Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật xây dựng chương trình điều khiển hệ thống tự động kiểm tra và điều chỉnh nhiệt độ, ẩm độ và thành phần không khí trong kho bảo quản rau quả tươi

BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT VIỆN CƠ ĐIỆN NÔNG NGHIỆP & CÔNG NGHỆ SAU THU HOẠCH BAO CAO TONG KET KHOA HOC VA KY THUAT ĐỀ MỤC: Xây dựng chương trình điều khiến hệ thống tự động kiểm tra điều chỉnh nhiệt độ, Âm độ thành phân không khí kho bảo quản rau tươi ( Thuộc Đề tài cấp Nhà nước bảo quản chế biển rau tươi mô vừa & nhỏ) Chú nhiệm đề mục: Cân tham gia: ThS Trần Hồng Thao TS KS KS KS Nguyễn Đình Lục Nguyễn Tấn Anh Dũng Tran Xuan Hưng Phạm Thị Nhớ Hà nội, 10/2003 ( Bản thảo viết xong 9/2003) ĐẺ MỤC XAY DUNG CHUONG TRINH DIEU KHIEN HE THONG TU DONG KIEM TRA VA DIEU CHINH NHIET DO, AM DO VA THANH PHAN KHONG KHi TRONG KHO BAO QUAN RAU QUA TUOI MUC TIEU Nghiên cứu triển khai thiết kế, chế tạo thiết bj điều khiển hệ thống tự động kiểm tra điều chỉnh nhiệt độ, 4m d6 thành phần khơng khí kho bảo quản quả: mận, vải, cam quy mơ vừa nhỏ ĐĨI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU Chương trình điều khiển hiển thị cài đặt máy tính PC Các thiết bị ghép nối máy tính thiết bị làm việc kho báo quản SAN PHAM KHI NGHIEM THU Chương trình điều khiển thiết bị ghép nỗi Nhân thực hiện: Chủ trì: Tham gia: Ths.Trần Hồng Thao TS Nguyễn Đinh Lục KS Tran Xuân Hưng KS Phạm Thị Nhớ Và cộng MỤC LỤC I TONG QUAN VE VAN DE BAO QUAN RAU QUÁ HIỆN NAY Trang 1.1 Bảo quản rau tươi giới Việt nam Trang 1.1.1 Hiện trạng giải pháp Trang 1.1.2 Bảo quản rau tươi giới Trang 1.1.3 Bao quan rau tươi Việt nam Trang 12 Lựa chọn giải pháp thiết kế Trang II NGHIEN CUU THIET KE CHE TAO HE THONG DIEU KHIEN Trang 12 2.1 Nguyên lý hệ thống điều khiển kho bảo quần Trang 12 2.2 Thiết kế chế tạo mơ hình thí nghiệm bảo quản rau tươi có điều chỉnh thành phần khơng khí Trang 13 2.3 Hệ thống phần cứng Trang 14 2.3.1 Thiết kế hệ vi điều khiển Trang 15 2.3.2 Lựa chọn cảm biến Trang 20 2343 Lựa chọn khuếch đại tín hiệu đo Trang 21 243.4 Thiết kế biến đổi tín hiệu vào Trang 21 24 Chương trình điều khiển Trang 24 2.5 Tính tốn lựa chọn thiết bị thừa hành Trang 26 2.6 Lắp ráp, vận hành, kiểm tra hệ thông Trang 28 II THỬ NGHIỆM HIỆU CHỈNH THIẾT BỊ Trang 29 IV ĐÁNH GIÁ KẾT QUÁ NGHIÊN CỨU Trang 32 V KET LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ Trang 33 I DAT VAN DE 1.1 Bảo quản rau tươi giới Việt nam 1.1.1 Hiện trạng giải pháp Nước ta nước nông nghiệp nằm trai dai tir 8° - 23° vi Bắc, có hai vùng đồng lớn châu thổ sông Hồng sông Cửu Long, vùng trung du, đổi núi cao nguyên Do địa hình phức tạp nên hình thành nhiều vùng thời tiết khí hậu khác dẫn đến chủng loại rau đa dạng phong phú Phát huy tiềm thiên nhiên với chủ trương phát triển kinh tế nông nghiệp đắn Đảng Nhà nước, vòng 10 năm từ 1990 - 2000 diện tích trồng rau nước ta tăng lên lần sản lượng tăng lần dat 6,8 triệu rau va 5,5 triệu vào năm 2000, du kiến đến năm 2010 dat 11 triéu rau triệu tan qua [1] Sản xuất rau đạt kết đáng khích lệ loại rau chủ yếu phục vụ nội vùng, vấn đề cung cấp cho vùng khác gặp khó khăn đặc biệt thành phố lớn tiêu thụ nhiều rau tươi Xuất rau tươi năm 2000 đạt giá trị 200 triệu USD, chiếm 10 - 15% kim ngạch xuất rau [1], xếp sau nhiều nước giới khu vực ASEAN Thái lan, Malaysia, Philipin Dẫn đến tinh trạng vụ thu hoạch loại rau khơng tiêu thụ hết, sản phẩm cịn lại nhanh bị biến chất buộc phải huỷ bỏ gây tốn thất lớn kinh tế cho người sản xuất, ảnh hướng xấu đến môi trường Nguyên nhân chủ yếu khí hậu nhiệt đới nóng 4m, nhiệt độ độ âm trung bình cao, đặc biệt mùa hè, thu hoạch nhiều loại rau tiến hành vào lúc nhiệt độ 30 - 38°C độ am khơng khí 85 - 95% Mặt khác, rau chứa hàm lượng nước cao nhiều chất dinh dưỡng khác, sau thu hoạch chúng tiếp tục q trình hơ hấp, trao đổi chất nên chúng nhanh bị hư hỏng, không bảo quản tốt chúng không thê sử dụng sau thu hoạch từ - ngày Trong hoàn cảnh giải pháp quan trọng đầu tr công nghệ thiết bị bảo quản rau tươi sau thu hoạch đề nâng cao giá trị thương phẩm hạn chế đến mức thấp tên thất cho người sản xuất đồng thời chủ động cung ứng sản phẩm tiêu dùng cho xã hội cho xuất Công nghệ thiết bị bảo quản nông sản rau tươi nước ta thấp, dẫn đến thực tế lượng mát hư hỏng bảo quản chiếm tỷ lệ đáng kể Ví dụ, với lương thực tý lệ hư hỏng khâu bảo quản 15 - 20% nước phát triển - 10%, mặt khác với rau tươi công nghệ nên khó bảo quản đài ngày hạn chế khả xuất khâu sản phẩm Vì cơng nghệ thiết bị bảo quản đơn giản chủ yếu bảo quản rời hay đóng bao điều kiện thơng thống tự nhiên xử lý loại hố chất rẻ tiền, tạo mơi trường bất lợi cho bảo quản nơng sản khó kiểm sốt an tồn cho người tiêu dùng Do vậy, cần phải nghiên cứu ứng dụng công nghệ thiết bị để sơ chế, bảo quản, xử lý, phân loại rau tươi, đưa tỷ lệ sơ chế bảo quản thiết bị tiên tiễn lên 50% tổng khối lượng sản phẩm [2] 1.1.2 Bảo quản rau tươi giới Hiện nay, biện pháp kỹ thuật chủ yếu áp dụng bảo quản loại rau tươi giới là: - Phương pháp vật lý như: xử lý nhiệt, bảo quản môi trường lạnh, biến đổi điều chỉnh mơi trường khơng khí, xử lý phóng xạ - Phương pháp hoá học gồm: xử lý hoá chất nhúng tâm, bay - Phương pháp sinh học: sử dụng vi sinh đối kháng enzim Các phương pháp có tác dụng diệt trừ hạn chế phát triển vi sinh vật, hạn chế nước, làm chậm lại trình hô hấp trao đổi chất rau Với yêu cầu phải đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm cho người tiêu dùng kéo đài thời hạn sử dụng đồng thời giữ nguyên chất lượng thực phâm nên giải pháp vật lý vật lý chủ đạo kết hợp với phương pháp khác quan tâm Trong phương pháp bảo quản lạnh, biến đổi điều chỉnh môi trường khơng khí kho bảo quản có nhiều ưu điểm nhiều nước có nơng nghiệp phát triển áp dụng Ví dụ với nghiên cứu bảo quản mận cho thấy nhiệt độ bảo quân giảm °C thi lượng CO; sinh kg giảm mg/h, đồng thời lượng khí O; giảm 2% cường độ hơ hấp giảm 37% so với môi trường không khí bình thường [16] Với phương pháp người ta tiến hành xây đựng kho chứa kín có hệ số kín < 0,1, có lắp đặt thiết bị khống chế nhiệt độ, độ âm điều tiết thành phần khơng khí Debney cộng thí nghiệm súp lơ nhận thấy nhiệt độ 27°C thi cường độ hô hấp chúng lớn gấp 35 lần so với chúng 0°C { ] Trong thí nghiệm khác có bổ sung thêm độ âm kho Shiro, 1975 đo lượng bay nước khoảng 5,2 - 9,6% với mận tươi bảo quản sau tuần môi trường - 1,7°C va 46 ẩm 85 - 90% [ ] Các kết nghiên cứu Shimon Meir cho thấy biến đổi điều chỉnh mơi trường khơng khí bảo quản ngăn ngừa biến màu qủa giai đoạn đầu hình thành mẫu nâu tối giai đoạn sau Adel AKader nhận thấy điều chỉnh khơng khí kho kéo đải thời gian chín với nồng độ CO; từ 15 - 20% có tác dụng chống nấm mốc tốt, RL Nie Launchlan cộng chứng minh với thành phần khơng khí chứa khoảng 4% CO; - 4% O; có kết tốt với bảo quản xoài [16] Bảo quản lạnh kết hợp với hệ thống điều chỉnh thành phần khí quyền kéo dài thời gian bảo quản rau tươi nhiều so với bảo quản lạnh thông thường kết hợp ưu phương pháp Hiện nay, nước có kinh tế phát triển hệ thống bảo quản trọng phát triển đồng bao gồm từ khâu vận chuyển sau thu hoạch, cất giữ kho phân phối đến người tiêu thụ Dưới số ví dụ so sánh kết bảo quản số loại rau tươi môi trường lạnh mơi trường lạnh có hệ thống điều khiển thành phần khí [7] Bảng Kho bảo quản lạnh thường Loại rau ua ; Xúp lơ - Đậu xanh 7-8 90-95 Cai xanh -2 95 Dưa chuột | 7- 10 Tỏi ăn lạnh có hệ thơng bao quan? Lae thành phân khí quyên điều khiển : 92-95 "m bả — Nhiệt | Độ âm không | Thời gian | Nhiệt |Độẩm không| O; | CO; Thời gian bảoR 46CC)| khí(%) | bảo quản |độ(C)| khi(%) | (%) | (%) quản Khoai tây Kho one 90 - 95 4-9 90-95 -1-0 | 65-75 l2-3tuân| 10 ngày | 95 7-8 95 7-10 95 " " " "- |Đên 14 tháng " " "| " |Đến I2tháng 3-5) tuân 14 | tuân 10 - 14 ` ngày Đến , tháng 6-7 tháng Xu hào 90 - 95 Bap cai 0-0, 85-90 |2-3tuần| Dứa (xanh) | 7-8 85-90 |4-5tuân|13-14| Chuối (xanh)| 13 Cam, chanh | 6-7 | Nhãn, vải 0-2 | 90 85-90 90-95 2-3tuân| |2-3tuần| |4-6tuần| Xoai 85-90 |2-3tmần| 13 | 2tuan | 0-1 : : „ | 3 tudn " "mm tuần 85-95 |5-8|4-5| tháng " " " " " " "mm ee tháng thang thang " " "mm" tháng 1-3 95 \ [os Các kho bảo quản lạnh thường kho bảo quân lạnh có hệ thống điều khiển thành phẩn khí đùng để bảo quản rau tươi giới dang sử dụng rộng rãi nước có nên kinh tế phát triển, thông số nhiệt độ, độ ẩm giám sát điều khiển điều khiển, PLC hay PC Như vậy, thông số khống chế chặt chẽ tuỳ thuộc vào yêu cầu q trình cơng nghệ bảo quản, đồng thời số liệu lưu giữ lại để dùng cho việc đánh giá kết Ví dụ, hệ thống bảo quản lạnh có hệ thống điều khiển thành phần khí quyền dùng bảo quản rau tươi Công ty CHINA NATIONAL AND FOOD MACHINERY COPORATION sau: ( Hình 1.1) PAKAGING CA Fresh-Keeping Coldstore Hình 1.1 Kho bảo quản lạnh có điều chỉnh thành phần khơng Trong đó, nhiệt độ, độ 4m thành phần khí kho điều khiển điều khiển đại với sai số nhiệt độ + 1°C, độ âm + 5% Nhờ chất lượng bảo quản tốt thời gian bảo quản rau tăng lên 1,5 - lần so với bảo quản lạnh thông thường 1.1.3 Bảo quản rau tươi Việt nam Tình trạng sản xuất tiêu thụ rau nước nhiều hạn chế, sản phẩm rau tươi tiêu thụ sau thu hoạch vào khoảng 10 -15% tuỳ loại sản phẩm, mặt khác công nghệ thiết bị bảo quản nông sản rau tươi thấp, dẫn đến lượng mắt mát hư hỏng bảo quản chiếm tỷ lệ đáng kể, thêm vào cơng nghệ nên khó bảo quản dai ngày, hạn chế khả xuất sản phẩm nước Nguyên nhân chủ yếu hệ thống kho bảo quản phát triển, công nghệ thiết bị đơn giản chủ yếu bảo quản rời hay đóng bao điều kiện thơng thống tự nhiên xử lý loại hoá chất rẻ tiền Nó tạo mơi trường tiêu thụ khơng ổn định, hiệu kinh tế thấp, yếu tố bất lợi cho bảo quản rau tươi khó kiểm sốt an tồn cho người tiêu dùng Gần số quan nghiên cứu sở sản xuất nước nghiên cứu triển khai báo quản lương thực, rau tươi phương pháp xử lý gia nhiệt, bảo quản môi trường lạnh, xử lý hoá chất nhúng tâm, điều tiết thành phần khí CO¿, xơng SOs kết chưa đạt hiệu qủa cao, mặt khác công tác kiểm tra dư lượng thừa chất bảo quản cịn nhiều khó khăn thiếu thiết bị Ví dụ bảo quản lương thực khí CO; hay mơi trường lạnh bước đầu số sở ứng dụng thử nghiệm đơn lẻ yếu tố Năm 1997 — 1998, Viện Công nghệ sau thu hoạch tiễn hành nghiên cứu bảo quản ngô hạt phương pháp CO; với nồng độ 20% nhận thấy sau tháng khơng có mọt xuất mẫu đối chứng sau tháng xuất mọt sau tháng coi bị hư hỏng nặng nẻ Biến đổi điều chỉnh mơi trường khơng khí sử dụng để bổ sung với trì nhiệt độ độ ấm tối ưu nhằm nâng cao chất lượng, kéo dài thời hạn bảo quản giảm tốn thất sau thu hoạch loại rau nhiệt đới vận chuyển bảo quản Nó làm giảm hô hắp, tạo thành êtylen hoạt động sống vi sinh vật, nấm mốc, côn trùng Sử dụng phương pháp biến đổi điều chỉnh mơi trường khơng khí trì hỗn chín rau quả, với nồng độ đến 60% CO; 1% O¿ có thé ngăn ngừa tiêu điệt số trùng có hại Các tiến gần công nghệ biến đổi điều chỉnh môi trường khơng khí cho phép sử dụng thuận tiện quy trình đơn giản loại nông sản, hướng nảy tiếp tục mở rộng tương lai Các nghiên cứu loại đối tượng bảo quản thích ứng tốt với mơi trường khí hậu định, thay đổi cần vài phần trăm nồng độ loại khí nhiệt độ, độ ẩm ảnh hưởng đến chất lượng bảo quản Kết nghiên cứu bảo quản mận Viện Công nghệ sau thu hoạch cho thấy nhiệt độ bảo quản giảm 1°C thi lượng CO; sinh l kg giám l1 mg/h, đồng thời lượng khí O; giảm 2% cường độ hơ hấp giảm 37% so với mơi trường khơng khí bình thường Với phát triển mạnh mẽ kinh tế quốc đân, ngành sản xuất công nghệ sản xuất vật liệu mới, vấn để xây dựng kho bảo quản lạnh rau bước đầu phát triển hình thành hệ thống kho bảo quản lạnh Nhưng chủ yếu tập trung vào kho lạnh thường, cịn kho lạnh có hệ thống điều khiển thành phần khí chưa thực phát triển 1.2 Lựa chọn giải pháp thiết kế Các phân tích cho thấy cần nghiên cứu áp dụng bảo quản lạnh kết hợp với hệ thống điều chỉnh thành phần khí quyên bảo quản rau tươi để tạo môi trường tối ưu bảo quản, cần phải điều khiển yếu tố nhiệt độ, độ ẩm thành phần khơng khí kho Sự thay đổi yếu té nhiệt độ, độ âm thành phần khơng khí kho O;, CO; cảm biến phản ánh tín hiệu điện đưa đến hệ thống điều khiển Căn vào mức thông số yêu cầu làm việc đối tượng giá trị thời gian theo ngưỡng đặt theo chương trình mà hệ thống điều khiển tác động đến thiết bị khống chế phần tử thừa hành Để điều khiển hệ thống sử dụng phương pháp sau: - Sử dụng thiết bị điều khiển chỗ đơn lẻ: Hệ thống céng kénh khơng kiểm sốt q trình, cần người điều khiển (Hình 1.2) - Sử dụng điều khiển lập trình (PLC): PLC dễ dàng lập trình để thực loạt trình tự kiện theo ngưỡng giá trị thời gian khác Chúng làm việc tin cậy, xác không lưu trữ số liệu lớn giá thành cao phải nhập ngoại Hình ¡.2 Tủ điều khiển nhiệt độ độ âm kho bảo quản lạnh - Sử dụng điều khiển vi xử lý ghép nối với máy tính (PC): So với PLC hệ thống có tính mở, khả lập trình linh hoạt, lưu trữ xử lý số liệu, quan sát trực quan xu hướng ứng dụng chủ yếu nước có ... dụng bảo quản lạnh kết hợp với hệ thống điều chỉnh thành phần khí quyên bảo quản rau tươi để tạo môi trường tối ưu bảo quản, cần phải điều khiển yếu tố nhiệt độ, độ ẩm thành phần không khí kho. .. Hình 1.1 Kho bảo quản lạnh có điều chỉnh thành phần khơng Trong đó, nhiệt độ, độ 4m thành phần khí kho điều khiển điều khiển đại với sai số nhiệt độ + 1°C, độ âm + 5% Nhờ chất lượng bảo quản tốt... tạo điều khiển thông số kho bảo quản lạnh với giá thành phù hợp cho kho quy mô vừa nhỏ Kết luận: Đề mục chọn phương pháp điều khiển hệ thống kiểm tra tự động điều chỉnh nhiệt độ, ẩm độ thành phần