Thiết kế hệ thống tự động hoá sản xuất rau sạch

bộ giáo dục đào tạo Trường Đại học bách khoa hµ néi 0B 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 1B 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 Ln ¸n tiÕn sÜ kü tht Ng­êi h­íng dÉn khoa học PGS.TS Phan xuân minh PGS.TS Hồ hữu an hµ néi - 2009 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết luận án Đất nước ta giai đoạn cơng nghiệp hố, đại hố Trong cơng này, tự động hố đóng vai trị 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 cơng nghệ tự động hố 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 ngồi để nhanh chóng đại hố 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 khơng 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 nơng dân cịn thấp Mặt khác việc chế tạo Việt Nam làm chủ cơng nghệ chế tạo thiết bị điều khiển, hệ thống tự động hóa để phục vụ cơng 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 sốt đầy đủ thơng 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 tốn 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 q 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 khơng dùng đất từ đề xuất tốn tự động hóa phục vụ qui trình cơng 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 hố phục vụ cơng 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 hố phục vụ cơng nghệ sản xuất rau theo phương pháp mơ đun hố 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 mơ đun hố 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 khơng dùng đất, qui trình phát triển số loại rau qui trình cơng nghệ chăm sóc loại rau (Những đề xuất nhà nông học) Đây sở để xây dựng tốn điều khiển tự động hóa q 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 q 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 cơng 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 phịng thí nghiệm, thơng 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 mơ 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 cơng 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 cơng tự động hóa sản xuất nơng nghiệp Luận án xây dựng thành cơng 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 thơng số vào, từ giúp cho nhà trồng rau kiểm sốt thơng số ảnh hưởng đến q trình trồng rau Sản phẩm phần mềm luận án cho thấy khả ứng dụng công nghệ thông tin lĩnh vực sản xuất nơng 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 hố q trình sản xuất rau Từ việc địi hỏi quy trình cơng 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 cơng phịng thí nghiệm, hệ thống lắp đặt tiến hành trồng thử nghiệm mơ 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 mơ đun hóa, công nghệ chế tạo thiết bị đại ngày Mơ 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 cơng 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 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT RAU SẠCH 1.1 KHÁI NIỆM CHUNG Rau đóng vai trò quan trọng kinh tế sinh hoạt người Việt Nam Trong gần ba mươi năm qua, nhờ sách đổi mới, nơng nghiệp Việt Nam phát triển vượt bậc nhiều mặt Sản xuất rau tăng lên khoảng 9.235.000 diện tích trồng trọt 624.000 với trị giá khoảng 144.000 tỷ đồng (tương đương với 900 triệu USD) [15] Lượng sử dụng rau người Việt Nam cải thiện, đạt trung bình khoảng 111,2 kg/người/năm (N Q Vọng, 2007), cao hẳn so với lượng sử dụng rau trung bình khu vực ASEAN (57kg/người/năm) đạt tiêu chuẩn Tổ chức Lương nông Quốc tế FAO (120 kg/người/năm) [51] Đây thành tựu đáng kể lĩnh vực sản xuất rau quả, sản xuất chiếm 9% GDP nơng nghiệp Việt Nam diện tích trồng trọt lại chiếm có 6% tồn diện tích canh tác Quốc gia Tuy nhiên, song song với tăng trưởng sản xuất rau quả, nông nghiệp Việt Nam lại đồng thời phải đối đầu với tình trạng tốc độ thu hẹp đất nhanh tiến trình cơng nghiệp hố thị hố diễn hàng ngày Trong năm vừa qua (2001-2005), q trình thị hố cơng nghiệp hố thu hồi 366.440 đất, chiếm 3,89% đất nông nghiệp sử dụng Riêng năm từ 2005 đến 2007, có 34.330 đất trồng lúa bị Đất bị thu hồi phần lớn đất tốt, phì nhiêu, thuộc loại “đất đẳng điền”, nằm vựa lúa đất nước: đồng sông Hồng sông Cửu Long (Nguyễn Lân Dũng) Tại thành phố lớn Hà Nội thành phố Hồ Chí Minh, diện tích đất nơng nghiệp bị trung bình khoảng 1.000 (Hà Nội) khoảng 1.200 (thành phố Hồ Chí Minh) năm Phần lớn đất bị 11 3.2.2 Xây dựng Graphset điều khiển trình trộn dung dịch Graphset động điều khiển trình trộn dung dịch dinh dưỡng xây dựng theo cấu trúc điều khiển mẻ (Batch Process Control) trình bày hình 3.6 S1 t12 S21 S22 S23 t23 S3 t31 Stop Hình 3.6 Graphset động điều khiển q trình trộn dung dịch Trong S1 : Khởi tạo toàn hệ thống điều khiển trình trộn 0 chưa khởi tạo xong t 12 =  1 hệ thống sẵn sàng S21: Bơm hoạt động với thời gian làm việc t1 S22: Bơm hoạt động với thời gian làm việc t2 S23: Bơm hoạt động với thời gian làm việc t3 0 trạng thái S21, S22, S23 chưa kết thúc t 23 =  1 trạng thái S21, S22, S23 hoàn thành S3 : Bơm hoạt động với thời gian làm việc t4 0 bơm làm việc (bơm trộn dung dịch) t 31 =  1 bơm làm việc xong 3.2.3 Sách lược điều khiển nồng độ bình trộn Với sách lược để thiết kế hệ thống điều khiển nồng độ bình trộn phải đảm bảo nồng độ cho loại rau, giai đoạn phát triển Việc điều khiển hệ thống trộn nhằm đảm bảo tỉ lệ phối trộn, thơng qua quy trình cơng nghệ trồng rau 12 3.3 Hệ thống điều khiển nhiệt độ nhà trồng 3.3.1 Xây dựng sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển nhiệt độ Cấu trúc hệ thống điều khiển nhiệt độ nhà trồng xây dựng theo điều khiển phản hồi dựa nguyên tắc liên tục đo giá trị biến điều khiển nhiệt độ nhà trồng phản hồi thông tin điều khiển để tính tốn lại giá trị biến điều khiển Với sơ đồ cấu trúc điều khiển hai vị trí lý tưởng sai lệch điều khiển, tín hiệu điều khiển nhận giá trị: - Đối với quạt thơng gió - Đối với phun sương 1 e < -10 u =  e ≥ -10 0 1 e < u= 0 e ≥ r = 270C u e e - Quạt thơng gió Nhà lưới u Phun sương -10 e Hình 3.9 Cấu trúc hệ thống điều khiển nhiệt độ nhà lưới sơ đồ lý tưởng Sơ đồ cấu trúc thực tế trình bày hình 3.9 với chấp nhận sai lệch điều khiển nằm phạm vi dải chết, cơng nghệ trồng rau cho phép khoảng chết nhiệt độ ± 10C, sơ đồ thực tế hình 3.10 - Đối với quạt thơng gió - Đối với phun sương 1 e < -1  u = 0 e > u -1≤ e ≤  1 e < -11  u = 0 e > - u -11≤ e ≤ -  r =270C e - u -1 1 e Quạt thơng gió Nhà lưới u -11 -9 e Phun sương Hình 3.10 Cấu trúc hệ thống điều khiển nhiệt độ nhà lưới sơ đồ thực tế 13 3.3.2 Xây dựng lưu đồ thuật toán hệ thống điều khiển nhiệt độ Trên sở cấu trúc hệ thống điều khiển nhiệt độ sơ đồ lý tưởng sơ đồ thực tế tiến hành xây dựng lưu đồ thuật toán điều khiển nhiệt độ nhà trồng rau 3.4 Hệ thống điều khiển cường độ ánh sáng nhà trồng 3.4.1 Xây dựng cấu trúc hệ thống điều khiển cường độ ánh sáng Với sơ đồ cấu trúc điều khiển hai vị trí lý tưởng sai lệch điều khiển, tín hiệu điều khiển nhận giá trị 1 e ≥ động mái u= - e < động thả mái Cấu trúc hệ thống điều khiển cường độ ánh sáng sơ đồ lý tưởng trình bày hình 3.13 r =70000 lux e - u e -1 Động cuốn, thả mái Nhà lưới Hình 3.13 Cấu trúc hệ thống điều khiển cường độ ánh sáng sơ đồ lý tưởng Trên sở cấu trúc hệ thống điều khiển cường độ ánh sáng sơ đồ lý tưởng với chấp nhận sai lệch điều khiển nằm phạm vi dải chết, công nghệ trồng rau cho phép khoảng chết với cường độ ánh sáng ± 1000 lux, sơ đồ thực tế trình bày hình 3.14 1 e > 1000 động mái  u = - e < - 1000 động thả mái u  -1000 ≤ e ≤ 1000 r = 70000 lux - e -1000 u 1000 -1 e Động cuốn, thả mái Nhà lưới Hình 3.14 Cấu trúc hệ thống điều khiển cường độ ánh sáng sơ đồ thực tế 14 3.4.2 Xây dựng lưu đồ thuật toán điều khiển cường độ ánh sáng Trên sở sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển cường độ ánh sáng, tiến hành xây dựng lưu đồ thuật toán điều khiển cường độ ánh sáng cách điều khiển động hay thải mái 3.4.3 Sách lược cấu trúc điều khiển cường độ ánh sáng Để điều khiển tối ưu hệ thống hay thả mái với sách lược xây dựng cấu trúc hệ thống điều khiển cường độ ánh sáng nhà trồng rau cách đo độ sáng bên bên nhà trồng rau để điều khiển độ mở mái che cho phù hợp 3.5 Thiết kế, chế tạo hệ thống điều khiển trình 3.5.1 Xây dựng hệ thống điều khiển q trình Căn quy trình cơng nghệ điều kiện thực tế nước ta nay, tiến hành thiết kế hệ thống điều khiển trình hình 3.18 - Nhiệt độ - Cường độ sáng - Bức xạ nhiệt - Áp suất LCD - Phun sương Bộ điều khiển trung tâm - Độ ẩm - GHA - GHB - Động máy - Động thả mái Ma trận nút ấn nhập liệu tay - GHC - GHD - Quạt thơng gió - Động bước - Bơm 1, 2, 3, 4, - Van 1, 2, MÁY TÍNH Hình 3.18 Hệ thống điều khiển trình sản xuất rau Căn quy trình cơng nghệ thực tế điều kiện thực tế nước ta nay, tiến hành thiết kế hệ thống điều khiển trình trồng rau Hệ thống nhập số liệu từ ma trận nút ấn gắn điều khiển hiển thị qua hình LCD Ngồi trường hợp điều khiển qua máy tính PC với phần mềm thiết kế, theo dõi lưu trữ liệu 15 3.5.2 Lựa chọn công nghệ cho thiết bị điều khiển Khác với cơng nghệ sản xuất chíp thơng thường cho IC riêng lẻ, IC ngoại vi khơng có xử lý cơng nghệ PSoC hãng Cypress cho phép tạo nên hệ thống chíp bao gồm CPU, ROM, RAM ngoại vi thời gian thực (ADC, DAC, Timer, Counter, cổng vào đa chức năng, cổng truyền thơng,…) Các chíp chế tạo theo cơng nghệ PSoC chíp điều khiển thơng minh có tính linh hoạt cao, chi phí cơng nghệ phục vụ nghiên cứu phát triển ban đầu thấp, giá thành chíp thấp, hỗ trợ kỹ thuật tốt với phần mềm phát triển dễ sử dụng Trên sở phân tích với tính vượt trội chíp PSoC chúng tơi lựa chọn để thiết kế điều khiển trình phục vụ sản xuất rau theo phương pháp không dùng đất trồng nhà lưới có mái che 3.5.3 Thiết kế phần cứng điều khiển Sơ đồ thiết bị phần cứng: u cầu quy trình cơng nghệ trồng rau nhà trồng rau nghiên cứu vi điều khiển chíp PSoC chúng tơi chọn chíp: PSoC Master CY8C29466 PSoC Slave CY8C27443, chíp có 28 chân, trình bày cụ thể hình 3.19 LCD Hệ thống cảm biến PSoC Master CY8C29466 PSoC Slave CY8C27443 Tín hiệu điều khiển cấu chấp hành Phím ấn Hình 3.19 Sơ đồ khối điều khiển PSoC Master CY8C29466 nhận liệu từ phím ấn, cảm biến nhiệt độ, xạ, cường độ ánh sáng, áp suất đầu đường ống thể qua hình tinh thể lỏng LCD 16 3.5.4 Thiết kế phần mềm Bắt đầu Khởi tạo biến cấu hình Bàn phím đ Máy tính PC s Chế độ bàn phím ? Chế độ máy tính PC Chế độ bàn phím kiểm tra chế độ làm việc Bằng tay Gọi hàm tuới tay Tự động Gọi hàm đo biến điều khiển Đọc tham số tương tự Nhập: Thời gian tưới Thời gian nghỉ Số chu kỳ tưới Lựa chọn luống cần tưới Gọi hàm nhập số liệu: thông số đầu vào sau gọi hàm giải mã để thực hàm chức Gọi hàm giải mã Gọi hàm truyền liệu Gọi hàm truyền liệu Gọi hàm tính thời gian tưới Gọi hàm điều khiển quạt thông gió; phun sương; mái; động bước; mở van cho luống cần tưới Cập nhật hàm thời gian thực Gọi hàm điều khiển hệ thống tưới Kết thúc Hình 3.23 Lưu đồ thuật tốn điều khiển Ngồi cịn số sơ đồ thuật giải: Sơ đồ giải thuật PSoC Master; Sơ đồ giải thuật quét bàn phím; Sơ đồ giải thuật truyền mảng ký tự ; Sơ đồ giải thuật xố dịng; Sơ đồ giải thuật đọc giá trị nhiệt độ; Sơ đồ giải thuật đọc giá trị xạ nhiệt; Sơ đồ giải thuật đọc giá trị 17 áp suất; Sơ đồ giải thuật đọc giá trị độ ẩm; Sơ đồ giải thuật đọc giá trị cường độ ánh sáng Lựa chọn khối tài nguyên viết chương trình điều khiển - Khối tài nguyên chương trình điều khiển cho PSoC Master CY8C29466 - Khối tài nguyên chương trình điều khiển cho PSoC Slaver CY8C27443 Cách thức truyền liệu: thực theo sơ đồ hình 3.39 - Máy tính PC - Hệ thống cảm biến - Lấy liệu từ PC, giải mã xử lý sau truyền PSoC Slave - Truyền mã báo hiệu cho PC Lấy liệu từ PSoC Master, giải mã, xử lý điều khiển hệ thống Các cấu chấp hành Hình 3.39 Sơ đồ mơ hình truyền liệu 3.6 Chạy thử đánh giá 3.6.1 Chạy thử đánh giá sử dụng bàn phím nút ấn Quy trình chạy thử: Sau thiết kế điều khiển với chức trên, tiến hành thử nghiệm cách thiết kế biến vào nhiệt độ, xạ, cường độ ánh sáng áp suất thay tín hiệu tương tự điện áp thay đổi từ đến 5V Q trình mơ chương trình tương ứng ngày lấy phút tương ứng với 240 s Ở chế độ tự động: Sau nhập số liệu điều chỉnh tín hiệu tương tự từ đầu vào, cụ thể sau: Chọn Km = 1; Tưới luống ứng với góc mở động bước 4680 lưu lượng máy bơm tưới 0,08 (l/s) diện tích cần tưới m2 Lựa chọn cần tưới dưa chuột Chọn thời gian nghỉ (s); Số chu kỳ cần tưới là: 10 ; Chọn chế độ mở van van cho luống Lúc khởi tạo q trình làm việc nút từ điều khiển nhận thông số từ môi trường bên ngồi, thời gian phút mơ ứng với ngày thực, lúc số liệu nhận nhiệt độ trung bình Ta = 27.760C Qs = 301,4 (Cal/cm2/ngày) để đưa kết lần tưới cho ngày: lần 1: thời gian cần tưới ngày thứ 133 (s) với số lần tưới 10, thời gian lần tưới 13 (s), sau nghỉ (s) lại tiếp tục 10 lần; Lần 18 lấy số liệu từ ngày thứ thực quy trình lần thứ Các lần thực tương tự với số liệu đo từ ngày trước Ở chế độ tay: Chuyển sang nút sau vào yêu cầu tưới ngày giả sử tưới 80 lít ứng với thời gian tưới 1000 (s); chọn 25 lần lúc lần 40 (s); thời gian nghỉ chọn (s) Sau chọn chế độ luống tưới luống Một số hình ảnh điều khiển hình 3.44 hình 3.45 Hình 3.44 Nhập số liệu hiển thị LCD Hình 3.45 Bộ điều khiển trình Bộ điều khiển nhập thơng số quy trình sản xuất rau nút ấn hiển thị hình tinh thể lỏng LCD, thay đổi theo quy trình trồng rau Quá trình sử dụng điều khiển đơn giản, kích thước nhỏ gọn, linh kiện có thị trường Việt Nam 3.6.2 Chạy thử đánh giá sử dụng máy tính PC Qui trình thẩm định: Tiến hành đặt chọn thơng số trình bày bảng 3.7 STT 10 11 Bảng 3.7 Một số thông số chế độ đặt hệ thống Thông số Thời gian dung dịch A Thời gian dung dịch B Thời gian dung dịch C Thời gian mở động trộn Hệ số mùa Lưu lượng máy bơm Diện tích cần tưới Thời gian nghỉ Chu kỳ tưới Chọn loại trồng Chọn luống cần tưới Đơn vị giây giây giây giây lít/giây m2 giây luống Giá trị 10 20 30 40 1.0 0.08 06 10 Dưa chuột luống 19 Cách chức chương trình thể menu sau: Tạo File ghi liệu; Xem liệu; Chọn khoảng thời gian ghi liệu; Thiết lập cổng truyền thông; Truyền liệu hệ thống; Đồ thị theo dõi tín hiệu tương tự hệ thống; Chế độ điều khiển tay Kết thẩm định: Với quy trình thẩm định kết thẩm định - Ở chế độ tự động: Kết lưu trữ dạng file liệu Hình 3.56 Cửa sổ file mở liệu Hình 3.57 Kết cà chua - Ở chế độ tay: Giả sử yêu cầu tưới 80 lít với lưu lượng máy bơm 0.08 lit/giây ứng với tưới cho luống lúc tổng thời gian cần tưới 1000 giây cần đặt cụ thể sau: Chu kỳ tưới 25; thời gian nghỉ giây; thời gian tưới lần 40 giây Đánh giá hệ thống Thơng qua q trình chạy thử với hai chế độ: Chế độ thứ chế độ tự động với loại cây, hệ thống làm việc tốt suốt q trình, liệu thơng số ghi thành File nên giúp cho chuyên gia trồng đánh giá trình sinh trưởng loại rau Chế độ tưới tay hệ thống hoạt động thông số đặt thuận tiện sử dụng thời điểm 3.7 Hoạch tốn hệ thống 3.7.1 Chí phí thiết bị cho hệ thống tưới nhỏ giọt Chi phí thiết bị cho hệ thống tưới nhỏ giọt áp dụng cho mô đun 200 m2 với công nghệ trồng rau không dùng đất giá thể là: 6.020.000 đồng (giá mua năm 2006) 20 3.7.2 Chi phí cho thiết bị điều khiển Chi phí thiết bị cho điều khiển q trình áp dụng cho mơđun 200 m2 là: 1.924.000 đồng 3.7.3 Chi phí cho thiết bị cho hệ thống - Hệ thống tưới nhỏ giọt 6.020.000 đồng - Bộ điều khiển trình 1.924.000 đồng - Máy tính PC 5.000.000 đồng (dự kiến) Tổng chí phí thiết bị 12.944.000 đồng Các linh kiện mua nước nên thuận tiện cho việc lắp đặt hệ thống tưới hư hỏng dễ dàng thay So sánh với hệ thống điều khiển tưới nhỏ giọt nhập ngoại 60 triệu (theo đề tài KC 07 20) hệ thống điều khiển tưới nhỏ giọt thiết kế chế tạo nước giảm 1/5 so với nhập ngoại nhiên chưa xét đến độ bền Kết luận chương 3: Các kết thu được: Phương pháp thiết kế hệ thống tự động hoá sản xuất rau không dùng đất; Thiết kế chế tạo hệ thống tưới nhỏ giọt cho nhà trồng rau mô đun diện tích 200 m2; Thiết kế chế tạo hệ thống điều khiển q trình trồng rau khơng dùng đất sơ vi điều khiển công nghệ PSoC hãng Cypress với hai chế độ tự động tay giảm chi phí; Sản phẩm kiểm nghiệm phịng thí nghiệm kết cho file với trồng, sở để đưa sản phẩm trồng thí nghiệm CHƯƠNG 4: TRIỂN KHAI, LẮP ĐẶT HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HỐ SẢN XUẤT RAU SẠCH KHƠNG DÙNG ĐẤT 4.1 Quy trình lắp đặt hệ thống 4.1.1 Nhà trồng: Trên sở nhà trồng đơn giản Hồ Hữu An, 2003 trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội, tiến hành lắp đặt hệ thống với hình ảnh hình 4.1, nhà trồng thiết kế đơn giản khung thép, hệ thống che kết hợp lưới tre, xung quanh nhà xây gạch cho m 21 Hình 4.1 Hình ảnh mơ hình nhà trồng rau khơng dùng đất PGS.TS Hồ Hữu An, 2003 trường Đại học Nông nghiệp Hà nội 4.1.2 Các thiết bị phục vụ công nghệ: Hệ thống tưới nhỏ giọt; Hệ thống cung cấp dung dịch dinh dưỡng; Hệ thống điều khiển q trình Hình ảnh đường ống chính, phụ bầu tưới thể hình 4.4 Hình 4.4 Đường ống chính, phụ bầu tưới nhỏ giọt tự chế tạo Hình ảnh điều khiển hệ thống rơ le trình bày hình 4.6 hình 4.7 Hình 4.6 Bộ điều khiển Hình 4.7.Hệ thống rơ le 22 4.2 Chạy thử hệ thống Sau tiến hành lắp đặt hệ thống tiến hành trồng dưa chuột với giống dưa chuột Một số hình ảnh việc trình trồng dưa chuột hình 4.10 Hình 4.10 Hình ảnh điều khiển tự lắp đặt mơ hình nhà trồng rau an tồn khơng dùng đất PGS.TS.Hồ Hữu An, 2003 dưa chuột 4.3 Kết chạy thử Đánh giá đồng hệ thống tưới nhỏ giọt Sau lắp đặt hệ thống điều khiển tiến hành khảo nghiệm đồng hệ thống cách sử dụng cốc thuỷ tinh có khắc ml đặt vị trí đầu luống, luống cuối luống Trường hợp tưới luống với góc mở động bước 1200 lúc tương ứng lưu lượng máy bơm 115 [ml/s], kết cho bảng 4.1 Bảng 4.1 Kết khảo nghiệm đồng hệ thống tưới nhỏ giọt Dung lượng lọ Dung lượng lọ Dung lượng lọ đầu luống (ml) luống (ml) cuối luống (ml) 20 22 23 24 30 34 35 35 40 46 46 47 50 57 57 58 60 68 69 70 Thời gian tuới (s) 23 Với kết khảo nghiệm trình bày bảng 4.1 tính khoảng thời gian 20 đến 60 giây sai khác đầu luống cuối luống khoảng từ đến ml Vì vậy, đảm bảo yêu cầu sai số cho phép theo quy trình cơng nghệ trồng rau Kết trồng rau sạch: Hệ thống thử nghiệm nhà trồng thí nghiệm trường Đại học Nơng nghiệp Hà Nội, loại giống dưa chuột với suất nhận từ 475,2 ÷ 951,0 Kg/100m2 (bằng suất trồng nhà lưới điều khiển sản phẩm tự động hoá Israel), trình bày bảng 4.3 Bảng 4.3 Các yếu tố tạo thành suất suất giống dưa chuột Giống Số quả/cây g/quả Kg/cây 048 6,8 250,1 049 6,5 065 Năng suất thực thu Kg/100m2 Tấn/ha 1,7 538,9 53,89 340,5 2,2 697,4 69,74 6,3 290,1 3,0 951,0 95,10 Cu 1334 7,0 268,0 1,8 570,6 57,06 Cu 985 7,2 280,1 2,0 634,0 63,40 Xuân yến 6,5 285,5 1,7 538,9 53,89 HPP 4,5 255,2 1,5 475,5 47,55 SMR 4,8 250,5 1,6 475,2 47,52 Kết luận chương 4: chương trình bày kết Thiết kế, chế tạo thiết bị điều khiển cấu chấp hành phục vụ trồng rau nhà trồng rau đơn giản với diện tích 50 m2 Chế tạo thành công hệ thống tưới nhỏ giọt bao gồm luống trồng rau, với 90 rau trồng thiết bị có sẵn thị trường nước ta Đảm bảo đồng đồng lưu lượng vòi 1,1 ml/s Lắp đặt trồng thử nghiệm với giống dưa chuột với thiết bị tự chế tạo làm việc tốt Kết thu đồng tưới hay suất việc trồng dưa chuột bước đầu chứng minh hiệu việc thiết kế, chế tạo lắp đặt thiết bị phục vụ cho công nghệ trồng rau phương pháp không dùng đất 24 KẾT LUẬN Xây dựng phương pháp thiết kế chế tạo hệ thống tự động hoá sản xuất rau cho mô đun nhà lưới 200 m2 Sản phẩm phù hợp với tiêu chuẩn Việt Nam Từ quy trình thiết kế thành mơ đun điều khiển q trình cho khu vực trồng rau có qui mô lớn Thiết kế hệ thống tưới nhỏ giọt theo công nghệ trồng rau không dùng đất nhà lưới có mái che với diện tích 200 m2, đảm bảo tưới nhỏ giọt độ đồng đều, lưu lượng vòi tưới 1,1 ml/s, hao tổn theo chiều cao cột nước đường đầu ống cuối ống 0,008m với chiều dài đường ống 16m Thiết kế hệ thống điều khiển trình chăm sóc rau sơ vi điều khiển cơng nghệ PSoC hãng Cypress Cụ thể, hệ thống điều khiển tưới nhỏ giọt hai chế độ tự động tay; hệ thống điều khiển trình trộn dung dịch theo mẻ; Hệ thống điều khiển nhiệt độ nhà trồng; Hệ thống điều khiển cường độ ánh sáng Thiết kế phần mềm hệ thống điều khiển giám sát công nghệ trồng rau nhà lưới có mái che sở visual basic 6.0 Sản phẩm phần mềm kiểm chứng qua thử nghiệm loại rau file liệu Sản phẩm chế tạo Việt Nam nên giá thành rẽ so với thiết bị nhập ngoại Mặt khác cịn chủ động cơng nghệ chế tạo sản phẩm Hệ thống thử nghiệm nhà trồng thí nghiệm trường Đại học Nơng nghiệp Hà Nội, loại giống dưa chuột với suất nhận từ 475,2 ÷ 951,0 Kg/100m2 (bằng suất trồng nhà lưới điều khiển sản phẩm tự động hoá Israel) KIẾN NGHỊ Hệ thống điều khiển trình sản xuất rau thử nghiệm trồng rau nhà trồng 50 m2 Vì vào chế tạo cần kiểm tra thêm diện tích 200 m2, hệ thống tưới nhỏ giọt Đây cơng trình nghiên cứu chế tạo sản phẩm tự động hóa lĩnh vực sản xuất rau Việt Nam Trong thời gian tới, sản phẩm tiếp tục thử nghiệm số loại rau khác để hoàn thiện sớm đưa vào thị trường ... 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. .. để thiết kế hệ thống chăm sóc rau sạch, hệ thống điều khiển tự động hóa q 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. .. 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