Thiết kế hệ thống tự động hoá sản xuất rau sạch

bộ giáo dục đào tạo Trường Đại học bách khoa hà nội Ngô trí dương Thiết kế hệ thống tự động hoá sản xuất rau Luận án tiến sĩ kỹ thuật hà nội - 2009 giáo dục đào tạo Trường Đại học bách khoa hà nội Ngô trí dương Thiết kế hệ thống tự động hoá sản xuất rau Chuyên ngành : lý thuyết điều khiển điều khiển tối ưu Mã số : 62.52.60.05 Luận án tiến sĩ kỹ thuật Người hướng dẫn khoa học PGS.TS Phan xuân minh PGS.TS Hồ hữu an hà nội - 2009 giáo dục đào tạo Trường Đại học bách khoa hà nội Ngô trí dương Thiết kế hệ thống tự động hoá sản xuất rau Luận án tiến sĩ kỹ thuật hà nội - 2009 giáo dục đào tạo Trường Đại học bách khoa hà nội Ngô trí dương Thiết kế hệ thống tự động hoá sản xuất rau Chuyên ngành : lý thuyết điều khiển điều khiển tối ưu Mã số : 62.52.60.05 Luận án tiến sĩ kỹ thuật Người hướng dẫn khoa học PGS.TS Phan xuân minh PGS.TS Hồ hữu an hà nội - 2009 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết luận án Đất nước ta giai đoạn công nghiệp hoá, đại hoá Trong công này, tự động hoá đóng vai trò then chốt Có thể nói điều khiển tự động lĩnh vực kỹ thuật thiếu dây chuyền sản xuất công nghiệp, nông nghiệp tiên tiến Hiện nay, nhu cầu đổi công nghệ tự động hoá cho dây chuyền sản xuất nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm, tăng suất, giảm giá thành, nâng cao lực cạnh tranh sở sản xuất công nghiệp nông nghiệp lớn Thực tế gần toàn thiết bị điều khiển sử dụng dây chuyền sản xuất thiết bị nhập ngoại Trong điều kiện nay, việc tận dụng kỹ thuật, công nghệ thiết bị tiên tiến nước để nhanh chóng đại hoá sản xuất nông nghiệp nước cần thiết Thiết bị nhập ngoại có ưu điểm chất lượng tốt, hoạt động tin cậy, ổn định nhiên giá thành cao Do không đủ chi phí đầu tư nên số sở sản xuất nông nghiệp phải chấp nhận đổi công nghệ cách nhập thiết bị lạc hậu qua sử dụng Mặt khác phải nhìn nhận chiến lược nhiều nước chuyển giao cho nước khác công nghệ lỗi thời Vì vậy, lâu dài để sản xuất nông nghiệp nước phát triển bền vững theo kịp nước khác khu vực, phải nghiên cứu để chủ động nắm kỹ thuật, tự chế tạo dây chuyền sản xuất tự động nói chung điều khiển nói riêng đại, chất lượng tốt, giá thành rẻ phục vụ sản xuất Đây toán thực tiễn đặt cho nhà nghiên cứu tự động hoá nước Từ việc nghiên cứu, phân tích qui trình sản xuất rau nhà lưới có mái che phương pháp trồng giá thể không sử dụng đất, luận án đề cập toán thiết kế chế tạo hệ thống tự động hóa phục vụ quy trình công nghệ trồng rau cho mô đun trồng trọt 200 m2 thiết bị có Việt Nam Với việc thiết kế, chế tạo hệ thống thiết bị nước đảm bảo chí phí thấp nhiều lần so với thiết bị nhập ngoại, điều quan trọng mức thu nhập người nông dân thấp Mặt khác việc chế tạo Việt Nam làm chủ công nghệ chế tạo thiết bị điều khiển, hệ thống tự động hóa để phục vụ công nghệ trồng rau đại trà Việt Nam Với phương pháp trồng rau giá thể việc ứng dụng tự động hoá đáp ứng đầy đủ yêu cầu công nghệ sản xuất rau Nhờ hỗ trợ hệ thống tự động hóa, nhà trồng có đầy đủ khả đảm bảo qui trình sản xuất kiểm soát đầy đủ thông số trình sản xuất rau Hiện nay, việc trồng rau nhà lưới phương pháp không dùng đất phát triển mạnh nước ta Tuy nhiên, hệ thống đáp ứng cho công nghệ trồng rau nhập ngoại giá thành cao nên có số sở sản xuất lớn nhờ đầu tư nhà nước hoạt động Những phân tích cho thấy nghiên cứu quy trình công nghệ để nắm vững đối tượng cần điều khiển để từ xây dựng toán điều khiển, vận hành giám sát cho hệ thống tự động hoá phục vụ sản xuất rau vấn đề cần giải Thực phân tích, lựa chọn lời giải, lựa chọn giải pháp kỹ thuật để từ thiết kế chế tạo hệ thống tự động hóa phục vụ qui trình sản xuất rau vấn đề nghiên cứu vừa mang tính lý thuyết vừa mang tính thực tiễn cấp bách Đó động lực để tác giả thực luận án Mục đích nghiên cứu Mục đích luận án nghiên cứu, thiết kế chế tạo hệ thống tự động hóa quy trình sản xuất rau giá thể cho mô đun nhà trồng rau có diện tích mặt 200 m2 Một hệ thống tự động hóa trình sản xuất rau chế tạo công nghệ PSoC (Programmable System on Chip) sản phẩm trông đợi luận án Để thực mục đích đó, luận án thực nghiên cứu, phân tích quy trình trồng rau nhà trồng rau có mái che phương pháp không dùng đất từ đề xuất toán tự động hóa phục vụ qui trình công nghệ trồng rau Các nhiệm vụ cần thực hiện: - Nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ thống thiết bị trình phục vụ công nghệ trồng rau hệ thống tưới nhỏ giọt, hệ thống bình trộn, hệ thống bơm, hệ thống đóng mở mái che, hệ thống quạt gió sử dụng nhà lưới cho mái che mô đun 200 m2 - Nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ thống tự động hoá phục vụ công nghệ sản xuất rau sở vi điều khiển công nghệ PSoC - Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển giám sát bàn phím hình tinh thể lỏng máy tính cá nhân PC - Thiết kế chế tạo sản phẩm tự động hoá phục vụ công nghệ sản xuất rau theo phương pháp mô đun hoá để dễ dàng cho việc phát triển sản xuất kiểu công nghiệp theo qui mô từ nhỏ đến lớn phù hợp với sản xuất Việt Nam Mặt khác, tạo tính linh hoạt sản phẩm: dễ dàng lắp đặt, dễ dàng thay có hỏng hóc - Các sản phẩm nghiên cứu thiết kế chế tạo nhằm mục đích thay sản phẩm nhập ngoại, tiêu chí sản phẩm giá thành phải rẻ nhiều so với sản phẩm nhập ngoại chất lượng phải đảm bảo tương đương tốt - Hệ thống phần mềm thiết kế chế tạo theo phương pháp mô đun hoá để tạo khả mở rộng nâng cấp cần thiết Toàn hệ thống sản phẩm đề tài chạy thử nhà trồng rau trường Đại Học Nông Nghiệp Hà Nội, để kiểm tra, đánh giá chất lượng sản phẩm trước đưa thị trường Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến sinh trưởng loại rau trồng nhà trồng rau có mái che phương pháp không dùng đất, qui trình phát triển số loại rau qui trình công nghệ chăm sóc loại rau (Những đề xuất nhà nông học) Đây sở để xây dựng toán điều khiển tự động hóa trình sản xuất rau giá thể Đối tượng nghiên cứu kỹ thuật điều khiển, điện, điện tử kỹ thuật lập trình Đó tảng để thiết kế hệ thống chăm sóc rau sạch, hệ thống điều khiển tự động hóa trình trồng rau nhà trồng rau có mái che Phạm vi nghiên cứu giới hạn việc nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ thống tự động hóa qui trình công nghệ trồng rau không sử dụng đất nhà trồng rau có mái che Nghiên cứu kỹ thuật công nghệ tiên tiến phục vụ cho việc chế tạo sản phẩm Trên sở qui trình công nghệ trồng rau đề xuất phương pháp thiết kế hệ thống tự động hoá vào sản xuất rau nhà lưới có mái che phương pháp không dùng đất Việc thiết kế chế tạo hệ thống tự động hoá đảm bảo phù hợp với điều kiện nước ta Hệ thống tự động hoá sau thiết kế chạy kiểm định kỹ phòng thí nghiệm, thông số số liệu nhận để kiểm chứng hệ thống Phần mềm điều khiển trình thiết kế đơn giản, thuận tiện cho người sử dụng, thông qua giúp cho người trồng rau theo dõi, giám sát lưu thông số môi trường ảnh hưởng đến trình trồng rau Hệ thống tiến hành lắp đặt mô hình sản xuất nhỏ với nhà trồng có sẵn, với kết thu bước đầu đánh giá độ đảm bảo quy trình công nghệ đặt Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận án Về ý nghĩa khoa học: Luận án công trình nghiên cứu việc ứng dụng tự động hoá vào sản xuất rau nhà lưới có mái che phương pháp không dùng đất Việt Nam Sản phẩm luận án góp phần thúc đẩy công tự động hóa sản xuất nông nghiệp Luận án xây dựng thành công qui trình thiết kế chế tạo hệ thống tự động hóa vi điều khiển công nghệ PSoC, nhũng công nghệ tiên tiến Phần mềm điều khiển trình sản xuất rau trình bày luận án thuận tiện cho người sử dụng với hai chế độ làm việc: chế độ làm việc sử dụng nút ấn chế độ làm việc giao diện máy tính PC Mặt khác chức có phần mềm hệ thống lưu trữ liệu, hệ thống quan sát thông số vào, từ giúp cho nhà trồng rau kiểm soát thông số ảnh hưởng đến trình trồng rau Sản phẩm phần mềm luận án cho thấy khả ứng dụng công nghệ thông tin lĩnh vực sản xuất nông nghiệp Đó minh chứng khả chế tạo sản phẩm công nghệ cao nước phục vụ sản xuất nông nghiệp Ý nghĩa thực tiễn phạm vi ứng dụng: Luận án nhằm đáp ứng nhu cầu thực tế thiết kế hệ thống tự động hoá trình sản xuất rau Từ việc đòi hỏi quy trình công nghệ trồng rau nhà lưới có mái che với hệ thống tự động hoá đáp ứng được, kết luận án có ý nghĩa ứng dụng vào thực tế Với kết thử nghiệm hệ thống thành công phòng thí nghiệm, hệ thống lắp đặt tiến hành trồng thử nghiệm mô hình nhà trồng rau đơn giản, bước đầu cho kết tốt Sản phẩm luận án tiền đề cho việc thiết kế chế tạo hệ thống tự động hóa trồng rau theo kiểu mô đun hóa, công nghệ chế tạo thiết bị đại ngày Mô đun hóa tạo điều kiện thuận lợi cho việc lắp đặt, mở rộng khả thay nhanh gọn, linh hoạt Kết cấu luận án Luận án gồm chương phụ lục, nội dung luận án sau: Chương 1: Tổng quan công nghệ sản xuất rau Chương 2: Nghiên cứu phân tích qui trình công nghệ trồng rau không dùng đất Chương 3: Thiết kế hệ thống tự động hoá sản xuất rau phương pháp không dùng đất Chương 4: Triển khai, lắp đặt hệ thống tự động hoá Kết luận kiến nghị 180 Chương trình điều khiển cho PSoC Slave CY8C27443 if((dataReceived[0]=='V')&&(dataReceived[1]=='3')) { Van=3;//Mo van de tuoi cho luong dongcobuoc=1; khoidongDCB=1; }if((dataReceived[0]=='V')&&(dataReceived[1]=='4')) { Van=4;//Mo van va de tuoi cho luong va dongcobuoc=2; khoidongDCB=1; }if((dataReceived[0]=='V')&&(dataReceived[1]=='5')) { Van=5;//Mo van va de tuoi cho luong va dongcobuoc=2; khoidongDCB=1; }if((dataReceived[0]=='V')&&(dataReceived[1]=='6')) { Van=6;//Mo van va de tuoi cho luong va dongcobuoc=2; khoidongDCB=1; }if((dataReceived[0]=='V')&&(dataReceived[1]=='7')) { Van=7;//Mo van van tuoi cho luong 1,2 va dongcobuoc=3; khoidongDCB=1; } if((dataReceived[0]=='T')&&(dataReceived[1]=='C'))//Ra lenh tuoi cay tu nguoi dung { Stop=0; Dem=0; manual=1; //tuoitudong=1;//Dieu khien tuoi ep buoc nguoi dung lenh nghingoi=1; tuoitudong=2; automatic=0; if(GHD==1)//Tuong ung voi muc nuoc da can { TUOICAY=0;//Khong tuoi nua vi nuoc da het Start=0;//Cam bien dem thoi gian tuoi timerTuoiCay=0; carryFlag=0; }else if(GHD==0)//Nuoc van chua can thi { timerTuoiCay=0; Start=1;//Cap nhat thoi gian tuoi cay TUOICAY=1;//Mo van va de tuoi cho ca hai luong carryFlag=2;//Co cho phep bat cac may bom tuoi } //return ; } 181 Chương trình điều khiển cho PSoC Slave CY8C27443 if((dataReceived[0]=='T')&&(dataReceived[1]=='T'))//Ra lenh tuoi tu dong: psoc dkien tu dong { Stop=0; Dem=0; manual=0; nghingoi=1; mahoa=dataReceived[4]; t= (WORD)(dataReceived[3]