THIẾT KẾ CHẾ TẠO KHẢO NGHIỆM HỆ THỐNG ĐỊNH ÔN TỰ ĐỘNG

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

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ CHẾ TẠO KHẢO NGHIỆM
HỆ THỐNG ĐỊNH ÔN TỰ ĐỘNG

Họ và tên sinh viên:

HỒ CHÍ CƯỜNG
NGUYỄN HOÀNG PHƯƠNG QUANG

Ngành : CƠ ĐIỆN TỬ
Niên học : 2007-2011

Tháng 06 năm 2011


THIẾT KẾ CHẾ TẠO KHẢO NGHIỆM
HỆ THỐNG ĐỊNH ÔN TỰ ĐỘNG

Tác giả

Hồ Chí Cường
Nguyễn Hoàng Phương Quang

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp bằng kỹ sư ngành
Cơ điện tử

Giáo viên hướng dẫn:

TS.Nguyễn Văn Hùng
KS. Kiều Việt Quốc

-Thành phố Hồ Chí Minh,tháng 6 năm 2011-


Lời cảm tạ
Lời đầu tiên chúng em xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu trường Đại Học
Nông Lâm Thành phố Hồ Chí Minh, Ban Chủ Nhiệm Khoa Cơ Khí – Công Nghệ cùng
toàn thể quý thầy cô đã tận tình dạy dỗ và truyền đạt kiến thức cho chúng em trong thời
gian học tập tại trường.
Chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô đã giảng dạy chúng em, đặc biệt là
các thầy cô trong Bộ môn Cơ điện tử.
Chúng em chân thành cảm ơn thầy TS. Nguyễn Văn Hùng đã giúp chúng em hoàn
thành tốt luận văn.
Chúng em xin chân thành cảm ơn KS.Lê Tấn Đức và KS. Kiều Việt Quốc, người
đã giúp đỡ chúng em rất nhiều về định hướng nghiên cứu và thiết bị phục vụ cho đề tài.
Chúng em xin chân thành cảm ơn KS. Nguyễn Trung Trực đã hướng dẫn tận tình
chúng em phần thiết bị điều khiển tự động.
Và cuối cùng chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn Cha, Mẹ và những người thân
trong gia đình đã nuôi dưỡng, yêu thương và tạo điều kiện cho chúng em có được kết
quả như ngày hôm nay.
Chúng em xin chân thành cảm ơn tất cả!

ii


TÓM TẮT
Đề tài nghiên cứu “ Thiết kế chế tạo khảo nghiệm hệ thống định ôn tự động”.
Được tiến hành tại xưởng CK6 xưởng Cơ Khí trường Đại học Nông Lâm Thành Phố

Hồ chí Minh, năm 2011.
Kết quả thu được:
•

Thực hiện được mô hình phòng định ôn và các thiết bị phục vụ cho công tác

khảo nghiệm bao gồm : Máy điều hoà nhiệt độ, động cơ phun sương, quạt hút, đèn.
•

Kết quả tính toán được năng suất lạnh cần thiết cho mô hình phòng định ôn

và hệ thống phòng định ôn 40m2
•

Kết quả điều khiển được nhiệt độ và ẩm độ. Giám sát được nhiệt độ, ẩm độ và

các cơ cấu chấp hành trên màn hình giám sát, điều khiển HMI và PC.
•

Kết quả khảo nghiệm thu được: Khi ta giảm kích thước phòng trung gian so

với ban đầu (1m3) thì nhiệt độ phòng định ôn giảm nhanh hơn, ẩm độ phòng định
ôn tương đối ổn định, chi phí năng lượng riêng tiêu tốn nhiều hơn.

iii


Mục lục
TÓM TẮT.................................................................................................................... iii
Mục lục......................................................................................................................... iv

Danh sách các chữ viết tắt............................................................................................ix
Danh mục hình............................................................................................................... x
Danh mục bảng.............................................................................................................xi
Chương 1....................................................................................................................... 1
MỞ ĐẦU....................................................................................................................... 1
1.1 Đặt vấn đề................................................................................................................ 1
1.2 Mục đích.................................................................................................................. 1
1.3 Yêu cầu.................................................................................................................... 2
Chương 2....................................................................................................................... 3
TỔNG QUAN................................................................................................................ 3
2.1 Tổng quan phòng định ôn........................................................................................3
2.1.1 Khái quát phòng định ôn.......................................................................................3
2.1.2 Vai trò của phòng định ôn.....................................................................................3
2.1.3 Một số kết quả nghiên cứu trong nước và trên thế giới về hệ thống định ôn.........4
2.1.3.1 Một số kết quả nghiên cứu trong nước...............................................................4
Hình 2.1: Phòng nuôi cấy mô....................................................................................................4

2.1.3.2 Một số kết quả nghiên cứu ở nước ngoài..........................................................4
Hình 2.2: Hệ thống tủ định ôn tại New Delhi............................................................................4
Hình 2.3: Hệ thống định ôn tại phòng thí nghiệm ở Bắc Carolina............................................5

2.2 Yêu cầu các tiểu khí hậu trong phòng định ôn.........................................................5
2.2.1 Nhiệt độ................................................................................................................6
Hình 2.4: Các yếu tố tiểu khí hậu trong nhà định ôn.................................................................6

2.2.2 Độ ẩm...................................................................................................................6
Hình 2.5: Biểu đồ trắc ẩm..........................................................................................................7

2.2.3 Ánh sáng...............................................................................................................7
2.3 Làm mát bằng hệ thống điều hòa không khí............................................................8

Hình 2.6: Hệ thống làm mát......................................................................................................8
iv


2.4Tổng quan về PLC S7-200 (CPU 224)......................................................................8
2.4.1 PLC là gì ?............................................................................................................8
2.4.2 Đặc tính kỹ thuật của PLC S7-200( CPU 224)......................................................9
Hình 2.7: Kết cấu phần cứng PLC.............................................................................................9
Hình 2.8: Sơ đồ chân cổng truyền thông.................................................................................10
Bảng 2.1: Chức năng chân kết nối PLC................................................................................................10

Hình 2.9: Sơ đồ kết nối PLC S7-200 và máy tính...................................................................10
Bảng 2.2: Trạng thái làm việc của PLC.................................................................................................11

2.4.3 Cấu trúc bộ nhớ, các vùng nhớ và địa chỉ bộ nhớ trong S7-200..........................11
Hình 2.10: Miền nhớ PLC.......................................................................................................12
Các vùng nhớ:..........................................................................................................................12

2.4.4 Thực hiện chương trình.......................................................................................12
Hình 2.11: Vòng quét của PLC................................................................................................13

2.5 Màn hình hiển thị HMI..........................................................................................13
Hình 2.12: Màn hình hiển thị, điều khiển HMI.......................................................................13
Bảng 2.3: Thông số kĩ thuật của màn hình điều khiển, giám sát HMI................................................13

2.6 Tổng quan truyền thông sử dụng chế độ FREEPORT............................................14
2.6.1 Giới thiệu:..........................................................................................................14
2.6.2 Ứng dụng của chế độ freeport.............................................................................14
2.6.3 Các yêu cầu kỹ thuật...........................................................................................15
2.6.4 Khởi động chế độ Freeport.................................................................................15

Bảng 2.4: Các byte điều khiển SMB30 và SMB130.............................................................................15

2.7 Cảm biến đo nhiệt độ, ẩm độ SHT75.....................................................................16
Hình 2.13: Sơ đồ chân cảm biến..............................................................................................16

2.8 Vi điều khiển PIC16F877A....................................................................................17
Hình 2.14: Sơ đồ chân lý PIC16F877A...................................................................................18
Bảng 2.5: Đặc tính kỹ thuật của PIC6F877A........................................................................................18

2.9 Tổng quan CCS......................................................................................................19
Hình 2.15: Giao diện phần mềm CCS.....................................................................................19

2.10 Tổng quan về phần mềm giám sát CITECT SCADA...........................................20
Hình 2.16: Giao diện làm việc của CITECT SCADA.............................................................20

2.11 Phần mềm PC ACCESS.......................................................................................21
v


Hình 2.17: Giao diện làm việc của PC ACCESS....................................................................21

Chương 3..................................................................................................................... 23
NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.....................................................23
3.1 Nội dung nghiên cứu..............................................................................................23
3.2 Linh kiện, thiết bị được sử dụng trong thiết kế và điều khiển................................23
3.3 Phương pháp nghiên cứu.......................................................................................23
3.3.1 Phương pháp thực hiện mô hình phòng định ôn để nghiên cứu khảo nghiệm.....23
3.3.2 Phương pháp bố trí thí nghiệm............................................................................24
3.3.2.1 Dụng cụ khảo sát..............................................................................................24
Hình 3.1:Nhiệt kế khô và ướt..................................................................................................24

Hình 3.2: Đồng hồ đo nhiệt độ và ẩm độ DSFOX-301AR.....................................................25
Hình 3.3: Thiết bị đo công suất Hioki 3286-20.......................................................................25
Hình 3.4: Công tơ điện EMIC CV140-1-3..............................................................................25
Bảng 3.1: Thông số kỹ thuật của công tơ điện....................................................................................25

Hình 3.5: Thiết bị đo Ulab 006p CMA sử dụng để thu thập số liệu........................................26
Bảng 3.2: Thông số kỹ thuật của ULAP006P CMA..............................................................................27

3.3.2.2 Phương pháp tiến hành khảo sát.......................................................................27
Hình 3.6: Sơ đồ bố trí ẩm kế_hình chiếu bằng........................................................................27
Hình 3.7: Sơ đồ bố trí ẩm kế_hình chiếu đứng.......................................................................28

3.3.3 Phương pháp thiết kế mạch điều khiển tự động và giám sát...............................28
3.3.3.1 Sơ đồ mạch điều khiển.....................................................................................28
Hình 3.8:Sơ đồ khối mạch điều khiển.....................................................................................28

3.3.3.2 Phương pháp thiết kế, giám sát, điều khiển trên HMI và PC...........................29
Chương 4..................................................................................................................... 30
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.....................................................................................30
4.1 Thiết kế mô hình hệ thống định ôn phục vụ khảo nghiệm.....................................30
4.1.1 Kết quả thiết kế phần cơ khí phục vụ khảo nghiệm............................................30
Hình 4.1: Mô hình nhà định ôn phục vụ khảo nghiệm............................................................31
Hình 4.2: Mô hình phòng định ôn...........................................................................................31

4.1.1.1 Kích thước phòng định ôn................................................................................31
Bảng 4.1: Kích thước phòng định ôn khảo nghiệm............................................................................31

4.1.1.2 Cơ sở tính toán hệ thống lạnh của thiết bị định ôn...........................................31
vi

4.1.1.2.1 Tổng nhiệt hiện của hệ thống........................................................................32
4.1.1.2.2 Tổng nhiệt ẩn của hệ thống...........................................................................35
4.1.2 Kết quả thiết kế phần điều khiển.........................................................................35
4.1.2.1 Kết quả thiết kế bộ vi điều khiển......................................................................35
4.1.2.1.1 Sơ đồ khối.....................................................................................................35
Hình 4.3: Sơ đồ khối bộ điều khiển PIC 16F877A.................................................................36

4.1.2.1.2 Lưu đồ giải thuật...........................................................................................36
Hình 4.4: Lưu đồ giải thuật vi điều khiển...............................................................................36

4.1.2.1.3 Mạch mô phỏng............................................................................................37
Hình 4.5: Mạch thiết kế bộ vi điều khiển PIC6F877A............................................................37
Hình 4.6: Bộ vi điều khiển PIC16F877A................................................................................38
Bảng 4.2: Chú thích về các giá trị trên bo mạch điều khiển PIC16F877A..........................................38

4.1.2.2 Kết quả thiết kế bộ phận điều khiển PLC.........................................................39
4.1.2.2.1 Sơ đồ khối.....................................................................................................39
Hình 4.7: Sơ đồ khối của bộ điều khiển bằng PLC và giám sát trên HMI,Citect...................39
Hình 4.8: Mạch điều khiển......................................................................................................40
Bảng 4.3: Hình ảnh hệ thống điều khiển nhà định ôn........................................................................40

4.1.2.2.2 Lưu đồ giải thuật...........................................................................................41
Hình 4.9: Lưu đồ giải thuật PLC.............................................................................................41

4.1.2.2.3 Mạch kết nối phần cứng PLC........................................................................42
Hình 4.10: Kết nối phần cứng PLC.........................................................................................42
Bảng 4.4: Các thiết bị chính của hệ thống điều khiển bằng PLC........................................................42
Bảng 4.5: Kết nối dây bộ điều khiển bằng PLC....................................................................................42

4.1.2.3 Kết quả thiết kế bộ giám sát trên HMI.............................................................43
4.1.2.3.1 Giao diện chương trình chính........................................................................43
Hình 4.11:Giao diện chính điều khiển trên HMI.....................................................................44

4.1.2.3.2 Màn hình TEST trong HMI...........................................................................44
Hình 4.12: Màn hình giao diện TEST.....................................................................................44

4.1.2.3.3 Màn hình TEMP1 và HUID1 trong HMI......................................................44
Hình 4.13: Màn hình TEMP1..................................................................................................44
Hình 4.14: Màn hình TEMP2..................................................................................................45

4.1.2.4 Kết quả thiết kế bộ giám sát trên citect SCADA..............................................45
vii


4.1.2.4.1 Giao diện chương trình chính........................................................................45
Hình 4.15: Giao diện làm việc của hệ thống Citect SCADA..................................................46
Hình 4.16: Hiển thị sự biến đổi về nhiệt độ, ẩm độ phòng định ôn........................................46

4.1.2.4.2 Màn hình chạy điều khiển của Citect SCADA..............................................46
Hình 4.17: Giao diện kết quả chạy Citect SCADA.................................................................47

4.2 Kết quả khảo nghiệm.............................................................................................48
4.2.1 Kết quả khảo nghiệm nhiệt độ............................................................................48
Bảng 4.6: Tỉ lệ kích thuớc buồng trung gian và buồng định ôn..........................................................48
Bảng 4.7: Nhiệt độ trung bình phòng định ôn khảo nghiệm trong ba ngày với kích thước buồng
trung gian thay đổi...............................................................................................................................48

Hình 4.18: Biểu đồ so sánh sự thay đổi nhiệt độ của phòng định ôn khi khảo nghiệm..........49

4.2.2 Kết quả khảo nghiệm ẩm độ...............................................................................49
Bảng 4.8: Ẩm độ trung bình phòng định ôn khảo nghiệm trong ba ngày với kích thước buồng trung
gian thay đổi........................................................................................................................................50

Hình 4.19: Biểu đồ so sánh sự thay đổi ẩm độ của phòng định ôn khi khảo nghiệm.............50

4.2.3 Kết quả khảo nghiệm, so sánh chi phí năng lượng riêng.....................................51
Bảng 4.9: Chi phí năng lượng riêng phòng định ôn khảo nghiệm trong ba ngày với kích thước
buồng trung gian thay đổi...................................................................................................................51

4.3 Thiết kế hệ thống định ôn 40m2............................................................................52
4.3.1 Kích thước thiết kế hệ thống định ôn..................................................................52
Bảng 4.10: Kích thước hệ thống định ôn............................................................................................52

..................................................................................................................................... 53
Hình 4.21: Hệ thống phòng định ôn.............................................................................53
4.3.2 Cơ sở tính toán hệ thống lạnh của thiết bị định ôn 40m2....................................54
4.3.2.1 Tổng nhiệt hiện của hệ thống...........................................................................54
Chương 5..................................................................................................................... 60
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ..........................................................................................60
5.1 Kết luận.................................................................................................................. 60
5.2 Đề nghị..................................................................................................................60
TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................61
PHỤ LỤC.................................................................................................................... 62
Phụ lục 1: Chương trình chính vi điều khiển PIC16F877A....................................................62
viii


Phụ lục 2: Chương trình hiển thị trên màn hình LCD của vi điều khiển.................................63
Phụ lục 3: Chương trình điều khiển cảm biến nhiệt độ và ẩm độ SHT75...............................66

Danh sách các chữ viết tắt

PLC: Programmable Logic Controller
SCADA: Supervisory Control And Data Asquisition
VDK: Vi điều khiển
PIC: Programable Intelligent Computer
RCV: Receive instruction
XMT: Transmit instruction
HMI: Human Machine Interface

ix


Danh mục hình
Hình 2.1: Phòng nuôi cấy mô........................................................................................4
Hình 2.2: Hệ thống tủ định ôn tại New Delhi................................................................4
Hình 2.3: Hệ thống định ôn tại phòng thí nghiệm ở Bắc Carolina.................................5
Hình 2.4: Các yếu tố tiểu khí hậu trong nhà định ôn......................................................6
Hình 2.5: Biểu đồ trắc ẩm..............................................................................................7
Hình 2.6: Hệ thống làm mát...........................................................................................8
Hình 2.7: Kết cấu phần cứng PLC.................................................................................9
Hình 2.8: Sơ đồ chân cổng truyền thông......................................................................10
Hình 2.9: Sơ đồ kết nối PLC S7-200 và máy tính........................................................10
Hình 2.10: Miền nhớ PLC...........................................................................................12
Các vùng nhớ:.............................................................................................................. 12
Hình 2.11: Vòng quét của PLC....................................................................................13
Hình 2.12: Màn hình hiển thị, điều khiển HMI............................................................13
Hình 2.13: Sơ đồ chân cảm biến..................................................................................16
Hình 2.14: Sơ đồ chân lý PIC16F877A.......................................................................18

Hình 2.15: Giao diện phần mềm CCS..........................................................................19
Hình 2.16: Giao diện làm việc của CITECT SCADA..................................................20
Hình 2.17: Giao diện làm việc của PC ACCESS.........................................................21
Hình 3.1:Nhiệt kế khô và ướt.......................................................................................24
Hình 3.2: Đồng hồ đo nhiệt độ và ẩm độ DSFOX-301AR...........................................25
Hình 3.3: Thiết bị đo công suất Hioki 3286-20............................................................25
Hình 3.4: Công tơ điện EMIC CV140-1-3...................................................................25
Hình 3.5: Thiết bị đo Ulab 006p CMA sử dụng để thu thập số liệu.............................26
Hình 3.6: Sơ đồ bố trí ẩm kế_hình chiếu bằng.............................................................27
Hình 3.7: Sơ đồ bố trí ẩm kế_hình chiếu đứng............................................................28
Hình 3.8:Sơ đồ khối mạch điều khiển..........................................................................28
Hình 4.1: Mô hình nhà định ôn phục vụ khảo nghiệm.................................................31
Hình 4.2: Mô hình phòng định ôn................................................................................31
x


Hình 4.3: Sơ đồ khối bộ điều khiển PIC 16F877A......................................................36
Hình 4.4: Lưu đồ giải thuật vi điều khiển....................................................................36
Hình 4.5: Mạch thiết kế bộ vi điều khiển PIC6F877A.................................................37
Hình 4.6: Bộ vi điều khiển PIC16F877A.....................................................................38
Hình 4.7: Sơ đồ khối của bộ điều khiển bằng PLC và giám sát trên HMI,Citect.........39
Hình 4.8: Mạch điều khiển...........................................................................................40
Hình 4.9: Lưu đồ giải thuật PLC..................................................................................41
Hình 4.10: Kết nối phần cứng PLC..............................................................................42
Hình 4.11:Giao diện chính điều khiển trên HMI..........................................................44
Hình 4.12: Màn hình giao diện TEST..........................................................................44
Hình 4.13: Màn hình TEMP1......................................................................................44
Hình 4.14: Màn hình TEMP2......................................................................................45
Hình 4.15: Giao diện làm việc của hệ thống Citect SCADA.......................................46
Hình 4.16: Hiển thị sự biến đổi về nhiệt độ, ẩm độ phòng định ôn..............................46

Hình 4.17: Giao diện kết quả chạy Citect SCADA......................................................47
Hình 4.18: Biểu đồ so sánh sự thay đổi nhiệt độ của phòng định ôn khi khảo nghiệm.49
Hình 4.19: Biểu đồ so sánh sự thay đổi ẩm độ của phòng định ôn khi khảo nghiệm.. .50
Phụ lục 1: Chương trình chính vi điều khiển PIC16F877A.........................................62
Phụ lục 2: Chương trình hiển thị trên màn hình LCD của vi điều khiển......................63
Phụ lục 3: Chương trình điều khiển cảm biến nhiệt độ và ẩm độ SHT75....................66

Danh mục bảng
Bảng 2.1: Chức năng chân kết nối PLC.......................................................................10
Bảng 2.2: Trạng thái làm việc của PLC........................................................................11
Bảng 2.3: Thông số kĩ thuật của màn hình điều khiển, giám sát HMI.........................13
Bảng 2.4: Các byte điều khiển SMB30 và SMB130....................................................15
Bảng 2.5: Đặc tính kỹ thuật của PIC6F877A...............................................................18
Bảng 3.1: Thông số kỹ thuật của công tơ điện.............................................................25
Bảng 3.2: Thông số kỹ thuật của ULAP006P CMA....................................................27
Bảng 4.1: Kích thước phòng định ôn khảo nghiệm......................................................31
Bảng 4.2: Chú thích về các giá trị trên bo mạch điều khiển PIC16F877A...................38
xi


Bảng 4.3: Hình ảnh hệ thống điều khiển nhà định ôn..................................................40
Bảng 4.4: Các thiết bị chính của hệ thống điều khiển bằng PLC.................................42
Bảng 4.5: Kết nối dây bộ điều khiển bằng PLC...........................................................42
Bảng 4.6: Tỉ lệ kích thuớc buồng trung gian và buồng định ôn...................................48
Bảng 4.7: Nhiệt độ trung bình phòng định ôn khảo nghiệm trong ba ngày với kích thước
buồng trung gian thay đổi............................................................................................48
Bảng 4.8: Ẩm độ trung bình phòng định ôn khảo nghiệm trong ba ngày với kích thước
buồng trung gian thay đổi............................................................................................50
Bảng 4.9: Chi phí năng lượng riêng phòng định ôn khảo nghiệm trong ba ngày với kích
thước buồng trung gian thay đổi..................................................................................51

Bảng 4.10: Kích thước hệ thống định ôn.....................................................................52

xii


Chương 1
MỞ ĐẦU
1.1 Đặt vấn đề
Trong thời đại phát triển công nghiệp hóa-hiện đại hóa luôn có sự thay đổi và
phát triển không ngừng. Viêc thay đổi và phát triển phải đi đôi với tình hình phát triển
của từng quốc gia. Với đặc điểm đất nước Việt Nam đi lên từ nền phát triển nông
nghiệp nên việc đòi hỏi ứng dụng khoa học công nghệ vào nông nghiệp là yêu cầu
đáng được quan tâm.
Hướng công nghiệp hóa trong nông nghiệp là áp dụng hình thức sản xuất kiểu
công nghiệp nghĩa là thực hiện thâm canh hiệu qủa cao trong sản xuất nông nghiệp
hiện đại không phụ thuộc vào điều kiện khí hậu môi trường. Để đáp ứng được yêu cầu
này các giống cây trồng nhất thiết phải được ươm trồng trong hệ thống phòng định
ôn.Với hệ thống điều khiển tiểu khí hậu trong phòng định ôn nhằm tạo môi trường tốt
cho cây trồng phát triển, ứng dụng kỹ thuật trong phòng định ôn sẽ đem lại hiệu quả
cao trong việc lai tạo giống, tạo giống thuần để đem trồng đại trà trong nhà lưới-nhà
kính nhằm tăng năng suất và chất lượng sản phẩm nông nghiệp.
Xuất phát từ thực tiễn đó, được sự phân công của khoa Cơ Khí –Công Nghệ
trường Đại học Nông Lâm TP.Hồ Chí Minh chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài
“ Thiết kế chế tạo khảo nghiệm hệ thống định ôn tự động ”
1.2 Mục đích
Mục đích luận văn nhằm thiết kế một hệ thống phòng định ôn với điều kiện tiểu
khí hậu như nhiệt độ, ẩm độ… phù hợp với đặc tính của từng giống cây trồng qua đó
tạo được giống thuần nhằm triển khai trồng đại trà trong hệ thống nhà lưới – nhà kính.

1

Qua đó nghiên cứu một số các thông số ảnh hưởng đến tiểu khí hậu của hệ thống
phòng định ôn như : điều kiện thông thoáng, tác động của nhiệt độ, tác động của ẩm độ
ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và phát triển của cây trồng trong phòng định ôn.
Trên cơ sở mục đích của luận văn chúng tôi đã đề ra nội dung thực hiện chính
của đề tài như sau:
 Thiết kế mô hình hệ thống phòng định ôn.
 Tính toán các thông số chính của mẫu phòng định ôn.

Nhiệt độ, Ẩm độ.
Nghiên cứu-khảo sát các thông số ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và phát triển của
cây trồng.
Xây dựng mô hình phòng định ôn tại xưởng CK6 xưởng Cơ Khí trường Đại học
Nông Lâm Thành Phố Hồ chí Minh.
1.3 Yêu cầu
Khảo sát tầm quan trọng của hệ thống phòng định ôn tự động đối với giống cây
trồng.
Khảo sát sự ảnh hưởng của nhiệt độ, ẩm độ lên sự phát triển tăng trưởng của cây
trồng.

2


Chương 2
TỔNG QUAN
2.1 Tổng quan phòng định ôn
2.1.1 Khái quát phòng định ôn
Phòng định ôn là phòng được bao quanh bới các tấm kính hay các loại vật liệu
trong suốt như nilon, tấm nhựa trong PE … dùng để trồng hoặc tạo giống các loại cây

xanh như hoa, rau …
Phòng định ôn tạo ra môi trường thuận lợi cho cây xanh, khác hẳn với môi
trường khắc nghiệt bên ngoài, tuy nhiên không tách khỏi sự ảnh hưởng của môi trường
bên ngoài:
 Bức xạ mặt trời sưởi ấm các bề mặt và không khí bên trong phòng định ôn,
 Hệ thống lạnh làm giảm bớt nhiệt và làm mát trong phòng định ôn,
 Ánh sáng trong phòng định ôn bị giảm bớt do vật liệu không trong suốt hoàn
toàn. Người trồng trọt trong phòng định ôn cần phải theo dõi khí hậu hằng ngày và
theo mùa nhằm có đáp ứng thích hợp.
2.1.2 Vai trò của phòng định ôn
 Trong kỹ thuật sinh học lai tạo giống phục vụ ngành nông, lâm nghiệp, yêu cầu
thực tế đặt ra là cần lai tạo ra những giống cây có khả năng chịu đựng điều kiện khí
hậu khắc nghiệt để có thể gieo trồng ở những vùng khí hậu nhất định. Có những giống
đòi hỏi chịu đựng nhiệt độ cao, không khí khô hạn, có giống đòi hỏi phải chịu đựng
khí hậu lạnh, ẩm ướt.
 Ở một số viện nghiên cứu và lai tạo giống thực vật người ta đã xây dựng các
phòng thử nghiệm, đó là các nhà kính ở trong đó người ta trồng các loài thực vật thử
nghiệm, nhiệt độ không khí có thể điều chỉnh được. Những phòng thí nghiệm đó người
ta gọi là phytotron. Các thông số khí hậu có thể điều chỉnh được trong các phòng này

3


là nhiệt độ, độ ẩm, nồng độ CO 2, cường độ chiếu sáng... Điều kiện chiếu sáng được mô
phỏng như ngày và đêm.
2.1.3 Một số kết quả nghiên cứu trong nước và trên thế giới về hệ thống định ôn
2.1.3.1 Một số kết quả nghiên cứu trong nước

Hình 2.1: Phòng nuôi cấy mô
 Đa số các mô hình nghiên cứu lai tạo và phát triển cây giống ở nước ta chủ yếu

sử dụng các thiết bị làm mát thông thường như: máy lạnh, quạt, đèn, phun sương…
 Thông thường thì nhiệt độ và ẩm độ cho cây phát triển cao ở trong phòng định
ôn là: T0C = 20-280C, RH = 60-70%.
2.1.3.2 Một số kết quả nghiên cứu ở nước ngoài

Hình 2.2: Hệ thống tủ định ôn tại New Delhi
T0C = 40C– 450C , RH = 30% - 90% Á/S = 124000Lux , CO2 = 300–3000ppm

4


Hệ thống định ôn tại phòng thí nghiệm ở Bắc Carolina: T0C=130C–400C, RH=30% 70% Á/S = 18000Lux , CO2 = 300–2000ppm, KT = 2400 x 3600 x 2100.

Hình 2.3: Hệ thống định ôn tại phòng thí nghiệm ở Bắc Carolina
Hệ thống này là hệ thống tương đối lớn được ứng dụng để nghiên cứu phát triển
cây giống tại Bang Carolina, hệ thống này có thể điều khiển nhiệt độ trong dãi từ 13 0C
đến 400C vào ngày nắng, từ 100C đến 400C với dung sai ± 0,250C, ẩm độ tương đối
không khí từ 30 đến 70%, và CO2 từ 200 ppm đến 2000 ppm, ánh sáng đạt tới
18000Lux, diện tích buồng 2400 x 3600 x 2100mm.
2.2 Yêu cầu các tiểu khí hậu trong phòng định ôn
Điều kiện môi trường trong phòng định ôn bao gồm các yếu tố chính như nhiệt
độ, độ ẩm, ánh sáng và độ thông thoáng. Phòng định ôn có thể tạo môi trường tiểu khí
hậu tối ưu cho cây trồng qua việc khống chế các yếu tố chính như nhiệt độ, ẩm độ, ánh
sáng và CO2. Các yếu tố tiểu khí hậu thể hiện như (Hình 2.4).
5


2.2.1 Nhiệt độ.
Mỗi loại rau, hoa đều yêu cầu một giới hạn nhiệt độ để sinh trưởng và phát triển.
Hiệu suất quang hợp của hầu hết các loại rau đều dừng lại ở nhiệt độ là 30 0C. Một số

loài rau thực hiện quang hợp có hiệu quả ở 12 - 24 0C, trong khi một số loại khác lại
quang hợp tốt ở nhiệt độ từ 18 - 24 0C. Ở nhiệt độ thích hợp đồng thời được cung cấp
đầy đủ nước và dinh dưỡng thì cây có thể phát triển nhanh nhất. Nhiệt độ quá cao và
quá thấp đều làm cho cây dừng sinh trưởng và có thể bị chết ở nhiệt độ thấp (0 0C) và
nhiệt độ cao (400C).

Hình 2.4: Các yếu tố tiểu khí hậu trong nhà định ôn
Theo V.M Mac-côp, nhiệt độ thích hợp cho các loại rau sinh trưởng trong những ngày
râm như sau:






Dưa hấu, bí ngô, bí xanh, dưa bở, mướp:
Dưa chuột, cà chua, ớt, cà, đậu côve, bầu:
Hành tây, kiệu, tỏi, cần:
Khoai tây, đậu hà lan, xà lách, cà rốt, cần tây:
Bắp cải, củ cải, cải dầu:

250C
220C
190C
160C
130C

2.2.2 Độ ẩm.
Độ ẩm tuyệt đối của không khí là khối lượng của hơi nước có trong 1m 3 không
khí ẩm, (kg/m3 không khí ẩm), Độ ẩm tương đối là tỷ số giữa độ ẩm tuyệt đối trên độ

ẩm tuyệt đối lớn nhất ứng với nhiệt độ nào đó của không khí ẩm nước của cây và trong
không khí.

6


Hình 2.5: Biểu đồ trắc ẩm.
Độ ẩm không khí thấp sẽ làm cho cây bị khô do hiện tượng chênh lệch áp suất
riêng phần của hơi. Ngược lại ẩm độ không khí quá cao sẽ làm cho cây trồng trong
phòng định ôn dễ bị bệnh.
2.2.3 Ánh sáng
Ánh sáng là yếu tố quan trọng và cần thiết trong sản xuất giống cây trồng. Có
đến 90 - 95% năng suất cây trồng do quang hợp mà có. Ánh sáng đầy đủ làm tăng bề
dày của mô, tăng hàm lượng diệp lục trong lá, thúc đẩy quá trình quang hợp. Yêu cầu
ánh sáng của cây rất khác nhau. Có những cây cần ánh sáng mạnh, có những cây cần
ánh sáng yếu. Hầu hết các loại cây trồng phát triển tốt với cường độ ánh sáng từ
10.000lux - 20.000lux. Khi đó sẽ cho năng suất cao và chất lượng tốt. Trong ánh sáng
tán xạ có nhiều thành phần ánh sáng đỏ và lam tím. Chất diệp lục hấp thụ ánh sáng đỏ
nhiều nhất thứ đến là ánh sáng lam tím. Ánh sáng lam tím còn làm tăng hàm lượng
vitamin trong rau làm tăng chất lượng rau.

7


2.3 Làm mát bằng hệ thống điều hòa không khí

Hình 2.6: Hệ thống làm mát
Môi chất lạnh được máy nén nén thành hơi ở áp suất cao và được bơm đến dàn
nóng thông qua van đảo chiều. Tại dàn nóng, hơi môi chất sẽ được giải nhiệt và
ngưng tụ thành môi chất lỏng. Môi chất lỏng tiếp tục đi qua van tiết lưu và vào dàn

lạnh, thu năng lượng từ không khí, bốc hơi và sau đó trở về van đảo chiều để máy nén
bắt đầu lại chu trình. Không khí sấy đi qua dàn lạnh sẽ bị hấp thu năng lượng nhiệt và
bị làm lạnh. Không khí này sẽ được trao đổi qua hệ thống định ôn để đạt nhiệt độ nuôi
cấy mô yêu cầu.
2.4
Tổng quan về PLC S7-200 (CPU 224)
2.4.1 PLC là gì ?
PLC viết tắt của cụm từ “Programmable Logic Controller” được hiểu là bộ điều
khiển có khả năng lập trình được. Nó chính là một máy tính công nghiệp để thực hiện
một dãy quá trình sản xuất và thường được gắn ngay tại dây truyền sản xuất. Một cách
hiểu khác thì PLC là một thiết bị được trang bị các chức năng logic, tạo xung , đếm

8


thời gian, đếm xung và thực hiện nhiều phép tính kỹ thuật ứng dụng trong kỹ thật điều
khiển tự động hóa.
2.4.2 Đặc tính kỹ thuật của PLC S7-200( CPU 224)

Hình 2.7: Kết cấu phần cứng PLC
 Điện áp nguồn cung cấp : AC 85 – 264V hoặc 20,4V-28,8V .
 Điện áp nguồn đầu vào: DC 24V.
 Số lượng đầu vào / ra: 24 đầu vào ra (14 đầu vào và 10 đầu ra ) có khả năng
thêm 7 module mở rộng.
 Dòng điện đầu ra: 0,7A với loại DC/DC/DC hoặc 2A với loại AC/AC/Relays.
 Dung lượng bộ nhớ: 4096 word chương trình, 2560 word dữ liệu.
 Các chế độ làm việc: có ba chế độ làm việc :
- RUN: Chế độ PLC thực hiện chương trình trong bộ nhớ.
- TOP: Cưỡng bức PLC dừng chương trình đang chạy và chuyển sang chế độ
TOP, PLC sẽ tự động chuyển từ RUN sang TOP nếu có sự cố hoặc trong chương trình

gặp lệnh TOP.
- TERM: cho phép máy lập trình tự quyết định chế độ hoạt động cho PLC: run
hoặc TOP.
 Cổng truyền thông: S7-200 dùng cổng truyền thông nối tiếp RS485 để phục vụ
cho việc ghép nối với thiết bị lập trình hoặc với trạm PLC khác.

9


Hình 2.8: Sơ đồ chân cổng truyền thông
Bảng 2.1: Chức năng chân kết nối PLC
Chân
1
2
3
4
5
6

Giải thích
Đất
24 VDC
Truyền và nhận dữ liệu
Không sử dụng
Đất
5 VDC(Điện trở trong 100Ω)

7
8
9

24 VDC (120mA tối đa)
Truyền và nhận dữ liệu
Không sử dụng

Hình 2.9: Sơ đồ kết nối PLC S7-200 và máy tính
 Số lượng timer: 256 chia làm 3 loại với độ phân giải khác nhau: 4 timer 1ms,
16 timer 10ms, và 236 timer 100ms.
 Số lượng bộ đếm (counter): 256 chia làm 3 loại bộ đếm tiến, bộ đếm lùi và bộ
đếm vừa đếm tiến, vừa đếm lùi.
 256 bit nhớ đặc biệt dung để thông báo trạng thái và đặt chế độ làm việc.
10


 6 bộ đếm tốc độ cao 20 KHZ và 30KHz.
 Bộ phát xung nhanh, cho dãy xung kiểu PTO hoặc PWM.
 Bộ điều chỉnh tương tự.
 Lập trình dạng ngôn ngữ bậc thang (LAD) hoặc danh sách lệnh (STL) bằng
phần mềm STEP 7.
 Có đầu nối đất bảo vệ (protective earth terminal) để tránh điện giật.
 Đầu nối nguồn cấp DC ra từ PLC (DC Power Supply Output Terminal).
 Điện áp ra chuẩn là DC 24V với dòng định mức là 0.3A có thể được cung cấp
cho các đầu vào số DC.
 Các đèn LED chỉ thị trạng thái của PLC (PC Status Indicators).
Bảng 2.2: Trạng thái làm việc của PLC
Đèn
SF

Trạng Thái
Màu đỏ

RUN

Màu xanh

STOP

Màu vàng

Chức Năng
Báo hệ thống bị lỗi
Báo PLC đang ở chế độ làm việc và thực hiện chương trình
được nạp.
Báo PLC đang ở chế độ dừng chương trình hoặc chế độ lập

trình.
 Các đèn chỉ thị trạng thái đầu vào (Input indicator). Đèn LED trong nhóm này

sẽ sang khi đầu vào tương ứng lên ON.
 Các đèn chỉ thị trạng thái đầu ra ( Output Indicator). Các đèn LED này sẽ sáng
khi role tương ứng được bật.
2.4.3 Cấu trúc bộ nhớ, các vùng nhớ và địa chỉ bộ nhớ trong S7-200
 Cấu trúc bộ nhớ:
Bộ nhớ trong S7-200 được chia thành 4 vùng với 1 tụ có nhiệm vụ duy trì dữ liệu
trong một khoảng thời gian nhất định khi mất nguồn. Bộ nhớ S7-200 có tính linh hoạt
cao. Có thể đọc, ghi trong toàn vùng, trừ các bít nhớ đặc biệt SM (special memory) chỉ
có thể truy cập để đọc.

11

Hình 2.10: Miền nhớ PLC
Các vùng nhớ:
- Vùng chương trình: Là nơi lưu giữ các lệnh của chương trình. Vùng này có thể
đọc/ghi được.
- Vùng tham số: Là miền lưu giữ các tham số như: từ khóa, địa chỉ trạm… cũng
giống như vùng chương trình vùng này cũng có thể đọc/ghi được.
- Vùng dữ liệu: Là miền nhớ động, dùng để cất dữ liệu của chương trình.
- Vùng đối tượng: Bao gồm các thanh ghi timer, bộ đếm tốc độ cao, bộ đệm
vào/ra, thanh ghi chứa (AC-Accumulator). Vùng này cũng có khả năng đọc/ghi được.
 Địa chỉ bộ nhớ:
Tất cả các đầu vào ra cũng như các bộ nhớ lưu trữ khác trên PLC khi sử dụng
trong chương trình đều thông qua các địa chỉ bộ nhớ tương ứng.
2.4.4 Thực hiện chương trình

12