ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

                                                                                                                                                                                             TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA CƠ KHÍ-BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ

--------------o0o--------------

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ  CẢI TIẾN HỆ THỐNG TRỒNG RAU MẦM TỰ ĐỘNG

SVTH         :  

MSSV         :   

GVHD        :    TS. Lê Ngọc Bích

                        ThS. Nguyễn Thành Luân

TP.HỒ CHÍ MINH, 2013

LỜI CAM KẾT

Tôi cam kết rằng nội dung của luận văn này là kết quả làm việc của tôi dưới sự hướng dẫn của TS. Lê Ngọc Bích và ThS. Nguyễn Thành Luân, ngoại trừ các phần tham khảo từ các tài liệu khác được ghi rõ trong luận văn.

                                                                   Tp.Hồ Chí Minh, ngày 24 tháng 12 năm 2013

Con xin gửi đến ba, mẹ và gia đình lòng biết ơn sâu sắc nhất. Ba, mẹ và gia đình luôn là hậu phương vững chắc, hỗ trợ con về vật chất lẫn tinh thần trong suốt quãng thời gian vừa qua, giúp con có thêm sức mạnh để  học tập thật tốt cũng như vượt qua những khó khăn thử thách trong cuộc sống.

Em chân thành cảm ơn quý thầy, cô thuộc Khoa Cơ khí, Đại học Bách Khoa Tp.HCM đã tận  tình truyền lại cho em những kiến thức, kinh nghiệm quý báu trong suốt hơn bốn năm học vừa qua để em có đủ  kiến thức, thực tiễn để  thực hiện luận văn tốt nghiệp này cũng như có đủ  sự tự tin để  làm việc trong tương lai gần.

Đặc biệt, em chân thành cảm ơn Thầy TS. Lê Ngọc Bích và thầy ThS. Nguyễn Thành Luân, người đã luôn nhiệt tình theo sát và hướng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện luận văn. Những ý kiến nhận xét, đóng góp của thầy rất bổ ích, kịp thời và điều đó đã giúp em thực hiện luận văn một cách suôn sẻ và hoàn thiện nhất.

Cảm ơn những người bạn cùng nghành đã hỗ trợ, đóng góp ý kiến cho em để em có thể thực hiện được luận văn tốt nghiệp của mình.

Chúc ba, mẹ, quý thầy cô, cùng các bạn luôn luôn dồi dào sức khỏe, niềm vui và thành công trong cuộc sống.

                                                                        Tp. Hồ Chí Minh, ngày    tháng   năm 2013

                                                                                    Sinh viên thực hiện

MỤC LỤC

Lời cam kết i

Lời cám ơn. ii

Tóm tắt luận văn. iii

Mục lục. iv

Danh sách hình vẽ. vii

Danh sách bảng biểu. ix

Chương 1: Tổng quan. 1

1.1 Nhu cầu tự động hóa tại Việt Nam.. 1

1.2 Giới thiệu má Hệ Thống Trồng Rau Mầm Cho Gia Súc. 1

1.2.1 Giới thiệu Loại thức ăn rau mầm.. 1

1.2.2 Đặt vấn đề. 3

1.2.2 Yêu cầu. 3

1.3 Mục tiêu nhiệm vụ của đề tài 3

1.4 Tổ chức luận văn. 4

Chương 2: Phân tích tính lợi thế, tính kinh tế và giá trị dinh dưỡng

2.1 Nêu thực tại của nền chăn nuôi nước ta. 5

2.2 So sánh hình thức mới và cũ. 6

2.2.1 Giớ thiệu loại thức ăn mới 6

1.2.2 So sánh các hình thức chăn nuôi hiện nay. 6

2.3 Tính toán lợi ích kinh tế của phương pháp mới 8

2.4 Tính toán lợi ích dinh dưỡng của phương pháp mới 9

2.5 Những lợi ích khác. 10

2.6 Quy trình sản xuất rau mầm cho gia súc. 14

Chương 3: Phân tích và thiết kế mô hình cơ khí 16

3.1 Các ý tưởng thiết kế hệ thống trồng rau mầm gia súc. 16

3.1.1 Ý tưởng 1. 16

3.1.2 Ý tưởng 2. 17

3.1.3 Ý tưởng 3. 19

3.2 Lựa chọn phương án thực hiện. 19

3.3 Xây dựng mô hình 3D.. 20

3.3.1 Mô hình tổng thể. 20

3.3.2 Cụm li hợp truyền động bánh xích chủ động. 21

3.3.3 Cụm li hợp truyền động bánh xích bị động. 23

3.3.4 Cụm xích kéo thanh gạt, thanh gạt kéo khay di chuyển. 24

3.3.5 Khay chứa cây mầm.. 25

3.4 Tính toán năng suất hệ thống, chọn động cơ, tính thông số xích. 25

3.4.1 Tính toán năng suất hệ thống. 25

3.4.2 Tính toán chọn động cơ. 26

3.4.3 Tính toán thông số xích. 26

3.5 Tính toán chọn ổ lăn. 28

3.5.1 Ổ lăn ở bánh xích. 28

3.5.2 Ổ lăn ở ụ cố định. 29

3.7 Tính bền cho hệ thống thiết kế. 31

3.7.1 Tính bền cho thanh đỡ khay trượt 31

3.7.2 Tính bền cho thanh ngang đỡ. 32

3.7.3 Tính bền cho trục truyền động. 34

Chương 4: Lựa chọn phương án, chọn thiết bị và thiết kế mạch điện. 36

4.1 Lựa chọn phương án 36

4.1.1 Mạch nguồn. 36

4.1.2 Mạch công suất 36

4.1.3 Mạch điều khiển. 37

4.2 Lựa các thiết bị trong mạch điện 38

4.2.1 PLC.. 38

4.2.2 Màn hình HMI. 39

4.2.3 Role. 40

4.2.4 Contactor 40

4.2.4 Van điện. 41

4.2.4 Vòi phun. 42

4.3 Thiết kế mạch điện. 43

Chương 5: Điều khiển và thiết kế giao diện người dùng. 48

5.1 Lưu đồ giải thuật 48

5.2 Chương trình điều khiển. 49

5.2.1 Thống kê ngõ vào và ngõ ra được sử dụng. 49

5.2.2 Lập trình PLC.. 49

5.3 Thiết kế giao diện người dùng. 51

5.3.1 Yêu cầu. 51

5.3.2 Xây dựng giao diện. 51

5.4 Mô phỏng chương trình và giao diện. 52

Chương 6: Tổng kết và hướng phát triển đề tài 55

6.1 Tổng kết 55

6.2 Phát triển đề tài 55

Phụ lục. 62

Tài liệu tham khảo. 63

TỔNG QUAN

1. Nhu cầu tự động hóa ở Việt Nam

            Tự động hóa là một lĩnh vực công nghệ rất quan trọng trong sự phát triển của mỗi quốc gia. Khi ngành này phát triển và được ứng dụng rộng rãi thì nó sẽ gốp phần cải thiện đáng kể năng suất và chất lượng sản phẩm. Nhưng hiện tại ở nước ta ngành này vẫn còn rất thiếu và yếu về quy mô lẫn năng lực làm chủ công nghệ. Điều đó điều đó là hạn chế rất lớn cản trở sự phát triển về mọi mặt của đất nước. Nhưng nhìn về mặt tích cực thì đó cũng là cơ hội để ngành này khai thác nhu cầu rất lớn từ nền sản xuất còn khá lạc hậu của nước ta.

            Và nghành tự động hóa trong nông nghiệp tại nước ta lại càng thiếu và yếu rất nhiều, đòi hỏi nhành phải đi sâu vào giải quyết nhiều vấn đề để nâng cao chất lượng cũng như số lượng của sản xuất nông nghiệp tại nước ta.

1. Giới thiệu Hệ Thống Trồng Rau Mầm Cho Gia Súc
   1.  Giới thiệu Loại thức ăn rau mầm

Thức ăn rau mầm chiếm một thành phần quan trọng trong cuộc sống con người. Nó là loại thức ăn có giá trị dinh dưỡng cao, có nhiều vi lượng cần thiết.

                                                                   Hình 1.1: Rau mầm cho người ăn

Trên hình 1.1 là loại rau mầm giá đỗ và cải mầm là hai loại thức ăn bổ dưỡng mà chúng ta hay dùng trong bữa ăn hằng ngày.

Hình 1.2: Rau mầm cây Ngô và Lúa

Và ngày nay loại thức ăn này không chỉ được áp dụng cho người mà còn được áp dụng vào chăn nuôi. Nó tạo ra một loại thức ăn bổ dưỡng cho gia súc, giúp gia súc không những phát triển nhanh mà còn tạo ra chất lượng thịt sữa hay các sản phẩm khác có chất lượng cao hơn.

Trên hình 1.2 ta thấy những hạt ngô và lúa được cho nảy mầm và được đưa vào làm thức ăn cho gia súc, gia súc ăn rễ thân lá của loại thức ăn này.

Tiêu biểu cho việc sử dụng loại thức ăn này là có rất nhiều nước đã sử dụng, những nước có khí hậu khó khăn như các nước châu phi hay các nước phát triển như Anh, Tây Ban Nha, Mĩ, Nhật..... Và sản phẩm thịt bò nổi tiếng như thịt bò Kobe cũng dùng các loại thực phẩm rau mầm dàu dinh dưỡng.                        

Để trồng những loại thức ăn rau mần cho gia súc thì người ta thường xây dựng những hệ thống trồng theo dãy để đạt hiệu quả cao và tiết kiệm không gian. Trên hình 1.3 là mô hình trồng cây mầm ngô cho gia súc.

1. Đặt vấn đề

Hiện nay nền nông nghiệp nước ta chưa phát triển đúng với tiềm năng hiện có, chưa phát triển khoa học kĩ thuật nhiều để áp dụng. Người nông dân chưa thấy những lợi ích thiết thực của việc áp dụng tự động sản xuất vào nông nghiệp.

Nhu cầu về thực phẩm ngày càng chất lượng hay các loại thực phẩm chức năng ngày càng nhiều đòi hỏi hệ thống tạo ra nguồn thức ăn chất lượng cho gia súc và có thể quản lí chất lượng của nguồn thức ăn này.

Tạo ra nguồn thức ăn liên tục cho gia súc, không phụ thuộc điều kiên thời tiết, giảm sức người tới mức thấp nhất, tiết kiệm không gian, nước, năng lượng....

1. Yêu cầu

• Tính toán thiết kế hệ thống bán tự động thay thế dần sức người.
• Kết cấu cơ khí cơ động dễ tháo lắp và vận chuyển và có thể thay đổi kích cỡ tùy theo nơi áp dụng.

• Hệ thống điều kiển đơn giản để mọi người có thể áp dụng được.
• Có nhiều chế độ để có thể trồng được nhiều loại rau mầm khác nhau.

1. Mục tiêu nhiệm vụ của đề tài

• Tính toán lợi ích của hệ thống hay phương phát mới này.

• Tính toán lợi ích về kinh tế.

• Tìm hiểu lợi ích về mặt dinh dưỡng.

• Tìm hiểu lợi ích chuyên dụng khác.

• Thiết kế cơ cấu cơ khí để sử dụng cho hệ thống.

• Đảm bảo độ bền cho hệ thống. 
• Phù hợp với môi trường làm việc của hệ thống là ẩm ướt.
• Cơ động dễ tháo lắp vận chuyển.

•   Thiết kế hệ thống tự động hóa.

• Dễ dàng cho người sử dụng.
• Chạy ổn định.
• Hệ thống có thể phù hợp nhiều chế độ sử dụng khác nhau.

1. Tổ chức luận văn

Để thực hiện các nhiệm vụ trên thì cần tổ chức thực hiện luận văn như sau:

   1. Phân tích tính lợi thế kinh tế

   2. Phân tích giá trị dinh dưỡng của loại hình thức ăn này với gia súc

   3. Phân tích lựa chọn và thiết kế mô hình kinh tế

   4. Tìm hiểu tổng hợp và thiết kế hệ thống điện

   5. Thiết kế dao diện người dùng và điều khiển

   6. Tổng kết và hướng phát triển đề tài

CHƯƠNG 2 

PHÂN TÍCH LỢI THẾ, TÍNH KINH TẾ VÀ GIÁ TRỊ DINH DƯỠNG CỦA LOẠI THỨC ĂN RAU MẦM CHO GIA SÚC

Ở chương này với quá trình nghiên cứu thực tế và tìm hiểu trên internet em sẽ phân tích những lợi thế, tính kinh tế và giá trị dinh dưỡng của loại thức ăn rau mần đối với gia súc để qua đây ta có thể thấy được tiềm năng lớn lao của loại thức ăn rau mầm này.

1. Nêu thực tại của nghành chăn nuôi nước ta

Hình 2.1: Nuôi gia súc bằng cách chăn thả

Nước ta là một nước nông nghiệp nhưng hiệu quả từ nông nghiệp đem lại không cao, thiếu áp dụng khoa học kĩ thuật vào nông nghiệp, chất lượng từ những sản phẩm nông nghiệp cũng không cao.

Mật độ dân số cao nên những cách đồng cỏ như hình 2.1 ngày càng thu hẹp nhanh chóng và những đồng cỏ cho việc chăn thả thì điều kiện thời tiết luôn rất thất thường nên tính ổn định về nguồn thức ăn nên năng suất chăn nuôi là rất thấp.

Nghành chăn nuôi cũng nằm trong thực trạng chung của nền nông nghiệp, Trong khi chúng ta có rất nhiều ưu đãi về khí hậu và đất đai để phát triển nhưng sản lượng thịt trên bình quân đầu người vẫn rất thấp so với các nước phát triển.

Tình trạng chăn nuôi nhỏ lẻ rất tốn công chăm sóc, nên không phòng chống dịch bệnh cho gia súc được năng suất thấp và rất rủi ro.

Hình 2.2: Nuôi gia súc nhỏ lẻ

Em thiết nghĩ nếu đất nước ta muốn phát triển được thì trước hết mọi người phải có kiến thức, muốn có thể tiếp thu kiến thức tốt thì đòi hỏi phải có thể chất tốt. Thực tế đòi hỏi chúng ta phải nâng cao sản lượng thịt, sữa và chất lượng phải đi đôi số lượng.

1. So sánh hình thức chăn nuôi mới và cũ
   1.  Giới thiệu loại thức ăn rau mầm cho gia súc.

Loại thức ăn mới này được sản xuất bằng cách gieo mầm các loại hạt như Lúa, Ngô rồi cho gia súc ăn các cây con. Đây là loại thức ăn đã được áp dụng ở nước ngoài như Anh, Mexico, Tây Ban Nha, và các nước Ả Rập....

Qua nghiên cứu và tìm hiểu tôi thấy phù hợp với điều kiện Nước Ta, Có thể sản xuất tự động tốn ít nhân công nhất, tiết kiệm công sức, dễ sản xuât mà vẫn mang lại hiệu quả kinh tế. Tăng số lượng đàn gia súc trong nước. Cải thiện thể chất và trí tuệ cho người Việt.

1. So sánh các hình thức chăn nuôi hiện nay 

Ở nước ta hiện nay có hai phương pháp chăn nuôi phổ biến đó là chăn nuôi chăn thả và chăn nuôi theo hình thức nuôi nhốt trồng cỏ. Sau đây em so sánh hai hình thức chăn nuôi này với hình thức chăn nuôi trồng rau mần để thấy được cái nhìn tổng thể về ba hình thức chăn nuôi này. Qua đó thấy được những lợi ích rất lớn của việc áp dụng phương pháp tạo nguồn thức ăn này vào trong quá trình chăn nuôi.

Bảng 2.1: So sánh ba loại hình thức chăn nuôi.

Dựa vào bảng 2.1  ta thấy so với hai hình thức tạo nguồn thức ăn truyền thống trông chăn nuôi thì phương pháp trồng rau mần trong chăn nuôi rất có nhiều lợi thế cạnh tranh, như lợi thế nhân công, năng lượng, môi trường và tính ổn định đều lợi thế hơn hai mô hình truyền thống

1. Tính toán lợi ích kinh tế của phương pháp sử dụng thức ăn rau mầm cho gia súc.

Để tính toán lợi ích kinh tế của phuơng pháp sử dụng thức ăn rau mần cho gia súc thì em đã tính toán chi phí thức ăn nếu ta nuôi theo phương pháp thức ăn trồng rau mầm đối với bò sữa và qua đó em đã tính toán được những lợi ích kinh tế dưới đây.

Lấy giả cả thực tế ở thời điểm hiện tại mà em thu thập được của đơn vị sản xuất Bò Sữa

• Chi phí

• Giống: 30.000.000đ (tham khảo bò sữa long thành)
• Thức ăn / ngày:  40kg rau mầm à 7(lúa) à 35.000đ/ngày

                           7kg cám + Hèm bia à 40.000đ/ngày

        Tổng: 100.000đ/ngày (Thức ăn + nhân công + thuốc +  điên nước)                 

• Tính nhân công mỗi người nuôi được 12-14 con và giá nhân công khoảng 5 tr – 6 tr.

• Chi phí chuồng trại:

 Vậy tổng chi phí: 66.000.000đ/con/năm (chưa tính phí chuồng trại)

• Thu Nhập: 2 nguồn chính: à Sữa & Bê con (xác suất 50-50 đực cái)

• Sữa: Trung bình 15 lít/ngày và Giá 10.000đ/lít à 150.000đ/ngày
• Bê con:   

• Bê đực: 1.500.000
• Bê cái: 8.000.000

               Vậy trung bình mỗi năm thu được từ việc sinh sản: 4.500.000 con/năm

• Phân: Nếu biết cách chế biến thì đây cũng là một nguồn lợi lớn đối với những vùng áp dụng phương pháp nuôi này vì thường ở gần thành thị nên giá cả sẽ tốt hơn.(Theo em giá trị phân có thể so ngang bằng được với chi phí chuồng trại nếu sản xuất lâu dài)
• Tổng thu nhập:   150.000*365 + 4.500.000 = 60.000.000

Vậy sau khoảng 1.5 năm là có thể gần hoàn lại vốn tính cả việc vay vốn để đầu tư sản xuất.

1. Lợi ích về mặt giá trị dinh dưỡng của loại thúc ăn này

Qua quá trình tìm hiểu xét về mặt dinh dưỡng của loại thức ăn rau mầm là rất tốt cho gia súc, nó là loại thức ăn rất hoàn hảo trong việc phát triển, sinh sản, hay phòng chống bệnh tật cho gia súc.

Thức ăn rau mầm có các lợi ích dinh dưỡng quan trọng cụ thể như:

• Có sự chuyển biến quan trọng về cả chất và lượng trong quá trinh nảy mầm hạt giống
• Trong một vài ngày năng lượng dữ trữ của hạt có khả năng biến đổi thành các các thành các chất dinh dưỡng dễ hấp thu và có thể tiếp nhận dinh dưỡng từ bên ngoài

• Trong giai đoạn này thì cả phần trên của rau mầm và phần dưới của rau mần đều phát triển rất nhanh, là giai đoạn hình thành nên các amino axit rất dễ cho động vật hấp thụ và có một lượng chất xơ cao.

• Rau mầm ở dạng này có những tính năng rất đặc biệt có thể nêu ra như sau:

• Là thức ăn còn sống

            Rau mầm là loại thức ăn còn sống khi đưa tới tận miệng gia súc, nó phát triển đầy đủ và giữ nguyên được hầu hết những vitamin, emzin tiêu hóa, protein, lipit..... cho gia súc.

• Là loại thức ăn đầy đủ và hòa hợp

Không những phần trên của rau mầm là những lá đầu tiên rất giàu về dinh dưỡng mà phần dưới của rau mầm cũng có nhiều đường và protein

Kết quả là tạo ra một loại thức ăn cân bằng và đầy đủ về dinh dưỡng, đáp ứng đầy đủ dinh dưỡng cho vật nuôi mà người chăn nuôi không cần phải lo lắng về sự kết hợp dinh dưỡng cho vật nuôi.

• Là loại thức ăn của tự nhiên

    Không có quá trình nhân tạo nào tác động đến quá trình sản xuất rau mầm này, nên tạo ra được sản phảm thịt sữa chất lượng.

• Là loại thức ăn phù hợp với hệ tiêu hóa của gia súc

    Ngày nay người ta thường cho gia súc ăn các loại thức ăn công nghiệp từ các loại hạt nhưng nó không phù hợp với chế độ tiêu hóa của gia súc nên thường phát triển không tốt, hay dịch bệnh. Còn rau mầm thì rất phù hợp hệ tiêu hóa gia súc.

• Là loại thức ăn hấp dẫn cho gia sú

    Nó xuất hiện với màu sắc và hương vị hấp dẫn thu hút gia súc, tìm thấy trong nó là một loại thức ăn cung cấp đầy đủ hàm lượng bao gồm cả lượng nước quan trọng trong hàm lượng thức ăn.

• Một số ví dụ về lợi ích dinh dưỡng của thức ăn rau mầm đã được áp dụng trong chăn nuôi đã được sử dụng.

• Sử dụng trong chăn nuôi Bò

Hình 2.3: Áp dụng cho chăn nuôi bò sữa

Áp dụng nuôi bò sữa bằng thức ăn rau mầm như trong hình 2.3 đạt được những lợi ích đáng kể như:

• Loại bỏ các rối loạn tiêu hóa
• Giảm tỉ lệ mắc bệnh
• Giảm tỉ lệ tử vong
• Tiết kiệm chi phí khẩu phần ăn
• Cải thiện các điều kiện chung của động vật
• Tăng chất lượng thịt sữa

• Sử dụng trong chăn nuôi Dê

   Áp dụng nuôi dê lấy thịt và sữa bằng thức ăn rau mầm như trong hình 2.4 đạt được những lợi ích đáng kể như:

Hình 2.4: Áp dụng cho chăn nuôi dê

• Loại bỏ các rối loạn tiêu hóa
• Loại bỏ một số rối loạn hô hấp
• Tăng khả năng sinh sản của dê cái
• Tình trạng sức khỏe tốt quanh năm
• Sử dụng ít thức ăn hơn
• Hình thức dê đẹp hơn, Lông bóng mượt hơn

• Sử dụng trong chăn nuôi Cừu

Hình 2.5: Áp dụng cho chăn nuôi cừu

Áp dụng nuôi cừu lấy thịt và lông bằng thức ăn rau mầm như trong hình 2.5 đạt được những lợi ích đáng kể như:

• Sự ổn định trong sản xuất sữa
• Tăng hàm lượng chất béo trong sữa
• Điều kiện sức khỏe tốt hơn
• Tăng khả năng sinh sản và sự mắn đẻ
• Cải thiện hình dáng bên ngoài
• Dễ dàng ổn định khẩu phần

• Sử dụng trong chăn nuôi Thỏ

Hình 2.6: Áp dụng cho chăn nuôi thỏ

Áp dụng nuôi thỏ lấy thịt và thỏ giống bằng thức ăn rau mầm như trong hình 2.6 đạt được những lợi ích đáng kể như:

• Tăng khả năng sinh sản của thỏ đực
• Rút ngắn chu kì sinh sản của thỏ cái
• Ổn định về chu kì nhiệt
• Tránh táo bón
• Giảm tỉ lệ tử vong của thỏ con lúc mới được sinh ra
• trên 10 thỏ con được sinh ra mỗi năm

1. Những lợi ích khác

Ngoài những lợi ích như đã nêu trong việc sử dụng thức ăn rau mầm cho gia súc thì khi sử dụng loại thức ăn này còn đạt được những lợi ích thiết thức khác như:

• Thực phẩm chức năng

• Thực phẩm chức năng trong phương diện em đang đề cập đây là cho gia súc ăn một số loại thức ăn nào đó để nó sản sinh ra những thực phẩm có giá trị dinh dưỡng cao nào đó.
• Ngày nay thực phẩm chức năng là một thứ không thể thiếu trong cuộc sống hằng ngày của chúng ta để giúp bổ sung dinh dưỡng cần thiết nào đó qua con đường thức ăn. Hỗ trợ rất lớn và hiệu quả trong việc cải thiện sức khỏe con người.
• Với hệ thống này ta có thể cho gia súc ăn những cây non của những loại hạt có giá trị dinh dưỡng đặc biệt nào đó rồi tạo ra những loại thịt sữa có giá trị dinh dưỡng đặc biệt.

• Thân thiện môi trường và tiết kệm năng lượng

• Tiết kiệm nước tưới, tiết kiệm điện: Nếu trồng cỏ cho gia súc ăn thì ta phải tưới lượng nước nhiều vì hao hụt khi tưới là rất lớn, còn dùng phương pháp này lượng nước cần tối thiếu nhất và lượng nước dư thừa có thể tuần hoàn để tưới lại được.
• Tiết kiệm được lượng phân bón: Phân bón có thể tưới trực tiếp vào cây mần ở dạng lỏng nên cây dễ hấp thụ, và lượng nước phân bón chảy ra ngoài có thể được tận dụng lại tạo ra hiệu suất sử dụng phân bón lớn.

• Tiết kiệm không gian: Chỉ với diên tích 20  là có thể tạo ra gần 300 kg/ngày nuôi được khoảng 10 con bò.

• Phù hợp đặc điểm kinh tế

• Ngày nay thức ăn chức năng đang ngày càng phát triển rất nhanh và với cách làm này thì việc sản xuất thức ăn cho gia súc để tạo ra thực phẩm chức năng sẽ dễ dàng hơn rất nhiều.
• Tạo ra nguồn thức ăn cho gia súc trong lĩnh vực giải trí và thể thao đơn giảm hơn nhiều và tốt hơn cho gia súc. Ví dụ như trong môn đua ngựa ở những thành phố lớn không có diện tích để trồng cỏ thì rất khó khăn, các loại thức ăn công nghiệp thì không tốt cho sức khỏe của nó, còn mua cỏ ở ngoài thành thì cũng khó khăn nên giải pháp thức ăn rau mầm là hợp lí nhất. Hay như khi ta nuôi các loại động vật ăn cỏ trong thảo cẩm viên thì giải pháp thức ăn cũng là rất quan trọng và phương pháp thức ăn rau mầm cũng là rất hợp lí vì nó tối thiểu chi phí nhất, thức ăn tự nhiên nhất đảm bảo sức khỏe cho vật nuôi, thức ăn có dinh dưỡng tốt nhất, và nó là nguồn thức ăn tự chủ dễ nhất, không phụ thuộc điều kiện tự nhiên, điều kiện con người hay có thể đảm bảo vệ sinh nguồn thức ăn cho vật nuôi nhất.
• Nước ta đang là nước xuất khẩu gạo lớn nhất thế giới nhưng hiệu quả kinh tế không cao. Nếu chúng ta dùng hạt lúa nãy mần cho gia súc ăn và xuất khẩu thịt thì chắc hẳn giá trị kinh tế sẽ cao hơn rất nhiều. Và sẽ tự chủ hơn trong việc xuất khẩu hay dùng cho việc chăn nuôi.

1. Quy trình sản xuất rau mân cho gia súc.

• Ngâm hạt mầm:

Hình 2.7: Ngâm hạt mầm trong nước ấm

Hình 2.7 miêu tả cách ngâm hạt mầm trước khi đem bỏ lên khay và có những điều cần chú ý sau đây.

• Ban đầu hạt mầm được ngâm với nước có nhiệt độ từ 40  đến 45 .
• Nước ngâm phải cao gấp đôi độ cao của hạt mầm để trong khay.
• Thời gian ngâm hạt mần là khoảng một đến hai giờ.

• Ủ hạt mầm: Hạt mầm đươc ủ khoảng 48 giờ

Hình 2.8: Ủ hạt mầm trong khay

Hình 2.8 nêu cách ủ hạt mầm sau khi ngâm và những điều cần lưu ý khi ngâm

• Các hạt mần được đem bỏ vào những khay sau đó đậy nắp lại.
• Thời gian ủ khoảng 48 giờ.
• Ủ kín tránh tình trạng có ánh sáng vào.
• Những khay đem ủ hạt mầm phải có những lỗ nhỏ để thoát nước tránh tình trạng nước trũng lại làm hỏng hạt mầm

• Bỏ các hạt đó lên khay

Hình 2.9: Bỏ các khay lên giá đỡ

Hình 2.9 bỏ các hạt mầm đã được ủ lên khay và những điều cần lưu ý khi chọn khay.

• Sau khi ủ xong thì bỏ các hạt mần đó vào khay có các lỗ thoát nước nhỏ để thực hiện việc trông rau mầm cho gia súc.
• Mỗi khay có kích thước 50x37x3(cm) thì sẽ bỏ được 1kg hạt mần, theo thực nghiệm thì đó là kích thước tốt nhất để tròng rau mầm.

• Chu trình tưới

• Ba ngày đầu thì tưới bằng nước và tưới với hạt nước rất nhỏ để đảm bảo không ảnh hưởng đến hạt mầm
• Ba ngày sau xen kẽ tưới bằng nước ta có thể hòa tan các loại phân bón vào nước tưới để giúp cây phát triển tốt hơn tạo năng suất cao hơn.

CHƯƠNG 1:

LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN, CHỌN THIẾT BỊ VÀ THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN

Hệ thống mạch điện điều khiển được xem như là bộ não kiểm soát toàn bộ hoạt động của hệ thống. Hệ thống bao gồm mạch nguồn mạch công suất và mạch điều khiển. Chúng quan hệ tương hỗ, chặt chẽ với nhau giúp cho hệ thống vận hành một cách chính xác và chặt chẽ.

1. Lựa chọn phương án
   1. Mạch nguồn

Mạch nguồn được sử dụng để cung cấp năng lượng cho toàn hệ thống hoạt động. Trong mạch điều khiển của hệ thống có sử dụng nhiều loại nguồn có điện áp khác nhau. Có những phần tử dùng nguồn 24V như các van, màn hinh HMI... Có những thiết bị dùng nguồn nuôi 220V như role hay PLC... Do đó mạch nguồn có tác dụng chuyển đổi ngõ vào 220V sang ngõ ra 24V để cung cấp điện cho những thiết bị trên.

• Để hệ thống hoạt động nhịp nhàng thì mạch nguồn phải đảm bảo những tiêu chi sau như:

• hoạt động ổn định tuổi thọ cao.
•  chống nhiễu tốt.

Những phương án chọn mạch nguồn:

• Phương án 1: Sử dụng nguồn cung cấp bán sẵn

Đánh giá:

• Có thiết kế chắc chắn, tính thẩm mĩ cao.
• Có khả năng tản nhiệt tốt.
• Chống nhiễu tốt, hoạt động ổn định

• Phương án 2: Nguồn tự làm

Đánh giá:

• Thiêý kế không chắc chắn , thẩm mĩ không cao.
• Dễ bị nhiễu, hoạt động không ổn định.
• Giá thành thấp.

Từ những phương án trên thì mạch nguồn cung cấp sẵn đảm bảo yêu cầu hơn nên ta chọn nguồn cung cấp bán sẵn tuy có giá thành cao hơn nhưng tính ổn định và lâu dài được đảm bảo hơn phù hợp yêu cầu hệ thống.

1. Mạch công suất.

Trong bộ điều khiển thì ngõ ra thường không đủ lớn để có thể sử dụng cho các thiết bị hoạt động. Do đó ta phải dùng mạch công suất để khuếch đại ngõ ra của bộ điều khiển để đến mức điện áp tương ứng.

• Những yêu cầu cần để chọn mạch công suât

• Đơn giản dễ sử dụng, dễ tháo lắp.
• Hoạt động ổn định.
• Giá cả phải chăng.

• Phương án 1: Role, contactor

Đánh giá

• Đơn giản dễ sử dụng dễ tháo lắp.
• Giá thành phải chăng.

• Phương án 2: IGBT

Đánh giá

• Là khí cụ chuyên dùng trong mạch công suất.
• Có khả năng đóng ngắt nhanh.
• Mạch kích thường ở dạng module, drive chuyên việt.
• Giá thành cao.

• Phương án 3: Triac

Đánh giá

• Là khí cụ có mạch điều khiển đơn giản.
• Công suất giới hạn không cao.
• Dễ bị nhiễu.

Từ những phương án trên ta thấy sử dụng role, contactor là hợp lí nhất Phù hợp với những yêu cầu đề ra. Nên ta chọn role, contactor làm mạch công suất.

1. Mạch điều khiển

Mạch điều khiển là phần trung tâm của hệ thống. Mạch điều khiển có tác dụng nhận tín hiệu từ các nút điều khiển, đọc thời gian thực để đưa tín hiệu ngõ ra.

• Những yêu cầu cần để chọn mạch điều khiển.

• Sử dụng ổn định không bị nhiễu.
• Có thể kết hợp các thiết bị ngoại vi bằng các chuẩn truyền khác nhau để giúp người điều khiển thay đổi các thông số điều khiển khác nhau.
• Dễ lắp đặt, bảo dưỡng, dễ thay đổi chương trình điều khiển.

• Phương án 1: PLC

Đánh giá

• Là bộ điều khiển sử dụng trong môi trường công nghiệp.
• Có khả năng hoạt động ổn định.
• Có thể giao tiếp bằng các chuẩn truyền khác nhau.
• Có thiết kế chắc chắn, tản nhiệt tốt, tính thẩm mõ cao

• Phương án 2: Vi điều khiển

Đánh giá

• Hoạt động không ổn định, dễ bị nhiễu.
• Dung lượng bộ nhớ nhỏ.
• Giá thành tương đối rẻ.

• Phương án 3: Role

Đánh giá

• Là bộ điều khiển truyền thống giá rẻ.
• Khó khăn thay đổi chương trình điều khiển.

Với những phương án trên thì mạch điều khiển dung PLC chính là phương án tốt nhất phù hợp với những yêu cầu đề ra. Nên PLC đươc chọn làm thiết bị điều khiển.

1. Lựa chọn các thiết bị sử dụng trong mạch điện của hệ thống.
   1. PLC

• Yêu cầu:

• Cần 22 ngõ ra để điều khiển và 15 ngõ vào để điều khiển
• Có hỗ trợ đọc thời gian thực.

Chọn Plc Misubishi Fx2N-48MR-ES/UL đây là loại Plc đáp ứng đủ yêu cầu

Hình 4.1: PLCFX2N-48MR-ES/UL

• Mô tả chung PLC hình 4.1

• Có 24 ngõ vào và 24 ngõ ra
• Nguồn cung cấp 220V
• Plc loại role

1. Màn hình HMI

• Yêu cầu:

Đủ kích thước để sử dụng 5 inch

Chọn màn hình HMI GT15 S(600-480) đây là loại màn hình đáp ứng đủ yêu cầu

Hình 4.2: HIM GT15 S(600-480)

• Mô tả chung HMI hình 4.2

• Có kích thước 5.5inch
• Độ phân giải tốt

1. Role

• Yêu cầu:

• Phù hợp điện áp 220 và chịu được cường độ dòng điện 1A
• Số tiếp điểm cần dùng là 1, Role loại 5 chân
• Thiết bị ổn định, bền với thời gian.

Chọn Relay Omron MKS1PIN-V AC220, đây là loại relay thường dùng có giá cả phải chăng, chất lượng đảm bảo.

 Hình 4.3: Role MKS2PIN-V AC220

• Mô tả chung role hình 4.1

• Dòng tải chịu được 2 A, có 1 bộ tiếp điểm, có nút nhấn khóa, có LED chỉ thị
• Loại tiếp điểm: DPDT
• Tần số đóng cắt: 18000 opn./h
• Điện áp cuộn dây

   220 VAC 12.1 mA (50 Hz)

• Tuổi thọ hoạt động cao, 
• Đế cắm: PF083A-E

1. Contactor

• Yêu cầu:

• Phù hợp điện áp 380V, công suất trên 7,5KW
• Thiết bị ổn định, bền với thời gian.

Chọn contactor Mitsubishi S- N20(CX) - AC220, đây là loại contactor thường dùng có giá cả phải chăng, chất lượng đảm bảo.

Hình 4.4: Contactor S- N20(CX) - AC220

• Mô tả chung contactor hình 4.2

• Loại kéo ngoài (DRAWOUT)
• Công suất tiêu thụ cuộn Coil: 7.5KW
• Điện áp điều khiển: 220V
• Dòng điện định mức: 20A
• Tuổi thọ cao

1. Van điện

Hình 4.5: Van điện 042U4073

• Yêu cầu:

• Có kích thước ngõ ra khoản 1 inch.
• Sản phẩm chạy bền.

Chọn van 042U4073 hãng Danfoss, đây là loại van thường dùng có giá cả phải chăng, chất lượng đảm bảo.

• Mô tả chung vàn hình 4.3

• Ngõ vào 1,5 inch.
• Ngõ ra 1 inch.
• Nguồn cung cấp 220V

1. Vòi phun.

Hình 4.6: vòi phun SpinNet™ SD 1

• Yêu cầu:

• Tưới theo hình chữ nhật.
• Tưới tạo ra hạt nước nhỏ .
• Không bị tính axit hay kềm ăn mòn.
• Sản phẩm chạy bền, dễ tháo lắp vệ sinh.

Chọn vòi phun SpinNet™ SD 2 đây là loại vòi phun có đầy đủ những yêu cầu đề ra.

• Thông số kĩ thuật vòi phun hình 4.6.

• Vòi phun với tia nước cực nhỏ, một thiết kế đặc biệt bộ nối thiết bị phân phối theo vai (SD) đem lại kết quả tối ưu khi cần tưới theo hình chữ nhật.
• Thiết kế không cầu chống nhỏ giọt.
• Chọn loại có lưu lượng tưới 200/120  l/h.
• Áp suất hoạt động khuyến cáo: 2.0 đến 3.0 bar.

1. Thiết kế mạch điện
   1. Mạch công suất.

Thiết kế mạch công suất cho Motor kéo xích tải và một motor bơm nước

Hình 4.7: Mạch công suất cho 2 Motor

• Các thiết bị của mạch điện hình 4.4 gồm

Mạch điện gồm có các thiết bị:

1. Nguồn 3 pha 380V     2. Cầu chì                    3. Đèn báo pha

4. MCB                           5. Contactor                6. Role nhiệt

7. Motor kéo                   8. Motor bơm nước    

• Mô tả nguyên tắc hoạt động của mạch điện hình 4.7.

• Khi được cấp nguồn 3 pha vào mạch điện và mở MCB thì tại các tiếp điểm đầu vào thường mở của Contactor sẽ có điện và chờ cho khi nào mạch điều khiển đưa tín hiệu vào Contactor thì Động cơ kéo xích và motor bơm nước sẽ được hoạt động,
• Mạch điện có các thiết bị bảo vệ như: Đèn báo pha để người dùng có thể xem có đủ pha hay không, MCB có thể tự động nhảy tắt điện khi có sự cố, Role nhiệt có thể tác động vào phần điều khiển ngắt toàn bộ hệ thống khi có sự cố.

1. Thiết kế mạch công suất cho các van điện

Hình 4.8: Mạch công suất cho van điện

1. Thiết kế mạch công suất cho các bộ li hợp

Hình 4.9: Mạch công suất cho solenoid trong li hợp

• Các thiết bị của mạch điện hình 4.8 và 4.9 gồm

Mạch điện gồm có các thiết bị:

    1. Role điện                             2. Van điện                  3. Li hợp

    4. Nguồn 220V                       5. Nguồn 24V            

• Mô tả nguyên tắc hoạt động của mạch điện này.

• Khi các tiếp điểm của role có điện thì các van điện được hoạt động và các li hợp được hoạt động. Từng cặp van điện và li hợp khi điều khiển được hoạt động đồng thời .
• Nguồn điện của van 24V và của li hợp là 220V nên ta có 2 nguồn 24V và 220V để đưa vào tiếp điểm role để sử dụng.

Không lấy trực tiếp ngõ ra của Plc để sử dụng cho van điện hay solenoid vì role ở đây có tác dụng như là một thiết bị bảo vệ. Nếu trường hợp xảy ra sự cố thì role bị ảnh hưởng trước và PLC an toàn hơn.

• Mạch điều khiển.

   Hình 4.14: Mạch điều khiển sử dụng Plc

• Các thiết bị của mạch điện này

Mạch điện gồm có các thiết bị:

    1. Plc Fx2N-48MR                 2. Màn hình HIM        3. Nút nhấn Start, stop

    4. Các SW                               5. Contactor                6. Role

• Mô tả nguyên tắc hoạt động của mạch điện này.

• Plc có nhiêm vụ điều phối hoạt động của các Contactor và các Role.
• Nút nhấn start và stop có tác dụng bắt đầu chương trình hay khởi dừng chương trình.
• Có 2 nút nhấn đó là M2 và M3 đó là hai chế độ chạy bằng tay của chương trình

• M2 để bắt đầu chạy chương trình tưới bằng tay
• M3 để bắt đầu chạy chương trình mà hệ thống sẽ truyền động nhưng không tưới để lấy liệu ra ngoài.

• Các SW từ SW1 đến SW10 là các tín hiệu đánh dấu xem dãy nào sẽ được chạy khi thực hiện chế độ bằng tay M2 và M3.

• Màn hình HIM cung cấp dao diện cho người dùng nhập các thông số điều khiển của hệ thống.
• Từ R1 đến R10 là các role điều khiển cho các li hợp theo thứ tự tương ứng từ li hợp 1 đến li hợp 10.
• Từ R10 đến R20 là các role điều khiển cho các van theo thứ tự tương ứng từ van 1 đến van 10.
• Hai tiếp điểm contactor dùng để lấy tín hiệu về điều khiển cho hai motor.

CHƯƠNG 2:

ĐIỀU KHIỂN VÀ THIẾT KẾ GIAO DIỆN NGƯỜI DÙNG

1. Lưu đồ giải thuật.

Yêu cầu khi điều khiển hệ thống là phải đáp ứng nhu cầu thực tế của người dùng nên việc nghĩ ra các cách thức sử dụng hệ thống là điều rất quan trọng, và phải xây dựng giải thuật điều khiển phù hợp với từng yêu cầu của thực tế nhưng vẫn phải đảm bảo hệ thống có thể sử dụng đảm bảo với yêu cầu thực tế đó.

• Những yêu cầu chương trình điều khiển.

• Nhập liệu tùy theo người dùng nhập ngẫu nhiên, nghĩa là nhập không theo thứ tự hay nhập tất cả vào hệ thống một lần.
• Hệ thống chạy sẽ có nhiều chế độ khác nhau để người dùng lựa chọn.
• Hệ thống chạy thời gian bao lâu cho một dãy tùy vào yêu cầu người dùng và người dùng có thể cài đặt thời gian cho nó.
• Hệ thống chạy theo thời gian thực nghĩa là cứ đến thời gian nhất định trong ngày theo chế độ thì hệ thống sẽ tự động chạy và tưới nước cho cây mầm.

• Ý nghĩa lưu đồ giải thuật trong hình 5.1

• B1: Nhấn nút khởi động cho hệ thống.
• B2: Nhập màn hình chế độ tưới.
• B3: Nhập màn hình các dãy cần tưới.
• B4: Nhập màn hình khoảng thời gian tưới cho mỗi dãy.
• B5: Đọc thời gian xác định thời gian. Nếu đến thời gian cần tưới.
• B6: Mở 2 Motor và thực hiện tưới lần lượt cho những dãy được chọn.
• B7: Tưới xong thì Reset lại 2 Motor và quay lại chờ thời gian ở B5.

1. Chương trình điều khiển
   1. Thống kê ngõ vào và ra được sử dụng

Bảng 5.1: thống kê ngõ vào và ra được sử dụng để điều khiển hệ thống

1. Lập trình PLC

Phần trên ta đã xây dựng được giao diện máy,  giải thuật chương trình và sơ đồ chức năng máy. Tiếp theo ta sẽ dựa vào kết quả đó để lập trình điều khiển. Chương trình điều khiển (phụ lục).

1. Thiết kế dao diện người dùng
   1. Yêu cầu

            Mục tiêu cần đạt được của giao diện là tiện lợi, dễ thao tác, tiết kiệm được thời gian vận hành. Người công nhân có thể nắm bắt được cách vận hành một cách dễ dàng, dễ nhớ.

            Giao diện đây đủ chức năng giúp hệ thống vận hành theo yêu cầu người dùng.

1. Xây dựng dao diện.

Hình 5.2: Giao diện thiết kế hệ thống

• Các thành phần của giao diện được thiết kế:

• Chế độ tưới: Ở chương trình thiết kế 3 chế độ tưới nên ở giao diện thiết kế hình 5.1 ta cũng có 3 chế độ tưới. Dưới mỗi chế độ tưới có 1 cái đèn báo hiệu đang ở chế độ tưới nào.

• Chế độ 2 lần tưới.

  Tưới ở các điểm thời gian là 0 giờ, 12giờ

• Chế độ 3 lần tưới.

  Tưới ở các điểm thời gian là 0 giờ, 8giờ, và 16h

• Chế độ 4 lần tưới.

               Tưới ở các điểm thời gian là 0 giờ, 6giờ, 12giờ và 18 giờ.

• Thời gian tưới

Thanh ghi D30 sẽ là thanh ghi chứa thời gian tưới cho mỗi dãy

• Chọn dãy tưới

• Có 10 nút nhấn trên màn hình HMI mỗi nút nhấn tương ứng với một swich cho phép ta nhập những dãy cần tưới.
• Mỗi dãy cần tưới khi được nhấn thì có một cái đèn dưới nó báo hiệu đã được nhấn dãy đó đã được nhấn hay chưa.

1. Mô phỏng chương trình và giao diện.

Hình 5.3: Giao diện hệ thống khi mô phỏng

• Dùng phần mềm mô phỏng GT Simulator ta mô phỏng chạy giao diện ta được giao diện như hình 5.4

Hình 5.4: Kết hợp mô phỏng Plc với mô phỏng dao diện ta kiểm tra chương trình

Mô phỏng toàn bộ chương trình để đảm bảo kiểm tra chương trình cho hệ thống

CHƯƠNG 3 

TỔNG KẾT VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI

1. Tổng kết

• Nhìn chung luận văn đã thực hiện được:

• Tìm hiểu một cách khái quát về loại thức ăn rau mầm cho gia súc.
• Tính toán được lợi ích kinh tế và lợi ích dinh dưỡng.
• Thiết kế hệ thống cơ khí tính toán đảm bảo được độ bền, đảm bảo đủ năng suất đề ra và hệ thống có tính tháo lắp dễ dàng.
• Thiết kế hệ thống mạch điện dùng Plc và lập trình cho hệ thống.
• Thiết kế giao diện điều khiển.
• Mô phỏng chương trình điều khiển giao diện để kiểm tra chương trình.

• Một số hạn chế:

• Mặc dù đã cố gắng nhưng trong đề tài vẫn còn nhiều thiếu sót.
• Chưa có kinh nghiệm trong việc lựa chọn vật liệu thiết bị nên sự lựa chọn có phần chưa chính xác trong thực tế.

1. Hướng phát triển đề tài

Hệ thống còn nhiều chỗ tính toán thiết kế còn chưa hoàn toàn tối ưu. Có thể phát triển hệ thống tối ưu hơn

Hệ thống có thể phát triển thêm về phần tự động ngâm ủ hạt mần và cấp phát hạt mầm vào hệ thống tự động.

Tìm hiểu kĩ hơn về cơ chế phát triển trồng rau mần để qua đó phát triển hệ thống luân phiên tưới nước và chất dinh dưỡng cho hợp lí.

CHƯƠNG TRÌNH LẬP TRÌNH PLC

...................................