

 Khối thiết bị điều khiển có nhiệm vụ thu thập, xử lí
các thông tin từ chương trình và từ các cảm biến để điều khiển cơ cấu chấp hành
thực hiện các tác động để thoả mãn yêu cầu công nghệ.
- Một hệ thống không có sự tham gia trực tiếp của con người trong quá trình điều
khiển được gọi là hệ thống điều khiển tự động.
4.3. Khối thiết bị đo lường
-Khối thiết bị đo lường là khâu phản hồi có chức năng đo tín
hiệu đầu ra của hệ thống để đưa quay trở lại đầu vào nhằm đo
các tham số hoặc thông số mà ta cần điều khiển, có thể sử
dụng các loại thiết bị đo lường, bao gồm thiết bị đo áp suất,
thiết bị đo nhiệt độ, thiết bị đo lưu lượng, thiết bị đo mức,
thiết bị cân động…
7

Cảm biến quang


VD: Các cảm biến có nhiệm vụ tiếp nhận các tín hiệu, biến đổi
chúng thành các đại lượng dễ xử lý và chuyển đến cho thiết bị
điều khiển.
Sơ đồ của hệ thống cảm biến và hệ thống xử lí thông tin như
hình 2.4

Cảm biến tiệm cận

Hìn
h 3.4: Sơ đồhệ thống cảm biến và hệ thống xử lí thông
- Khối này có tác dụng phản hồi, chính là mối liên hệ ngược trích một phần năng
lượng ở đầu ra quay lại khống chế đầu vào. Bao gồm các loại phản hồi là: phản hồi
âm,phản hồi dương, phản hồi cứng, phản hồi mềm.
5.Các yêu cầu kĩ thuật của hệ thống tự động hóa quá trình công nghệ
Tự động hoá quá trình công nghệ là hệ thống điều khiển tự động sản xuất trong
các xí nghiệp, sử dụng các thiết bị tự động để xử lý thông tin, giải quyết các nhiệm
vụ điều khiển hoạt động kinh tế, sản xuất của xí nghiệp. Chính vì vậy, khi thiết kế ,
chúng ta cần phải quan tâm đến những vấn đề về các chỉ tiêu chất lượng và hiệu
quả kinh tế mà hệ thống đem lại.
5.1Các chỉ tiêu về chất lượng
- Đáp ứng đầy đủ những yêu cầu công nghệ đặt ra
- Có độ an toàn và chính xác cao
8


- Dễ vận hành,bảo dưỡng
- Hạn chế tối đa ảnh hưởng gây ô nhiễm môi trường
5.2Các chỉ tiêu về hiệu quả kinh tế
- Nâng cao hiệu quả sản xuất,chất lượng sản phẩm,từ đó tăng doanh thu
- Giảm chi phí sản xuất, hạ giá thành sản phẩm
- Giảm chi phí nhân công
5.3 Một số giải pháp nâng cao hiệu quả kinh tế
Vai trò của công nghệ tự động hóa trong nền kinh tế quốc dân và sự phát triển của
xã hội là cực kỳ to lớn. Nó góp phần nâng cao chất lượng cuộc sống con người
ngày càng văn minh hiện đại. Cần thiết phải có những giải pháp nâng cao hiệu quả
kinh tế để công nghiệp tự động hóa phát triển bền vững, lâu dài:

- Mỗi dự án phải được xây dựng định mức kinh tế đầy đủ chi tiết, dự toán cụ thể
cho từng bộ phận, từng loại máy, đến cả dây chuyền công nghệ, để đảm bảo tính
khả thi khi đưa vào thiết kế, thực hiện và vận hành.
- Áp dụng tiến bộ khoa học kỹ thuật mới vào sản xuất, tạo ra được những sản
phẩm có chất lượng cao và có sức cạnh tranh trên thị trường.
- Cần xây dựng đội ngũ nghiên cứu phát triển tài năng, có các sáng tạo, phát minh
mới, luôn luôn cải tiến, tìm tòi và cập nhật các công nghệ,kỹ thuật mới vào sản
xuất.
- Luôn kiểm tra,bảo dưỡng dây chuyền,thiết bị đúng thời hạn,tránh những hỏng
hóc,lỗi gây thiệt hại về người và tài sản.
II. GHÉP NỐI THIẾT BỊ HỆ THỐNG TĐHQTCN
1, Ghép nối các thiết bị chấp hành:
Trong các hệ thống dây truyền sản xuất hiện nay, khối thiết bị chấp hành gồm có:
động cơ điện, xi lanh, trục chính, mỏ hàn, quạt gió…

9

Động cơ điện

Xi lanh


Hình 2.1: Một số các thiết bị chấp hành

PHẦN 2: HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA SẢN XUẤT
RAU SẠCH
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT RAU SẠCH
1.1 Đặt vấn đề
Rau là loại thực phẩm không thể thiếu được trong đời sống hằng ngày. Cùng với
thức ăn động vật, rau cung cấp những dinh dưỡng cần thiết cho sự tồn tại và phát

triển của con người, đặc biệt là các vitamin, các axít hữu cơ, chất khoáng. Hiện nay
vấn đề đảm bảo cungcấp rau sạch, rau an toàn cho nhu cầu người dân hàng ngày
đang là vấn đề cấp bách. Đã có nhiều công trình nghiên cứu kỹ thuật sản xuất, ứng
dụng khoa học công nghệ trong nghề trồng rau, nhằm nâng cao năng suất và phẩm
chất nông sản. Tuy nhiên, thực tế vẫn còn rất nhiều người sản xuất trồng rau không
tuân thủ quy trình kỹ thuật, lạm dụng thuốc bảo vệ thực vật, kích thích sinh trưởng,
phân bón hóa học…Chính vì điều đó nhóm em đi đến nghiên cứu về công nghệ
trồng rau sạch không dùng đất.
1.2 Phương pháp trồng rau sạch
Sản xuất rau sạch bằng phương pháp không dung đất.
1.3 Ảnh hưởng điều kiện ngoại cảnh đến sản xuất rau sạch
Đó là ảnh hưởng của các đại lượng vật lý như nhiệt độ, cường độ ánh sang, độ ẩm,
hàm lượng chất dinh dưỡng, độ pH, lưu lượng gió và ảnh hưởng của những tác
nhân có hại.
1.4 Các công trình liên quan
1.4.1 Tình hình nghiên cứu trong nước
10


Nghiên cứu về RAT đã được nhiều cơ quan, tổ chức phối hợp thực hiện. Bộ NN &
PTNT là cơ quan quản lý điều hành mọi hoạt động liên quan đến hoạt động sản
xuất trồng trọt của cả nước, trong đó việc ban hành quy định tạm thời về sản xuất
RAT là một bước đi thể hiện sự quan tâm của các cấp các ngành đối với việc canh
tác và sản xuất rau an toàn.Viện nghiên cứu rau quả Việt Nam là trung tâm tiến
hành nghiên cứu nhiều đề tài, dự án về rau quả nói chung và RAT nói riêng trên
địa bàn cả nước. Các công trình nghiên cứu của Viện tập trung vào các đối tượng
rau quả truyền thống như cà chua, khoai tây, thanh long bên cạnh việc nghiên cứu
và thí điểm tính thích ứng với các điều kiện của từng địa phương khác nhau của
một số giống rau, quả nhập nội, lai tạo. Viện chiến lược và chính sách phát triển
nông thôn Việt Nam năm 2008 tiến hành điều tra, đánh giá năng lực sản xuất kinh

doanh rau an toàn tại Bảo Lộc, Lâm Đồng nhằm nghiên cứu và tìm ra thị trường
xuất khẩu cho cây rau nơi đây. Đây được coi sẽ là những tư liệu quý giá cho các
nhà quản lý, các nhà hoạch định chính sách trong việc đưa sản xuất rau an toàn trở
thành lĩnh vực sản xuất nông nghiệp có giá trị.
1.4.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước
Trên thế giới hiện nay, hầu hết các nước có nền nông nghiệp tiên tiến và chuyên
hoá cao đều đạt chuẩn mực về sản xuất rau an toàn. Nhật Bản, Mỹ, các nước EU là
những thị trường rất khắt khe trong vấn đề vệ sinh an toàn thực phẩm. Cũng chính
bởi lẽ đó mà diện tích rau của các nước này tuy không quá lớn nhưng chất lượng
luôn đảm bảo. Phần lớn các quốc gia trên thế giới hiện nay đều thực hiện quy trình
sản xuất rau an toàn theo tiêu chuẩn GAP, với trình độ kỹ thuật cao, các nước như
Nhật Bản, Trung Quốc, Mỹ, Đức, Hà Lan trồng rau hoàn toàn trong nhà lưới, nhà
kính, không bón phân hữu cơ và cơ khí hoá, tự động hoá từ khâu gieo mầm cho
đến khi thu hoạch. Châu Á là một trong những châu lục đi đầu trong công tác
nghiên cứu và phát triển rau quả. Viện nghiên cứu rau châu Á (AVRDC) đã thực
hiện đúng chức năng, nhiệm vụ và sứ mệnh của mình trong việc nghiên cứu, phát
triển và mở rộng về diện tích, chất lượng các chủng loại rau cho các quốc gia trong
châu lục. Hàng nghìn công trình nghiên cứu của các nhà khoa học trên khắp châu
11


Á đã làm phong phú thêm kho tàng tri thức về nghiên cứu rau quả trên thế giới.Đặc
biệt, với các quốc gia đang phát triển, AVRDC chú trọng nghiên cứu nhằm tìm ra
các giải pháp về thị trường, về sản xuất gắn với bảo vệ môi trường và phát triển
nông nghiệp bền vững.

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU VÀ PHÂN TÍCH QUY TRÌNH
CÔNG NGHỆ TRỒNG RAU SẠCH KHÔNG DÙNG ĐẤT
2.1 Đề xuất bài toán về quy trình công nghệ trồng rau sạch không dùng đất
với module 200m2

2.1.1 Mô hình nhà trồng rau sạch với module 200m2
Sản xuất ở Việt Nam là sản xuất nhỏ, do hệ thống bảo vệ và tiêu thụ rau sạch sau
thu hoạch chưa phát triển do vậy mô đun nhà lưới 200 m 2 là hợp lý về mặt sản
xuất, chi phí ban đầu. Mô đun này cũng được nhiều nước trên thế giới sử dụng vì
nó có mang lại hiệu quả kinh tế cao.
Quy trình sản xuất rau sạch không dùng đất:Để thực hiện được quy trình sản xuất
rau sạch kiểu công nghệ trồng rau không dùng đất ở nước ta hiện nay phải kết hợp
giữa công nghệ trồng rau và thiết bị phục vụ cho công nghệ. Đối với thiết bị phục
vụ cho công nghệ được chia thành ba loại: Nhà trồng, thiết bị chăm sóc và thiết bị
điều khiển, cụ thể trình bày hình 2.1.

12


Hình 2.1. Quy trình sản xuất rau sạch không dùng đất
Sơ đồ mô hình nhà trồng:Nhà trồng được thiết kế bằng thép hoặc bằng tre, gỗ, nhà
có thể phủ bằng Polyethylen hoặc bằng hợp chất cacbonát để chống mưa, bão,
tránh dập nát rau, chống tia cực tím. Phía trên mái có hệ thống mái cắt nắng được
thiết kế bởi động cơ điện có thể cuốn mái và đảo chiều quay để thả mái tuỳ thuộc
vào chế độ đặt cường độ ánh sáng được nhận từ cảm biến đo được trình bày
hình 2.2

13


Hình 2.2. Mô hình nhà lưới có mái che trồng rau không dùng đất
Hệ thống luống trồng rau: Với diện tích nhà trồng rau 200 m2(8 x 25m) được
chia thành 5 luống, mỗi luống chia thành 45 gốc có thể trồng được 90 cây rau.

Hình 2.3.Sơ đồ tổng thể hệ thống luống trồng rau trong nhà lưới

Hệ thống phun sương:Hệ thống phun sương được thiết kế bởi các đường ống
kim loại nhỏ phía đầu phun sương được treo lên phía trên nhà trồng hình 2.4.

14


Hình 2.4: Sơ đồ bố trí hệ thống phun sương
Hệ thống quạt thông gió:giúp cho không khí trong nhà trồng lưu thông được với
không khí ở phía ngoài nhà trồng. Hệ thống này thường được lắp ở phía trên so với
sự phát triển của cây rau hình 2.2theo chiều dọc của nhà trồng.
Hệ thống cuốn mái và thả mái: được thiết kế bởi hệ thống mái cắt nắng và dùng
động cơ điện có thể cuốn mái hoặc thả mái tự động. Hệ thống này dùng động cơ
điện có thể đổi chiều quay của động cơ.
Hệ thống trộn dung dịch:Hệ thống trộn dung dịch là khâu quan trọng trong việc
cung cấp dung dịch dinh dưỡng cho cây trồng nhằm đảm bảo độ chính xác về khối
lượng và nồng độ chất dinh dưỡng.
Hệ thống tưới nhỏ giọt:là hệ thống cung cấp dung dịch dinh dưỡng cho cây rau
theo từng thời kỳ sinh trưởng dưới dạng giọt nước. Vì vậy việc thiết kế hệ thống
tưới nhỏ giọt là khâu quan trọng cho công nghệ trồng rau sạch bằng phương pháp
không dùng đất.
2.1.2. Yêu cầu thiết kế hệ thống
Về hệ thống tưới nhỏ giọt: là phải đảm bảo lượng nước và chất dinh dưỡng cho cây
rau theo từng giai đoạn phát triển. Vì vậy, chúng ta cần xác định lượng nước cần
tưới cho cây rau.Khi xác định được lượng nước và dinh dưỡng cần tưới, chúng ta
tiến hành chia khoảng thời gian tưới mỗi lần và thời gian nghỉ từng lần.
Về hệ thống cung cấp dung dịch dinh dưỡng:là phải đảm bảo lượng nước và các
chất dinh dưỡng cung cấp cho cây rau theo quy trình công nghệ trồng rau. Hệ
thống cung cấp dung dịch dinh dưỡng được thiết kế bởi hệ thống tưới nhỏ giọt, vì
vậy phải đảm bảo sự đồng đều khi tưới cho các gốc.
Về hệ thống điều khiển nhiệt độ và cường độ ánh sáng:Căn cứ vào quy trình công

nghệ trồng rau để đưa ra chế độ đặt nhiệt độ trong nhà trồng và cường độ ánh sáng
từ đó điều khiển hệ thống phun sương hay quạt thông gió và thả mái hay cuốn mái
(các giá trị đặt có thể thay đổi trong chương trình).
15


Về thiết kế hệ thống điều khiển: hệ thống điều khiển phải được thiết kế trên cơ sở
đảm bảo qui trình hoạt động của thiết bị phục vụ cho quá trình công nghệ trồng rau
đã được đặt trước. Hệ thống điều khiển phải đảm bảo dễ dàng thay thế khi hư
hỏng, quá trình vận hành và sử dụng đơn giản cho người vận hành. Nhà sản xuất
có khả năng can thiệp vào hệ thống như chọn loại cây trồng, đặt các thông số quá
trình, các tham của bộ điều khiển.v.v..

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HOÁ SẢN
XUẤT RAU SẠCH KHÔNG DÙNG ĐẤT
3.1. Hệ thống điều khiển quá trình tưới nhỏ giọt
3.1.1. Hệ thống tưới nhỏ giọt
Hệ thống tưới nhỏ giọt được thiết kế cho nhà trồng rau có mô đun 200 m được chia
2

thành 5 luống trồng rau, chiều dài mỗi luống 16 m, với 45 gốc đượctrồng 90 cây
rau. Hệ thống đường ống của một luống trồng cây được mô tả bởi hình 3.1.

Hình 3.1: Hế thống một đường ống tưới nhỏ giọt
Cách tính toán tổn thất trên đường ống chính phụ thuộc vào chiều dài của từng
đoạn ống dẫn chính, khoảng cách trồng, vòi tưới, đường kính ống dẫn chính cũng
như vòi tưới..v.v. mà lưu lượng tưới đối với mỗi loại cây có khác nhau. Ta xác
định được tổn thất trên một luống là 0,008 m theo chiều cao cộc nước và tính được
áp suất đầu đường ống là 114600 [N/m 2], khi đó bộ điều áp suất sẽ được lập trình
điều khiển để đạt được giá trị này.

16


3.1.2. Điều khiển lưu lượng máy bơm nước
Sơ đồ cấu trúc điều khiển lưu lượng máy bơm tưới được thể hiện trên hình 3.2

Hì
nh 3.2: Sơ đồ cấu trúc điều khiển lưu lượng bơm tưới
Sơ đồ cấu trúc điều khiển lưu lượng máy bơm tưới theo cấu trúc truyền thẳng, tín
hiệu được đưa vào bộ điều khiển bằng cách lựa chọn chế độ các luống cần tưới, tín
hiệu ra của bộ điều khiển được điều khiển làm việc của động cơ bước.
Đồng thời động cơ bước được gắn với van điều tiết lưu lượng để được lưu lượng
theo chế độ đặt ban đầu. Giả sử kết quả khảo nghiệm khi tưới 3 luống thì khi mở
tay van điều tiết góc 360 thì lưu lượng ra của bơm là 0,349 (l/s).
0

3.2. Hệ thống điều khiển quá trình trộn dung dịch
3.2.1. Hệ thống trộn dung dịch
Bình trộn D được cung cấp bởi lượng nước bình A, dung dịch B và dung dịch C
thông qua bơm 1, bơm 2 và bơm 3. Hệ thống trộn được sử dụng bơm 4 với phương
pháp đối lưu, sơ đồ hệ thống trộn dungdịch theo kiểu đối lưu trình bày trên
hình 3.3.

Hình 3.3: Hệ thống trộn dung dịch theo kiểu đối lưu
3.3. Hệ thống điều khiển nhiệt độ trong nhà trồng
17


3.3.1. Xây dựng sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển nhiệt độ
Cấu trúc hệ thống điều khiển nhiệt độ trong nhà trồng được xây dựng theo điều

khiển phản hồi dựa trên nguyên tắc liên tục đo giá trị biến được điều khiển là nhiệt
độ trong nhà trồng và phản hồi thông tin về bộ điều khiển để tính toán lại giá trị
của biến điều khiển.
Với sơ đồ cấu trúc điều khiển hai vị trí lý tưởng thì sai lệch điều khiển, tín hiệu
điều khiển chỉ nhận 1 trong 2 giá trị:
- Đối với quạt thông gió

- Đối với phun sương

u=

Hình 3.4: Cấu trúc hệ thống điều khiển nhiệt độ sơ đồ lý tưởng
Sơ đồ cấu trúc thực tế được trình bày trên hình 3.4 với chấp nhận sai lệch điều
khiển nằm trong phạm vi dải chết, đối với trong công nghệ trồng rau có thểcho
phép khoảng chết này đối với nhiệt độ ± 10C, sơ đồ thực tế hình 3.5.
- Đối với quạt thông gió

- Đối với phun sương

u=

u=

18


Hình 3.5: Cấu trúc hệ thống điều khiển nhiệt độ sơ đồ thực tế
3.4. Hệ thống điều khiển cường độ ánh sáng trong nhà trồng
3.4.1. Xây dựng cấu trúc hệ thống điều khiển cường độ ánh sang
Với sơ đồ cấu trúc điều khiển hai vị trí lý tưởng thì sai lệch điều khiển, tín hiệu

điều khiển chỉ nhận 1 trong 2 giá trị.
u=
Cấu trúc hệ thống điều khiển cường độ ánh sáng sơ đồ lý tưởng được trình bày
hình 3.6.

Hình 3.6: Hệ thống điều khiển cường độ ánh sáng sơ đồ lý tưởng
Trên cơ sở cấu trúc hệ thống điều khiển cường độ ánh sáng sơ đồ lý tưởng với
chấp nhận sai lệch điều khiển nằm trong phạm vi dải chết, đối với trong công nghệ
trồng rau có thể cho phép khoảng chết nàyvới cường độ ánh sáng ± 1000 lux, sơ đồ
thực tế trình bày trên hình 3.7.
u=

Hình 3.7: Hệ thống điều khiển cường độ ánh sáng sơ đồ thực tế
3.5. Thiết kế, chế tạo hệ thống điều khiển quá trình
3.5.1. Xây dựng của hệ thống điều khiển quá trình
19


Căn cứ quy trình công nghệ và điều kiện thực tế nước ta hiện nay, chúng tôi tiến
hành thiết kế hệ thống điều khiển quá trình hình 3.18.

Hình 3.8: Hệ thống điều khiển quá trình sản xuất rau sạch
3.5.2. Lựa chọn công nghệ cho thiết bị của bộ điều khiển
Sử dụng S7-200 do được ứng dụng rất rộng rãi hiện nay và nó thay thế cả một
mảng rơle và coi như một máy tính có thể lập trình được.
Độ tin cậy cao, tác động nhanh, dễ dàng thay đổi, xử lý tư liệu tự động làm cho
việc thiết kế trở nên đơn giản.
Tiết kiệm không gian, thích ứng được trong môi trường khắc nghiệt và có thể tính
toán được giá thành.
3.5.3.Hoạt động của hệ thống

* Hệ thống bình tưới:Gồm 3 bình nhỏ đựng dung dịch gốc, dung dịch này dược
pha trộn với tỷ lệ đặc biệt các chất dinh dưỡng nuôi cây, dung dịch trong 3 binh
này được trộn bằng tay và được đo rất chính xác trước khi đổ vào bình trộn. Bình
trộn lớn gồm hai bình, một bình dùng để trộn dung dịch, một bình để chứa hỗn hợp
đã trộn để tưới.Bình trộn được trộn bằng bơm tuần hoàn.
* Quy trình tưới: Các dung dịch gốc được trộn bằng tay trong các bình nhỏ, sau đó
được đổ vào bình chính, ở đây dung dịch gốc sẽ được trộn với nước với tỷ lệ phù
hợp với từng loại cây trồng, dung dịch trong bình trộn được trộn nhờ một máy bơm
20


MB4, máy bơm này được nhân viện trực cho chạy để bơm tuần hoàn dung dịch
trong bình trộn, thời gian chạy của MB4 phụ thuộc vào lượng dung dịch trong
bình. Sau khi dung dịch được trộn đều, nó sẽ được chuyển sang. Bình tưới, dung
dịch được dự trữ ở đây và được tưới cho cây nhờ máy bơm MB5 và hệ thống ống
tưới MB5 được nối với bộ Timer được lập trình chạy theo thời gian tưới 2 phút
nghỉ 15 phút, thời gian này có thể được thay đổi tùy thuộc vào từng loại cầy, từng
thời kỳ sinh trưởng của cây. Các van điện cũng được nối với bộ Timer lập trình, hệ
thống tự động hóa này sẽ tự động tưới nước cho cây theo thời gian đã định. Lưu
lượng dung dịch cung cấp cho cây được điều chỉnh chủ yếu ở Bộ điều áp, bộ điều
áp sẽ quyết định áp suất ở đầu ra của MB5, tạo ra dòng chảy nhỏ dẫn đến các gốc
cây, với hệ thống đường ống dẫn được thiết kế nhỏ cùng với sự điều chỉnh của bộ
điều áp thì dung dịch dẫn đến nhỏ giọt vào các gốc cây.
3.5.4. Sơ đồ thuật toán mô hình trộn tưới dung dịch

21


3.5.5. Chương trinh điều khiển hệ thống trộn tưới dung dịch

22


23


24


3.5.6. Mô phỏng chương trình trên phần mềm PC_SIMU

3.6 Kết luận
Với cơ sở lý thuyết đã nghiên cứu chúng tôi đã xây dựng sơ đồ thuật Toán, chúng
tôi đã xây dựng được một hệ thống tưới tự động phục vụ sản xuất rau an toàn nhờ
việc nghiên cứu sơ đồ công nghệ có trong thực tiễn.
Hệ thống tưới tự động này được chúng tôi thiết kế bao gồm cả phần trộn dung
dịch, với phương pháp trộn bằng cách bơm tuần hoàn dung dịch trong bình trộn
chính, dung dịch sẽ được trộn đều trước khi được bơm tưới cho cây. Với bộ điều
khiển khả trình PLC S7-200 với khối xử lý CPU224, và các thiết bị thông dụng có
sẵn trong nước chúng tôi đã thiết kế được hệ thống tưới hoàn toàn tin cây và dễ
dàng sử dụng đồng thời ứng dung rất tiện lợi ở nước ta, do nó hoàn toàn đảm
nhiệm được nhiệm vụ tưới và lại còn có một giá thanh rất hạ so với các thiết bị
cùng loại được ngoại nhập.
Chúng tôi hy vọng hệ thống này sẽ được tiếp tục nghiên cứu để dưa ra thực tiễn
sản xuất góp phần thực hiện sớm công cuộc công nghiệp hoá hiện đại hoá đất
nước.

25