Luận văn: Thiết kế hệ thống tự động cung cấp thức ăn và vệ sinh chuồng trại chăn nuôi heo

Luận văn: Thiết kế hệ thống tự động cung cấp thức ăn, vệ sinh chuồng trại chăn nuôi heo. Nghiên cứu đề án chi tiết, tối ưu hóa quy trình.

• Chuyên ngành: Chăn nuôi
• Đề tài: Phân tích và phát triển hệ thống chăn nuôi heo tự động
• Loại tài liệu: Luận văn

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• MỤC LỤC
• DANH SÁCH HÌNH VẼ
• DANH SÁCH BẢNG BIỂU
• 1. CHƯƠNG 1: Tổng quan về ngành chăn nuôi heo ở Việt Nam:
• 1.1. Quy trình chăn nuôi heo trong ngày
• 1.2. Cấu tạo chuồng nuôi heo
• 1.3. Các hệ thống công nghiệp phục vụ trong chăn nuôi
• 1.3.1. Hệ thống phân phối thức ăn
• 1.3.2. Thiết bị vệ sinh chuồng trại
• 1.4. Mục tiêu, nhiệm vụ và phạm vi luận văn
• 1.5. Tổ chức luận văn
• 2. THIẾT KẾ CƠ KHÍ
• 2.1. Cụm phân phối thức ăn
• 2.2. Lựa chọn phương án dẫn thức ăn
• 2.3. Tính toán, thiết kế cơ khí
• 2.4. Cụm vệ sinh
• 2.5. Cơ cấu truyền động của vòi rửa
• 2.6. Cơ cấu di chuyển
• 3. THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN
• 3.1. Phân tích, lựa chọn các khí cụ điện
• 3.2. Van nước điện từ
• 3.3. Lựa chọn bộ điều khiển
• 3.4. Màn hình HMI
• 4. XÂY DỰNG GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN
• 4.1. Địa chỉ đầu ra và đầu vào của PLC
• 4.2. Xây dựng chương trình điều khiển
• 4.3. Thiết kế giao diện điều khiển
• 4.4. Định hướng phát triển
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan Tự động hóa Chăn nuôi Heo Xu hướng Tiềm năng Bứt phá

Việt Nam, với truyền thống ngành chăn nuôi lâu đời, luôn coi chăn nuôi heo là một trong những trụ cột kinh tế quan trọng. Thịt heo chiếm khoảng 78% nhu cầu thịt hơi toàn quốc, khẳng định vai trò thiết yếu trong bữa ăn của người dân Việt Nam. Ngành này không chỉ cung cấp thực phẩm mà còn đóng góp lớn vào nông nghiệp thông qua việc cung cấp phân bón hữu cơ chất lượng cao, hỗ trợ ngành trồng trọt. Tuy nhiên, sự phát triển không ngừng của xã hội, cùng với nền văn minh hiện đại yêu cầu lao động trí óc và máy móc đòi hỏi nhu cầu về protein cao hơn, đã đẩy mạnh mức sống và nhu cầu tiêu thụ thịt tăng cao [1]. Điều này đòi hỏi một cuộc cách mạng trong phương thức sản xuất. Tự động hóa chăn nuôi heo trở thành giải pháp then chốt để giải phóng sức lao động con người, tăng năng suất và quy mô, đặc biệt trong bối cảnh công nghệ 4.0 chăn nuôi đang dần định hình lại cục diện ngành nông nghiệp.

Sự dịch chuyển từ mô hình chăn nuôi heo thủ công manh mún, nhỏ lẻ sang trang trại heo thông minh là một xu thế tất yếu. Mục tiêu là nhằm đáp ứng nhu cầu thị trường ngày càng lớn, đồng thời giải quyết các thách thức về chi phí, nhân lực và môi trường. Luận văn này hướng tới giải quyết việc phân tích, thiết kế hệ thống tối ưu và phát triển từng khâu trong hệ thống chăn nuôi heo tự động tại mặt bằng hộ gia đình. Điều này không chỉ giúp giảm bớt gánh nặng công việc cực nhọc cho người nông dân mà còn nghiên cứu các giải thuật điều khiển và chương trình vận hành để người lao động có thể điều khiển hệ thống một cách tự động, thay vì phải thực hiện các công đoạn thủ công như trước đây.

Thông qua việc ứng dụng các giải pháp tự động hóa chăn nuôi heo, mục tiêu là tạo ra một hệ thống dễ dàng vận hành, giám sát và quản lý từ xa để tránh thất thoát, lãng phí. Đồng thời, hệ thống này phải được điều khiển một cách tự động, tiện lợi để giải phóng sức người lao động, tiết kiệm thời gian, và quan trọng nhất là nâng cao năng suất chăn nuôi heo. Từ đó, người dân có thể mở rộng và phát triển quy mô, tăng thu nhập cho gia đình, góp phần vào sự phát triển của một nền chăn nuôi heo công nghệ cao và chăn nuôi heo bền vững. Việc giảm chi phí chăn nuôi heo và tối ưu hóa quy trình chăn nuôi là những lợi ích cốt lõi mà tự động hóa mang lại, biến thách thức thành cơ hội phát triển vượt bậc cho ngành chăn nuôi nước nhà.

1.1. Bối cảnh ngành chăn nuôi heo Việt Nam và nhu cầu tự động hóa

Tại Việt Nam, ngành chăn nuôi heo có truyền thống lâu đời và giữ vai trò kinh tế quan trọng, là nguồn cung cấp protein chính yếu (chiếm khoảng 78% nhu cầu thịt hơi cả nước) và tạo sinh kế cho nhiều hộ gia đình nông thôn [1]. Tuy nhiên, theo ghi nhận từ tài liệu nghiên cứu, dù nhu cầu tiêu thụ thịt heo không ngừng tăng, phương thức chăn nuôi hiện tại vẫn còn nhiều hạn chế, đặc biệt ở quy mô hộ gia đình. Tình trạng chăn nuôi manh mún, nhỏ lẻ vẫn phổ biến, chủ yếu dựa vào sức người và thủ công là chính, dẫn đến năng suất thấp, khó khăn trong quản lý lượng thức ăn và gây lãng phí. Tài liệu cũng chỉ ra rằng việc áp dụng khoa học kỹ thuật còn lạc hậu, chưa được cơ giới hóa hay tự động hóa chăn nuôi heo một cách đồng bộ. Các công đoạn như chuẩn bị thức ăn, cho ăn hàng ngày, và vệ sinh chuồng trại tiêu tốn đáng kể thời gian và công sức. Ví dụ, một nhân công có thể dành hơn 6 giờ mỗi ngày chỉ để thực hiện các công việc này [Bảng 1.1], gây hao phí nhân lực. Điều này không chỉ làm giảm hiệu quả lao động mà còn cản trở việc mở rộng quy mô trang trại, khiến nông dân khó lòng nâng cao thu nhập. Chính vì vậy, nhu cầu về một hệ thống chăn nuôi heo tự động trở nên cấp thiết, nhằm giải phóng sức lao động con người, tăng năng suất và qui mô, hướng tới một nền chăn nuôi heo bền vững hơn, đồng thời giải quyết các vấn đề về sức khỏe người lao động do công việc nặng nhọc gây ra.

1.2. Định nghĩa và Lợi ích Cốt lõi của Hệ thống Heo Tự động

Hệ thống chăn nuôi heo tự động là việc ứng dụng các công nghệ tiên tiến như công nghệ 4.0 chăn nuôi, IoT trong chăn nuôi heo, cảm biến trong chuồng heo, robot chăn nuôi và phần mềm quản lý trang trại heo để tự động hóa các quy trình từ cho ăn, uống nước, kiểm soát môi trường đến giám sát sức khỏe heo tự động và vệ sinh chuồng trại. Mục tiêu chính là giảm sự phụ thuộc vào lao động thủ công, tối ưu hóa quy trình và nâng cao hiệu quả tổng thể. Lợi ích cốt lõi của việc triển khai một thiết kế hệ thống tối ưu trong chăn nuôi heo bao gồm nâng cao năng suất chăn nuôi heo đáng kể. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng tự động hóa giúp kiểm soát chặt chẽ lượng thức ăn và nước uống, đảm bảo dinh dưỡng cân bằng cho heo ở từng giai đoạn phát triển, từ đó thúc đẩy tăng trưởng và cải thiện chất lượng sản phẩm. Thứ hai, giảm chi phí chăn nuôi heo là một ưu điểm vượt trội. Bằng cách giảm hao phí nhân công, tiết kiệm thức ăn và nước, cùng với việc quản lý năng lượng hiệu quả hơn, chi phí vận hành trang trại được cắt giảm đáng kể. Thứ ba, việc giám sát sức khỏe heo tự động giúp phát hiện sớm các dấu hiệu bệnh tật, phòng ngừa dịch bệnh hiệu quả, đảm bảo an toàn sinh học chăn nuôi. Cuối cùng, tối ưu hóa quy trình chăn nuôi không chỉ giúp người nông dân dễ dàng quản lý, giám sát từ xa mà còn tạo tiền đề cho việc mở rộng quy mô, hướng tới các trang trại heo thông minh hiện đại và hiệu quả, phù hợp với mô hình chăn nuôi heo công nghệ cao.

II. Thách thức Hiện hữu trong Chăn nuôi Heo Thủ công Tại sao cần Tối ưu

Mặc dù chăn nuôi heo có vai trò không thể phủ nhận trong nền kinh tế Việt Nam, thực trạng hiện nay cho thấy nhiều thách thức cần được giải quyết khẩn cấp. Mô hình chăn nuôi heo thủ công, vốn phổ biến ở quy mô hộ gia đình, đang bộc lộ nhiều hạn chế nghiêm trọng, cản trở sự phát triển và mở rộng quy mô. Việc phụ thuộc chủ yếu vào sức người không chỉ gây ra gánh nặng về thể chất mà còn dẫn đến lãng phí tài nguyên và năng suất thấp.

Theo ghi nhận từ tài liệu nghiên cứu, vấn đề thực trạng của chăn nuôi heo tại Việt Nam (đặc biệt ở quy mô hộ gia đình) vẫn đang trong tình trạng manh mún, nhỏ lẻ, chủ yếu vẫn áp dụng khoa học kỹ thuật và chăn nuôi lạc hậu, chưa được cơ giới hóa hay tự động hóa chăn nuôi heo. Các công đoạn từ việc chuẩn bị thức ăn, cho ăn hàng ngày, đến công tác vệ sinh chuồng trại, mỗi công đoạn đều đòi hỏi nhiều thời gian và công sức. Ví dụ, một nhân công có thể dành hơn 6 giờ làm việc mỗi ngày chỉ để thực hiện các công việc này [Bảng 1.1], gây hao phí nhân lực, hao phí thời gian chỉ đạt được năng suất thấp. Hơn nữa, việc quản lý lượng thức ăn thủ công không đồng đều gây lãng phí, và lao động chân tay nặng nhọc ảnh hưởng đến sức khỏe con người, khiến việc phát triển quy mô chăn nuôi trở nên khó khăn.

Sự thiếu hụt công nghệ 4.0 chăn nuôi và hệ thống quản lý môi trường chuồng trại tự động cũng làm tăng nguy cơ dịch bệnh và ô nhiễm. Môi trường ẩm ướt trong chuồng trại, do vệ sinh không triệt để, có thể là điều kiện lý tưởng cho vi khuẩn có hại sinh sôi, phát triển, gây bệnh cho heo. Điều này ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe đàn heo và môi trường xung quanh, cũng như đến an toàn sinh học chăn nuôi. Mùi hôi, ruồi muỗi và nguy cơ lây lan dịch bệnh từ chất thải không được xử lý hiệu quả là những vấn đề nan giải. Chính những hạn chế này đã thúc đẩy nhu cầu cấp thiết về một thiết kế hệ thống tối ưu và tự động hóa chăn nuôi heo để vượt qua các rào cản, hướng tới một ngành chăn nuôi hiện đại, hiệu quả và chăn nuôi heo bền vững. Mục đích là phục vụ công tác quản lý, giám sát từ xa một cách dễ dàng để tránh thất thoát, lãng phí, đồng thời được điều khiển một cách tự động mang tính tiện lợi để giải phóng sức người lao động, tiết kiệm thời gian, nâng cao năng suất chăn nuôi heo.

2.1. Quy trình Chăm sóc Heo Thủ công Phân tích Thời gian Công sức

Quy trình chăm sóc heo thủ công tại các hộ gia đình chăn nuôi truyền thống tiêu tốn một lượng lớn thời gian và công sức, ảnh hưởng nghiêm trọng đến hiệu quả tổng thể. Theo thông tin từ tài liệu, các công đoạn chính trong ngày bao gồm: chuẩn bị nguyên liệu thức ăn, cho heo ăn và vệ sinh chuồng trại cùng tắm heo. Đối với việc chuẩn bị thức ăn, dù có thể tận dụng nguyên liệu địa phương để giảm chi phí, việc tự phối trộn lại tốn kém thời gian và công sức, khó kiểm soát chất lượng và không bảo quản được lâu. Công đoạn cho heo ăn thường được thực hiện 3-4 lần mỗi ngày cho heo thịt và 3 lần cho heo nái, với việc xách thức ăn lại từng chuồng đổ vào máng ăn [Hình 1.4a], một công việc nặng nhọc và lặp đi lặp lại. Tương tự, nguyên công vệ sinh chuồng trại và tắm heo cũng được thực hiện thủ công, kéo ống nước và xịt rửa từng chuồng [Hình 1.4b]. Công việc này không chỉ nặng nhọc mà còn tốn thời gian, cần thực hiện 3-4 lần mỗi ngày tùy độ dơ sạch. Tổng thời gian chi cho việc cho ăn và vệ sinh chuồng trại có thể vượt quá 6 giờ mỗi ngày cho một nhân công [Bảng 1.1], minh chứng cho sự hao phí nhân lực đáng kể. Việc cho ăn thủ công cũng dễ dẫn đến không đồng đều về lượng, ảnh hưởng đến sự phát triển của đàn heo và khiến năng suất thấp. Rõ ràng, việc tối ưu hóa quy trình chăn nuôi này là cần thiết để giải phóng người lao động và nâng cao hiệu quả.

2.2. Hạn chế về Quản lý Môi trường Dịch bệnh và Ô nhiễm Chuồng trại

Mô hình chăn nuôi thủ công còn đối mặt với nhiều hạn chế nghiêm trọng về quản lý và môi trường. Thiếu hệ thống quản lý trang trại heo hiệu quả và phần mềm quản lý trang trại heo chuyên dụng, việc giám sát đàn heo trở nên khó khăn, dễ dẫn đến thất thoát và lãng phí. Đặc biệt, việc thiếu các cảm biến trong chuồng heo và giám sát sức khỏe heo tự động khiến việc phát hiện sớm các dấu hiệu dịch bệnh trở nên bất khả thi. Khi dịch bệnh bùng phát, việc kiểm soát và dập dịch sẽ gặp nhiều khó khăn, gây thiệt hại lớn về kinh tế và ảnh hưởng đến an toàn sinh học chăn nuôi. Bên cạnh đó, vấn đề môi trường là một thách thức lớn. Các chuồng trại truyền thống thường không có hệ thống xử lý chất thải chăn nuôi hiệu quả, dẫn đến ô nhiễm môi trường do phân và nước thải. Việc vệ sinh thủ công thường không thể loại bỏ hoàn toàn vi khuẩn gây bệnh, tạo điều kiện cho chúng sinh sôi và phát triển trong môi trường ẩm ướt. Điều này không chỉ ảnh hưởng đến sức khỏe của heo mà còn tác động tiêu cực đến môi trường xung quanh và sức khỏe con người. Mùi hôi, ruồi muỗi và nguy cơ lây lan dịch bệnh từ chất thải là những vấn đề nan giải. Để xây dựng một nền chăn nuôi heo bền vững và hiện đại, việc tích hợp hệ thống làm mát chuồng heo và các giải pháp quản lý môi trường chuồng trại tự động là cực kỳ cần thiết, nhằm giảm thiểu rủi ro dịch bệnh và ô nhiễm, đồng thời nâng cao năng suất chăn nuôi heo.

III. Phương pháp Thiết kế Hệ thống Cho ăn Tự động Heo Bí quyết Hiệu quả

Việc thiết kế hệ thống tối ưu cho tự động hóa chăn nuôi heo bắt đầu từ việc giải quyết một trong những công đoạn tốn kém nhất: phân phối thức ăn. Một hệ thống cho ăn tự động heo hiệu quả không chỉ giúp giảm chi phí chăn nuôi heo mà còn nâng cao năng suất chăn nuôi heo bằng cách đảm bảo heo được cung cấp đủ lượng thức ăn với chất lượng ổn định. Tài liệu nghiên cứu đã phân tích các phương án dẫn thức ăn phổ biến, từ đó đưa ra lựa chọn phù hợp nhất cho mô hình chăn nuôi hộ gia đình.

Mục tiêu là tạo ra một hệ thống đơn giản, dễ lắp ráp, chi phí thấp nhưng vẫn đảm bảo hiệu quả vận hành và khả năng quản lý từ xa. Quá trình thiết kế cơ khí cho hệ thống này là bước đầu tiên và quan trọng nhất, nhằm tìm ra phương án triển khai hợp lý và xây dựng sơ đồ nguyên lý của các cụm cơ cấu. Các sơ đồ nguyên lý này thể hiện rõ nguyên lý hoạt động về mặt cơ khí của máy và là cơ sở để tính toán kết cấu các chi tiết. Trong đề tài này, hệ thống chăn nuôi heo tự động được cấu tạo từ hai cụm cơ khí chính: cụm phân phối thức ăn và cụm vệ sinh [Hình 2.1].

Chương này tập trung vào việc đưa ra phương án truyền động cho cụm phân phối thức ăn, tiến hành phân tích, so sánh ưu nhược điểm để lựa chọn ra phương án phù hợp nhất với yêu cầu và điều kiện sản xuất thực tế. Đồng thời, đảm bảo hệ thống làm việc với hiệu suất tốt nhất, cuối cùng thực hiện việc tính toán cơ khí thông qua việc tính toán động học và động lực học. Kết quả của chương này là việc tính toán, thiết kế để đảm bảo độ chính xác cũng như tính ổn định của các phương án được chọn, dựa trên nguyên lý truyền động đồng thời đảm bảo yêu cầu đặt ra về công suất động cơ, momen xoắn, tốc độ, cũng như tuân thủ các tiêu chuẩn về sức bền. Việc ứng dụng công nghệ 4.0 chăn nuôi vào thiết kế chuồng heo hiện đại đòi hỏi sự cân nhắc kỹ lưỡng về các thành phần cơ khí, điện tử và giải thuật điều khiển. Đây chính là bí quyết để biến một trang trại truyền thống thành một trang trại heo thông minh, nơi mỗi cá thể heo đều được chăm sóc tối ưu, góp phần vào tối ưu hóa quy trình chăn nuôi tổng thể.

3.1. Các Loại Hình Dẫn Thức ăn Đánh giá Ưu nhược điểm

Trong quá trình thiết kế hệ thống cho ăn tự động heo, việc lựa chọn phương án dẫn thức ăn phù hợp là rất quan trọng để đạt được hiệu quả tối ưu. Tài liệu nghiên cứu đã khảo sát ba loại hình phổ biến trên thị trường: dẫn thức ăn dạng xích tải, dẫn thức ăn dạng vít tải và dẫn thức ăn dạng vít đùn. Hệ thống ăn tự động dạng xích tải có cấu tạo phức tạp, gồm nhiều bộ phận như động cơ, bunke, co góc, bộ phận định lượng và cảm biến [Hình 1.10, 1.11]. Ưu điểm của nó là năng suất cao, ổn định, ít phụ thuộc độ ẩm và kích thước vật liệu, làm việc ít tiếng ồn. Tuy nhiên, nhược điểm là phức tạp, trọng lượng lớn, chiếm diện tích và chi phí chế tạo, lắp ráp cao. Ví dụ hệ thống của SKIOLD Đan Mạch [Hình 1.12]. Hệ thống dẫn truyền thức ăn kiểu vít tải có kết cấu đơn giản hơn, chiếm ít chỗ hơn. Tuy nhiên, năng suất và chiều dài vận chuyển bị giới hạn, vật liệu có thể bị nghiền nát, tiêu tốn nhiều năng lượng và chi phí chế tạo khá cao [Hình 1.13]. Hệ thống dẫn thức ăn dạng vít đùn (tương tự vít tải nhưng vít ngắn hơn và thức ăn được đùn ra) được đánh giá cao nhờ kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, dễ tháo lắp trục vít khi vệ sinh và momen trục vít không lớn. Nó có thể phân phối thức ăn trong ống vận chuyển không thẳng và giá thành chế tạo rẻ hơn. Nhược điểm là thức ăn phải luôn có sẵn trong ống và vệ sinh lòng ống khó. Sau khi so sánh dựa trên các tiêu chí về diện tích, chi phí và khả năng rẽ hướng, phương án vít đùn được lựa chọn là tối ưu nhất cho quy mô nông hộ, đáp ứng yêu cầu về hệ thống đơn giản, dễ lắp ráp và chi phí thấp [Bảng 2.3]. Việc lựa chọn này là nền tảng cho tối ưu hóa quy trình chăn nuôi thức ăn.

3.2. Lựa chọn và Tính toán Cơ khí Tối ưu cho Cụm Phân phối Thức ăn

Việc lựa chọn và tính toán cơ khí là bước thiết yếu trong thiết kế hệ thống tối ưu cho cụm phân phối thức ăn tự động. Dựa trên lựa chọn vít đùn, luận văn đã tiến hành tính toán chi tiết các thông số kỹ thuật. Với nhu cầu cung cấp 24 kg thức ăn trong 20 phút (tương đương năng suất 72 kg/h) và dạng thức ăn viên, đường kính ngoài cánh vít được tính toán là 40mm, sau đó chọn theo tiêu chuẩn là 55mm [trang 23]. Số vòng quay của trục vít được kiểm nghiệm là phù hợp với lựa chọn ban đầu (100 vòng/phút). Tiếp theo là lựa chọn động cơ truyền động vít tải. Công suất của trục vít ép được tính toán, dẫn đến việc chọn động cơ Misubishi 220V GM-SP 1,5 kW với moment xoắn 140 Nm [Bảng 2.8, Hình 2.10]. Động cơ này đảm bảo đủ lực để vận chuyển thức ăn hiệu quả. Về hộp định lượng và ống dẫn, tài liệu chọn ống thép tròn ø60mm và hộp định lượng có đường kính kẹp ø60mm của hãng SKIOD [Hình 2.12, 2.13]. Các chi tiết này được lắp ghép cố định với ống dẫn, đảm bảo thức ăn từ ống rơi xuống hộp định lượng một cách chính xác. Cuối cùng, động cơ kéo dây cáp để mở các quả ngăn trong hộp định lượng cũng được tính toán. Với yêu cầu kéo 11 quả ngăn (mỗi quả 100g) và một đối trọng 3kg, động cơ 9IDG-60FH công suất 60W với hộp giảm tốc 9PBKBH (tỷ số truyền 150, 10 rpm) đã được lựa chọn [Bảng 2.9, Hình 2.18]. Toàn bộ các bộ phận cơ khí này được minh họa chi tiết trên phần mềm Solidworks [Hình 2.23], khẳng định sự chính xác trong thiết kế cơ khí và khả năng tối ưu hóa quy trình chăn nuôi thức ăn.

IV. Giải pháp Vệ sinh Chuồng Trại Tự động Đảm bảo An toàn Sinh học Heo

Bên cạnh việc tự động hóa chăn nuôi heo trong khâu cho ăn, vệ sinh chuồng trại tự động đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong việc duy trì sức khỏe đàn heo và đảm bảo an toàn sinh học chăn nuôi. Các phương pháp vệ sinh thủ công không chỉ tốn kém thời gian và công sức mà còn khó đạt được hiệu quả diệt khuẩn tối ưu, dễ tạo điều kiện cho mầm bệnh phát triển. Theo tài liệu, công đoạn vệ sinh thủ công đòi hỏi khởi động motor bơm nước và kéo ống đến từng chuồng, làm sạch phân và chất bẩn bằng cách cơ học, đôi khi cần vòi xịt áp suất cao cho các góc khó rửa. Song song đó là việc tắm heo để giúp heo mát mẻ và loại bỏ vết bẩn trên thân. Cuối cùng, chuồng nuôi phải được để khô ráo nước, vì môi trường ẩm ướt là điều kiện lý tưởng cho vi khuẩn có hại sinh sôi [trang 4]. Điều này cho thấy sự phức tạp và tốn kém thời gian của việc vệ sinh thủ công.

Một thiết kế hệ thống tối ưu cho vệ sinh chuồng trại sẽ giúp giảm thiểu nguy cơ dịch bệnh, cải thiện chất lượng môi trường sống cho heo, từ đó nâng cao năng suất chăn nuôi heo và giảm thiểu các rủi ro kinh tế. Việc ứng dụng robot chăn nuôi và các cảm biến trong chuồng heo để tự động hóa quy trình vệ sinh là một bước tiến lớn, chuyển đổi mô hình truyền thống thành một trang trại heo thông minh. Điều này không chỉ giúp giảm chi phí chăn nuôi heo về lâu dài mà còn góp phần vào chăn nuôi heo bền vững, thân thiện với môi trường.

Trong khuôn khổ luận văn, mục tiêu của cụm vệ sinh là giải quyết việc phân tích, thiết kế và phát triển từng khâu trong hệ thống vệ sinh chuồng heo tự động. Cụ thể, thiết kế cơ cấu truyền động của vòi rửa và cơ cấu di chuyển, lựa chọn các khí cụ điện phù hợp như van nước điện từ, bộ điều khiển và màn hình HMI. Điều này đòi hỏi xây dựng giải thuật điều khiển và viết chương trình điều khiển cho hệ thống để người lao động có thể điều khiển hệ thống chăn nuôi một cách tự động, thay vì phải thực hiện các công đoạn thủ công cực nhọc như trước đây. Hệ thống này sẽ góp phần đáng kể vào việc quản lý môi trường chuồng trại hiệu quả, kiểm soát nhiệt độ, độ ẩm và thông gió, tạo điều kiện sống tốt nhất cho heo và hạn chế dịch bệnh.

4.1. Khảo sát các Hệ thống Vệ sinh Robot Công nghiệp Hiện đại

Để phát triển giải pháp vệ sinh chuồng trại tự động hiệu quả, việc khảo sát các robot vệ sinh chuồng trại công nghiệp hiện đại trên thế giới là cần thiết. Tài liệu nghiên cứu đã giới thiệu hai loại hình robot phổ biến: robot vệ sinh dạng 1 vòi và robot vệ sinh dạng 2 vòi. Robot EVO Cleaner ở Thụy Điển là ví dụ điển hình của robot dạng 1 vòi [Hình 1.14]. Ưu điểm của nó là có thể điều khiển thủ công hoặc tự động, cần vệ sinh 3 khớp linh hoạt đến các ngóc ngách, dễ vận chuyển và có khả năng vệ sinh trên tầng cao. Tuy nhiên, nhược điểm là giá thành cao, chỉ di chuyển đường thẳng, thời gian vệ sinh chậm và không dùng được trong không gian chật hẹp. Robot WashPower A/S của Đan Mạch là robot dạng 2 vòi [Hình 1.15]. Nó có ưu điểm vệ sinh đồng thời 2 dãy chuồng song song, áp suất nước cao dễ dàng làm rã chất thải và 2 cánh tay có thể điều chỉnh linh hoạt. Robot này cũng có thể điều khiển từ xa qua giao diện HMI và thông báo hoàn thành công việc qua SMS. Tuy nhiên, nó chỉ dùng được trong lối đi thẳng, cần người thiết lập độ dài cánh tay và không vệ sinh được ở các góc hẹp. Từ việc khảo sát này, các đặc điểm ưu việt như khả năng tự động, áp suất cao, và khả năng điều khiển từ xa được xem xét để tích hợp vào thiết kế chuồng heo hiện đại, đảm bảo hiệu quả làm sạch tối ưu và góp phần vào an toàn sinh học chăn nuôi, hướng đến một trang trại heo thông minh hơn.

4.2. Thiết kế Cơ cấu Vòi rửa và Hệ thống Di chuyển Thông minh

Dựa trên các phân tích và khảo sát, thiết kế cơ khí cho cụm vệ sinh chuồng trại tự động tập trung vào việc tạo ra một cơ cấu vòi rửa hiệu quả và hệ thống di chuyển linh hoạt. Luận văn lựa chọn cơ cấu 2 nhánh, mỗi nhánh trang bị một vòi rửa, được điều khiển bởi một động cơ thông qua cơ cấu tay quay - con trượt kết hợp thanh răng - bánh răng [Hình 2.24]. Quá trình tính toán góc phun nước cho vòi rửa được thực hiện chi tiết, đảm bảo góc phun 63 độ bao phủ toàn bộ diện tích chuồng (kích thước chuồng 2.2x2.2x1.5m) [Hình 2.26]. Các thông số như số răng thanh răng (Z=10), modul bánh răng (m=3) và bán kính đĩa xoay (r=47mm) đều được tính toán kỹ lưỡng để đảm bảo hành trình con trượt và tốc độ truyền động [trang 36-37]. Đĩa xoay và tay đòn được thiết kế từ thép C45, mô phỏng trên Solidworks [Hình 2.28, 2.29]. Để định vị và đảm bảo sự ổn định của thanh răng khi di chuyển theo phương ngang, bộ thanh trượt – con trượt SSEBZ từ thư viện MISUMI được sử dụng, cùng với tấm bích dẫn hướng [Hình 2.30, 2.32]. Cuối cùng, lựa chọn động cơ truyền động cho cụm vòi rửa dựa trên phân tích động lực học. Moment cần thiết cho động cơ được tính toán, dẫn đến việc chọn động cơ 8IDG-25G+8GBK-BMH công suất 40W, số vòng quay 10 rpm [Bảng 2.11, Hình 2.36]. Động cơ này được lắp cố định vào thanh chính của cụm vòi rửa bằng đồ gá [Hình 2.37]. Toàn bộ thiết kế cơ khí này nhằm đảm bảo khả năng vệ sinh hiệu quả, giảm thiểu ô nhiễm và tăng cường an toàn sinh học chăn nuôi, góp phần vào việc xây dựng một trang trại heo thông minh.

V. Xây dựng Hệ thống Điều khiển và Giám sát Thông minh Nền tảng Trang trại Heo 4

Để biến tự động hóa chăn nuôi heo từ lý thuyết thành thực tiễn, việc xây dựng một hệ thống điều khiển và giám sát thông minh là yếu tố then chốt. Đây chính là xương sống của một trang trại heo thông minh theo hướng công nghệ 4.0 chăn nuôi, cho phép người nông dân quản lý toàn bộ quy trình từ xa, tối ưu hóa vận hành và phản ứng nhanh chóng với mọi tình huống. Hệ thống này tích hợp các thiết bị điện tử, bộ điều khiển lập trình (PLC) và giao diện người máy (HMI) để tạo ra một môi trường chăn nuôi hiệu quả, giảm thiểu rủi ro và nâng cao năng suất chăn nuôi heo. Nó không chỉ giải phóng sức lao động mà còn cung cấp dữ liệu quan trọng cho việc phân tích dữ liệu chăn nuôi, đưa ra các quyết định chính xác hơn. Việc thiết kế hệ thống tối ưu trong phần này đảm bảo sự đồng bộ giữa các cụm cơ khí đã phát triển, từ đó đạt được hiệu quả vận hành cao nhất và hướng tới chăn nuôi heo bền vững.

Trong chương này, luận văn tập trung vào thiết kế hệ thống điện và hệ thống điều khiển. Quá trình bao gồm việc tìm hiểu và lựa chọn bộ điều khiển, các thiết bị điện, và nguyên lý hoạt động của chúng. Sau đó, thiết kế hệ thống điện điều khiển và động lực cho toàn bộ hệ thống, cùng với việc lập bản vẽ sơ đồ điện kết nối các thiết bị. Về hệ thống điều khiển, việc thiết lập giải thuật chương trình điều khiển là trọng tâm, được kiểm nghiệm qua phần mềm mô phỏng và xây dựng lưu đồ giải thuật điều khiển. Cuối cùng là thiết kế giao diện giám sát và điều khiển thông qua màn hình HMI cho cả khâu phân phối thức ăn và khâu vệ sinh.

Kết quả là một hệ thống tự động, có khả năng điều khiển các cụm cơ khí như cụm phân phối thức ăn và cụm vệ sinh một cách chính xác và hiệu quả. Các cảm biến trong chuồng heo sẽ thu thập dữ liệu về môi trường và tình trạng heo, gửi về PLC để xử lý. Phần mềm quản lý trang trại heo được tích hợp thông qua HMI giúp người nông dân dễ dàng theo dõi và điều chỉnh từ xa, tối ưu hóa quy trình chăn nuôi. Điều này không chỉ giúp giảm thất thoát, lãng phí mà còn tạo điều kiện thuận lợi cho việc giám sát sức khỏe heo tự động, góp phần vào việc xây dựng một nền chăn nuôi hiện đại và hiệu quả.

5.1. Lựa chọn Bộ Điều khiển PLC và Thiết bị Điện tử Hiện đại

Trái tim của hệ thống điều khiển tự động trong chăn nuôi heo công nghệ cao là bộ điều khiển lập trình (PLC) và các khí cụ điện tử. Luận văn đã phân tích và lựa chọn các thành phần điện để xây dựng một hệ thống mạnh mẽ và ổn định. Bộ điều khiển PLC được chọn là Siemens 1214C AC/DC/Relay, một lựa chọn phổ biến và đáng tin cậy trong các ứng dụng công nghiệp, với khả năng kết nối nhiều thiết bị vào/ra (input/output) [Hình 2.57, Bảng 2.27]. PLC này đóng vai trò trung tâm trong việc tiếp nhận tín hiệu từ các cảm biến trong chuồng heo và điều khiển các động cơ, van điện từ trong các cụm cơ khí. Các khí cụ điện khác bao gồm cảm biến điện dung Dinel CLS-23N và cảm biến tiệm cận NPN LJ12A3-4-Z/BX được sử dụng để phát hiện mực thức ăn, vị trí vòi rửa và các yếu tố quan trọng khác [Hình 2.50, 2.51]. Van nước điện từ Unid được sử dụng để điều khiển dòng nước cho cụm vệ sinh [Hình 2.54]. Các contactor Schneider A9C20731 và MCB 2P cũng được lựa chọn để điều khiển động cơ và bảo vệ mạch điện [Hình 2.52, 2.55]. Nút nhấn và nút dừng khẩn cấp Schneider đảm bảo an toàn vận hành, cho phép người dùng can thiệp khi cần thiết. Việc lựa chọn các thiết bị điện tử hiện đại, có độ bền cao và khả năng tích hợp tốt là yếu tố then chốt để đảm bảo hoạt động ổn định và lâu dài của hệ thống tự động hóa chăn nuôi heo. Đây là nền tảng vững chắc để triển khai IoT trong chăn nuôi heo và các tính năng của một trang trại heo thông minh.

5.2. Phát triển Giải thuật Điều khiển và Giao diện HMI Trực quan

Sau khi lựa chọn các thiết bị phần cứng, bước tiếp theo trong thiết kế hệ thống tối ưu là phát triển giải thuật điều khiển và giao diện HMI trực quan. Giải thuật điều khiển được xây dựng để quản lý các quy trình cho ăn và vệ sinh một cách tự động và linh hoạt. Đối với cụm cho ăn, giải thuật bao gồm các bước từ việc cấp thức ăn từ bunke, di chuyển qua vít đùn, điền đầy vào các hộp định lượng, đến khi cảm biến phát hiện đủ thức ăn và dừng cấp. Sau đó, động cơ kéo dây sẽ hoạt động để mở quả ngăn, cho thức ăn rơi xuống máng ăn. Giải thuật này được lập trình để đảm bảo lượng thức ăn chính xác và đồng đều cho từng chuồng, tránh lãng phí và tối ưu hóa quy trình chăn nuôi. Đối với cụm vệ sinh, giải thuật điều khiển bao gồm việc khởi động bơm nước, di chuyển cụm vòi rửa dọc theo chuồng, phun xịt nước với góc và áp suất tối ưu, và sau đó dừng lại. Các cảm biến trong chuồng heo sẽ hỗ trợ quá trình di chuyển và phun xịt, đảm bảo làm sạch hiệu quả mà không làm tổn thương heo. Giao diện HMI (Human Machine Interface) Delta DOP-B10S411 được thiết kế để cung cấp khả năng giám sát và điều khiển toàn bộ hệ thống một cách trực quan và dễ dàng [Hình 2.58, 2.74-2.76]. Người vận hành có thể theo dõi trạng thái hệ thống, điều chỉnh các thông số và can thiệp khi cần thiết thông qua màn hình cảm ứng, ngay cả từ xa. Việc này giúp giám sát sức khỏe heo tự động và quản lý môi trường chuồng trại hiệu quả hơn, biến ý tưởng về một phần mềm quản lý trang trại heo thành hiện thực, và tạo điều kiện cho phân tích dữ liệu chăn nuôi trong tương lai.

VI. Tương lai Tự động hóa Chăn nuôi Heo Định hướng Phát triển Bền vững

Tự động hóa chăn nuôi heo không chỉ là một xu hướng mà còn là con đường tất yếu để ngành chăn nuôi Việt Nam phát triển bền vững và cạnh tranh trong bối cảnh toàn cầu hóa. Việc thiết kế hệ thống tối ưu cho các trang trại, đặc biệt là quy mô hộ gia đình, đã chứng minh được hiệu quả rõ rệt trong việc nâng cao năng suất chăn nuôi heo, giảm chi phí chăn nuôi heo và cải thiện điều kiện làm việc cho người nông dân. Hệ thống này giúp người lao động giải phóng sức lực, tiết kiệm thời gian, từ đó có thể mở rộng và phát triển quy mô, tăng thu nhập cho gia đình. Đặc biệt, việc quản lý và giám sát từ xa một cách dễ dàng giúp tránh thất thoát, lãng phí, đồng thời tăng cường an toàn sinh học chăn nuôi thông qua vệ sinh chuồng trại tự động và giám sát sức khỏe heo tự động.

Tuy nhiên, hành trình phát triển của trang trại heo thông minh vẫn còn nhiều tiềm năng để khám phá và mở rộng. Chương cuối cùng của luận văn thường tổng kết, kiểm tra, đánh giá tính hiệu quả mà hệ thống đem lại, đồng thời nêu ra các khuyết điểm, hạn chế cần phải giải quyết để có định hướng phát triển đề tài trong tương lai. Các công nghệ mới như Trí tuệ Nhân tạo (AI), Blockchain trong chăn nuôi và phân tích dữ liệu chuyên sâu sẽ tiếp tục định hình tương lai của ngành, hướng tới một nền chăn nuôi heo công nghệ cao không chỉ hiệu quả về kinh tế mà còn thân thiện với môi trường và đảm bảo an toàn thực phẩm. Việc tích hợp sâu rộng các giải pháp IoT trong chăn nuôi heo với cảm biến trong chuồng heo và robot chăn nuôi sẽ giúp tối ưu hóa toàn bộ chu trình, từ khâu cho ăn, kiểm soát môi trường đến xử lý chất thải.

Mục tiêu cuối cùng là xây dựng một hệ sinh thái chăn nuôi hoàn chỉnh, nơi mọi khía cạnh được quản lý thông minh, tự động và liên tục được tối ưu hóa. Điều này không chỉ góp phần vào sự thịnh vượng chung của xã hội mà còn đảm bảo cung cấp nguồn thực phẩm sạch, chất lượng cao, đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của người tiêu dùng, hướng tới một tương lai chăn nuôi heo bền vững và trách nhiệm hơn.

6.1. Hiệu quả Kinh tế và Xã hội từ Hệ thống Tự động hóa Toàn diện

Việc triển khai một hệ thống tự động hóa chăn nuôi heo toàn diện mang lại những hiệu quả kinh tế và xã hội rõ rệt. Về mặt kinh tế, lợi ích đầu tiên là giảm chi phí chăn nuôi heo đáng kể. Theo phân tích từ tài liệu, các công đoạn cho ăn và vệ sinh thủ công tiêu tốn hơn 6 giờ làm việc mỗi ngày cho một nhân công [Bảng 1.1]. Với hệ thống tự động, nhân công được giải phóng, giảm gánh nặng về lương và các chi phí liên quan. Việc tối ưu hóa quy trình chăn nuôi cũng giúp tiết kiệm thức ăn và nước, vốn là những khoản chi lớn. Hệ thống cho ăn chính xác đảm bảo mỗi con heo nhận đủ dinh dưỡng, giúp nâng cao năng suất chăn nuôi heo và chất lượng sản phẩm. Về mặt xã hội, hệ thống tự động hóa không chỉ giảm bớt công việc nặng nhọc cho người nông dân, cải thiện điều kiện làm việc mà còn giúp họ có thêm thời gian để tập trung vào các công việc quản lý, chiến lược hoặc phát triển các kỹ năng khác. Khả năng quản lý, giám sát từ xa qua HMI và phần mềm quản lý trang trại heo giúp người chăn nuôi dễ dàng mở rộng quy mô trang trại, từ đó tăng thu nhập cho gia đình. Hơn nữa, việc đảm bảo an toàn sinh học chăn nuôi thông qua vệ sinh tự động và giám sát sức khỏe heo tự động góp phần vào việc cung cấp thực phẩm sạch và an toàn cho cộng đồng, xây dựng một ngành chăn nuôi heo bền vững và trách nhiệm, phù hợp với xu hướng thiết kế chuồng heo hiện đại.

6.2. Các Hướng Phát triển Mới AI Blockchain và Tối ưu Hóa liên tục

Tương lai của tự động hóa chăn nuôi heo hứa hẹn những bước đột phá mạnh mẽ với sự tích hợp của các công nghệ tiên tiến hơn nữa. Một trong những hướng phát triển quan trọng là ứng dụng Trí tuệ Nhân tạo (AI). AI có thể được sử dụng để phân tích dữ liệu chăn nuôi thu thập từ cảm biến trong chuồng heo (như nhiệt độ, độ ẩm, trọng lượng, hành vi heo) để dự đoán dịch bệnh, tối ưu hóa khẩu phần ăn, và thậm chí nhận diện từng cá thể heo để cá nhân hóa việc chăm sóc. Điều này sẽ nâng cao đáng kể khả năng giám sát sức khỏe heo tự động và nâng cao năng suất chăn nuôi heo. Bên cạnh đó, Blockchain trong chăn nuôi là một công nghệ đầy tiềm năng khác. Blockchain có thể tạo ra một chuỗi cung ứng minh bạch, từ trang trại đến bàn ăn, giúp truy xuất nguồn gốc sản phẩm, đảm bảo chất lượng và an toàn sinh học chăn nuôi. Điều này không chỉ tăng cường niềm tin của người tiêu dùng mà còn hỗ trợ việc quản lý hiệu quả hơn các thông tin liên quan đến sức khỏe và quy trình chăn nuôi. Việc tích hợp sâu hơn IoT trong chăn nuôi heo với các robot chăn nuôi tự hành có khả năng học hỏi và thích nghi cũng sẽ mở ra những khả năng mới cho việc tối ưu hóa quy trình chăn nuôi, từ việc tự động sửa chữa thiết bị đến việc thực hiện các công việc phức tạp hơn. Mục tiêu cuối cùng là xây dựng một hệ sinh thái trang trại heo thông minh hoàn chỉnh, nơi mọi khía cạnh của chăn nuôi được quản lý một cách thông minh, tự động và liên tục được tối ưu hóa, hướng tới một nền chăn nuôi heo bền vững trong tương lai.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Các hệ thống công nghiệp phục vụ trong chăn nuôi Ngành chăn nuôi hiện nay ngoài quy mô ở hộ gia đình thì với xu thế phát triển theo hình thức chăn nuôi công nghiệp nhằm nâng cao năng suất, giảm chi phí lao động, hạn chế dịch bệnh, giảm ô nhiễm môi trường .Trên thế giới đã làm được và không ngừng cải tiến sản xuất, áp dụng công nghệ chăn nuôi tiên tiến và phân phối đa dạng các hệ thống, thiết bị chăn nuôi từ mọi khâu trong chăn nuôi nhằm phục vụ dây chuyền chăn nuôi heo nói riêng và gia súc, gia cầm nói chung sao cho nâng cao chất lượng, hiệu quả và giá thành phù hợp với người chăn nuôi. Hệ thống phân phối thức ăn a. Hệ thống ăn tự động dạng xích tải Hệ thống có được minh họa theo sơ đồ hình 1.10 có cấu tạo phức tạp gồm nhiều bộ phận như bộ phận dẫn động (hình 1.11), cảm biến đóng ngắt điện, bunke chứa thức ăn, co góc (hình 1.11a), bộ phận định lượng (hình 1.11c), động cơ, bộ phận điều khiển (hình 1.11b), ống băng tải và xích (hình 1.

Nguyên lí hoạt động: thức ăn từ bunke được đưa vào ống băng tải, thông qua bộ phận dẫn động xích tải sẽ di chuyển kéo thức ăn đi theo đến rơi đầy các hộp định lượng. Sau đó, thông qua cảm biến đóng ngắt sẽ dừng cấp thức ăn và mở hộp định lượng để thức ăn rơi xuống máng ăn. Sơ đồ cấu tạo hệ thống dạng xích tải [13] 9 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN a) Co góc [14] b) Bộ phận dẫn động [15] c) Bộ phận định lượng [16] d) Ống băng tải và xích [17] Hình 1. Các bộ phận cấu tạo hệ thống dạng xích tải Tập đoàn SKIOLD là một tổ chức quốc tế hàng đầu trong các lĩnh vực làm sạch, phân loại, lưu trữ ngũ cốc, hạt, nhà máy sản xuất thức ăn chăn nuôi, và giải pháp đồng bộ cho trang trại chăn nuôi heo, gà.có trụ sở chính đặt tại Đan Mạch.12 là hình một hệ thống phân phối thức ăn cho heo tiêu biểu của tập đoàn.

Hệ thống phân phối thức ăn tự động của SKIOLD Đan Mạch [18] 10 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN b. Hệ thống dẫn truyền thức ăn kiểu vít tải Hệ thống gồm các bộ phận như động cơ, hộp giảm tốc, trục vít, bộ phận đóng mở nguồn, bunke chưa thức ăn, bộ phận định lượng, ống dẫn, máng ăn, trục kéo cáp.13 là hình ảnh ví dụ về hệ thống phân phối thức ăn cho gà dạng trục vít trong thực tế. Hệ thống phân phối thức ăn dạng trục vít [19] 1. Thiết bị vệ sinh chuồng trại Một số robot vệ sinh phổ biến ở ngoài nước : a.

Robot vệ sinh chuồng trại dạng 1 vòi: Hình 1. Robot EVO Cleaner ở Thụy Điển [20] 11 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN Hình 1.14 gồm các bộ phận của robot: arm (cần xịt), nozzle(vòi xịt), joystick connector(cần điều khiển), hose reel(bộ phận cuộn ống nước), clutch handle(tay cầm), emergency switch(nút dừng khẩn cấp), charger connector (bộ kết nối sạc), batteries (bình acquy hoặc pin), operator panel(bảng điều khiển), transport wheel( bánh xe), boom (cần tăng đưa).  Thông số kỹ thuật: o Tổng chiều rộng: 680 mm o Tổng chiều dài: 2100 mm o Tổng chiều cao khi thu lại: 1610 mm o Tầm với tối đa của cánh tay: 4015 mm o Phạm vi làm việc hiệu quả: lên đến 6000 mm tính từ tâm o Nặng : 270 kg o Nguồn điện: 24 VDC o Cấp nước: Từ bộ phận làm sạch áp suất cao bên ngoài o Áp suất nước đề xuất: 180-210 bar.  Ưu điểm: o Có thể điều khiển ở chế độ thủ công bằng tay hoặc tự động bằng chương trình.

o Cần vệ sinh 3 khớp có thể linh hoạt ở các ngóc ngách của chuồng. o Vận chuyển dễ dàng. o Có thể vệ sinh trên tầng cao đối với các trang trại nhiều tầng.  Nhược điểm: o Giá thành khá cao.

o Chỉ di chuyển theo đường thẳng o Thời gian vệ sinh chậm do kết cấu tay vòi phức tạp o Không sử dụng được trong không gian chật hẹp. Robot vệ sinh chuồng trại dạng 2 vòi Hình 1.15 là một ví dụ thực tế về robot vệ sinh chuồng trại dạng 2 vòi với cấu tạo gồm: 2 cần 2 bên có thể thay đổi kích thước dài ngắn, mỗi bên có một vòi phun áp lực được truyền chuyển động thông qua thanh răng nằm bên trong cần phun, có 4 bánh xe chính di chuyển, 4 bánh phụ để định hướng, phần thân bên dưới bên trong là hệ thống điện điều khiển và động cơ và các thiết bị khác liên quan đến kết việc cung cấp điện, 12 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN sạc, cung cấp nước cho robot. Robot WashPower A/S của Đan Mạch [21]  Thông số kỹ thuật: o Kích thước : 110 cm x 67.5 cm x 160 cm o Nặng : 285 kg o Điện áp : 230V o Dòng điện định mức : 6 Amp o Áp suất nước tối đa: 200 bar  Ưu điểm: o Robot có 2 cánh tay tương đương 2 vòi, do đó có thể vệ sinh đồng thời 2 dãy chuồng song song cùng một lúc. o Áp suất nước tại vòi cao nên việc vệ sinh có thể làm rã phân hay chất thải hữu cơ dễ dàng.

o 2 cánh tay có thể điều chỉnh dài ngắn linh hoạt. o Có thể điều khiển robot từ xa thông qua giao diện HMI, khi làm xong có thể gửi SMS về người điều khiển để thông báo.  Nhược điểm: o Chỉ dùng được trong trường hợp có lối đi thẳng. o Phải cần người thiết lập độ dài cánh tay và gắn ống dẫn nước vào robot.

o Không vệ sinh được ở các góc hẹp. 13 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Mục tiêu, nhiệm vụ và phạm vi luận văn a) Mục tiêu luận văn Thấy được sự quan trọng, thuận lợi trong việc áp dụng, khoa học kĩ thuật, tự động hóa trong chăn nuôi, qua đó đề tài sẽ hướng tới thiết kế hệ thống phục vụ chăn nuôi heo từ khâu cho ăn đến khâu vệ sinh một cách tự động dễ dàng cho việc vận hành, giám sát, quản lý, đỡ nặng nhọc cho người nông dân, tiết kiệm chi phí nhân công, từ đó có thể phát triển qui mô trang trại. b) Nhiệm vụ luận văn - Lựa chọn phương án thiết kế cơ khí.

+ Đưa ra các phương án cơ khí khả thi. Phân tích lựa chọn các phương án phù hợp với yêu cầu đề tài. -Tính toán, thiết kế cơ khí hệ thống cho ăn và vệ sinh tự động + Triển khai phương án vừa chọn, chọn cơ cấu phù hợp. + Tính tóan các thông số của hệ thống : kích thước, động cơ,.

+ Xây dựng mô hình 3D thể hiện kết cấu cơ khí của hệ thống phân phối thức ăn và cụm vòi rửa. + Lập các bản vẽ 2D mặt bằng chuồng trại. + Lập bản vẽ cơ khí cụm vòi rửa vệ sinh. - Thiết kế hệ thống điện.

+ Tìm hiểu và lựa chọn bộ điều khiển. + Lựa chọn thiết bị điện và tìm hiểu nguyên lí hoạt động của thiết bị điện. + Thiết kế hệ thống điện điều khiển và động lực cho hệ thống. + Lập bản vẽ sơ đồ điện kết nối các thiết bị.

- Thiết kế hệ thống điều khiển. + Thiết lập giải thuật chương trình điều khiển. + Kiểm nghiệm giải thuật qua phần mềm mô phỏng. 14 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN + Thiết lập lưu đồ giải thuật điều khiển.

+ Thiết kế giao diện giám sát và điều khiển thông qua màn hình HMI khâu phân phối thức ăn và khâu vệ sinh. c) Phạm vi luận văn: o Phạm vi trong qui mô nông hộ, cụ thể là tại hộ gia đình, diện tích ~ 100 m2. o Mặt bằng chuồng heo tại hộ gia đình, quy mô khoảng 100 con. o Kích thước chuồng 2250 x 2750.

o Nền chuồng được lắp bằng sàn nhựa.  Có tổng cộng 11 chuồng như sơ đồ hình 1. Chuồng 1-8: Chuồng nuôi heo thịt, số lượng khoảng 5-7 con tùy lứa, chuồng loại này có cửa chuồng được thiết kế lệch về phía thành chuồng hơn để thuận tiện lúc di heo ra khỏi chuồng để cân bán hay đổi chuồng.  Chuồng 9-10-11: Chuồng nuôi heo nái, mỗi chuồng nuôi 1 con, cửa chuồng được thiết kế ngay chính giữa thành chuồng do lồng heo đặt ngay giữa chuồng vì khi nái cho heo con bú thì sẽ có không gian cho heo con hơn.

o Có sử dụng hệ thống xử lí chất thải Biogas. Sơ đồ chuồng 15 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Tổ chức luận văn  Chương 2 là chương sẽ phân tích mặt bằng chuồng trại tại hộ gia đình và cấu tạo chuồng, từ đó đưa ra phương án tự động hóa một cách phù hợp. Tính toán và lựa chọn thiết bị cơ khí, kết cấu cơ khí, phương án vận hành hệ thống phân phối thức ăn và cụm vòi rửa vệ sinh chuồng heo.

 Chương 3 là chương sẽ lựa chọn thiết bị điện và thiết kế hệ thống điện cho khâu phân phối thức ăn và khâu vệ sinh chuồng. Xây dựng sơ đồ kết nối các thiết bị điện.  Chương 4 sẽ xây dựng giải thuật điều khiển cho từng khâu trong đề tài. Lập trình mô phỏng vận hành cho các khâu.

Xây dựng giao diện giám sát và điều khiển quá trình vận hành.  Chương 5 là chương tổng kết, kiểm tra, đánh giá tính hiệu quả mà hệ thống đem lại, đồng thời nêu ra các khuyết điểm, hạn chế cần phải giải quyết. Định hướng phát triền đề tài trong tương lai. 16 CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ CƠ KHÍ CHƯƠNG 2.

THIẾT KẾ CƠ KHÍ Lựa chọn phương án là bước đầu tiên trong quá trình thiết kế máy tự động hóa, để có thể tìm ra phương án triển khai hợp lý, từ đó xây dựng sơ đồ nguyên lý của các cụm cơ cấu hệ thống. Các sơ đồ nguyên lý này thể hiện được nguyên lý hoạt động về mặt cơ khí của máy và cũng là cơ sở để tính toán kết cấu các chi tiết của các cụm. Nội dung của chương này sẽ đưa ra phương án truyền động cho các cụm cơ cấu, sau đó tiến hành phân tích, so sánh ưu nhược điểm để lựa chọn ra phương án phù hợp nhất với yêu cầu và điều kiện sản xuất thực tế; đồng thời đảm bảo hệ thống làm việc với hiệu suất tốt nhất, cuối cùng sẽ thực hiện việc tính toán cơ khí thông qua việc tính toán động học và động lực học. Và kết quả của chương này là làm cho việc tính toán, thiết kế, để đảm bảo độ chính xác cũng như tính ổn định của các phương án được chọn dựa trên nguyên lý truyền động đồng thời đảm bảo yêu cầu đặt ra về công suất động cơ, momen xoắn, tốc độ,.

cũng như tuân thủ các tiêu chuẩn về sức bền.