Giáo trình: 2.3.1. Mô hình nhà màng thông minh

Giáo trình

2.3.1. Mô hình nhà màng thông minh

Đây là mô hình gồm hệ thống giám sát điều khiển tích hợp bằng vi tính, ứng dụng công nghệ số để cải thiện quy trình kiểm soát bằng cách kết hợp chức năng của nhiều đơn vị cảm biến, phân tích và tạo logic để điều khiển đối tượng mong muốn (đóng mở các cửa thông gió, bật tắt quạt hút, quạt làm mát, đóng mở van hệ thống tưới, phân bón...) nhằm kiểm soát chính xác nhiệt dộ, ẩm độ, ánh sáng, dinh dưỡng và quy trình canh tác trong nhà màng.

* Những công nghệ áp dụng trong hệ thống

- Một hệ thống điều khiển tích hợp sẽ bao gồm các chương trình và phần mềm điều khiển, thu thập các thông số từ các cảm biến (nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng, CO2, hàm lượng phân bón...) từ đó đưa ra các lệnh điều khiển để vận hành các thiết bị chấp hành (hệ thống phun sương, làm giàu CO2, lưới cắt nắng, cửa thông hơi, hệ thống tưới tiêu, dinh dưỡng, ...).

- Hệ thống SCADA (Hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu) được áp dụng rộng rãi trong công tác quản lý và vận hành nhà màng công nghệ cao (nhà màng thông minh). Thông qua hệ thống HMI/SCADA cài đặt trên máy chủ đặt tại trung tâm điều khiển, người quản lý có thể giám sát toàn bộ các thông số môi trường theo thời gian thực, nhận những cảnh báo môi trường vượt ngưỡng cài đặt hoặc các tình trạng bất thường của các máy móc thiết bị đang vận hành trong nhà màng, điều khiển được tất cả các thiết bị từ xa nhằm tạo môi trường sinh trưởng chính xác và ổn định cho cây trồng.

- Với sự phát triển của điện toán đám mây, hệ thống điều khiển tích hợp sẽ dễ dàng cung cấp các dịch vụ giám sát các thông số đo môi trường sản xuất và cho phép thay đổi, điều chỉnh cho phù hợp các thông số này qua máy tính hay ngay trên thiết bị di động như máy tính bảng, điện thoại thông minh tại bất kỳ đâu có kết nối mạng internet (hình 2.34)

* Yêu cầu lắp đặt hệ thống

Để đảm bảo điều kiện để lắp đặt hệ thống giám sát điều khiển tự động, khu nhà màng sản xuất cần một số hạ tầng thiết bị chấp hành sau:

- Hệ thống hạ nhiệt làm mát gồm: tường nước, hệ thống cấp nước và quạt hút gió (Fans and cooling Pad), quạt đối lưu, động cơ điều khiển cửa thoát nhiệt mái và vách (Hình 2.35)

- Hệ thống máy làm lạnh công suất lớn chủ động hạ nhiệt theo yêu cầu.

- Hệ thống tăng nhiệt là máy gia nhiệt chạy dầu hoặc chạy than để đốt nóng không khí trong buồng đốt, sau đó sử dụng quạt công suất lớn thổi khí nóng vào trong nhà thông qua hệ thống ống vải (hoặc nylon) dạng xương cá đặt bên trong nhà màng.

- Hệ thống điều chỉnh ánh sáng là hệ thống lưới cắt nắng bên trong hoặc bên ngoài.

- Hệ thống đèn chiếu sáng cây trồng.

- Hệ thống bơm điện, van điện điều khiển hệ thống tưới phun sương, tưới dinh dưỡng, phun hóa chất khử trùng diệt khuẩn.

- Hệ thống máy pha dung dịch, bơm dung dịch (nhà màng thủy canh) (hình 2.12)

- Hệ thống máy bổ sung làm giàu CO2.

Các loại thiết bị máy móc trên sau khi được lắp đặt kết nối với hệ thống điều khiển tích hợp máy tính sẽ trở thành các thiết bị chấp hành đầu cuối, hoạt động đóng/mở hoặc đóng/cắt dựa trên các logic đã lập trình trong bộ điều khiển trung tâm hoặc các thao tác của người quản lý từ xa qua hệ thống điều khiển (hình 2.37).

* Thuận lợi và trở ngại khi ứng dụng công nghệ

Thuận lợi:

- Sản xuất nông nghiệp phải chịu nhiều tác động tiêu cực của biến đổi khí hậu như hạn hán, nhiệt độ tăng cao thì việc đầu tư lắp đặt nhà màng, nhà lưới công nghệ cao là hướng đi đúng;

- Công nghệ nhà màng thông minh điều khiển tự động không chỉ đảm bảo môi trường thuận lợi cho cây trồng phát triển quanh năm, mang lại hiệu quả kinh tế cao mà còn tăng sức cạnh tranh cho sản phẩm trên thị trường nhờ tiêu chí”sạch” trong sản xuất trồng trọt;

- So với phương pháp sản xuất truyền thống, phương pháp sản xuất trong nhà màng với hệ thống tưới tiêu – dinh dưỡng thông minh cùng hệ thống điều khiển khí hậu hợp lý được tự động hóa giúp kiểm soát toàn bộ các yếu tố tác động tới quá trình sinh trưởng và phát triển của cây trồng. Nhờ đó, có thể đưa vào sản xuất những bộ giống độc đáo, cung ứng cho thị trường nhiều loại rau củ quả an toàn, chất tốt trên quy mô lớn, năng suất cao, tiết kiệm chi phí.

Trở ngại:

- Vốn đầu tư tương đối lớn.

- Việc đầu tư lắp đặt nhà màng thông minh điều khiển tự động hiện nay chỉ thật sự phù hợp với quy mô sản xuất lớn do yêu cầu sự đồng bộ về hạ tầng thiết bị chấp hành cũng như giá thành các gói phần cứng phần mềm điều khiển còn tương đối cao.

Lưu ý:

Ứng với mỗi vùng miền khác nhau, những mẫu nhà màng và hệ thống điều khiển các yếu tố trong nhà màng cũng có sự thay đổi nhất định cho phù hợp với điều kiện khí hậu của từng vùng, trong đó hệ thống điều khiển khí hậu có thể tự động hoặc bán tự động. Tuy nhiên, đối với vùng thường chịu nhiều tác động của thiên tai như bão lũ, động đất thì cần cân nhắc kỹ giữa lợi ích và chi phí do rủi ro.