4 Giới hạn nghiên cứu
2.2 Nội dung nghiên cứu các phương pháp kiểm soát khí hậu trong nhà lưới
lưới
Trồng rau trong nhà lưới thì tương tự với làm vườn bên ngoài. Cây vẫn cần đầy đủ các chất dinh dưỡng và nước, và phòng tránh sâu bọ côn trùng và dịch bệnh. Nhà nông vẫn phải cột, tỉa cành, vẫn phải điều chỉnh thân cây.
Nhưng môi trường nhà kính cũng rất khác so với sân vườn. Những điều giúp người trồng kiểm soát trồng trọt trong nhà lưới hơn hơn và thuận tiện
2.2.1. Kiểm soát nhiệt độ
Lò sưởi, lưới thông gió, và quạt là những đồng minh của nhà nông trong việc kiểm soát nhiệt độ. Ngay cả trong một nhà kính được thiết kế hấp thu tốt ánh sáng, cho dù điều kiện bên ngoài đôi khi rất lạnh và nhiều mây, nhưng bổ sung lò sưởi là cần thiết để giữ cho cây phát triển với một tốc độ tối ưu.
Lỗ thông hơi và quạt giúp làm mát nhà kính. Vào một ngày nắng, thậm chí ở mức 0°C, không khí nhà kính có thể làm nóng lên để đáp ứng yêu cầu của cây trồng. Nếu nhà kính được kèm theo hệ thống sưởi, bạn có thể đưa luồng không khí nóng vào nhà kính. Nhưng trong một đơn vị biệt lập, không khí nóng phải có một lối để thoát ra, và không khí mát có một lối để vào. Lỗ thông hơi thụ động cho phép vận hành các dòng không khí này, quạt hút và lỗ thông hơi cũng làm được. Lỗ thông hơi vận hành bằng tay tương đối rẻ tiền, nhưng bạn sẽ cần phải kiểm tra chúng ít nhất hai lần một ngày, và mở hoặc đóng chúng khi cần thiết. Hệ thống thông gió tự động tốn kém hơn, nhưng chúng tiết kiệm thời gian và giảm bớt nguy cơ quá mát quá hoặc quá nóng
Điều chỉnh nhiệt độ không khí trong nhà kính theo các mức độ ánh sáng. Nói chung, cây trồng vụ hè phát triển tốt nhất ở nhiệt độ khoảng từ 24°C đến 29°C vào ban ngày và 16°C đến 24°C vào ban đêm. Vào những ngày nhiều mây, phạm vi nhiệt độ nên thấp hơn một chút, vì cây trồng không sản xuất nhiều đường như thường lệ.
Nhiệt độ không khí mùa đông có thể thấp tới 7°C vào ban đêm mà không làm hỏng các loại cây ăn lá và không nên thấp hơn 18°C đến 21°C vào ban ngày. Cây mùa xuân khác nhau về sở thích nhiệt độ của họ. Cây trồng nơi xứ mát, chẳng hạn như bông cải xanh và rau diếp, phát triển mạnh mẽ nhất tại 10°C đêm và 15°C đến 18°C vào ban ngày, trong khi các loại cây trồng trong nhiệt độ ấm áp như cà chua và bí đòi hỏi nhiệt độ ban đêm ở mức tối thiểu 13°C và ngày ít nhất là 18°C nhưng không cao hơn 27°C.
Cây cảnh thường cần nhiệt độ ban đêm không thấp hơn 13°C, và các loại cây nhiệt đới cần nhiệt độ ban đêm từ 16°C hoặc cao hơn.
Điều tra các yêu cầu nhiệt độ của cây mà bạn có kế hoạch trồng trước khi lắp đặt hệ thống nhà kính và hệ thống sưởi ấm, bạn có thể đáp ứng phù hợp với nhu cầu sưởi ấm của cây trồng. Bạn có thể tìm thấy hàng loạt các loại máy sưởi với nhiều kích cỡ khác nhau, từ máy sưởi bằng khí Prôban đến máy sưởi điện trên tường.
2.2.2. Lưu thông không khí trong nhà kính.
Lưu thông không khí là vô cùng quan trọng đối với sức khỏe của cây trồng. Lưu thông không khí tốt củng cố các mô gỗ trong thân cây và làm giảm cơ hội cho nấm tấn công cây của bạn. Cây trồng với mật độ dày đặc có thể can thiệp bằng lưu thông không khí và làm giảm độ ẩm quá mức. Để không gian giữa các cây một cách phù hợp và bẻ cành để lá các cây không chạm vào nhau.
Cây sử dụng CO từ không khí để sản xuất đường. Trong nhà kính khép2
kín, CO có thể rất ít nên cây trồng sinh trưởng bị chậm. Nhớ thông gió để2
thay đổi không khí vào mỗi buổi sáng ít nhất một lần, ngay cả khi bạn phải bổ sung thêm nhiệt
Hình 2.9. Hệ thống thông khí áp đặt
Bên cạnh các lỗ thông gió và quạt, một cách đơn giản để tăng không khí chuyển động là bằng cách gắn các cửa sổ và cửa ra vào trong nhà kính của bạn. Bằng cách mở một cửa sổ ở đầu hồi và một cửa ra vào ở đầu hồi còn lại, bạn sẽ có thông gió dọc nhà. Đặt cửa sổ ở trên cùng và dưới cùng của vách nhà kính cho phép không khí ấm áp bay lên và thoát khỏi cửa sổ phía trên, và không khí mát xâm nhập thông qua những cửa sổ thấp hơn..
Hình 2.10. Hệ thống thông khí giữa nhà kính mà môi trường bên ngoài
2.2.3. Kiểm soát độ ẩm
Độ ẩm tương đối nên được gần 70% - 85% trong giai đoạn cây phát triển mạnh. Ở mức từ 90% đến 95%, cây phát triển yếu, các bệnh nấm trở thành một vấn đề thực sự. Giảm độ ẩm bằng cách thông gió hoặc hút không khí ẩm bằng quạt hút và chỉ tưới nước khi cần thiết. Người trồng ở vùng khí hậu khô cằn có thể làm tăng độ ẩm trong nhà kính bằng cách phun nước trên sàn nhà.
Hình 2.11. Tạo độ ẩm cho không khí qua quạt thông gió nhà kính
Nước được đưa vào hệ thống các tấm làm mát bằng hơi nước hướng đến mục tiêu cung cấp nhiệt độ và độ ẩm thích hợp nhất trong các khu vực khác nhau cần được điều hòa về nhiệt độ, ta đạt được điều này bằng cách làm mới không khí bên trong với không khí bên ngoài đã được giảm nhiệt độ và tăng độ ẩm bằng hơi nước khi đi qua tấm làm mát có những ô với độ nghiêng và cách bố trí khác nhau, mang lại hiệu quả cao cho quá trình làm mát.
Không khí được làm mát đi qua khu vực bên trong, làm giảm nhiệt và tạo ra nhiệt độ và độ ẩm cần thiết cho cây trồng, vật nuôi hay người làm việc.
Phương pháp thông khí này được sử dụng trong hầu hết các mẫu nhà kính của Nhakinh.NET với độ cao tương xứng của nhà kính, với tỉ lệ thích hợp giữa các phần che lợp và thông khí, và một hệ thống lối ra vào phù hợp.
.
Hình 2.12. Hệ thống tưới nhỏ giọt
2.2.4. Kiểm soát ánh sáng
Mức ánh sáng trong nhà kính được xác định bởi các thiết kế. Khi lập kế hoạch xây dựng nhà kính, kiểm tra mô hình bóng từ đỉnh mái nhà tại ngày hạ chí vào tháng Sáu và chỉnh sửa đổi kế hoạch nếu bóng mát là quá lớn.
Hình 2.13. Ánh sáng và sự phát triển của cây trồng
Việc quang hợp của cây rau đòi hỏi những dải bước sóng quang phổ có ánh sáng màu xanh và màu đỏ để tăng cường sự phát triển và nâng cao sản lượng.
Theo nghiên cứu, thêm 10% ánh sáng màu xanh có bước sóng từ 400 đến 500 nm cùng ánh sáng màu đỏ có bước sóng đỏ 660nm (theo tỷ lệ 70% đỏ và 30% xanh) vào đèn LED thì sẽ giúp rau diếp phát triển mạnh mẽ trong khi củ cải và rau bina lại khó phát triển, có sản lượng thấp hơn.
Việc bổ sung thêm 24% ánh sáng màu lục có bước sóng từ 500 đến 600 nm vào đèn LED có ánh sáng màu đỏ và màu xanh sẽ giúp tăng cường sự phát triển cho rau diếp.
Còn đối với loại cây cải ngọt, có thể phát triển mạnh mẽ nhất ở ánh sáng màu đỏ có bước sóng 660nm và ánh sáng màu xanh có bước sóng 430nm (tỷ lệ 60% đỏ và 40% xanh).
Ngoài ra việc kiểm soát các yếu khí hậu còn kết hợp với nhau như việc sử dụng hệ thống phun sương kết hợp đóng mái che có thể làm giảm nhiệt độ, giảm cường độ ánh sáng khi cần thiết và tăng độ ẩm không khí. Quá trình kiểm soát khí hậu trong nhà lưới là sự kết hợp hài hòa giữa các biện pháp khác nhau cho từng yếu tố.
Một trong những nước thành công với việc điều khiển được môi trường trong nhà kín là nông dân Israel trồng thành công từ 3,5-4,5 triệu cây hoa hồng /ha trong một vụ. Trung bình khoảng 400 tấn cà chua/ha, gấp 4 lần tổng số thu hoạch trên đồng ruộng. Ngoài ra, nhà kính có cấu trúc bằng nhựa hiện đã được giới thiệu để làm chuồng gia súc, gia cầm và có cấu trúc mắt cáo rất hấp dẫn với mô hình phát triển nông nghiệp đô thị.
2.2.5. Thiết bị điều khiển quá trình giám sát khí hậu PLC
PLC – Programmable Logic Controller được gọi là điều khiển logic có khả năng lập trình. Ra đời vào năm 1969, nhằm thay thế hệ thống rơ le và dây nối trong hệ thống điều khiển cổ điển.
Cuối những năm 1970, PLC đã được sử dụng nhiều hơn trong các hệ thống tự động hóa và xem như một bộ RTU cho hệ thống SCADA. Cho tới hiện nay, PLC vẫn được coi trọng như một giải pháp phần cứng tiêu chuẩn
Hình 3.4. Chọn card giao tiếp giữa máy tính PC với PLC
Tại tab Catalog chọn Communication modules => Profinet/ethernet => IE general
3.3. Cấu hình chung của simatic HMI
Trong giao diện thiết kế Simatic HMI cho tất cả các phiên bản của WinCC Basic đến Professional đều bao gồm các thành phần giống nhau và chỉ khác nhau về mức độ hỗ trợ người dùng trong quá trình thiết kế, các công cụ tùy chọn ứng dụng
▪ Device configuration: Hỗ trợ người lựa chọn hay thay đổi phần cứng thiết bị qua giao diện Device view, cấu hình và kết nối qua mạng Network view...
▪ Runtime settings: Thực hiện cài đặt các trang bị khởi đầu, thanh công cụ, các dịch vụ, phím tắt, cài đặt chung cho các cảnh báo, ngôn ngữ hay font chữ , truy cập web hay các chức năng về dự phòng scada với Redundancy...
▪ Screens: Giao diện hiển thị sẽ được thiết kế trong các trang tính màn hình và số lượng màn hình tùy thuộc vào gói phần mềm tương thích.
▪ Screen management: Hỗ trợ các template, các bảng layout định sẵn, hỗ trợ thiết kế các thanh công cụ menu và toolbar giúp cho quá trình thiết kế thuận tiện hơn.
▪ HMI tags: Chứa các tag nội (internal) và cacs tag ngoại (external)
▪ Connections: Chưa những kết nối giữa Simatic HMI và các bộ điều khiển PLC s7 hoặc các thiết bị khác.
▪ HMI alarms: Chứa các thông tin cảnh báo về các tín hiệu rời rạc, analog, cảnh báo từ PLC, từ người sử dụng hay hệ thống...
▪ Recipes: Chưa các công thức và thành phần công thức
▪ Historical data: Liên quan tới việc lưu trữ dữ liệu của các tag.
▪ Scripts: Thực hiện các đoạn mã chương trình với VB Scripts hay C Scripts.
▪ Scheduled tasks: Thực hiện các tác vụ theo kế hoạch định sẵn của người dùng.
▪ Cycles: Chu kỳ quét và lấy dữ liệu của tag về màn hình HMI hay SCADA.
▪ Reports: Thực hiện các tác vụ dạng in ấn và định dạng trang in, xuất các định dạng tệp tin PDF hay các máy in (Printer).
▪ Text and graphic list: hỗ trợ các danh sách chữ và hình ảnh theo yêu cầu cũng như mong muốn người dùng.
▪ User administration: Cấu hình và phân quyền hạn cho người sử dụng khi thực hiện các thao tác trên màn hình HMI hay SCADA
3.4. Nạp chương trình
Cài đặt giao diện để nạp chương trình xuống PLC
Chọn kết nối PLC với máy tính: Control Panel => Set PG/PC Interface.
Hình 3.5. Cài đặt kết nối PLC với máy tính
Hình 3.6. Chọn kết nối
Chọn “download to device” => Chọn kết nối của PLC, rồi ấn Start search.
Hình 3.7. Chọn kết nối
Hình 3.8. Kết nối PLC thành công
Hình 3.9. Chọn load để tiếp tục
Hình 3.10. Kết thúc quá trình
3.5. Cài đặt cấu hình cho dự án
Sau khi tạo xong một dự án mới ấn chọn Add new device. Tại mục 1 ta cấu hình phần cứng bằng các bước sau:
Controllers => SIMATIC S7-1200 => CPU 1212C AC/DC/RLY =>6ES7214-1BG40-0XB0 => Ấn ok để hoàn tất việc chọn phần cứng.
Hình 3.11. Lựa chọn phần cứng CPU
Sau khi chọn xong phần cứng màn hình sẽ hiển thị giao diện PLC như hình dưới đây.
Hình 3.12. Giao diện PLC
Tại ảnh trên mục catalog ta chọn communications board (1) => point to point => CB1214 (RS485) rồi kéo thả vào PLC vị trí mũi tên số 2 chỉ.
Tiếp tới ta cấu hình cho board CB1214 RS485 để thực hiện chức năng truyền thông RS485
Hình 3.13. Cấu hình cho Board CB1241
Tại vị trí mũi tên số 1 nháy đúp vào board CB1241 hoặc nhấn chuột phải chọn mục properties, tại vị trí mũi tên số 2 nháy chọn IO Link khi đấy bảng cài đặt thông số xuất hiện. Tại vị trí mũi tên số 3 ta cài các thông số sau:
+ Baud rate ta chọn 9,6 kbps
+ Parity ta chọn No parity
+ Data bit ta chọn bằng 8
+ Stop bit ta chọn bằng 1
Hình 3.14. Cấu hình cho PLC
1: Chọn vào plc click vào Properties 2: Ấn chọn mục General
3: Chọn System and clock memory
4: Tích vào mục Enable the use of system memory
❖ Lấy module mở rộng analog SM1231 AI4 như sau. 1: Mở chọn tab Harwd catalog
2: Mở mục Catalog
3: Tại mục AI chọn AI 4x13BIT chọn mã của module là 6ES7 231 - 4HD322-0XB0. Thông tin tên module được hiển thị ở mục information (4)
Hình 3.15. Tạo thêm module mở rộng Analog SM1231 AI4
Hình 3.16. Thông tin module
Các thông số của module SM 1231 AI4
Tại vị trí khoanh đậm số 1 thông tin thể hiện module SM1231có 4 kênh đầu vào tín hiệu analog là channel 0, channel 1, chennel 2 và chennel 3.
Tại vị trí khoanh đậm số 2 thể hiện về :
Channel address : địa chỉ vùng nhớ tại IW96 đối với channel 0 Measurement type : kiểu đo dạng điện áp/dòng diện
Voltage range : dải đo từ -/+10 ,+/-2,5 và +/-5V đối với kiểu đo điện áp và 0-20mA hay 4-20mA với kiểu đo cường độ dòng điện I
Người lập trình có thể thay đổi kiểu đo dòng điện hay điện áp tùy vào tiến hiệu cảm biến trả về là I hay U.
Do các tín hiệu vào/ra Digital là nhiều hơn số chân kết nối của plc s7 1200 1212C AC/DC/Rly nên việc cần thêm module xử lý tín hiệu Digital là tất yếu.
Để phù hợp với bài toán ta sử dụng module SM1223 có mã 6ES7 223- BL32-0XB0.
Hình 3.17. Cấu hình thêm module mở rộng SM 1223 DI16/DQ16x24VDC
Cách lấy module SM1223 tương tự như cách lấy module AI4
Tại vị trí 2 ta có thể thấy thông tin của module SM1223 DI 16/DQ16x24VDC như số hiệu, số cổng kết nối đầu vào DI là 16, đầu ra DQ 16 và mức điện áp điều khiển là 24VDC. Thế hệ module thứ 2
Tại vị trí số 3 chọn I/O addresses ta thấy được địa chỉ vùng nhớ của DI bắt đầu từ I12.0 tới I13.7 và của DQ từ Q12.0 tới Q13.7 tại vùng khoanh đậm số 4 hình 3.11.
3.5.1. Tạo kết nối truyền thông PLC với Connections
Thực hiện kết nối truyền thông giao tiếp giữa WinCC RT với PLC ta chọn Network view => Connections => HMI connection => thực hiện thao tác kéo thả truyền thông giữa PLC và WinCC RT Professional.
3.6. Lập trình PLC và thiết kế giao diện SCADA
3.6.1. Xây dựng lưu đồ thuật toán
sai
sai sai độ ẩm= X nhiệt độ=Y
đúng đúng sai time=T Đ S Đ Sai đúng S Bắt đầu
Bơm tưới Bơm PS
6<h<7 X<60 Bật bơm tưới X<=60 % Y>30 T=30m Bật Bơm phun sương Tắt bơm Mái che Lux<50 Mở mái che Lux>105 Or T>30 Quạt Y>30 Or X>85 Bật quạt Đèn
3.6.2. Lập trình trên TIA Portal
Tạo giao diện lập trình trong TIA Portal
Tại bảng Devices chọn PLC_1 => program block => Add new block. Màn hình lập trình cho xuất hiện như bên phải, ta tiến hành lập trình như thường
Hình 3.19. Lập trình plc trong TIA Portal