Đang tải... (xem toàn văn)
Thiết kế chế tạo hệ thống định ôn với các yếu tố tiểu khí hậu như nhiệt độ, ẩm độ, ánh sáng, và CO2 được điều khiển tự động đáp ứng nhu cầu sản xuất hạt giống. Thử nghiệm sản xuất giống lúa lai trong phòng định ôn, khổ qua và dưa leo trong nhà trồng cây
TÓM TẮT NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Việc nghiên cứu và phát triển hệ thống định ôn phục vụ sản xuất hạt giống và sản xuất rau Việc nghiên cứu và phát triển hệ thống định ôn phục vụ sản xuất hạt giống và sản xuất rau hoa cao cấp, và nghiên cứu điều kiện ngoại cảnh di thực của các loại cây trồng, đáp ứng nhu cầu rất lớn của sản xuất nông nghiệp và phù hợp với chủ trương của Nhà nước về canh tác nông nghiệp công nghệ cao. Một số giống, đặc biệt là lúa lai cần phải được thuần giống trong điều kiện nhiệt độ dưới 24 0 C và ánh sáng đến 10.000 lux. Việc nghiên cứu chế tạo phòng định ôn đảm bảo các điều kiện này để sản xuất giống là cần thiết đáp ứng nhu cầu trong nước. Nghiên cứu đã thực hiện các vấn đề chính gồm: 1/ Thiết kế chế tạo hệ thống định ôn với các yếu tố tiểu khí hậu như nhiệt độ, ẩm độ, ánh sáng, và CO 2 được điều khiển tự động đáp ứng nhu cầu sản xuất hạt giống với các chuyên đề chính: Nghiên cứu các giải pháp làm mát trong hệ thống định ôn gồm thông thoáng, cooling pad, phun sương, và buồng điều hòa trung gian trong hệ thống định ôn sao cho có thể điều khiển đồng thời nhiệt độ và ẩm độ tương đối của không khí đáp ứng yêu cầu sản xuất giống. Thiết kế, chế tạo lắp đặt hệ thống nhà trồng cây – định ôn 400 m 2 gồm phòng định ôn 40 m 2 (được chia thành 2 ngăn độc lập, 20m 2 /ngăn) và 360 m 2 nhà trồng cây. Tất cả các yếu tố sinh thái như nhiệt độ, ẩm độ, ánh sáng và nồng độ CO 2 được điều khiển tự động. 2/ Thử nghiệm sản xuất giống lúa lai trong phòng định ôn, khổ qua và dưa leo trong nhà trồng cây. Một số kết quả khác của đề tài gồm: 1/ Đã xuất bản 2 bài báo khoa học Nguyễn Văn Hùng – Kiều Việt Quốc. 2012. Nghiên cứu hệ thống định ôn tự động phục vụ sản xuất giống cây trồng. Kỹ yếu hội thảo Cơ điện tử toàn quốc (VCM2012). Nguyen Van Hieu – Nguyen Van Hung. 2010. Investigation of cooling solutions in a greenhouse under climatic conditions in Ho Chi Minh city. Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Nông Lâm Nghiệp (special issue), số 4/2010, trang 131-135. 2/ Đã tạo điều kiện thực hiện thành công hai luận văn thạc sĩ và năm khoá luận tốt nghiệp kỹ sƣ do chính chủ nhiệm đề tài này hướng dẫn khoa học. 1 SUMMARY OF RESEARCH CONTENT Currently, Satisfying to requirements of high technological agriculture, some high- value agricultural products and especially seeds must be cultivated in their favorable climate conditions. This project has been implemented with the main results as follow: 1/ Designed – manufactured and tested a system of automatic phytotron 400 m 2 installed in Binhduong province. This system could be controlled the inner climate factors including temperature, relative humidity, brightness, and carbon dioxide for agricultural seed breeding. 2/ An investigation of these inner climate factors inside the system was conducted. Outside temperature in BinhDuong province was rather high and increased at the highest level of about 32 0 C. The cooling method of ventilation roof, fan, cooling pad and foging induced the inside temperature decreasing about 5 0 C. Temperature inside the phytotron could be controlled at under 25 0 C as requirement of seeding. 2 MỤC LỤC CHƢƠNG 1 MỞ ĐẦU 9 CHƢƠNG 2 TỔNG QUAN 10 2.1. Cấu trúc hệ thống định ôn và nhà trồng cây 10 2.2. Yêu cầu các yếu tố tiểu khí hậu trong hệ thống định ôn và nhà trồng cây 11 2.3. Giải pháp làm mát trong hệ thống định ôn và nhà trồng cây 13 2.4. Giải pháp thông thoáng 15 2.5. Sơ lược về một số thiết bị định ôn ứng dụng trong nông nghiệp 16 2.6. Một số nghiên cứu về nhà trồng cây trong nước 19 2.7. Nhận xét về các kiểu nhà trồng cây hiện có 21 CHƢƠNG 3 NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP 23 3.1. Nội dung nghiên cứu 23 3.2. Phương pháp nghiên cứu 23 CHƢƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 33 4.1. Nghiên cứu các mô hình thí nghiệm làm cơ sở thiết kế- chế tạo hệ thống 33 4.2. Thiết kế - chế tạo hệ thống nhà trồng cây - định ôn. 41 4.3. Kết quả thiết kế bộ phận giám sát và điều khiển tự động cho hệ thống nhà trồng cây và định ôn 53 4.4. Kết quả khảo nghiệm 55 4.4.1. Kết quả khảo nghiệm nhà trồng cây. 55 4.4.2. Kết quả khảo nghiệm phòng định ôn 57 4.5. Kết quả sản xuất thử nghiệm giống trong hệ thống nhà trồng cây – định ôn 60 CHƢƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 76 5.1. Kết luận 81 5.2. Đề nghị 81 3 DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT VIẾT TẮT THUẬT NGỮ TIẾNG VIẾT PLC Programable logic controller HMI Human – Machine – Interface PID Proportional – Integral – Derivative RH Relative Humidity LCD Liquid Crystal Display PIC Programmable Intelligent Computer WinCC Window Control Center 4 DANH SÁCH HÌNH SỐ TÊN HÌNH ẢNH TRANG 2.1. Cấu trúc thông thoáng nhà trồng cây 9 2.2. Mô hình biểu diễn các yếu tố tiểu khí hậu 9 2.3 Mô hình biểu diễn nhiệt do bức xạ mặt trời 10 2.4 Mô hình làm mát 11 2.5 Lưới cắt nắng Aluminet 12 2.6 Làm mát kiểu cooling pad 12 2.7 Sơ đồ cấu tạo hệ thống làm lạnh không khí 13 2.8 Sơ đồ thông thoáng 13 2.9 Mô phỏng ảnh hưởng của thông thoáng đến phân bố nhiệt 14 2.10 Phân bố gió cưởng bức nhờ bố trí quạt trong nhà trồng cây 14 2.11 Cấu trúc của một thiết bị tủ định ôn (phytotron) 15 2.12 Màn hình điều khiển của thiết bị định ôn 15 2.13 Phòng định ôn 16 2.14 Sơ đồ khối thiết bị điều khiển nhà trồng cây của Wang, YB 16 2.15 Giao diện chương trình điều khiển hệ thống định ôn cho cây trồng của Ching-Yuan Lin 17 2.16 Sơ đồ các kiểu nhà màng thô sơ phổ biến tại Lâm Đồng 17 2.17 Kết cấu nhà lưới, nhà màng tại Củ Chi 18 2.18 Kiểu nhà trồng cây ứng dụng điều khiển tự động tại Khu Nông nghiệp Công nghệ cao Tp.HCM 18 2.19 Hệ thống nhà trồng cây 244 m 2 được lắp đặt tại Quảng Ngãi 19 3.1 Sơ đồ khối cụm thiết bị điều khiển tự động 22 3.2 Giải thuật điều khiển nhiệt độ và ẩm độ tương đối không khí trong hệ thống 23 3.3 Giải thuật điều khiển ánh sáng 24 3.4 Nhiệt kế bầu khô, bầu ướt và biểu đồ trắc ẩm 25 3.5 Thiết bị đo nhiệt độ và ẩm độ DSFOX-301AR 25 5 3.6 Thiết bị đo công suất Hioki 3286-20 26 3.7 Công tơ điện EMIC CV140-1-3 27 3.8 Thiết bị đo Ulab 006p CMA sử dụng để thu thập số liệu 27 3.9 Vị trí cảm biến đo trên một mô đun trong mô hình nhà trồng cây 28 3.10 Vị trí cảm biến đo trên một mô đun trong mô hình định ôn 29 4.1 Mô hình nhà trồng cây thí nghiệm 31 4.2 Biểu đồ so sánh các giải pháp làm mát theo nhiệt độ môi trường 31 4.3 Biểu đồ so sánh các giải pháp làm mát phụ thuộc vào bức xạ mặt trời và nhiệt độ không khí bên ngoài nhà trồng cây. 32 4.4 Biểu đồ so sánh các giải pháp làm mát phụ thuộc vào bức xạ và ẩm độ tương đối không khí bên ngoài nhà trồng cây 33 4.5 Biểu đồ so sánh các giải pháp làm mát phụ thuộc vào nhiệt độ và ẩm độ tương đối không khí bên ngoài nhà trồng cây. 33 4.6 Phòng định ôn thí nghiệm 35 4.7 Biểu đồ thể hiện nhiệt độ ở các môi trường 35 4.8 Sơ đồ bài toán thí nghiệm xác định các thông số của phòng định ôn 36 4.9 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của nhiệt độ điều khiển (0C) vào hai yếu tố tỷ lệ kích thước và tỷ lệ nhiệt độ giữa buồng trung gian và phòng định ôn 37 Đồ thị bề mặt đáp ứng của độ ổn định nhiệt độ 37 Đồ thị bề mặt đáp ứng của chi phí năng lượng 38 4.12 Hệ thống nhà trồng cây – định ôn 400 m2 39 4.13. a Hệ thống nhà trồng cây – định ôn 400 m2 (bên ngoài) 40 4.13.b Hệ thống nhà trồng cây – định ôn 400 m2 (bên trong) 40 4.14 Cơ cấu điều khiển mái thông thoáng 47 4.15 Bộ phận chắn sáng thông qua đóng mở lưới cắt nắng 48 4.16 Sơ đồ hệ thống phun sương 48 4.17 Bộ phận làm mát Cooling pad được lắp trong nhà trồng cây tại Bình Dương 49 4.18 Sơ đồ phòng định ôn 50 6 4.19.a Phòng định ôn được lắp đặt trong nhà trồng cây được lắp tại Bình Dương 50 4.19.b Lúa giống được ươm tạo trong phòng định ôn 50 4.20 Sơ đồ khối bộ phận điều khiển 51 4.21 Sơ đồ kết nối phần cứng PLC S7-200 51 4.22 Cụm PLC trong tủ điều khiển 52 4.23 Tủ điều khiển hệ thống nhà trồng cây - định ôn 52 4.24.a Màn hình điều khiển nhiệt độ nhà lưới 52 4.24.b Màn hình giao diện điều khiển phòng định ôn 52 4.25 Biểu đồ so sánh nhiệt độ các giải pháp làm mát theo thời gian 53 4.26.a Thử nghiệm trồng khổ qua giống trong nhà trồng cây 54 4.26.b Thí nghiệm đối chứng trồng khổ qua giống bên ngoài nhà trồng cây 54 4.27.a Trái khổ qua giống trong nhà trồng cây 54 4.27.b Trái khổ qua giống trồng đối chứng bên ngoài nhà trồng cây 54 4.28.a Thử nghiệm trồng dưa leogiống trong nhà trồng cây 55 4.28.b Thí nghiệm đối chứng trồng dưa leogiống bên ngoài nhà trồng cây 55 4.29.a Dưa leo giống trong nhà trồng cây 55 4.29.b Dưa leo giống trồng đối chứng bên ngoài nhà trồng cây 55 4.30.a Sự phân bố nhiệt độ trong phòng định ôn khi không có buồng điều khiển trung gian 55 4.30.b Sự phân bố nhiệt độ trong phòng định ôn khi có buồng điều khiển trung gian 55 4.31 Nhiệt độ trong phòng định ôn khi không có phun sương 56 4.32 Ẩm độ không khí trong phòng định ôn khi không có phun sương 56 4.33 Nhiệt độ không khí trong phòng định ôn khi có phun sương 57 4.34 Ẩm độ không khí trong phòng định ôn khi không có phun sương 57 4.35.a Lúa lai trong nhà trồng cây 58 4.35.b Lúa lai trong phòng định ôn 58 7 4.36.a Thí nghiệm đối chứng khổ qua ngoài nhà trồng cây 61 4.36.b Thí nghiệm trồng khổ qua trong nhà trồng cây 61 4.37 so sánh hạt giống khổ qua sản xuất trong và ngoài nhà trồng cây 61 4.38.a Dưa leo trồng đối chứng ngoài nhà trồng cây 64 4.38.b Dưa leo trồng đối chứng trong nhà trồng cây 64 4.39 so sánh hạt giống dưa leo sản xuất trong và ngoài nhà trồng cây 65 4.40.a Thí nghiệm sản xuất hạt G0 TGMS trong phòng định ôn 69 4.40.b Cây lúa G1 sau khi xử lý lạnh 69 Pl1 Lắp ráp hệ thống nhà trồng cây - định ôn. 76 Pl2 Lắp đặt phòng định ôn tại công ty giống cây trồng miền nam 76 Pl3 Hệ thống nhà trồng cây - định ôn 77 Pl4 Hội đồng giám định nghiệm thu hệ thống 77 Pl5 Hai phòng định ôn trong hệ thống 78 8 THÔNG TIN CHUNG ĐỀ TÀI Tên đề tài: Nghiên cứu thiết kế chế tạo và triển khai ứng dụng hệ thống định ôn tự động phục vụ sản xuất hạt giống Đồng chủ nhiệm đề tài: - TS. Nguyễn Văn Hùng, Trường Đại học Nông Lâm Tp.HCM - ThS. Dương Thành Tài, Công ty cổ phần giống cây trồng Miền nam Cơ quan chủ trì: Trường đại học Nông Lâm TP.HCM Địa chỉ: Khu phố 6, Phường Linh Trung, Quận Thủ Đức, Tp. Hồ Chí Minh Thời gian thực hiện đề tài: từ tháng 08 năm 2010 đến tháng 12 năm 2012 Kinh phí đƣợc duyệt: Từ ngân sách sự nghiệp khoa học: 550.000.000 đồng (Năm trăm năm mươi triệu đồng) Kinh phí đã cấp: Số tiền: 495.000.000 đống (bốn trăm chín mươi lăm triệu đồng). Kinh phí đã quyết toán: Số tiền: 495.000.000 đống (bốn trăm chín mươi lăm triệu đồng). 9 CHƢƠNG 1 MỞ ĐẦU Trong chủ trương hiện đại hoá, công nghiệp hóa của chính phủ, sau nhiều năm chú trọng đầu tư phát triển nông nghiệp “công nghệ cao” đã mang lại nhiều thành tựu, lợi ích đáng khích lệ nhưng thành công chủ yếu là từ một số mô hình sản xuất của công ty nước ngoài như Hasfarm, còn trong nước thì vẫn còn nhiều vấn đề tồn tại cần phải quan tâm. Nguyên nhân những tồn tại trên không loại trừ những điều kiện tự nhiên không thuận lợi cho sản xuất nông nghiệp nhưng những bất lợi này có thể khắc phục bởi chính sách quản lý, công nghệ sản xuất phù hợp và hệ thống thiết bị tiên tiến. Việc nghiên cứu và phát triển hệ thống định ôn phục vụ sản xuất hạt giống và sản xuất rau hoa cao cấp, và nghiên cứu điều kiện ngoại cảnh di thực của các loại cây trồng, đáp ứng nhu cầu rất lớn của sản xuất nông nghiệp và phù hợp với chủ trương của Nhà nước về canh tác nông nghiệp công nghệ cao. Một số giống như dưa leo, khổ qua, đặc biệt là lúa lai cần phải được thuần giống trong điều kiện tiểu khí hậu đặc biệt cần phải được điều khiển theo yêu cầu sinh thái. Việc nghiên cứu chế tạo hệ thống nhà trồng cây - định ôn đảm bảo các điều kiện này để sản xuất giống là cần thiết đáp ứng nhu cầu trong nước. Với yêu cầu thực tế, đề tài đã được thực hiện phát triển hệ thống nhà trồng cây - định ôn tự động phục vụ sản xuất giống. Mục tiêu: Đề tài sẽ được thực hiện với sự kết hợp nghiên cứu thiết kế chế tạo thiết bị hệ thống định ôn-nhà trồng cây và thử nghiệm sản xuất hạt giống trong hệ thống tạo ra. Mục đích của đề tài bao gồm hai phần chính sau: Nghiên cứu thiết kế chế tạo và lắp đặt hệ thống liên kế định ôn – nhà trồng cây với các yếu tố tiểu khí hậu như nhiệt độ, ẩm độ, ánh sáng, và CO 2 được điều khiển tự động đáp ứng nhu cầu sản xuất hạt giống. Thử nghiệm sản xuất hạt giống với thiết bị hệ thống tự tạo bao gồm sản xuất hạt giống lúa TGMS, khổ qua lai và dưa leo lai. Các nghiên cứu thử nghiệm sẽ được thực hiện theo qui trình được định sẳn nhằm đánh giá khả năng đáp ứng điều khiển các yếu tố tiểu khí hậu của hệ thống và đánh giá năng suất, giá thành hạt giống được sản xuất trong hệ thống tự tạo. [...]... nhiều vào thời tiết 22 CHƢƠNG 3 3.1 NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP Nội dung nghiên cứu 1/ Thiết kế chế tạo hệ thống liên kế định ơn – nhà trồng cây với các yếu tố tiểu khí hậu như nhiệt độ, ẩm độ, ánh sáng được điều khiển tự động đáp ứng nhu cầu sản xuất hạt giống: Nghiên cứu các giải pháp làm mát trong hệ thống định ơn gồm thơng thống, cooling pad, phun sương, và buồng điều hòa trung gian trong hệ thống định. .. hành thử nghiệm sản xuất giống Các thử nghiệm gồm có: - Sản xuất thử nghiệm hạt giống dưa leo lai - Sản xuất thử nghiệm hạt giống khổ qua Nhằm chứng minh hiệu quả và cơng năng của hệ thống so với gieo trồng ngồi trời a Sản xuất hạt giống khổ qua lai - Vật liệu: hạt giống dòng bố mẹ của giống khổ qua lai Big 49 (do Cty cp Giống Cây Trồng Miền Nam lai tạo) - Bố trí 2 nghiệm thức sản xuất hạt giống khổ qua... nghiệm sản xuất hạt giống lúa TGMS trong phòng định ơn theo qui trình định sẳn với chỉ tiêu đánh giá là bất dục và hữu dục Thử nghiệm sản xuất giống khổ qua lai và dưa leo lai theo qui trình định sẳn với chỉ tiêu đánh giá là năng suất và giá thành sản phẩm hạt giống 3.2 Phƣơng pháp nghiên cứu 3.2.1 Phƣơng pháp thiết kế kết cấu các bộ phận chính trong hệ thống định ơn – nhà trồng cây Kết cấu hệ thống. .. đồng thời nhiệt độ và ẩm độ tương đối của khơng khí đáp ứng u cầu sản xuất giống Thiết kế, chế tạo lắp đặt hệ thống liên kế định ơn – nhà trồng cây 400 m2 gồm 40 m2 (được chia thành 2 ngăn độc lập, 20m2/ngăn) và 360 m2 nhà trồng cây Tất cả các yếu tố sinh thái như nhiệt độ, ẩm độ, ánh sáng và nồng độ CO2 được điều khiển tự động 2/ Thử nghiệm sản xuất hạt giống với thiết bị hệ thống tự tạo bao gồm các... thứ tự ưu tiên chờ hoạt động tắt hệ thống phun sương, tắt quạt, và đóng cửa thơng thống Thứ tự ưu tiên thực hiện các hoạt động dựa trên ngun tắc tiết kiệm năng lượng Do tính phụ thuộc lẫn nhau với nhiệt độ nên ẩm độ trong hệ thống định ơn cũng được điều khiển tự động thơng qua hệ thống phun sương và thơng thống Giải thuật điều khiển nhiệt độ và ẩm độ được thể hiện như hình 3.2 Hệ thống lạnh được thiết. .. cơng nghệ cao (hình 2.18) Hình 2.18 Kiểu nhà trồng cây ứng dụng điều khiển tự động tại Khu Nơng nghiệp Cơng nghệ cao Tp.HCM Hệ thống này tuy ứng dụng điều khiển tự động nhưng với phương pháp dùng cooling pad (màng nước) và quạt hút trực tiếp sẽ làm tăng ẩm, gây hại cho cây trồng và các yếu tố tiểu khí hậu còn phụ thuộc nhiều vào thời tiết Một hệ thống nhà màng 288 m2 được ứng dụng điều khiển tự động. .. lượng nhiệt và bị làm lạnh Khơng khí này sẽ được trao đổi qua hệ thống định ơn để đạt nhiệt độ u cầu sản suất giống cây trồng 2.4 Giải pháp thơng thống Có hai phương pháp chính thơng thống cho hệ thống định ơn và nhà trồng cây là thơng thống tự nhiên (natural ventilation) (hình 2.8.a) và thơng thống cưỡng bức (force ventilation) (hình 2.8.b) (a) (b) Hình 2.8: a Thơng thống tự nhiên b Thơng thống cưỡng... u cầu về ứng dụng khoa học kỹ thuật vào sản xuất, đặc biệt tự động hóa q trình sản xuất đang là vấn đề bức bách nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm lao động nặng nhọc, tiết kiệm năng lượng, hạ giá thành sản phẩm, tăng cường sức cạnh tranh nội địa cũng như trên thị trường thế giới Giám sát, đo lường, điều khiển tự động các yếu tố làm việc chính là khơng thể thiếu trong các hệ thống sản xuất hiện... Kết cấu hệ thống được thiết kế với phòng định ơn nằm trong nhà trồng cây dựa trên u cầu thực tế sản xuất giống và một số ngun lý về hệ thống định ơn (Phytotron) được mơ tả điển hình bởi Carole (2009), Hannan (1998) và cơ sở một số nghiên cứu về nhà lưới, nhà trồng cây tự động của nhóm tác giả trước đây (Hùng và ctv, 2005, 2006, 2009) Cơ sở tính tốn điều hòa khơng khí trong hệ thống được tính trên cơ... là PLC S7-200, màn hình cảm ứng HMI, và máy tính Sơ đồ khối hệ thống điều khiển được thể hiện như hình 3.1 Hình 3.1: Sơ đồ khối cụm thiết bị điều khiển tự động Giải thuật điều khiển nhiệt độ và ẩm độ tƣơng đối khơng khí Nhiệt độ trong hệ thống định ơn được điều khiển giảm theo thứ tự ưu tiên chờ hoạt động của các hệ thống như mở cửa thơng thống, quạt, phun sương làm mát, và làm lạnh Ngược lại nhiệt . DUNG NGHIÊN CỨU Việc nghiên cứu và phát triển hệ thống định ôn phục vụ sản xuất hạt giống và sản xuất rau Việc nghiên cứu và phát triển hệ thống định ôn phục vụ sản xuất hạt giống và sản xuất. triển hệ thống nhà trồng cây - định ôn tự động phục vụ sản xuất giống. Mục tiêu: Đề tài sẽ được thực hiện với sự kết hợp nghiên cứu thiết kế chế tạo thiết bị hệ thống định ôn-nhà trồng cây và. sáng, và CO 2 được điều khiển tự động đáp ứng nhu cầu sản xuất hạt giống. Thử nghiệm sản xuất hạt giống với thiết bị hệ thống tự tạo bao gồm sản xuất hạt giống lúa TGMS, khổ qua lai và dưa