Nghiên Cứu Ứng Dụng Plc Trong Mô Hình Điều Khiển Nhà Kính.pdf

Untitled BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CÔNG TRÌNH MÃ SỐ SKC 0 0 7 6 4 8 Tp Hồ Chí Minh, tháng BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM BÁO[.]

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PLC TRONG MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN NHÀ KÍNH

SV2021-132

Thuộc nhóm ngành khoa học : Ứng dụng

SV thực hiện : Nguyễn Ngọc Khánh Nam, Nữ : Nam

Dân tộc : Kinh

Lớp, khoa : 17151CL2B Khoa đào tạo chất lượng cao

Năm thứ : 04 /Số năm đào tạo : 04

Ngành học : Công nghệ kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

Người hướng dẫn : ThS Nguyễn Tấn Đời

TP Hồ Chí Minh, 06/2021

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực của đề tài 1

2 Lý do chọn đề tài 3

3 Mục tiêu đề tài 3

4 Cách tiếp cận 3

5 Phương pháp nghiên cứu 4

6 Phạm vi nghiên cứu 4

Chương 1: TỔNG QUAN 5

1.1 Vì sao hệ thống xứng đáng được thực hiện 5

1.2 Lựa chọn PLC và ưu điểm PLC so với các hệ thống khác 5

1.3 Nội dung nghiên cứu 6

Chương 2: Cơ sở lý thuyết 7

2.1 Giới thiệu các hệ thống nhà kính 7

2.1.1 Nhà kính tại Israel 7

2.1.2 Nhà kính tại một số quốc gia khác 8

2.2 Tình hình sử dụng nhà che phủ nông nghiệp ở Việt Nam 10

2.2.1 Tại Hà Nội và khu vực phía Bắc 10

2.2.2 Tại thành phố Hồ Chí Minh và khu vực phía Nam 13

2.2.3 Thiết kế và tình hình sử dụng nhà che phủ nông nghiệp tại tỉnh Lâm Đồng 15

2.3 Chỉ tiêu đánh giá hệ thống 21

2.4 Cơ sở lý thyết phần cứng 22

2.4.1 Thiết bị điều khiển 22

2.4.1.1 Bộ điều khiển lập trình PLC 22

2.4.1.2 Vi điều khiển 22

2.4.2 Cấu hình hệ thu thập thông tin và điều khiển 23

2.4.2.1 Vào/ra tập trung 23

2.4.2.2 Vào/ra phân tán 24

2.4.3 Cơ cấu chấp hành 25

2.4.3.1 Cảm biến 25

2.4.3.2 Động cơ điện 26

2.4.4 Thiết bị truyền động 26

2.4.6 Mạng truyền thông MODBUS 29

Chương 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG 31

3.1 Yêu cầu thiết kế 31

3.2 Thiết kế phần cứng 31

3.2.1 Lựa chọn cảm biến nhiệt độ 31

3.2.2 Lựa chọn đồng hồ nhiệt 32

3.2.3 Lựa chọn cảm biến độ ẩm 35

3.2.4 Lựa chọn động cơ phun sương 36

3.2.5 Lựa chọn đèn tỏa nhiệt 37

3.2.6 Lựa chọn quạt thoát ẩm, tản nhiệt 38

3.2.7 Lựa chọn bộ điều khiển hệ thống 39

3.2.8 Lựa chọn thiết bị khác 42

3.3 Mô hình hệ thống 44

3.4 Sơ đồ nối dây 45

Chương 4: THIẾT KẾ PHẦN MỀM 46

4.1 Sơ đồ trạng thái 46

4.2 Thiết kế giao diện Web Sever 46

4.2.1 Yêu cầu thiết kế HTML 46

4.2.2 Phân quyền cho người dùng Web server 47

4.2.3 Thiết kế giao diện Web server 47

Chương 5: KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ 50

5.1 Kết quả 50

5.1.1 Kết quả phần cứng 50

5.1.2 Kết quả phần mềm 51

5.2 Đánh giá 54

5.2.1 Đánh giá phần cứng 54

5.2.2 Đánh giá phần mềm 54

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 55

6.1 Kết luận 55

6.2 Kiến nghị 55

TÀI LIỆU THAM KHẢO 56

PHỤ LỤC 57

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH VÀ BẢNG BIỂU

Hình 2.1 Cấu trúc điều khiển vào/ra tập trung 24

Hình 2.2 Cấu trúc điều khiển phân tán 25

Hình 2.3 Các cấp độ truyền trong mạng công nghiệp 28

Hình 2.4 Một master có thể điều khiển 247 slave 30

Hình 2.5 Modbus TCP/IP trong ngành tự động với hệ thống SCADA 30

Hình 3.1 Cảm biến nhiệt độ Pt100 Rtd 2m 98 mm 3 Wires - 50~400 C 31

Hình 3.2 Đồng hồ nhiệt VX4 Hanyoung 32

Hình 3.3 Sơ đồ nối dây VX4 Hanyoung 34

Hình 3.4 Thông tin các kiểu cảnh báo 34

Hình 3.5 Các loại đầu dò input type 35

Hình 3.6 Cảm biến độ ẩm SHT20 36

Hình 3.7 Máy phun sương MPS GFP-50 37

Hình 3.8 Đèn sấy hồng ngoại 1000W 35cm 38

Hình 3.9 Quạt tản nhiệt, hút ẩm 39

Hình 3.10 PLC siemens S7-1200 và CPU 1241 41

Hình 3.11 Mô hình nhà kính khung sắt và mica 44

Hình 3.12 Sơ đồ mạch kết nối PLC, mạch động lực 45

Hình 4.1 Sơ đồ trạng thái 46

Hình 4.2 Trang màn hình thứ nhất 48

Hình 4.3 Trang màn hình thứ 2 48

Hình 4.4 Trang màn hình thứ 3 49

Hình 4.5 Trang màn hình thứ 4 49

Hình 5.1 Mô hình phần cứng 50

Hình 5.2 Tủ điện hệ thống 51

Hình 5.3 Màn hình khi chưa khởi động hệ thống 52

Hình 5.4 Màn hình khi được nhấn ON 52

Hình 5.5 Màn hình khi được cài đặt thông số 53

Hình 5.6 Màn hình báo hiệu quạt bật đèn tắt, máy phun sương tắt 53

Bảng 1.1 So sánh hệ thống PLC với các hệ thống thông thường 5

Bảng 2.1 Tình hình sản xuất rau hoa tại Đà Lạt 18

Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật cảm biến nhiệt độ 32

Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật đồng hồ nhiệt 33

Bảng 3.3 Thông số kỹ thuật cảm biến độ ẩm 36

Bảng 3.4 Thông số kỹ thuật máy phun sương 37

Bảng 3.5 Thông số kỹ thuật đèn sấy 38

Bảng 3.6 Đặc điểm của từng thương hiệu PLC 40

Bảng 3.7 Thông số kỹ thuật PLC S7-1200 42

Bảng 3.8 Danh sách thiết bị cần lựa chọn cho hệ thống 43

Bảng 4.1 Phân quyền cho người dùng HMI 47

Bảng 5.1 Cơ cấu hệ thống 51

PLC: Programmable Logic Controller

HMI: Human-Machine-Interface

CPU: Central Processing Unit

TCP/IP: Transmission Control Protocol/Internet Protocol

RTD: Resistance Temperature Detectors

SCADA: Supervisory Control And Data Acquisition

HTML: Hypertext Markup Language

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

1 Thông tin chung:

- Tên đề tài: Nghiên cứu ứng dụng PLC trong mô hình điều khiển nhà kính

- Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Ngọc Khánh Mã số SV: 17151091

- Lớp: 17151CL2B Khoa: Đào tạo chất lượng cao

- Thành viên đề tài:

Stt Họ và tên MSSV Lớp Khoa

1 Bùi Tá Đỉnh 17151066 17151CL2B Đào tạo CLC

2 Dương Anh Kiệt 17151096 17151CL2B Đào tạo CLC

3 Nguyễn Trường Tài 17151123 17151CL2B Đào tạo CLC

4 Nguyễn Văn Hoài Thương 17151138 17151CL2B Đào tạo CLC

- Người hướng dẫn: ThS Nguyễn Tấn Đời

2 Mục tiêu đề tài: Thiết kế được mô hình nhà kính có các cảm biến nhiệt độ, độ ẩm để

giám sát được nhiệt độ độ ẩm bên trong nhà kính sử dụng mạng truyền thông để liên kết các cảm biến Gửi kết quả về PLC xử lý đưa ra các yêu cầu bơm tưới tiêu thích hợp

3 Tính mới và sáng tạo: Không cần màn hình HMI mà cài đặt và giám sát hệ thống

hoàn toàn qua web server Điều này khiến công việc trở nên nhẹ nhàng hơn và điều khiển

mô hình hệ thống từ xa dể dàng Dữ liệu được lưu lại để nhân viên bảo trì sữa chữa dể khắc phục

4 Kết quả nghiên cứu: Đề tài đã giải quyết được các yêu cầu thiết kế, thỏa các tiêu chí

được đặt ra Qua thời gian tìm hiểu, nghiên cứu để thực hiện đề tài đã hoàn thành được những nội dung sau:

-Thiết kế mô hình hệ thống với đầy đủ các thiết bị mô phỏng lại nhà kính thực tế

-Thiết kế màn hình giám sát đơn giản ít thao tác cho người vận hành

-Ghi chép số liệu nhiệt độ độ ẩm vào Excel

-Người dùng có thể điều khiển từ xa mô hình nhà kính

năng áp dụng của đề tài: Mô hình tham khảo cho sinh viên học tập ngành điều khiển tự

động khoa đào tạo CLC trường ĐH Sư phạm kỹ thuật

6.Công bố khoa học của SV từ kết quả nghiên cứu của đề tài (ghi rõ tên tạp chí nếu

có) hoặc nhận xét, đánh giá của cơ sở đã áp dụng các kết quả nghiên cứu (nếu có):

Ngày tháng năm

SV chịu trách nhiệm chính thực hiện đề tài

(kí, họ và tên)

Nhận xét của người hướng dẫn về những đóng góp khoa học của SV thực hiện đề tài

(phần này do người hướng dẫn ghi):

Ngày tháng năm

Người hướng dẫn

(kí, họ và tên)

MỞ ĐẦU

1 Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực của đề tài

-Trong nước: Theo định hướng phát triển nông nghiệp công nghệ cao ở Việt Nam, mục tiêu năm 2020 chúng ta phải có ít nhất 10 khu nông nghiệp công nghệ cao cùng 200 doanh nghiệp làm về lĩnh vực này

Mô hình nhà kính trồng rau “khí canh”

Có lẽ khái niệm trồng rau “khí canh” còn khá mới bởi đây là mô hình trồng rau lơ lửng trên không mà rất ít nơi áp dụng Trong các mô hình ứng dụng nông nghiệp công nghệ cao ở Việt Nam, trồng rau khí canh là một trong những mô hình độc lạ nhất Tuy nhiên, ở các nước phát triển nông nghiệp hiện đại thì công nghệ trồng rau khí canh đã phổ biến từ lâu giúp đáp ứng nhu cầu rau sạch trên diện tích đất nhỏ hẹp

Mô hình nhà kính trồng nấm ứng dụng công nghệ cao

Hưởng ứng phong trào nông nghiệp công nghệ cao Việt Nam, ông Tăng Đức ở Đức Trọng – Lâm Đồng đã phát triển mô hình nhà kính trại nấm mỡ để giờ đây có doanh thu triệu đô, chất lượng được vinh danh số 1 thị trường trong nước và xuất khẩu sang nhiều thị trường khó tính trên thế giới

Các đề tài về mô hình nhà kính đã được thực hiện ở nước ta

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU MÔ HÌNH TỰ ĐỘNG TRONG TRỒNG TRỌT DÙNG PLC của sinh viên trường ĐH Công Nghệ Nội dung chính là thiết kế hệ thống điều khiển và giám sát dùng PLC Điều khiển hệ thống bơm nước hoạt động tưới tiêu, hệ thống quạt thông gió, hệ thống mái che Giám sát các thông số cần thiết cho cây trồng trong nhà kính như: nhiệt độ không khí, độ ầm không khí, đất Qua đó tối ưu hóa những điều kiện lý tưởng nhất và phòng tránh được những dịch bệnh gây bất lợi cho cây trồng

HỆ THỐNG NHÀ KÍNH THÔNG MINH Ở ĐÀ LẠT đề tài nghiên cứu của sinh viên khoa Điện-Điện tử ĐH Sư phạm kỹ thuật Đề tài khảo sát các dạng nhà che phủ nông nghiệp hiện đang được sử dụng tại thành phố Đà Lạt, so sánh các đặc điểm cấu trúc chi

tiết nhằm đưa ra đề nghị một cấu trúc nhà che phủ kết hợp tối đa các ưu điểm, hạn chế các nhược điểm để phù hợp cho điều kiện kinh tế- xã hội, điều kiện tự nhiên cũng như tập quán canh tác của nông dân địa phương

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU MÔ HÌNH NHÀ KÍNH ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG BẰNG PLC của sinh viên ĐH Nông lâm Đề tài tập trung nghiên cứu chế tạo mô hình nhà kính ứng dụng điều khiển tự động và nghiên cứu sự ảnh hưởng của điều khiển tự động và các bộ phận phun sương làm mát, thông thoáng đến các yếu tố nhiệt độ và độ ẩm trong nhà kính ở vùng khí hậu nhiệt đới phía nam Việt Nam

-Ngoài nước: Một số quốc gia đã áp dụng thành công nông nghiệp nhà kính và khiến

cả thế giới phải trầm trồ vì nền nông nghiệp phát triển như kì tích

Hà Lan ứng dụng hệ thống đèn Led, tưới tiêu, kiểm soát dinh dưỡng cho phép người nông dân can thiệp chính xác quá trình cây trồng sinh trưởng để tạo ra sản lượng cũng như chất lượng tốt nhất Nhờ những nông trại rộng lớn bằng kính, Hà Lan là nước xuất khẩu khoai tây, hành tây số 1 thế giới và xuất khẩu rau xanh thứ 2 toàn cầu xét về tổng giá trị

Israel đã áp dụng rất thành công về công nghệ tưới nhỏ giọt, trồng thủy canh và hiện tại lại rất thành công trong sản xuất nông nghiệp nhà kính Cũng nhờ công nghệ canh tác nhà kính mà Israel đã biến sa mạc Negev toàn cát đá (chiếm 65% diện tích đất nước) trở thành một "cánh đồng xanh công nghệ cao" có năng suất cây trồng cao nhất thế giới Tại đây nhà kính sử dụng cho canh tác hoa, rau, các loại cây màu thực phẩm đòi hỏi chất lượng sản phẩm cao, như ớt, hành, tỏi, dưa

Các dự án nhà kính tự động đã được thực hiện ở các nước khác:

The Research and PLC Application of Fuzzy Control in Greenhouse Environment organized by ZHOU Xiaobo, WANG Chengduan, LAN Hong （Key Laboratory of Environmental Automatic Control Technology, Southwest University of Science and Technology, Mianyang 621010, Sichuan, china) Đề tài hướng tới tham số điều khiển đơn

và mức độ tự động hóa thấp của nhà kính truyền thống, bài báo đã nghiên cứu hệ thống điều khiển mờ dựa trên điều khiển đa nhân tố của nhà kính Với các thông số môi trường

theo dõi thời gian thực, và dựa trên đặc điểm sinh lý của cây trồng và phản ứng của điều kiện môi trường trong nhà kính, thuật toán điều khiển mờ được áp dụng cho chương trình PLC để điều chỉnh trong môi trường trong nhà kính, giúp thúc đẩy quang hợp, ức chế tiêu thụ hô hấp, tăng tốc vận chuyển và tích lũy dinh dưỡng để tăng năng lượng và nâng cao hiệu quả sử dụng của nhà kính

Design of PLC Automatic Water and Fertilizer Integrated System in Greenhouse organized by Weishun Ma, Fengshen Sun, Yan Wei, Chao Li, Songhong Wang Laiwu vocational and technical college, Laiwu, 271100, China Trong hệ thống này, độ ẩm của đất được thu thập bởi cảm biến độ ẩm đất FDS, và giá trị pH trong đất được thu thập bởi máy đo EC của đất tại chỗ Các giá trị độ ẩm và EC được thu thập được truyền tới PLC và hiển thị thông qua màn hình cảm ứng Chế độ tự động hoặc chế độ thủ công được chọn thông qua màn hình cảm ứng, và độ ẩm và giá trị PH được đặt ở các chế độ khác nhau để nhận ra việc tưới nước tự động của máy bơm bón phân theo tỷ lệ Sơ đồ tổng thể, sơ đồ mạch và chương trình của hệ thống được thiết kế trong bài báo này đã được thiết kế và thực hiện sau nhiều lần gỡ lỗi

2 Lý do chọn đề tài

Trong những năm gần đây cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật các mô hình nhà kính đã ra đời dần thay thế cho các phương pháp tự canh lạc hậu Mô hình nhà kính giúp gia tăng năng suất, tạo ra nguồn thực phẩm sạch, an toàn Ngoài ra còn giúp cây trồng trong nhà kính tránh được các điều kiện thời tiết xấu cũng như các động vật gây hại

Vì vậy việc xây dựng một mô hình nhà kính ứng dụng PLC để quản lý giám sát cây trồng

là việc rất cấp thiết và xứng đáng được thực hiện

3 Mục tiêu đề tài

Thiết kế được mô hình nhà kính có các cảm biến nhiệt độ, độ ẩm để giám sát được nhiệt độ độ ẩm bên trong nhà kính sử dụng mạng truyền thông để liên kết các cảm biến Gửi kết quả về PLC xử lý đưa ra các yêu cầu bơm tưới tiêu thích hợp

4 Cách tiếp cận

Khảo sát mô hình nhà kính thực tế để học hỏi xây dựng nên mô hình nhà kính mô

phỏng

5 Phương pháp nghiên cứu

Sử dụng PLC, mạng truyền thông Ethernet/Modbus kết nối với các cảm biến, động cơ ghi đọc các giá trị nhiệt độ, độ ẩm lượng nước gửi giá trị về để PLC xử lý

6 Phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu cơ bản về PLC và các module kết nối như cảm biến, analog, mạng truyền thông Không đi sâu vào lập trình PLC

Chương 1: TỔNG QUAN

1.1 Vì sao hệ thống xứng đáng được thực hiện

Trong những năm gần đây cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật các mô hình nhà kính đã ra đời dần thay thế cho các phương pháp tự canh lạc hậu Mô hình nhà kính giúp gia tăng năng suất, tạo ra nguồn thực phẩm sạch, an toàn Ngoài ra còn giúp cây trồng trong nhà kính tránh được các điều kiện thời tiết xấu cũng như các động vật gây hại

Vì vậy việc xây dựng một mô hình nhà kính ứng dụng PLC để quản lý giám sát cây trồng

là việc rất cấp thiết và xứng đáng được thực hiện

1.2 Lựa chọn PLC và ưu điểm PLC so với các hệ thống khác

Để viết chương trình cho mô hình điều khiển nhà kính ta có thể viết trên nhiều hệ ngôn ngữ khác nhau Nhưng hiện nay các hệ thống điều khiển bằng PLC đang dần thay thế các hệ thống điều khiển bằng relay, contactor thông thường So sánh ưu và khuyết điểm của 2 hệ thống trên:

HỆ THỐNG THÔNG THƯỜNG HỆ THỐNG SỬ DỤNG PLC

- Thô kệch do quá nhiều dây dẫn và relay

trên bảng điều khiển

- Những dây kết nối trong hệ thống giảm được trên 80 nên nhỏ gọn hơn

- Thời gian thiết kế lắp đặt lâu tốc độ

hoạt động chậm

- Công suất tiêu thụ nhỏ, điều khiển ngõ vào ra dể dàng bằng phần mềm tốc độ nhanh hơn

- Công suất tiêu thụ lớn - Giá thành của hệ thống giảm

- Thay đổi chương trình phải lắp đặt lại

phần cứng toàn bộ

- Ngôn ngữ lập trình dể hiểu

- Khó bảo quản, sửa chữa - Bảo trì và sửa chữa dể dàng

Bảng 1.1 So sánh hệ thống PLC với các hệ thống thông thường

Với những ưu điểm vượt trội của PLC S7- 1200 nên ở đây tôi đã chọn hệ thống điều khiển có thể lập trình được PLC (Programmble Logic Control) với ngôn ngữ lập trình của S7 –1200 để viết chương trình cho hệ thống

Xuất phát từ những nhu cầu thực tế và những ham muốn hiểu biết về về lĩnh vực này, tôi xin chọn đề tài làm đồ án môn học về: ‘’ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PLC TRONG

MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN NHÀ KÍNH ‘’

1.3 Nội dung nghiên cứu

Đề tài: “NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PLC TRONG MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN NHÀ KÍNH”

Chương 1: Tổng quan

Nội dung: Trình bày tổng quan sợ bộ về các yêu cầu của báo cáo như đặt vấn đề, lý

do chọn PLC và nội dung nghiên cứu

Chương 2 Cơ sở lý thuyết

Nội dung: Trình bày các mô hình điều khiển nhà kính hiện có, tổng quan PLC và giới thiệu sơ bộ về hệ thống, …

Chương 3 Thiết kế phần cứng hệ thống

Nội dung: Nêu những thiết bị phần cứng sử dụng trong đề tài Trình bày thiết kế mô hình 3D hệ thống Cách kết nối các thiết bị phần cứng trong hệ thống

Chương 4 Thiết kế phần mềm

Nội dung: Thiết kế sơ đồ trạng thái, chương trình điều khiển, giám sát

Chương 5 Kết quả và đánh giá

Nội dung: Trình bày kết quả đạt được trong quá trình thực hiện đề tài

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Nội dung: Trình bày tổng quan sợ bộ về các yêu cầu của báo cáo như đặt vấn đề, lý

do chọn PLC và nội dung nghiên cứu

Nhà kính ở Israel chủ yếu được sử dụng cho trồng hoa, rau, cây cảnh và gia vị Gần đây, các thí nghiệm đã được thực hiện để điều tra tính khả thi của trồng cây ăn quả được trồng trong nhà kính như xuân đào, đào, nho và chuối cho mục đích thương mại, chủ yếu

là để xuất khẩu

Cấu trúc nhà kính

Cấu trúc của các nhà kính là một hệ thống vững chắc và có đủ độ bền để phòng trường hợp bị phá hủy bởi gió mạnh Đó là hệ thống nhà kính đã được cải tiến theo công nghệ cao mà hiện nay đang sử dụng tại Israel Đặc biệt hệ thống màn cửa và hệ thống thông gió trên mái nhà, ngoài ra lớp lưới tự động di chuyển theo sự phản ứng với ánh sáng mặt trời Các nhà kính mới là có chiều cao hơn, đạt đến độ cao 5 mét, điều này giúp cho việc thông gió tốt hơn Nó cũng cho phép cho các nhà che phủ sử dụng lưới mắt cáo như nhà kính trồng cà chua và dưa chuột

Những tiêu chuẩn của các hệ thống nhà kính Israel là có thể chịu được sức gió lên đến 150km/h, và cho đến nay các nhà kính thực sự đáp ứng được các tiêu chuẩn khắt khe này

đã được xuất khẩu sang nhiều nước có điều kiện khí hậu khắc nghiệt

Kiểm soát khí hậu thông minh

Công nghệ phát triển ở Israel cho phép làm mát nhà kính bằng cách làm mát ngày và làm nóng ban đêm với một lượng tối thiểu năng lượng Điều này được thực hiện thông qua một hệ thống vòi sen phun thống nhất kích thước giọt và được cài đặt ở một đầu của nhà kính với thiết kế rất thông minh

Suốt quá trình trong ngày, những giọt hấp thụ sức nóng dư thừa từ nhà kính và lưu giữ nó cho đến khi ban đêm, khi nhiệt được phát tán Phương pháp này đặc biệt hữu ích cho cây cảnh, đòi hỏi một mức độ cao của độ ẩm và sự thay đổi nhiệt độ nhỏ

Các nhà kính điều khiển bằng máy vi tính

Phần cứng máy tính và phần mềm đã được phát triển ở Israel, cho phép điều khiển tự động của nước tưới trong nhà kính cũng như bón phân và duy trì hệ thống khí hậu Phát triển phần mềm liên lạc chặt chẽ với người nhằm duy trì sự phát triển mới nhất trong các

hệ thống nông nghiệp và để cung cấp hiệu quả cao nhất các giải pháp tiên tiến

2.1.2 Nhà kính tại một số quốc gia khác

Tại Keny: Kenya là một quốc gia thuộc miền Đông châu Phi đã bắt đầu sản xuất cà

chua trong nhà kính nhằm nâng cao hy vọng rằng các loại rau phổ biến sẽ trở nên có sẵn trong suốt cả năm với giá cả phải chăng

Trong hệ thống mới được phát triển bởi Chương trình phát triển trồng trọt Kenya (KHDP) có sự tham gia của nhà cung cấp đầu vào nông nghiệp Seminis Seeds và Osho Hóa chất công nghiệp

Theo KHDP, dự án cà chua nhà kính, một trong những hoạt động của chương trình là

hỗ trợ để giúp tăng thu nhập của hộ gia đình nông thôn, nguồn vay mượn là từ Israel - nơi

mà nước này đã phát triển ngành nông nghiệp rất tốt và chuyên nghiệp trong điều kiện khan kiếm đất và nước

Nếu dự án này được phát triển rộng rãi thì Kenya có thể bắt đầu thưởng thức cà chua quanh năm, mà hiện đang bị làm hư hại trong mùa ẩm ướt Theo Peter Randa, người quản

lý tiếp thị và dự án cố vấn kỹ thuật, cây trồng trong các nhà kính có nhiều thuận lợi, trong

đó có khả năng sản xuất số lượng lớn trên một mảnh đất nhỏ và liên tục thu hoạch

Chỉ mất một thời gian ngắn hơn hai tháng cho việc sản xuất cà chua trong nhà kính, trong khi phải mất tối thiểu là ba tháng khi sản xuất cà chua ngoài trời Do kiểm soát được thủy lợi và nhiệt độ, sản lượng cà chua liên tục tăng qua các vụ Một cây ban đầu thu hoạch chỉ được khoảng 15kg sau đó thì có thể thu hoạch lên đến 60kg Dây leo cà chua trồng trong nhà kính được hỗ trợ bằng dây và cọc có thể lớn đến 50m chiều cao Nếu chăm sóc tốt thì năng suất cà chua trồng trong nhà kính có thể lên đến 25.000 tấn cho mỗi

lô đất trong một năm

Cà chua nói chung là rất dễ mắc bệnh đòi hỏi phải sử dụng rất nhiều thuốc bảo vệ thực vật như thuốc trừ sâu, thuốc trừ bệnh Nhưng khi trồng cà chua trong nhà kính với việc vệ sinh tốt và hệ thống lưới chống côn trùng, vì vậy hầu hết các bệnh nhiễm trùng thông thường không dễ dàng xâm nhập Ngoài ra có thể hạn chế được sự xâm nhập của côn trùng và dịch hại khác cũng như sự phát triển của cỏ dại Như vậy, ngoài việc tiết kiệm rất lớn về hóa chất bảo vệ thực vật, trong đó chiếm một phần rất lớn của chi phí sản xuất, lao động ít hơn là trồng cà chua ngoài nhà kính Đồng thời cũng hạn chế sự tiếp xúc với chất độc hóa học giúp bảo vệ môi trường

Tại Hoa Kỳ: Sở Nông nghiệp Hoa Kỳ đưa ra dự án 135 với 38 nhà nghiên cứu đầu

năm 2006 nhằm xác minh việc trồng rau, hoa trong các nhà lưới nhà kính công nghệ cao, điều khiển tự động đạt được hiệu quả cao vì giảm sử dụng thuốc trừ sâu, lưu giữ chất dinh dưỡng thiết yếu trong đất, mở rộng mùa trồng và sản lượng ngày càng tăng

Ngoài ra, vào mùa đông giá lạnh khi nhiệt độ bên ngoài lạnh thì nhiệt độ bên trong nhà kính vẫn được duy trì ổn định cho cây sinh trưởng và phát triển tốt Vì vậy mùa đông

ở đây còn còn bị hiếm rau, hoa như những năm trước nữa Nông dân ở đây còn cho biết, năm ngoái mưa nhiều quá, gió mạnh và mưa đá làm cho một số loại cây trồng không được thu hoạch

Tại Anh: Vào tháng 08/2010, tại tiểu bang Kent ở miền Nam nước Anh, nơi có số

ngày nắng trong năm nhiều hơn 17% so với nơi khác, sẽ hoàn thành việc xây dựng Thanet Earth - tổ hợp khổng lồ gồm 7 nhà kính trồng rau (mỗi nhà rộng cỡ 10 sân bóng đá) trên diện tích gần 91 ha

Khi hoàn thành, trong tổ hợp nhà kính này sẽ trồng gần 1,3 triệu cây và những người làm việc trong đó phải đeo những chiếc kính bảo hộ đặc biệt vì bên trong nhà kính rất sáng Để có được ánh sáng tối đa, những cấu trúc kim loại ở đây đều được sơn trắng và sàn nhà thì được phủ bằng lớp phản quang Lượng ánh sáng được giữ bên trong nhà nhờ tường và mái nhà được che sáng

Các điều kiện bên trong nhà kính được kiểm soát bởi những chiếc máy tính dành riêng cho công trình này Có 7 cái hồ chứa nước mưa, sau khi được xử lý sẽ cung cấp nước cho nông trang, dung lượng mỗi hồ 189 triệu lít Việc cung cấp nhiệt cho nhà kính

là do 7 nhà máy điện đảm trách, chính là những nhà máy cung cấp điện cho một nửa thành phố Thanet gần đó

Việc trồng trọt trong những nhà kính lớn như thế đã từng có ở Hà Lan, Canada, Mỹ, còn ở Anh đây là lần đầu tiên Hai năm nữa, Thanet Earth sẽ đi vào hoạt động và việc tổ chức sản xuất tại tổ hợp này do Tập đoàn Fresca Group, một nhà nhập khẩu lớn của Anh thực hiện

Theo tính toán chi li của những người Anh thì từ tháng 2 đến tháng 10, mỗi tuần tổ hợp này sẽ thu hoạch gần 560 ngàn quả ớt, 700 ngàn quả dưa chuột, 2,5 triệu quả cà chua Công trình này sẽ làm tăng 15% sản lượng thu hoạch rau hằng năm tại Anh

2.2 T ình hình sử dụng nhà che phủ nông nghiệp ở Việt Nam

2.2.1 Tại Hà Nội và khu vực phía Bắc

Cùng với sự phát triển của thế giới, nghành Nông nghiệp nước ta hiện nay cũng đã có những chuyển biến rõ rệt trong thời gian gần đây Chúng ta đã áp dụng cơ giới hoá Nông nghiệp, điều này đã làm cho nền nông nghiệp của chúng ta phát triển một cách mạnh mẽ, không những đáp ứng cho nhu cầu lương thực, thực phẩm trong nước mà còn xuất khẩu

với một lượng lớn Bên cạnh việc cơ giới hoá Nông nghiệp thì ngày nay nền Nông nghiệp nước ta đã có những đột phá mới khi áp dụng công nghệ cao vào sản xuất

T ại Hà Nội: Trung tâm kỹ thuật rau quả Hà Nội đã xây dựng và đưa vào sử dụng khu

nông nghiệp công nghệ cao đầu tiên tại Hà Nội nhằm tiếp cận và ứng dụng công nghệ khoa học tiên tiến của thế giới để sản xuất và cung ứng cho thị trường những nông sản chất lượng cao

Được đầu tư số vốn 24 tỷ đồng, trong đó một nửa do ngân sách thành phố cấp, một nửa là của các doanh nghiệp, khu nông nghiệp công nghệ cao có một trung tâm thực nghiệm rộng 16ha gồm hệ thống nhà kính trồng hoa, trồng rau và nhà điều khiển vi tính cùng một hệ thống xử lý nước hiện đại

Hiện ở trung tâm có một số chuyên gia Isreal trực tiếp hướng dẫn, chuyển giao công nghệ cho 80 công nhân lao động kỹ thuật

Nhờ được trang bị hiện đại như hệ thống xử lý nước xung quanh, hệ thống tưới tiêu, thông gió, hàng năm trung tâm có khả năng cung cấp cho thị trường Hà Nội khoảng 360 tấn rau sạch, 6-7 triệu bông hoa các loại

Đặc biệt trung tâm đã nhân giống thành công các loại ớt cho năng suất từ 200-300 tấn/ha/năm; dưa chuột năng suất từ 250-300 tấn/ha/năm và cà chua năng suất 300-400 tấn/ha/năm

Sau khi nghiên cứu thành công mô hình trồng rau, hoa chất lượng cao bằng công nghệ nhà lưới, nhà kính cho khu vực miền Bắc, từ tháng 9- 2003 Viện Nghiên cứu rau quả trung ương đã bắt đầu sản xuất thử nghiệm tại xã Đình Bảng (Từ Sơn, Bắc Ninh) Kết quả

vụ thu hoạch đầu tiên cho thấy, công nghệ này đã đem lại giá trị kinh tế rất cao, với rau có thể đạt 300- 900 triệu đồng/ha/năm, còn với hoa cao nhất có thể đạt tới 1,2 tỷ đồng/ha/năm

Lần đầu tiên một mô hình trồng rau quả trong nhà kính với sự hỗ trợ của máy tính trong hầu hết các công đoạn tưới tiêu, chăm sóc đã được áp dụng tại Hà nội Người trồng cây có thể thiết đặt giờ tưới nước đối với từng khu vực cây trồng, hay yêu cầu hệ thống bón phân cho một nhóm cây theo ngày, theo tuần, theo tháng

Trong giai đoạn đầu, trung tâm mới thí điểm trồng cà chua bi, cà chua quả to, ớt ngọt, hoa hồng và hoa lan Ngoài hoa, các loại rau, quả đều là giống F1 của Israel, có thể trồng

và thu hoạch tối đa trong vòng 11 tháng (trong khi đó các loại cà chua hữu hạn ở VN chỉ

có thể trồng trong tối đa là 5 tháng) và năng suất cao hơn nhiều Dưa chuột chỉ trồng sau

21 ngày cho thu hoạch (bình thường là 3 tháng) Với mỗi loại cây chỉ cần trồng 1 lần và cho thu hoạch kéo dài quanh năm với năng suất trung bình của các loại quả như ớt, dưa chuột, tăng gấp 15- 20 lần (điều kiện trồng bình thường chỉ 20-30 tấn/ha), riêng hoa hồng

đạt mật độ hàng trăm bông/m2

Khu nông nghiệp công nghệ cao này dự tính hàng năm sẽ cung cấp 2,6 triệu cây giống, hoa, quả có chất lượng cao; 4,35 tấn hạt giống rau đầu dòng cho sản xuất nông nghiệp ở ngoại thành Hà Nội, 360 tấn rau thương phẩm sạch, 7 triệu bông hoa các loại Theo ông Tảo, kế hoạch phát triển của khu nông nghiệp công nghệ cao trong thời gian tới

là tập trung sản xuất các giống cây trồng mà thị trường đang có nhu cầu lớn như: cải bắp, súp lơ, đậu xanh, dâu tây, bưởi Diễn, cam Canh, hoa ly Hà Lan, cúc, cẩm chướng, lan hồ điệp Đồng thời, tư vấn về quy hoạch và thiết kế vườn hoa, quả cho những đơn vị khác, thậm chí kinh doanh dịch vụ sinh thái, thu hút khách du lịch tới thăm quan

Tại Thái Nguyên: Nhằm đáp ứng nhu cầu nghiên cứu và học tập của các cán bộ

nghiên cứu khoa học và sinh viên, tháng 12/2009 một nhà kính hiện đại nhất được lắp ráp cho Đại học Nông lâm Thái Nguyên do nguồn vốn tín dụng ưu đãi (ODA) của Chính phủ Italia tài trợ

Nhà kính bao gồm 2 phòng thí nghiệm hoá sinh và lý sinh, nằm độc lập trên diện tích 187m2, có tổng trị giá 1.251.844 euro thuộc dự án “Tăng cường năng lực nghiên cứu và đào tạo cho trường Đại học Nông Lâm thuộc Đại học Thái Nguyên”

Nhà kính có chức năng nghiên cứu nhân giống cây trồng ở giai đoạn vườn ươm sau khi tạo phôi trong phòng kín và những phân tích về sinh lý, sinh hoá, đồng thời tăng cường khả năng sản xuất các giống cây rau quả để phân phát cho nông dân thông qua các dịch vụ khuyến nông Nhờ máy móc hiện đại và cấu trúc khoa học, hệ thống nhà kính tự động tạo ra được môi trường, hoàn cảnh như tự nhiên với các nhân tố ánh sáng, nhiệt độ,

ẩm độ, khí CO2, hàm lượng phân bón… Đặc biệt, trong môi trường vô khuẩn, cho phép tạo những cây giống sạch bệnh

Tại Hải Phòng: Dự án nông nghiệp công nghệ cao được thực hiện tại xã Mỹ Đức

huyện An Lão với tổng đầu tư 22,5 tỷ đồng Cơ quản chủ trì là Trung tâm phát triển Lâm nghiệp Hải Phòng Khu nông - lâm nghiệp công nghệ cao Hải Phòng đã xây dựng các khu chức năng như: khu bảo tồn cây ăn quả đầu dòng và vườn ươm cây giống; khu sản xuất giá thể; khu nhà nuôi cấy mô tế bào, khu nhà kính, khu nhà lưới sản xuất rau an toàn chất lượng cao; khu nhà lưới sản xuất cây cảnh Hiện nay, các khu nhà lưới, nhà kính sản xuất rau và hoa đã hoạt động và cho sản phẩm được 2 - 3 vụ Năng suất cà chua, dưa chuột đạt

200 - 250 tấn/ha/năm, hoa hồng cũng đạt 200 - 300 bông/m2

2.2.2 Tại thành phố Hồ Chí Minh và khu vực phía Nam

Ngày 18/03/2005, Sở Nông nghiệp và PTNT TP.HCM phối hợp với Công ty S Lahat

và Cty cổ phần Xuất nhập khẩu Bảo Trân tổ chức Hội thảo giới thiệu về nhà kính đồng bộ của Israel và chuyển giao công nghệ trồng trọt trong nhà kính

Ông Shaul Gilan, Tổng giám đốc kỹ thuật hãng Netafim-Israel khu vực Châu Á Thái Bình Dương giới thiệu các dự án nhà kính đã thực hiện ở khu vực Châu Á Thái Bình Dương gồm các cấu hình, cấu trúc, thiết bị tưới, thiết bị điều khiển đi kèm nhà kính, công nghệ trồng trọt trong nhà kính của Isarel

Nhà kính tại Israel chủ yếu dùng cho trồng hoa rau, cây cảnh và cây thuốc Hiện tại Israel đang thử nghiệm khảo sát tính khả thi của việc trồng các loại cây ăn quả trong nhà kính như: cây xuân đào, đào, sơn tra, nho và chuối cho mục đích thương mại chủ yếu cho xuất khẩu

Cấu trúc các nhà kính tiên tiến ngày nay được dùng phổ biến ở Israel Nhà bao gồm các loại rèm và cửa che nắng và hệ thống lưới cắt nắng có thể vận hành tự động tuỳ thuộc vào ánh sáng mặt trời Các nhà kính kiểu mới có chiều cao hơn, đạt tới hơn 5m kể từ sàn nhà, giúp thông gió tự nhiên tốt hơn cũng như cho phép lắp thêm các phụ kiện như lưới cắt nắng và các màn nhiệt Nhà cũng cho phép lắp đặt hệ thống treo đỡ cây như với cà chua, dưa chuột và một số loại cây khác

TP.HCM là một trong những “cái nôi” nông nghiệp công nghệ cao (NNCNC) của cả nước nên những năm gần đây thu hút rất nhiều nhà đầu tư vào lĩnh vực này

Khu NNCNC nằm ở phía Tây Bắc TP.HCM, thuộc huyện Củ Chi, có tổng diện tích 88,17 ha Tại thời điểm năm 2003 khu NNCNC có những khu nhà lưới, nhà kính (nhà màng) hoành tráng vừa mọc lên; đồng thời các khu nhà mới cũng đang được các nhà đầu

tư khẩn trương lắp ráp, các hệ thống đường điện, giao thông “nội đồng” được gấp rút hoàn thành để sớm đưa vào sử dụng Bên cạnh đó, những khu đất trồng các loại rau, củ, quả thử nghiệm bằng công nghệ cao của các đơn vị đầu tư đều đang phát triển tốt

Khu nhà kính có thể tự động đóng mở mái che mỗi khi thừa, thiếu ánh sáng hay độ

ẩm, điều này sẽ giúp cho cây trồng luôn đảm bảo điều kiện phát triển tốt nhất để cho năng suất cao và chất lượng rau, hoa quả được đảm bảo tương đối sạch

Tại cuộc hội thảo, các thành viên dự họp đã đưa ra nhiều câu hỏi tìm hiểu về nhà kính, để lựa chọn mô hình nhà kính phù hợp cho TPHCM cần có nhiều kinh nghiệm và xem xét đến các yếu tố, cụ thể như điều kiện khí hậu, giá trị đầu tư … (được biết giá trị đầu tư cho nhà kính khá lớn 30-50 USD/1m2 nhà kính, tuy nhiên khung nhà kính có thể

sử dụng từ 20-30 năm, mái lợp sử dụng từ 3-5 năm) nhằm phục vụ cho học tập tại trường

Tại Quảng Ngãi: Sáng 20/04/2009, Sở Khoa học và Công nghệ tỉnh Quảng Ngãi

phối hợp với trường Đại học Nông lâm TP HCM tổ chức Hội thảo báo cáo đề tài khoa học và công nghệ cấp tỉnh: “Nghiên cứu thiết kế chế tạo và thử nghiệm mô hình hệ thống nhà lưới, nhà kính phục vụ canh tác nông nghiệp công nghệ cao tại Quảng Ngãi”

Qua kinh nghiệm đầu tư nhà lưới, nhà kính phục vụ sản xuất rau sạch và cây cảnh giá trị cao từ các tỉnh trong nước như Hà Nội, Hải Phòng, Lâm Đồng; mặc dù giá thành đầu

tư thiết bị nhập nội rất cao nhưng được sử dụng hữu ích trong canh tác các loại hoa, rau cao cấp và có thể mang lại lợi nhuận cao

Việc xây dựng mô hình hệ thống nhà lưới, nhà kính với giá thành rẻ, tiện ích cao phục

vụ sản xuất rau sạch, các loại cây cảnh giá trị cao, đặc biệt để thử nghiệm giống là rất cần thiết, cấp bách đáp ứng nhu cầu của sản xuất nông nghiệp tỉnh Quảng Ngãi và phù hợp với chủ trương của nhà nước về canh tác nông nghiệp ứng dụng công nghệ cao

Với nguồn kinh phí Khoa học công nghệ tỉnh (598 triệu đồng), Trường Đại học Nông lâm TP HCM đã tiến hành thực hiện đề tài “Nghiên cứu thiết kế chế tạo và thử nghiệm

mô hình hệ thống nhà lưới, nhà kính phục vụ canh tác nông nghiệp công nghệ cao tại Quảng Ngãi” trong thời gian 20 tháng (từ tháng 07/02/2007- 03/2009) [21]

TS Nguyễn Văn Hùng - Trường Đại học Nông lâm TP HCM, chủ nhiệm đề tài cho biết, Hệ thống thiết bị được chế tạo tại trường Đại học Nông lâm TP HCM và lắp đặt tại Khu thực nghiệm và tập huấn nghề cho nông dân của Trạm Khuyến nông Bình Sơn; có diện tích sử dụng 300 mét vuông; cơ quan chủ trì đề tài đã tiến hành thử nghiệm hệ thống, hoàn chỉnh phần cơ khí và điều khiển Trồng thử nghiệm một số giống hoa như Mokara, Lily và ớt ngọt Hiện giông hoa lily đã cho hoa đạt yêu cầu, giống ớt ngọt F1 Sunny cho trái đang vào giai đoạn thu hoạch

TS Nguyễn Văn Hùng cho biết thêm, với modun 1.000 m2, theo thiết kế trên, Trường Đại học Nông lâm TP HCM sẽ lắp ráp cho các đơn vị, cá nhân có nhu cầu khoảng 500.000 đồng/m2 (tương đương 500 triệu đồng/1000 m2)

2.2.3 Thiết kế và tình hình sử dụng nhà che phủ nông nghiệp tại tỉnh Lâm

Đồng

Lâm Đồng là một trong những tỉnh đầu tiên của cả nước từng được ghi nhận về ứng dụng nhà lưới, nhà kính trong sản xuất nông nghiệp Từ đầu năm 2004 đã khởi động chương trình trọng điểm trong đó có chương trình phát triển trồng rau và các loại cây cảnh có hiệu quả kinh tế cao trong nhà lưới, nhà kính

Nhà kính, nhà lưới đang được ngành Nông Nghiệp – Phát Triển Nông Thôn PTNT) Lâm Đồng xác định như là bước đột phá trong sản xuất nông nghiệp công nghệ cao (NNCNC) Ngoài việc điều tiết nhiệt độ, ánh sáng nhà lưới, nhà kính còn có tác dụng cao trong phòng chống sâu bệnh để cây trồng phát triển cả về năng suất và chất lượng, quay nhanh vòng sử dụng và hạn chế rửa trôi đất

(NN-Các cơ quan quản lý nghành đã xác nhận hiệu quả đầu tư, hiệu quả sản xuất, tín dụng cho phát triển nhà lưới, nhà kính và các mô hình nhà lưới, nhà kính thích hợp với điều kiện khí hậu thổ nhưỡng của từng địa phương Đây là những điều kiện “tiên quyết” để

diện tích nhà lưới, nhà kính trong sản xuất NNCNC được nhân rộng Theo số liệu của Phòng Trồng trọt (Sở NN - PTNT), do có hiệu quả cao, nông dân vùng sản xuất rau hoa như Đà Lạt, Đơn Dương, Đức Trọng… đã mạnh dạn đầu tư xây dựng nhà lưới, nhà kính không chỉ trong vùng quy hoạch rau hoa NNCNC của tỉnh Nhờ vậy, ở thời điểm hiện tại, toàn tỉnh đã có khoảng 240 ha rau, 707 ha hoa, 0.5 ha dâu tây và 32 ha vườn ươm cây giống được trồng trong 1.000 ha nhà kính và 123.3 ha hoa, 114.5 ha rau… được trồng trong 242 ha nhà lưới Hầu hết diện tích nhà kính, nhà lưới này đều được đầu tư công nghệ tưới phun So sánh hiệu quả sản xuất cho thấy, năm 2008 vừa qua, nếu doanh thu sản xuất rau hoa trong nhà kính, nhà lưới đạt từ 500 – 1,000 triệu đồng/ ha, thì sản xuất rau hoa ngoài trời chỉ đạt dưới 150 triệu đồng/ ha

Do các loại giống rau hoa cũng như khí hậu, đất đai và khả năng đầu tư của nông dân

ở những vùng sản xuất rau hoa chính của tỉnh là Đà Lạt, Lạc Dương và Đức Trọng, Đơn Dương nên cấu trúc nhà lưới, nhà kính ở các địa bàn đang có sự khác biệt: nhà kính mái chữ A, nhà kính mái dạng vòm, nhà kính một mái nghiêng, nhà kính vòm ngoại nhập (khung sắt) và nhà lưới mái bằng trụ cao Qua khảo sát tại các địa bàn, Sở NN - PTNT cho rằng, ở Đà Lạt - Lạc Dương mô hình nhà kính độc lập hoặc liên tục có mái vòm hoặc chữ A chiều cao đỉnh mái từ 4 - 5 mét (đối với vùng có gió thì làm mái chữ A có ưu thế hơn), chiều rộng 5 mét (nếu làm bằng tre) và từ 8 - 10 mét (nếu làm bằng sắt) xung quanh lợp ni lông (hoặc lưới ruồi) sẽ giảm được chi phí đầu tư và có hiệu quả cao nhất Còn tại Đức Trong và Đơn Dương, do không gian còn thoáng, chiều cao nhà lưới, nhà kính nên làm thấp hơn ở Đà Lạt, Lạc Dương và nên làm nhà mái chữ A Khi xây dựng nhà kính, nhà lưới, nông dân cần đặc biệt lưu ý tới các yếu tố địa hình, hướng và tốc độ gió cũng như khả năng đầu tư vốn

Từ hiệu quả đầu tư nhà kính, nhà lưới và hiệu quả sản xuất rau hoa NNCNC trong nhà lưới, nhà kính, Sở NN - PTNT và Ủy ban nhân dân (UBND) các huyện Đức Trọng, Đơn Dương, Lạc Dương và thành phố Đà Lạt đã xác định từ 2004 tới cuối năm 2010 sẽ đầu tư thêm 530 ha nhà kính nhà lưới với tổng đầu tư 169,2 tỷ đồng (nhà kính 148,4 tỷ, nhà lưới 6,4 tỷ và hệ thống tưới phun tự động 14,4 tỷ đồng), và khoảng 3.500-4.000 hộ nông dân có nhu cầu vay vốn (bình quân 50 triệu đồng/ hộ) Đây là lượng vốn đầu tư rất

lớn so với khả năng của nông dân; do vậy, tại hội thảo, các bên tham gia đã thống nhất “ tạo nguồn vốn vay cho nông dân với lãi suất vay hợp lý, thời gian vay dài để các hộ nông dân, cơ sở sản xuất, chế biến rau hoa có thể nhập thiết bị, công nghệ, thiết bị hiện đại phát triển lĩnh vực NNCN cao bằng nhà lưới, nhà kính” Ngoài hỗ trợ lãi suất 4%/năm cho các

cá nhân, tổ chức vay vốn sản xuất rau hoa NNCNC theo nội dung Quyết định 131/QĐ - TTg ngày 23/1/2009 của Thủ tướng Chính phủ, Sở NN-PTNT đã chính thức đề nghị UBND tỉnh hỗ trợ thêm 1% lãi suất/năm cho các doanh nghiệp trong thời gian 8 tháng,

hỗ trợ 2% lãi suất/năm trong 2 năm 2009-2010 đối với các hộ và cơ sở sản xuất trong các khu quy hoạch NNCNC của tỉnh; ngoài vay vốn có thế chấp tài sản, các hộ và cơ sở cần vay vốn có thể vay tín chấp từ các ngân hàng (hồ sơ vay vốn phải có xác nhận của chính quyền địa phương và Phòng NN - PTNT cấp huyện)

Trên 10%( tương ứng 1.235 ha) diện tích rau hoa của tỉnh được sản xuất trong nhà lưới, nhà kính và khoảng 2.000 cần ha cây trồng khác được sản xuất theo quy trình NNCNC đã góp phần quan trọng đưa hiệu quả sử dụng đất nông nghiệp của tỉnh năm

2008 đạt trên 45 triệu đồng/ha/năm - tăng 28% so với năm 2007 Với định hướng mở rộng diện tích nhà kính, nhà màng và việc thực hiện chính sách tín dụng cho nông dân vay vốn làm nhà kính nhà màng, Chương trình NNCNC sẽ có bước đột phá trong các năm tới

 Đối với tình hình sử dụng nhà che phủ tại Đà Lạt

Tình hình sản xuất rau hoa tại Đà Lạt

(1996-2005)

Năm Diện tích

gieo trồng rau (ha)

Sản lượng (tấn)

Diện tích gieo trồng

hoa cắt cành (ha)

Sản lượng (tấn)

Công ty Dalat Hasfarm Agrivina của Hà Lan bắt đầu hoạt động tại Đà Lạt từ năm

1994 Năm 2005 công ty đã có 34 ha đất sản xuất hoa cắt cành tại phường 8 (25 ha) và Xuân Thọ (9 ha) Với 30 ha nhà kính, công ty đang sản xuất các loại hoa cúc, hoa hồng, cẩm chướng, đồng tiền, … Thị trường tiêu thụ chủ yếu là Nhật Bản

Công ty Bonnie Farm của Đài Loan đóng trên địa bàn xã Xuân Trường, cung cấp giống hoa, trồng và xuất khẩu hoa anh thảo (cyclamen), lily, cúc, … sang Đài Loan và Nhật Bản

Công ty Cổ phần Công nghệ Sinh học Rừng Hoa Đà Lạt liên kết với nông dân để sản xuất và xuất khẩu hoa arum, cúc, hồng, lily, … sang Nhật Bản, Indonesia, Bỉ

Công ty TNHH Lang Biang Farm là một đơn vị doanh nghiệp tư nhân, đã thực hiện đầu tư vào lĩnh vực giống hoa, cung cấp dịch vụ, vật tư ngành hoa

Trên lĩnh vực sản xuất rau quả các loại đã có nhiều công ty sản xuất rau hình thành tại

Đà Lạt: Công ty Nông sản Thực phẩm Lâm Đồng, Công ty TNHH Đồng Vàng (Golden Garden), Công ty TNHH Kim Bằng, Công ty TNHH Bio-Organics, Công ty Rau Nhà Xanh, … Bên cạnh đó còn có một số doanh nghiệp tư nhân hoạt động trên lĩnh vực xuất khẩu rau cải Đà Lạt sang Đài Loan, Nhật Bản, Hàn Quốc như Doanh nghiệp tư nhân

Khánh Cát, Công ty TNHH Mai Nguyên, … với sản lượng xuất khẩu hàng năm đạt đến 15.000 tấn

Từ năm 2001, sản xuất nông nghiệp Đà Lạt chuyển dịch theo hướng sản xuất nông sản chất lượng cao, phù hợp với xu thế hội nhập kinh tế với các vùng, miền trong nước và các nước trong khu vực; được xác định là một thế mạnh để tạo việc làm cho lao động nông nghiệp; đồng thời kết hợp chặt chẽ giữa phát triển nông nghiệp với tôn tạo và làm đẹp cảnh quan, môi trường, góp phần phát triển du lịch của thành phố Đà Lạt Chất lượng sản phẩm ngày càng được nâng lên, mức độ tồn dư các dư lượng độc hại trong sản phẩm rau thấp hơn ngưỡng cho phép nhiều lần

Giai đoạn 2001-2005 là giai đoạn nông nghiệp Đà Lạt bắt đầu có những sự thay đổi Sản xuất nông nghiệp phát triển theo định hướng ứng dụng công nghệ cao trên các vùng nông nghiệp của Đà Lạt đã hình thành những mô hình kinh tế nông nghiệp có hiệu quả Các chương trình, dự án đầu tư hỗ trợ phát triển kinh tế nông nghiệp được đầu tư trực tiếp vào nông hộ đã góp phần kích thích sản xuất phát triển

Qua những số liệu như trên ta nhận thấy sự phát triển đi lên của nền nông nghiệp Đà Lạt qua từng năm, đặc biệt là từ những năm 1995 trở lại đây, khi mà nền nông nghiệp công nghệ cao bắt đầu xâm nhập vào Diện tích nhà che phủ nông nghiệp tăng nhanh tỉ lệ thuận với sự phát triển đi lên cả về số lượng và chất lượng của sản phẩm nông nghiệp

Đà Lạt không chỉ là thành phố nông nghiệp - thành phố vườn mà còn là thành phố của

du lịch du lịch - với gần 10.000 ha đất nông nghiệp, trong đó có trên dưới 3.941 ha chuyên trồng rau hoa từ 3-4 vụ/năm, mỗi năm cung ứng cho thị trường trong và ngoài nước từ 180-200 ngàn tấn rau và 440 triệu cành hoa thương phẩm Để nâng cao giá trị của nông sản và đẩy mạnh xuất khẩu, những năm gần đây, ngành nông nghiệp và nhà vườn

Đà Lạt đang mạnh dạn đầu tư cơ sở vật chất, áp dụng tiến bộ khoa học kỹ thuật vào thâm canh các loại cây có ưu thế cạnh tranh cao của thành phố như rau hoa, chè và cà phê Thống kê của Trung tâm Nông nghiệp Đà Lạt, tới thời điểm hiện nay thành phố đã có

800 ha nhà kính và 50 ha nhà lưới; từ 35-40% diện tích đất nông nghiệp được tưới nước

tự động, trong đó có 700 ha rau hoa đã được tưới phun mưa

Nông sản được sản xuất trong nhà kính, nhà lưới đem lại hiệu quả rõ nét về mặt năng suất cũng như chất lượng sản phẩm Nhu cầu ứng dụng nhà kính, nhà lưới vào sản xuất nông nghiệp công nghệ cao là thiết thực với tiềm năng phát triển của sản phẩm sạch và an toàn Nhìn chung nhà lưới, nhà kính tại các địa phương tỉnh Lâm Đồng còn mang tính tự phát, thiếu căn cứ khoa học, chưa thực sự tạo hiệu quả do đầu tư nhà lưới nhà kính mang lại

Trong xu thế phát triển của nền kinh tế, nông nghiệp công nghệ cao được xem là sự lựa chọn tất yếu của các cấp lãnh đạo và nông dân Lâm Đồng Sản xuất hoa cao cấp và rau sạch đã trở thành thương hiệu làm nên niềm tự hào của nền nông nghiệp tỉnh nhà trong cả nước Trong thời điểm hiện nay thu nhập rau hoa đạt trung bình trên 300 triệu/1 ha/ năm và có điển hình đạt được 1.5 đến 2 tỷ/1ha trồng trọt Thành phẩm của nông nghiệp công nghệ cao là sự tổng hòa của rất nhiều tiến bộ khoa học công nghệ mới được ứng dụng vào quá trình sản xuất như công nghệ giống, trang thiết bị hạ tầng cơ sở, quy trình chăm sóc, quản lý dịch bệnh…Trong đó công nghệ nhà lưới, nhà kính là công nghệ tiên quyết để sản xuất nông sản sạch, ktiếp cận được những ngưỡng sản phẩm chất lượng cao, tăng cường sức cạnh tranh cho sản phẩm.Tại ba vùng sản xuất rau hoa trọng điểm của tỉnh là Đà Lạt, Đơn Dương, Đức Trọng, nhà kính nhà lưới đã trở thành một nét đặc thù sản xuất nông nghiệp của tỉnh nhà và đang được triển khai ở nhiều địa phương khác Qua khảo sát thực tế những vùng trồng rau hoa tại Lâm Đồng, từ trước đến nay đa phần nông dân Lâm Đồng tự thiết kế dựa vào kinh nghiệm của những người đi trước, cấu trúc tương đối đơn giản, vật liệu truyền thống là tre hoàn toàn hoặc tre kết hợp với sắt, giá thành trung bình khoảng 70 - 80 triệu đồng/01 sào, mức giá tương đối phù hợp với khả năng đầu tư của bà con nông dân Nhưng nhược điểm phổ biến dễ thấy là kết cấu thiếu bền, chịu lực kém, không chịu được mưa, gió lớn, các tiêu chí về kỹ thuật như độ thông thoáng, độ chiếu sáng, ẩm độ, nhiệt độ chưa được tính toán một cách khoa học để hạn chế các tác nhân gây hại cũng như đảm bảo sự phát triển tối ưu cho cây trồng Từ nhu cầu cấp thiết của thực tế sản xuất, việc lựa chọn công nghệ và thiết kế các mẫu nhà lưới nhà màng phù hợp với một số cây trồng chính trong điều kiện thời tiết khí hậu của các tiểu vùng sinh thái Đà Lạt, Đơn Dương, Đức Trọng và phù hợp với khả năng tiếp thu ứng dụng của

nông dân là một việc làm có ý nghĩa thiết thực Đề tài “Nghiên cứu công nghệ và thiết kế, chế tạo nhà lưới, nhà kính phù hợp với các vùng sinh thái tại Đà Lạt, Đơn Dương, Đức Trọng tỉnh Lâm Đồng” do PGS TS Bùi Văn Miên chủ trì cùng nhóm tác giả là các chuyên gia đầu ngành của Trường Đại học Nông lâm Tp HCM theo đuổi trong 02 năm qua cũng không nằm ngoài mục tiêu hướng đến phục vụ cho người nông dân Lâm Đồng đáp ứng nhu cầu khách quan của quá trình phát triển

Để có thể phát triển các mô hình này ở nước ta, việc hạ giá thành đầu tư và cải tiến các đặc tính kỹ thuật phù hợp với yêu cầu canh tác của từng địa phương là cần thiết Trên

cơ sở các nghiên cứu khoa học về nhu cầu sinh thái của một số cây trồng đặc chủng vùng khí hậu Đà Lạt, Đơn Dương, Đức Trọng như hoa hồng, hoa cúc, địa lan, cà chua, ớt ngọt, rau, rau cao cấp…, từ những kinh nghiệm thực tế được được tích hợp từ những công nghệ thiết kế nhà lưới, nhà màng điển hình ở các nước trên thế giới và khảo sát thực tế thiết kế tại các vùng Lâm Đồng, nhóm chủ nhiệm đề tài đề xuất hai mô hình: một mô hình thiết kế đơn giản, giá rẻ, nông dân có thể tự làm và một mô hình công nghệ cao ứng dụng các kỹ thuật điều khiển tự động phù hợp với một số cơ sở có nhu cầu đầu tư sản xuất qui mô lớn phục vụ nhu cầu xuất khẩu

Với những kết quả khảo nghiệm đạt được về mối tương quan giữa những thông số kỹ thuật được thiết lập liên quan đến kết cấu, vật liệu, cách lắp đặt với đặc trưng sinh thái của các đối tượng cây trồng chuyên biệt, thiết nghĩ mô hình cần thiết cần triển khai đến các hộ dân vì những tiện ích mà nó mang lại Mô hình tự động mà đề tài thiết kế và chế tạo tuy giá thành còn khá cao nhưng là tiền đề mở ra hướng nghiên cứu cho nhiều công trình khoa học khác nữa nhằm tự động hóa quá trình sản xuất khi mà nhu cầu phát triển của nông dân Lâm Đồng ngày một nâng cao

2.3 Chỉ tiêu đánh giá hệ thống

Chỉ tiêu đánh giá một mô hình hệ thống nhà kính bao gồm:

- Đáp ứng được nhiệt độ, độ ẩm ổn định theo yêu cầu người lập trình trong nhà kính

- Hệ thống hoạt động ổn định, khả năng đọc nhiệt độ và độ ẩm chính xác

- Ghi chép số liệu nhiệt độ độ ẩm qua module wifi

Cấu trúc dạng modue rất thuận tiện cho việc thiết kế, mở rộng, cải tạo nâng cấp… -Có những module chuyên dụng để thực hiện những chức năn đặc biệt hay những module truyền thống để kết nối PLC với mạng công nghiệp hoặc mạng Internet…

-Khả năng lập trình được, lập trình dễ dàng cũng là đặc điểm quan trọng để xếp hạng một hệ thống điều khiển tự động

-Yêu cầu của người lập trình không cần giỏi về kiến thức điện tử mà chỉ cần nắm vững công nghệ sản xuất và biết chọn thiết bị thích hợp là có thể lập trình được

-Thuộc vào hệ sản xuất linh hoạt do tính thay đổi được chương trình hoặc thay đổi trực tiếp các thông số mà cần thay đổi lại chương trình

2.4.1.2 Vi điều khiển

Vi điều khiển là một máy tính nhỏ trong đó có CPU, bộ nhớ (RAM, ROM), I/O thiết

bị ngoại vi, timers, counters được nhúng vào trong một mạch tích hợp (IC) nơi mà các bộ

vi xử lý và tất cả các khối này được kết hợp vào trong một board thông qua hệ thống bus

Vi điều khiển có thể dễ dàng giao tiếp với các thiết bị ngoại vi bên ngoài như cổng giao tiếp, ADC, DAC, Bluetooth, Wifi… quá trình giao tiếp nhanh hơn khi so sánh giữa các bộ

vi xử lý khác Ứng dụng của vi điều khiển đó là thường sử dụng trong các thiết bị điều

khiển tự động bao gồm các công cụ điện, đồ chơi, thiết bị y tế cấy dưới da, máy móc văn phòng, hệ thông điều khiển động cơ, thiết bị điều khiển từ xa và hàng loạt các hệ thống nhúng khác

Ưu điểm của vi điều khiển đó là vi điều khiển hoạt động như một máy vi tính không

có bất kỳ bộ phận kỹ thuật nào, tích hợp cao hơn bên trong vi điều khiển làm giảm chi phí

và kích thước hệ thống, việc sử dụng vi điều khiển rất dễ dàng, dễ khắc phục sự cố, dễ dàng kết nối thêm các cổng RAM, ROM, I/O và còn nhiều tính năng khác

Nhược điểm của của vi điều khiển đó là chỉ thực hiện đồng thời một số lệnh thực thi thời gian, không sử dụng nhiều trong hệ thống lớn vì số lượng ngõ vào, ra hạn chế

2.4.2 Cấu hình hệ thu thập thông tin và điều khiển

Việc lựa chọn cấu hình dựa vào một vài yếu tố khách quan như điều kiện môi trường làm việc, số lượng cảm biến và cơ cấu chấp hành yêu cầu, vị trí so với máy chủ, hình thức

xử lý tín hiệu yêu cầu, độ khắc nghiệt của môi trường làm việc

Các cấu hình thông dụng của hệ DAQ gồm có vào/ra tại chỗ (tập trung) với PC, vào/ra phân tán và các bộ thu thập dữ liệu độc lập hoặc phân tán

Trong các nhà máy công nghiệp (không yêu cầu tính linh động cao) thường sử dụng 2 loại cấu hình cho hệ SCADA là vào/ra tập trung và vào/ra phân tán

2.4 2.1 Vào/ra tập trung

Hệ thống điều khiển vào ra tập trung có thể hiểu là cơ cấu chấp hành nằm gần với hệ thống hoạt động Ưu điểm của vào/ra tập trung là kết quả phép đo trả về cơ cấu chấp hành chính xác, ít bị ảnh hưởng bởi nhiễu Giá thành thấp, số lượng dây nối ít Nhược điểm của vào/ ra tập trung là mở rộng hệ thống khó khăn Cấu trúc tiêu biểu của một hệ điều khiển tập trung được minh hoạ theo như Hình 2.1

Hình 2 1 C ấu trúc điều khiển vào/ra tập trung

2.4.2.2 Vào/ra phân tán

Trong môi trường sản xuất công nghiệp, cảm biến và cơ cấu chấp hành thường ở xa máy chủ, ở trong môi trường khắc nghiệt và bao phủ trong một diện tích rộng, cách xa máy chủ hàng trăm mét Do đó, khó có thể nhận được tín hiệu nhỏ từ các cảm biến như cặp nhiệt, cảm biến điện trở (strain gauge) qua đường truyền dài đồng thời dây nối từ cảm biến về máy chủ dài và tốn kém, giải pháp thực hiện đó là:

Module xử lý tín hiệu được đặt gần mỗi cảm biến tương ứng cũng như mỗi cảm biến cần có một module xử lý tín hiệu vào/ra phân tán

Giải pháp này có thể tốn kém nếu có nhiều cảm biến nhưng chất lượng tín hiệu và độ chính xác cao

Dạng thường gặp của vào/ra phân tán là bộ phát số, bộ phát số này thực hiện tất cả các chức năng xử lý tín hiệu cần thiết, có bộ vi điều khiển và chuyển đổi tương tự - số (ADC) để chuyển tín hiệu cần đo sang dạng số Tín hiệu dạng số này được truyền về máy chủ bằng chuẩn RS-232 hoặc RS-485

RS-232 khoảng cách truyền gần

RS-485 (Multi-drop) giảm số lượng cáp truyền, có thể kết nối đến 32 modules, khoảng cách truyền có thể lên đến 10km nếu dùng multi-drop network (RS-232 khoảng tối đa 15m)

Cần bộ chuyển đổi từ RS-232 sang RS-485 do hầu hết các máy chủ không hỗ trợ chuẩn RS-485 Cấu trúc một hệ điều khiển vào ra phân tán được minh hoạ theo như Hình 2.2

Hình 2.2 C ấu trúc điều khiển phân tán

2.4.3 Cơ cấu chấp hành

2.4.3.1 Cảm biến

Cảm biến là thiết bị điện tử cảm nhận những trạng thái, quá trình vật lý hay hóa học ở môi trường cần khảo sát và biến đổi thành tín hiệu điện để thu thập thông tin về trạng thái hay quá trình đó Thông tin được xử lý để rút ra tham số định tính hoặc định lượng của môi trường, phục vụ các nhu cầu nghiên cứu khoa học kỹ thuật hay dân sinh và gọi ngắn gọn là đo đạc, phục vụ trong truyền và xử lý thông tin hay trong điều khiển các quá trình

khác Các đại lượng cần đo thường không có tính chất điện như nhiệt độ, áp suất, … tác

động lên cảm biến cho ta một đại lượng đặc trưng mang tính chất điện như điện tích, điện

áp, dòng điện, … chứa đựng thông tin cho phép xác định giá trị của đại lượng đo

Cảm biến quang là cảm biến có thể phát hiện vật từ xa, đo lường khoảng cách hoặc tốc độ di chuyển của đối tượng… khi có ánh sáng thích hợp chiếu vào bề mặt của cảm biến quang, chúng sẽ thay đổi tính chất Hiện nay trên thị trường có các loại cảm biến quang như cảm biến quang thu phát, cả biến quang phản xạ gương, cảm biến quang

khuếch tán

Cảm biến tiệm cận là cảm biến phản ứng khi có vật đến gần Cảm biến tiệm cận chuyển đổi tín hiệu về sự chuyển động hoặc sự xuất hiện của vật thể thành tín hiệu điện Cảm biến tiệm cận gồm có cảm biến tiệm cận loại cảm ứng từ và cảm biến tiệm cận loại cảm ứng điện dung Và còn nhiều loại cảm biến khác dùng trong các lĩnh vực như chế biến, sản xuất…

2.4.3.2 Động cơ điện

Động cơ điện là máy điện dùng để chuyển đổi năng lượng điện sang năng lượng cơ Các động cơ điện thường gặp trong gia đình như quạt điện, tủ lạnh, máy giặc, máy bơm nước… ứng dụng của động cơ điện dùng trong hầu hết trong mọi lĩnh vực như sản xuất, chế biến… ở nhiều nước động cơ điện được dùng trong các phương tiện vận chuyển, đặc biệt trong đầu máy xe lửa…

Nguyên tắc hoạt động là phần chính của động cơ điện gồm phần đứng yên (stator) và phần chuyển động (rotor) được quấn nhiều vòng dây dẫn hay có nam châm vĩnh cửu Khi cuộn dây trên roto và stato được nối với nguồn điện, xung quanh nó tồn tại các từ trường,

sự tương tác từ trường của rotor và stator tạo ra chuyển động quay của rotor quanh trục hay 1 mômen Động cơ điện được chia làm nhiều loại như động cơ điện một chiều, động

cơ xoay chiều 3 pha, động cơ 3 pha không đồng bộ

-Truyền động cơ khí là những cơ cấu dùng để truyền cơ năng từ động cơ đến các bộ phận của máy, thường có biến đổi lực, vận tốc hoặc moment hay đôi khi biến đổi cả đặc tính và qui luật truyền động

-Truyền động điện tự động là tổ hợp các thiết bị điện, điện tử… phục vụ cho việc biến đổi điện năng thành cơ năng cung cấp cho các cơ cấu công tác trên các máy sản xuất, cũng như gia công

-Truyền động khí nén được sử dụng rộng rãi trong khâu lắp ráp, chế biến, phân loại sản phẩm… các dạng truyền động của khi nén là truyền động thẳng và chuyển động quay

2.4.5 Mạng truyền thông công nghiệp

Mạng truyền thông công nghiệp là một phương tiện trao đổi truyền hay chuyển đổi thông tin hoặc dữ liệu, chủ yếu ở dạng kỹ thuật số từ máy phát sang máy thu thông qua một liên kết (có thể dây đồng, dây cáp trục, cáp quang hoặc bất kỳ phương tiện nào khác) kết nối các thiết bị Các mạng truyền thông công nghiệp bao gồm: Ethernet,

DeviceNet, Modbus, ControlNet… ba cơ chế điều khiển quan trọng được sử dụng trong lĩnh vực tự động hoá công nghiệp gồm bộ điều khiển lập trình PLC, điều khiển giám sát và thu nhập dữ liệu (SCADA), hệ thống điều khiển phân tán Tất cả các yếu tố này liên quan đến các thiết bị hiện trường, thiết bị thông minh, PC điều khiển giám sát, bộ điều khiển I/O phân tán và bộ hiển thị HMI Để kết nối giữa các thiết bị này và cũng để cho phép giao tiếp ở giữa chúng, cần có một mạng lưới hoặc sơ đồ truyền thông mạnh mẽ

và hiệu quả hơn Cấu trúc mạng truyền thông công nghiệp bao gồm phương tiện truyền dẫn để truyền dữ liệu và tín hiệu điều khiển có thể là không dây hoặc có dây Trong ngành công nghiệp sản xuất hoặc quy trình, thông tin hoặc luồng dữ liệu được truyền từ cấp trường đến cấp quản lý-vận hành (từ dưới lên trên) và ngược lại Các cấp độ khác nhau phải xử lý các yêu cầu khác nhau của một cấp cụ thể Vì vậy, rõ ràng là không có yêu cầu địa chỉ mạng truyền thông duy nhất cần thiết cho mỗi cấp Do đó các cấp độ khác nhau có thể sử dụng mạng khác nhau dựa trên các yêu cầu như khối lượng dữ liệu, truyền dữ liệu, bảo mật dữ liệu Dựa trên chức năng, mạng truyền thông công nghiệp được phân cấp thành ba cấp độ chung như Hình 2.3

Hình 2.3 Các c ấp độ truyền trong mạng công nghiệp

Cấp thiết bị bao gồm các thiết bị hiện trường như cảm biến và cơ cấu chấp hành của các quá trình và máy móc Nhiệm vụ của cấp độ này là chuyển thông tin giữa các thiết bị này và các thành phân quy trình kỹ thuật như PLC Việc truyền thông tin có thể là kỹ thuật số hoặc analog

Cấp độ điều khiển bao gồm các bộ điều khiển công nghiệp như PLC, bộ điều khiển

phân tán và hệ thống máy tính Các nhiệm vụ của cấp độ này bao gồm cấu hình các thiết

bị tự động hóa, tải dữ liệu chương trình và xử lý dữ liệu biến, điều chỉnh biến số, khiểm soát giám sát, hiển thị dữ liệu biến trên HMI, lưu trữ lịch sử Vì vậy cấp điều khiển yêu

cầu các đặc tính như thời gian đáp ứng ngắn, truyền dẫn tốc độ cao, độ dài dữ liệu ngắn, đồng bộ hóa máy, sử dụng liên tục dữ liệu quan trọng

Mạng cục bộ (LAN) được sử dụng rộng rãi như mạng truyền thông ở cấp độ này để đạt được các đặc tính mong muốn Ethernet với giao thức TCP/IP chủ yếu được sử dụng làm mạng cấp điều khiển để kết nối các đơn vị điều khiển với máy tính Ngoài ra, mạng này hoạt động như một bus điều khiển để phối hợp và đồng bộ hóa giữa các đơn vị điều khiển khác nhau Một số bus trường cũng được sử dụng ở cấp độ này như các bus điều khiển như Profibus và ControlNet

Cấp thông tin cấp cao nhất của hệ thống tự động hóa công nghiệp, tập hợp thông tin

từ cấp thấp hơn, chẳng hạn như cấp điều khiển Nó xử lý khối lượng lớn dữ liệu không sử dụng liên tục hay giới hạn về thời gian Các mạng lưới quy mô lớn đang tồn tại ở cấp độ này Vì vậy mạng Ethernet thường được sử dụng như các mạng mức thông tin để lập kế hoạch nhà máy và trao đổi thông tin quản lý Đôi khi các mạng này có thể kết nối với các mạng công nghiệp khác thông qua các cổng

2.4.6 Mạng truyền thông MODBUS

Modbus do Modicon phát triển năm 1979 Nay thuộc cty Schneider Electric Modbus

là một giao thức truyền thông với nhiều thiết bị thông qua một cặp dây xoắn đơn Ban đầu, ngành công nghiệp sử dụng các chuẩn RS232, RS485 để truyền thông Modbus được

sử dụng trên RS485 để đạt tốc độ cao hơn Khoảng cách truyền xa hơn Do đó, nó đã nhanh chóng được sử dụng trong ngành tự động hóa

Cách Modbus truyền thông

Modbus có mô hình dạng Master – Slave Mỗi thiết bị trong mạng modbus được cung cấp một địa chỉ duy nhất Như các thiết bị đo, cảm biến: Cảm biến Pt100, Cảm biến áp suất, cảm biến báo mức sử dụng sóng Radar Trong frame truyền từ Master đến các Slave

có chứa ID định danh của thiết bị Slave

Một master có thể điều khiển 247 slave trên mạng lưới Hình 2.4

Hình 2.4 M ột master có thể điều khiển 247 slave

Modbus TCP truyền thông trên nền Ethernet Thông tin từ Slave truyền về PLC, hệ thống SCADA quản lý tập trung Hình 2.5

Hình 2.5 Modbus TCP/IP trong ngành t ự động với hệ thống SCADA

Chương 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG

Nội dung của chương 3 là trình bày về các phương án lựa chọn các thiết bị phù hợp với hệ thống

3.1 Yêu cầu thiết kế

Đối với mô hình hệ thống nhà kính thì yêu cầu thiết kế là mô hình có đầy đủ chức năng như có đèn sấy, quạt hút ẩm tản nhiệt và động cơ phun sương Cùng với đó thì vị trí đặt cảm biến cũng là một điều quan trọng để có thể cho kết quả chính xác nhất

3.2 Thiết kế phần cứng

3.2.1 Lựa chọn cảm biến nhiệt độ

Vì mục đích sử dụng của mô hình là cần đo nhiệt độ, nên nhóm lựa chọn cảm biến nhiệt độ để đáp ứng yêu cầu đề ra

Cảm biến nhiệt độ Pt100 Rtd 2m 98 mm 3 Wires - 50~400 C gồm 2 dây kim loại khác nhau được gắn vào một đầu gọi là đầu nóng (đầu đo) và đầu lanh (đầu chuẩn) khi có chênh lệch nhiệt độ giưa 2 đầu thì sẽ phát sinh một nhiệt điện động tại đầu lạnh Cảm biến nhiệt không thể kết nối trực tiếp với PLC được vì tín hiệu ngõ ra của cảm biến nhiệt

độ là tín hiệu số (Digital) mà ngõ vào của PLC nhận tín hiệu Analog nên cảm biến nhiệt

sẽ kết nối với PLC qua một thiết bị trung gian là đồng hồ nhiệt truyền thông Modbus

Hình 3.1 C ảm biến nhiệt độ Pt100 Rtd 2m 98 mm 3 Wires - 50~400 C

Phạm vi đo -50 ~ 400 độ C (-58 ~ 752 độ F)

Chiều dài cáp khoảng 2 mét

Chiều dài đầu dò 98mm

Đường kính đầu dò 5mm

Vật liệu đầu dò Sợi không gỉ

M8 với đai ốc Đầu cuối: 3 nĩa cách nhiệt Sai số cho phép đo +/- 1-3cm

Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật cảm biến nhiệt độ

3.2.2 Lựa chọn đồng hồ nhiệt

Trên thị trường hiện nay có rất nhiều loại đồng hồ nhiệt tùy theo nhu cầu sử dụng, kích thước mô hình hệ thống và chi phí đề ra ban đầu để chọn loại đồng hồ nhiệt thích hợp Mô hình hệ thống nhà kính là mô hình nhỏ và chi phí thi công ít nên nhóm quyết định chọn đồng hồ nhiệt hay còn gọi là bộ điều khiển nhiệt độ VX4 Hanyoung Hình 2.7

Hình 3.2 Đồng hồ nhiệt VX4 Hanyoung

VX4 Series Hanyoung là bộ điều khiển nhiệt độ số( đa đầu vào), bộ điều khiển nhiệt

độ VX4 Hanyoung thuộc dòng VX4 Series, trọng lượng 120 gam, nguồn cấp 110 – 220V

AC, chu kỳ lấy mẫu 50 ms, cấp độ bảo vệ IP65, tiêu chuẩn UL, CE Với các ưu điểm như: – Nguồn cấp rộng: 110 – 220V AC