Ứng dụng PLC trong điều khiển nhiệt độ, độ ẩm nhà kính

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

Ứng dụng PLC trong điều khiển
nhiệt độ, độ ẩm nhà kính trồng rau

Hà Nội
Tháng 07 năm 2016


MỤC LỤC

Trang
MỤC LỤC ................................................................................................................. 0
MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 2
PHẦN I: TỔNG QUAN ........................................................................................... 3
1. Đặt vấn đề ............................................................................................................ 3
2. Mục đích của đề tài ............................................................................................. 4
3. Mục tiêu của đề tài .............................................................................................. 4
4. Phạm vi nghiên cứu............................................................................................. 5
5. Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài .................................................. 5
PHẦN II: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................. 6
I. Đối tượng nghiên cứu.......................................................................................... 6
II. Phương pháp nghiên cứu.................................................................................... 8
1. Nhà kính ............................................................................................................... 8
2. Các thiết bị chủ yếu ........................................................................................... 10
3. Phương pháp điều chỉnh nhiệt độ .................................................................... 12
4. Hệ thống tưới phun sương ............................................................................. 17
PHẦN III: TÍNH TOÁN LỰA CHỌN THIẾT BỊ TRONG NHÀ LƯỚI ..... 19
1. Sơ đồ bố trí thiết bị ........................................................................................... 19
2. Lựa chọn thiết bị ............................................................................................... 19

TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................... 26

1|Page


MỞ ĐẦU
Các loại rau của nước ta rất phong phú. Nhìn chung ta có thể chia rau thành
nhiều nhóm như: nhóm rau xanh có rau cải, rau muống, rau xà lách, rau cần,…
nhóm rễ củ như: cà rốt, củ cải, su hào, củ đậu,…; nhóm cho quả như: cà chua, cà
pháo, dưa chuột,…; nhóm hành gồm các loại hành, tỏi,…
Trong ăn uống hằng ngày, rau tươi có vai trò đặc biệt quan trọng. Tuy nhiên
lượng protid và lipid trong rau là không đáng kể nhưng chúng cung cấp cho cơ thể
nhiều chất hoạt tính sinh học, đặc biệt là các muối khoáng có tính kiềm, các
vitamin, các chất pectin và axit hữu cơ. Ngoài ra trong rau còn có loại đường tan
trong nước và chất xenluloza. Trong rau cũng có các chất ảnh hưởng tốt tới quá
trình tiêu hóa tương tự như pepsin, trypsin,…
Về thành phần và giá trị dinh dưỡng của rau có khác nhau tùy theo từng loại
rau. Lượng protid trong rau nói chung ở mức thấp (dao động từ 0,5% – 1,5%). Tuy
vậy có nhiều loại rau người ta đã phát hiện thấy một hàm lượng protid đáng kể như
nhóm đậu đũa (4% - 6%), rau muống (2,7%), rau ngót (4,1%), cần tây (3,1%), su
hào, rau giền, rau đay (1,8% – 2,2%). Về hàm lượng glucid, trong rau có các loại
đường đơn dễ hấp thụ, tinh bột, xenluloza và các chất pectin. Hàm lượng trung bình
của glucid trong rau khoảng 3% - 4%, có những loại lên tới 6% - 8%. Chất
xenluloza của rau có vai trò sinh lý lớn vì cấu trúc của nó mịn màng hơn của ngũ
cốc. Trong rau, xenluloza ở dưới dạng liên kết với các chất pectin tạo thành phức
hợp pectin-xenluloza có tác dụng kích thích mạnh chức năng nhu động ruột và tiết
dịch của ruột giúp tiêu hóa dễ dàng hơn. Rau cũng là nguồn vitamin và muối
khoáng quan trọng, nhu cầu về vitamin và muối khoáng của con người được cung
cấp qua bữa ăn hằng ngày bằng rau. Hầu hết các loại rau đều giàu vitamin A và C
đó là 2 loại vitamin hầu như không có hoặc có rất ít trong thức ăn động vật.Các chất

khoáng trong rau cũng vô cùng quan trọng, trong rau có nhiều chất khoáng có tính
kiềm như kali, canxi, magie,…Chúng đều giữ vai trò quan trọng trong cơ thể con
người và cần thiết để duy trì kiềm toan. Trong cơ thể con người những chất này cho
những gốc tự do cần thiết để trung hòa các sản phẩm axit do thức ăn hoặc do quá
trình chuyển hóa tạo thành, đặc biệt rau có nhiều kali ở dưới dạng kali cacbonnat,
muối kali của các axit hữu cơ và nhiều chất khác dễ tan trong nước và dịch tiêu hóa.
Các muối kali làm giảm khả năng tích chứa nước của protid ở tổ chức, do đó có tác
dụng lợi tiểu. Lượng magie trong rau cũng rất đáng chú ý, dao động từ 5 – 75mg%.
Đặc biệt là các loại rau thơm, rau giền, rau đậu chưa nhiều hàm lượng magie. Rau
còn là nguồn chất sắt quan trọng, sắt trong rau được cơ thể hấp thụ tốt hơn sắt ở các
hợp chất vô cơ. Các loại rau đậu, xà lách là nguồn cung cấp mangan tốt.
Từ những phân tích trên ta có thể thấy được vai trò cực kì quan trọng của rau
đối với cơ thể và đời sống của con người. Rau tốt cho sức khỏe, cung cấp nhiều
chất dinh dưỡng.
2|Page


PHẦN I: TỔNG QUAN
1. Đặt vấn đề
Nhu cầu thực phẩm sạch và an toàn, trong đó rau quả đang là một đòi hỏi cấp
bách của đời sống người tiêu dùng. Thực tế rau sạch hiện nay chỉ đáp ứng được
50% - 60% nhu cầu của người dân. Theo thống kê, hiện nay Việt Nam sản xuất
11,5 triệu tấn rau các loại với 43 tỉnh thành phố đã quy hoạch vùng sản xuất rau an
toàn (RAT). Tuy nhiên diện tích đất đủ điều kiện để trồng RAT mới chỉ đạt 8,5%
tổng diện tích rau cả nước. Ở thành phố lớn như Hồ Chí Minh cũng chỉ kiểm soát
được 20% - 30% nhu cầu rau xanh của thành phố.
Với những yêu cầu về ứng dụng khoa học kỹ thuật vào sản xuất, đặc biệt là tự
động hóa quá trình sản xuất đang là vấn đề bức bách nhằm nâng cao chất lượng sản
phẩm nông nghiệp, giảm công lao động, tiết kiệm năng lượng, hạ giá thành sản
phẩm, tăng cường sức cạnh tranh nội địa cũng như trên thị trường thế giới thì việc

áp dụng sản xuất nông nghiệp công nghệ cao là điều cần thiết.
Nhà kính là một mô hình hữu ích và quan trọng trong việc sản xuất nông
nghiệp theo hướng nông nghiệp công nghệ cao, đặc biệt nhà kính cho phép kiểm
soát đầy đủ và chặt chẽ hầu hết các thông số của quá trình sản xuất kể cả việc sử
dụng tối ưu đất canh tác và sản lượng cây trồng trong thời vụ, do nhà kính đáp ứng
được yêu cầu cho sự sinh trưởng và phát triển tốt nhất của cây trồng như: nhiệt độ,
độ ẩm, ánh sáng, khí oxy, cacbonic,…và có thể kiểm soát được sâu bệnh hại cây.
Do vậy, nhà kính có vai trò rất quan trọng trong việc sản xuất rau cho năng suất
cao, hiệu quả kinh tế tốt, sản phẩm đạt được tiêu chuẩn xuất khẩu và có thể sản xuất
theo quy mô công nghiệp.
Hiện nay ở nhiều nước phát triển trên thế giới như Hà Lan, Ixrel, Nhật Bản,
Pháp, Mỹ và mới đây là Trung Quốc...đã và đang phát triển ứng dụng rất rộng rãi
các mô hình nhà kính trồng rau. Các nhà kính hiện đại có các dạng cấu trúc và kết
cấu khác nhau phù hợp với điều kiện khí hậu, kinh tế mỗi nước.
Ở Việt Nam, với hơn 70% dân số làm nông nghiệp, ngành nông nghiệp là một
trong những ngành kinh tế mũi nhọn. Trong hơn 10 năm qua sản xuất nông nghiệp
ở nước ta đã đạt được những thành tựu trong các lĩnh vực chọn tạo giống, kỹ thuật
canh tác…, tạo ra khối lượng sản phẩm, hàng hoá đáng kể góp phần thúc đẩy tăng
trưởng nền kinh tế quốc dân. Trong đó đáng kể đến là việc bà con nông dân và các
doanh nghiệp sản xuất nông nghiệp đã bắt đầu áp dụng mô hình nhà kính mà bà con
nông dân thường gọi là nông nghiệp công nghệ cao để sản xuất rau sạch và các loại
hoa cao cấp. Đặc biệt ở Đà Lạt nói riêng và Lâm Đồng nói chung – được coi là
vùng sản xuất rau và hoa trọng điểm của cả nước. Việc áp dụng mô hình sản xuất
nông nghiệp ứng dụng công nghệ nhà lưới, nhà kính này đã mang lại hiệu quả kinh
tế cao.
Trồng rau trong nhà kính chịu ảnh hưởng mạnh mẽ của các điều kiện môi
trường trong đó quan trọng nhất ảnh hưởng đến sự phát triển, năng suất và chất
3|Page

lượng của cây trồng là nhiệt độ, độ ẩm và ánh sáng. Việc giám sát liên tục các
thông số môi trường này sẽ cung cấp thông tin cho mọi người trồng có sự hiểu biết
tốt hơn về mỗi thông số ảnh hưởng đến cây trồng như thế nào trên cơ sở đó người
trồng sẽ đưa ra các quyết định để tạo ra năng suất mùa vụ cao nhất. Trong các
phương pháp truyền thống trước đây, các thông số môi trường này được thu thập
thủ công bởi người nông dân do đó người lao động giữ vai trò quan trọng trong
giám sát các nhà kính, đặc biệt đối với những cây trồng như rau quả. Tuy nhiên khi
quy mô các nhà kính ngày càng gia tăng thì phương pháp này mất rất nhiều thời
gian và đòi hỏi sự cố gắng và công sức lao động. Bên cạnh đó, trong hoạt động
trồng rau nhà kính hiện đại việc điều khiển các thông số môi trường được coi là vấn
đề quan trọng ảnh hưởng đến sự phát triển và năng suất cả về số lượng và chất
lượng của cây trồng. Trên thực tế, để điều khiển được các thông số này đòi hỏi ta
phải thực hiện đo và giám sát được chúng. Trong những năm qua, các hệ thống điều
chỉnh môi trường nhà kính đã được phát triển và sử dụng đa dạng các công nghệ
khác nhau.
Chính vì những lí do nêu trên, mà đề tài “Ứng dụng PLC trong điều khiển
nhiệt độ, độ ẩm nhà kính trồng rau” đã được chúng em đưa vào nghiên cứu và
thực hiện.
Hiện nay trên thị trường thế giới có rất nhiều hệ thống và thiết bị điều khiển
ứng dụng vào sản xuất nông nghiệp nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm, hạ giá
thành và giảm sức lao động thủ công trong sản xuất. Một trong các thiết bị điều
khiển đang được ứng dụng rộng rãi đó là thiết bị điều khiển lập trình được PLC
(Programable Logic Controller). PLC được sản xuất và phân phối bởi một loạt các
nhà sản xuất thiết bị công nghiệp như ORMON, SIEMEN, HITACHI,…
2. Mục đích của đề tài
Đề tài thực hiện với các mục đích sau:




Xây dựng được quy trình sản xuất rau trong nhà kính với các điều kiện môi
trường có thể thay đổi được
Nắm bắt được hình thức điều khiển và hoạt động của thiết bị điều khiển
Biết ứng dụng, điều khiển thiết bị trong nhà kính

3. Mục tiêu của đề tài
Mục tiêu thực hiện mục đích đề tài đặt ra:





Tìm hiểu công nghệ trồng rau trong nhà kính
Tìm hiểu yêu cầu về nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng,… của một loại rau
Tìm hiểu về thiết bị điều khiển PLC
Ứng dụng PLC trong điều khiển nhiệt độ, độ ẩm

4|Page


4. Phạm vi nghiên cứu
Phạm vi nghiên cứu của đề tài rộng, tất cả các loại rau có thể được nghiên cứu
và đưa vào thực nghiệm với các thiết bị điều khiển trong nhà lưới, nhà kính.
Thời gian nghiên cứu đề tài: Từ tháng 11 năm 2013 đến hết tháng 3 năm 2014.
5. Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài
- Ý nghĩa khoa học:
Cung cấp thêm dữ liệu mới về sinh trưởng, năng suất và chất lượng của rau
được nghiên cứu.
Cung cấp thêm dữ liệu mới về thiết bị điều khiển, hiểu biết thêm về thiết bị điều
khiển.

-

Ý nghĩa thực tiễn:

Việc thực hiện trồng rau trong nhà kính có thể kiểm soát được sự sinh trưởng
giúp chúng ta sản xuất rau có hiệu quả, tăng năng xuất lao động, cung cấp được đầy
đủ lượng rau theo nhu cầu với chất lượng rau sạch đảm bảo. Chúng ta có thể nhân
rộng mô hình này để có được một nền nông nghiệp công nghệ cao.

5|Page


PHẦN II: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
I. Đối tượng nghiên cứu
Với đề tài này chúng ta có thể thực hiện với nhiều đối tượng cây rau như rau lấy
lá, lấy củ, lấy quả…Tuy nhiên để thực hiện cho tốt đề tài chúng em chọn 1 loại cây
rau cụ thể thuộc họ rau lấy lá để nghiên cứu và ứng dụng đó là cây rau mồng tơi.
Cây mồng tơi

Cây mồng tơi
Mồng tơi hay mùng tơi có tên khoa học là Basella alba L, thuộc họ mồng tơi
(Basellaceae). Đây là loại cây dây leo quấn, mập và nhớt, lá hình tim, mọc xen,
đơn, nguyên, có cuống. Mồng tơi là một loại cây tương đối dễ trồng, thích hợp trên
nhiều chất đất khác nhau nhưng tốt nhất vẫn là đất nhiều mùn, giàu chất dinh
dưỡng, thoát nước tốt.
a. Giá trị của cây mồng tơi
Mồng tơi là loại rau phổ biến, được sử dụng để chế biến trong bữa ăn hằng ngày.
Không chỉ là món ăn thong thường, trong dân gian mồng tơi còn có tác dụng chữa
bệnh. Canh mồng tơi là món ăn lý tưởng để giải nhiệt, giúp nhuận tràng, chống táo
bón. Theo đông y, rau mồng tơi có tính hàn, vị chua, tán nhiệt, mất máu, lợi tiểu,

giải độc, đẹp da, trị rôm sảy, mụn nhọt hiệu quả…rất thích hợp trong mùa nóng.
Ngoài ra mồng tơi có tác dụng chữa bệnh như: Giảm cholesterol, làm lành vết
thương, tốt cho xương khớp, chữa yếu sinh lí, trị mụn nhọt, say nắng, đẹp da, trị
tiểu khó, chữa bỏng, thanh nhiệt giải độc, chữa táo bón,…
b. Đặc điểm thực vật học của cây mồng tơi
Mồng tơi thuộc họ cây thân thảo, leo, có dây quấn. Lá mọc so le, phiến lá nguyên
và mọng nước. Hoa xếp thành bông, quả bế hình cầu hay hình trứng, khi chín quả
chuyển sang màu tím đen.
c. Yêu cầu điều kiện ngoại cảnh của cây mồng tơi
- Yêu cầu về nhiệt độ:
6|Page


Nhiệt độ là yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình sinh trưởng và phát triển của
cây mồng tơi. Mồng tơi là cây rau mùa hè, ưa nhiệt độ cao, nhiệt độ thích hợp cho
cây trong suốt thời gian sinh trưởng là từ 25 – 300C. Cây mồng tơi mọc nhanh, dây
leo quấn dài có thể dài đến 10m.
- Yêu cầu về độ ẩm:
Cũng như các loại rau nói chung thì mồng tơi cũng cần có nước để phát triển do
cây có bộ lá lớn, tốc độ thoát hơi nước cao. Tuy nhiên nếu mưa kéo dài hay đất úng
nước sẽ ảnh hưởng xấu đến sự sinh trưởng phát triển của mồng tơi. Để đảm bảo nhu
cầu nước cho cây sinh trưởng tốt thì độ ẩm cần thiết và thích hợp nhất trong khoảng
70 - 80%.
- Yêu cầu về ánh sáng:
Ánh sáng là yếu tố quan trọng cho sự sống của thực vật. Đối với mồng tơi ánh
sáng thích hợp là ánh sáng vùng cận nhiệt đới với cường độ trung bình khoảng 17 –
20klux và thời gian chiếu sáng từ 16 – 17h. Để mồng tơi sinh trưởng bình thường
và cho năng suất theo yêu cầu thì thời gian chiếu sáng từ 12-14h/ngày. Cường độ
chiếu sáng không chỉ ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp chất hữu cơ cho cây, giúp
cây tăng nhanh sinh khối mà còn giúp cây quang hợp và ảnh hưởng đến sự hình

thành hoa.
- Yêu cầu về dinh dưỡng:
Để tạo nên sinh khối cho cây, bên cạnh các yếu tố nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng thì
mồng tơi cần hàm lượng chất dinh dưỡng trong đất trung bình đến cao. Mặc dù
mồng tơi không kén đất, tuy nhiên cũng như các loại rau khác để cây cho năng suất
cao, phẩm chất tốt thì yêu cầu đất phải tơi xốp, thoát nước tốt, độ pH phù hợp từ 6,0
– 6,7.
Do mồng tơi là cây ngắn ngày, khoảng 40 ngày sau khi gieo hạt là có thể thu
hoạch nên cần các loại phân dễ tiêu. Đối với mồng tơi, bón lót các loại phân hữu cơ
như: phân chuồng hoai mục, phân cút,…và phân vô cơ NPK 16:16:18 sẽ thích hợp
cho cây.
d. Biện pháp kỹ thuật
 Thời vụ: Mồng tơi được gieo trồng chủ yếu trong vụ xuân và thu hoạch
trong suốt vụ hè thu. Gieo trồng từ đầu tháng 3 đến tháng 5, thu hoạch từ
tháng 5 đến tháng 9. Tuy nhiên ở các tỉnh phía Nam có thể trồng quanh
năm.
 Giống: Có 3 loại giống mông tơi phổ biến trong sản xuất như mồng tơi
trắng có phiến lá nhỏ, thân mảnh, thân lá và lá có màu xanh nhạt. Mồng
tơi tía có phiến lá nhỏ, thân và gân lá có màu tím đỏ và mồng tơi lá to
nhập từ Trung Quốc, lá dày, màu xanh đậm, phiến lá to, thân mập,
7|Page








thường được trồng dày để dễ cắt tỉa cành non, ít nhớt và cho năng suất

cao.
Làm đất: Chọn loại đất thịt nhẹ, thịt trung bình, đất cát pha, độ pH từ
6,0 – 6,7. Làm luống rộng 1 – 1,2m, rãnh luống rộng 0,2 – 0,3m và cao
25 – 30cm.
Mật độ, khoảng cách: Có thể gieo thẳng theo hàng hoặc gieo cây con
rồi tỉa cây khi có 2 – 3 lá thật. Khoảng cách khoảng 20 – 25cm x 20cm/1
cây. Mật độ 16,5 vạn cây/ha, lượng hạt gieo khoảng 20 – 21kg/ha.
Phân bón: Phân hữu cơ cần ủ thật hoại, xử lý diệt khuẩn theo hướng
dẫn. Và cần bón thúc cho cây với lượng phân bón phù hợp tùy theo chất
đất và giai đoạn sinh trưởng của mồng tơi.
Nước tưới: Mồng tơi là cây cần nhiều nước để sinh trưởng, tuy nhiên
lượng nước cung cấp cho mùng tơi phải trung bình vừa phải tránh lạm
dụng nước gây ngập úng.
Thu hoạch: Sau khi gieo trồng khoảng 30 – 40 ngày thì thu hoạch, dung
dao sắc cắt gốc cách mặt đất 5 – 10cm. Từ đó trở đi khoảng 12 – 15
ngày lại thu hoạch được 1 lứa. Nên thu hoạch vào buổi sáng sớm.

II. Phương pháp nghiên cứu
1. Nhà kính
Với cấu trúc nhà kính có không gian rộng, vách cao là lựa chọn lý tưởng cho một
“nhà máy” trồng cây, tiết kiệm được chi phí cho một khu vực trồng rộng lớn, với độ
vững chắc cao cho việc sử dụng trong nhiều năm.
Cấu trúc nhà được thiết kế trên cơ sở xem xét ảnh hưởng của các tham số môi
truờng đối với cây trồng cần canh tác.
Đề tài áp dụng cho 70m2 trồng rau mồng tơi trong nhà kính có mái che.

8|Page


Mô hình nhà kính có mái che

Nhà kính được bố trí thành các luống cây trồng và đường đi vào để thu hoạch
và chăm sóc cây sao cho dễ dàng và tiết kiệm được diện tích. Đường trục chính của
nhà có khoảng cách 0,8m. Các đường nhánh được sắp xếp bao quanh nhà và ngang
giữa nhà với khoảng cách là 0,5m. Đồng thời, với các luống khác nhau có thể cách
ly chống lại sự lây lan của bệnh dịch và có thể trồng riêng từng loại rau một cách
thích hợp.

9|Page


Sơ đồ bố trí luống trồng rau
Dựa trên quy trình công nghệ sản xuất rau an toàn trong nhà kính với các số
liệu thống kê, từ đó xây dựng bài toán điều khiển. Chúng ta có thể điều chỉnh tất cả
các yếu tố ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và phát triển của rau trong nhà kính như:
điều khiển độ ẩm ta phun sương, điều khiển ánh sáng ta mở mái nhà kính hay điều
khiển chế độ dinh dưỡng. Tuy nhiên về tính cụ thể của đề tài thì chúng ta sẽ xét 1
yếu tố có tác động và ảnh hưởng mạnh mẽ nhất đó là sự thay đổi về nhiệt độ.
2. Các thiết bị chủ yếu
a) PLC S7-200, S7-300 của SIEMEN
PLC (Programmable Logic Controller) là bộ điều khiển lập trình, PLC được xếp
vào trong họ máy tính, được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp và thương
mại. PLC có đầy đủ chức năng và tính toán như vi xử lý. Ngoài ra PLC có tích hợp
một số hàm chuyên dùng như bộ điều khiển PID, dịch chuyển khối dữ liệu, khối
truyền thông…
 PLC có những ưu điểm:
- Chuẩn bị vào hoạt động nhanh: Thiết kế kiểu module cho phép thích nghi
nhanh với mọi chức năng điều khiển. Khi đã được lắp ghép thì PLC sẵn
sàng làm việc ngay. Ngoài ra nó còn được sử dụng lại cho các ứng dụng
khác dễ dàng.
- Độ tin cậy cao: Các linh kiện điện tử có tuổi thọ dài hơn các thiết bị cơ điện. Độ tin cậy của PLC ngày càng tăng, bảo dưỡng định kỳ thường không

cần thiết còn với mạch rơle công tắc tơ thì việc bảo dưỡng định kỳ là cần
thiết.
- Dễ dàng thay đổi chương trình: Những thay đổi chương trình được tiến
hành đơn giản. Để sửa đổi hệ thống điều khiển và các quy tắc điều khiển
đang được sử dụng, người vận hành chỉ cần nhập tập lệnh khác, gần như
không cần mắc nối lại dây (tuy nhiên, có thể vẫn phải nối lại nếu cần thiết).
Nhờ đó hệ thống rất linh hoạt và hiệu quả.
- Đánh giá nhu cầu đơn giản: Khi biết các đầu vào và các đầu ra thì có thể
đánh giá được kích cỡ yêu cầu của bộ nhớ hay độ dài chương trình. Do đó,
có thể dễ dàng và nhanh chóng lựa chọn PLC phù hợp với các yêu cầu công
nghệ đặt ra.
- Khả năng tái tạo: Nếu dùng nhiều PLC với quy cách kỹ thuật giống nhau
thì chi phí lao động sẽ giảm thấp hơn nhiều so với bộ điều khiển rơle, đó là
do giảm phần lớn công lắp ráp.
- Tiết kiệm không gian: PLC đòi hỏi ít không gian hơn so với bộ điều khiển
rơle tương đương hoặc các bộ điều khiển khác.
- Có tính chất nhiều chức năng: PLC có ưu điểm chính là có thể sử dụng
cùng một thiết bị điều khiển cơ bản cho nhiều hệ thống điều khiển. Người ta
thường dùng PLC cho các quá trình tự động linh hoạt vì dễ dàng thuận tiện
10 | P a g e


-

trong tính toán, so sánh các giá trị tương quan, thay đổi chương trình và thay
đổi các thông số.
Về giá trị kinh tế: Khi xét về giá trị kinh tế của PLC phải đề cập đến số
lượng đầu ra và đầu vào. Xét trên quy mô công nghiệp thì PLC rất hợp lý,
tuy nhiên nếu ta dùng PLC với quy mô nhỏ thì chi phí khá đắt.

b) Cảm biến nhiệt độ
Nhiệt độ từ môi trường sẽ được cảm biến hấp thu, tại đây tùy theo cơ cấu của
cảm biến sẽ biến đại lượng nhiệt này thành một đại lượng điện nào đó. Như thế một
yếu tố hết sức quan trọng đó là “nhiệt độ môi trường cần đo” và “nhiệt độ cảm nhận
của cảm biến”. Cụ thể điều này là: Các loại cảm biến mà các bạn trông thấy nó đều
là cái vỏ bảo vệ, phần tử cảm biến nằm bên trong cái vỏ này (bán dẫn, lưỡng
kim….) do đó việc đo có chính xác hay không tùy thuộc vào việc truyền nhiệt từ
môi trường vào đến phần tử cảm biến tổn thất bao nhiêu (1 trong những yếu tố
quyết định giá cảm biến nhiệt).
 Một số loại cảm biến nhiệt độ:
 Cặp nhiệt điện (Thermocouples)
 Nhiệt điện trở (RTD - Resitance Temperature Detector)
 Thermistor
 Bán dẫn (Diode, IC,…)
 Ngoài ra còn có loại đo nhiệt không tiếp xúc (hỏa kế - Pyrometer). Dùng
hồng ngoại hay lazer
 Cảm biến được chọn trong đề tài:
Có nhiều loại cảm biến thông dụng đáp ứng được nhu cầu và giá thành hợp lý
như: LM35, LM135, DS18B20, PT100,…
Tuy nhiên đối với đề tài này ta chọn cảm biến nhiệt độ PT100.
PT100 là một nhiệt điện trở RTD có các đặc điểm sau:
 Khi thay đổi nhiệt độ dẫn đến sự thay đổi điện trở.
 Điện trở biến đổi theo nhiệt độ theo công thức sau:
Rt = Ro.(1+αt)
Trong đó: Rt là điện trở ở nhiệt độ t
R0 là điện trở ở 00C và bằng 100Ω
α là hệ số cuả nhiệt điện trở
 Khoảng nhiệt độ làm việc từ -2500C đến +8500C
c) Cảm biến độ ẩm
Độ ẩm của nhà kính được đo bởi cảm biến và phản hồi thông số về hệ thống điều

khiển. Thực chất là quá trình chuyển đổi đại lượng không điện thành điện.
11 | P a g e


Ta dùng cảm biến độ ẩm tương đối của không khí HS1101. Cảm biến này có dải
đo rộng từ 1% - 99%. Thực chất cảm biến này là 1 tụ điện có điện dung thay đổi
theo độ ẩm, khi ta đo được điện dung thay đổi của tụ ta sẽ tính được độ ẩm tương
đối của không khí theo công thức:
C(pF) = C55%(1,25.10-7.RH - 1,36.10-5.RH2 + 2,19.10-3.RH + 9.10-1)
Trong đó: C(pF)_Điện dung của cảm biến tại độ ẩm tương đối %RH
C55%_Điện dung cảu cảm biến tại độ ẩm tương đối 55% và có giá trị
trung bình khoảng 180pF
RH_Độ ẩm tương đối %
3. Phương pháp điều chỉnh nhiệt độ
Mồng tơi là cây ngày ngắn, sinh trưởng tốt tại những nơi đất thấp trong vùng cận
nhiệt đới. Nhiệt độ thích hợp từ 25 – 300C. Chính vì vậy mà yêu cầu đặt ra cho bài
toán điều chỉnh nhiệt độ trong nhà kính như sau: Vào mùa hè, nhiệt độ phía Bắc
nước ta thường rất cao khoảng 30 – 350C vì vậy để cây mồng tơi sinh trưởng bình
thường ta phải thực hiện các biện pháp giảm nhiệt độ trong nhà kính xuống.
Nhiệt độ trong nhà lưới có thể tăng lên rất cao do hiệu ứng nhà kính, do các cây
trồng và thiết bị trong nhà kính tỏa ra. Để giảm nhiệt độ trong nhà kính ta có một số
giải pháp được đề xuất dưới đây.
a. Điều khiển tự động đóng mở mái che
Hệ thống mở mái hoạt động khi nhiệt độ trong nhà kính quá cao (>= 350C) và
bên ngoài trời không mưa lúc này quạt thổi mát 2 bên sườn nhà kính hoạt động
và động cơ mở nóc hoạt động quay đi một góc 60. Theo hiện tượng đối lưu thì
khí nóng được thổi ra ngoài. Mái được đóng lại khi trời mưa hoặc nhiệt độ trong
nhà kính đã giảm tới nhiệt độ phù hợp (<300C). Nếu nhiệt độ trong nhà lưới vẫn cao
(>=300C) thì quạt thông gió tiếp tục hoạt động để thổi khí nóng ra bên sườn nhà
lưới.

12 | P a g e


Hệ thống nóc nhà lưới khi mở mái thoát khí nóng

Cơ cấu truyền lực quay trục mở mái nóc nhà lưới
Phần mở mái có bản lề gắn trên nóc mái. Cấu tạo đóng/mở mái cho phép
thông gió tự nhiên hoặc cưỡng bức khi trời mưa mái được đóng lại. Các công
tắc hành trình trên cơ cấu sẽ cho phép điều khiển dừng động cơ mở mái một
góc 60 o.

13 | P a g e


Cơ cấu mở nóc mái

b. Tưới phun sương

Tưới phun sương là một dạng cơ bản của phương pháp tưới hiện đại tiết
kiệm nước, là hình thức đưa nước trực tiếp từ trên cao xuống cây trồng tạo độ
14 | P a g e


ẩm không khí và làm mát bề mặt thân cành lá cây một cách liên tục đồng đều
dưới dạng từng hạt sương.
Hệ thống phun sương bao gồm:
-

Máy nén áp lực

- Ống dẫn

-

Bộ phận lọc nước

- Béc phun và đầu nối

Nguyên tắc làm mát dễ bay hơi: Bằng cách phóng nước cực mạnh qua đầu
phun được thiết kế đặc biệt, tạo ra những hạt sương rơi nhẹ với kích thước
trung bình khoảng 50 microns hay nhỏ hơn. Những hạt nước tí hon đó nhanh
chóng được hấp thụ vào không khí và bốc hơi nhanh tạo thành 1 màn khói
sương bay nhẹ trong không khí làm giảm nhiệt độ không khí và tăng độ ẩm
trong nhà lưới.
Ngoài ra phun sương giúp tiết kiệm nước tưới, sử dụng ít điện năng, không
gây tiếng ồn, đặc biệt có thể giảm được 100C so với nhiệt độ ngoài môi trường,
tăng cường thêm độ ẩm cho đất.
Tuy nhiên phương pháp phun sương có giá thành cao, đầu tư lớn về động cơ,
vòi phun, ống dẫn. Và có thể làm thừa độ ẩm của đất.
c. Quạt thông gió

Phương pháp thông gió là phương pháp được sử dụng rộng rãi trong ngành
công nghiệp. Trong ngành nông nghiệp thì phương pháp này được ứng dụng
vào điều tiết nhiệt độ nhà lưới, trong sấy nông sản…

15 | P a g e


Hệ thống thông gió cho cả nhà kính phục vụ cùng bốn mục đích rất quan

trọng: kiểm soát nhiệt độ, kiểm soát độ ẩm, không khí lưu thông, và bổ sung
CO2 .
Nhiệt độ: Có lẽ lý do chính nhất của các hệ thống thông gió là để kiểm soát
nhiệt độ. Hệ thống thông gió thường được sử dụng để loại bỏ nhiệt dư thừa
được tạo ra bởi sự mắc kẹt của năng lượng bức xạ từ mặt trời. Quạt thông gió
như tên gọi của nó là làm cạn kiệt nhiệt không mong muốn và không khí cũ
trong nhà kính.
Độ ẩm: Độ ẩm trong một khu vườn bị ảnh hưởng kèm theo bởi nhiều biến
số. Sự khác biệt nhiệt độ giữa bên trong và bên ngoài có thể gây ra ngưng tụ
trực tiếp ảnh hưởng đến độ ẩm. Thực vật tự nhiên giải phóng nước và cũng sẽ
làm tăng độ ẩm trong không gian kín. Quạt thông gió được sử dụng để loại
bỏ nhiệt không mong muốn cũng có thể phục vụ mục đích thứ hai của loại bỏ
độ ẩm quá mức mà nếu không sẽ bị mắc kẹt trong không gian nhà kính.
Lưu thông không khí: Không khí lưu thông là không khí chuyển động trong
không gian vật lý. Nhà kính cũng như có thể hưởng lợi rất nhiều từ quạt dao
động, trong đó tạo ra không khí chuyển động phù hợp. Không chỉ kết quả
không khí chuyển động phù hợp trong tính thống nhất của nhiệt độ và độ ẩm
trong môi trường ngày càng tăng, nó cũng giúp tăng cường sự toàn vẹn cấu trúc
của cây.
Bổ sung CO2 : Cây tiêu thụ CO2 để quang hợp và nhả O2. Nếu lượng CO2
trong một môi trường khép kín được sử dụng hết bởi cây và không được bổ
sung thì khả năng quang hợp sẽ bị tổn hại, khí CO2 cạn kiệt. Thông gió sẽ giúp
hệ thống sẽ luôn cung cấp không khí trong lành có chứa CO2 mới cho các cây
để quang hợp.
Có 2 hình thức thông gió nhà lưới:
- Thông gió tự nhiên: Nhà lưới sử dụng thông gió tự nhiên sẽ có một trong
hai bên thu vào hoặc di động hoặc các tấm mái nhà, hoặc một loạt các lỗ

16 | P a g e

thông hơi. Nhà lưới với một loạt các mái nhà và lỗ thông hơi loại bỏ nhiệt
thông qua gió và nổi nóng thiên nhiên.
- Hệ thống thông gió cơ khí: Hệ thống thông gió cơ khí trong nhà lưới, hệ
thống quạt tạo ra không khí chuyển động mang lại không khí trong lành
vào nhà lưới và làm cạn kiệt nhiệt không mong muốn và độ ẩm.
4. Hệ thống tưới phun sương
a. Sơ đồ công nghệ hệ thống tưới phun sương

Sơ đồ công nghệ hệ thống tưới phun sương
 Yêu cầu kĩ thuật phun
- Vòi phun nước đặt trên cao và và đều để vòi phun có thể phun đều mặt.
- Thể hiện cách bố trí vòi phun sương trong nhà lưới với chiều cao của hệ
thống là 3m so với mặt đất. Chiều cao của bầu gieo hạt là 0,2m và khoảng
cách giữa các bầu trên giá đỡ là 0,1m. Những bầu gieo hạt được đặt trên
một giá đỡ cách mặt đất 1,2m. Khi phun sương xong cây hấp thụ nhưng
còn 1 lượng nước dư thừa dưới các bầu đất gom lại và xả vào bể chứa.
- Để đảm bảo áp suất đầu vòi phun đồng đều nhau thì hệ thống ống được bố
trí cách đều nhau. Trong hệ thống có 4 van điện từ được gắn vào ống dẫn
17 | P a g e


tới từng luống khi đó cho phép chúng ta có thể điều khiển tưới riêng lẻ mỗi
luống rau theo từng chế độ đặc biệt.
b. Hệ thống van phun sương

Các van phun sương phải tạo ra được một áp lực nhất định để tạo nước thành
sương. Các van này được cấp nước bởi đường ống dẫn nước áp lực.

Sơ đồ lắp đặt vòi phun, van điện và đường ống nước

Các van được lắp cách đều nhau giúp phun sương đều. Ngoài ra cách đầu luống
từ 0.8m đến 1m.

18 | P a g e


PHẦN III: TÍNH TOÁN LỰA CHỌN THIẾT BỊ TRONG NHÀ LƯỚI
1. Sơ đồ bố trí thiết bị

Sơ đồ bố trí thiết bị của hệ thống
2. Lựa chọn thiết bị
a. Động cơ đóng mở mái vòm, rèm che
Tham khảo mô hình nhà lưới GH-300 đã được áp dụng thực tế ở TP. Hồ
Chí Minh với diện tích gần 300 m2 gồm có 3 nhà kích thước 6x16 m. Để đóng
mở mái vòm một góc 60 o với mỗi nhà lưới thì dùng động cơ 3 pha roto lồng
sóc ½ Hp = 0,373 Kw, có hộp số giảm tốc 100:1. Để kéo rèm tắt nắng dùng
động cơ roto lồng sóc ½ Hp, có hộp số giảm tốc 15:1.
Như vậy, tham khảo từ mô hình thực tế nhà trồng GH-300, áp dụng vào cho
nhà lưới trồng rau mồng tơi mà chúng em đang thiết kế với diện tích 70m2
(kích thước 7x10m) thì chúng em lựa chọn động cơ đóng mở mái và kéo rèm
như sau:
19 | P a g e


Động cơ KĐB 3 pha rôt lồng sóc
 Lựa chọn động cơ đóng, mở mái:
Sử dụng động cơ KĐB 3 pha roto lồng sóc.
-

Mã hiệu: 4POLE.

-

Hãng sản xuất: Vihem.

-

Xuất sứ: Việt Nam.

-

Công suất: 0.37 KW.

-

Điện áp: 220V/380V.

-

Hộp số giảm tốc: (100:1).

-

Hiệu suất (%): 0.9.

 Lựa chọn động cơ kém rèm che:
Sử dụng động cơ KĐB 3 pha roto lồng sóc.
-

Mã hiệu: 4POLE.

-

Hãng sản xuất: Vihem.

-

Xuất sứ: Việt Nam.

-

Công suất: 0.37 KW.

-

Điện áp: 220 V/ 380V.

-

Hộp số giảm tốc: (15:1).

-

Hiệu suất (%): 0.9.

b. Quạt thông gió
Để đảm bảo việc điều hòa không khí cũng như giảm nhiệt độ nhà lưới được
tốt nhất, cùng với việc tham khảo mô hình một số nhà trồng đang được áp dụng
ở trong nước của Israel, Nhật Bản, Trung Quốc…và nhà trồng GH-300 qua
20 | P a g e

internet chúng em lựa chọn quạt thông gió cho nhà lưới trồng rau mồng tơi là
loại quạt thông gió JHF.

Quạt thông gió JHF
Đặc trưng:
-

Quạt thông gió nhà lưới JHF trải qua đợt kiểm tra giới hạn 360 giờ để đảm
bảo hiệu quả hoạt động của quạt.

-

Quạt sử dụng moto tiêu thụ ít năng lượng, có thể hoạt động ở nhiệt độ cao
và môi trường ẩm ướt.

-

Cánh quạt làm từ nhôm với góc quay rộng, khối lượng nhẹ, ít tiếng ồn và
khả năng chống ăn mòn cao.

-

Cửa lưới an toàn trước và sau đảm bảo quạt hoạt động an toàn.

-

Chốt treo làm bằng thép chống gỉ.

Thông số kỹ thuật:
-

Model: JHF – 40.

-

Điện áp: 220V.

-

Tần số: 50Hz.

-

Công suất: 80W.

-

Lưu lượng khí: 4600 m3 /h.

-

Áp suất tổng: 60Pa.

-

Dòng khí: 12 – 16 m.

-

Kích thước: 460*460*310 mm.

21 | P a g e


c. Van điều áp

Van điều áp
-

Pitton làm bằng acetalic resin

-

Áp lực đầu vào tối đa 25 bar/363 PSI

-

Nhiệt độ tối đa 80°C/176°F

-

Thân van làm bằng đồng theo tiêu chuẩn UNI EN 1982 CC753S

-

Các bộ phận khác cũng làm bằng đồng theo tiêu chuẩn UNI EN 12165 CW
617N

-

Đĩa đêm bằng thép không gỉ theo tiêu chuẩn AISI 303

-

Gioăng cao su và gioăng đĩa đệm làm bằng cao su NBR

d. Van điện

Van điện
 Mã sản phẩm: 2W 160-15
- Mô tả: Là van nước điều khiển đóng - mở bằng điện áp 220VAC

22 | P a g e


- Trạng thái bình thường van luôn đóng, khi cần mở van thì cấp điện 220V cho
van.
 Thông số kỹ thuật:
+ Điện áp điều khiển 220VAC 50Hz
+ Đường kính ống ren trong: 21mm
+ Nhiệt độ môi trường làm việc từ -50 C đến 800C
+ Áp suất chịu được tối đa 7kg/cm2
+ Khối lượng: 850 gram
+ Kích thước (Dài x Rộng x Cao, mm): 120 x 80 x 60
e. Ống nhựa PVC

Ống nhựa dẫn nước PVC
Đặc điểm:

- Mặt trong, ngoài ống bóng, hệ số ma sát nhỏ.
- Chịu được áp lực cao.
- Lắp đặt nhẹ nhàng, chính xác, bền không thấm nước.
- Có độ bền cơ học và độ chịu va đập cao.
- Sử dụng đúng yêu cầu kỹ thuật độ bền không dưới 50 năm.
- Giá thành rẻ, chi phí lắp đặt thấp so với các loại ống khác.
- Độ chịu hóa chất cao.
Tùy theo lưu lượng của máy bơm và khoảng cách bơm dung dịch mà ta lựa
chọn đường kính trong của ống và chiều dài ống phù hợp.

23 | P a g e


f. Vòi phun Coolnet

Đầu vòi phun sương 4 nhánh
-

Vòi phun Coolnet bao gồm 4 đầu vòi phun tạo thành cụm hình chữ thập.

-

Lưu lượng vòi phun 18-20 l/h, (hoặc 5 l/h x 4 đầu phun) dưới áp lực nước
4bars.

-

Áp lực nước khuyên dùng: 4bars. Tuy nhiên vòi phun Coolnet vẫn tiếp tục
phun sương đều với độ hạt nhỏ (30~90 micron) dưới áp lực nước 3bar và
thấp hơn. Đầu nối đầu vào của vòi phun là đầu nối cái, ấn tự động làm chặt.

-

Bộ phận gia trọng giữ cho vòi phun luôn thẳng.

-

Van chống rò rỉ áp suất cao: vỏ màu xanh

-

Áp suất đóng: 2bar

-

Áp suất mở : 3bar

-

Không bị nhỏ giọt khi ngừng hệ thống hoặc khi áp suất giảm.

-

Vật liệu chế tạo:

 Nhựa plastic loại nylon
 Độ chịu ăn mòn hoá học cao
 Ghi nhãn AA (chống axít)

24 | P a g e