THIẾT kế hệ THỐNG TRỒNG RAU SẠCH sử DỤNG NĂNG LƯỢNG mặt TRỜI

Dựa vào nhu cầu thực tế đó để giúp lĩnh vực tự động hóa ngày càng pháttriển hơn trong mọi hoạt đông sản xuất, nhóm sinh viên đã quyết định thực hiện đề tài:“Thiết kế hệ thống chăm sóc ra

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC PHƯƠNG ĐÔNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRỒNG RAU SẠCH

SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

SVTH: Nguyễn Văn Thành - MSV: 511121009

Lưu Văn Tú - MSV: 511121008GVHD: Ths Lại Bạch Thị Thu Hà

Hà Nội – 11/2015

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 1

ĐẶT VẤN ĐỀ 2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CHĂM SÓC RAU SẠCH SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 3

1.1 Nhu cầu trồng rau sạch ở Việt Nam 3

1.2 Giới thiệu các phương pháp trồng rau sạch 6

1.2.1 Phương pháp trồng rau sạch bằng giá thể 6

1.2.2 Phương pháp trồng rau sạch trong thùng xốp 7

1.2.3 Phương pháo trồng rau sạch bằng kỹ thuật thủy canh 8

1.2.4 Phương pháp trồng rau sạch bằng phân trùn quế 10

1.3 Đặc tính sinh trưởng và phát triển của từng loại rau theo mùa 11

1.3.1 Đặc tính của rau xà lách 11

1.3.2 Đặc tính của một số cây rau gia vị 12

1.3.3 Đặc tính cây rau cải xoong 14

1.3.4 Đặc tính cây rau cải ngọt cao sản 15

1.3.5 Đặc tính cây rau cải bẹ xanh 16

1.4 Những yếu tố ảnh hưởng đến sự phát triển của rau 17

1.4.1 Nhiệt độ 17

1.4.2 Ánh sáng 17

1.4.3 Độ ẩm 18

1.4.4 Độ thông thoáng 18

1.5 Các phương pháp trồng rau sạch sử dụng hệ thống tự động 18

1.5.1 Hệ thống kệ gắn tường 2m (HD001-2M) 18

1.5.2 Kệ trồng cây đứng không mái che (HD002-N) 19

1.5.3 Hệ thống trồng cây nhiều tầng ( HD003-4T) 19

1.6 Dự kiến kết quả đạt được 20

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH VÀ THIẾT BỊ SỬ DỤNG 22

2.1 Các bước tiến hành trồng rau trên đất 22

2.2 Phân tích và lựa chọn hệ thống điều khiển 24

2.3 Phân tích và lựa chọn hệ thống điều khiển tự động 24

2.4 Thiết bị sử dụng và các công cụ hỗ trợ cho việc nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mô hình 27

2.4.1 Các thiết bị điều khiển 27

2.4.2 Thiết bị chấp hành 42

2.4.3 Thiết bị bảo vệ 52

2.4.4 Phầm mềm hỗ trợ thiết kế và lập trình 53

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHĂM SÓC RAU MẦM TỰ ĐỘNG 57 3.1 Thiết kế hệ thống chăm sóc rau tự động 57

3.1.1 Thiết kế cơ khí của mô hình 58

3.2 Thiết kế hệ thống điều khiển 60

3.2.1 Sơ đồ khối của mô hình 60

3.3 Phân tích các khối có trong sơ đồ, nêu cấu tạo, nguyên lý làm việc, và chức năng của các linh kiện 62

3.3.1 Mạch nâng áp pin năng lượng mặt trời và mạch nạp – bảo vệ acquy cấp nguồn toàn bộ hệ thống 62

3.3.2 Mạch động lực 66

3.3.3 Mạch điều khiển 67

3.3.4 Lưu đồ thuật toán điều khiển 70

3.3.5 Chương trình và mô phỏng của PLC 71

CHƯƠNG 4: TỔNG KẾT VÀ PHÁT TRIỂN HƯỚNG ĐỀ TÀI 72

4.1 Tổng kết 72

4.2 Hướng phát triển đề tài 72

TÀI LIỆU THAM KHẢO 73

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Mô hình trồng rau đơn giản 4

Hình 1.2: Mô hình trồng rau bằng giá thể 6

Hình 1.3: Trồng rau sạch trong thùng xốp 7

Bảng 1.2: Ưu nhược điểm của hình thức trồng rau sạch trong thùng xốp 7

Hình 1.4: Trồng rau bằng phương pháp thủy canh 8

Hình 1.5: Cây xà lách ở Việt Nam 12

Hình 1.6: Hình ảnh một số cây rau gia vị 13

Hình 1.7: Hình ảnh cây cải xoong 14

Hình 1.8: Rau cải ngọt cao sản 15

Hình 1.9: Rau cải bẹ xanh 16

Hình 1.10: Hệ thống kệ gắn tường 2m (HD001-2M) 18

Hình 1.11: Kệ trồng cây đứng không mái che (HD002-N) 19

Hình 1.12: Hệ thống trồng cây nhiều tầng ( HD003-4T) 20

Hình 2.1: Quy trình trồng rau sạch trên đất 23

Hình 2.2: Sơ đồ bố trí thiết bị 26

Hình 2.3: Bản vẽ kích thước bộ điều khiển nhiệt độ REX –C100 28

Hình 2.4: Bộ điều khiển độ ẩm FOX -1H tích hợp cảm biến 30

Hình 2.5: Sơ đồ đấu nối FOX -1H 30

Hình 2.6: kích thước PLC FX-1S14MT 34

Hình 2.7: Sơ đồ đấu nối PLC FX-1S 14MT 38

Hình 2.8: Sơ đồ dây ngõ vào PLC FX-1S14MT 38

Hình 2.9: Sơ đồ dây ngõ ra của PLC FX-1S 14MT 39

Hình 2.10: Ống chịu nhiệt 44

Hình 2.11: Các dạng ống nối vặn ren và ống nối siết chặt bằng đai ốc 46

Hình 2.12: Bơm li tâm, bơm hướng trục, bơm cánh chéo 47

Hình 2.13: Hình ảnh bơm tia 48

Hình 2.14: Bơm píttông trụ đơn 48

Hình 2.15: Hình ảnh bơm píttông trụ sai động 49

Hình 2.16: Bơm bánh răng 49

Hinh 2.17: Bơm trục vít 50

Hình 2.17: Bơm cánh trượt 50

Hình 2.18: Bơm pít tông quay 50

Hình 2.19: Bơm tăng áp 51

Hình 2.20: nguyên lý hoạt động của contactor 52

Hình 2.21: contactor Mitsubishi S- N20(CX) - AC220380V 53

Hình 2.22: Hình vẽ 3D từ phần mềm 54

Hình 2.23: Hình vẽ lắp ráp 3D 55

Hình 2.24: Hình vẽ 2D từ phần mềm 55

Hình 2.25: Một chương trình được mô phỏng trên phần mềm 56

Hình 3.1: Bản vẽ 3D của mô hình 59

Hình 3.2: Giao diện người dùng 60

Hình 3.3: Sơ đồ khối của mô hình 61

Hình 3.4: Nguyên lý làm việc của mô hình 62

Hình 3.5: Sơ đồ nguyên lý mạch nâng áp pin năng lượng mặt trời 63

Hình 3.6: Sơ đồ nguyên lý khối nguồn 64

Hình 3.7: Sơ đồ chân 7805 65

Hình 3.8: Sơ đồ mạch động lực 66

Hình 3.9: Sơ đồ mạch điều khiển 68

Hình 3.10: Lưu đồ thuật toán mô hình 70

Hình 3.11: Mô phỏng lập trình cho mô hình 71

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: Ưu – Nhược điểm của hình thức trồng rau sạch bằng giá thể 6

Bảng 1.2: Ưu nhược điểm của hình thức trồng rau sạch trong thùng xốp 7

Bảng 1.3: Ưu – Nhược điểm của phương pháp thủy canh 8

Bảng 1.4: Ưu – Nhược điểm của giun quế 11

Bảng 1.5: Đặc tính của rau xà lách 12

Bảng 1.6: Đặc tính của rau gia vị 13

Bảng 1.7: Đặc tính của cây rau cải xoong 14

Bảng 1.8: Đặc tính cây rau cải ngọt cao sản 15

Bảng 1.9: Đặc tính cây cải bẹ xanh 16

Bảng 2.1: Ưu- nhược điểm của vi điều khiển 24

Bảng 2.2: Ưu- nhược điểm cửa phương pháp điều khiển PLC 25

Bảng 2.3 Ưu- nhược điểm cửa phương pháp rơ le – công tắc tơ 25

Bảng 2.4: Thông số và đặc tính của PLC FX-1S 14MT 35

Bảng 3.1: Quá trình phát triển của 1 số loại rau mầm 58

Bảng 3.2: Các linh liện sử dụng trên khối nguồn 64

Bảng 3.3: Các linh kiện của khối điều khiển phần sau: 67

Việc hoàn thành đồ án rất quan trọng đối với cá nhân mỗi sinh viên, nógiúp cho mỗi sinh viên có thể tiếp cận với các vấn đề thực tế sau khi đã đượchọc các kiến thức lý thuyết tại trường Đồ án này chúng em đã cố gắng hoànthiện nhưng không tránh khỏi những hạn chế, thiếu sót… Mong các thầy cô vàcác bạn đóng góp những ý kiến quý báu để đồ án của chúng em được hoàn thiệnhơn.

Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên thực hiện Nguyễn Văn Thành - Lưu Văn Tú

ĐẶT VẤN ĐỀ

Rau sạch, rau an toàn là một vấn đề cấp thiết hiện nay trong cuộc sống.Đặc biệt khi môi trường của chúng ta đang sống có quá nhiều bụi bẩn và độc tố,khiến cho vấn đề về thực phẩm ngày càng trở nên quan trọng và cấp thiết Trồngrau sạch là một trong những giải pháp về rau an toàn, vừa tốt cho người tiêudùng, vừa hiệu quả về kinh tế, và có thể dễ dàng triển khai trên quy mô lớn

Hiện nay ở Việt Nam trồng rau sạch đã trở thành một phong trào pháttriển khá rộng rãi Nhưng đa phần chỉ là các hộ gia đình tự trồng để phục vụ theonhu cầu của mình , hoặc là các hộ kinh doanh với số lượng ít Qua đó ta thấyđược nhu cầu về rau an toàn nói chung và nhu cầu về ăn rau sạch nói riêng đãphát triển mạnh Hiện nay trên thị trường Việt Nam các sản phẩm hỗ trợ việctrồng rau sạch rất ít và gần như chưa có trên mặt thị trường , rau vẫn được trồngbằng các phương pháp thủ công và hiệu quả năng suất đem lại không cao

Trong thời đại ngày nay, các loại máy móc ít nhiều đều có tính chất tựđộng hoặc bán tự động Đặc biệt trong lĩnh vực sản xuất hàng tiêu dùng và sảnxuất thực phẩm, các hệ thống máy tự động đang ngày càng chiếm vai trò thenchốt trong việc giảm giá thành sản phẩm và tăng năng suất lao động Đối vớilĩnh vực sản xuất thực phẩm, hoạt động trồng ra cũng đang dần được tự độnghóa để cho rau được những sản phẩm ra sạch, an toàn và năng suất chất lượngcao, đáp ứng nhu cầu thực phẩm an toàn ngày càng cao của mọi người

Dựa vào nhu cầu thực tế đó để giúp lĩnh vực tự động hóa ngày càng pháttriển hơn trong mọi hoạt đông sản xuất, nhóm sinh viên đã quyết định thực hiện

đề tài:“Thiết kế hệ thống chăm sóc rau sạch sử dụng năng lượng mặt trời”

Nhằm nghiên cứu, học tập và đáp ứng nhu cầu của thị trường về rau sạch vàtrồng rau sạch của Việt Nam hiện nay

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CHĂM SÓC RAU SẠCH SỬ DỤNG

NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 1.1 Nhu cầu trồng rau sạch ở Việt Nam.

Trong tiêu dùng ngày nay, vấn đề chất lượng thực phẩm rất được ngườitiêu dùng chú ý đến, mà rau xanh, sạch là vấn đề nan giải hiện nay nên nhiều hộgia đình, nhiều tỉnh thành đã và đang vận động và hướng dẫn người dân thựchiện trồng rau sạch với diện tích nhỏ, nhằm đảm bảo sức khỏe cũng như bảođảm vệ sinh an toàn thực phẩm Sau vài năm được phổ biến và đem lại được lợiích cho người dân ở những thành thị, những hộ gia đình không có diện tích đấtthừa để canh tác và nuôi trồng nên việc trồng rau sạch ở những khu trung cư,trong những hộp xốp, thùng và những giá bậc thang ngày càng được người dân ưathích và ngày càng phát triển rộng ở các thành phố, những khu chung cư cao tầng

Không những vậy do nhu cầu về năng lượng điện ngày càng tăng, việcđầu tư cho hệ thống lưới điện đòi hỏi rất nhiều kinh phí dẫn tới tình trạng thiếuhụt điện năng và chất lượng điện năng suy giảm Ðiều này ảnh hưởng trực tiếptới các thiết bị dùng điện trong công nghiệp cũng như trong gia đình, đặc biệtảnh hưởng lớn tới tuổi thọ các thiết bị điện tử nhạy cảm như hệ thống thông tin,điều khiển công nghiệp.Việc sử dụng năng lượng mặt trời để chuyển đổi thànhnăng lượng điện ngày một phát triển rộng dãi , và dễ dàng sử dụng đối với những

hộ gia đình hay cả với những khu công nghiệp quy mô lớn.Việc sử dụng nănglượng mặt trời giờ đây được áp dụng từ các ngành nông nghiệp vừa và nhỏ chođến những ngành công nghiệp nặng , chúng góp phần vào việc tiết kiệm nhiênliệu cũng như góp phần thúc đẩy khải thác những nguồn năng lượng sạch khác

Trồng rau sạch tại nhà là cách giải quyết nhu cầu về rau sạch tiện lợi bậcnhất với những cư dân đô thị Có thể sử dụng những nơi có diện tích nhỏ nhưbếp ban công, hành lang hay kệ bếp để trồng rau

Do các hệ thống trồng rau ngày càng phát triển kéo theo đó là việc pháttriển của những hệ thống trồng rau ngày càng hiện đại và phát triển về mặt côngnghệ cũng như về tính mỹ quan cho người dùng Mục tiêu của tự động hóa làtăng năng suất lao động cho người dân cải thiện được tối đa thời gian của ngườitrồng rau Trong tương lai,hệ thống sẽ phát triển và giúp cho mọi người có thểsản xuất vật tư và sản phẩm rẻ hơn, nhanh hơn và tốt hơn.

Hiện nay, tự động hóa không chỉ được áp dụng trong hầu hết tất cả cáclĩnh vực của đời sống, mà còn giúp tăng năng suất lao động, nâng cao chấtlượng sản phẩm, phát triển kinh thế hiệu quả nhất Không chỉ các ngành thenchốt, yêu cầu kỹ thuật cao, sản xuất lớn cần tự động hóa mà các ngành nhỏ lẻ,đơn giản nhất cũng đang được tự động hóa Trong lĩnh vực nông nghiệp, sảnxuất rau sạch giờ đây cũng rất phát triển nhờ vào tự động hóa, từ những nôngtrại lớn cho đến sản xuất nhỏ lẻ cũng có thế áp dụng được giúp người dân có thểsản xuất nhanh và bền vững các sản phẩm nông sản chất lượng cao Tự độnghóa trong nông nghiệp đã được phát triển rất mạnh trên thế giới và giờ đây nócũng đã được áp dụng rộng rãi trong nước

Các giải pháp tự động hoá phục vụ cho các nhu cầu thiết thực của nềnnông nghiệp nước nhà với các sản phẩm và giải pháp tối ưu sau:

 Thiết kế và Cung cấp hệ thống thiết bị tưới trong nhà kính, nhà lưới vàngoài cánh đồng

 Cung cấp thiết bị điều khiển tưới và quản lý dinh dưỡng cây trồng qua hệthống tưới nhỏ giọt

Hình 1.1: Mô hình trồng rau đơn giản

 Cung cấp hệ thống tự động kiểm soát khí hậu trong nhà kính.

 Tư vấn kỹ thuật trồng trọt công nghệ cao, dinh dưỡng cây trồng, chế biến,bảo quản và đóng gói rau hoa quả

 Hệ thống giám sát nhiệt độ, độ ẩm nhằm thông báo đến người dùng vànhằm tự động hóa quá trình canh tác

 Cung cấp và thiết kế hệ thống quản lý mọi quá trình trong sản xuất giúpcho sản xuất 1 cách tối ưu và hiệu quả mà không tốn kém thời gian canh tác

 Thiết kế và cung cấp hệ thống trồng rau bằng đèn led quang hợp giúp câyphát triển mà không cần dùng đến ánh sáng mặt trời

 Thiết kế hệ thống trồng rau bằng năng lượng mặt trời giúp tiết kiệm điệnnăng, giảm chi phí, tiết kiệm chi phí sinh hoạt của hộ gia đình

Tất cả các phương án trên đều là các phương pháp tự động hóa, chúnggiúp ích rất nhiều cho chúng ra sản xuất ra những sản phầm rau sạch phục vụnhu cầu nhất thiết của xã hội hiện nay

Việt Nam có nguồn năng lượng mặt trời dồi dào cường độ bức xạ  mặttrời trung bình ngày trong năm ở phía bắc là 3,69 kWh/m2 và phía nam là 5,9kWh/m2 Lượng bức xạ mặt trời tùy thuộc vào lượng mây và tầng khí quyển củatừng địa phương, giữa các địa phương ở nước ta có sự chêng lệch đáng kể vềbức xạ mặt trời Cường độ bức xạ ở phía Nam thường cao hơn phía Bắc.Chính

vì điều đó mà có rất nhiều hệ thống trồng rau đã áp dụng mô hình trồng rau từnguồn điện này cho các thiết bị tự động hóa trong các mô hình trồng rau khácnhau.Pin mặt trời là phương pháp sản xuất điện trực tiếp từ năng lượng mặt trờiqua thiết bị biến đổi quang điện Pin mặt trời có ưu điểm là gọn nhẹ, có thể lắpbất kỳ ở đâu có ánh sáng mặt trời

1.2 Giới thiệu các phương pháp trồng rau sạch.

1.2.1 Phương pháp trồng rau sạch bằng giá thể.

Hình 1.2: Mô hình trồng rau bằng giá thể Bảng 1.1: Ưu – Nhược điểm của hình thức trồng rau sạch bằng giá thể

- Thời gian trồng rau ngắn: từ

5 đến 7 ngày

- Vật tư dùng cho công việc

trồng rau: đơn giản có thể mua bất

kỳ đâu (dùng rổ nhựa để trồng)

- Chi phí mua sắm vật tư ban

đầu rẻ: Rổ nhựa, giá thể (đất hữu

cơ), hạt giống, bình phun sương

- Tính xoay vòng nhanh do

thời gian sản xuất ngắn ngày

- Kỹ thuật trồng rau đơn giản

- Rau được trồng trong môitrường có độ ẩm cao nên dễ bịnhiễm khuẩn nếu không được bảoquản và thu hoạch đúng cách

- Diện tích tương đối lớn vàcồng kệnh so với 1 số phươngpháp khác

- Tốn kém hơn so với 1 sốphương pháp khác

1.2.2 Phương pháp trồng rau sạch trong thùng xốp.

Phương pháp trồng rau sạch bằng thùng xốp đang được nhiều người dân

sử dụng rông rãi, và được ưa chuộng nhất hiện nay.Vì tính đơn giản cũng như dễthực hiện

Hình 1.3: Trồng rau sạch trong thùng xốp.

Bảng 1.2: Ưu nhược điểm của hình thức trồng rau sạch trong thùng xốp

quản lý và chất liệu xốp có khả năng

cách nhiệt cho rễ cây rất tốt

- Có thể trồng được các loại rau

có kích thước lớn

- Chi phí đầu tư ban đầu không

lớn

- Thùng xốp dễ bị hỏng sau nhiềulần sử dụng

- Khó áp dụng dài lâu

1.2.3 Phương pháo trồng rau sạch bằng kỹ thuật thủy canh.

Thủy canh là cách trồng rau sạch không cần đất mà trồng trực tiếp vàodung dịch dinh dưỡng Dinh dưỡng thủy canh đã được chuẩn hoá theo tiêuchuẩn quốc tế không ảnh hưởng đến sức khoẻ người tiêu dùng

Hình 1.4: Tr ng rau b ng ph ng pháp th y canh.ồ ằ ươ ủ

Bảng 1.3: Ưu – Nhược điểm của phương pháp thủy canh.

- Tiết kiệm diện tích nuôi trồng,

- Giá thành sản xuất còn cao

- Vốn đầu tư ban đầu cao do chiphí về trang thiết bị Tuy nhiên, chi phínày không cao so với những chi phí vềthuốc trừ sâu bệnh và côn trùng, thuêcông nhân Hơn nữa các máy mócđược tái sử dụng nhiều lần nên chỉ tốn

- Năng suất cao hơn từ 25% đến 50%.

- Sản phẩm hoàn toàn sạch đồng nhất

- Dễ dàng khử trùng vì các giá thể

có tính trơ về mặt hóa học nên việc lưu

trữ chất dinh dưỡng trong khi trồng

không có nên khử trùng bằng

formandehyt hoặc thuốc tẩy và rửa lại

bằng nước sạch còn nếu giá thể là than

bùn và cát thì khử trùng bằng xông hơi

cho tái sử dụng

- Dễ dàng tưới tiêu là ưu điểm lớn

nhất so với trồng trọt truyền thống

được áp dụng trong kỹ thuật màng

dinh dưỡng và cây trồng trong nước

nhờ sử dụng ống phun và ống đục lỗ

chi phí đầu tư ban đầu

- Đòi hỏi trình độ chuyên môn kỹthuật cao để sản xuất có hiệu quả Điềunày gây cản trở cho việc mở rộngphương pháp thủy canh đại trà

- Trong quá trình hấp thụ chấtdinh dưỡng thực vật làm thay đổi pHtrong dịch thủy canh Do đó cần phảiđiều chỉnh pH 2-3 lần/tuần Giá trị pHthích hợp 5.8-6.5 Giá trị pH lệch khỏikhoảng này thì mức độ ảnh hửng lớn

đề sự hấp thụ chất dinh dưỡng

- Khi cây hấp thụ chất dinh dưỡng

và nước từ dung dịch, độ dẫn điên(EC) thay đổi.Độ dẫn điện thể hiện độđậm đặc của dung dịch dinh dưỡng.Giá trị EC tốt nhất khoảng 1,5-2,5dS/m Giá trị EC cao sẽ ngăn cản sựhấp thụ dung dịch dinh dưỡng do ápsuất thẩm thấu thấp Giá trị EC thấp sẽảnh hưởng đến sức khỏe và sản lượngcủa cây

- Ngoài ra, những thay đổi độtngột các yếu tố môi trường cũng nhưviệc cung cấp dinh dưỡng và tưới nướckhông đúng có thể gây ra những rốiloạn sinh lý ở cây

1.2.4 Phương pháp trồng rau sạch bằng phân trùn quế.

Giun trùn quế là một loài vật mang lại rất nhiều ích lợi cho việc cải tạođất đai nhờ vào phân và cả giun quế chứa nhiều chất dinh dưỡng tốt cho đất, sẽ

sử dụng giun quế để có thể cải tạo đất sau mỗi lần thu hoạch rau như thế sẽ giảmbớt công phải thay thế đất mới mang lại hiệu quả về kinh tế hơn

1.2.4.1 Tìm hiểu về giun quế.

Tìm hiểu về giun quế:

Giun quế có kích thức tương đối nhỏ, độ dài vào khoảng 10-15 cm, thânhơi bẹt, bề ngang của con trưởng thành có thể đạt 0,1-0,2 cm, có màu từ đỏ đếnmận chín (tùy theo tuổi), màu nhạt dần về phía bụng, hai đầu hơi nhọn Cơ thểgiun có hình thon dài dần về phía bụng, hai đầu hơi nhọn Cơ thể giun có hìnhthon dài nối với nhau bởi nhiều đốt, trên mỗi đốt có một vành tơ Khi di chuyển,các đốt co duỗi kết hợp các lông tơ phía bên dưới các đốt bám vào cơ chất đầy

cơ thể di chuyển một cách dễ dàng

Giun quế hô hấp qua da, chúng có khả năng hấp thụ Oxi và thải Cacbonictrong môi trường nước, điều này giúp cho chúng có khả năng sống trong nướcnhiều ngày, thậm chí trong nhiều tháng

Hệ thống bài tiết bao gồm một cặp thân ở mỗi đốt, các cơ quan này bảođảm cho việc bài tiết các chất thải chứa đạm dưới dạng Amoniac và Ure Giunquế nuốt thức ăn bằng môi ở lỗ miệng, lượng thức ăn mỗi ngày là tương đươngvới trọng lượng cơ thể của nó Sau khi qua hệ thống tiêu hóa với nhiểu vi sinhvật cộng sinh, chúng thải ra phân ra ngoài rất giàu dinh dưỡng, nhưng vi sinh vậtcông sinh có ích trong hệ thống tiêu hóa này theo phân ra khỏi cơ thể giunnhững vẫn còn hoạt đông ở “ màng dinh dưỡng” trong một thời gian dài Đây làmột trong những nguyên nhân làm cho phân giun có hàm lương dinh dưỡng cao

và có hiểu quả cải tạo đất tốt hơn dạng phân hữu cơ phân hủy bình thường trong

tự nhiên, chính vì thế chúng em đã dùng nó làm chất dinh dưỡng bón cho rausạch phát triển tốt nhất trong đồ án của mình

Bảng 1.4: Ưu – Nhược điểm của giun quế

Ưu điểm Nhược điểm

- Bổ sung chất dinh dưỡng cho

1.2.4.2 Hướng phát triển với giun quế.

-Rau : Sử dụng phân trùn quế như loại giá thể giử ẩm, vừa an toàn vừa  sử dụng được nhiều lần.Chỉ cần lớp phân trùn quế mỏng từ 2-3 cm là có thểgieo hạt rau mầm

- Rau ăn lá : Trộn thêm đất phù sa với tỉ lệ 1:1 để giúp đất trồng tơi xốp

và thoát nước tốt Đổ lớp đất trộn dầy từ 5-10 cm tùy vào loại rau ăn lá

Với diện tích nhỏ của ban công trong nhà trung cư nhỏ hẹp, diện tích đất

ít hầu như đều phải cải tạo đất nhiều lần để canh tác, mà mỗi lần thay đất thì rấtkhó khăn và cầu kỳ phức tạp Vì vậy sử dụng giun quế để làm mới đất và bổxung chất dinh dưỡng cho đất đã bạc màu kém màu mỡ là một biện pháp tốtnhằm tiết kiệm thời gian cho những người đi làm không có thời gian Đồng thờicũng nâng cao năng suất

1.3 Đặc tính sinh trưởng và phát triển của từng loại rau theo mùa.

1.3.1 Đặc tính của rau xà lách.

Xà lách là một loại rau có tính dinh dưỡng rất cao, được sử dụng làm rau

ăn sống trong rất nhiều món ăn của người việt hang ngày

Hình 1.5: Cây xà lách ở Việt Nam.

Bảng 1.5: Đặc tính của rau xà lách

Dinh dưỡng

Mùathíchhợp

của xà lách là giải nhiệt, lọc

máu, khai vị, cung cấp

khoáng chất giảm đau , gây

ngủ và trị các bệnh về tiểu

đường và bệnh về ho

Vụđôngxuân

Nhiệt độthích hợp15-25oC

Các loại bệnh xàlách quan tronghơn sâu hại.Bệnhphổ biến như thôinhung, thối gốcđược xử lý bằngcác nhổ bỏ câybệnh hoặc dùngthuốc như validacinhoặc kasumin…

1.3.2 Đặc tính của một số cây rau gia vị.

Rau gia vị là một loại rau có giá trị dinh dưỡng cao, có thể làm thuốc chữ bệnh.Rau gia vị là một loại rau không thể thiếu trong những món ăn hàng ngày của mọi gia đình

Hình 1.6: Hình ảnh một số cây rau gia vị

Bảng 1.6: Đặc tính của rau gia vị.

Dinh dưỡng Mùa thích hợp Nhiệt độ Ghi chú

Rau gia vị cung

cấp một lượng lớn

vitamin và khoáng

chất cần thiết cho

cơ thể con người

Rau gia vị cung

cấp cho cơ thể con

Tất cảđều phùhợp vớikhí hậunhiệt đớigió mùa

ở nướcta

Rau gia vị được dùng

để ăn sống hoặc chếbiến với những loạithực phẩm khác đểkích thích cho món ănngon miệng hơn,ngoài ra một số loạirau gia vị còn có một

số tác dụng dược lýnên được sử dụng làmmột số vị thuốc nam

có giá trị sử dụng rất

an toàn và hiệu quảcao

1.3.3 Đặc tính cây rau cải xoong.

Cải xoong là loại rau có giá trị dinh dưỡng từ lâu , được sử dụng hàng ngày trong bữa ăn của gia đình người việt, và cũng đang được người nước ngoàibiết đến bởi giá trị dinh dưỡng cao và dễ dàng chế biến thành các món ăn lạ

Hình 1.7: Hình ảnh cây cải xoong.

Bảng 1.7: Đặc tính của cây rau cải xoong

Dinh dưỡng Mùa thích

Câysinhtrưởngtốt ởnhiệt

độ

5-20oC

Độ ẩm

từ 75- 80%

Thêm một loại cải nữa tốtcho sức khỏe, đó chính làrau cải xoong , nó có rấtnhiều bà nội trợ lựa chọn

để chế biến những món ăngiàu dinh dưỡng cho giađình Bạn hoàn toàn có thể

tự mình giao hạt giống raumầm cải xoong để có đượcnhững món ăn ngon chogia đình

1.3.4 Đặc tính cây rau cải ngọt cao sản.

Rau Cải là món rau ăn quen thuộc Lá rau cải có thể chữa đau dạ dày,bệnh cam răng Hạt rau cải có vị cay, tính ấm, không độc có tác dụng trị đaurăng, trị ho, tiêu thũng, tiêu đờm, thông kinh mạch Nếu bạn hay người nhà bị

đau bụng dưới, đau đầu, cam răng…, có thể khắc phục bằng cách sử dụng lárau cải.

Hình 1.8: Rau cải ngọt cao sảnBảng 1.8: Đặc tính cây rau cải ngọt cao sản

Dinh dưỡng Mùa thíchhợp Nhiệt độ Ghi chú

Nhiệt độthích hợp25-30oC

Độ ẩm từ 75- 80%

- Cây sinh trưởngphát triển nhanh

- Sức chống chịu tốtvới điều kiện tựnhiên môi trường

- Khả năng khángbệnh cao

- Cây đẹp, lá xanhmượt mà, hơi dẹp

- Trổ bông chậm, ítphân nhánh

- Ăn được cả thân và

lá, hương vị ngọtmát

- Năng suất rất cao25-30 tấn/ha

1.3.5 Đặc tính cây rau cải bẹ xanh.

Rau cải bẹ trắng chứa nguyên tố vi lượng cùng các hoạt chất thực vật(Phytochemicals) đặc biệt là có vitamin C, chống ôxy hóa mạnh Các nhà dinhdưỡng học đã chứng minh, người lớn nếu một ngày ăn 500g cải trắng, lượng

canxi, sắt, carpten và vitamin cầu thiết cho cơ thể sẽ được cung cấp nhiều, giúp

đầu óc bình tĩnh, giảm mệt mỏi, giảm cholesterol

Hình 1.9: Rau cải bẹ xanh

Bảng 1.9: Đặc tính cây cải bẹ xanh

Dinh dưỡng thích hợp Nhiệt độMùa Ghi chú

Cải bẹ xanh mỡ cao sản là

giống cải được rất yêu thích

và dùng phổ biến phổ biến ở

nước ta Cải được trồng làm

rau ăn rất mát và cung cấp

đầy các chất dinh dưỡng tốt

cho cơ thể chúng ta

- Cải bẹ xanh không chỉ làm

thức ăn mà còn có mặt trong

các bài thuốc đông y trị

được nhiều bệnh rất công

dụng Có rất nhiều chất dinh

dưỡng trong có trong cải bẹ

xanh các loại vitamin A, B,

C, K , chất abumin , axit

nicotic, caroten

Có thểtrồngquanhnăm

Thíchhợp trongkhoảng25-30oC

Độ ẩm từ75- 80%

- Tỉ lên này mầm cao

>85%

- Sức kháng bệnh cao

- Dễ dàng thích nghivới điều kiện môitrường

- Cây có khả năng sinhtrưởng phát triển tốt,khá đồng đều, không bịphân nhánh, ra hoamuộn

và từ đó có các tập đoàn rau riêng biệt cho từng vùng Mỗi loài rau đòi hỏi cónhiệt độ thích hợp để sống.

Nhiệt độ ảnh hưởng đến độ nảy mầm của hạt, ví dụ hành có thể nảymầm ở 2°C, cà rốt và các loại cải 5°C, bầu bí nảy mầm ở 35°C

Nhiệt độ còn ảnh hưởng đến sự phát triển, sự nở hoa, chất lượng sảnphẩm, khả năng bảo quản, thời gian ngủ của hạt và ảnh hưỏng đến sự pháttriển của sâu bệnh trên các loại rau

1.4.2 Ánh sáng.

Là yếu tố quan trọng nhất cho sự sinh trưởng và sự phát triển của rau.Ánh sáng mặt trời là nguồn năng lượng duy nhất, vô tận để cây xanh quanghợp, biến các chất vô cơ, nước và khí cacbonic thành hợp chất hữu cơ tíchlũy trong lá, hoa, quả, củ… phục vụ cho nhu cầu sống của con người và cácđộng vật

Các loài rau khác nhau có nhu cầu về ánh sáng không giống nhau: cácloại rau trồng vào mùa hè yêu cầu độ chiếu sáng mạnh, thời gian chiếu sángdài 12 – 14 giờ/ngày Rau trồng vào mùa đông yêu cầu cưòng độ ánh sángyếu và thời gian chiếu sáng từ 8 đến 12 giờ/ngày

Do đó, người trồng rau có nắm vững điều này thì mới bố trí được câytrồng hợp lý, tạo được ánh sáng phù hợp để rau phát triển tốt nhất Ngoài ra,thời gian chiếu sáng còn ảnh hưởng đến giới tính của một số loài như dưachuột trong điều kiện ánh sáng đầy đủ số lượng hoa cái tăng, thời gian chiếusáng giảm sẽ tăng số lượng hoa đực

Ngày nay, ngoài ánh sáng Mặt trời, người ta còn dùng hệ thống đènhuỳnh quang để bổ sung ánh sáng cho rau trồng trong nhà có mái che

1.4.3 Độ ẩm

Độ ẩm trong không khí, trong đất có tác động đến các giai đoạn sinhtrưởng của cây như sự nảy mầm của hạt, sự ra hoa, kết hạt, thòi gian chín của

quả, chất lượng rau, sản lượng, sinh trưởng sinh dưỡng, phát sinh sâu bệnh

và bảo quản hạt giông

Nhiệt độ và độ ẩm có quan hệ mật thiết với nhau và có tác động lớn đếnsinh trưỏng, tái sinh của nhiều loài rau, đặc biệt là trong sản xuất hạt giống

có thể thuận lợi đón nhận chất dinh duỡng đảm bảo năng suất cây trồng

Dựa vào những yếu tố ảnh hưởng này giúp ta nhận định được độ quantrong của mỗi yếu tố trong quá trình trồng rau để lựa chọn mô hình trồng câylựa chọn thiết kế cũng như các mô hình tự động hóa để đảm bảo cho rau pháttriển một cách tốt nhất

 Hệ thống dẫn nước tuần hoàn

 Thùng chứa dung tích 50 lít - Khung kệ đỡ ống

Hệ thống có thể linh hoạt về chiều dài và số lỗ trồng cây (3m với 54 lỗtrống và 4m với 72 lỗ trống) tùy theo yêu cầu khách hàng

1.5.2 Kệ trồng cây đứng không mái che (HD002-N).

Hệ thống nhỏ gọn với độ cao thuận t iện cho việc chăm sóc cây Thíchhợp đặt ở balcol nơi có ít diện tích

Hình 1.11: Kệ trồng cây đứng không mái che (HD002-N)

 3 tầng cùng hệ thống dẫn nước hồi lưu

 Thùng chứa dung tích 50 lít và khung kệ đỡ ống đỡ giá cây

Hình 1.12: Hệ thống trồng cây nhiều tầng ( HD003-4T)

1.6 Dự kiến kết quả đạt được.

Những kết quả đạt được trong quá trình tìm hiểu:

- Tìm hiểu được tình hình nghiên cứu về rau sạch trong nước

- Về kết quả thiết kế kỹ thuật của đề tài:

 Thiết kế được kết cấu khung giá đỡ của mô hình

 Có sơ đồ bố trí hệ thống cảm biến và đèn tạo môi trường ánh sáng

 Thiết kế được hệ thống điều khiển cho mô hình

 Thành lập được lưu đồ thuật toán điều khiển của mô hình

 Viết được chương trình điều khiển mô hình

- Kết quả mô hình của đề tài: chế tạo thành công mô hình chăm sóc rausạch với đầy đủ các yêu cầu về tính năng như:

 Kiểm tra tự động độ ẩm, nhiệt độ, trong không gian trồng rau

 Tự động phun tưới nước trong không gian trồng rau theo thời gian từngngày và theo môi trường

 Giả lập môi trường ánh sáng giúp tăng thời gian quang hợp của cây

 Quản lý thông tin số lần sử dụng đất, thời gian sinh trưởng, giám sátthông số nhiệt độ, độ ẩm

 Sử dụng năng lương mặt trời phục vụ cho việc cung cấp năng lượng cho

hệ thống hoạt động

 Ứng dụng thực tiễn của đề tài hoặc chế tạo mô hình minh họa cho đề tài

 Phục vụ việc nghiên cứu tìm hiểu của Sinh viên ngành Tự động hóa về tựđộng hóa trong nông nghiệp nói chung và chăm sóc rau nói riêng

 Mô hình có khả năng đáp ứng cho gia đình có nhu cầu tự trồng rau sạch

 Nếu thành công, có thể phát triển mô hình thành sản phẩm với diện tíchchăm sóc lớn đáp ứng cho nhu cầu sản xuất số lượng lớn

Từ những khái quát ở trên và so với điều kiện thực tế của chúng em làsinh viên thực hiện đồ án này, chúng em có thể đưa ra được một số tổng quannhất như sau:

- Mô hình trồng rau sạch sử dụng phân giun quế Phương pháp này đơngiản đễ thực hiện, chúng em chỉ cần mua giun quế về nuôi lấy phân để bón vàođất, và có thể lấy giun quế phơi khô rồi say nhỏ vo thành các viên nhỏ giúp dễdàng lưu trữ lại dùng được nhiều lần Sau này khi thu hoạch rau muốn cải tạođất thì chúng em sẽ dùng các viên này trộn đều vào đất trồng rau, phân và giunquế có nhiều chất dinh dưỡng rất tốt cho việc cải tạo đất, phương pháp này cũnggiúp cho chúng em đỡ được công không phải thay thế đất mới mới có thể đápứng được nhu cầu dinh dưỡng cho cây giúp giảm công lao động giảm bớt chi phísản xuất

- Đề tài của em có thêm phần năng lượng mặt trời, năng lượng này sẽ gópphần cung cấp điện cho hệ thống tự động như tưới rau và thắp sáng cho mô hìnhtrồng rau của chúng em, ngoài ra nếu lượng điện có thể sản xuất ra nhiều chúng

ta có thế dùng thêm cho 1 phần sinh hoạt trong gia đình góp phần tiết kiệm nănglượng

CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH VÀ THIẾT BỊ SỬ DỤNG 2.1 Các bước tiến hành trồng rau trên đất.

Các bước tiến hành nuôi trồng rau trên đất bao gồm :

 Bước1: Chuẩn bị về hạt giống

Chọn nơi mua uy tín, lựa hạt giống mới, hạt đều, chất lượng tốt, đảm bảonảy mầm tốt, đồng đều, không bị èo ọt nhiều hay thiếu sức sống, chết sinh nấm.Không có chất bảo quản, chống mối mọt Bảo quản hạt nơi thoáng mát, tránhảnh nắng gắt trực tiếp hoặc ẩm ướt, tránh kiến, mọt

 Bước 2: Ngâm hạt giống

Hạt giống là khởi nguồn 1 sự sống mới Nó chứa nguồn dinh dưỡng cựcdồi dào để tất cả các bộ phận khác hình thành cho đến khi rễ, lá phát triển đầy đủ

để nuôi cây Cần ngâm hạt để chọn ra những hạt khỏe nhất, đừngbất cẩn hay tiếtkiệm mà rũ nước nhanh, giữ hết hạt bạn nhé Ngâm hạt đủ thời gian để đẩynhanh quá trình nảy mầm Không ngâm quá lâu, hạt dễ bị thối. Cách trồng raumầm đơn giản vô cùng, chỉ cần bỏ ra 1 chút thời gian , quan tâm hơn đến quátrình phát triển của cây Ngoài ra để phòng trừ nấm cho mầm trước khi gieo, bạnnên pha vào nước ấm 60 độ để trừ phần nào bào tử nấm mốc

 Bước 3: Gieo hạt.

Bạn rải hạt kín khay đất và hỗn hợp phân giun quế lên để khi lên mầmrau không đổ rạp Nếu hơn 1 lớp, khi ra rễ, nhiều rễ mầm rau không chạm giáthể và chết Mầm rất dễ bị các loại chim, chuột khác tấn công Cho nên cáchtrồng rau mầm đơn giản nhất là trồng trong nhà kín, tốt nhất là vị trí giữa nhàbếp thường có gió lưu thông( vì giai đoạn này mầm phát triển tốt nhất trongbóng tối hoặc dùng thau úp lại nếu trồng ở ngoài trời) Tránh côn trùng đẻ trứnglên, làm hư hại cây non

 Bước 4: Quá trình tưới.

Mầm rất cần độ ẩm thích hợp Chúng ta thêm độ ẩm cho mầm bằngcách cách tưới phun sương hoặc tưới đẫm 1 ngày 3 lần Chỉ tưới 3 lần, không

nhiều hơn mà cũng đừng ngâm mầm trong nước.Đó là cách ta điều chỉnh lượnghơi ẩm mầm và làm sạch môi trường sinh trưởng của mầm.

 Bước 5: Chăm sóc khi mầm đâm lá.

Khi lá mầm đã tách ra, cho phép cây ra ánh sáng để cây quang hợpthường là sau 3 hôm kể từ lúc gieo mầm Như vậy rau mầm của bạn thân mớimập mạp, không ốm tong teo, lá mầm có màu xanh non trông rất mát mắt, kíchthích ăn uống. Cách trồng rau mầm đơn giản hoàn tất lúc này bạn có thể hưởngthành quả của mình rồi đó

 Bước 6: Loại bỏ áo vỏ từ mầm lớn.

Thông thường vỏ rơi ra tự nhiên khi chúng ta trồng, thu hoạch và rửasạch Tuy vậy, vẫn còn rất nhiều vỏ dính lại trên lá, trông không đẹp mắt vàthường rất dai, thô ráp, khi dùng không thấy mạnh miệng được Vì vậy, bạn cầnsiêng dùng bình xịt, xịt đều khóm rau mầm, khi đó vỏ mềm, lá bung nhanh, vỏ

bị nước bắn rơi ra Nếu bạn nóng lòng gỡ bằng tay, lá mầm thường bị thẹo, đèo

và rất tốn thời gian của bạn. Cách trồng rau mầm đơn giản tiết kiệm thời gian

 Bước 7: Lưu trữ sau thu hoạch

Trước khi để hộp kín mầm vào ngăn mát, bạn vừa mở quạt vừa thu hoạch

để rau khô ráo, lót giấy dưới đáp hộp có khoét vài lỗ nhỏ tầm 4mm Nếu không

mở quạt Bạn thu hoạch cách lần tưới cuối cùng từ 8-12g cũng ổn

Hình 2.1: Quy trình trồng rau sạch trên đất.

Dựa trên các phương pháp canh tác và các kĩ thuật trong khi thực hiệnnuôi trồng rau cải , nhóm sinh viên đã quyết định chọn phương pháp “trồng raucải ngọt cao sản bằng phân giun quế ” để thực hiện dễ dàng và có thể áp dụngngay được vào thực tế đề tài này của nhóm sinh viên sẽ sử dụng cảm biến nhiệt

độ, độ ẩm để theo dõi và chăm sóc trong quá trình trồng rau.Với rau cải ngọt caosản rất dễ phát triển ở môi trường bình thường nhiệt độ từ 25 đến 300C và độ ẩm

từ 75 đến 80%

Trong bộ điều khiển thì ngõ ra thường không đủ lớn để có thể sử dụngcho các thiết bị hoạt động Do đó ta phải dùng mạch công suất để khuếch đạingõ ra của bộ điều khiển để đến mức điện áp tương ứng để cung cấp cho hệthống chăm sóc rau tự động

2.3 Phân tích và lựa chọn hệ thống điều khiển tự động.

Hiện nay trên thị trường có rất nhiều các phương án để điều khiển hệ thống

tự động nói chung cũng như điều khiển hệ thống chăm sóc rau sạch nói riêng,

Nhưng chủ yếu có 3 phương án được áp dụng rộng, và đang được nhiềungười tìm hiểu, cũng như phát triển một cách mạnh mẽ:

Hệ thống điều khiển sử dụng vi điều khiển làm

Bảng 2.1: Ưu- nhược điểm của vi điều khiển

- Chi phí tương đối thấp.

- Tiết kiệm không gian lắp

đặt

- Tiêu thị ít điện năng.

- Dễ dàng điều khiển cho

người dùng

- Không linh hoạt trong việc thay

đổi chương trình, mỗi lần thayđổi chương trình đều phải thayđổi toàn bộ thiết kế

- Tốn quá nhiều thời gian cho việc

thiết kế và lắp đặt

- Quy trình lập trình phức tạp.

- Độ bền cũng như độ tin cậy

không cao

Hệ thống điều khiển sự dụng điều khiển tuần tự logic khả trình PLC:

Bảng 2.2: Ưu- nhược điểm cửa phương pháp điều khiển PLC

- Những dây kết nối trong hệ thống giảm

được 80% nên nhỏ gọn hơn

- Công suất tiêu thụ ít

- Thời gian lắp đặt nhanh

- Tiết kiệm được không gian

- Dễ dàng thay đổi chương trình

- Bảo trì sửa chữa dễ dàng

- Độ bền và tin cậy vận hành cao

- Giá thành của hệ thống giảm khi số

tiếp điểm tăng

- ứng dụng điều khiển trong phạm vi

rộng

- Giá thành cao

 Hệ thống điều khiển sử dụng rơ le – công tắc tơ:

Bảng 2.3 Ưu- nhược điểm cửa phương pháp rơ le – công tắc tơ

- Có tính kinh tế đối với các hệ thống

nhỏ

- Nhiều bộ phận được chuẩn hóa.

- Ít nhạy cảm với nhiễu.

- Thời gian lắp đặt lâu.

- Thô kệch do có quá nhiều

dây dẫn và relay trongbảng điều khiển

- Khó bảo quản và sửa

chữa

- Khó theo dõi ở những hệ

thống lớn

Từ những ưu và nhược điểm của những phương pháp trên ta thấy đượcnhững ưu điểm vượt trội của việc sử dụng PLC để điều khiển hệ thống, vì đề tàicủa nhóm sinh viên được áp dụng với nhiều loại rau khác nhau cũng như ởnhững mùa khác nhau, lên việc thay đổi chương trình điều khiển gần như là thayđổi liên tục Việc thay đổi chương trình là rất quan trọng trong quá trình chămsóc mỗi loại rau khác nhau ta sẽ có những môi trường về độ ẩm , nhiệt độ lýtưởng khác nhau cho mỗi loại rau Vì thế việc sử dụng PLC làm thiết bị điềukhiển cho cả mô hình là đơn giản và dễ sử dụng nhất

PLC có khả năng thay đổi chương trình một cách dễ dàng và linh hoạt

So về tính năng thì ta thấy PLC hiện nay có những ưu đểm hơn hẳn so với

kỹ thuật vi xử lý Về tính nawg cũng như về giá thành lắp đặt hay cách sửdụng.Vì thế nhóm sinh viên quyết định chọn điều khiển mô hình bằng PLC

Sau khi lựa chọn được mô hình thiết kế nhóm sinh viên xin đưa ra ýtưởng thiết kế của mô hình Mô hình sử dụng hệ thống điểu khiển tuần tự làmchủ đạo dùng PLC làm bọ xử lý trung tâm để giám sát và đưa lệnh ra cho cácthiết bị trong hệ thống

 Mô hình gồm 2 phần chính là phần:

- Cơ khí : Giá đỡ ,Vỏ tủ điện.

- Tự động hóa : các thiết bị chấp hành, các thiết bị bảo vệ.

Hình 2.2: Sơ đồ bố trí thiết bị

2.4 Thiết bị sử dụng và các công cụ hỗ trợ cho việc nghiên cứu, thiết kế

Đặc trưng (s) là hàm của đại lượng cần đo (M)

S = F(M)Người ta gọi (S) là đại lượng đầu ra hoặc phản ứng của cảm biến (M) làđại lượng đầu vào hay kích thích ( có nguồn gốc đại lượng cần đo) Thông qua

đo đạc (S) cho phép nhận biết giá trị (M)

Phân loại cảm biếntheo đặc trưng sau đây:

- Theo nguyên lý chuyển đổi giữa đáp ứng kích thích

- Phân loại theo dạng kích thích

- Phân loại theo phạm vi sử dụng

- Phân loại theo thông số mô hình mạch thay thế

Trong đồ án này chúng em sử dụng 2 loại cảm biến là cảm biến nhiệt độ

và cảm biến độ ẩm

 Chức năng:

- Nhiệt độ và độ ẩm từ môi trường sẽ được cảm biến hấp thụ sau đó tùy

lượng điện Tín hiệu mà cảm biến thu được dùng để chuẩn đoán và cung cấpthông tin báo về bộ điều khiển xử lý. 

- Như thế một yếu tố hết sức quan trọng đó là “ nhiệt độ, độ ẩm môi trườngcần đo” và “nhiệt độ, độ ẩm cảm nhận của cảm biến” Cụ thể điều này là: Các loạicảm biến mà các bạn trông thấy nó đều là cái vỏ bảo vệ, phần tử cảm biến nằm bêntrong cái vỏ này ( bán dẫn, lưỡng kim….) do đó việc đo có chính xác hay khôngtùy thuộc vào việc truyền nhiệt, độ ẩm từ môi trường vào đến phần tử cảm biếntổn thất bao nhiêu ( 1 trong những yếu tố quyết định giá của cảm biến)

- Một nguyên tắc đặt ra là: Tăng cường trao đổi nhiệt, độ ẩm giữa cảm biến

và môi trường cần đo

 Phân loại cảm biến:

- Cặp nhiệt điện (Thermocouple)

- 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 ) Dùnghồng ngoại hay lazer

 Lựa chọn cảm biến cho hệ thống.

Trong mô hình nhóm sinh viên sử dụng cảm biến kèm đồng hồ hiển thị vàđiểu khiển nhiệt độ REX-C100 và bộ giám sát và điều khiển độ ẩm FOX -1H

 Giới thiệu chung về bộ điều khiển nhiệt độ tích hợp cảm biến REX –C100.

Hình 2.3: Bản vẽ kích thước bộ điều khiển nhiệt độ REX –C100.

- REX-C100 là bộcảm biến nhiệt độ tích hợp đồng hồ hiển thị rất tiện dụng và nhỏ gọn , nhưng mang lại độ chính xác và tin cậy cao

- REX-C100 có khả năng sao lưu bộ nhớ để người dùng có thể lưu và khai thác dữ liệu

- REX-C100 có chức năng tự điều chỉnh PID

 Ngõ ra rơ le: 250VAC, 3A

 Ngõ ra xung điện áp: 0/12 VDC ( Điện trở tải: lớn hơn600Ω)

 Ngõ ra dòng: DC 4-20mA (Điện trở tải: nhỏ hơn 600Ω)

 Ngõ ra Triac: 100 VAC, 200 VAC

 Ngõ ra alarm: 250VAC, 1A

Hình 2.4: Bộ điều khiển độ ẩm FOX -1H tích hợp cảm biến.

- FOX -1H là bộcảm biến độ ẩm tích hợp đồng hồ hiển thị rất tiện dụng và nhỏ gọn , nhưng mang lại độ chính xác và tin cậy cao

2.4.1.2 PLC

 Khái quát về PLC.

PLC là viết tắt của cụm từ “Programmable Controller (Điều khiển có thểlập trình)” hay còn được gọi là “Sequence Controller” (SC Điều khiển tuầntự).PLC được định nghĩa là các thiết bị điện tử điều khiển các thiết bị khác nhauthông qua các ngõ vào và ngõ ra I/O và có bộ nhớ trong để lưu trữ các lệnh cóthể lập trình

Thiết bị điều khiển logic khả trình PLC hiện nay được ứng dụng rất rộngdãi, PLC có thể thay thế một mạng lớn role hơn thế nữa PLC giống như mộtmáy tính lên có thể lập trình được, chương trình của PLC có thể thay đổi rất dễdàng, các chương trình còn có thể thay thế hoặc sửa đội nhanh chóng

PLC đáp ứng được hầu hết các yêu cầu , và gần như là yếu tố chính trongviệc nâng cao hơn nữa hiệu quả sản xuất trong công nghiệp Trước đây thì việc

tự động hóa chỉ được áp dụng trong sản xuất hang loạt năng suất cao Hiện naycần thiết phải tự động háo cả trong sản xuất nhiều loại khác nhau để nâng caochất lượng sản xuất

- Modul đầu vào

- Modul đầu ra

Modul bộ nhớ chương trình: chương trình điều khiển hiện hành được giữlại trong bộ nhớ bằng các bộ phận lưu giữ điện tự như RAM,PROM hoặcEPROM Chương trình được tạo ra với sự trợ giúp cả một đơn vị lập trìnhchuyên dụng, rồi được chuyển vào bộ nhớ chương trình ngay cả trong trườnghợp mất nguồn điện chính.

Modul đầu vào có chức năng chuẩn bị các tín hiệu bên ngoài để chuyểnvào trong PLC có chứa các bộ lọc và bộ thích ứng mức năng lượng,Một mạchphối ghép có lựa chọn được dùng để ngăn cách điện giải mạch trong ra khỏimạch ngoài Các modul đầu vào được thiết kế để có thể nhận được nhiều đầuvào và có thể cắm them các modul đầu vào mở rộng Việc chuẩn đoán sai xót hưhỏng sẽ được thực hiện rất dễ dàng với mỗi đầu vào được trang bị một Điốt phátsáng (led) bộ chỉ thị ánh sáng báo hiệu sự có mặt của điện thế đầu vào

Modul đầu ra có cấu tạo tương tự như modul đầu vào Nó gửi thẳng cácthông tin đầu ra đến các phần tử kích hoạt ( cho dẫn động ) của máy làm việc Vìvậy mà nhiều modul đầu ra thích hợp với hang loạt mạch phối ghép khác nhau đãđược cung cấp Điốt phát sáng (led ) cũng có thể giúp quan sát điện thế đầu ra

Modul phối ghép dùng để nối bộ điều khiển khả trình PLC với các thiết bịngoài như màn hình, thiết bị lập trình hoặc cá Panen mở rộng Thêm vào đó ,nhiều chức năng phụ cũng cần thiết hoạt động song song với chức năng thuầntúy logic của một bộ PLC cơ bản Cũng có thể ghép them những thẻ điện tử phụđặc biệt để tạo ra các chức năng phụ đó Trong những trường hợp này đều phảidùng đến mạch phối ghép

Modul chức năng phụ : những chức năng phụ điển hình nhất của PLC là

bộ nhớ duy trì có cùng chức năng như role du trì nghĩ là bảo tồn tín hiệu trongquá trình mất điện Khi nguồn điện trở lại thì bộ chuyển đội của bộ nhớ nằm ở tưthế như trước lúc mất điện Bộ thời gian PLC có chức năng tương tự như rolethời gian, việc đặt thời gian lập trình hoặc điều chỉnh từ bên ngoài.Bộ đếm đượcđược lập trình bằng các lệnh logic cơ bản hoặc thông qua các thẻ điện tử phụ.Bộghi tương ứng với cơ cấu nút bấm – bước, Bước tiếp theo được thả ra bởi bộphát thời gian hoặc bằng xung của mạch chuyển đổi Chức năng số học được

thiết kế để thể hiện bốn chức năng số học cơ bản: cộng , trừ, nhân , chia và cácchức năng so sánh: lớn hơn, nhỏ hơn,bằng , không bằng Chức năng điều khiển

số của PLC để điều khiển các quá trình công nghệ trên các máy công cụ hoặctrên các tay máy, người máy công nghiệp

 Chức năng cùa PLC.

Chức năng của bộ điều khiển logic khả trình cũng giống như các bộ điều khiển khác thiết kế trên cơ sở các role hoặc cá thành phần điện tử :

- Thu nhận các tín hiệu đầu vào các phản hồi ( từ các cảm biến )

- Liên kết ghép nối lại và đóng mở mạch phù hợp với chương trình

- Tính toán và soạn thảo các lệnh điều khiển trên cơ sở so sánh các thông tin thu được

- Phân phát các lệnh điều khiển đó đến các địa chỉ thích hợp

Việc ứng dụng các bộ PLC vào các hệ thống đã gặp rất nhiều thuận lợi như :

- Thời gian lắp đặt ngắn

- Độ tin cậy ngày càng tăng

- Dễ dàng thay đổi phần mềm nhờ thiết kế

- Có thể tính toán được chính xác giá thành

- Xử lý tư liệu tự động

- Chuẩn hóa phần cứng điều khiển

- Khả năng tái tạo

- Thích ứng trong môi trường khắc nghiệt , nhiệt độ , độ ẩm, điện

áp giao động, tiếng ồn

- Ghép nối máy tính

- Ghép nối máy in

 Lựa chọn thiết bị cho hệ thống.

Thông qua việc thiết kế và tính toán dựa trên những yếu tố trên nhóm sinhviên xin lựa chọn sử dụng PLC mitshubishi FX-1S 14MT

 Thiết bị điều khiển logic khả trình PLC Mitshubishi FX