1. Trang chủ
  2. » Kỹ Thuật - Công Nghệ

Điều khiển giám sát hệ thống trồng rau thủy canh động

61 572 1

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

THÔNG TIN TÀI LIỆU

Thông tin cơ bản

Định dạng
Số trang 61
Dung lượng 12,44 MB

Nội dung

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN  BÀI TẬP LỚN Môn: HỆ THU THẬP DỮ LIỆU Đề tài: ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT HỆ THỐNG TRỒNG RAU THỦY CANH ĐỘNG Hà Nội - 2018 Mở đầu  Đặt vấn đề Hiện nước ta thời kỳ đổi mới, thời kỳ công nghiệp hóa-hiện đại hóa Ngành tự động hóa phần tất yếu khơng thể khơng kể đến góp phần thúc đẩy phát triển cơng nghiệp hóa nói chung đặc biệt đất nước với đặc thù nơng nghiệp nói riêng Thủy canh kỹ thuật trồng không dùng đất mà trồng trực tiếp vào dung dịch dinh dưỡng giá thể mà khơng phải đất Các giá thể cát, trấu, rán,vỏ xơ dừa, than bùn, vermiculite pertile… Việc áp dụng tự động hóa vào trồng thủy canh vừa giảm nhân công, vừa khoa học lại đảm bảo chất lượng thủy canh Từ yêu cầu thực tế phát triển mạnh mẽ tự động hóa chúng em chọn đề tài để tăng suất tính ổn định trồng rau thủy canh  - Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu tổng quan hệ thống trồng rau thủy canh Lựa chọn thiết bị cảm biến để giám sát hệ thống trồng rau thủy canh Xây dựng phương pháp điều chỉnh tối ưu với chất dinh dưỡng nhiệt độ trồng  Ý nghĩa khoa học đề tài Kỹ thuật thủy canh nghề làm vườn đại, chọn lựa môi trường tự nhiên cần thiết cho phát triển chọn sử dụng chất thích hợp cho sinh trưởng phát triển cây, tránh phát triển côn trùng, cỏ dại bệnh tật từ đất Nền nông nghiệp đại tương lai cần nhân rộng phát triển nhiều mơ hình trồng rau thủy canh ưu điểm bật như: tốn diện tích, thích hợp trồng nhiều nơi; khơng phải làm đất, khơng có cỏ dại, khơng cần tưới; trồng Việc đưa tự động hóa vào để điều khiển, giám sát có ý nghĩa quan trọng việc nâng cao suất, giảm chi phí nhân cơng Đồng thời điều tất yếu để bắt kịp thời đại công ngiệp 4.0 với xu hướng IOT internet kết nối vạn vật CHƯƠNG 1.1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG Lịch sử phát triển nghiên cứu ky thuật thủy canh 1.1.1 Ngoài nước 2|Page Kỹ thuật thủy canh có từ lâu Nhưng khoa học đại thủy canh thực tế xuất vào khoảng năm 1936 thử nghiệm tiến sỹ W.E.Gericke trường đại học California dược cơng bố Ơng trồng loại nước có cà chua 12 tháng có chiều cao 7,5m Gericke cơng bố khả thương mại ngành thủy canh dặt tên cho “hydroponics” tiếng Hy Lạp nước “ponics” có nghĩa lao động Vì thủy canh hiểu theo nghĩa đen làm việc với nước Ở Singapore liên doanh Areo green Technology công ty châu Á áp dụng kỹ thuật thủy canh trồng rau dung dịch dinh dưỡng, không cần đất khơng phải dùng phân hóa học có hại để sản xuất rau với quy mô lớn Hàng năm Singapore tiêu thụ lượng rau trị giá 260 triệu USD Vì đất có giới hạn nên 90% rau xanh nhập khẩu, nông trại Areo Green Lim Chu Kang trị giá triệu USD thu hoạch khoảng 900kg rau ngày Trong nước Việc nuôi trồng thủy canh biết lâu, chưa nghiên cứu có hệ thống sử dụng để trồng loại cảnh nhiều Từ năm 1993, GS.Lê Đình Lương – khoa Sinh học ĐHQG Hà Nội phối hợp với viện nghiên cứu phát triển Hồng Kơng (R&D Hong Kong) tiến hành nghiên cứu tồn diện khía cạnh khoa học kỹ thuật kinh tế xã hội cho việc chuyển giao công nghệ phát triển thủy canh Việt Nam Đến tháng 10 năm 1995 mạng lưới nghiên cứu phát triển Hà Nội, TP.Hồ Chí Minh, Cơn Đảo, Sở khoa học công nghệ môi trường số tỉnh thành Cơng ty Golden Garden & Gino, nhóm sinh viên Đại học Khoa học Tự nhiên Thành Phố Hồ Chí Minh với phương pháp thủy canh vài loại rau thông dụng, cải xanh, cải ngọt, xà lách… Phân viện công nghệ sau thu hoạch, Viện Sinh học nhiệt đới nghiên cứu sản xuất Nội dung chủ yếu là: - Thiết kế phối hợp sản xuất nguyên liệu dùng cho thủy canh - Nghiên cứu trồng lọai khác nhau, cấy truyền từ nuôi cấy mô vào hệ thủy canh trước đưa vào đất số ăn khó trồng trực tiếp vào đất - Triển khai thủy canh quy mơ gia đình, thành thị nông thôn Kết hợp thủy canh với dự án rau thành phố 3|Page 1.2 Ưu điểm nhược điểm kỹ thuật thủy canh 1.2.1 Ưu điểm kỹ thuật thủy canh Kiểm soát dinh dưỡng trồng ưu điểm lớn thủy canh mơi trường dinh dưỡng nghiên cứu kỹ trước trồng Mọi chất dinh dưỡng thủy canh cần thiết cho sinh trưởng phát triển trồng thiết phải kiểm soát nồng độ thích hợp cho loại trồng loại môi trường Hơn nữa, số nguyên tố gây hại cho mức dư lượng khống chế giới hạn an toàn dùng nguyên tố khác loại bỏ Không cần đất, cần không gian đặt hộp dụng cụ trồng, triển khai vùng đất cằn cỗi hải đảo, vùng núi xa xơi, gia đình sân thượng, balcon - Trồng nhiều vụ, trồng trái vụ - Không phải sử dụng thuốc trừ sâu bệnh hóa chất độc hại khác - Năng suất cao trồng liên tục - Sản phẩm hoàn toàn sạch, giàu dinh dưỡng, đồng hồn tồn tươi ngon - Khơng tích lũy chất độc gây nhiễm mơi trường - Khơng địi hỏi lao động nặng nhọc - Dễ dàng tưới tiêu ưu điểm lớn so với phương pháp trồng trọt truyền thống áp dụng kỹ thuật màng dinh dưỡng trồng nước nhờ sử dụng hệ thống ống phun ống đục lỗ 1.2.2 Nhược điểm kỹ thuật thủy canh Chỉ trồng loại rau, ngắn ngày Giá thành sản xuất cao Vốn đầu tư ban đầu cao chi phí trang thiết bị Các máy móc tái sử dụng nhiều lần nên tốn chi phí đầu tư ban đầu Địi hỏi trình độ chun mơn kỹ thuật cao để sản xuất có hiệu Điều gây cản trở cho việc mở rộng phương pháp thủy canh đại trà Khi hấp thu chất dinh dưỡng nước từ dung dịch, độ dẫn điện thay đổi Độ dẫn điện thể độ đậm đặc dung dịch dinh dưỡng Giá trị độ dẫn điện tốt khoảng 1,5-2,5 dS/m Giá trị độ dẫn điện cao ngăn cản hấp thu dung dịch dinh dưỡng áp suất thẩm thấu thấp Giá trị độ dẫn điện dung dịch thấp ảnh hưởng đến sức khỏe sản lượng 4|Page Ngoài ra, thay đổi đột ngột yếu tố môi trường việc cung cấp dinh dưỡng tưới nước khơng gây rối loạn sinh lý 1.3 Môi trường thủy canh 1.3.1 Sự pha chế dung dịch dinh dưỡng Một giá thể khơng đóng vai trị vào sinh trưởng sản lượng thu hoạch, tất chất dinh dưỡng thêm vào nước Bản thân nước cung cấp cho có vài chất khống hịa tan có ích cho Các chất khống sử dụng mơi trường bắt buộc phải hoà tan hoàn toàn nước, thêm chất mà khơng tan nước khơng có tác dụng Trong thuỷ canh tất chất cần thiết cung cấp cho sử dụng dạng muối khống vơ hồ tan dung mơi nước Môi trường dinh dưỡng đạt yêu cầu cao có cân nồng độ ion khống sử dụng môi trường để đảm bảo độ pH ổn định từ 5.5-6.0 độ pH mà đa số trồng sinh trưởng phát triển tốt Sự thành công hay thất bại việc trồng thuỷ canh phụ thuộc vào việc xử lý chất dinh dưỡng, điều đạt tuỳ thuộc độ pH, nhiệt độ độ dẫn điện môi trường … 1.3.2 Nhiệt độ Dao động nhiệt độ môi trường dinh dưỡng thuỷ canh không tác động đến pH mà cịn ảnh hưởng đến chất hồ tan dưỡng chất Nghiên cứu nhiệt độ nước hồ tan khống chất sử dụng nhiệt độ thích hợp khoảng 200C-220C Nếu nhiệt độ thấp nhiệt độ chất khó hồ tan 1.4 Thơng số độ dẫn điện TDS canh tác thủy canh 1.4.1 Khái quát độ dẫn điện TDS Độ dẫn điện: electro\conductivity – mS/cm: Độ dẫn điện định nghĩa là khả môi trường cho phép di chuyển hạt điện tích qua nó, có lực tác động vào hạt, ví dụ lực tĩnh điện điện trường Sự di chuyển tạo thành dòng điện 5|Page Sự phân huỷ muối khoáng (TDS: Total disolved salfs) – ppm: tổng hàm lượng chất rắn hịa tan đơn vị thể tích nước Tổng lượng chất rắn hòa tan tổng lượng ion nước, bao gồm khoáng chất, muối, kim loại hòa tan khối lượng nước định 1.4.2 Mối quan hệ độ dẫn điện TDS Độ dẫn điện: electro\conductivity – mS/cm: Độ dẫn điện định nghĩa là khả môi trường cho phép di chuyển hạt điện tích qua nó, có lực tác động vào hạt, ví dụ lực tĩnh điện điện trường Sự di chuyển tạo thành dịng điện Sự phân huỷ muối khoáng (TDS: Total disolved salfs) – ppm: tổng hàm lượng chất rắn hòa tan đơn vị thể tích nước Tổng lượng chất rắn hịa tan tổng lượng ion nước, bao gồm khống chất, muối, kim loại hịa tan khối lượng nước định 1.4.3 Ảnh hưởng thông số độ dẫn điện TDS đến sinh trưởng trồng thủy canh Trong nghiên cứu người ta dựa vào độ dẫn điện TDS máy đo để điều chỉnh bổ sung chất dinh dưỡng vào mơi trường thuỷ canh Trong suốt q trình tăng trưởng, hấp thụ khoáng chất mà chúng cần, trì độ dẫn điện mức ổn định quan trọng Nếu dung dịch có số độ dẫn điện cao hấp thu nước diễn nhanh hấp thu khoáng chất, hậu nồng độ dung dịch cao gây độc cho Khi ta phải bổ sung thêm nước vào môi trường Ngược lại, độ dẫn điện thấp, hấp thu khống chất nhanh hấp thu nước ta phải bổ sung thêm khoáng chất vào dung dịch Chỉ số độ dẫn điện (mS) diễn tả độ dẫn điện ion hoà tan dung dịch Giá trị độ dẫn điện tốt khoảng 1,5 – 2,5 mS/cm Tùy vào đối tượng rau ăn lá: độ dẫn điện thích hợp khoảng 1,6 – 1,8 mS/cm; rau ăn trái – 2,2 mS/cm Theo tài liệu Viện paster TP.HCM, tổng chất rắn hòa tan TDS cho ăn 545ppm ăn trái 1.500 – 2.000ppm Loại trồng Độ dẫn điện (mS/cm) TDS (ppm) 6|Page Cẩm chướng Địa lan (Cymbidium) Hoa hồng Cà chua Xà lách Xà lách soong Cây chuối Cây dứa Dâu tây Ớt 1.5 2.4 - 5.0 0.6 –1.5 1.5 – 2.4 2.4 – 5.0 0.6 – 1.5 0.6 – 1.5 1.5 –2.4 2.4 – 5.0 1.5 – 2.4 1.5 – 2.4 1400 –2450 420 – 560 1051 – 1750 1400 – 3500 280 – 1260 280 – 1260 1260 – 1540 1400 – 1680 1260 – 1540 1260 – 1540 Các loại hình thủy canh Hiện có nhiều loại hình thủy canh, quy tụ lại có hệ thống thủy canh chủ yếu sử dụng giới 1.5.1 Hệ thống thủy canh khơng hồi lưu Là hệ thống có dung dịch dinh dưỡng đặt hộp xốp vật chứa cách nhiệt khác, dung dịch nằm nguyên hộp chứa từ lúc trồng đến thu hoạch Hệ thống thích hợp với quy mơ gia đình nước phát triển, địi hỏi phải có chất dinh dưỡng tự điều chỉnh độ axit (pH) dung dịch Kỹ thuật thuỷ canh đơn giản triển khai nước ta loại Hình 1: Phương pháp thủy canh không hồi lưu 1.5.2 Hệ thống thủy canh hồi lưu 7|Page Đây hệ thống thủy canh sử dụng nhà lưới Học viện Nông nghiệp Việt Nam Phần thiết kế mạch phần cứng nghiên cứu lắp đặt trực tiếp hệ thống nhà lưới Là hệ thống có dung dịch dinh dưỡng bơm tuần hồn từ bình chứa có lắp đặt thiết bị điều chỉnh tự động thông số dung dịch để đưa tới rễ cây, sau quay lại bình chứa để điều chỉnh thơng số Hệ thống có hiệu kinh tế cao hơn, khơng địi hỏi chất dinh dưỡng có chế tự điều chỉnh độ axit, thích hợp với quy mơ sản xuất lớn nơi có nguồn điện Hình 2: Phương pháp thủy canh hồi lưu 1.6 Yêu cầu hệ thống 8|Page Yêu cầu đo điều chỉnh thông số ảnh hưởng đến trồng nhiệt độ, nồng độ chất dinh dưỡng hòa tan TDS Thiết kế châm dung dịch dinh dưỡng tự động CHƯƠNG 2.HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT VÀ THU THẬP DỮ LIỆU SCADA 2.1 Khái niệm SCADA (Supervisory Control And Acquisition) hệ thống thu thập liệu, giám sát điều khiển trình từ xa Người vận hành nhận biết điều khiển hoạt động thiết bị thơng qua máy tính mạng truyền thơng Nói cách khác, SCADA thường dùng để tất hệ thống máy tính thiết kế để thực chức sau: • Thu thập liệu từ thiết bị công nghiệp cảm biến • Xử lý thực phép tính liệu thu thập • Hiển thị liệu thu thập kết xử lý • Nhận lệnh từ người điều hành gửi lệnh đến thiết bị nhà máy • Xử lý lệnh điều khiển tự đơng tay cách kịp thời xác 2.2 Cấu trúc hệ thống SCADA Một hệ thống SCADA có thành phần là: MTU, RTU thành phần truyền thơng 9|Page Hình 1: Một hệ thống SCADA 2.2.1 MTU (Master Terminal Unit) MTU trung tâm hệ thống SCADA, thực tế thường hệ máy tính cơng nghiệp MTU giao tiếp với người điều hành RTU thông qua khối truyền thơng Ngồi MTU cịn kết nối với thiết bị ngoại vi monitor, máy in kết nối với mạng truyền thơng Nhiệm vụ MTU bao gồm: • Cập nhật liệu từ thiết bị RTU nhận lệnh từ người điều hành • Xuất liệu đến thiết bị thi hành RTU • Hiển thị thơng tin cần thiết trình trạng thái thiết bị lên hình giúp cho người điều hành giám sát điều khiển 10 | P a g e  Hàm chương trình bơm luân phiên (FB3) 47 | P a g e  Hàm chương trình kiểm soát nhiệt độ (FB4) 48 | P a g e 49 | P a g e  Hàm xử lý tín hiệu Analog 50 | P a g e 3.5 Kết mô WINCC 51 | P a g e Hình 6: Tổng quan hệ thống Hình 7: Đăng nhập vào hệ thống 52 | P a g e Hình 8: Nhập thời gian đặt cho hệ thống Hình 9:Giai đoạn Nồng độ 500ppm cấp nước vào bồn cảm biến phao tác động 53 | P a g e Hình 10:Phao tác động pha dung dịch tự động Hình 11:Bơm dung dịch lên giàn 54 | P a g e Hình 12: Bắt đầu giai đoạn pha dung dịch hoạt động Hình 13: Nồng độ dung dịch giảm 20% dung dịch đặt pha tự dộng 55 | P a g e Hình 14: Cây phát triển giai đoạn Hình 15:Nhiệt độ thấp 10 độ 56 | P a g e Hình 16:Nhiệt độ cao 35 độ Hình 17:Lịch sử theo dõi tình trạng 57 | P a g e Hình 18:Lịch sử theo dõi tình trạng chi tiết Hình 19: Cảnh báo kích hoạt động mà đặt đầy đủ thông số 58 | P a g e 3.6 Các kết đạt 59 | P a g e 60 | P a g e ... hệ thống SCADA ngày có PLC có khả đảm nhận việc giám sát điều khiển điểm cục Tuy nhiên, MTU thiếu hệ thống SCADA 2.2.4 Cấu trúc hệ thống Hình 2: Cấu trúc hệ thống SCADA Trạm điều khiển giám sát. .. 1260 – 1540 Các loại hình thủy canh Hiện có nhiều loại hình thủy canh, quy tụ lại có hệ thống thủy canh chủ yếu sử dụng giới 1.5.1 Hệ thống thủy canh không hồi lưu Là hệ thống có dung dịch dinh... rau thủy canh Lựa chọn thiết bị cảm biến để giám sát hệ thống trồng rau thủy canh Xây dựng phương pháp điều chỉnh tối ưu với chất dinh dưỡng nhiệt độ trồng  Ý nghĩa khoa học đề tài Kỹ thuật thủy

Ngày đăng: 11/09/2019, 13:36

TỪ KHÓA LIÊN QUAN

TÀI LIỆU CÙNG NGƯỜI DÙNG

TÀI LIỆU LIÊN QUAN

w