SẢN XUẤT RAU SẠCH
Chuyờn ngành : Lý thuyết điều khiển và điều khiển tối ưu Mó số 62.52.60.05 :
TểM TẮT LUẬN ÁN TIẾN KĨ KỸ THUẬT
Cụng trỡnh được hoàn thành ại t : B mộ ụn Đ ều khiển ự độngi T , Khoa i Đ ện Trường Đại ọc ỏch h B khoa H N à ội
Người ướng ẫn h d khoa h : PGS.TS. Phan Xu n Minh ọc õ PGS.TS. H H ồ ữu An
Phản biện 1: GS.TSKH. Th n Ng õ ọc Hoàn Phản biện 2: PGS.TS. Đào ă V n T n õ Phản biện 3: PGS.TS. L ại Khắc ói L
Luận ỏn ẽ được ảo ệ trước ội đồng chấm luận ỏn ấp nhà ước s b v H c n h t ọp ại phũng 318 C1 Trường Đại học Bỏch khoa Hà Nội
v hào ồi 8 giờ 30 ngày 10 thỏng 4 n m 2009 ă
C ú thể ỡm hiểu luận ỏn ại thư viện t t - Thư viện Quốc gia
1. Ng ụ Trớ ươ D ng v cà ộng ự, Thiết kế hệ thống tưới tự động phục vụ sản s xuất rau sạch trờn cơ sở điều khiển mờ, Tuy t ển ập thụng b khoa h t ỏo ọc ự động hoỏ toàn quốc, VICA 5, 2002, H n à ội
2. Ngụ Trớ Dương, Thiết kế hệ thống điều khiển quỏ trỡnh tưới nhỏ giọt ỏp dụng trồng cõy trong nhà lưới, nhà kớnh, tạp chớ khoa học kỹ thuật Nụng nghiệp, tập III số 4, trang 321 – 326, năm 2005.
3. Ngụ Trớ Dương, Thiết kế bộ điều khiển phục vụ rau an toàn theo cụng nghệ thuỷ canh, tạp chớ khoa học kỹ thuật Nụng nghiệp, tập V số 3, trang 56 – 66, năm 2007.
4. Ngụ Trớ Dương, Thiết kế phần mềm hệ thống điều khiển vận hành và giỏm sỏt phục vụ sản xuất rau an toàn theo phương phỏp thuỷ canh, tạp chớ khoa học và cụng nghệ, Bộ Nụng nghiệp và phỏt triển Nụng thụn, số 17, trang 8 14, năm 2007-
1. Tớnh cấp thiết của luận ỏn
n ta ang giai o c ng nghi , hi . Trong c Đất ước đ ở đ ạn ụ ệp hoỏ ện đại hoỏ ụng cuộc này, t ự động hoỏ đúng ột m vai tr then ch . C ũ ốt ú thể úi đ ều khiển t n i ự động à l m lột ĩnh ực ỹ v k thu ật khụng th thi trong c d y chuy s xu c ng nghiể ếu ỏc õ ền ản ất ụ ệp, n ng nghi n ti . Hi nay, nhu c ụ ệp tiờ ến ện ầu đổi m c ng ngh t ới ụ ệ ự động hoỏ cho c ỏc d y chuy s õ ền ản xuất nhằm õ n ng cao ch lất ượng ản phẩm ă s , t ng n ng su , giă ất ảm giỏ thành õ, n ng cao n ng lực că ạnh tranh trong cỏc c s sản xuất c ng nghiệp v n ng ơ ở ụ à ụ nghiệp l r là ất ớn. Đõy l b à ài toỏn thực tiễn đặt ra cho c ỏc nhà nghiờn cứu v t ề ự động hoỏ trong nước. Với ph ng phỏp trươ ồng rau sạch khụng dựng đất được trồng trờn cỏc gi ể ỡỏ th th việc ứng dụng t động ho mới ự ỏ đỏp ứng được đầy đủ cỏc y u ờ c c ng ngh t ầu ụ ệ ừ đú giỳp cho c ỏc nhà trồng kiểm soỏt được ỏc thụ c ng s s ố ản xuất rau sạch.
Những ph n tõ ớch ờ tr n cho thấy nghi n cứu quy trờ ỡnh ụ c ng ngh để nắm vệ ững đối tượng ần ều c iđ khi t ển ừ đú thiết k h ế ệ thống t ựđộng hoỏ trong sản xu l mất à ột v nghi n c v mang tấn đề ờ ứu ừa ớnh ý l thuy v mang tết ừa ớnh thực tiễn ấp ỏch. Đú c b chớnh à l động lực để tỏc gi thực hiện luận ỏn này. ả
2. Mục đớch nghiờn cứu
Mục đớch của luận ỏn là nghiờn cứu, thiết kế và chế tạo hệ thống tự động húa quy trỡnh sản xuất rau sạch khụng dựng đất với mụ đun diện tớch mặt bằng 200 m2. Một hệ thống tự động húa quỏ trỡnh sản xuất rau sạch chế tạo trờn nền vi iều đ khiển cụng nghệ PSoC (Programmable System on Chip) là sản phẩm trụng đợi của đề tài.
Toàn bộ hệ thống sản phẩm của luận ỏn được chạy thử trong nhà lưới trồng rau, để kiểm tra, đỏnh giỏ chất lượng sản phẩm trước khi đưa ra thị trường.
3. Đối tượng và phạm vi nghiờn cứu
Đối tượng nghiờn cứu là cỏc yếu tố ảnh hưởng đến sinh trưởng của loại cõy rau sạch bằng phương phỏp khụng dựng đất, qui trỡnh phỏt triển của một số loại cõy rau và qui trỡnh cụng nghệ chăm súc cỏc loại cõy rau này (theo đề xuất của cỏc nhà nụng học). Đõy là những cơ sở để xõy dựng bài toỏn điều khiển và tự động húa quỏ trỡnh sản xuất rau sạch.
lập trỡnh. Đú là nền tảng để thiết kế hệ thống chăm súc rau sạch, hệ thống điều khiển và tự động húa quỏ trỡnh trồng rau sạch.
Phạm vi nghiờn cứu giới hạn trong việc nghiờn cứu thiết kế và chế tạo hệ thống tự động húa theo cụng nghệ trồng rau sạch khụng dựng đất trong nhà lưới cú mỏi che trờn giỏ thể nhằm thay th cho cỏc thiết b nhập ngoạiế ị . Nghiờn cứu cỏc kỹ thuật và cụng nghệ tiờn tiến nhất phục vụ cho việc chế tạo sản phẩm nhằm tạo ra m s ột ản phẩm ú chất ượng ương đươ c l t ng h ệ thống thi b ết ị nhập ngoại.
4. í nghĩa khoa học và thực tiễn của luận ỏn
Về ý nghĩa khoa học: Luận ỏn là một trong những cụng trỡnh đầu tiờn nghiờn cứu về việc ứng dụng tự động hoỏ vào sản xuất rau sạch bằng phương phỏp khụng dựng đất tại Việt Nam. Sản phẩm của luận ỏn gúp phần thỳc đẩy cụng cuộc tự động húa trong sản xuất nụng nghiệp. Luận ỏn đó xõy dựng thành cụng qui trỡnh thiết kế và chế tạo hệ thống tự động húa bằng vi điều khiển cụng nghệ PSoC, một trong nhũng cụng nghệ tiờn tiến nhất hiện nay. Phần mềm điều khiển quỏ trỡnh sản xuất rau sạch được trỡnh bày trong luận ỏn thuận tiện cho người sử dụng với hai giao di ện người ỏy m (HMI) giao di HMI : ện thụng qua cỏc nỳt ấn và giao diện HMI trờn nền mỏy tớnh ỏc nh n (õ PC). Sản phẩm phần mềm của luận ỏn cho thấy khả năng ứng dụng của cụng nghệ thụng tin trong lĩnh vực sản xuất nụng nghiệp. Đú cũng là một minh chứng về khả năng chế tạo cỏc sản phẩm cụng nghệ cao trong nước phục vụ sản xuất nụng nghiệp.
í nghĩa thực tiễn và phạm vi ứng dụng: Luận ỏn nhằm đỏp ứng nhu cầu thực tế, đú l à thiết kế hệ thống tự động hoỏ cho quỏ trỡnh sản xuất rau sạch. Từ những đũi hỏi của quy trỡnh cụng nghệ trồng rau sạch thỡ ch c ỉ ú hệ thống tự động hoỏ mới đỏp ứng được, do đú kết quả luận ỏn cú ý nghĩa ứng dụng vào thực tế n ng nghi ụ ệp ở Việt Nam. Với kết quả chạy thử hệ thống thành cụng trong phũng thớ nghiệm, hệ thống được lắp đặt và tiến hành trồng thử nghiệm trong nhà trồng rau đơn giản, bước đầu cho kết quả tốt. Sản phẩm của luận ỏn là tiền đề cho việc thiết kế chế tạo hệ thống tự động húa trồng rau sạch theo kiểu mụ đun húa, một cụng nghệ chế tạo thiết bị hiện đại ngày nay. Mụ đun húa tạo điều kiện thuận lợi cho việc lắp đặt, mở rộng và khả năng thay thế nhanh gọn, linh hoạt.
Luận ỏn gồm 4 chương và 2 phụ lục, nội dung chớnh của luận ỏn như sau: Chương 1: Tổng quan về cụng nghệ sản xuất rau sạch
Chương 2: Nghiờn cứu và phõn tớch quy trỡnh cụng nghệ trồng rau sạch khụng dựng đất.
Chương 3: Thiết kế hệ thống tự động hoỏ sản xuất rau sạch bằng phương phỏp khụng dựng đất.
Chương 4: Triển khai, lắp đặt hệ thống tự động hoỏ.
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CễNG NGHỆ SẢN XUẤT RAU SẠCH 1.1. Khỏi niệm chung
1.2. C ỏc phương ph ỏp trồng rau sạch
Sản xuất rau sạch ngoài đồng ruộng và ản xuất rau sạch bằng s phương phỏp khụng dựng đất.
1.3. Ảnh ưởng đ ều kiện h i ngo cại ảnh đến ản xuất s rau sạch
Đú l à ảnh hưởng của ỏc đại ượng ật ý như nhiệt độ ường độ ỏnh sỏng,c l v l , c độ ẩm àm; h lượng chất dinh dưỡng độ pH ư ượng giú à ảnh hưởng của những, , l u l v t ỏc nhõn c ú hại.
1.4. Cỏc cụng trỡnh liờn quan
C c ng trỏc ụ ỡnh trong nước à ỏc ụ v c c ng trỡnh ước n ngo . ài
CHƯƠNG 2: NGHIấN CỨU VÀ PHÂN TÍCH QUY TRèNH CễNG NGHỆ TRỒNG RAU SẠCH KHễNG DÙNG ĐẤT
2.1 Quy tr. ỡnh ụ c ng ngh ệ trồng rau sạch khụng dựng đất ở ước ngoài n
T ỡm hiểu ụng nghệ trồng rau khụng dựng đất à ỏc c v c thi b ết ị phục ụ ụng v c nghệ, bao gồm: ành trồng, cỏc thiết b ch m súc v h thống thiết b ụ ợị ă à ệ ị ph tr cho c ng ngh . ụ ệ
2.2. Quy trỡnh ụ c ng ngh ệ trồng rau sạch khụng dựng đất trong nước
T ỡm hiểu quy trỡnh ụ c ng ngh s ệ ản xuất rau sạch trong nước ằng phươ b ng phỏp ụkh ng dựng đất à v thiết b ục v c ng ngh nị ph ụ ụ ệ ày. So sỏnh ụ c ng ngh ệ trồng
kiểm so v l ỏt à ựa chọnphương ph o c ỏp đ ỏc thụng s ố đú.
2.3. Đề xuất ài toỏn ề b v quy trỡnh ụ c ng ngh ệ trồng rau sạch khụng dựng đất v m un 200 mới ụ đ 2
2.3.1. M hụ ỡnh nhà trồng rau sạch ới ụ đ v m un 200 m 2
Sản xuất Việt Nam l sản xuất nh , do h thống bảo v v ti u th rau sạch ở à ỏ ệ ệ à ờ ụ sau thu hoạch chưa ph tri do v m ỏt ển ậy ụ đun nhà lưới 200 m2 l h l v m s à ợp ý ề ặt ản xuất, chi ph ban ớ đầu. M un n cụ đ ày ũng được nhiều nước trờn th ế ới s dgi ử ụng v ỡ n c mang l ú ú ại hiệu quả kinh t cao.ế
Quy trỡnh ản xuất s rau sạch khụng dựng đất :Để thực hiện được quy trỡnh sản xuất rau sạch kiểu cụng nghệ trồng rau kh ng dựng ụ đất ở nước ta hiện nay phải k h ết ợp giữa ụ c ng ngh ệ trồng rau v thi b à ết ị phục ụ v cho c ng nghụ ệ. Đối ới v thi ết b ị phục ụ v cho c ng ngh ụ ệ được chia thành ba lo : Nh ại à trồng, thi b ết ị chăm s v úc à thi b i ết ị đ ều khiển, cụ thể trỡnh ày ỡnh b h 2.9.
S m hơ đồ ụ ỡnh nhà trồng Nhà: trồng được thiết k bế ằng thộp hoặc bằng tre, g , nh c ỗ à ú thể phủ ằng b Polyethylen ho bặc ằng ợp chất h cacbon ỏt để chống ư m a, b , tróo ỏnh ập ỏt rau, chống d n tia c t . Ph a tr n m c h ực ớm ớ ờ ỏi ú ệ thống m c nỏi ắt ắng được thiết k bởi ế động ơ đ c iện c th cuốn mỏi v ú ể à đảo chiều quay để th mỏi tu ả ỳ thu v ộc ào chế độ đặt ường độ ỏnh ỏng được nhận ừ ảm biến đo được trỡnh bày c s t c hỡnh 2.10
Hỡnh 2.9. Quy trỡnh sản xuất u sra ạch kh ng dụ ựng đất Quy trỡnh sản xuất rau sạch khụng dựng đất C ng ngh ụ ệ trồng rau khụng dựng đất Thi b ết ị phục v c ng ngh ụ ụ ệ Trồng n gi trờ ỏ thể C ỏc loại nhà trồng Thi b ết ị chăm súc Thi b ết ị điều khiển Kiểm soỏt ỏc thụng c s ố ảnh ưởng đến quỏ h trỡnh ồng rau tr Khụng hồi l u ư
Thi b ết ị được ản xuất chế ạo s t trong nước
Hệ thống luống trồng rau: Với diện tớch nhà trồng rau 200 m 2 (8 x 25m) được chia thành 5 luống, mỗi luống chia thành 45 gốc cú thể trồng được 90 cõy rau.
Hệ thống phun sương: Hệ thống phun sương được thiết kế bởi cỏc đường ống kim loại nhỏ phớa đầu phun sương được treo l n phớa tr n nh trồng hờ ờ à ỡnh 2.12.
Hỡnh 2.10. Mụ hỡnh nhà lưới cú mỏi che trồng rau khụng dựng đất
Quạt thông gió Phun s ơng Phun s ơng Đo nhiệt độ, độ ẩm Giá
thể Giá thể Giá thể Giá thể Giá thể Quạt thông gió 4 m
8 m
Hỡnh 2.11. Sơ đồ tổng thể hệ thống luống trồng rau trong nh là ưới
Bơm 5 (t ới) N ớc sạch Van 1 Van 2 Van 3 Van 4 Van 5 A B C D Luống 1 Luống 2 Luống 3 Luống 4 Luống 5 25 m 16 m 1,5 m Dung dịch B Dung dịch C 8 m
Hỡnh 2.12. Sơ đồ bố trớ hệ thống phun sương
Bơm phun s ong
4 m
4 m
Vòi phun s ong
Vòi phun s ong Vòi phun s ong
Vòi phun s ong
25 m 8 m
được với kh ng kh phớa ngoài nh trụ ớ ở à ồng. H thống này thệ ường được lắp phớa ở trờn so với s phỏt triển của c y rau hự õ ỡnh 2.10 theo chi u dọc của nh ồng. ề àtr
Hệ thống cuốn mỏi và thả mỏi: được ết ế ởi ệ thống ỏi ắt ắng àthi k b h m c n v dựng động ơ đ ện ú thể cuốn ỏi hoặc thả ỏi ự động c i c m m t . H ệ thống ày ựng động n d c i c ơ đ ện ú thể đổi chi quay c ều ủa động ơ c .
n dung d l u quan tr Hệ thống trộn dung dịch: Hệ thống trộ ịch à khõ ọng trong vi cung c dung dệc ấp ịch dinh dưỡng cho c y trõ ồng nhằm đảm ảo độ chớnh b x vỏc ề khối ượng à ồng độ chất l v n dinh dưỡng .
:
Hệ thống tưới nhỏ giọt là hệ thống cung cấp dung dịch dinh dưỡng cho cõy rau theo từng thời k ỳ sinh trưởng dưới dạng giọt ước. V vậy việc thiết k h n ỡ ế ệ thống tưới nh ỏ giọt kh u quan trọng cho c ng ngh ồng rau s là õ ụ ệ tr ạch ằng phươ b ng phỏp ụkh ng dựng đất.
2.3.2. Yờu cầu thiết kế hệ thống
l b l n v dinh d Về hệ thống tưới nhỏ giọt: à phải đảm ảo ượng ước à chất ưỡng cho c y rau theo tõ ừng giai o đ ạn phỏt tri . V v , chển ỡ ậy ỳng ta cần xỏc định lượng nước cần tưới cho c y rau. õ Khi xỏc định được lượng nước và dinh dưỡng cần tưới, chỳng ta tiến hành chia khoảng thời gian tưới mỗi lần và thời gian nghỉ từng lần.
l b l n Về hệ thống cung cấp dung dịch dinh dưỡng: à phải đảm ảo ượng ước v c à ỏc chất dinh dưỡng cung c cho c y rau theo quy trấp õ ỡnh ụ c ng ngh ệ trồng rau. H ệ thống cung c dung dấp ịch dinh dưỡng được thi k b h ết ế ởi ệ thống ưới nhỏ giọt, t v v ỡ ậy phải đảm ảo ự đồng đề b s u khi tưới cho c g . ỏc ốc
C quy V h ề ệ thống đ ều i khi ển nhiệt độ à ường độ ỏnh ỏng v c s : ăn cứ vào
trỡnh ụ c ng ngh ồng rau để đưa ra chế độ đặt nhiệt độ trong nhà trồng và cường ệ tr độ ỏnh sỏng từ đú điều khiển hệ thống phun sương hay quạt thụng giú và thả mỏi hay cuốn mỏi (cỏc giỏ trị đặt ú thể c thay đổi trong ch ng trươ ỡnh).
V ề thiết ế ệ thống đ ều khiển k h i
Hệ thống điều khiển phải được thi k ết ế trờn c s ơ ở đảm bảo qui trỡnh hoạt độngcủa thiết bị phục vụ cho quỏ trỡnh cụng nghệ trồng rau đó được đặt trước. H ệ thống i đ ều khiển phải đảm ảo ễ àng b d d thay th khi h hế ư ỏng, qu ỏ ỡnhtr vận hành v s dà ử ụng đơ n gi ản cho người ận ành v h . Nh s à ản xuất ú khả ă c n ng can thi v ệp ào h ệ thống như chọn loại õ c y trồng, đặt ỏc thụ c ng s ố quỏ trỡnh ỏc, c tham c b i ủa ộ đ ều khiển .v.v ...
trồng rau sạch khụng ựng đất d . T ỡm hiểu thi b c thi b c ng ngh v ết ị ỏc ết ị ụ ệ à đề xuất b ài toỏn ự động úa t h quy trỡnh ụ c ng ngh ệ trồng rau sạch phương ph ỏp khụng dựng đất cho m un nh trồng 200 mụ đ à 2.
CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HOÁ SẢN XUẤT: RAU SẠCH KHễNG DÙNG ĐẤT
Chương 3 t trung gi ập ải quyết ài toỏn thứ nhất đó ờ b n u trong ch ng 2. ươ Đú l thi k h à ết ế ệ thống ưới nhỏ giọt t , h ệ thống trộn dung dịch, h ệ thống đ ều khiển i