Thiết kế hệ thống tưới tự động 2

Khóa luận tốt nghiệp Lương Đình Tùng Khóa luận tốt nghiệp Lương Đình Tùng 4 CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TƯỚI TỰ ĐÔNG 2 1 Khái niệm về hệ thống tự động Hệ thống điều khiển tự động là hệ thống bao gồm các phần tử tự động nhằm điều khiển các quá trình xảy ra trong thiên nhiên, cuộc sống mà không có sự tham gia trực tiếp của con người Hệ thống điều khiển tự động là tập hợp các thành phần vật lý có mối liên quan và tác động qua lại lẫn nhau để chỉ huy, tự hiệu chỉnh hoặc điều khiển một hệ thống kh.

Khóa luận tốt nghiệp Lương Đình Tùng CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TƯỚI TỰ ĐÔNG 2.1.Khái niệm hệ thống tự động Hệ thống điều khiển tự động hệ thống bao gồm phần tử tự động nhằm điều khiển trình xảy thiên nhiên, sống mà khơng có tham gia trực tiếp người Hệ thống điều khiển tự động: tập hợp thành phần vật lý có mối liên quan tác động qua lại lẫn để huy, tự hiệu chỉnh điều khiển hệ thống khác Hệ thống điều khiển tự động xuất ngày phổ biến - Hệ thống điều hoà khơng khí - Hệ thống điều chỉnh độ ẩm - Hệ thống tự động báo cháy v.v Trong môi trường sản xuất: - Các máy tự động - Các đường dây sản xuất, lắp ráp tự động - Các máy điều khiển theo chương trình, Máy tính, Robot v.v 2.2.Vai trị tự động hóa q trình sản xuất Lịch sử hồn thiện cơng cụ, phương tiện sản xuất phát triển sở giới hóa điện khí hóa Khi có đột phá lĩnh vực công nghệ vật liệu điện tử tin học cơng nghệ tự động có hội phát triển mạnh mẽ, đem lại mn vàn lợi ích thiết thực cho xã hội Đó mấu chốt suất, chất lượng, giá thành Trong thực tiễn áp dụng tự động hóa vào sản xuất mang lại hiệu không nhỏ cho phép giảm giá thành nâng cao suất lao động, cải thiện kiện sản xuất, đáp ứng cường độ cao sản xuất đại, thực chuyên môn hóa hốn đổi sản xuất Từ tăng khả cạnh tranh, đáp ứng yêu cầu sản xuất Trong tương lai gần tự động hóa đóng vai trị vơ quan trọng khơng thể thiếu, khơng ứng dụng sản xuất mà cịn ứng dụng phục vụ đời sống Khóa luận tốt nghiệp Lương Đình Tùng người Trong sản xuất thay người cơng việc bắp nặng nhọc, công việc nguy hiểm, độc hại, công việc tinh vi đại đời sống người công nghệ ứng dụng phục vụ nhu cầu sống Nó phương tiện thiếu đời sống 2.3 Ứng dụng tự động hóa tưới tiêu cho trồng Công trường thực vật địa sản xuất nơng nghiệp đại hóa Tồn q trình điều khiển tự động để giảm bớt sức người, nâng cao sản lượng… Mc dù tự động hóa ứng dụng từ lâu cho việc tưới tiêu, song phát triển số nước phát triển, nước chậm phát triển nông nghiệp chiếm tỉ lệ lớn Việc ứng dụng tự động hóa cho việc tưới chậm Hiện nay, trợ giúp nước nước phát triển đưa dần tự động hóa vào đời sống sản xuất, đặc biệt nước đơng nam có Việt Nam Ngày với phát triển mạnh mẽ công nghệ chế tạo thiết bị tự động hóa, kết hợp với thành tựu cơng nghệ vi điện tử công nghệ thông tin, cho phép tạo nên giải pháp tự động hóa lĩnh vực Có thể nói tự động hóa trở thành xu hướng tất yếu cho lĩnh vực cho quốc gia, vùng lãnh thổ 2.4 Các nghiên cứu nước ngồi Ở nước ngồi có nhiều nghiên cứu ứng dụng hệ thống tưới tự động: Đầu năm 80, Liên Xô ( cũ ) chế tạo loại máy tự động ứng dụng nông nghiệp Khi làm việc loại máy quan sát độ ẩm thổ nhưỡng, nhiệt độ khơng khí, sức gió… Nó xác định phương pháp tưới tiến hành tưới cho trồng, nhờ loại máy làm mưa nhân tạo khác Hãng robot Droplet giới thiệu robot tưới tích hợp cơng nghệ tự động nhất, điện tốn đám mây số dịch vụ kết nối khác cho phép Droplet có khả tự động ngắm hướng vòi phun, lượng nước tần suất tưới để tự động tưới nước cho theo lịch trình tự tính tốn dựa phân tích liệu đầu vào Droplet vịi phun tự động có khả tự điều chỉnh hướng dòng nước phun từ ống đến thân bán kính 9,14 mét Trước robot tự độn vận Khóa luận tốt nghiệp Lương Đình Tùng hành, người dùng cần khai báo tên loại có mặt vườn thơng qua điện thoại, máy tính bảng, kết nối không dây với robot Dựa thông tin tên loại cây, Droplet tự tra cứu thông tin mạng nhằm xác lượng nước tần số tưới cho phù hợp với loại Bên cạnh đó, Droplet tự tra cứu liệu tình hình thời tiết địa điểm làm việc để xác định mưa/nắng nhằm đưa lịch làm việc thích hợp Bộ điều khiển tưới tự động Israel dễ dàng lập trình theo yêu cầu tưới người sử dụng Chỉ cần vài thao tác lập trình, cung cấp cho hệ thống nguồn nước đầu vào dẫn đầu tưới đến vị trí cần tưới hoàn tất việc lắp đặt hệ thống tưới tự động theo cơng nghệ tưới tiên tiến Có loại điều khiển: Điều khiển theo tưới điều khiển theo chu kỳ • Điều khiển theo tưới: Hệ thống hoạt động theo thời gian đồng hồ u cầu • Điều khiển theo chu kì tưới: Hệ thống hoạt động theo vịng lặp thời gian • Bộ điều khiển thời gian van điện từ - Bộ điều khiển tự động: dùng để cài đặt thời gian tưới tự động, hoạt động, thời gian hoạt động, thời gian dừng hay chuyển đổi vị trí tưới Bộ cảm biến mưa tự động ngừng tưới có mưa hay độ ẩm cao - Van điện từ: thiết bị nhận truyền tín hiệu từ điều khiển đến đầu tưới, để đầu tưới hoạt động Khóa luận tốt nghiệp Lương Đình Tùng Hình 2.1.bộ hẹn van điều khiển Hoạt động hệ thống tưới: Hệ thống mặc định tưới, đến hoạt động điều khiển tự động truyền tín hiệu đến van điện từ, van tự động mở cung cấp nước cho đầu phun Thời gian tưới cài đặt sẵn theo ý muốn người sử dụng 2.5.Các nghiên cứu nước Ở nước ta có nhiều nghiên cứu ứng dụng hệ thống tự động vào sống Người dân sáng tạo hệ thống bán tự động giúp tiết kiệm sức lao động, hiệu mang lại cao so với tưới thủ cơng Tuy nhiên hệ thống cịn nhiều nhược điểm cần khắc phục để mang lại hiệu cao Ở trường đại học chuyên ngành kĩ thuật có nhiều đề tài hệ thống tưới nước tự động sinh viên thực Tuy nhiên nhiều mặt hạn chế cần khắc phục Hệ thống tưới phun tự động đa năng- cơng trình khoa học giảng viên trường Cao đẳng Công nghiệp (CĐCN) Huế: tiến sĩ Lê Văn Luận thạc sĩ Lê Đình Hiếu Các thiết bị hệ thống tưới phun đa gồm có cảm biến đo nhiệt độ cảm biến đo độ ẩm đất cài đặt nhà màng trồng hoa, hệ Khóa luận tốt nghiệp Lương Đình Tùng điều khiển lập trình PLC-S7- 1200 Khi cảm biến cho thông số độ ẩm đất nhiệt độ khơng khí nhà màng báo hiệu cần nước, tín hiệu đưa đến hộp điều khiển PLC Tại chức điều khiển tự động để nhận nước đưa tưới tự động tưới phun theo vòi phun lắp đặt, tự ngừng phút, cảm biến báo độ ẩm nhiệt độ đạt yêu cầu Hệ thống tưới phun tự động đa sản phẩm khoa học có ý tưởng hay, tính ứng thiết thực thử nghiệm có hiệu thực tế 2.6 Thực trạng vấn đề tưới vụ đông Việt Nam Nước yếu tố thiếu đời sống loại trồng Tùy giai đoạn phát triển khác mà nhu cầu trồng cần nhiều hay nước Độ ẩm đồng ruộng mà rau màu cần mức từ 75 - 80% Do để rau màu phát triển thuận lợi nông dân cần ý dưỡng ẩm cho liên tục thời kỳ phát triển thân lá, hoa đậu nuôi Hiện Việt Nam, người nông dân canh tác trồng chủ yếu theo phương pháp thủ công Việc cung cấp nước cho chủ yếu dựa kinh nghiệm, mà hiệu đem lại khơng cao Nguyên nhân áp dụng tưới tiết kiệm hạn chế chủ yếu chi phí đầu tư, đầu tư ban đầu, công nghệ tưới tiên tiến, tiết kiệm nước cao so với thu nhập người dân địi hỏi có kiến thức, trình độ định sử dụng 2.7 Các vấn đề cần nghiên cứu bổ sung Các nghiên cứu ứng dụng từ lâu Tuy nhiên, giá thành cao nên nhiều người chưa có điều kiện để sử dụng thiết bị Vì vậy, chúng em thực nghiên cứu hệ thống tưới sử dụng cảm biến độ ẩm đất để định nhu cầu tưới cho trồng Hệ thống chế tạo đơn giản, chi phí thấp dễ sửa chữa Khóa luận tốt nghiệp Lương Đình Tùng 2.8 Nghiên cứu nhu cầu tưới nước hệ thống làm mát cho trồng nhà kính 8.1.Làm mát nhà kính  HỆ THỐNG LÀM MÁT BẰNG QUOẠT NƯỚC Giảm nhiệt độ nhà kính khí hậu nóng thách thức kỹ thuật liên quan đến việc đánh giá cân khối lượng lượng, hệ thống thơng khí, q trình sinh học vật lý nội hoa màu Hình 2.2.Hệ thống quoạt Khóa luận tốt nghiệp Lương Đình Tùng Hình 2.3.Hệ thống tản nhiệt Hệ thống làm mát nước hướng đến mục tiêu cung cấp nhiệt độ độ ẩm thích hợp khu vực khác cần điều hòa nhiệt độ, ta đạt điều cách làm khơng khí bên với khơng khí bên ngồi giảm nhiệt độ tăng độ ẩm nước qua làm mát có với độ nghiêng cách bố trí khác nhau, mang lại hiệu cao cho q trình làm mát Khơng khí làm mát qua khu vực bên trong, làm giảm nhiệt tạo nhiệt độ độ ẩm cần thiết cho trồng, vật nuôi hay người làm việc Phương pháp thông khí sử dụng hầu hết mẫu nhà kính với độ cao tương xứng nhà kính, với tỉ lệ thích hợp phần che lợp thơng khí, hệ thống lối vào phù hợp 10 Khóa luận tốt nghiệp Lương Đình Tùng Hình 2.4.Tường nước  Hệ thống làm mát nước gồm có – Quạt ly tâm hút đẩy: cung cấp đầy đủ lượng khơng khí cho khu vực cần làm mát Thông thường loại quạt Li tâm với sách đóng mở được, hoạt động theo hướng hút đẩy – Tấm làm mát: thường chế tạo miếng cellulose xếp theo nhiều góc độ khác nhau, hợp thành bảng ô với độ sâu khác nhau, tùy theo yêu cầu dự án cơng suất cần cho q trình – Tường nước cho làm mát: làm mát có hình dạng khác lắp thành nhóm với số lượng khác nhau, đủ để bao phủ tồn bề mặt bố trí để làm ướt đồng để tạo luồng nước cần thiết Tường nước có đường cấp nước phía đường nước phía Phần cấp nước cho tường nước: gồm có bồn bơm điện, cung cấp lượng nước cần thiết để làm ướt tường nước  Làm mát tạo độ ẩm hệ thống phun sương 11 Khóa luận tốt nghiệp Lương Đình Tùng Hình 2.5.Béc phun sương Hình 2.5.Hệ thống phun sương 12 Khóa luận tốt nghiệp Lương Đình Tùng Vào mùa hè hoa màu phải đối mặt với tượng thời tiết bất lợi, nhiệt độ cao, xạ tia mặt trời cao, gió khơ,v.v Những tượng thời tiết làm cho nhiệt độ nhà kính tăng cao q mức độ ẩm khơng khí bị giảm sút nhiều Để tránh cho hoa màu bị hư hại yếu tố nêu trên, cung cấp hệ thống phun sương giúp cho trồng vật ni có điều kiện sinh trưởng tối ưu Hệ thống phun sương thiết kế để làm tăng độ ẩm làm mát nhà kính với chi phí tối thiểu Những hệ thống đề nghị sử dụng để khắc phục thiếu hụt độ ẩm giai đoạn trồng trọt để tránh tăng cao nhiệt độ Hình 2.6.Lắp đặt hệ thống phun sương 13 Khóa luận tốt nghiệp Lương Đình Tùng Hệ thống phun sương áp suất thấp gồm có :  Bộ tạo áp: bơm điện để tạo lưu lượng áp suất theo yêu cầu đầu phun  Đầu lọc: tính tốn dựa nguồn cấp nước, chất rắn có nước đường kính vịi miệng phun  Hệ thống phân phối bao quát toàn khu vực: ống nước, van mối nối, v.v cần thiết cho phân phối lưu lượng nước phun sương Sương phun từ đỉnh khu vực cần xử lý, với mục tiêu bao phủ toàn khối lượng  Các đầu phun sương: dùng cho lưu lượng nước chậm với áp suất thấp (1-4 bar) tạo kích cở hạt sương đủ nhỏ để bay khơng khí Các miệng phun phân phối với số lượng phù hợp vị trí thích hợp mang lại hiệu tốt 2.8.2 Hệ thống tưới Một hình thức tưới ứng dụng phổ biến Việt Nam nay, giúp người tiết kiệm nhiều thời gian lượng nước tưới ngày  TƯỚI NHỎ GIỌT  Khái niệm tưới nhỏ giọt Tưới nhỏ giọt (Drip Irrigation) phương pháp tưới có nguồn gốc từ Israel, giúp bạn tiết kiệm nước phân bón cho cách cho phép nước tưới nhỏ giọt từ từ vào rễ mà bạn muốn tưới nhỏ giọt lên bề mặt đất (những vị trí gần với trồng bạn) thông qua hệ thống gồm nhiều thiết bị như: Van, đường ống dẫn nước, loại béc tưới thường để giảm thiểu bay nước (theo wikipedia) Phương pháp tưới cung cấp nước với áp suất khoảng từ 0.8 - 1.5 bar, tốc độ tưới chậm, lượng nước ngấm vào đất nhờ mà khoáng chất dinh dưỡng có đất khơng bị rửa trơi, tạo điều kiện thuận tiện cho phát triển tốt 14 Khóa luận tốt nghiệp Lương Đình Tùng Theo kết nghiên cứu chuyên gia đến từ Israel, ứng dụng hình thức Tưới Nhỏ Giọt giúp bạn tiết kiệm 80% thời gian tưới ngày 50% lượng nước tưới so với phương pháp tưới thủ cơng thơng thường   Mơ hình hệ thống tưới nhỏ giọt Mơ hình hệ thống tưới nước thông minh mạng lưới gồm nhiều thiết bị: Timer hẹn điều khiển tưới tự động, ống dẫn nước, lọc nước, béc tưới nhỏ giọt, co nối ống, máy bơm gắn kết với để tạo thành hệ thống tưới hoàn chỉnh Hình 2.7 Mơ hình tưới nhỏ giọt cho trồng Chức thiết bị mơ hình tưới nhỏ giọt Mỗi thiết bị gắn hệ thống tưới nước nhỏ giọt có chức riêng, bạn tìm hiểu chức chúng sau nhé: - Nguồn nước: Cung cấp nước cho hệ thống tưới 15 Khóa luận tốt nghiệp Lương Đình Tùng - Timer hẹn điều khiển tưới tự động: Có chức để Bật/Tắt hệ thống tưới hoàn toàn tự động - Máy bơm: Giúp tăng áp suất nước cho hệ thống tưới bạn - Bộ lọc: lọc cặn bẩn, rác nước, nhắm tránh nghẹt béc tưới - Đường dây dẫn chính: Trung chuyển nước từ nguồn qua vị trí mà bạn muốn tưới cho - Đường dây dẫn phụ: Trung chuyển nước từ dây dẫn đến vị trí gốc cần tưới - Béc tưới nhỏ giọt: Cung cấp nước tưới đến vị trí gốc mà bạn muốn tưới, tuỳ theo lưu lượng nước loại để chọn đầu nhỏ giọt tương ứng  Ứng dụng hệ thống tưới nước nhỏ giọt nhà kính Tưới nhỏ giọt nhà kính thường có hai loại là:  Tưới nhỏ giọt cho trồng bịch (sử dụng que cắm nhỏ giọt) Theo phương pháp này, chậu sử dụng 01 que cắm dripeg, đoạn ống PE 3×5 dẫn nước từ đầu nhỏ giọt lên que cắm, đầu nhỏ giọt (tham khảo đầu nhỏ giọt supertif) Một số loại điển hình sử dụng phương pháp tưới que cố định thường là: Dâu tây trồng bịch, Dưa lưới trồng bịch 16 Khóa luận tốt nghiệp Lương Đình Tùng Hinh 2.8.tưới nhỏ giọt cho loại hoa rau màu nhà kính trồng đất Hinh 2.9.tưới nhỏ giọt cho loại hoa rau màu nhà kính trồng đất Rất nhiều loại cây, rau, hoa màu bà trồng trực tiếp đất nhà kính, điển loại Hoa đồng tiền, hoa cúc, hoa hồng… loại rau ăn lá, rau lấy củ, hay loại dưa dưa lưới, dưa chuột… Với phương pháp này, bà đơn giản sử dụng dây nhỏ giọt rải dọc hàng trồng Đặc điểm quy mơ, diện tích Nhà kính thường nhỏ, có chiều dài luống thường khơng q 70m Do bà cần sử dụng dây nhỏ giọt đường kính 12mm hiệu tiết kiệm chi phí Hiện dây nhỏ giọt 12mm sử dụng điển hình dây Netafim dây znhỏ giọt Eolos Rivulis Eurodrip Dây nhỏ giọt thường áp dụng nhà kính thường có độ dày 0.3mm đến 0.4mm, với độ dày bà tái sử dụng nhiều năm, dễ dàng thu cuộn di chuyển mà không sợ rách, đứt ống Từ khoảng 1.0 – 1.5 – 2.0 lít/giờ 17 Khóa luận tốt nghiệp Lương Đình Tùng Vùng trồng rau, hoa Đà Lạt, Đơn Dương Lâm Đồng sử dụng phổ biến hai hình thức tưới nhỏ giọt nói 18 ... Lương Đình Tùng Hình 2. 1.bộ hẹn van điều khiển Hoạt động hệ thống tưới: Hệ thống mặc định tưới, đến hoạt động điều khiển tự động truyền tín hiệu đến van điện từ, van tự động mở cung cấp nước... hoàn tất việc lắp đặt hệ thống tưới tự động theo cơng nghệ tưới tiên tiến Có loại điều khiển: Điều khiển theo tưới điều khiển theo chu kỳ • Điều khiển theo tưới: Hệ thống hoạt động theo thời gian... PLC Tại chức điều khiển tự động để nhận nước đưa tưới tự động tưới phun theo vòi phun lắp đặt, tự ngừng phút, cảm biến báo độ ẩm nhiệt độ đạt yêu cầu Hệ thống tưới phun tự động đa sản phẩm khoa