NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG VÀ ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG CÁC YẾU TỐ TIỂU KHÍ HẬU TRONG HỆ THỐNG NHÀ KÍNH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
----------------------------------------------

NGUYỄN VĂN HIẾU

NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG VÀ ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG
CÁC YẾU TỐ TIỂU KHÍ HẬU TRONG
HỆ THỐNG NHÀ KÍNH

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT

Thành Phố Hồ Chí Minh, Tháng 12/2010


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
----------------------------------------------

NGUYỄN VĂN HIẾU

NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG VÀ ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG
CÁC YẾU TỐ TIỂU KHÍ HẬU TRONG
HỆ THỐNG NHÀ KÍNH

Chuyên ngành : Kỹ Thuật Cơ Khí
Mã số

:

60 52 14

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT
Hướng dẫn khoa học :
TS. NGUYỄN VĂN HÙNG

Thành Phố Hồ Chí Minh, tháng 12/2010


NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG VÀ ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG CÁC YẾU TỐ
TIỂU KHÍ HẬU TRONG HỆ THỐNG NHÀ KÍNH

NGUYỄN VĂN HIẾU

Hội đồng chấm luận văn:
1. Chủ tịch:

TS. NGUYỄN NHƯ NAM
Đại học Nông Lâm TP. HCM

2. Thư ký:

TS. BÙI NGỌC HÙNG
Đại học Nông Lâm TP. HCM

3. Phản biện 1:

TS. NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG
Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM

4. Phản biện 2:

PGS. TS. TRẦN THỊ THANH
Đại học Nông Lâm TP. HCM

5. Uỷ viên:

TS. NGUYỄN VĂN HÙNG
Đại học Nông Lâm TP. HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HỒ CHÍ MINH
HIỆU TRƯỞNG

i


LÝ LỊCH CÁ NHÂN
Tôi tên là Nguyễn Văn Hiếu, sinh 1973 tại Huyện Chợ Gạo, Tỉnh Tiền Giang,
Con Ông Nguyễn Văn Cầm và Bà Hồ Thị Huệ.
Tốt nghiệp phổ thông trung học tại Trường Trung học phổ thông Chợ Gạo,
Tỉnh Tiền Giang vào năm 1990.
Tốt nghiệp Giáo viên Dạy nghề ngành cơ khí, Hệ chính quy tại Trường Sư
phạm Kỹ thuật Vĩnh Long năm 1996. Sau đó giảng dạy tại trường Công nhân Kỹ
thuật Tiền Giang. Chức vụ giáo viên dạy nghề.
Tốt nghiệp Đại học Ngành Cơ khí Chế tạo máy, hệ tại chức, tại Trường Đại
học Sư phạm Kỹ thuật Thành Phố Hồ Chí Minh năm 2003.
Sau đó làm việc tại Trường Cao đẳng Cộng đồng Tiền Giang nay là Đại học
Tiền Giang, chức vụ Giảng viên.
Tháng 09 năm 2008 theo học Cao học ngành Kỹ thuật Cơ khí tại Trường Đại
học Nông Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh, khu phố 6, phường Linh Trung, quận Thủ
Đức, thành phố Hồ Chí Minh.

Tình trạng gia đình: Vợ Phạm Đỗ Liên Minh kết hôn năm 2000, các con
Nguyễn Hoàng Minh Long sinh năm 2000, Nguyễn Hoàng Thanh Thảo sinh năm
2008.
Địa chỉ liên lạc: Khoa Kỹ thuật Công nghiệp trường Đại học Tiền Giang, số
119 Ấp Bắc, Phường 5, Thành phố Mỹ tho, Tiền Giang.
Điện thoại: 073 3872 626; 0913 730 663
Email

:



ii


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả
nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công
trình nào khác.
Tác giả luận văn

Nguyễn Văn Hiếu

iii


CẢM TẠ
Để hoàn thành luận văn thạc sĩ này tôi xin chân thành bày tỏ lòng kính trọng
và biết ơn sâu sắc đến:
Thầy TS Nguyễn Văn Hùng, Trưởng bộ môn Cơ điện tử Trường Đại học

Nông lâm thành phố Hồ Chí Minh đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn và động viên tôi
thực hiện luận văn này.
Ban Giám hiệu, Phòng sau Đại học, Cô PGS.TS Trần Thị Thanh, Chủ nhiệm
Khoa và tập thể Giảng viên của Khoa Cơ khí - Công nghệ, Trường Đại học Nông
Lâm thành phố Hồ Chí Minh đã tận tình giảng dạy, truyền đạt những kiến thức quí
báu và tạo mọi điều kiện tốt nhất trong quá trình học Cao học cũng như thực hiện
luận văn.
Ban Giám hiệu, Khoa Kỹ thuật, Bộ môn Cơ khí trường Đại học Tiền Giang đã
tạo điều kiện thuận lợi và sắp xếp thời gian cho tôi hoàn thành luận văn.
Tôi cũng xin chân thành cảm ơn:
Anh Đào Duy Vinh và Cô Trần Thị Kim Ngà Bộ môn Cơ điện tử, khoa Cơ khí
- Công nghệ, trường Đại học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh đã giúp đỡ tôi
trong quá trình thiết kế hệ thống điều khiển PLC.
Thầy Nguyễn Hoàng Vũ và Trần Quốc Cường Bộ môn Điện-Điện tử trường
Đại học Tiền Giang đã giúp đỡ tôi trong quá trình thiết kế mạch giao tiếp với
Matlab.
Các bạn học, các bạn đồng nghiệp đã phối hợp, giúp đỡ trong quá trình tôi
thực hiện luận văn.
Vợ tôi luôn chia sẽ, gánh vác trách nhiệm gia đình và động viên tôi hoàn thành
chương trình học Cao học.

iv


Và cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến bậc sinh thành đã sinh
thành, nuôi dưỡng và giáo dục để tôi có được ngày hôm nay.

v

TÓM TẮT
Đề tài “Nghiên cứu mô phỏng và điều khiển tự động các yếu tố tiểu khí hậu
trong hệ thống nhà kính” được tiến hành tại Khoa Cơ khí – Công nghệ, Trường Đại
học Nông lâm Thành phố Hồ Chí Minh thời gian từ tháng 04 năm 2010 đến tháng 12
năm 2010 với kết quả được tóm tắt như sau.
Đã thiết kế 1 mô hình nhà kính dùng trong khảo nghiệm điều khiển tự động
ứng dụng PLC S7-200 giám sát trên WinCC và mô phỏng nhiệt độ và ẩm độ trong
nhà kính bằng matlab.
Kết quả khảo nghiệm so sánh các giải pháp làm mát cho thấy khi nhiệt độ
trong những ngày nóng bức sáng từ 8 - 9 giờ và chiều từ 3 – 4 giờ khi mà bức xạ
mặt trời thấp chỉ cần thông thoáng tự nhiên và lưới cắt nắng thì nhiệt bên trong nhà
kính đảm bảo cho cây trồng phát triển tốt. Khi nắng nóng từ 10 giờ đến 15 giờ và
bức xạ mặt trời cao sử dụng 2 giải pháp cooling pad và phun sương. Ẩm độ không
vượt quá 90 % không gây hại cho cây trồng. Ngoài ra khi nhiệt độ môi trường
xuống thấp trong những ngày có khí hậu lạnh, mô hình nhờ có màng che phủ và
đóng cửa thông thoáng nên nhiệt độ bên trong nhà kính ấm lên từ 2 đến 30C và ẩm
độ ≤ 90%.

vi


ABSTRACT
Thesis “STUDY ON SIMULATION AND CONTROL OF THE CLIMATE
FACTORS IN GREENHOUSE” was done at the Department of Mechatronics,
Nong Lam University of Ho Chi Minh city from april 2010 to december 2010 with
summary result as below.
Automation is one of the best methods to increase capacity and quality for
production and even in agricultural production. Greenhouse in Vietnam has been
expanding quickly to meet the demand of high quality agricultural production.
A model of greenhouse automaic controlled the climate factors was designed

and manufactured at the faculty of Engineering, Nong Lam University to investigae
the response controlling abilities. Besides, a program was built by Matlab to
stimulate these parameters.
Three cooling solutions designed and tested include ventilated roof – cum fan ventilation, cooling pad, and fogging. Outside temperature in Hochiminh city
was rather high and increased at the highest level of about 330C – 350C. The cooling
method of ventilation roof and fan induced the inside temperature decreasing about
1,50C, cooling pad induced the inside temperature decreasing about 40C, and foging
induced the inside temperature decreasing about 50C. Outside relative humidity at
the experimental time in Hochiminh city was highest at about 75%. This parameter
almost was not changed by the cooling method of ventilation roof and fan. The
cooling pad induced the inside relative humidity increasing at the highest level of
80% and foging induced the inside relative humidity increasing at the highest level
of 85% . These highest levels of relative humidity could be accepted for greenhouse
growing.

vii


MỤC LỤC
TRANG
Trang chuẩn y …………………………………………………………………….i
Lý lịch cá nhân …………………………………………………………………..ii
Lời cam đoan ……………………………………………………………………iii
Cảm tạ …………………………………………………………………………...iv
Tóm tắt …………………………………………………………………………...v
Tóm tắt tiếng anh ………………………………………………………………..vi
Mục lục …………………………………………………………………………vii
Danh sách các bảng …………………………………………………………….xii
Danh sách các hình …………………………………………………………….xiii
Danh sách liệt kê các ký hiệu …………………………………………………xvii

1. ĐẶT VẤN ĐỀ.........................................................................................................1
1.1 Dẫn nhập ...............................................................................................................1
1.2 Mục tiêu đề tài .......................................................................................................2
2. TỔNG QUAN .........................................................................................................3
2.1 Các kiểu cấu trúc bảo vệ. ......................................................................................3
2.1.1 Nhà kính (Green houses)....................................................................................3
2.1.2 Nhà nhựa Plastic (Plastic houses) ......................................................................4
2.1.3 Nhà lưới (Screen houses) ...................................................................................4

viii


2.2 Cấu trúc nhà kính ..................................................................................................5
2.3 Yêu cầu các tiểu khí hậu trong nhà kính. ..............................................................7
2.4 Phương pháp thông thoáng trong nhà kính .........................................................17
2.5 Một số nghiên cứu nhà lưới, nhà kính ................................................................19
2.6 Một số nghiên cứu điều khiển tự động trong hệ thống nhà lưới nhà kính ..........28
♦Nhận xét và đề xuất phạm vi thực hiện đề tài ........................................................30
3. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .............................................31
3.1 Nội dung nghiên cứu ...........................................................................................31
3.2 Đối tượng nghiên cứu..........................................................................................31
3.3 Phương pháp nghiên cứu.....................................................................................31
3.3.1 Phương pháp tiếp cận .......................................................................................31
3.3.2 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết ..................................................................32
3.3.3 Phương pháp thiết kế phần điều khiển tự động bằng PLC ..............................32
3.4 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm................................................................36
3.4.1 Phương tiện thực nghiệm .................................................................................36
3.4.2 Phương pháp đo ...............................................................................................40
4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ..............................................................................41
4.1 Thiết kế các cơ cấu điều khiển yếu tố tiểu khí hậu bên trong nhà kính như nhiệt

độ, ẩm độ, ánh sáng của mô hình nhà kính. .....................................................41
4.1.1 Cơ cấu điều khiển cửa thông thoáng ................................................................42
4.1.2 Cơ cấu điều khiển bộ phận chắn sáng ..............................................................43
ix


4.1.3 Thiết kế điều khiển bộ phận phun sương. ........................................................44
4.1.4 Thiết kế bộ phận làm mát bằng Cooling pad. ..................................................46
4.2 Thiết kế điều khiển tự động PLC S7-200 và được giám sát trên winCC............47
4.2.1 Sơ đồ khối điều khiển PLC được giám sát trên phần mềm WinCC. ...............47
4.2.2 Sơ đồ khối điều khiển PLC. .............................................................................47
4.2.3 Chương trình giám sát và điều khiển tự động trên WinCC .............................50
4.3 Thiết bị và chương trình mô phỏng các yếu tố tiểu khí hậu trong nhà kính. ......52
4.3.1 Sơ đồ khối ........................................................................................................52
4.3.2 Biểu diễn nhiệt độ, ẩm độ trong nhà kính phụ thuộc nhiệt độ và ẩm độ môi
trường trên matlab ............................................................................................53
4.3.3 Biểu diễn bề mặt các thông số tiểu khí hậu trong nhà kính ............................55
4.4. Kết quả khảo nghiệm so sánh các giải pháp làm mát ảnh hưởng đến nhiệt độ và
ẩm độ ngoài nhà kính. ......................................................................................57
5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..............................................................................62
5.1 Kết Luận ..............................................................................................................62
5.2 Kiến nghị .............................................................................................................62
6. TÀI LIỆU THAM KHẢO.....................................................................................64
Tiếng Việt: ................................................................................................................64
Tiếng Anh: ................................................................................................................65
7. PHỤ LỤC ..............................................................................................................66
Phụ lục 1 Tính toán, lựa chọn động cơ cho hệ thống lưới cắt nắng ..........................66

x

1.1 Sơ đồ truyền động: ..............................................................................................66
1.2 Tính toán chọn động cơ điện ...............................................................................66
Phụ lục 2 Tính toán chọn bơm hệ thống. ..................................................................69
2.1 Cơ sở tính toán và lựa chọn bơm phun sương ....................................................69
2.2 Công suất của bơm được tính..............................................................................70
Phụ lục 3 Tính toán các thông số Cooling pad .........................................................73
3.1 Tính toán nhiệt độ không khí sau khi qua tấm trao đổi nhiệt (CeLPad) .............73
3.2 Tính toán lượng nước bay hơi .............................................................................74
3.3 Tính chọn công suất máy bơm và lượng nước cấp bổ sung................................75
3.4 Tính toán lượng nước cấp bổ sung F ..................................................................75
3.5 Tính toán lượng nước được phân phối cho các tấm trao đổi nhiệt .....................75
3.6 Tính toán công suất nước của máy bơm .............................................................76
Phụ lục 4 Chương trình điều khiển PLC S7-200 ......................................................79
4.1 Chương trình chính .............................................................................................79
4.2 Chương trình hạ nhiệt .........................................................................................80
4.3 Chương trình tăng nhiệt ......................................................................................82
4.4 Chương trình hạ ẩm.............................................................................................83
4.5 Chương trình tăng ẩm .........................................................................................84
Phụ lục 5 Dữ liệu chương trình WinCC ....................................................................85
5.1 Chương trình thiết lập nhiệt độ ...........................................................................85

xi


5.2 Chương trình thiết lập khi mở giao diện nhà kính ..............................................86
5.3 Chương trình điều khiển từ WinCC ....................................................................87
5.4 Chương trình thông báo khi cài đặt ẩm độ không thích hợp...............................88
5.5 Chương trình báo hiệu trạng thái hoạt động của động cơ ...................................88
5.6 Chương trình hiển thị trạng thái phun sương ......................................................89

5.7 Chương trình chế độ nhấp nháy ..........................................................................89
Phụ lục 6 Kết quả khảo nghiệm các giải pháp làm mát ngày 21/10/2010 ................90
Phụ lục 7 Kết quả thiết kế bộ phận giám sát với matlab ...........................................91
7.1 Khối nguồn .........................................................................................................91
7.2 Khối chuyển đổi tín hiệu từ tương tự sang số .....................................................92
7.3 Khối hiển thị ra bên ngoài ...................................................................................93
7.4 Khối xử lý trung tâm (Vi điều khiển)..................................................................94
7.5 Khối bắt tay giao tiếp giữa vi điều khiển và máy tính ........................................94
7.6 Nguyên lý hoạt động của toàn mạch ...................................................................95
Phụ lục 8 Chương trình cho vi điều khiển ................................................................97
Phụ lục 9 Một số kết quả khảo nghiệm từ ngày 12/10 đến ngày 26/10/2010 .........109
Phụ lục 10 Kết quả khảo nghiệm ảnh hưởng của thông thoáng ngày 26/10/2010 .111
Phụ lục 11 Kết quả khảo nghiệm ảnh các giải pháp làm mát ngày 20/10/2010 .....117
Phụ lục 12 Một số hình ảnh kết quả chế tạo và khảo nghiệm .................................121

xii


DANH SÁCH CÁC BẢNG
BẢNG

TRANG

Bảng 4.1 Các thiết bị chính của hệ thống điều khiển. .....................................................47
Bảng 4.2 Các tính hiệu input và output của hệ thống điều khiển PLC ...........................49
Bảng PL.1 Lưu lượng gió và loại tấm trao đổi ...............................................................73
Bảng PL.2 Hệ số CD của các loại tấm CeLdek ..............................................................75
Bảng PL.3 Kết quả khảo nghiệm được thực hiện ngày 26/10/2010 ...............................76
Bảng PL.6 Kết quả khảo nghiệm ngày 21/10/2010 ........................................................90
Bảng PL.7 mã ASCII của các số tự nhiên từ 0 đến 9 .....................................................97

Bảng PL9.1 Kết quả khảo nghiệm ngày 20/10/2010 ....................................................109
Bảng PL9.2 Kết quả khảo nghiệm ngày 20/10/2010 ....................................................110
Bảng PL9.3 Kết quả khảo nghiệm ngày 20/10/2010 ....................................................110
Bảng PL 10.1 Mở toàn bộ màng che, đóng cửa thông thoáng, giăng lưới cắt nắng ....111
Bảng PL 10.2 Mở toàn bộ màng che, mở cửa thông thoáng ½, giăng lưới cắt nắng ..113
Bảng PL 10.3 Mở toàn bộ màng che, mở hết cửa thông thoáng, giăng lưới cắt nắng 115
Bảng PL11.1 Giải pháp làm mát Cooling pad ngày 20/10/2010 ..................................117
Bảng PL11.2 Giải pháp làm mát phun sương ngày 20/10/2010 ...................................119

xiii


DANH SÁCH CÁC HÌNH
HÌNH

TRANG

Hình 2.1 Nhà kính hiện đại ở khu vực Silou, Đài loan. .............................................3
Hình 2.2 Nhà vòm với nhựa plastic ở AVRDC .........................................................4
Hình 2.3 Nhà lưới trồng rau ăn lá ở Silou, Đài Loan .................................................4
Hình 2.4 Cấu trúc nhà kính.........................................................................................6
a. Cấu trúc thông thoáng nhà kính cho vùng nhiệt đới ...............................................6
b. Cấu trúc thông thoáng nhà kính cho vùng ôn đới ...................................................6
c. Cấu trúc thông thoáng nhà kính cho vùng khí hậu lạnh ..........................................6
Hình 2.5 Mô hình biểu diễn các yếu tố tiểu khí hậu trong nhà lưới...........................7
Hình 2.6 a Mô hình biểu diễn nhiệt do bức xạ mặt trời .............................................8
b. Nguyên lý xác định nhiệt hấp thụ của cây trồng trong nhà kính ............................8
Hình 2.7 Biểu đồ trắc ẩm độ.....................................................................................11
Hình 2.8 Biểu đồ vùng gió tác động .........................................................................13
Hình 2.9 Sơ đồ nguyên lý thông thoáng cho nhà kính theo Hanan (1998) ..............14

Hình 2.10 Mô hình làm mát nhà kính ......................................................................14
Hình 2.11 Lưới cắt nắng Aluminet ...........................................................................15
Hình 2.12 Vòi phun sương làm mát nhà kính ..........................................................15
Hình 2.13 Làm mát kiểu cooling pad .......................................................................16
Hình 2.14 Biểu đồ thể hiện vùng không phù hợp sử dụng cooling pad ...................16
Hình 2.15 a. Thông thoáng tự nhiên b. Thông thoáng cưỡng bức dùng quạt ..........17
Hình 2.16 Mô phỏng ảnh hưởng của thông thoáng đến phân bố nhiệt ....................17
Hình 2.17 Hệ thống quạt thông thoáng trong nhà kính ............................................18

xiv


Hình 2.18 Phân bố gió cưỡng bức nhờ bố trí quạt trong nhà kính. ..........................18
Hình 2.19 Cấu trúc rèm mái và rèm hông ................................................................19
Hình 2.20 Hệ thống nhà kính 244 m2 được lắp đặt Bình Sơn ..................................23
Hình 2.21 Mô hình hệ thống nhà lưới 400m2được ứng dụng tại Thanh Hoá ..........24
Hình 2.22 Sơ đồ hệ thống điều khiển môi trường nhà kính dạng lập trình ..............29
Hình 2.23 Giao diện điều khiển bởi lập trình Visual Basic .....................................29
Hình 3.1 Giải thuật điều khiển nhiệt độ, ẩm độ. ......................................................33
Hình 3.2 Giải thuật điều khiển nhiệt độ, ẩm độ. ......................................................34
Hình 3.3 Thiết bị đo Ulab 006p CMA sử dụng để thu thập số liệu .........................36
Hình 3.4 Cảm biến nhiệt độ......................................................................................37
Hình 3.5 Cảm biến ẩm độ .........................................................................................38
Hình 3.6 Thiết bị đo bức xạ mặt trời ........................................................................38
Hình 3.7 Biểu đồ trắc ẩm và nhiệt kế bầu ướt, bầu khô ...........................................39
Hình 3.8 Vị trí đặt các lớp cảm biến đo trên mô hình ..............................................40
Hình 3.9 Vị trí đặt cảm biến đo trên mô hình...........................................................40
Hình 4.1 Mô hình nhà kính phục vụ khảo nghiệm ...................................................41
Hình 4.2 Cơ cấu điều khiển mái thông thoáng .........................................................42
Hình 4.3 Bộ phận chắn sáng thông qua đóng mở lưới cắt nắng...............................43

Hình 4.4 Sơ đồ chiếu đứng bộ phận phun sương .....................................................45
Hình 4.5 Sơ đồ chiếu bằng bộ phận phun sương......................................................45
Hình 4.6 Bộ phận làm mát Cooling pad ...................................................................46
Hình 4.7 Sơ đồ khối của bộ điều khiển bằng PLC và giám sát trên WinCC ...........47
Hình 4.8 Mạch điều khiển (nối PLC S7-200) ..........................................................48
Hình 4.9 Giao diện chương trình điều khiển trên WinCC .......................................50

xv


Hình 4.10 Giao diện thiết lập nhiệt độ, ẩm độ giới hạn trên và dưới .......................51
Hình 4.11 Thông tin hoạt động của cơ cấu chấp hành .............................................51
Hình 4.12 Giao diện lưu trữ dữ liệu và đồ thị theo thời gian ...................................52
Hình 4.13 Sơ đồ khối mạch thu thập và hiển thị dữ liệu .........................................52
Hình 4.14 Giao diện biểu diễn giải pháp thông thoáng ............................................53
Hình 4.15 Giao diện biểu diễn giải pháp làm mát Cooling pad ...............................53
Hình 4.16 Giao diện biểu diễn giải pháp làm mát Phun sương................................54
Hình 4.17 Giao diện mô phỏng nhiệt độ nhà kính trước thông thoáng ...................55
Hình 4.18 Giao diện mô phỏng nhiệt độ nhà kính lớp1 sau thông thoáng ..............55
Hình 4.19 Giao diện mô phỏng nhiệt độ nhà kính lớp2 sau thông thoáng ...............56
Hình 4.20 Giao diện mô phỏng nhiệt độ nhà kính lớp 3 sau thông thoáng..............56
Hình 4.21 Biểu đồ so sánh nhiệt độ các giải pháp làm mát theo thời gian ..............57
Hình 4.22 Biểu đồ so sánh các giải pháp làm mát phụ thuộc vào bức xạ mặt trời và
nhiệt độ không khí bên ngoài nhà kính. .........................................................58
Hình 4.23 Biểu đồ so sánh các giải pháp làm mát phụ thuộc vào bức xạ và ẩm độ
tương đối không khí bên ngoài nhà kính........................................................59
Hình 4.24 Biểu đồ so sánh các giải pháp làm mát phụ thuộc vào nhiệt độ và ẩm độ
tương đối không khí bên ngoài nhà kính. ......................................................60
Hình PL.1 Sơ đồ truyền động hệ thống cắt nắng .....................................................66
Hình PL.2 Biểu đồ tra lượng ẩm trong không khí ...................................................74

Hình PL.3 Biểu đồ sự giảm nhiệt độ trong ngày hệ thống làm mát Cooling pad ....77
Hình PL.5 Chế tạo lắp đặt hệ thống làm mát Cooling pad ......................................78
Hình PL7.1 Sơ đồ khối mạch thu thập và hiển thị giá trị ........................................91
Hình PL7.2 Sơ đồ khối mạch thu thập và hiển thị dữ liệu .......................................91
Hình PL7.3 Sơ đồ mạch chuyển đổi ADC ...............................................................92

xvi


Hình PL7.4 Sơ đồ mạch hiển thị giá trị cảm biến ra bên ngoài ...............................93
Hình PL.9 Sơ đồ mạch khối xử lý trung tâm ...........................................................94
Hình PL.10 Sơ đồ mạch giao tiếp máy tính ..........................................................95
Hình PL12.1 Lắp đặt bơm và béc phun sương...................................................121
Hình PL12.2 Chế tạo và lắp đặt Cooling pad ........................................................121
Hình PL12.3 Chế tạo và lắp đặt lưới cắt nắng .......................................................122
Hình PL12.4 Mô hình khảo nghiệm trên Win CC và S7-200................................122
Hình PL12.5 Khảo nghiệm vận tốc gió Cooling pad. ............................................122

xvii


DANH SÁCH LIỆT KÊ CÁC KÝ HIỆU

Ký hiệu
T

Đơn vị
0

Ý nghĩa

C

Nhiệt độ thực

T1

-

Nhiệt độ cài đặt mức dưới trong nhà kính

T2

-

Nhiệt độ cài đặt mức trên trong nhà kính

RH

%

Ẩm độ thực

RH1

-

Ẩm độ cài đặt mức dưới trong nhà kính

RH2

-

Ẩm độ cài đặt mức trên trong nhà kính

Rdir

W/m2

Rlw

-

Nhiệt bức xạ có bước dài

Hs

-

Nhiệt đối lưu giữa cây trồng và không khí

Rref

-

Nhiệt bức xạ có bước ngắn

Hw

-

Ẩn nhiệt thoát ra từ cây

P

W

Năng lượng quang hợp

M

W

Năng lượng thải ra từ hô hấp

Nhiệt bức xạ trực tiếp từ mặt trời

xviii


P

N

Phản lực tiếp tuyến tác dụng lên trục

nt

Vòng/ph

D

Mm

Đường kính bánh xích kéo lưới

N

kW

Công suất truyền trên trục thu –giăng màn

η

%

Hiệu suất truyền chung

Nct

W

Công suất cần thiết

η1

%

Hiệu suất bộ truyền xích

η2

%

Hiệu suất bộ truyền bánh răng trụ

η3

%

Hiệu suất 1 cặp ổ lăn

Số vòng quay của trục dẫn

ic

Tỷ số truyền chung của cả hệ dẫn động

Z1

Số răng của đĩa xích dẫn

Z2

Số răng của đĩa xích bị dẫn

T

Mm

Bước xích

A

Mm

Khoảng cách trục

X
U

Số mắt xích
Lần

Số lần va đập của bản lề xích trong một giây

xix


dc1

Mm

Đường kính vòng chia xích dẫn

dc2

Mm

Đường kính vòng chia đĩa xích bị dẫn

Q

m3/s

Lưu lượng của bơm

Ntl

W

Công suất thủy lực

Γ

N/m3

Là trọng lượng riêng của chất lỏng

H

mH2O

Cột áp toàn phần của bơm

hw1

-

Tổn thất trên 2 đoạn ống mền 21

hw2

-

Tổn thất trên các đoạn ống 34

Λ

Niuton

pa

Pa

Áp suất khí quyển.

H

M

Chiều cao tấm CeLpad

D

M

Chiều dày tấm CeLpad

t1db

0

Nhiệt độ bầu khô môi trường

t1wb

0

Nhiệt độ bầu ướt môi trường

C
C

Là hệ số ma sát

V

m/s

Vận tốc gió

ΔP

Pa

Độ giảm áp suất

xx

Chương 1

ĐẶT VẤN ĐỀ
1.1 Dẫn nhập
Với xu hướng công nghiệp hoá, hiện đại hoá vào Nông nghiệp. Một trong
những hướng công nghiệp hoá nông nghiệp là áp dụng hình thức sản xuất kiểu công
nghiệp tức là thực hiện thâm canh hiệu quả cao và bền vững bằng phương thức sản
xuất nông nghiệp hiện đại, sản xuất quanh năm không phụ thuộc vào điều kiện khí
hậu môi trường. Để đáp ứng được mục tiêu này nhất thiết các cây trồng phải được
trồng trong nhà trồng, trong đó hệ thống thiết bị điều khiển tiểu khí hậu trong nhà
trồng nhằm tạo ra môi trường tốt cho cây trồng phát triển là yếu tố quyết định. Ứng
dụng kỹ thuật trồng cây trong nhà lưới, nhà kính sẽ mang lại hiệu quả thiết thực cho
người sản xuất cũng như nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm nông nghiệp.
Việc nghiên cứu điều khiển tự động tiểu khí hậu trong nhà lưới, nhà kính là rất cần
thiết và có ý nghĩa lớn góp phần hạ giá thành thiết bị, nâng cao năng suất và chất
lượng sản phẩm.
Hiện nay trên thế giới có nhiều nước đã ứng dụng thành công tự động hoá vào
sản xuất nông nghiệp và họ đã đạt được những kết quả rất cao về năng suất và chất
lượng sản phẩm nông nghiệp.
Ở Việt Nam ứng dụng rất rộng rãi các mô hình nhà lưới với cấu trúc, hình
dạng, kết cấu khác nhau phù hợp với điều kiện khí hậu của từng vùng. Việc nhập
các mẫu nhà lưới của nước ngoài ứng dụng ở nước ta chưa phát huy được tính ưu
việt do không phù hợp với điều kiện khí hậu, giá thành cũng như chi phí cho quản
lý vận hành... việc nghiên cứu lựa chọn, cải tiến các mẫu nhà lưới của các nước cho

1


phù hợp với điều kiện khí hậu, kinh tế - kỹ thuật cũng như việc ứng dụng và phát

triển ở nước ta là cần thiết.
Trên cơ sở kế thừa các công trình đã được công bố nhằm ứng dụng tự động
hóa vào việc điều khiển tiểu khí hậu trong hệ thống nhà lưới, nhà kính để nâng cao
năng suất cây trồng và chất lượng sản phẩm cũng như góp phần giảm giá thành với
các mô hình ngoại nhập. Chúng tôi thực hiện đề tài: “Nghiên cứu mô phỏng và
điều khiển tự động các yếu tố tiểu khí hậu trong hệ thống nhà kính”
1.2 Mục tiêu đề tài
Nghiên cứu mô phỏng các yếu tố tiểu khí hậu trong nhà kính nhằm tạo thuận
lợi cho việc giám sát và điều khiển.
Nghiên cứu điều khiển tự động các yếu tố tiểu khí hậu bên trong mô hình hệ
thống nhà kính như: nhiệt độ, ẩm độ, ánh sáng nhằm mục đích nâng cao mức độ tự
động hóa đáp ứng yêu cầu phục vụ trồng rau và cây cảnh có giá trị cao.
Kết quả nghiên cứu nhằm góp phần thuận tiện trong việc thiết kế, chế tạo và
vận hành điều khiển tự động tiểu khí hậu trong hệ thống nhà kính để từ đó làm tăng
năng suất và chất lượng sản phẩm nông nghiệp chất lượng cao.

2


Chương 2

TỔNG QUAN
2.1 Các kiểu cấu trúc bảo vệ.
- Nhà kính (Green houses)
- Nhà nhựa plastic (Plastic houses)
- Nhà lưới (Screen houses)
2.1.1 Nhà kính (Green houses)
Cấu trúc nhà kính như hình 2.1, khung nhà làm bằng thép không rỉ hay hợp
kim nhôm, mái che là những tấm lợp bằng nhựa cứng (transparentt rigid plates).
Những tấm lợp này có thể làm bằng kính sợi tổng hợp (fiberglass), hữu cơ tổng hợp

(acrylic), hay carbon tổng hợp (polycarbonate).

Hình 2.1 Nhà kính hiện đại ở khu vực Silou, Đài loan

3