Các thiết bị phun mưa do công nghiệp chế tạo hiện nay có năng suất chưa cao, chưa đáp ứng đầy đủ các yêu cầu trong sản xuất, chưa phù hợp với điều kiện sinh lý trong từng giai đoạn phát
Trang 1và thời gian tưới để đảm bảo tiêu chuẩn tưới định trước theo yêu cầu sinh lý của cây trồng, phù hợp với các điều kiện đất đai, địa hình và thời tiết khí hậu
Tùy theo cách tưới nước vào rãnh và cho thấm vào đất mà chia ra hai loại rãnh tưới: rãnh thoát và rãnh ngập
Rãnh thoát là loại rãnh, nước vừa từ kênh tưới chảy vào rãnh, vừa thấm hai bên rãnh làm ẩm đất Tùy theo điều kiện địa hình, đất đai mà lưu lượng nước chảy trong rãnh từ 0,05-2 l/s và chiều dài rãnh từ 50-500m, thời gian tưới
từ 1-2 giờ đến 2-3 ngày
Khi tưới rãnh thoát, nước vừa chảy trong rãnh vừa ngấm hai bên rãnh, làm ẩm đất, nên thướng có lượng nước chảy đi ở cuối rãnh khoảng từ 20-60% lượng nước tưới Để giảm lượng nước chảy đi đó, thì khi nước đã chảy đến cuối rãnh người ta giảm lưu lượng nước vào rãnh từ 1,5-3 lần Như thế, vận tốc nước chảy trong rãnh đã thấm ướt được giảm xuống, không làm xói mòn rãnh,
đất vẫn được làm ẩm đều, mà ít có nước thừa chảy đi ở cuối rãnh
Rãnh ngập là loại rãnh tưới làm ẩm đất hai bên rãnh chủ yếu bằng lượng nước trữ trong rãnh sau khi thôi dẫn nước vào rãnh Loại rãnh ngập
được ứng dụng chủ yếu trên ruộng phẳng hay có độ dốc rất nhỏ (nhỏ hơn 0,002) Rãnh ngập sâu 20-25cm chiều rộng trên mặt 50-60cm và chiều dài rãnh 40-80m
Để làm ẩm đất đều, chiều dài rãnh làm sao để khi ở đầu rãnh nước ngập 1/3 độ sâu rãnh thì ở cuối rãnh nước không ngập quá ắ rãnh
Ưu điểm của tưới rãnh là xây dựng đồng ruộng dễ dàng thích ứng với từng điều kiện cụ thể về đất đai, khí hậu và cây trồng Đảm bảo đất được tơi xốp, không phá vỡ lớp kết cấu trên mặt ruộng, vẫn giữ được thoáng khí làm cho cây trồng phát triển thuận lợi Đảm bảo đúng lượng nước theo nhu cầu của cây trồng Tiết kiệm nước, ít hao phí do bốc hơi và ngấm xuống sâu
Trang 2Tưới dải dùng để tưới cho các loại cây trồng gieo dầy hoặc hàng hẹp như đay, vừng, lạc, đỗ, các thức ăn cho chăn nuôi Cũng dùng để tưới cho ngô
và các vườn cây ở vùng khô hạn, có thể tưới làm ẩm đất trước khi gieo
Những yếu tố kỹ thuật tưới dải là chiều dài và chiều rộng dải, lưu lượng riêng của nước chảy ở đầu dải tính bằng lit/s/m, thời gian tưới và chiều cao giới hạn của bờ dải
Những yếu tố kỹ thuật của tưới dải cũng phụ thuộc vào những điều kiện như tưới rãnh nhưng chủ yếu vào độ dốc ngang của mặt ruộng
Tưới dải thích hợp nhất với độ dốc mặt ruộng từ 0,002-0,008 Nếu độ dốc lớn hơn 0,02 thì không tưới dải được vì tốc độ chảy trên mặt ruộng lớn, nước không kịp ngấm làm ẩm đất lượng nước chảy đi sẽ nhiều, lãng phí nước
và gây bào mòn lớp đất trên mặt ruộng
Có hai cách tưới dải: tưới từ đầu dải và tưới từ bên cạnh dải
Nếu tưới từ đầu dải thì chia ruộng ra từng dải theo hướng dốc nhất Nếu
hệ thống kênh tưới bố trí theo sơ đồ dọc thì phải đào các mương dẫn nước theo chiều ngang dải Nếu hệ thống kênh tưới bố trí theo sơ đồ ngang thì lấy nước trực tiếp từ kênh tưới tạm thời
Tưới từ bên cạnh dải được áp dụng trong các trường hợp địa hình trên ruộng phức tạp gồ ghề và dốc theo hướng ngang dải
Khác với tưới đầu dải là ở giữa các dải không có bờ giữ nước, mà các rãnh tưới sâu từ 25-30cm Chiều rộng dải khi tưới bên thường là 8-12m tùy theo chiều rộng làm việc của các loại máy gieo và máy thu hoạch
Nước từ kênh tưới chảy vào rãnh tưới ở rãnh tưới khoảng 10-15m có một chỗ lấy nước vào dải Nên chọn chỗ lấy nước ở vị trí cao của dải nước từ rãnh tưới chay vào một dải (tưới một bên) hay tưới cho cả hai dải bên rãnh tưới (tưới hai bên) tuy theo địa hình và cách bố trí rãnh
Nhược điểm của phương tưới nay là làm ẩm đất không đều và tốn nước
Trang 3do ngấm sâu xuống rãnh tưới
Mặc dù vậy tùy thuộc vào điều kiện địa hình, phương pháp canh tác và cây trồng người ta vấn dùng phương pháp tưới này
1.2.4 Phương pháp tưới phun mưa
Phương pháp tưới phun mưa là phương pháp tưới mới được phát triển rộng rãi trong vòng 40 năm nay Nguyên tắc chính của phương pháp này là dùng hệ thống máy bơm, ống dẫn nước và vòi phun để tạo thành mưa tưới nước cho các loại cây trồng
Ưu điểm nổi bật của phương pháp tưới phun mưa là có thể tưới trong những điều kiện sau:
- Khi tiêu chuẩn tưới nhỏ, có thể điều chỉnh trong phạm vi lớn (30-900m3/ha)
- Tưới trên đất xốp như đất cát và cát pha, có độ thấm nước lớn
- Tưới trên mọi địa hình phức tạp: như dốc không, không bằng phẳng…
và tiết kiệm nước tưới (đối với vùng nguồn nước tưới hạn chế)
Tưới phun mưa là nâng cao hệ số sử dụng hữu ích của hệ thống tưới và
sử dụng nước trên đồng ruộng ở Mỹ hệ số sử dụng hữu ích khi tưới phun mưa
là 0,67, còn phương pháp tưới khác là 0,56; ở Nhật là 0,75-0,80 còn các phương pháp tưới khác là 0,65-0,7
Tưới phun mưa thuận tiện cho việc phòng trừ sâu bệnh và chống cỏ dại
Có thể hòa lẫn các loại thuốc cùng với nước tưới cho cây trồng
Tưới phun mưa còn làm tăng năng suất các loại sản phẩm các loại cây trồng ở Italia khi tưới phun mưa cho nho, người ta đã nhận thấy chất lượng nho tốt hơn, hàm lượng đường trong nho tăng 2% ở Việt Nam, qua thí nghiệm tưới phun mưa tại đồi chè 66- Hợp tác xã Tiên Phú- Phù Ninh- Vĩnh Phúc cho thấy năng suất chè tăng được 50% so với đối chứng không tưới
Tuy nhiên, tưới phun mưa không thích hợp ở vùng có gió mạnh Việc
Trang 4phục vụ kỹ thuật và tổ chức phục vụ các hệ thống máy phun mưa phức tạp, cân
có đội ngũ công nhân có trình độ kỹ thuật Các thiết bị phun mưa do công nghiệp chế tạo hiện nay có năng suất chưa cao, chưa đáp ứng đầy đủ các yêu cầu trong sản xuất, chưa phù hợp với điều kiện sinh lý trong từng giai đoạn phát triển của cây trồng và thích ứng với các loại đất đai địa hình khác nhau Nhìn chung giá thành tưới trên một đơn vị sản phẩm còn cao
Tuy có những nhược điểm trên, như do những ưu điểm của tưới phun mưa nên phương pháp tưới này đang được áp dụng rộng rãi ở nhiều nước và phát triển với tốc độ cao
Theo tài liệu của Tritrexốp năm 1970 ở Tiệp Khắc 97% tưới bằng phương pháp phun mưa; ở Đức 79%; ở itsaren 90%; Anh 80%; Hungari 72%
ở Việt Nam hiện nay đang được áp dụng rất phổ biến phương pháp tưới phun mưa cho các vùng chuyên canh rau ở Hà Nội, Hải Phòng, Đà lạt… các vùng trồng cây công nghiệp như Cà phê, chè, cao su… ở Tây Nguyên, Lâm
Đồng… đã mang lại hiệu quả kinh tế đáng khích lệ
1.2.5 Tưới nhỏ giọt
Tưới nhỏ giọt là một phương pháp mới đang được ứng dụng nhiều ở Itsaren, Mỹ, úc và một số nước khác có khí hậu khô cằn, nguồn nước ít, dùng
để tưới cho các loại cây ăn quả, rau…
Nguyên tắc của tưới nhỏ giọt là dùng một hệ thống ống dẫn bằng cao su hoặc chất dẻo có đường kính từ 1,5 – 2cm, để dẫn nước từ đường ống có áp,
do trạm bơm cung cấp chạy dọc theo các hàng cây ở các gốc cây có lắp các vòi có thể điều chỉnh được lượng nước chảy ra Nước do cấu tạo của vòi sẽ nhỏ giọt xuống gốc cây làm ẩm đất
ưu điểm của phương pháp này là tiết kiểm được nhiều nước tưới so với tưới rãnh và tưới phun mưa vì ít tiêu hao lượng nước do bốc hơi và thấm xuống sâu
Hiệu suất sử dụng nước tưới được tăng lên và đảm bảo đúng chế độ
Trang 5nước của đất theo nhu cầu của từng cây trồng
Phạm vi tưới nước trên mặt đất nhỏ nên trên mặt đất phần lớn vẫn giữ
được khô, các loại cỏ dại không đủ độ ẩm để phát triển và vẫn giữ được thoáng khí
1.2.6 Tưới ngầm
Phương pháp tưới này được nghiên cứu ứng dụng ở Liên Xô cũ từ năm
1935 Nguyên tắc là dùng hệ thống đường ống đẫn nước trong đất và nước sẽ thấm làm ẩm đất
ưu điểm của phương pháp này là đảm bảo độ ẩm cần thiết trong suốt thời gian sinh trưởng của cây trồng, làm tăng năng suất cây trồng so với các phương pháp tưới khác
Lớp đất trên mặt vẫn giữ được khô hoặc ẩm ít do đó giữ được thoáng làm cho vi sinh vật hoạt động tốt, làm tăng độ phì của đất
Cho phép dụng phân hóa học hòa lẫn với nước tưới, trực tiếp bón vào hệ thống rễ cây trồng, làm tăng thêm hiệu quả của phân bón
đồng ruộng, thuận tiện cho việc tự động hóa việc tưới nước và tăng năng suất lao động tưới
Tuy nhiên, việc mở rộng tưới ngầm trong sản xuất còn hạn chế, chưa phát triển rộng rãi vì xây dựng hệ thống tưới phức tạp, giá thành đầu tư trang thiết bị và xây dựng cơ bản cao
1.3 ứng dụng tự động hoá vào thiết kế hệ thống tưới nhỏ giọt
1.3.1 Khái quát về lịch sử phát triển của ngành tự động hoá
Không chỉ ngày nay con người mới phát minh ra các loại máy móc tự
động sản xuất làm việc thay thế con người mà ngay từ khi xã hội còn chưa phát triển, công cụ lao động còn thô sơ con người đã mong muốn điều đó nên ngay từ trước công nguyên các máy tự động cơ học và đồng hồ nước có phao
Trang 6điều chỉnh đã xuất hiện ở Ai cập cổ đại và Hy lạp Bước sang thời kỳ trung cổ albert đã chế tạo ra máy tự động cơ khí thực hiện chức năng của người gác cổng Tuy nhiên các loại máy móc thời kỳ này không có ảnh hưởng gì đến các quá trình sản xuất thời đó
Tự động hoá chỉ thực sự được ứng dụng vào sản xuất khi một thợ cơ khí martop người Nga đã chế tạo thành công máy tiện chép hình để tiện các chi tiết định hình vào năm 1712 và đến năm 1765, pônzulôp người Nga đã chế tạo
được hệ diều chỉnh mức đầu tiên, nó được ứng dụng để giữ cố định mức nước trong nồi hơi không phụ thuộc vào lượng tiêu hao hơi nước
Năm 1784, james watt người Anh đã sử dụng bộ điều tốc ly tâm trong máy hơi nước, dùng để điều chỉnh tốc độ của máy hơi nước Từ đó, tự động hoá đã trở thành một lĩnh vực quan trọng trong quá trình nghiên cứu phát triển sản xuất
Bước sang đầu thế kỷ XIX nhiều công trình có mục đích hoàn thiện các cơ cấu điều chỉnh tự động của máy hơi nước đã được thực hiện Cho đến cuối thế kỷ này đã xuất hiện thêm các cơ cấu điều chỉnh tự động cho tuabin hơi nước
Năm 1873, Spender đã chế tạo được máy tiện tự động có ổ cấp phôi mang các cam
Năm 1880 nhiều hãng trên thế giới như Pittler Luding Lower của Đức, hãng RSK của Anh… đã chế tạo được máy tiện dùng phôi thép thanh
Năm 1887, Đ.G Stôleôp đã chế tạo được phần tử cảm quang đầu tiên, một trong những phần tử hiện đại quan trong nhất trong kỹ thuật tự động hoá Cũng trong thời gian này các cơ sở lý thuyết điều khiển và điều chỉnh tự động bắt đầu được nghiên cứu và phát triển mạnh mẽ
Năm 1876 - 1877, I.A Vưsnhegratxki đã cho đăng tải các công trình "
lý thuyết cơ sở của các cơ cấu điều chỉnh" và "Các cơ cấu điều chỉnh tác động trực tiếp" Các phương pháp đánh giá ổn định và chất lượng của quá trình quá
độ do ông đề xuất vẫn được dùng cho đến ngày nay
Trang 7Các thành tựu đạt được trong lĩnh vực tự động hoá đã cho phép trong những thập kỷ đầu của thế kỷ XX xuất hiện nhiều loại máy tự động hiện đại cũng trong thời gian này sự phát triển mạnh mẽ của các hệ thống truyền tin đã góp phần đẩy mạnh sự phát triển và ứng dụng của tự động hoá vào các quá trình sản xuất
Vào khoảng giữa thế kỷ XX, tự động hoá không chỉ áp dụng trong sản xuất mà còn được đưa vào các cuộc chiến tranh vì mục đích cá nhân, nhiều nước đã áp dụng thành tựu của tự động hoá vào chiến tranh để mưu lợi riêng
do vậy mà tự động hoá càng được họ thúc đẩy phát triển, từ yêu cầu nâng cao
tỉ lệ bắn trúng của pháo phòng không, nguyên lý điều khiển phản hồi đã được
đề xuất đưa kỹ thuật tự động hoá bước sang một trang phát triển mới
Cuối thế kỷ XX, do nhu cầu về lương thực của thế giới mà các nước phát triển đã cho ra đời các máy tự động sản xuất trong nông nghiệp Đầu những năm 80 ở Nga đã xuất hiện các máy sấy để bảo quản nông sản, ở Nhật cho ra đời các máy tự động nuôi cá…
Trong những năm gần đây, các nước có nền công nghiệp phát triển tiến hành rông rãi tự động hoá trong sản xuất loại nhỏ Điều này phản ánh xu thế chung của nền kinh tế thế giới từ sản xuất loại lớn và hàng khối sang sản xuất loại nhỏ và hàng khối thay đổi Nhờ các thành tựu to lớn của công nghệ thông tin và các lĩnh vực khoa học khác, ngành công nghiệp gia công cơ của thế giới trong những năm cuối cua thế kỷ XX đã có sự thay đổi sâu sắc Sự xuất hiện của một loạt các công nghệ mũi nhọn như kỹ thuật linh hoạt( Agile Engineening) hệ điều hành sản xuất qua màn hình( Visual Manufacturing System) kỹ thuật tạo mẫu nhanh ( Rapid Prototyping) công nghệ Nanô đã cho phép tự động hoá toàn phần không chỉ trong sản xuất hàng khối mà còn trong san xuất loại nhỏ và đơn chiếc Chính sự thay đổi nhanh của sản xuất đã liên kết chặt chẽ công nghệ thông tin với công nghệ chế tạo máy, làm xuất hiện một loạt các thiết bị và hệ thống tự động hoá hoàn toàn mới như các loại máy
Trang 8móc điều khiển số, các trung tâm gia công, các hệ tống điều khiển theo chương trình lôgic PLC ( Programmable Logic Control), các hệ thống sản xuất linh hoạt FMS( Flexble Manufacturing Systems), các hệ thống sản xuất tích hợp CIM( Computer Integadted Manufacturing) cho phép chuyển đổi nhanh sản phẩm gia công với thời gian chuẩn bị sản xuất ít, rút ngắn chu kỳ sản phẩm, đáp ứng tốt tính thay đổi nhanh cua sản phẩm hiện đại
Về mặt kỹ thuật, lý thuyết điều khiển tự động hoá phát triển qua 3 giai đoạn:
thuyết điều khiển tự đông được hình thành Khi đó các phương pháp khảo sát
hệ “một đầu vào, một đầu ra – Siso” như: Hàm truyền và biểu đồ Bode để khảo sát đáp ứng tần số và ổn định; biểu đồ Nyquist và dự trữ độ lợi/pha để phân tích tính ổn định của hệ kín Vào cuối những năm 1940 và đầu những năm 1950 phương pháp đồ thị thực nghiệm của Evans đã được hoàn thiện Giai đoạn này được coi là “điều khiển cổ điển”
Giai đoạn 2: Xung quanh những năm 1960, là giai đoạn phát triển của kỹ
thuật điều khiển được gọi là “điều khiển hiện đại” (Modern control) Hệ kỹ thuật ngày càng trở lên phức tạp, có “nhiều đầu vào,nhiều đầu ra-MIMO” Để mô hình hoá thuộc dạng này phải cần đến một tập các phương trình mô tả mối liên quan giữa các trạng thái của hệ Và phương pháp điều khiển bằng biến trạng thái được hình thành Cũng trong thời gian này, lý thuyết điều khiển tối ưu có những bước phát triển lớn dựa trên nền tảng nguyên lý cực đại của POLTRYAGIN và lập trình động lực học của Bellman Đồng thời, học thuyết Kalman được hoàn thiện
và nhanh chóng trở thành công cụ chuẩn, được sử dụng trong nhiều lĩnh vực để
ước lượng trang thái bên trong của hệ từ tập nhỏ tín hiệu đó được
năm 1980 ứng dụng những thành tựu của toàn học, các nghiên cứu về điều khiển đã đưa ra được các phương pháp thiết kế bộ điều khiển để một hệ kỹ thuật vẫn đảm bảo được kỹ năng sử dụng khi có tác động của nhiễu và sai số
Trang 9Trong hai thập kỷ cuối, nhiều nhánh mới về điều khiển cũng đã hình thành, đó là: Thích nghi, phi tuyến, hôn hợp, mờ, neural
1.3.2 Vai trò của Công nghệ thông tin trong tự động hoá
mặc dù các nguyên lý và máy móc điều khiển tự động xuất hiện trước máy tính điện tử rất lâu nhưng sự ra đời của máy tính điện tử nhất là sự phát triển của kỹ thuật vi xử lý đã đưa tự động hoá công nghiệp đến việc áp dụng tự
động hoá trong mọi mặt của xã hội loài người
Công nghệ thông tin hiểu nôm na là công nghệ phần cứng và công nghệ phần mềm của máy tính và mạng máy tính điện tử
Các hệ thống tự động hoá đã được chế tạo trên nhiều công nghệ khác nhau Ta có thể thấy các thiết bị máy móc tự động bằng các cam chốt cơ khí, các hệ thống tự động hoạt động bằng nguyên lý khí nén, thuỷ lực, rơle cơ
điện, mạch điện tử tương tự, mạch điện tử số…
Các thiết bị hệ thống này có chức năng xử lý và mức tự động thấp so với các hệ thống tự động hiện đại được xây dưng trên nền tảng của công nghệ thông tin
Trong khi các hệ thống tin học sử dụng máy tính để hỗ trợ và tự động hoá quá trình quản lý, thì các hệ thống điều khiển tự động dùng máy tính để
điều khiển và tự động hoá quá trình công nghệ Chính vì vậy các thành tựu của công nghệ phần cứng và công nghệ phần mềm của máy tính điện tử được áp dụng và phát triển có chọn lọc và hiệu quả cho các hệ thống điều khiển tự
động Và sự phát triển như vũ bão của công nghệ thông tin kéo theo sự phát triển không ngừng của lĩnh vực tự động hoá
Ta có thể thấy quá trình công nghệ thông tin thâm nhập vào từng phần
tử, thiết bị thuộc lĩnh vực tự động hoá như đầu đo, cơ cấu chấp hành, thiết bị giao diện với người vận hành thậm chí vào cả các rơle, contacto, nút bấm mà trước kia hoàn toàn làm bằng cơ khí
Trước kia đầu đo gồm phần tử biến đổi từ thâm số đo sang tín hiệu điện,
Trang 10tín hiệu đo về trung tâm xử lý Hiện nay đầu đo đã tích hợp cả chip vi xử lý, biến đổi adc, bộ truyền dữ liệu số với phần mền đo đạc, lọc số, tính toán va truyền kết quả trên mạng số về thẳng máy tính trung tâm Như vậy đầu đo đã
được số hoá và ngày càng thông minh do các chức năng xử lý từ máy tính trung tâm trước kia nay đã chuyển xuống xử lý tại chỗ bằng chương trình nhúng trong đầu đo
Tương tự như vậy với cơ cấu chấp hành như mô-tơ đã được chế tạo gắn kết hữu cơ với cả bộ servo với các thuật toán điều chỉnh pid tại chỗ và khả năng nối mạng số tới máy tính chủ
Các tủ rơle điều khiển chiếm diện tích lớn trong các phòng điều khiển nay được co gọn trong các PLC (programable logic Controller)
Các bàn điều khiển với hàng loại các đồng hồ chỉ báo, các phím, các núm điều khiển, các bộ tự ghi trên giấy cồng kềnh nay được thay thế bằng một vài PC ( Personal Computer )
Hệ thống cáp truyền tín hiệu analog 4-20mA, 10V từ các đầu đo, cơ cấu chấp hành về trung tâm điều khiển nhằng nhịt trước đây đã được thay thế bằng vài cáp đồng trục hoặc cáp quang truyền dữ liệu số
Có thể nói công nghệ thông tin đã "chiếm phần ngày càng nhiều'' vào các phần tử, hệ thống tự động hoá
đồ thị dưới đây cho ta thấy chức năng xử lý ở các hệ thống tự động hoá trong
70 năm qua phát triển như nào