tự động hóa quá trình công nghệthiết kế hệ thống sản xuất rau sạchDHCNHNk8

Nếu như trước kiangười ta chỉ thực hiện được tự động hoá từng máyriêng rẽthì ngày nay người ta thực hiện tự động hóa cả quá trình công nghệ và caohơn nữa tự động hoá cả quá trình sản xuấ

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA ĐIỆN -

HÀ NỘI 2016

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU

Nửa cuối của thế kỷ 20 nhân loại chứng kiến sự phát triển mạnh mẽ của khoa học

kỹ thuật.Thừa hưởng những thành tựu to lớn của công nghệ điện tử, công nghệmáy tính và công nghệ thông tin, công nghệ tự động hoá đã có bước phát triểnnhảy vọt Nếu như trước kiangười ta chỉ thực hiện được tự động hoá từng máyriêng rẽthì ngày nay người ta thực hiện tự động hóa cả quá trình công nghệ và caohơn nữa tự động hoá cả quá trình sản xuất, đồng thời trình độ tự động hoá đã có sựthay đổi về chất Trong hệ thống điều khiển tự động hoá quá trình công nghệ(ĐKTĐHQTCN) con người là một khâu quan trọng của hệ thống, giữa người vàquá trình công nghệ luôn luôn có sự trao đổi thông tin với nhau Hệ thốngĐKTĐHQTCN đã đem lại hiệu quả to lớn : nâng cao chất lượng sản phẩm, năngsuất lao động và hạ giá thành sản phẩm Vì vậy, ngày nay hệ thốngĐKTĐHQTCN ngày càng được ứng dụng rộng rãi vào hầu hết các lĩnh vực kinh tếquốc dân

Sau một thời gian học tập và tìm hiểu các tài liệu về môn ” Tự động hóa quá trìnhcông nghệ”, với sự giảng dạy, hướng dẫn nhiệt tình của giáo viên hướng dẫn, thầy

giáo Phạm Văn Cường, nhóm chúng em đã hoàn thành xong đề tài:”Hệ thống tự

động hóa sản suất rau sạch” Do kiến thức và trình độ năng lực hạn hẹp, nên việc

thực hiện đề tài này không thể tránh được nhiều thiếu sót, kính mong nhận được sựgóp ý của thầy giáo

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

3

2 Phân loại

Dựa vào đặc điểm, chức năng và những quá trình công nghệ tự động trong từngkhâu của hệ thống ,các hệ thống điều khiển có thể được cấu trúc phân cấp theotháp hình nón và phân ra làm 4 cấp như hình sau:

Hình 1.2:Phân loại các cấp của hệ thống điều khiển tự động

-Cấp 0: là cấp tiếp xúc giữahệ điều khiển và quá trình công nghệ Ở đây có các

cảm biến, các thiết bị đo dùng để thu nhận các tin tức từ QTCN Ở cấp này còn có

các cơ cấu chấp hành như: rơ le, contactor, khởi động từ, động cơ, van, …dùng đểnhận thông tin điều khiển và chấp hành các lệnh điều khiển.

-Cấp 1:là cấp điều khiển cục bộ Ở đây thực hiện việc điều khiển từng máy, từng

bộ phận của QTCN Các hệ thống điều khiển tự động (ĐKTĐ) nhận thông tin củaQTCN ở cấp 0 và thực hiện các thao tác tự động theo chương trình của con người

đã cài đặt sẵn.Một số thông tin về QTCN và kết qủa của việc điều khiển sẽ đượcchuyển lên cấp 2 Ở cấp 1 này thường đặt các bộ điều khiển PID, biến tần, cáccontrollers, PLC… được dùng để chỉnh theo quy trình đặt ra

-Cấp 2:là cấp điều khiển tự động hóa quá trình công nghệ Máy tính thu nhận các

thông tin về QTCN (từ cấp 1 đưa lên) xử lý các thông tin đó và trao đổi thông tinvới người điều khiển Thông qua máy tính, người điều khiển có thể can thiệp vàoQTCN, như vậy hệ điều khiển ở đây thuộc hệ người –máy.(VD:sử dụng hệ điềukhiển và giám sát SCADA có chức năng vừa điều khiển vừa giám sát các thông sốcủa quá trình hoạt động của trạm điện, nhà máy nước, giấy, bia, xử lý nước thải,cấp nước sạch )

-Cấp 3:là cấp điều khiển tự động hoá quá trình sản xuất- ĐK TĐHQTSX.Ở

cấpnày,các trung tâm máy xử lý một khối lượng thông tin lớn (như tình hình cungứng vật tư, nguyên liệu, tài chính, lực lượng lao động, tình hình cung cầu trên thịtrường và đưa ra những giải pháp tối ưu để người điều khiển lựa chọn Người điềukhiển có thể ra các lệnh để can thiệp sâu vào quá trình sản xuất thậm chí thay đổimục tiêu của sản xuất Cũng như hệ ĐKTĐHQTCN (ở cấp 2) hệ thống ĐK TĐHQTSX là một hệ người –máy nhưng ở cấp cao hơn, phạm vi điều khiển rộng hơn

3 Vai trò, ý nghĩa của TĐHQTCN

Hệ thống TĐHQTCN điều khiển một quá trình công nghệ nhất định nhằm điều khiển tối ưu các thông số kĩ thuật, nên nó có vai trò, ý nghĩa to lớn đối với sản xuất và sự phát triển của nền kinh tế, cụ thể:

 Các hệ thống TĐHQTCN giúp giảm sức lao động con người tham gia trực tiếp,hạn chế số người tham gia sản xuất sản phẩm, đặc biệt là là những khâu vất vả,nguy hiểm

5

 TĐHQTCN cho phép đáp ứng cường độ lao động cao trong nền sản xuất hiệnđại, làm cho sản phẩm giảm giá thành ,nâng cao chất lượng, tăng khả năng cạnhtranh & linh hoạt khi chuyển đổi mục đích sử dụng, tạo ra khả năng thích ứngnhu cầu thị trường của sản phẩm.

 TĐHQTCN cho phép thực hiện chuyên môn hóa và hoán đổi sản xuất, đảm bảo

ổn định năng suất, cải thiện kinh tế nói chung

 Cho phép thực hiện chuyên môn hóa, hoán đổi sản xuất (tính lắp lẫn)

4.Sơ đồ khối của hệ thống

Một hệ thống điều khiển tự động thực hiện quá trình công nghệ nào đó thì các phần

tử cấu tạo nên nó phải phối hợp với nhau chặt chẽ và yêu cầu độ chính xác cao đểlàm được điều này

Mọi hệ thống điều khiển tự động đều gồm các phần cơ bản:

-Bộ điều khiển C (Controller device)

-Đối tượng điều khiển O (Object device ) hay chính là cơ cấu chấp hành.-Thiết bị đo lường (Measuring device)

u(t) tín hiệu vào;

e(t) sai lệch điều khiển;

x(t) tín hiệu điều khiển;

y(t) tín hiệu ra;

z(t) tín hiệu phản hồi

Hình 1.4: Sơ đồ khối của một hệ thống điều khiển tổng quát

Hình 2.4: Biến tần

Cảm biến quang

4.1 Khối cơ cấu chấp hành

- Đối tượng điều khiển: Là các thiết bị tạo ra đại lượng vật lý theo yêu cầu củacông nghệ

-Cơ cấu chấp hành (đối tượng cần điều khiển) là tập hợp những phương tiện kỹthuật như máy móc, thiết bị, khí cụ chịu những tác động nào đó để đạt được mụcđích điều khiển đề ra; cũng có thể hiểu là một bộ phận máy móc, thiết bị có khảnăng thực hiện một công việc nào đó dưới tác động của tín hiệu điều khiển phát ra

từ thiết bị điều khiển

4.2 Khối thiết bị điều khiển

- Thiết bị điều khiển: Là thiết bị gia công tín hiệu điều

khiển để tác động vào đối tượng điều khiển.(VD: biến

tần, PLC…)

- Điều khiển: Là tập hợp tất cả các tác động được thực

hiện lên đối tượng cần điều khiển theo một nguyên tắc,

một quy luật nào đó nhằm thoả mãn các yêu cầu đặt ra

 Khối thiết bị điều khiển có nhiệm vụ thu thập, xử lí

các thông tin từ chương trình và từ các cảm biến để điều khiển cơ cấu chấp hànhthực hiện các tác động để thoả mãn yêu cầu công nghệ

- Một hệ thống không có sự tham gia trực tiếp của con người trong quá trình điềukhiển được gọi là hệ thống điều khiển tự động

4.3 Khối thiết bị đo lường

-Khối thiết bị đo lường là khâu phản hồi có chức năng đo tín

hiệu đầu ra của hệ thống để đưa quay trở lại đầu vào nhằm đo

các tham số hoặc thông số mà ta cần điều khiển, có thể sử

dụng các loại thiết bị đo lường, bao gồm thiết bị đo áp suất,

thiết bị đo nhiệt độ, thiết bị đo lưu lượng, thiết bị đo mức,

thiết bị cân động…

7

Cảm biến tiệm cận

VD: Các cảm biến có nhiệm vụ tiếp nhận các tín hiệu, biến đổi

chúng thành các đại lượng dễ xử lý và chuyển đến cho thiết bị

điều khiển

Sơ đồ của hệ thống cảm biến và hệ thống xử lí thông tin như

hình 2.4

Hìn

h 3.4: Sơ đồhệ thống cảm biến và hệ thống xử lí thông

- Khối này có tác dụng phản hồi, chính là mối liên hệ ngược trích một phần năng

lượng ở đầu ra quay lại khống chế đầu vào Bao gồm các loại phản hồi là: phản hồi

âm,phản hồi dương, phản hồi cứng, phản hồi mềm.

5.Các yêu cầu kĩ thuật của hệ thống tự động hóa quá trình công nghệ

Tự động hoá quá trình công nghệ là hệ thống điều khiển tự động sản xuất trongcác xí nghiệp, sử dụng các thiết bị tự động để xử lý thông tin, giải quyết các nhiệm

vụ điều khiển hoạt động kinh tế, sản xuất của xí nghiệp Chính vì vậy, khi thiết kế ,chúng ta cần phải quan tâm đến những vấn đề về các chỉ tiêu chất lượng và hiệuquả kinh tế mà hệ thống đem lại

5.1Các chỉ tiêu về chất lượng

- Đáp ứng đầy đủ những yêu cầu công nghệ đặt ra

- Có độ an toàn và chính xác cao

Động cơ điện Xi lanh

- Dễ vận hành,bảo dưỡng

- Hạn chế tối đa ảnh hưởng gây ô nhiễm môi trường

5.2Các chỉ tiêu về hiệu quả kinh tế

- Nâng cao hiệu quả sản xuất,chất lượng sản phẩm,từ đó tăng doanh thu

- Giảm chi phí sản xuất, hạ giá thành sản phẩm

- Giảm chi phí nhân công

5.3 Một số giải pháp nâng cao hiệu quả kinh tế

Vai trò của công nghệ tự động hóa trong nền kinh tế quốc dân và sự phát triển của

xã hội là cực kỳ to lớn Nó góp phần nâng cao chất lượng cuộc sống con ngườingày càng văn minh hiện đại Cần thiết phải có những giải pháp nâng cao hiệu quảkinh tế để công nghiệp tự động hóa phát triển bền vững, lâu dài:

- Mỗi dự án phải được xây dựng định mức kinh tế đầy đủ chi tiết, dự toán cụ thểcho từng bộ phận, từng loại máy, đến cả dây chuyền công nghệ, để đảm bảo tínhkhả thi khi đưa vào thiết kế, thực hiện và vận hành

- Áp dụng tiến bộ khoa học kỹ thuật mới vào sản xuất, tạo ra được những sản

phẩm có chất lượng cao và có sức cạnh tranh trên thị trường

- Cần xây dựng đội ngũ nghiên cứu phát triển tài năng, có các sáng tạo, phát minhmới, luôn luôn cải tiến, tìm tòi và cập nhật các công nghệ,kỹ thuật mới vào sảnxuất

- Luôn kiểm tra,bảo dưỡng dây chuyền,thiết bị đúng thời hạn,tránh những hỏnghóc,lỗi gây thiệt hại về người và tài sản

II GHÉP NỐI THIẾT BỊ HỆ THỐNG TĐHQTCN

1, Ghép nối các thiết bị chấp hành:

Trong các hệ thống dây truyền sản xuất hiện nay, khối thiết bị chấp hành gồm có:động cơ điện, xi lanh, trục chính, mỏ hàn, quạt gió…

9

1.2 Phương pháp trồng rau sạch

Sản xuất rau sạch bằng phương pháp không dung đất

1.3 Ảnh hưởng điều kiện ngoại cảnh đến sản xuất rau sạch

Đó là ảnh hưởng của các đại lượng vật lý như nhiệt độ, cường độ ánh sang, độ ẩm,hàm lượng chất dinh dưỡng, độ pH, lưu lượng gió và ảnh hưởng của những tácnhân có hại

1.4 Các công trình liên quan

1.4.1 Tình hình nghiên cứu trong nước

Nghiên cứu về RAT đã được nhiều cơ quan, tổ chức phối hợp thực hiện Bộ NN &PTNT là cơ quan quản lý điều hành mọi hoạt động liên quan đến hoạt động sảnxuất trồng trọt của cả nước, trong đó việc ban hành quy định tạm thời về sản xuấtRAT là một bước đi thể hiện sự quan tâm của các cấp các ngành đối với việc canhtác và sản xuất rau an toàn.Viện nghiên cứu rau quả Việt Nam là trung tâm tiếnhành nghiên cứu nhiều đề tài, dự án về rau quả nói chung và RAT nói riêng trênđịa bàn cả nước Các công trình nghiên cứu của Viện tập trung vào các đối tượngrau quả truyền thống như cà chua, khoai tây, thanh long bên cạnh việc nghiên cứu

và thí điểm tính thích ứng với các điều kiện của từng địa phương khác nhau củamột số giống rau, quả nhập nội, lai tạo Viện chiến lược và chính sách phát triểnnông thôn Việt Nam năm 2008 tiến hành điều tra, đánh giá năng lực sản xuất kinhdoanh rau an toàn tại Bảo Lộc, Lâm Đồng nhằm nghiên cứu và tìm ra thị trườngxuất khẩu cho cây rau nơi đây Đây được coi sẽ là những tư liệu quý giá cho cácnhà quản lý, các nhà hoạch định chính sách trong việc đưa sản xuất rau an toàn trởthành lĩnh vực sản xuất nông nghiệp có giá trị

1.4.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước

Trên thế giới hiện nay, hầu hết các nước có nền nông nghiệp tiên tiến và chuyênhoá cao đều đạt chuẩn mực về sản xuất rau an toàn Nhật Bản, Mỹ, các nước EU lànhững thị trường rất khắt khe trong vấn đề vệ sinh an toàn thực phẩm Cũng chínhbởi lẽ đó mà diện tích rau của các nước này tuy không quá lớn nhưng chất lượngluôn đảm bảo Phần lớn các quốc gia trên thế giới hiện nay đều thực hiện quy trìnhsản xuất rau an toàn theo tiêu chuẩn GAP, với trình độ kỹ thuật cao, các nước nhưNhật Bản, Trung Quốc, Mỹ, Đức, Hà Lan trồng rau hoàn toàn trong nhà lưới, nhàkính, không bón phân hữu cơ và cơ khí hoá, tự động hoá từ khâu gieo mầm chođến khi thu hoạch Châu Á là một trong những châu lục đi đầu trong công tácnghiên cứu và phát triển rau quả Viện nghiên cứu rau châu Á (AVRDC) đã thựchiện đúng chức năng, nhiệm vụ và sứ mệnh của mình trong việc nghiên cứu, pháttriển và mở rộng về diện tích, chất lượng các chủng loại rau cho các quốc gia trongchâu lục Hàng nghìn công trình nghiên cứu của các nhà khoa học trên khắp châu

11

Á đã làm phong phú thêm kho tàng tri thức về nghiên cứu rau quả trên thế giới.Đặcbiệt, với các quốc gia đang phát triển, AVRDC chú trọng nghiên cứu nhằm tìm racác giải pháp về thị trường, về sản xuất gắn với bảo vệ môi trường và phát triểnnông nghiệp bền vững.

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU VÀ PHÂN TÍCH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ TRỒNG RAU SẠCH KHÔNG DÙNG ĐẤT2.1 Đề xuất bài toán về quy trình công nghệ trồng rau sạch không dùng đất với module 200m 2

2.1.1 Mô hình nhà trồng rau sạch với module 200m 2

Sản xuất ở Việt Nam là sản xuất nhỏ, do hệ thống bảo vệ và tiêu thụ rau sạch sauthu hoạch chưa phát triển do vậy mô đun nhà lưới 200 m2 là hợp lý về mặt sảnxuất, chi phí ban đầu Mô đun này cũng được nhiều nước trên thế giới sử dụng vì

nó có mang lại hiệu quả kinh tế cao

Quy trình sản xuất rau sạch không dùng đất:Để thực hiện được quy trình sản xuất

rau sạch kiểu công nghệ trồng rau không dùng đất ở nước ta hiện nay phải kết hợpgiữa công nghệ trồng rau và thiết bị phục vụ cho công nghệ Đối với thiết bị phục

vụ cho công nghệ được chia thành ba loại: Nhà trồng, thiết bị chăm sóc và thiết bịđiều khiển, cụ thể trình bày hình 2.1

Hình 2.1 Quy trình sản xuất rau sạch không dùng đất

Sơ đồ mô hình nhà trồng:Nhà trồng được thiết kế bằng thép hoặc bằng tre, gỗ, nhà

có thể phủ bằng Polyethylen hoặc bằng hợp chất cacbonát để chống mưa, bão,tránh dập nát rau, chống tia cực tím Phía trên mái có hệ thống mái cắt nắng đượcthiết kế bởi động cơ điện có thể cuốn mái và đảo chiều quay để thả mái tuỳ thuộcvào chế độ đặt cường độ ánh sáng được nhận từ cảm biến đo được trình bày

hình 2.2

13

Hình 2.2 Mô hình nhà lưới có mái che trồng rau không dùng đất

Hệ thống luống trồng rau: Với diện tích nhà trồng rau 200 m2(8 x 25m) đượcchia thành 5 luống, mỗi luống chia thành 45 gốc có thể trồng được 90 cây rau

Hình 2.3.Sơ đồ tổng thể hệ thống luống trồng rau trong nhà lưới

Hệ thống phun sương:Hệ thống phun sương được thiết kế bởi các đường ống

kim loại nhỏ phía đầu phun sương được treo lên phía trên nhà trồng hình 2.4

Hình 2.4: Sơ đồ bố trí hệ thống phun sương

Hệ thống quạt thông gió:giúp cho không khí trong nhà trồng lưu thông được với

không khí ở phía ngoài nhà trồng Hệ thống này thường được lắp ở phía trên so với

sự phát triển của cây rau hình 2.2theo chiều dọc của nhà trồng

Hệ thống cuốn mái và thả mái: được thiết kế bởi hệ thống mái cắt nắng và dùng

động cơ điện có thể cuốn mái hoặc thả mái tự động Hệ thống này dùng động cơđiện có thể đổi chiều quay của động cơ

Hệ thống trộn dung dịch:Hệ thống trộn dung dịch là khâu quan trọng trong việc

cung cấp dung dịch dinh dưỡng cho cây trồng nhằm đảm bảo độ chính xác về khốilượng và nồng độ chất dinh dưỡng

Hệ thống tưới nhỏ giọt:là hệ thống cung cấp dung dịch dinh dưỡng cho cây rau

theo từng thời kỳ sinh trưởng dưới dạng giọt nước Vì vậy việc thiết kế hệ thốngtưới nhỏ giọt là khâu quan trọng cho công nghệ trồng rau sạch bằng phương phápkhông dùng đất

2.1.2 Yêu cầu thiết kế hệ thống

Về hệ thống tưới nhỏ giọt: là phải đảm bảo lượng nước và chất dinh dưỡng cho cây

rau theo từng giai đoạn phát triển Vì vậy, chúng ta cần xác định lượng nước cầntưới cho cây rau.Khi xác định được lượng nước và dinh dưỡng cần tưới, chúng tatiến hành chia khoảng thời gian tưới mỗi lần và thời gian nghỉ từng lần

Về hệ thống cung cấp dung dịch dinh dưỡng:là phải đảm bảo lượng nước và các

chất dinh dưỡng cung cấp cho cây rau theo quy trình công nghệ trồng rau Hệthống cung cấp dung dịch dinh dưỡng được thiết kế bởi hệ thống tưới nhỏ giọt, vìvậy phải đảm bảo sự đồng đều khi tưới cho các gốc

Về hệ thống điều khiển nhiệt độ và cường độ ánh sáng:Căn cứ vào quy trình công

nghệ trồng rau để đưa ra chế độ đặt nhiệt độ trong nhà trồng và cường độ ánh sáng

từ đó điều khiển hệ thống phun sương hay quạt thông gió và thả mái hay cuốn mái(các giá trị đặt có thể thay đổi trong chương trình)

15