Khóa luận tốt nghiệp Lương Đình Tùng Khóa luận tốt nghiệp Lương Đình Tùng 4 CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TƯỚI TỰ ĐÔNG 2 1 Khái niệm về hệ thống tự động Hệ thống điều khiển tự động là hệ thống bao gồm các phần tử tự động nhằm điều khiển các quá trình xảy ra trong thiên nhiên, cuộc sống mà không có sự tham gia trực tiếp của con người Hệ thống điều khiển tự động là tập hợp các thành phần vật lý có mối liên quan và tác động qua lại lẫn nhau để chỉ huy, tự hiệu chỉnh hoặc điều khiển một hệ thống kh.
Trang 1CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TƯỚI
TỰ ĐÔNG
2.1.Khái niệm về hệ thống tự động
Hệ thống điều khiển tự động là hệ thống bao gồm các phần tử tự động nhằm điều khiển các quá trình xảy ra trong thiên nhiên, cuộc sống mà không có sự tham gia trực tiếp của con người Hệ thống điều khiển tự động: là tập hợp các thành phần vật lý
có mối liên quan và tác động qua lại lẫn nhau để chỉ huy, tự hiệu chỉnh hoặc điều khiển một hệ thống khác
Hệ thống điều khiển tự động xuất hiện ngày nay rất phổ biến
- Hệ thống điều hoà không khí
- Hệ thống điều chỉnh độ ẩm
- Hệ thống tự động báo cháy v.v
Trong môi trường sản xuất:
- Các máy tự động
- Các đường dây sản xuất, lắp ráp tự động
- Các máy điều khiển theo chương trình, Máy tính, Robot v.v
2.2.Vai trò của tự động hóa trong quá trình sản xuất
Lịch sử hoàn thiện của công cụ, phương tiện sản xuất phát triển trên cơ sở cơ giới hóa và điện khí hóa Khi có những đột phá mới trong lĩnh vực công nghệ vật liệu
và tiếp theo là điện tử và tin học thì công nghệ tự động có cơ hội phát triển mạnh mẽ, đem lại muôn vàn lợi ích thiết thực cho xã hội Đó là mấu chốt của năng suất, chất lượng, giá thành
Trang 2con người Trong sản xuất nó thay thế con người những công việc cơ bắp nặng nhọc, công việc nguy hiểm, độc hại, công việc tinh vi hiện đại còn trong đời sống con người những công nghệ này sẽ được ứng dụng phục vụ nhu cầu sống Nó sẽ là phương tiện không thể thiếu trong đời sống chúng ta
2.3 Ứng dụng của tự động hóa trong tưới tiêu cho cây trồng
Công trường thực vật là căn cứ địa sản xuất nông nghiệp của hiện đại hóa Toàn bộ quá trình đều có thể điều khiển tự động để giảm bớt sức người, nâng cao sản lượng… Mc dù tự động hóa ứng dụng từ rất lâu cho việc tưới tiêu, song nó chỉ phát triển ở một số nước phát triển, còn đối với các nước chậm phát triển tuy nền nông nghiệp chiếm tỉ lệ lớn nhưng
Việc ứng dụng tự động hóa cho việc tưới cây vẫn còn rất chậm Hiện nay, được sự trợ giúp của nước ngoài các nước đang phát triển đã đưa dần tự động hóa vào đời sống và sản xuất, đặc biệt là các nước đông nam á trong đó có Việt Nam
Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ chế tạo thiết bị tự động hóa, kết hợp với thành tựu trong công nghệ vi điện tử và công nghệ thông tin, đã cho phép tạo nên một giải pháp tự động hóa trong mọi lĩnh vực Có thể nói tự động hóa trở thành xu hướng tất yếu cho mọi lĩnh vực cho bất kì quốc gia, vùng lãnh thổ nào
2.4 Các nghiên cứu ở nước ngoài
Ở nước ngoài đã có nhiều nghiên cứu ứng dụng về hệ thống tưới cây tự động: Đầu những năm 80, Liên Xô ( cũ ) đã chế tạo ra một loại máy tự động ứng dụng trong nông nghiệp Khi làm việc loại máy này có thể quan sát được độ ẩm của thổ nhưỡng, nhiệt độ không khí, sức gió… Nó có thể xác định được phương pháp tưới và tiến hành tưới cho cây trồng, nhờ một loại máy làm mưa nhân tạo khác Hãng robot Droplet giới thiệu robot tưới cây tích hợp những công nghệ tự động mới nhất, điện toán đám mây và một số dịch vụ kết nối khác cho phép Droplet có khả năng tự động ngắm hướng vòi phun, lượng nước và tần suất tưới để tự động tưới nước cho cây theo những lịch trình tự tính toán dựa trên phân tích các dữ liệu đầu vào
Droplet là 1 chiếc vòi phun tự động có khả năng tự điều chỉnh hướng dòng nước phun ra từ ống đến thân cây trong bán kính 9,14 mét Trước khi robot tự độn vận
Trang 3hành, người dùng chỉ cần khai báo tên của các loại cây có mặt trong vườn thông qua điện thoại, máy tính bảng, được kết nối không dây với robot Dựa trên
thông tin về tên các loại cây, Droplet sẽ tự tra cứu thông tin trên mạng nhằm xác lượng nước cũng như tần số tưới cho phù hợp với từng loại cây Bên cạnh đó, Droplet cũng tự tra cứu dữ liệu về tình hình thời tiết của địa điểm làm việc để xác định mưa/nắng nhằm đưa ra lịch làm việc thích hợp Bộ điều khiển tưới cây tự động Israel
dễ dàng được lập trình theo yêu cầu tưới của người sử dụng Chỉ cần vài thao tác lập trình, cung cấp cho hệ thống một nguồn nước đầu vào và dẫn các đầu tưới đến các vị trí cần tưới là đã hoàn tất việc lắp đặt hệ thống tưới tự động theo công nghệ tưới tiên tiến
Có 2 loại điều khiển: Điều khiển theo giờ tưới và điều khiển theo chu kỳ
• Điều khiển theo giờ tưới: Hệ thống hoạt động đúng theo thời gian đồng
hồ yêu cầu
• Điều khiển theo chu kì tưới: Hệ thống hoạt động theo vòng lặp thời gian
• Bộ điều khiển thời gian và van điện từ
- Bộ điều khiển tự động: dùng để cài đặt thời gian tưới tự động, như giờ hoạt động,
thời gian hoạt động, thời gian dừng hay chuyển đổi các vị trí tưới Bộ cảm biến mưa sẽ tự động ngừng tưới khi có mưa hay độ ẩm cao
- Van điện từ: là thiết bị nhận và truyền tín hiệu từ bộ điều khiển đến các đầu tưới, để các đầu tưới hoạt động
Trang 4Hình 2.1.bộ hẹn giờ và van điều khiển
Hoạt động của hệ thống tưới: Hệ thống được mặc định giờ tưới, đến giờ hoạt động thì bộ điều khiển sẽ tự động truyền tín hiệu đến các van điện từ, các van sẽ tự động mở ra và cung cấp nước cho các đầu phun Thời gian tưới được cài đặt sẵn theo
ý muốn của người sử dụng
2.5.Các nghiên cứu trong nước
Ở nước ta đã có nhiều nghiên cứu và ứng dụng hệ thống tự động vào trong cuộc sống Người dân đã sáng tạo ra các hệ thống bán tự động giúp tiết kiệm sức lao động, hiệu quả mang lại cao hơn so với tưới thủ công Tuy nhiên hệ thống này còn nhiều nhược điểm cần khắc phục để mang lại hiệu quả cao nhất có thể Ở các trường đại học chuyên ngành kĩ thuật đã có nhiều đề tài về hệ thống tưới nước tự động do sinh viên thực hiện Tuy nhiên vẫn còn nhiều mặt hạn chế cần khắc phục
Hệ thống tưới phun tự động đa năng- một công trình khoa học của 2 giảng viên trường Cao đẳng Công nghiệp (CĐCN) Huế: tiến sĩ Lê Văn Luận và thạc sĩ Lê Đình Hiếu Các thiết bị chính của hệ thống tưới phun đa năng này gồm có 1 cảm biến
đo nhiệt độ và 1 cảm biến đo độ ẩm của đất được cài đặt tại nhà màng trồng hoa, hệ
Trang 5điều khiển được lập trình trên PLC-S7- 1200 Khi các cảm biến cho thông số độ ẩm của đất hoặc nhiệt độ không khí tại nhà màng báo hiệu cần nước, tín hiệu này sẽ đưa đến hộp điều khiển PLC Tại đây các chức năng sẽ được điều khiển tự động để nhận nước và đưa tưới tự động tưới phun theo các vòi phun lắp đặt, và sẽ tự ngừng trong đúng 5 phút, khi cảm biến báo độ ẩm hoặc nhiệt độ đã đạt yêu cầu Hệ thống tưới phun tự động đa năng là sản phẩm khoa học có ý tưởng hay, tính ứng thiết thực và đã được thử nghiệm có hiệu quả thực tế
2.6 Thực trạng vấn đề tưới cây vụ đông tại Việt Nam
Nước là một yếu tố không thể thiếu trong đời sống của mỗi loại cây trồng Tùy từng giai đoạn phát triển khác nhau mà nhu cầu cây trồng cần nhiều hay ít nước
Độ ẩm đồng ruộng mà cây rau màu luôn cần ở mức từ 75 - 80% Do đó để rau màu phát triển được thuận lợi nông dân cần chú ý dưỡng ẩm cho cây liên tục nhất là thời
kỳ phát triển thân lá, ra hoa đậu quả và nuôi quả
Hiện nay ở Việt Nam, người nông dân canh tác cây trồng chủ yếu theo phương pháp thủ công Việc cung cấp nước cho cây chủ yếu dựa trên kinh nghiệm, vì vậy mà hiệu quả đem lại không cao
Nguyên nhân áp dụng tưới tiết kiệm còn hạn chế chủ yếu là do chi phí đầu tư, nhất là đầu tư ban đầu, đối với công nghệ tưới tiên tiến, tiết kiệm nước còn cao so với thu nhập của người dân và đòi hỏi có một kiến thức, trình độ nhất định khi sử dụng
2.7 Các vấn đề cần nghiên cứu bổ sung
Các nghiên cứu ở trên đã được ứng dụng từ lâu Tuy nhiên, do giá thành quá cao nên nhiều người chưa có điều kiện để sử dụng các thiết bị đó Vì vậy, chúng em
đã thực hiện nghiên cứu hệ thống tưới sử dụng cảm biến độ ẩm của đất để quyết định nhu cầu tưới cho cây trồng Hệ thống chế tạo đơn giản, chi phí thấp dễ sửa chữa
Trang 62.8 Nghiên cứu nhu cầu tưới nước và hệ thống làm mát cho cây trồng ở các nhà kính
2 8.1.Làm mát nhà kính
Giảm nhiệt độ của nhà kính ở khí hậu nóng là một thách thức về kỹ thuật liên quan đến việc đánh giá sự cân bằng về khối lượng và năng lượng, hệ thống thông khí,
và những quá trình sinh học và vật lý nội tại của hoa màu
Hình 2.2.Hệ thống quoạt
Trang 7Hình 2.3.Hệ thống các tấm tản nhiệt
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 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
Trang 8Hình 2.4.Tường nước
Hệ thống các tấm làm mát bằng hơi nước gồm có
– Quạt ly tâm hút đẩy: cung cấp đầy đủ lượng không khí mới cho khu vực cần
được làm mát Thông thường là loại quạt Li tâm với các lá sách đóng mở được, hoạt động theo hướng hút đẩy
– Tấm làm mát: thường được chế tạo bằng các miếng cellulose xếp theo nhiều
góc độ khác nhau, hợp thành một bảng các ô với độ sâu khác nhau, tùy theo yêu cầu của dự án và công suất cần cho quá trình
– Tường nước cho các tấm làm mát: các tấm làm mát có hình dạng khác nhau
và được lắp thành từng nhóm với số lượng khác nhau, đủ để bao phủ toàn bộ bề mặt và được bố trí để được làm ướt đồng bộ để tạo ra luồng hơi nước cần thiết Tường nước có một đường cấp nước ở phía trên và một đường thoát nước ở phía dưới
Phần cấp nước cho tường nước: gồm có một bồn và một bơm điện, cung cấp lượng nước cần thiết để làm ướt tường nước
Trang 9Hình 2.5.Béc phun sương
Trang 10Vào mùa hè thì hoa màu phải đối mặt với những hiện tượng thời tiết bất lợi,
như nhiệt độ cao, bức xạ tia mặt trời cao, gió khô,v.v Những hiện tượng thời tiết này
sẽ làm cho nhiệt độ trong nhà kính tăng cao quá mức và độ ẩm của không khí bị giảm
sút nhiều
Để tránh cho hoa màu bị hư hại bởi những yếu tố nêu trên, có thể cung cấp
những hệ thống phun sương giúp cho cây trồng cũng như vật nuôi có được điều kiện
sinh trưởng tối ưu
Hệ thống phun sương này được thiết kế để làm tăng độ ẩm và làm mát nhà
kính với chi phí tối thiểu Những hệ thống này được đề nghị sử dụng để khắc phục sự
thiếu hụt về độ ẩm trong những giai đoạn trồng trọt đầu tiên và để tránh sự tăng cao
nhiệt độ
Hình 2.6.Lắp đặt hệ thống phun sương
Trang 11Hệ thống phun sương áp suất thấp gồm có :
Bộ tạo áp: bơm điện để tạo ra lưu lượng và áp suất theo yêu cầu của các đầu
phun
Đầu lọc: được tính toán dựa trên nguồn cấp nước, các chất rắn có trong nước
và đường kính vòi của miệng phun
Hệ thống phân phối và bao quát toàn bộ các khu vực: ống nước, van và mối
nối, v.v cần thiết cho sự phân phối lưu lượng nước phun sương Sương được phun từ trên đỉnh của khu vực cần được xử lý, với mục tiêu bao phủ toàn bộ khối lượng
Các đầu phun sương: dùng cho lưu lượng nước chậm với áp suất thấp (1-4
bar) tạo ra kích cở hạt sương đủ nhỏ để bay trong không khí Các miệng phun được phân phối với số lượng phù hợp và vị trí thích hợp sẽ mang lại hiệu quả tốt nhất
2.8.2 Hệ thống tưới
Một hình thức tưới đang được ứng dụng rất phổ biến tại Việt Nam hiện nay, giúp con người có thể tiết kiệm được rất nhiều thời gian và lượng nước tưới cây mỗi ngày
TƯỚI NHỎ GIỌT
Khái niệm tưới nhỏ giọt
Tưới nhỏ giọt (Drip Irrigation) là phương pháp tưới có nguồn gốc từ Israel, giúp bạn tiết kiệm được nước và phân bón cho cây bằng cách cho phép nước tưới nhỏ giọt từ từ vào rễ của cây mà bạn muốn tưới hoặc là nhỏ giọt lên bề mặt đất (những vị trí gần với cây trồng của bạn) thông qua hệ thống gồm nhiều thiết bị như: Van, đường ống dẫn nước, các loại béc tưới cây thường là để giảm thiểu sự bay hơi nước (theo
Trang 12Theo kết quả nghiên cứu của các chuyên gia đến từ Israel, ứng dụng hình thức
Tưới Nhỏ Giọt sẽ giúp bạn tiết kiệm được 80% thời gian tưới cây mỗi ngày và 50%
lượng nước tưới so với phương pháp tưới thủ công thông thường
Mô hình của hệ thống tưới nhỏ giọt cơ bản
Mô hình hệ thống tưới nước thông minh này là một mạng lưới gồm nhiều thiết
bị: Timer hẹn giờ điều khiển tưới tự động, ống dẫn nước, bộ lọc nước, béc tưới cây
nhỏ giọt, co nối ống, máy bơm được gắn kết với nhau để tạo thành 1 hệ thống tưới
hoàn chỉnh
Hình 2.7 Mô hình tưới nhỏ giọt cho cây trồng
Chức năng của các thiết bị trong mô hình tưới nhỏ giọt
Mỗi thiết bị được gắn trong hệ thống tưới nước nhỏ giọt đều có một chức
năng riêng, bạn hãy cùng tìm hiểu chức năng của chúng ngay sau đây nhé:
Trang 13- Timer hẹn giờ điều khiển tưới tự động: Có chức năng là để Bật/Tắt hệ thống tưới hoàn toàn tự động
muốn tưới cho cây
cây cần tưới
tuỳ theo lưu lượng nước của từng loại cây để chọn đầu nhỏ giọt tương ứng
Ứng dụng hệ thống tưới nước nhỏ giọt trong nhà kính
Tưới nhỏ giọt trong nhà kính thường có hai loại đó là:
Tưới nhỏ giọt cho cây trồng trong bịch (sử dụng que cắm nhỏ giọt)
Theo phương pháp này, mỗi chậu sẽ sử dụng 01 que cắm dripeg, một đoạn ống PE 3×5 dẫn nước từ đầu nhỏ giọt lên que cắm, và 1 đầu nhỏ giọt (tham khảo đầu nhỏ giọt supertif)
Một số loại cây điển hình sử dụng phương pháp tưới bằng que cố định thường là: Dâu tây trồng bịch, Dưa lưới trồng trong bịch
Trang 14Hinh 2.8.tưới nhỏ giọt cho các loại hoa rau màu trong nhà kính trồng dưới đất
Hinh 2.9.tưới nhỏ giọt cho các loại hoa rau màu trong nhà kính trồng dưới đất
Rất nhiều loại cây, rau, hoa màu được bà con trồng trực tiếp trên nền đất trong nhà kính, điển hình như các loại Hoa đồng tiền, hoa cúc, hoa hồng… các loại rau ăn lá, rau lấy củ, hay các loại dưa như dưa lưới, dưa chuột…
Với phương pháp này, bà con đơn giản sử dụng dây nhỏ giọt rải dọc hàng cây trồng
Đặc điểm về quy mô, diện tích của Nhà kính thường khá nhỏ, có chiều dài mỗi luống thường không quá 70m Do đó bà con chỉ cần sử dụng dây nhỏ giọt đường kính 12mm là hiệu quả và tiết kiệm chi phí nhất
Hiện nay dây nhỏ giọt 12mm sử dụng điển hình là dây của Netafim và dây znhỏ giọt Eolos của Rivulis Eurodrip
Dây nhỏ giọt thường áp dụng trong nhà kính thường có độ dày 0.3mm đến 0.4mm, với độ dày này bà con có thể tái sử dụng trong nhiều năm, dễ dàng thu cuộn
và di chuyển mà không sợ rách, đứt ống Từ khoảng 1.0 – 1.5 – 2.0 lít/giờ
Trang 15Vùng trồng rau, hoa ở Đà Lạt, Đơn Dương Lâm Đồng sử dụng khá phổ biến cả hai hình thức tưới nhỏ giọt nói trên
