hệ thông trồng cây trong nhà kính s7 1200

Lời cam đoan Tôi xin cam đoan bài tiểu luận đề tài “Thiết kế và mô phỏng hệ thống trồng cây trong nhà kính” là bài viết của tôi, không sao chép, không thuê mướn người khác thực hiện Tất cả những sự gi.

Lời cam đoan

Tôi xin cam đoan bài tiểu luận đề tài: “Thiết kế và mô phỏng hệ thống trồng câytrong nhà kính” là bài viết của tôi, không sao chép, không thuê mướn người khác thựchiện

Tất cả những sự giúp đỡ cho việc xây dựng cơ sở lý luận cho bài báo cáo đềuđược trích dẫn đầy đủ, ghi nguồn gốc rõ ràng và được phép công bố

Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về tính trung thực của các nội dung trong đềtài của mình

Sinh viên thực hiện

Cảm ơn các tác giả của các công trình mà tôi có sử dụng dùng làm nguồn tài liệutham khảo cùng với tất cả bạn bè đã ủng hộ, động viên trong suốt thời gian nghiên cứu

Trang phụ bìa i

Lời cam đoan ii

Lời cảm ơn iii

Mục lục 1

Danh mục hình 4

Danh mục bảng 6

Danh mục các cụm từ viết tắt 7

MỞ ĐẦU 8

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Tổng quan về phương pháp trồng cây tự động trong nhà kính 10

1.1.1 Tính cấp thiết của phương pháp trồng cây trong nhà kính 10

1.1.2 Giới thiệu phương pháp trồng cây tự động trong nhà kính 10

1.1.3 Những điểm tích cực của hệ thống trồng cây trong nhà kính 11

1.1.4 Những hạn của hệ thống trồng cây tự động 12

1.1.5 Một số mô hình nhà kính ở Việt Nam 13

1.2 Tổng quan về cải ngọt 14

1.2.1 Yêu cầu về sinh thái 14

1.2.2 Giống 14

CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Cơ sở lý thuyết … 15

2.1.1 Ảnh hưởng của ánh sáng 15

2.1.2 Ảnh hưởng của nồng độ CO2 15

2.1.3 Ảnh hưởng của nước 15

2.1.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ 16

2.1.5 Kết luận 16

2.2 Cơ sở lý thuyết về bộ điều khiển PID… 17

2.2.1 Giới thiệu 17

2.2.2 Chuyển đổi và chuẩn hoá các giá trị đưa vào vòng lặp 18

2.2.3 Phương pháp lựa chọn luật điều khiển 18

2.3 Xử lý tín hiệu Analog… 20

2.3.1 Cách đọc tín hiệu Analog 20

2.3.2 Cách xuất dữ liệu Analog 20

2.3.3 Nguyên lý xử lý tín hiệu Analog 20

2.4 Phương pháp mô hình hóa… 22

CHƯƠNG III: TỔNG QUAN CÁC THIẾT BỊ 3.1 Tổng quan bộ điều khiển trung tâm PLC S7-1200 … 24

3.1.1 Giới thiệu 24

3.1.2 Cấu tạo PLC S7-1200 24

3.1.3 Các dòng chính của PLC S7-1200 25

3.1.4 Dòng PLC S7-1200 sử dụng cho hệ thống 26

3.1.5 TIA Protal V16 26

3.1 Cảm biến … 28

3.2.1 Cảm biến nhiệt độ 28

3.2.2 Cảm biến độ ẩm đất 30

3.3 Máy bơm phun sương … 30

3.4 Quạt làm mát, quạt hút ẩm… 30

3.4.1 Quạt làm mát 31

3.4.2 Quạt hút ẩm 31

3.5 Động cơ đóng/mở lưới… 31

3.5 Động cơ đóng/mở lưới… 31

3.6 Một số khí thiết bị dùng trong tủ điện… 32

3.6.1 Khí cụ điện đóng/cắt – CB 32

3.6.2 Contactor 32

3.6.3 Relay trung gian 32

3.6.4 Công tắc hành trình 33

3.6.5 Công tắc 33

3.6.6 Đèn báo 33

3.7 Chọn dây dẫn cho hệ thống … 34

CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ HỆ THỐNG VÀ XÂY DỰNG MÔ HÌNH 4.1 Thiết kế hệ thống 35

4.1.1 Tính toán thực tế 35

4.1.2 Sơ đồ nguyên lý 36

4.1.3 Sơ đồ khối hệ thống 37

4.1.4 Lưu đồ giải thuật 38

4.1.5 Chương trình chính điều khiển hệ thống 40

4.1.6 Mô phỏng hệ thống trên Wincc 43

4.2 Xây dựng mô hình 44

4.2.1 Thi công mô hình 44

4.2.2 Hệ thống bơm tưới phun sương 44

4.2.3 Đường ống dẫn và bố trí bec phun sương 45

4.2.4 Hệ thống quạt làm mát, hút ẩm 45

4.2.5 Hệ thống đóng/mở lưới che 45

4.2.6 Hệ thống chiếu sáng 46

4.2.6 Tủ điều khiển 47

KẾT LUẬN 49

KIẾN NGHỊ 50

TÀI LIỆU THAM KHẢO 51

Danh mục hình

TT TÊN HÌNH TRAN

G

Hình 1.1 Một số mô hình nhà kính phát triển nhất ở Việt Nam 13

Hình 2.1 Ảnh hưởng của ánh sáng đến sự sinh trưởng của cải ngọt 15Hình 2.2 Ảnh hưởng của CO2 đến sự sinh trưởng của cải ngọt 15Hình 2.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự sinh trưởng của cải ngọt 16

Hình 4.5 Lưu đồ giải thuật chế độ điều khiển bằng tay 38Hình 4.6 Lưu đồ giải thuật điều khiển chế độ hoạt động theo nhiệt độ 39

Hình 4.7 Lưu đồ giải thuật điều khiển chế độ hoạt động theo độ ẩm 39

Danh mục bảng

Bảng 2.1 Điều kiện chọn luật điều khiển phù hợp với hệ thống 19

Danh mục các cụm từ viết tắt

7 PI Proportional Integral

Commission

MỞ ĐẦU

Hiện nay trên thế giới, việc ứng dụng các công nghệ điều khiển vào trong sản xuất

là rất nhiều và cần thiết trong các ngành nghề kể cả trong nông nghiệp Trong nôngnghiệp, nhờ ứng dụng các công nghệ điều khiển hiện đại mà năng suất và chất lượngcây trồng tăng lên đáng kể Với công nghệ trồng rau trong nhà kính có sự hỗ trợ củacác thiết bị điều khiển đã cho những kết quả ngoài mong đợi như năng suất cao, chấtlượng tốt, sạch, an toàn mà còn có thể trồng những loại cây mà từ trước không phải làtruyền thống của vùng miền

Bên cạnh đó, nhà nước ta đã và đang khuyến khích việc áp dụng các thành tựukhoa học kỹ thuật vào trong sản xuất nhằm nâng cao chất lượng cũng như số lượnghàng hóa, đem lại hiệu quả kinh tế góp phần thúc đẩy sự phát triển của xã hội, nângcao chất lượng cuộc sống người dân Với những định hướng rõ ràng đó, nhiều thành

tựu khoa học đã được áp dụng vào tất cả các lĩnh vực, các ngành sản xuất Ngành nôngnghiệp cũng không nằm ngoài xu hướng đó nhất là trong bối cảnh nước ta đã tham giavào hiệp định tự do của kinh tế thế giới Bởi vì lẽ đó nếu không nhanh chóng áp dụngcác tiến bộ khoa học kỹ thuật, không đổi mới phương thức sản xuất và canh tác truyềnthống thì ngành nông nghiệp sẽ tụt hậu so với thế giới và khu vực.

Trong bối cảnh thực phẩm bẩn đang lan tràn mọi ngõ ngách, rau phun thuốc kíchthích buổi sáng buổi chiều hái đem ra chợ bán khiến nhiều người dân lúc nào cũngcảm thấy hoang mang, lo sợ Giải pháp trồng rau sạch trong nhà kính tạo ra nguồn rausạch giúp bảo vệ sức khỏe cho người sử dụng mang lại nguồn thu nhập kính tế cao chonhà vườn Tuy nhiên việc áp dụng mô hình trồng rau sạch ở nước ta vẫn còn nhỏ lẻ vìnhà vườn khó tiếp cận được với công nghệ chăm sóc rau tự động Trước thực trạng đótôi đã nghiên cứu, xây dựng mô hình thu gọn và hoàn thành bài tiểu luận với đề tài:

“Thiết kế và mô phỏng hệ thống trồng cây trong nhà kính” Với mục đích giúp cho

nhà vườn tiếp cận gần hơn với công nghệ chăm sóc tự động trong nhà kính với đốitượng cụ thể là rau cải ngọt Nhà vườn có thể áp dụng cho các loại rau trồng khác tùytheo điều kiện sinh trưởng và phát triển của từng loại cây

Trong đề tài này tôi xin được giới thiệu giải pháp dùng PLC để điều khiển và giámsát quá trình phát triển sinh trưởng của rau cải ngọt trong nhà kính nhằm mục đíchnâng cao chất lượng sản lượng sản phẩm, giảm sức người và đưa những thành tựu củangành tự động hóa vào phát triển nông nghiệp công nghệ cao Tôi tập trung vào haihướng chính là: Điều khiển và giám sát

 Điều khiển hệ thống phun sương phục vụ tưới tiêu, hệ thống quạt thông gió, quạthút ẩm, hệ thống chiếu sáng, hệ thống đóng/mở lưới che

 Giám sát các thông số cần thiết cho rau cải ngọt trong nhà kính như: nhiệt độ khôngkhí, độ ẩm đất Giám sát tiến trình hoạt động của các thiết bị trong hệ thống Qua đónhắm tối ưu hóa những điều kiện lý tưởng nhất và phòng tránh được những dịch bệnhgây bất lợi cho cây trồng

Toàn bộ quá trình tìm hiểu về lý thuyết, áp dụng những kiến thức đã học vào tínhtoán thực tế Cũng như quá trình thiết kế hệ thống và xây dựng mô hình được trình bàyđầy đủ, với số liệu thật, rõ ràng, được đúc kết trong bài tiểu luận Với phần mở đầu,bốn chương nội dung:

 Chương I: Tổng quan về đề tài

 Chương II: Cơ sở lý thuyết

 Chương III: Tổng quan các thiết bị

 Chương IV: Thiết kế hệ thống và xây dựng mô hình

Cuối cùng là kết luận, kiến nghị và tài liệu tham khảo

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1.1 Tổng quan về phương pháp trồng cây tự động trong nhà kính

1.1.1.Tính cấp thiết của phương pháp trồng cây trong nhà kính

Thời gian qua, sản xuất nông nghiệp trên cả nước chịu rất nhiều khó khăn, bất lợi

do thời tiết, dịch bệnh, suy thoái kinh tế, giá cả hàng nông sản bấp bênh, chịu sự cạnhtranh của hàng hóa nước ngoài, trong khi giá vật tư đầu vào không ổn định và đang có

xu hướng tăng cao Ngoài ra với tình hình thực phẩm bẩn, kém chất lượng trên thịtrường như hiện nay người tiêu dùng rất cần những sản phẩm nông nghiệp sạch chấtlượng cao mà không phải chi quá nhiều tiền để sử dụng sản phẩm nhập khẩu là mộtnhu cầu bức thiết, cấp bách Ở nước ta hiện nay ngành nông nghiệp vẫn giữ vai tròquan trọng trong việc phát triển kinh tế và khi kinh tế, nước ta hội nhập quốc tế cũngđem lại nhiều thuận lợi như thị trường mở rộng, sản phẩm làm ra được xuất khẩu đi rấtnhiều nơi trên thế giới Nhưng cũng có không ít khó khăn thách thức cho ngành nôngnghiệp nước ta

Việc cấp bách nhất để vực dậy nền nông nghiệp nước ta là tập trung vào việc nângcao năng suất, chất lượng sản phẩm Phát triển nông nghiệp bền vững nhằm tạo ranhững sản phẩm nông nghiệp đạt chuẩn thế giới Do đó sử dụng phương pháp trồngcây tự động trong nhà kính là rất cần thiết để nâng cao năng suất, chất lượng của nềnnông nghiệp nước ta.

1.1.2.Giới thiệu phương pháp trồng cây tự động trong nhà kính

Nhà kính trồng rau, trồng hoa là mô hình nhà được bao bọc bởi kính hoặc các vậtliệu tương tự như nhựa trong hay nilon Nhà kính phù hợp với yêu cầu phát triển nôngnghiệp bền vững, cho phép kiếm soát đầy đủ và chặt chẽ thông số của quá trình sảnxuất như nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng, khí oxy, carbonic , kể cả việc sử dụng tối ưu đấtcanh tác, kiểm soát được tình hình sâu bệnh để đáp ứng sự sinh trưởng phát triển củacây trồng đạt được sản lượng cao nhất

Mô hình nhà kính nông nghiệp đã được áp dụng ở rất nhiều quốc gia trên thế giớinhư Nhật Bản, Mỹ, Pháp, Hà Lan, Trung Quốc, Israel Hầu hết các loại nhà kính côngnghệ cao ở Việt Nam đều được nhập công nghệ trực tiếp hoặc mô hình chuyển giaocông nghệ từ các nước có nền nông nghiệp công nghệ cao như Nhật Bản, Israel… Chiphí cho mô hình này khá cao nhưng đổi lại sản phẩm được trồng trong nhà kính cũng

có chất lượng rất tốt

 Phương pháp kỹ thuật thiết kế mô hình vườn rau nhà kính

Về vị trí địa lý: Xây dựng mô hình trồng rau trong nhà kính thích hợp nhất làkhông bị che khuất về ánh sáng, có nguồn nước đảm bảo cho tưới tiêu trong vườn về

số lượng luống rau trồng lẫn chất lượng về nước tưới Gần đường vận chuyển để tiệngiao dịch sản lượng sau mỗi đợt thu hoạch rau, gần lưới điện để phục vụ cho cung cấpchiếu sáng ban đêm và các thiết bị khác Ở phương Đông nhà nông thường quan niệm

về phong thủy khi xây dựng, nên thường chọn xây dựng hướng Đông Nam hoặc Nam

vì đây là hướng của Mặt Trời mọc để đem lại hiệu quả và may mắn trong quá trình sảnxuất và kinh doanh

Về vật liệu mô hình: Vật liệu che phủ của hệ thống phải đảm bảo các đặc tính vềtruyền sáng, khuếch tán ánh sáng, chống côn trùng và bụi bẩn bên ngoài xâm nhập,đặc biệt phần mái che phải chống thấm nước khi có trời mưa to bên ngoài Vật liệu bênngoài thị trường giá cả cũng phù hợp để thiết kế mô hình trồng trọt thâm canh hiệu quảnăng suất cao

1.1.3.Những điểm tích cực của hệ thống trồng rau trong nhà kính

Hiện nay, vấn đề vệ sinh an toàn thực phẩm là một trong những vấn đề nóng của

xã hội Trong những năm trở lại đây, thực phẩm sạch chưa bao giờ hết đáng chú ý,những vụ việc đáng tiếc xảy ra do nguồn thực phẩm bẩn ngày càng gia tăng Chính vìthế, người nông dân cũng phải chủ động tìm cho mình những hướng đi mới nhằm nângcao chất lượng sản phẩm cũng như năng suất cây trồng

a Nâng cao chất lượng nông sản

Mô hình nhà kính cũng mới xuất hiện ở Việt Nam cách đây vài năm Người tathường kết hợp nhà kính với hệ thống trồng rau thủy canh để cho năng suất trồng raucao hơn Việc sử dụng hệ thống trồng rau thủy canh cũng giúp tiết kiệm được nhiềuchi phí so với trồng rau theo phương pháp truyền thống Mô hình nhà kính cũng có tácdụng giúp tiết kiệm lượng nước nhờ việc giữ lại hơi nước ở bên trong nhà kính, giúpmôi trường luôn có đủ độ ẩm cần thiết.

Trồng cây trong nhà kính cũng giúp hạn chế được lượng phân bón và thuốc trừ sâu sửdụng cho cây Từ đó cũng phần nào giúp sản phẩm nông sản tươi ngon và an toàn hơn

b Tăng năng suất, hiệu quả trồng trọt

Nhà kính cũng có tác dụng giảm bớt tác động của môi trường đến cây trồng.Cây trồng trong nhà kính sẽ không phải chịu ánh nắng gay gắt hay những trận mưa togió lớn Nhờ đó, rau quả và hoa cũng tươi tốt và phát triển mạnh hơn

Xét về năng suất, mô hình trồng rau trong nhà kính cho năng suất cao hơn hẳnphương pháp trồng trọt thông thường Hiện nay, ở Việt Nam, người nông dân cũng đã

và đang áp dụng mô hình nhà kính trong nông nghiệp để cho sản phẩm có chất lượngtốt, đảm bảo sức khỏe người tiêu dùng

c Giảm chi phí hoạt động của trang trại

Khi sử dụng nhà kính, chi phí cho phân bón và thuốc trừ sâu được giảm thiểu

Do nhà kính là không gian lý tưởng cho cây trồng sinh trưởng và phát triển Không chỉvậy, sâu bệnh hại hay bệnh do nấm gây ra cũng khó có thể lây nhiễm vào bên trongkhông gian nhà kính Vì thế chi phí cho thuốc trừ sâu và phân bón được giảm thiểu Người nông dân sẽ không còn phải quá lo lắng về thời tiết hay sâu bệnh, việc chămsóc cây trồng cũng trở nên nhàn hạ hơn Cây trồng luôn phát triển khỏe mạnh và chonăng suất cao nhờ mô hình trồng cây trong nhà kính

d Dễ dàng kiểm soát môi trường bên trong nhà kính

Khi sử dụng nhà kính, người nông dân có thể dễ dàng kiểm soát môi trườngtrồng trọt bên trong nhà kính Vào mùa đông, nhà kính giúp che chắn sương giúp câykhông bị hư hại Vào mùa hè, nhà kính có tác dụng che chắn mưa gió bảo vệ cây trồngkhông bị đổ, dập nát Khi nhiệt độ tăng lên, nhà kính còn có thể giải phóng nhiệt rabên ngoài giúp môi trường bên trong luôn là hoàn hảo nhất cho cây trồng phát triển

e Thân thiện với môi trường

Việc cắt giảm lượng phân bón và thuốc trừ sâu cho cây cũng góp phần làm sạchmôi trường đất, bảo vệ nguồn nước ngầm khỏi tác động của các loại hóa chất bảo vệthực vật Không sử dụng phân bón và thuốc bảo vệ thực vật cũng góp phần tạo nênnhững sản phẩm nông sản sạch, thân thiện với con người và đảm bảo sức khỏe chongười tiêu dùng

1.1.4. Những hạn chế của hệ thống trồng cây tự động

Bên cạnh những ưu điểm và năng suất và chất lượng cây trồng, không thể không

kể đến những tác động của nhà kính đến môi trường xung quanh Dù là phương phápcanh tác áp dụng công nghệ hiện đại nhưng việc sử dụng nhà kính trong nông nghiệpcũng vẫn còn một số hạn chế

a Chi phí xây dựng hệ thống nhà kính lớn

Điều lo ngại lớn nhất đó chính là chi phí xây dựng Hệ thống nhà kính tốn khánhiều chi phí, nhất là các chi tiết nhỏ như những tấm kính, khung sắt, lắp đặt hệ thốngđiện Vì vậy, các nhà đầu tư cần phải đảm bảo được nguồn vốn lớn thì mới triển khaiđược

Các nhà đầu tư cần phải tính toán thật ký lưỡng trước khi đưa vào xây dựng vànên biết rằng sử dụng nhà kính trong thời gian bao lâu và quá trình xây dựng dài hayngắn để biết tổng tốn phí là bao nhiêu, nhằm tránh rủi ro thất bại

b Không thể trồng nhiều loại cây trông cùng 1 nhà kính

Hệ thống nhà kính chỉ được xây dựng với quy mô diện tích nhỏ, khoảng chừng500-1000m2, do đó rất khó để có thể trồng nhiều loại rau, cây ăn quả cùng một lúc.Nếu muốn trồng nhiều, nhà đầu tư cần mở rộng thêm hệ thống khác và điều này lại rấttốn chi phí

c Chất lượng nông sản phần nào bị ảnh hưởng

Nhà kính, màng bọc hay nhà lưới có mục đích nhằm hạn chế tác động của thờitiết và sự biến đổi khí hậu đến cây trồng Vì thế, những vùng có khí hậu ổn định, thổnhưỡng tốt và thích hợp làm nông nghiệp thì không cần thiết phải sử dụng đến nhàkính, về lâu dài có thể sẽ ảnh hưởng đến chất lượng nông sản Theo các chuyên gia,việc sử dụng nhà kính để trồng cây chỉ là phương pháp canh tác cuối cùng để áp dụngcho những nơi đất đai cằn cỗi

d Ảnh hưởng đến cảnh quan

Ảnh hưởng nặng nề nhất về cảnh quan đó là tại những vùng trồng cây trong nhàkính ở Đà Lạt Thay vì một màu xanh tươi bạt ngàn thì giờ đây Đà Lạt lại có màutrắng mờ, nhàn nhạt bao phủ khắp các thung lũng, ruộng vườn Điều này đã ảnh hưởngrất lớn đến một địa điểm du lịch nổi tiếng như Đà Lạt Ở các nước trên thế giới, nhàkính thường được sử dụng ở những nơi khí hậu khắc nghiệt và vấn đề cảnh quankhông phải vấn đề lớn Hiện nay, Đà Lạt cũng đang dần thay đổi và trở về áp dụngphương pháp canh tác tự nhiên, giảm số lượng nhà kính và trả lại cảnh quan xinh đẹpcho thành phố mờ sương này

Như vậy việt trồng cây trong nhà kính có rất nhiều ưu điểm như làm tăng năngsuất cũng như chất lượng nông sản, tiết kiệm chi phí phân bón và thuốc trừ sâu Tuynhiên, nếu không được nghiên cứu và phát triển một cách hợp lý thì nhà kính có thểđem lại những hệ lụy không mong muốn cho môi trường và thậm chí là cả chất lượngnông sản

1.1.5.Một số mô hình nhà kính ở Việt Nam

Các mô hình nhà kính nông nghiệp ở Việt Nam được nghiên cứu dựa trên nhiềuyếu tố khác nhau Có thể là dựa trên loại cây trồng sản xuất, dựa trên các yếu tố vềcông nghệ đầu tư… và nó sẽ có ảnh hưởng trực tiếp tới mức giá cũng như quy cáchthiết kế các mô hình Có một số mô hình đạt hiểu quả kinh tế cao ở nước ta

Hình 1.1: Một số mô hình nhà kính phát triển nhất ở Việt Nam

cơ làm hỏng hoặc chết cây

b Đất đai: Cải ngọt không kén đất nhưng đất thích hợp là đất cát pha thịt nhẹ

giàu dinh dưỡng và nhiều chất hữu cơ, đất có độ pH 6 - 6,5, đất thoát nướctốt

c Ánh sáng: Giai đoạn đầu thường cây cần ánh sáng nhiều hơn giai đoạn sau.

Ánh sáng trung bình trong một ngày khoảng 10 - 12 giờ/ngày rất thuận lợi

để cây cải ngọt phát triển

d Nước tưới

- Cải ngọt là loại cây có cấu trúc nhẹ, giòn, vì vậy nó cần được cung cấp đủnước ở tất cả các giai đoạn sinh trưởng để phát triển đúng cách và cho năngsuất tốt.

- Nên tưới đẫm khay hạt giống bằng cách phun sương nhẹ, giữ cho khay luôn

ẩm nhưng thoát nước tốt

- Cây cải ngọt cần được tưới nước liên tục để tạo ra những chiếc lá mềm, giòn

và ngon, vì chúng là một loại cây ăn rễ nông và cần đất thoát nước tốt.1.2.2.Giống

Sử dụng một số giống có năng suất cao, kháng sâu bệnh tốt, thường sử dụng hainhóm giống chính:

 Cải ngọt trứng: Lá trắng chịu được mưa nắng, cuộn chắc

 Cải ngọt li ti: Lá xanh nhạt, tán lớn, ít cuộn, xốp, chịu úng

Xử lý hạt giống trước khi gieo, ngâm hạt giống bằng nước ấm 2 sôi 3 lạnh Phươngpháp tốt nhất: xử lý hạt giống bằng thuốc có hoạt chất Iprodione (min 96%), sau đógieo trên khay xốp hoặc khay nhựa, đặt trong vườn ươm, chăm sóc khi cây đạt tiêuchuẩn cây giống thì chuyển qua ruộng sản xuất

Hình 1.2: Một số giống cải ngọt ở Việt Nam

CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Yếu tố tác động đến sự sinh trưởng của cải ngọt

Hình 2.1: Ảnh hưởng của ánh sáng đến sự sinh trưởng của cải ngọt

2.1.2 Ảnh hưởng của nồng độ CO2

Cây quang hợp được ở nồng độ CO2 thấp nhất là 0,08 – 0,01% Khi tăng nồng độCO2 lúc đầu cường độ quang hợp tăng tỉ lệ thuận sau đó tăng chậm cho tới khi đền trị

số bão hòa CO2 Vượt quá mức đó thì cường độ quang hợp lại giảm

Hình 2.2: Ảnh hưởng của CO 2 đến sự sinh trưởng của cải ngọt

2.1.3 Ảnh hưởng của nước

Ảnh hưởng của nước đến sự đóng mở khí khổng, nên ảnh hưởng đến khả năng hấpthụ CO2 vào lá để tiến hành các phản ứng quang hợp Nước quyết định tốc độ vậnchuyển các sản phẩm quang hợp ra khỏi lá Thiếu nước sản phẩm quang hợp sẽ bị tắcnghẽn dẫn đến ức chế quang hợp Khi cây thiếu nước đến 40 – 60% thì quang hợp sẽgiảm hoặc ngưng quang hợp

2.1.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ

Nhiệt độ có ảnh hưởng đến quá trình phản ứng enzim của cây Dù nhiệt độ ở vị trícực đại hay cực tiểu đều làm ngưng việc quang hợp Nhiệt độ phù hợp nhất cho cảingọt phát triển là 15 - 25°C Vì vậy ta phải giữ cho nhiệt độ nhà kính luôn ở mức thíchhợp để cây cải ngọt sinh trưởng và phát triển tốt nhất

Hình 2.3: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự sinh trưởng của cải ngọt

2.1.5 Kết luận

Có nhiều yếu tố tác động đến sự sinh trưởng và phát triển của cây cải ngọt Trong

đó đặc tính quang hợp rất quan trọng cho năng suất cây trồng, quyết định 90 – 95%

năng suất cây trồng Do đó việc tìm hiểu về đặc tính quang hợp của cây trồng giúp choviệc điều chỉnh ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm tốt hơn giúp cho cây trồng phát triển và chonăng suất cao.

Để duy trì được các thông số cơ bản như: Nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng phù hợp vớiyêu cầu sinh trưởng và phát triển tốt nhất đối với cây cải ngọt thì ta tạo điều kiện trongnhà kính là tốt nhất với các thiết bị kiểm soát có một tập hợp tiểu hệ thống linh hoạt:

 Hệ thống giảm nhiệt độ: Hệ thống quạt làm mát, Hệ thống phun sương làm mát,

Bộ điều khiển sẽ thực hiện giảm tối đa sai số bằng cách điều chỉnh giá trị điềukhiển đầu vào Trong trường hợp không có kiến thức cơ bản về hệ thống điều khiển thì

bộ điều khiển PID là sẽ bộ điều khiển tốt nhất Tuy nhiên, để đạt được kết quả tốt nhất,các thông số PID sử dụng trong tính toán phải điều chỉnh theo tính chất của hệ thống-trong khi kiểu điều khiển là giống nhau, các thông số phải phụ thuộc vào đặc thù của

 Các luật điều khiển P, PI, PID thích hợp cho một phần lớn các quá trình côngnghiệp.

 Bộ điều khiển sẽ làm giảm tối đa sai số bằng cách điều chỉnh giá trị điều khiểnđầu vào

Nhiều báo cáo đã đưa ra các con số thống kê rằng hơn 90% bài toán điều khiển quátrình công nghiệp được giải quyết với các bộ điều khiển PID, trong số đó khoảng trên90% thực hiện luật PI, 5% thực hiện luật P thuần túy và 3% thực hiện luật PID đầy đủ,còn lại là những dạng dẫn xuất khác

Hình 2.5: Sơ đồ khối bộ điều khiển PID

Ở trạng thái ổn định, một bộ điều khiển PID sẽ điều chỉnh sao cho sai số (E error) giữa giá trị yêu cầu (SP - setpoint) và giá trị điều khiển (PV - process variable)bằng 0 Nguyên lý của một điều khiển PID như vậy thể hiện trong phương trình sau:

-u(t) = MV(t) = Kpe(t)+KiNhằm mục đích áp dụng bộ điều khiển PID trên máy tính hay PLC nói riêng vàtrong kỹ thuật số nói chung, chúng ta phải tiến hành “rời rạc hóa” phương trình nêutrên Cụ thể là lấy mẫu và lượng tử hóa các biến Phương trình được viết lại như sau:

∑

− +

+ +

i

n n d i i

i n c

n k e k e M k e e

M

1

1) (

.

Trong đó:

Mn: Đầu ra của PID (đại lượng xử lý) ở thời điềm lấy mẫu n

kc: hằng số khuếch đại

en: sai số ở thời điểm lấy mẫu n.en = SPn – PVn

en-1: số ở thời điểm lấy mẫu ngay trước đó (n- 1).(en-1=SPn-1-PVn-1)

ki: hằng số khuếch đại của thành phần tích phân

MI: giá trị ban đầu của PID

kd: hằng số khuếch đại của thành phần vi phân

Tùy theo ứng dụng thực tế có thể bỏ bớt thành phần trong bộ điều khiển khôngnhất thiết phải bao gồm đủ 3 thành phần, chẳng hạn có thể tạo bộ điều khiển tỉ lệ (P)hay bộ điều khiển chỉ chứa các thành phần tỉ lệ và tích phân (PI) Sự lựa chọn này dựatrên cách đặt các tham số.

Nếu muốn bỏ thành phần tích phân (bỏ I), ta chọn hệ số tích phân bằng vô cùng(Ti = ∞) Trong trường hợp này, thành phần tích phân vẫn không nhất thiết bằng 0 mà

có thể bằng một giá trị không đổi thông qua giá trị ban đầu

Nếu muốn bỏ thành phần vi phân (bỏ D), ta chon hệ số vi phân bằng 0 (Td =0.0).Nếu muốn bỏ thành phần tỉ lệ (bỏ P), ta chọn hệ số khuếch đại bằng 0 (Kc = 0.0).Trong trường hợp này, vì các hằng số của các thành phần tích phân và vi phân có tínhtheo nên đối với thành phần ấy, được hiểu là bằng 1.0

2.2.2 Chuyển đổi và chuẩn hoá các giá trị đưa vào vòng lặp

Một vòng lặp điều khiển PID có hai đầu vào: đại lượng yêu cầu và đại lượngthực tế Đây là những đại lượng thật trong ứng dụng như nhiệt độ, áp suất, tốc độ,…Đểđưa vào tính toán trong một bộ điều khiển, chúng phải được đo, chuyển đổi về giá trịthích hợp và chuẩn hóa (nếu cần) Các bước này đều cần thiết cho một bộ điều khiểnPID, bộ này đòi hỏi các giá trị đầu vào là những giá trị số thực (dấu phẩy động) nằmtrong khoảng từ 0.0 đến 1.0

2.2.3 Phương pháp lựa chọn luật điều khiển

Theo astrom và hangglund đưa ra một số nguyên tắc cơ bản sau:

 Chọn luật điều khiển PI là đủ nếu như quá trình có đặc tính của một khâu quántính bậc nhất và không có thời gian trễ hoặc yêu cầu chính là chất lượng điềukhiển ở trạng thái xác lập, còn đặc tính bán tín hiệu chủ đạo trong quá trình quá

độ không đặt ra hàng đầu Thành phần I có thể bỏ qua nếu đối tượng đã có đặctính tích phân hoặc sai lệch tĩnh không nhất thiết phải triệt tiêu

 Chọn luật điều khiển PID nếu như quá trình có đặc tính của khâu bậc 2 và thờigian trễ tương đối nhỏ

 Đối với các quá trình có thời gian trễ lớn cần sử dụng các khâu bù trễ

 Sử dụng các khâu bù nhiễu nếu khả năng thực hiện cho phép để cải thiện chấtlượng điều khiển

 Các luật điều khiển P, PI, PD có thể chưa đáp ứng được yêu cầu đặt ra về chấtlượng điều khiển đối với các quá trình bậc cao, thời gian trễ lớn hoặc giao độngmạnh Khi đó cần sử dụng các thuật toán điều khiển tiên tiến hoặc các sách lượcđiều khiển đặc biệt hơn

Kết luận: Từ 5 nguyên tắc trên với nhu cầu đáp ứng theo hệ thống trong đồ án có

đối tượng đáp ứng là bậc nhất thì tôi đưa ra kết luận sử dụng luật điều khiển P hoặc PI

Vì quá trình và cảm biến trong vòng điều khiển nhiệt độ và độ ẩm nhanh hơn thiết bịchấp hành Quá trình có đặc tính tích phân nên sử dụng luật PI làm luật điều khiển cho

hệ thống Ngoài ra còn khâu PID thường đáp ứng với khâu quán tính bậc 2 Và thành

phần vi phân D ít sử dụng bởi thực sự không cần thiết, hơn nữa phép đo nhiệt độ và độ

ẩm ít khi có sự ảnh hưởng của nhiễu Nên trong quá trình đo nhiệt độ và độ ẩm không

Điều khiển chặtNhiễu

đo lớn

Giới hạn điềukhiển nhỏ

Nhiễu đo nhỏ, giớihạn điều khiển lớn

1

11,5

PI+FFC+DTC

1

0, 6 11,5 k 2, 25

k k

θθ

k

θ <

>

PD+SPW

Ghi chú:

FFC: bù nhiễu lọc nhiễu(Feed Forward Compensation)

DTC: bù trễ(Dead Time Compensation)

SPW: trọng số tín hiệu đặt (SetPoint Weighting)

PPT: chỉnh đặt điểm cực(Pole Plactôient Tuning)

2.3 Xử lý tín hiệu Analog

2.3.1 Cách đọc tín hiệu Analog

- Kết quả được canh trái

- Ở chế độ đơn cực, ngõ vào thay đổi 1 đơn vị thì AIWxx thay đổi 8 đơn vị

- Ở chế độ lưỡng cực, ngõ vào thay đổi 1 đơn vị thì AIWxx thay đổi 16 đơn vị

Hinh 2.6: Đọc tín hiệu Analog

2.3.2 Cách xuất dữ liệu Analog

- Kết quả được canh trái

- MSB là bit dấu

- 4 bit cuối không có ảnh hưởng đến điện áp xuất ra

Hinh 2.7: Xuất tín hiệu analog

2.3.3 Nguyên lý xử lý tín hiệu Analog

Cảm biến nhiệt độ PT100 đo nhiệt độ trong nhà kính, tín hiệu giá trị đo đượcchuyển đổi qua bộ chuyển đổi thành điện áp 0-10V và truyền về chân AI0 của bộ xử lýtrung tâm PLC S7-1200

Cảm biến độ ẩm đất đo độ ẩm trong nhà kính và gửi trực tiếp tín hiệu analog vềchân AI1 của bộ xử lý trung tâm PLC S7 1200

Trong bộ xử lý có tích hợp Module Analog biến giá trị này thành số nguyên từ 0 ÷

32000 Dữ liệu chiếm 2 byte tức 16 bit

Tùy theo giá trị dãy đo của tín hiệu ta có hai dạng tín hiệu vào sau:

Trong đó:

n: Là độ phân giải tính theo bit

Input: Là tín hiệu điện áp hoặc dòng điện đưa về từ cảm biến áp suất.

Max/Min range: Là giá trị lớn nhất, nhỏ nhất của đầu vào tương tự.

Giá trị sẽ được làm tròn và đưa về tín hiệu dạng mã nhị phân nhờ bộ ADC CPU của PLC sẽ xử lý tín hiệu đó.

 Các hàm xử lý tín hiệu Analog trong TIA Portal V15

TIA Portal V15 cung cấp 2 khối hàm đó là NORMAL và SCALE, với 2 khối hàmnày ta hoàn toàn có thể xử lý được tín hiệu Analog

 Analog Input

Hình 2.8: Hàm Analog Input

Trong đó:

 #k1, #k2: Là dải đo được của đầu vào, ở đây ta sẽ lấy là 0 đến 27648

 #sensor: Là giá trị tín hiệu đọc về từ cảm biến

 #max, #min: Là dải giá trị Ví dụ cảm biến nhiệt độ 0-100oC thì min là 0oC, max

Hình 2.9: Hàm Analog Output

Trong đó:

 #k1, #k2 : Là max min của thiết bị, ví dụ độ ẩm 0-100%

 #in_put: Là giá trị đặt trong dãy max min, ví dụ là 80%

 #max, #min: Là dải giá trị tính toán của PLC, ở đây sẽ là 0 – 27648

 #out_put: Là giá trị đầu ra và sẽ được quy đổi ra giá trị áp đã được cài đặt trongchương trình

 #temp: Là giá trị ổ nhớ tạm

2.4 Phương pháp mô hình hóa

Phương pháp mô hình hóa là một phương pháp khoa học để nghiên cứu các đốitượng, các quá trình … bằng cách xây dựng các mô hình của chúng (các mô hình nàybảo toàn các tính chất cơ bản được trích ra của đối tượng đang nghiên cứu) và dựa trên

mô hình đó để nghiên cứu trở lại đối tượng thực

Mô hình: là một hệ thống các yếu tố vật chất hoặc tư duy để biểu diễn, phản ánhhoặc tái tạo đối tượng cần nghiên cứu, nó đóng vai trò đại diện, thay thế đối tượng

thực sao cho việc nghiên cứu mô hình cho ta những thông tin mới tương tự đối tượngthực

Hình 2.10: Phương pháp mô hình hóa

Cơ sở logic của phương pháp mô hình hóa là phép loại suy Phương pháp mô hình hóa cho phép tiến hành nghiên cứu trên những mô hình (vật chất hay ý niệm (tư duy) do người nghiên cứu tạo ra (lớn hơn, bằng hoặc nhỏ hơn đối tượng thực) để thay thế việc nghiên cứu đối tượng thực Điều này thường xảy ra khi người nghiên cứu không thể hoặc rất khó nghiên cứu đối tượng thực trong điều kiện thực tế.

Phương pháp mô hình hóa xem xét đối tượng nghiên cứu như một hệ thống (tổng thể), song tách ra từ hệ thống (đối tượng) các mối quan hệ, liên hệ có tính quy luật có trong thực tế nghiên cứu, phản ánh được các mối quan hệ đó của các yếu tố cấu thành hệ thống – đó là sự trừu tượng hóa hệ thống thực.

Dùng phương pháp mô hình hóa giúp người nghiên cứu dự báo, dự đoán, đánh giá các tác động của các biện pháp điều khiển, quản lý hệ thống Ví dụ: sử dụng phương pháp phân tích cấu trúc (đặc biệt là cấu trúc không gian, các bộ phận hợp thành có bản chất vật lý giống với đối tượng gốc) để phản ánh, suy ra cấu trúc của đối tượng gốc như: mô hình động cơ đốt trong, mô hình tế bào … Mục đích của phương pháp mô hình hóa là làm sáng tỏ vấn đề, mô phỏng được hình ảnh tương tự, gia tăng khả năng duy trì hệ thống, làm đơn giản hóa vấn đề

Các bước tiến hành phương pháp Mô hình hóa:

 Đánh giá vấn đề, yêu cầu cần đạt được.

 Đưa ra một số giả thuyết.

CHƯƠNG III: TỔNG QUAN CÁC THIẾT BỊ

3.1 Tổng quan bộ điều khiển trung tâm PLC S7-1200

3.1.1.Giới thiệu

Năm 2009, Siemens ra dòng sản phẩm S7-1200 dùng để thay thế dần cho S7-200

So với S7-200 thì S7-1200 có những tính năng nổi trội

S7-1200 là một dòng của bộ điều khiển logic lập trình (PLC) có thể kiểm soátnhiều ứng dụng tự động hóa Thiết kế nhỏ gọn, chi phí thấp và một tập lệnh mạnh làmcho chúng ta có những giải pháp hoàn hảo hơn cho ứng dụng sử dụng với S7-1200.Kết hợp một bộ vi xử lý, một bộ nguồn tích hợp, các mạch ngõ vào và mạch ngõ ratrong một kết cấu thu gọn, CPU trong S7-1200 đã tạo ra một PLC mạnh mẽ Sau khingười dùng tải xuống một chương trình, CPU sẽ chứa mạch logic được yêu cầu để

giám sát và điều khiển các thiết bị nằm trong ứng dụng CPU giám sát các ngõ vào vàlàm thay đổi ngõ ra theo logic của chương trình người dùng, có thể bao gồm các hoạtđộng như logic boolean, việc đếm, định thì, các phép toán phức hợp và việc truyềnthông với các thiết bị thông minh khác Một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ việc truyxuất đến cả CPU và chương trình điều khiển.

S7-1200 cung cấp một cổng PROFINET, hỗ trợ chuẩn Ethernet và TCP/IP.ngoài ra bạn có thể dùng các module truyền thông mở rộng kết nối bằng RS485 hoặcRS232 Phần mềm dùng để lập trình cho S7-1200 là Step7 Basic Step7 Basic hỗ trợ

ba ngôn ngữ lập trình là FBD, LAD và SCL

Vậy để làm một dự án với S7-1200 chỉ cần cài TIA Portal vì phần mềm này đãbao gồm cả môi trường lập trình cho PLC và thiết kế giao diện HMI WinCC RTAdvanced thật ra là một phần mềm tích hợp sẵn trong S7-1200 cho phép người dùngthiết kế giao diện HMI rồi kết nối với màn hình HMI của các hãng Omron, Siemens ởbên ngoài điều khiển và giám sát trên đó

- 13 module tín hiệu số và tương tự khác nhau bao gồm (module SM và SB)

- 2 module giao tiếp RS232/RS485 để giao tiếp thông qua kết nối PTP

- Bổ sung 4 cổng Ethernet

- Module nguồn PS 1207 ổn định, dòng điện áp 115/230 VAC và điện áp 24 VDC

1. Bộ phận kết nối nguồn

thể tháo được (phía sau các nắp che) Và các khe cắmthẻ nhớ nằm dưới nắp che phía trên

3. Các led trạng thái I/O tích hợp

4. Bộ phận kết nối PROFINET ( phía trên của CPU)