Thiết kế hệ thống điều khiển quá trình tưới nhỏ giọt áp dụng trồng cây trong nhà lưới, nhà kính

Chia sẻ: Sunshine_3 Sunshine_3 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

Thêm vào BST

Báo xấu

192
lượt xem 76
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nước có ý nghĩa quan trọng trong đời sống cây trồng nói chung và cây rau nói riêng, nước thừa và thiếu đều ảnh hưởng không tốt đến sinh trưởng, năng suất và phẩm chất của cây. Nước nhiều làmcho nồng độ đường, nồng độ các chất hoà tan giảm, khả năng chống chịu sâu bệnh kém, vận chuyển và cất giữ gặp khó khăn. Nước thiếu sinh trưởng kém, năng suất và phẩm chất giảm, mặt khác việc cung cấp nước phải đảm bảo theo từng thời kỳ sinh trưởng của cây trồng. Hiện nay trên thế giới đối...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Thiết kế hệ thống điều khiển quá trình tưới nhỏ giọt áp dụng trồng cây trong nhà lưới, nhà kính

ThiÕt kÕ hÖ thèng ®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh t−íi nhá giät ¸p dông trång c©y trong nhµ l−íi , nhµ kÝnh Designing drip irrigation control system for crop cultivation in nethouse and greenhouse Ng« TrÝ D−¬ng SUMMARY The paper presents a method for designing a drip irrgation control system applied to nethouse or greenhouse conditions. The irrigation control device for 200 square meters nethouse was designed and computed by using Bernulli equation for determining the pipeline loss and the pressure at proximal end, from which appropriate type of pump and control device can be selected. Pumping control is achieved through programming using SIMATIC S7 200 Software based on water requirements of specific plant growth stages. The control device, pipeline and drippers irrigation equipment are domestically available and, therefore, the cost may be reduced and is much lower than the imported device. Key words: Drip irrigation, nethouse, irrigation model. 1, §Æt vÊn ®Ò N−íc cã ý nghÜa quan träng trong ®êi sèng c©y trång nãi chung vµ c©y rau nãi riªng, n−íc thõa vµ thiÕu ®Òu ¶nh h−ëng kh«ng tèt ®Õn sinh tr−ëng, n¨ng suÊt vµ phÈm chÊt cña c©y. N−íc nhiÒu lµm cho nång ®é ®−êng, nång ®é c¸c chÊt hoµ tan gi¶m, kh¶ n¨ng chèng chÞu s©u bÖnh kÐm, vËn chuyÓn vµ cÊt gi÷ gÆp khã kh¨n. N−íc thiÕu sinh tr−ëng kÐm, n¨ng suÊt vµ phÈm chÊt gi¶m, mÆt kh¸c viÖc cung cÊp n−íc ph¶i ®¶m b¶o theo tõng thêi kú sinh tr−ëng cña c©y trång. HiÖn nay trªn thÕ giíi ®èi víi nh÷ng n−íc cã nÒn n«ng nghiÖp ph¸t triÓn nh− Israel, Hµ lan, Mü, óc… trªn nh÷ng c¸nh ®ång, trong nhµ kÝnh vµ nhµ l−íi ®Òu cã nh÷ng hÖ thèng ®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh t−íi. ë n−íc ta hÇu hÕt c¸c hÖ thèng ®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh t−íi trong nhµ l−íi, nhµ kÝnh ®Òu nhËp ngo¹i gi¸ thµnh cao, cho nªn ch−a phæ biÕn ®èi víi nhu cÇu sö dông. §Ó gi¶i quyÕt vÊn ®Ò nªu trªn chóng t«i ®−a ra m« h×nh ®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh t−íi nhá giät ¸p dông trång c©y trong nhµ l−íi, nhµ kÝnh nh»m môc ®Ých gi¶m gi¸ thµnh so víi nhËp ngo¹i vµ thiÕt bÞ ®−îc lùa chän ë trong n−íc. 2, Néi dung vµ ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu T−íi nhá giät lµ mét d¹ng c¬ b¶n cña kü thuËt t−íi hiÖn ®¹i tiÕt kiÖm n−íc, lµ h×nh thøc ®−a n−íc trùc tiÕp ®Õn vïng gèc c©y trång mét c¸ch liªn tôc d−íi d¹ng tõng giät. V× vËy, c¸c vßi t¹o giät ph¶i ®−îc cÊp n−íc bëi hÖ thèng ®−êng èng dÉn n−íc ¸p lùc, ®−îc tr×nh bµy víi s¬ ®å tæng thÓ h×nh H1. a) Yªu cÇu ThiÕt kÕ m« h×nh ®iÒu khiÓn t−íi cho nhµ l−íi, nhµ kÝnh cã diÖn tÝch trång c©y lµ 200 m2 cô thÓ P P nh− sau: - Trong nhµ l−íi cã 5 luèng trång c©y, chiÒu dµi mçi luèng lµ 16 m. Kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c luèng trång c©y lµ 1 m. Mçi luèng trång ®−îc 45 gèc, kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c gèc lµ 0,35m. - C¸c luèng trång c©y cã thÓ trång c©y kh¸c nhau, tuú theo kÕ ho¹ch cña nhµ trång c©y, - Thùc hiÖn qu¸ tr×nh ®iÒu khiÓn t−íi nhá giät 2 luèng t−íi cïng 1 lÇn sau 5 phót t−íi 2 luèng tiÕp theo. Qu¸ tr×nh t−íi trong 2 phót vµ nghØ 15 phót. Theo Vò H÷u TuÊn vµ NguyÔn ThÞ Lan
Thanh (2005) ®èi víi c©y cµ chua l−u l−îng t−íi mçi vßi b»ng 0,3 .10-6 [m3/s]. P P P P HÖ thèng ®−êng èng cña mét luèng trång c©y ®−îc m« t¶ bëi h×nh 2 Bé §K PLC S7 - 200 CPU 224 Bé ®iÒu ¸p BÓ nuíc M¸y b¬m Van ®iÖn H×nh1. S¬ ®å tæng thÓ m« h×nh ®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh t−íi nhá giät §−êng èng nh¸nh BÇu t−íi 47 L QVB B 46 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 45 l §−êng èng chÝnh H×nh 2. HÖ thèng ®−êng èng dÉn cã 45 gèc t−íi VËt liÖu ®−êng èng chÝnh ®−îc chän èng nhùa PVC cña TiÒn phong víi ®−êng kÝnh Φ 21 mm, èng nh¸nh ®−îc chän b»ng nhùa dÎo ®−êng kÝnh Φ 4 mm, cô thÓ nh− sau: - ChiÒu dµi tõng ®o¹n èng: l (kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c gèc) = 35 cm = 0,35 m L (®é dµi nh¸nh) = 50 cm = 0,5 m - §−êng kÝnh c¸c lo¹i èng:
Chän ®−êng èng nh¸nh cã ®−êng kÝnh d = 4 mm = 0,004 m Chän ®−êng èng chÝnh cã D = 2,1 cm = 0,021 m - Vßi t¹o giät: cã nhiÖm vô lÊy n−íc ¸p lùc tõ èng t−íi ®−a tíi gèc c©y trång d−íi d¹ng tõng giät. C¸c t¸c gi¶ Vò H÷u TuÊn, NguyÔn ThÞ Lan Thanh (2005) vµ L−¬ng V¨n Kiªn (2005) ®· chän vßi t¹o giät lµ d¹ng mét vßi g¾n víi èng t¶i n−íc hay d¹ng mét lç nhá ë èng t¶i n−íc. - Qv lµ tæng l−u l−îng n−íc cÇn t−íi cña mét luèng trång c©y. B B b) TÝnh to¸n ®−êng èng chÝnh TÝnh to¸n ®−êng èng chÝnh dùa theo c¸c c«ng thøc ®−îc ®−a ra trong gi¸o tr×nh Thñy lùc vµ cÊp tho¸t n−íc cña c¸c t¸c gi¶ Hoµng §øc Liªn vµ NguyÔn Thanh Nam (2001), cô thÓ nh− sau: - C«ng thøc tÝnh tæn thÊt trªn ®o¹n èng: ⎡ ∑ξ +λ D⎤π l 8 HW = ⎢ ⎥ Q2 (1) ⎣ ⎦ 2 D4g Trong ®ã: Hw : hao tæn trªn ®o¹n èng, m B B B ∑ ξ : Tæng hÖ sè tæn thÊt, tra b¶ng theo tÝnh tæn thÊt cho ch¹c ba ph©n nh¸nh, λ: hÖ sè ma s¸t, tra b¶ng (λ = 0,066 øng èng lín; λ = 0,070 øng èng nhá), l : chiÒu dµi ®o¹n èng, m D : ®−êng kÝnh èng, m Q : l−u l−îng vµo èng, m3/s P P g : Gia tèc träng tr−êng ¸p dông c«ng thøc (1) tÝnh lÇn l−ît c¸c ®o¹n èng cô thÓ nh− sau: - Tæn thÊt trªn ®o¹n ®−êng èng 44 - 45 lµ: ⎡ l ⎤ ∑ξ + λ D ⎥ π 8 H 44;45 = ⎢ Q 45 2 ⎣ ⎦ 2 D g 4 Tû sè l−u Q45 = 0,5 l−îng tra b¶ng phô lôc 1- 4 , x¸c ®Þnh ®−îc Q44 λ = 0,066 ; D = 0,021m; π = 3,14; Q45 = 0,6 10-6 [m3/s], ∑ξ = 0 .55 vµ B B P P P P Tõ ®ã x¸c ®Þnh H44; 45 = 0,25,10-6m B B P P T−¬ng tù c¸ch tÝnh trªn x¸c ®Þnh ®−îc tæn thÊt trªn mét luèng lµ: H ∑ = 0,008m, KÕt qu¶ tÝnh to¸n ®−îc tr×nh bµy ë b¶ng 1 Nh− vËy, víi chiÒu dµi ®−êng èng lµ 16 m tæn thÊt trªn toµn ®−êng èng kh«ng ®¸ng kÓ, do ®ã mét c¸ch gÇn ®óng cã thÓ coi ¸p suÊt t¹i mäi ®iÓm nhá giät ®Òu nh− nhau. MÆt kh¸c ®èi víi ®−êng èng nh¸nh chiÒu dµi mçi nh¸nh lµ 0,5 m ®−êng kÝnh d = 4 mm ¸p dông c¸ch tÝnh tæn thÊt ®−êng èng thu ®−îc rÊt nhá, coi tæn thÊt kh«ng ®¸ng kÓ. B TÝnh ¸p suÊt ®Çu ®−êng èng sö dông ph−¬ng tr×nh Becnuli p V2 p V2 Z a + a + a = Z b + b + b + H ab (2) γ 2g γ 2g
Trong ®ã Z a ; Z b - ®é cao h×nh häc t¹i vÞ trÝ a vµ b pa pb - ®é cao ®o ¸p t¹i vÞ trÝ a vµ b ; γ γ - ®é cao vËn tèc Va2Vb2 t¹i vÞ trÝ a vµ b ; 2g 2g B¶ng 1. KÕt qu¶ tÝnh to¸n tæn thÊt ®−êng èng cña mét luèng trång c©y H ∑ §o¹n Tû sè Q ∑ξ Q [m3/s] P P Tæn thÊt H [m] 44-45 0,50 0,55 0,00000060 0,0000002529 43-44 0,67 0,49 0,00000120 0,0000009747 42-43 0,75 0,55 0,00000180 0,0000022759 41-42 0,80 0,55 0,00000240 0,0000040461 40-41 0,83 0,55 0,00000300 0,0000063220 39-40 0,86 0,62 0,00000360 0,0000094899 38-39 0,88 0,62 0,00000420 0,0000129168 37-38 0,89 0,62 0,00000480 0,0000168709 36-37 0,90 0,62 0,00000540 0,0000213522 35-36 0,91 0,62 0,00000600 0,0000263608 34-35 0,92 0,62 0,00000660 0,0000318966 33-34 0,92 0,62 0,00000720 0,0000379595 32-33 0,93 0,62 0,00000780 0,0000445497 31-32 0,93 0,62 0,00000840 0,0000516671 30-31 0,94 0,62 0,00000900 0,0000593118 29-30 0,94 0,62 0,00000960 0,0000674836 28-29 0,94 0,62 0,00001020 0,0000761827 27-28 0,95 0,67 0,00001080 0,0000878918 26-27 0,95 0,67 0,00001140 0,0000979288 25-26 0,95 0,67 0,00001200 0,0001085084 24-25 0,95 0,67 0,00001260 0,0001196305 23-24 0,96 0,67 0,00001320 0,0001312951 22-23 0,96 0,67 0,00001380 0,0001435023 21-22 0,96 0,67 0,00001440 0,0001562520 20-21 0,96 0,67 0,00001500 0,0001695443 19-20 0,96 0,67 0,00001560 0,0001833791 18-19 0,96 0,67 0,00001620 0,0001977565 17-18 0,97 0,67 0,00001680 0,0002126764 16-17 0,97 0,67 0,00001740 0,0002281388 15-16 0,97 0,67 0,00001800 0,0002441438 14-15 0,97 0,67 0,00001860 0,0002606913 13-14 0,97 0,67 0,00001920 0,0002777814 12-13 0,97 0,67 0,00001980 0,0002954140 11-12 0,97 0,67 0,00002040 0,0003135892 10-11 0,97 0,67 0,00002100 0,0003323068 9-10 0,97 0,67 0,00002160 0,0003515671 8-9 0,97 0,67 0,00002220 0,0003713699 7-8 0,97 0,67 0,00002280 0,0003917152 6-7 0,98 0,67 0,00002340 0,0004126030 5-6 0,98 0,67 0,00002400 0,0004340334 4-5 0,98 0,67 0,00002460 0,0004560064 3-4 0,98 0,67 0,00002520 0,0004785219 2-3 0,98 0,67 0,00002580 0,0005015799
1-2 0,98 0,67 0,00002640 0,0005251805 H∑ 0,0079529209 ¸p dông c«ng thøc (2) viÕt cho hai mÆt c¾t ngang t¹i vÞ trÝ 46 vµ 47 , Do ®o¹n èng ng¾n nªn bá qua hao tæn vµ coi gÇn ®óng vËn tèc t¹i 46 vµ 47 nh− nhau: p V2 p V2 Z 46 + 46 + 46 = Z 47 + 47 + 47 + H 46 − 47 γ 2g γ 2g tõ ®ã x¸c ®Þnh ®−îc ¸p suÊt cña èng vÞ trÝ 46 lµ 114000 [N/m3] vµ P46 ≈ P45, T−¬ng tù viÕt cho hai P P B B B B mÆt c¾t 1 vµ 45, p V2 p V2 Z 1 + 1 + 1 = Z 45 + 45 + 45 + H ∑ γ 2g γ 2g tõ ®ã x¸c ®Þnh ®−îc ¸p suÊt ®Çu ®−êng èng lµ 114600 [N/m3], khi ®ã bé ®iÒu ¸p suÊt sÏ ®−îc lËp P P tr×nh ®iÒu khiÓn ®Ó ®¹t ®−îc gi¸ trÞ nµy, c) Lùa chän thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn vµ phÇn mÒm ®iÒu khiÓn - Lùa chän m¸y b¬m (b¬m mét lóc 2 luèng) γ .QV .H V .2 thay c¸c sè liÖu vµo ta ®−îc N = 0,365 KW/h N= 1000.η - Lùa chän van ®ãng më c¸c ®−êng èng cña c¸c luèng, xuÊt xø tõ Trung Quèc lo¹i Model 2W-200 – 20 (theo Vò H÷u TuÊn, NguyÔn ThÞ Lan Thanh ; 2005), - Lùa chän thiÕt bÞ ®iÒu ¸p bao gåm ®ång hå ®o ¸p vµ van ®iÒu khiÓn - Lùa chän R¬le lo¹i MY2DC24 cña OMRON, r¬le nµy cã ®iÖn ¸p vµo cuén dßng lµ 24V, - Lùa chän bé ®iÒu khiÓn kh¶ lËp tr×nh PLC S7 200 víi CPU 224 cña h·ng Siemens (Phan Xu©n Minh vµ NguyÔn Do·n Ph−íc, 1997), PhÇn mÒm ®iÒu khiÓn SIMATIC S7 200 ®−îc chän bëi c¸c ®Æt thêi gian vµ c¸c lÖnh so s¸nh, TiÕn hµnh kh¶o s¸t tÝnh to¸n vµ viÕt ch−¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn cho m« h×nh ®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh t−íi nhá giät trong phßng thÝ nghiÖm tù ®éng ho¸ thuéc bé m«n §iÖn kü thuËt khoa C¬ §iÖn (h×nh 3), H3. M« h×nh ®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh t−ãi nhá giät
d) TÝnh to¸n gi¸ thµnh cho hÖ thèng ®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh t−íi Gi¸ thµnh thiÕt bÞ cña hÖ thèng ®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh t−íi cho 200 m2 ®−îc tr×nh bµy ë b¶ng 2, P P B¶ng 2. Gi¸ thµnh thiÕt bÞ cña hÖ thèng ®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh t−íi STT ThiÕt bÞ §¬n vÞ Sè l−îng §¬n gi¸ Thµnh tiÒn 1 CPU 224 C¸i 1 5000000 5000000 2 R¬ le C¸i 6 18000 108000 3 Van ®iÖn C¸i 6 180000 1080000 4 æng dÉn nh¸nh MÐt 250 1000 250000 5 æng dÉn chÝnh MÐt 100 2500 250000 6 §ång hå ®o ¸p C¸i 1 50000 50000 7 B¬m n−íc C¸i 1 1800000 1800000 8 C¸c lo¹i cót… C¸i 300 1500 450000 9 C¸c lo¹i d©y ®iÖn MÐt 200 1500 300000 Tæng 9,288,000 3, KÕt luËn M« h×nh ®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh t−íi nhá giät ®· ®−îc kiÓm tra, ch¹y thö trong mét hÖ thèng ®iÒu khiÓn vµ gi¸m s¸t thiÕt kÕ trªn c¬ së thiÕt kÕ bé ®iÒu khiÓn kh¶ tr×nh PLC S7-200, CPU 224 cña h·ng Siemens, M« h×nh ®−îc thiÕt kÕ hoµn toµn ®¶m b¶o qu¸ tr×nh t−íi cho c¸c lo¹i c©y trång trong nhµ l−íi, nhµ kÝnh, Gi¸ thµnh cña s¶n phÈm tõ 9-10 triÖu/ 1 bé t−íi cho diÖn tÝch 200m2 trong nhµ kÝnh hoÆ nhµ P P l−íi, Tµi liÖu tham kh¶o Vò H÷u TuÊn, NguyÔn ThÞ Lan Thanh, 2005, ThiÕt kÕ hÖ thèng tù ®éng hãa t−íi nhá giät cho c«ng nghÖ trång rau kh«ng cÇn ®Êt, §å ¸n tèt nghiÖp - chuyªn ngµnh §iÒu khiÓn tù ®éng - §¹i häc B¸ch khoa Hµ néi, 102 trang, L−¬ng V¨n Kiªn, 2005, ThiÕt kÕ m« h×nh hÖ thèng t−íi nhá giät tù ®éng phôc vô s¶n xuÊt rau an toµn, §å ¸n tèt nghiÖp - chuyªn ngµnh §iÖn N«ng nghiÖp, 90 trang, Hoµng §øc Liªn, NguyÔn Thanh Nam, 2001, Thuû lùc vµ cÊp tho¸t n−íc trong n«ng nghiÖp, nhµ xuÊt b¶n Gi¸o dôc, 200 trang, Phan Xu©n Minh, NguyÔn Do·n Ph−íc, 1997, Tù ®éng ho¸ víi SIMATIC S7 - 200, nhµ xuÊt b¶n N«ng nghiÖp, 191 trang,