Đang tải... (xem toàn văn)
TRƯỜNG CAO ĐẲNG KINH TẾ - KỸ THUẬT VĨNH PHÚC
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ***
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPCHUYÊN NGÀNH: CNKT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA
Lớp : CĐLT CNKT Điều Khiển và Tự Động Hóa K5BKhóa: 2021-2023
2 Nguyễn Quốc Khánh 3 Hoàng Đức Minh 4 Nguyễn Việt Hoàn 5 Phan Văn Mạnh
Trang 2KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
Trang 3Lời mở đầu
Thế kỷ 21 mở ra một thời đại mới, thời đại khoa học công nghệ đòi hỏi conngười luôn luôn không ngừng tìm tòi học tập để tiến bộ Thiết bị công nghệ luônđược đổi mới tiên tiến hiện đại để góp phần nâng cao chất lượng cũng như các máymóc, thiết bị hoạt động có hiệu quả,an toàn ổn định Ngày nay các bộ vi điều khiểnđang có ứng dụng ngày càng rộng rãi trong các lĩnh vực kỹ thuật và đời sống xã hội,đặc biệt là trong ngành kỹ thuật tự động hóa và điều khiển từ xa.
Trong hoạt động sản xuất nông nghiệp hiện nay, việc tự động hóa khâu sản xuấtlà rất quan trọng Nhiều năm trở lại đây, có rất nhiều ứng dụng của vi điều khiển vàohoạt động chăn nuôi, … Một trong những yếu tố của ngành nông nghiệp là chăn nuôigia cầm với một khâu quan trọng là ổn định trong khâu sản xuất con giống , mà cụthể là việc ấp nở con giống từ trứng gia cầm và đặc biệt là việc ổn định nhiệt độ lò ấptrứng Vì thế chúng em đã lựa chọn đề tài “Thiết kế mô hình điều khiển nhiệt độtrong lò ấp trứng”.
Em xin chân thành cảm ơn giáo viên hướng dẫn ThS Nguyễn Thị Hương đã tậntình hướng dẫn, chỉ bảo, và tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp em hoàn thành đề tàinghiên cứu này với kết quả tốt nhất.
1
Trang 4Nhóm em xin chân thành cảm ơn!
2
Trang 52.1.1 Lựa chọn động cơ quay chậm 11
2.1.2 Lựa chọn bảng điều khiển 12
2.1.3 Lựa chọn thiết bị cảm biến nhiệt độ 12
2.1.4 Hệ thống tạo độ ẩm 14
2.1.5 Lựa chọn thiết bị sinh nhiệt 15
2.1.6 Lựa chọn thiết bị quạt gió 16
2.1.7 Giá và khay đảo trứng 17
CHƯƠNG III: CHẾ TẠO VÀ ĐÁNH GIÁ THỰC NGHIỆM 20
3.1 Chế tạo mô hình 20
3.2 Hệ thống điều khiển nhiệt độ 21
3.3 Đánh giá thực nghiệm 21
3.3.Dự toán thiết bị, vật tư 22
Chương IV: Kết luận 23
4.1.Những nội dung mà đồ án đã thực hiện 23
4.2.Kiến Nghị 23
TÀI LIỆU THAM KHẢO 24
3
Trang 6DANH MỤC HÌNH ẢN
Hình 1:phương pháp ấp trứng thủ công 7
Hình 2: Lò ấp trứng gà công nghiệp 8
Hình 3: Động cơ quay chậm trong hệ thống lò ấp 11
Hình 4: Bộ hiển thị điều khiển 12
Hình 5: Thiết bị cảm biến nhiệt độ 13
Hình 6: Hệ thống tạo độ ẩm 15
Hình 7: Dây Carbon sinh nhiệt 16
Hình 8: Thiết bị quạt gió trong buồng ấp trứng 17
Hình 9: Thiết bị khay đảo trứng 18
Hình 10:Thiết bị cảm biến độ ẩm 19Hình 11: Lò ấp trứng hoàn thiện
4
Trang 7Chương I: Tổng quan
1 Lý do chọn đề tài
- Công nghiệp hiện đại hóa ngày càng phát triển, việc sử dụng máy mócthay cho sức lao động con người giúp cho công việc năng suất và đạt hiệuquả cao
- Do đó, đề tài “Thiết kế mô hình điều khiển nhiệt độ trong lò ấp” trứng giúpcho doanh nghiệp sản xuất với năng suất cao, giảm thiểu được thời gian,công sức, tỉ lệ trứng nở đều, gà con nở ra sức khỏe, sức đề kháng tốt, khôngbị ảnh hưởng bởi điều kiện thời tiết bên ngoài
1.1.Tình hình phát triển chăn nuôi gia cầm
Theo “Tạp chí chăn nuôi Việt Nam” tình hình chăn nuôi gia cầm của cảnước gặp nhiều khó khăn về giá cả thị trường, giá thành thức ăn chăn nuôi, tuynhiên để đáp ứng được nhu cầu của người dân, tỉ lệ chăn nuôi gia cầm của cảnước không giảm
Vào thời điểm 31/12/2021, đàn gia cầm khoảng 523,6 triệu con, trong đóđàn gà trên 420 triệu con (chiếm 80,0%), đàn thủy cầm trên 103 triệu con (chiếm20,0%) Tổng sản lượng thịt gia cầm đạt 1,92 triệu tấn, trong đó thịt gà chiếm76,03%, thịt thủy cầm chiếm 23,97% Tổng sản lượng trứng gia cầm đạt gần 17,6tỷ quả, trong đó trứng gà chiếm 61,75%, trứng thủy cầm chiếm 38,25%.
Thời điểm tháng 11/2022, tổng đàn gia cầm cả nước khoảng 533 triệu con[2].Sản lượng thịt gia cầm hơi xuất chuồng 11 tháng đầu năm 2022 ước đạt 1,7 triệu tấn;sản lượng trứng gia cầm đạt gần 16,4 tỷ quả Dự kiến cả năm 2022, sản lượng thịtgia cầm hơi xuất chuồng ước đạt 2,0 triệu tấn, tăng 4,2 % so với năm 2021; sảnlượng trứng ước đạt 18,4 tỷ quả tăng 4,6% so với năm 2021.
Do nhu cầu tiêu thu tăng nên ngành chăn nuôi gia cầm vẫn phát triển mạnh mẽ Do đó, việc cải tiến, nâng cao chất lượng chăn nuôi là một phần không thể thiếu để giúp cho ngành chăn nuôi phát triển mạnh.
1.2.Tổng quan về công nghệ lò ấp trứng
Dựa trên các yếu tố của việc ấp trứng tự nhiên do gia cầm thực hiện Lò ấptrứng đưa ra các giải pháp kỹ thuật tương tự.Với các ưu thế hơn hẳn về sản lượngấp trứng cho một mẻ trứng Trong đề tài này, nhóm thực hiện xin giới thiệu về cấutrúc tổng quát của lò ấp trứng được nhóm tổng kết sau quá trình tham quan thực tếvà tham khảo tài liệu
5
Trang 8Các loại trứng gia cầm khác nhau có yêu cầu khác nhau về nhiệt độ, độ ẩmvà thời gian ấp nở Về cơ bản, lò ấp trứng tự động hóa gồm bốn khâu: nhiệt độ, đảotrứng, độ ẩm và thông gió Các thông số kỹ thuật đều được điều chỉnh bằng mạchbán dẫn và vi điện tử Để có giống khỏe mạnh, tỷ lệ nở cao, máy phải giải quyếtđược triệt để bốn khâu trên
Nhiệt độ đóng vai trò quan trọng nhất, quả trứng ấp không đủ nhiệt thì phôisẽ không phát triển Để giữ nhiệt, các vỏ máy được thiết kế dày và có chức năngcách nhiệt tốt, góp phần lưu nhiệt khi trường hợp mất điện Trong máy có các hệthống dây điện trở, có chức năng sinh nhiệt, mỗi dây có công suất tùy thuộc vàothể tích của lồng ấp Để đóng, ngắt mạch điện và dây điện trở sinh nhiệt, có thể sửdụng rơle điện tử không tiếp điểm, dùng tri-ắc công suất lớn, bộ đóng ngắt hoạtđộng với độ tin cậy cao
Đảo trứng cũng đóng vai trò quan trọng trong việc giúp trứng nở Thôngthường trứng được đảo vài giờ một lần, mỗi lần kéo dài khoảng 10 phút Việc đảotrứng thực hiện chậm vì tránh hiện tượng va đập làm hư trứng Dàn đảo sẽ đảo vớimột góc không quá 60 C hoặc thấp hơn tùy vào thiết kế của giá để trứng ⁰
Một quả trứng bình thường chứa 6.5% - 6.6% lượng nước Trong quá trìnhtiếp nhiệt độ để phát triển thành gà con, lượng nước sẽ bị bay hơi dần Lò ấp trứngphải có hệ thống cung cấp độ ẩm tự động và điều chỉnh được tùy ý Thông thườnglò ấp trứng có hệ thống tạo độ ẩm bằng khay nước để giữ cho độ ẩm không thayđổi tùy thuộc vào từng giai đoạn của trứng
Thông gió là phần không thể thiếu trong quá trình ấp trứng Các quạt thônggió phải gắn với cửa chớp mở tự động mỗi khi quạt hoạt động Việc gắn với cửachớp là để đảm bảo với việc cách ly với môi trường bên ngoài, đảm bảo việc giữnhiệt Việc thông gió có thể kết hợp với việc giảm nhiệt cho lò ấp
1.3 Phân loại lò ấp trứng1.3.1 Lò ấp trứng thủ công
Thực chất của việc sắp xếp các kệ trứng xen kẽ giữa các bóng đèn trong mộtkhông gian rộng Phương pháp ấp trứng gia cầm mà việc điều chỉnh chế độ nhiệtđộ, độ ẩm qua các giai đoạn ấp hoàn toàn nhờ vào kinh nghiệm của bản thân chủtrang trại
a Ưu điểm của phương pháp ấp trứng thủ công
Lò ấp được làm từ những nguyên liệu thô sơ: Bồ đan bằng tre, nứa, thóc,trấu….Là những thứ rẻ tiền sẵn có ở bất cứ vùng nào
Nhà xưởng để lắp đặt đơn giản, có thể tận dụng không gian nhà bếp,kho
6
Trang 9Quy mô ấp trứng từ ít đến nhiều, không phụ thuộc vào quy mô thiết bị.Trứng có thể được cho luôn vào ấp, không cần bảo quản lâu ngày
Hình 1:phương pháp ấp trứng thủ công
b Nhược điểm
- Thực hiện hoàn toàn 100% thủ công
- Khả năng trứng nở phụ thuộc vào kinh nghiệm người làm việc, do vậy hiệuquả kinh tế không cao
- Sử dụng nhiều nhân công khi ấp trứng
1.3.2 Lò ấp trứng công nghiệp
Đây là hệ thống hoàn toàn tự động Tất cả các thông số được nhập vào mộtlần và sẽ được xử lý trong suốt quá trình làm việc
7
Trang 10Hình 2: Lò ấp trứng gà công nghiệp
a Ưu điểm của lò ấp trứng công nghiệp
- Hệ thống tự động hóa hoàn toàn- Năng suất cao
- Có thông báo khi xảy ra sự cố- Hệ thống bền, tái sử dụng cao- Tỷ lệ trứng nở cao
Nguyên lý hoạt động
Nguyên lý hoạt động của lò ấp trứng là tạo nhiệt độ và độ ẩm trong buồng ấp và giữ
mức nhiệt độ, độ ẩm đó theo cài đặt của người dùng Nguyên lý hoạt động lò ấp trứng của nhóm em như sau:
Bước 1: Cấp nguồn điện cho lò ấp Trong quá trình này quạt thổi bên trong máy sẽhoạt động liên tục
Bước 2: Cài đặt nhiệt độ và độ ẩm sao cho thích hợp với từng loại trứng khác nhau.Bước 3: Mạch điều khiển căn cứ vào thông số nhận được để điều khiển hoạt độngcủa dây tạo nhiệt Carbon, tạo ẩm tự động Nếu thiếu nhiệt thì dây nhiệt sẽ bật để tăngnhiệt cho buồng ấp, nếu thừa nhiệt dây nhiệt sẽ ngắt đến khi nào thiếu nhiệt ở mộtmức độ nào đó sẽ lại hoạt động trở lại Độ ẩm cũng hoạt động tương tự như dây nhiệtnhưng là về độ ẩm Mạch điều khiển căn cứ vào cài đặt để điều khiển khay đảo trứngđảo trứng theo chu kỳ thời gian.
Bằng việc sử dụng vi xử lý kết hợp các linh kiện điện tử cũng như lập trình,khối xử lý trung tâm sẽ nhận các thông số đầu vào từ phía giao diện của người dùng,
8
Trang 142.1.2 Lựa chọn bảng điều khiển
Bộ điều khiển lò ấp trứng là một mạch điện tử giúp cho người dùng có thể điềukhiển các thông số về chức năng của máy dễ dàng hơn Với những hãng khác nhaunhững tính năng của bộ tinh chỉnh và điều khiển cũng sẽ khác nhau một phần Tuy nhiên,tổng thể chúng đều có tính năng điều khiển và tinh chỉnh những tính năng của máy mộtnhững tự động hóa theo người dùng cài đặt
Cách lắp đặt và sử dụng vô cùng hiệu đơn giản có hai màn hình hiển thị nhiệt độvà độ ẩm điều khiển nhiệt độ chính xác đến 0,1 độ Điều khiển độ ẩm đo độ ẩm và hiểnthị màn hình, sai số nhiệt độ nhỏ độ ổn định cao, cảnh báo khi nhiệt độ quá cao hoặc quáthấp
Ưu điểm:
Là thiết bị quan trọng trong lò ấp trứng, đem lại hiệu quả kinh tế và năng suấtcao
Tiết kiệm được nhiều chi phí khi sử dụng
Có thể tùy chọn các loại lò ấp trứng với năng suất khác nhau tùy theo nhu cầu sửdụng
- Nhược điểm:
Bộ điều khiển để sử dụng cho lò ấp trứng cỡ lớn khá phức tạp, đòi hỏi cần phảicó kỹ thuật cao.
Nếu lắp máy, cần phải mua sẵn thùng mút để lắp ráp.
Hình 4: bộ hiển thị điều khiển
12
Trang 152.1.3 Lựa chọn thiết bị cảm biến nhiệt độ
Để cấp nhiệt và ổn định nhiệt trong máy ấp, các nhà máy thường dùng các thiết bịsau: cảm ứng nhiệt hoặc nhiệt kế công tắc, có thể dùng màng ete và dây may so cấp nhiệt.
- Nhiệt kế công tắc là nhiệt kế vừa đo nhiệt độ vừa đóng ngắt mạch điện.- Cấu tạo:
Nhiệt kế công tắc gồm: 1 sợi dây kim loại mảnh có thể thay đổi chiều cao để giớihạn nhiệt độ Sợi dây nằm trong ống thủy tinh có thủy ngân lên xuống theo nhiệtđộ môi trường
- Nguyên lý hoạt động:
Khi nhiệt độ tăng, cột thủy ngân giãn nở dâng lên trong ống Hai đầu dây điện 1đầu được nối với sợi dây kim loại và một đầu nối với cột thủy ngân Khi cột thủyngân dâng lên chạm vào đầu dây sợi kim loại giới hạn nhiệt độ thì sẽ có dòngđiện chạy qua Dòng điện này qua công tắc từ ngắt điện của dây carbon ngừngcấp nhiệt cho lò ấp
Khi nhiệt độ hạ xuống, cột thủy ngân tách khỏi đầu sây kim loại ngắt mạch điệnđiều khiểu đi qua nhiệt kế, nhờ đó công tắc từ nối mạch cho dây carbon cấpnhiệt
Hình 5: Thiết bị cảm biến nhiệt độ
13
Trang 162.1.4 Hệ thống tạo độ ẩm
- Trong những ngày đầu ấp trứng ở nhiệt độ cao nên độ ẩm phải cao để giảm bớt sự
bốc hơi nước trong trứng
- Vào ngày cuối của thời kỳ ấp, sự trao đổi chất của phôi mạnh nhất nên nhiệt độ của
trứng tăng cao Khi đó nhiệt độ của máy ấp phải giảm đồng thời độ ẩm của máy phải tăng
- Tạo độ ẩm bằng bề mặt nước bốc hơi bằng khay Khi muốn tăng độ ẩm chỉ cần
tăng diện tích bề mặt nước, trong cùng 1 điều kiện diện tích nước càng lớn thì nướcbay hơi càng nhiều và độ ẩm không khí sẽ tăng Ngược lại muốn giản độ ẩm thì tagiảm diện tích mặt nước bốc hơi.
- Khi trứng sắp nở, quá trình trao đổi chất này diễn ra ngày càng nhanh và mạnh Vì
thế, trứng cần một lượng ẩm cao hơn nữa để dung hòa Bên cạnh đó, độ ẩm giúptrứng không bị sát vỏ trong suốt quá trình ấp trứng
- Tuy nhiên, lượng ẩm lúc nào cũng phải ở mức vừa đủ, nếu quá ẩm sẽ làm cho
trứng không có đủ nhiệt độ để phát triển, gây chậm sinh trưởng và lông bết Độ ẩmquyết định một phần quan trọng vào tỷ lệ sinh và chất lượng con con mới nở
14
Trang 17Hình 6: Hệ thống tạo độ ẩm
2.1.5 Lựa chọn thiết bị sinh nhiệt
Lựa chọn và sử dụng dây Carbon để tạo nhiệt
- Dây Carbon tạo nhiệt là loại sợi công nghiệp chứa 90% là carbon, có tính chất vật
lý là nhỏ, nhẹ, chịu lực và chịu nhiệt tốt nên thường sử dụng để tạo nhiệt trong lòấp trứng Khi đủ nhiệt máy sẽ tự động ngắt nhiệt khi nhiệt độ trên màn hình đạtđược nhiệt độ thích hợp, thiếu nhiệt độ lò ấp trứng sẽ tự động tạo nhiệt từ sợi dâycarbon.
Trang 18Hình 7: Dây Carbon sinh nhiệt
2.1.6 Lựa chọn thiết bị quạt gió
Lựa chọn thiết bị quạt gió DC 12V-0.3A
- Quạt thông gió được lắp trên lò ấp trứng có 2 tác dụng chính
Chống quá nhiệt mỗi khi nhiệt độ trong máy cao hơn mức cài đặt 0,3 độ
Giúp không khí bên trong và bên ngoài có sự lưu thông đầy đặn, thường thì cứkhoảng 2 tiếng quạt sẽ hút khí ra ngoài khoảng 20 giây để trao đổi không khí
Trang 19Hình 8: Thiết bị quạt gió trong buồng ấp trứng
2.1.7 Khay đảo trứng
vào cơ cấu đảo mà trứng mà trứng có thể lăn nửa vòng hay ¾ vòng Cơ cấu đảo này không cần phải nghiêng khay như đảo nghiêng mà khay vẫn ở nguyên một vị trí Chính vìthế nên khay trứng đảo lăn thường có thể ấp được nhiều trứng hơn so với máy đảo nghiêng cùng kích thước.
Khay đảo trứng có cấu tạo bằng kim loại, ưu điểm bền, dễ sử dụng Cấu tạo:
Khay có rãnh là loại khay trong lòng được chia thành nhiều rãnh dọc theo chiềudài của khay Trứng được xếp vào theo các rãnh này thành hàng
Khay đảo trứng sử dụng cơ chế đảo lăn để đảo trứng, trứng sẽ đặt nằm bêntrong khay và có một hệ thống đẩy giúp trứng lăn nhẹ trong khay,khi trứng lănnhẹ sẽ giúp trứng thay đổi vị trí và có tác dụng đảo trứng.
17
Trang 20Hình 9:Thiết bị khay đảo trứng
2.1.8 Cảm biến độ ẩm
Sử dụng cảm biến đo độ ẩm HR202, cảm biến có độ chính xác cao sử dụng ổn địnhtrong thời gian dài Được dùng để đo mức độ ẩm và truyền thông tin chính xác đến mànhình hiển thị trong lò ấp giúp trứng có độ ẩm thích hợp nhất để phát triển
Cảm biến độ ẩm được làm từ nhựa ABS có vỏ hộp chắc chắn giúp bảo vệ cảm biếnkhỏi những va chạm trong quá trình sử dụng
Dễ dàng thay thế khi bị hỏng, độ bền cao hoạt động tốt
18
Trang 21Hình 10: Thiết bị cảm biến độ ẩm
19
Trang 22CHƯƠNG III: CHẾ TẠO VÀ ĐÁNH GIÁ THỰCNGHIỆM
3.1 Chế tạo mô hình
*Thùng máy
Thùng máy có dạng hình hộp, kích thước thùng chiều dài x chiều rộng x chiều cao:60cm x 45cm x 40cm, phù hợp chăn nuôi cá nhân và hộ gia đình Để tăng độ cứng, có cửalớn phía trước để đưa trứng ra vào Trên nắp thùng được đục khoảng 10 lỗ thoáng khí, bênthành thùng được cắt 1 lỗ có kích thước vừa ᴠới bộ điều khiển máу ấp trứng và đục thêm6 lỗ thoáng khí, mặt đối diện đục thêm 6 lỗ Tổng trên thùng ó khoảng 22 lỗ thoáng giúpᴄᴄung ấp oхi ᴄho trứng ũng như thông khí ho máу ấp trứngᴄ ᴄ ᴄ
Đầu dây cấp điện để bên ngoài để cắm trực tiếp vào nguồn điện sinh hoạt.Phần trong thùng máy:
- Quạt gió cố định ở 1 đầu thùng, cách vách thùng tầm 3 mᴄ
- Dây carbon sinh nhiệt được cố định ở gần quạt gió
- Khay đảo tự động được đặt phía trên quạt gió và khay nước, đầu dò độ ẩm dò nhiệt
được treo cố định dưới ,giữa khay đảo cách dây carbon 20cm
Hình 11: Lò ấp trứng hoàn thiện
20
Trang 233.2 Hệ thống điều khiển nhiệt độ
a Nhiệt độ ấp trứng
- Nhiệt độ ấp trứng luôn phải đạt trong khoảng 37 C - 38 C (Sai số cho phép trong ⁰ ⁰khoảng 3%)
- Nguyên lý hoạt động của hệ thống điều khiển nhiệt độ trong lò ấp trứng:
Thiết bị cảm biến nhiệt độ luôn trong trạng thái hoạt động, dây sinh nhiệt carbon sinh nhiệt đến nhiệt độ tối ưu cho những ngày đầu ấp trứng Khi dây carbon sinh nhiệt vượt quá nhiệt độ tối ưu, thiết bị cảm biến nhiệt độ ngắt nguồn điện => Dây carbon ngừng sinh nhiệt => Nhiệt độ đạt nhiệt độ tối ưu.
Lo i tr ngạ ứGàta,gàtr i,ọđôngt oả
r ngừGàmỹỹ,Japan
V t,Nganị, Ngôỹng
nhi t đ ấấpệ ộ 37.737.537.537.937.537.337.3Ngày nở 20-2119-2020-2128,33,3117-181723-24
Nhiệt độ ấp của các loại trứng từng giai đoạn
3.3 Đánh giá thực nghiệm
a Ưu điểm:
- Mô hình thực tế hệ thống tương đối ổn định lớp vỏ cách nhiệt 2 lớp nhôm và 1
lớp bảo ôn khí nóng.
- Động cơ dùng để đảo trứng là động cơ đảo chậm nên ăn toàn tuyệt đối không bị
làm nứt vỡ hay rơi khỏi khay
- Tỉ lệ nở tốt: có thể ấp 60 quả trứng phù hợp chăn nuôi cá nhân và hộ gia đình mỗi
lần và có tỉ lệ nở trứng tốt đến 90% cao hơn nhiều so với phương pháp ấp nởtruyền thống Lò ấp trứng tạo môi trường ổn định, không bị ảnh hưởng bởi thời tiếthay tác động của gà mẹ Lò ấp trứng có điều chỉnh nhiệt độ để phù hợp với từnggiai đoạn phát triển phôi, vì vậy tỷ lệ ấp nở rất cả mà phương pháp ấp tự nhiênkhông thể bằng.
- Máy chắc chắn dễ sử dụng được thiết kế ít tính năng hầu như tự động hoàn toàn
nên rất dễ sử dụng và dễ sửa chữa b Nhược điểm
21