Thiết kế hệ thống điều khiển quá trình tới nhỏ giọt
áp dụng trồng cây trong nhà lới , nhà kính
Designing drip irrigation control system for crop cultivation in nethouse and
greenhouse
Ngô Trí Dơng

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, Đặt vấn đề
Nớc có ý nghĩa quan trọng trong đời sống cây trồng nói chung và cây rau nói riêng, nớc thừa
và thiếu đều ảnh hởng không tốt đến sinh trởng, năng suất và phẩm chất của cây. Nớc nhiều làm
cho nồng độ đờng, nồng độ các chất hoà tan giảm, khả năng chống chịu sâu bệnh kém, vận chuyển
và cất giữ gặp khó khăn. Nớc thiếu sinh trởng kém, năng suất và phẩm chất giảm, mặt khác việc
cung cấp nớc phải đảm bảo theo từng thời kỳ sinh trởng của cây trồng. Hiện nay trên thế giới đối
với những nớc có nền nông nghiệp phát triển nh Israel, Hà lan, Mỹ, úc trên những cánh đồng,
trong nhà kính và nhà lới đều có những hệ thống điều khiển quá trình tới. ở nớc ta hầu hết các
hệ thống điều khiển quá trình tới trong nhà lới, nhà kính đều nhập ngoại giá thành cao, cho nên
cha phổ biến đối với nhu cầu sử dụng. Để giải quyết vấn đề nêu trên chúng tôi đa ra mô hình điều
khiển quá trình tới nhỏ giọt áp dụng trồng cây trong nhà lới, nhà kính nhằm mục đích giảm giá
thành so với nhập ngoại và thiết bị đợc lựa chọn ở trong nớc.
2, Nội dung và phơng pháp nghiên cứu


g
chính
l
Đờn
g
ốn
g
nhánh Bầu tới
Máy
bơm
Bể nuớc
Bộ điều áp
Bộ ĐK PLC S7 - 200
CPU 224
Van điện
Hình1. Sơ đồ tổng thể mô hình điều khiển quá trình tới nhỏ giọt
Chọn đờng ống nhánh có đờng kính d = 4 mm = 0,004 m
Chọn đờng ống chính có D = 2,1 cm = 0,021 m
- Vòi tạo giọt: có nhiệm vụ lấy nớc áp lực từ ống tới đa tới gốc cây trồng dới dạng từng
giọt. Các tác giả Vũ Hữu Tuấn, Nguyễn Thị Lan Thanh (2005) và Lơng Văn Kiên (2005) đã chọn
vòi tạo giọt là dạng một vòi gắn với ống tải nớc hay dạng một lỗ nhỏ ở ống tải nớc.
- Q
B
v
B là tổng lu lợng nớc cần tới của một luống trồng cây.
b) Tính toán đờng ống chính
Tính toán đờng ống chính dựa theo các công thức đợc đa ra trong giáo trình Thủy lực và cấp
thoát nớc của các tác giả Hoàng Đức Liên và Nguyễn Thanh Nam (2001), cụ thể nh sau:

- Công thức tính tổn thất trên đoạn ống:

và
066,0=

; D = 0,021m;
14,3
=

; QB
45
B = 0,6 10P
-6
P
[mP
3
P
/s],

Từ đó xác định H
B
44; 45
B = 0,25,10P
-6
P
m
Tơng tự cách tính trên xác định đợc tổn thất trên một luống là:

H = 0,008m,
Kết quả tính toán đợc trình bày ở bảng 1
Nh vậy, với chiều dài đờng ống là 16 m tổn thất trên toàn đờng ống không đáng kể, do đó
một cách gần đúng có thể coi áp suất tại mọi điểm nhỏ giọt đều nh nhau. Mặt khác đối với đờng

Q
Q
2
42
8
Q
gD
D
l
H
W








+=

ab
bb
b
aa
a
H
g
Vp
Z

/s]
Tổn thất 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

H
0,0079529209
áp dụng công thức (2) viết cho hai mặt cắt ngang tại vị trí 46 và 47 , Do đoạn ống ngắn nên bỏ qua
hao tổn và coi gần đúng vận tốc tại 46 và 47 nh nhau:
từ đó xác định đợc áp suất của ống vị trí 46 là 114000 [N/m
P
3
P
] và PB
46
B

PB
45
B, Tơng tự viết cho hai
mặt cắt 1 và 45,
từ đó xác định đợc áp suất đầu đờng ống là 114600 [N/m
P
3
P
], khi đó bộ điều áp suất sẽ đợc lập
trình điều khiển để đạt đợc giá trị này,
c) Lựa chọn thiết bị điều khiển và phần mềm điều khiển
- Lựa chọn máy bơm (bơm một lúc 2 luống)

2
4747
47
2
4646
46
22

+++=++ H
g
Vp
Z
g
Vp
Z


+++=++ H
g
Vp
Z
g
Vp
Z
22
2
4545
45
2
11


3, Kết luận
Mô hình điều khiển quá trình tới nhỏ giọt đã đợc kiểm tra, chạy thử trong một hệ thống điều
khiển và giám sát thiết kế trên cơ sở thiết kế bộ điều khiển khả trình PLC S7-200, CPU 224 của hãng
Siemens, Mô hình đợc thiết kế hoàn toàn đảm bảo quá trình tới cho các loại cây trồng trong nhà lới,
nhà kính, Giá thành của sản phẩm từ 9-10 triệu/ 1 bộ tới cho diện tích 200m
P
2
P
trong nhà kính hoặ nhà
lới,

Tài liệu tham khảo
Vũ Hữu Tuấn, Nguyễn Thị Lan Thanh, 2005, Thiết kế hệ thống tự động hóa tới nhỏ giọt cho công
nghệ trồng rau không cần đất, Đồ án tốt nghiệp - chuyên ngành Điều khiển tự động - Đại học
Bách khoa Hà nội, 102 trang,
Lơng Văn Kiên, 2005, Thiết kế mô hình hệ thống tới nhỏ giọt tự động phục vụ sản xuất rau an
toàn, Đồ án tốt nghiệp - chuyên ngành Điện Nông nghiệp, 90 trang,
Hoàng Đức Liên, Nguyễn Thanh Nam, 2001, Thuỷ lực và cấp thoát nớc trong nông nghiệp, nhà
xuất bản Giáo dục, 200 trang,
Phan Xuân Minh, Nguyễn Doãn Phớc, 1997, Tự động hoá với SIMATIC S7 - 200, nhà xuất bản
Nông nghiệp, 191 trang,