TĨM TẮT LUẬN VĂN
Đề tài: “Phân tích và phát triển hệ thống chăn nuôi heo tự động”
Ngành chăn nuôi là ngành truyền thống lâu đời và có vai trị rất quan trọng ở Việt
Nam, đặc biệt trong quá trình phát triển cơng nghiệp hóa- hiện đại hóa như hiện nay thì
ngành chăn ni đặc biệt trong chăn ni heo cần được tự động hóa để hạn chế việc
chăn ni bằng thủ cơng, giải phóng sức lao động con người, đồng thời tăng năng suất
và qui mơ. Song song đó, xuất phát từ phía gia đình cũng là một hộ chăn nuôi heo manh
mún, nhỏ lẻ và cũng hiểu rõ nổi cực nhọc trong các công đoạn chăn nuôi heo của người
chăn ni. Chính vì thế, đề tài hướng tới tập trung giải quyết việc phân tích, thiết kế và
phát triển từng khâu trong hệ thống chăn nuôi heo tự động tại mặt bằng ở hộ gia đình,
đồng thời nghiên cứu giải thuật điều khiển và viết chương trình điều khiển cho hệ thống
để người lao động có thể điều khiển hệ thống chăn ni một cách tự động thay vì phải
thực hiện các công đoạn thủ công cực nhọc như trước đây.

ii


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ......................................................................................................... i
TÓM TẮT LUẬN VĂN ........................................................................................ ii
MỤC LỤC ............................................................................................................ iii
DANH SÁCH HÌNH VẼ ........................................................................................v
DANH SÁCH BẢNG BIỂU ................................................................................ ix
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ..................................................................................1
1.1. Tổng quan về ngành chăn ni heo ở Việt Nam: ........................................1
1.1.1. Quy trình chăn nuôi heo trong ngày .....................................................2
1.1.2. Cấu tạo chuồng nuôi heo ......................................................................5
1.2. Các hệ thống công nghiệp phục vụ trong chăn nuôi....................................9
1.2.1. Hệ thống phân phối thức ăn ..................................................................9
1.2.2. Thiết bị vệ sinh chuồng trại ................................................................11
1.3. Mục tiêu, nhiệm vụ và phạm vi luận văn...................................................14

1.4. Tổ chức luận văn........................................................................................16
CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ CƠ KHÍ .......................................................................17
2.1. Cụm phân phối thức ăn ..............................................................................17
2.1.1. Lựa chọn phương án dẫn thức ăn .......................................................17
2.1.2. Tính tốn, thiết kế cơ khí ....................................................................21
2.2. Cụm vệ sinh ...............................................................................................34
2.2.1. Cơ cấu truyền động của vòi rửa ..........................................................34
2.2.2. Cơ cấu di chuyển ................................................................................44
2.3. Tổng kết .....................................................................................................52
CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN ......................................................53
3.1. Phân tích, lựa chọn các khí cụ điện ...........................................................53
3.1.1. Cảm biến .............................................................................................53
iii


3.1.2. Contactor .............................................................................................57
3.1.3. Aptomat ..............................................................................................60
3.1.4. Van nước điện từ ................................................................................61
3.1.5. Nút nhấn..............................................................................................62
3.1.6. Lựa chọn bộ điều khiển ......................................................................63
3.1.7. Màn hình HMI ....................................................................................66
3.2. Kết luận ......................................................................................................67
CHƯƠNG 4. XÂY DỰNG GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN ..................................68
4.1. Địa chỉ đầu ra và đầu vào của PLC............................................................68
4.2. Xây dựng chương trình điều khiển ............................................................70
4.2.1. Cụm cho ăn .........................................................................................70
4.2.2. Cụm vòi rửa ........................................................................................72
4.3. Thiết kế giao diện điều khiển.....................................................................76
4.4. Tổng kết .....................................................................................................78
CHƯƠNG 5. TỔNG KẾT ....................................................................................79

5.1. Tổng kết .....................................................................................................79
5.2. Định hướng phát triển ................................................................................80
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................81
PHỤ LỤC .............................................................................................................82

iv


DANH SÁCH HÌNH VẼ
Hình 1.1. Biểu đồ nhu cầu tiêu thụ các loại thịt các năm [1] .................................1
Hình 1.2. Các ngun liệu có sẵn để trộn thức ăn [2] ............................................2
Hình 1.3. Các dạng thức ăn.....................................................................................3
Hình 1.4. Người lao động chăn ni heo bằng cách thủ cơng................................4
Hình 1.5. Chuồng heo theo dạng riêng lẻ [7] .........................................................6
Hình 1.6. Chuồng ni theo nhóm [8] ....................................................................6
Hình 1.7. Nền chuồng bằng bê tơng [9]..................................................................7
Hình 1.8. Nền chuồng sử dụng đệm lót sinh học [10] ............................................8
Hình 1.9. Nền lắp bằng sàn .....................................................................................9
Hình 1.10. Sơ đồ cấu tạo hệ thống dạng xích tải [13] ..........................................10
Hình 1.11. Các bộ phận cấu tạo hệ thống dạng xích tải .......................................10
Hình 1.12. Hệ thống phân phối thức ăn tự động của SKIOLD Đan Mạch [18] ...11
Hình 1.13. Hệ thống phân phối thức ăn dạng trục vít [19] ...................................11
Hình 1.14. Robot EVO Cleaner ở Thụy Điển [20] ...............................................12
Hình 1.15. Robot WashPower A/S của Đan Mạch [21] .......................................13
Hình 1.16. Sơ đồ chuồng ......................................................................................16
Hình 2.1. Các cụm cơ khí của hệ thống chăn ni heo. .......................................17
Hình 2.2. Hệ thống dẫn thức ăn dạng xích tải dạng thu gọn ................................18
Hình 2.3. Sơ đồ nguyên lý hệ thống dẫn thức ăn dạng vít tải[18] ........................19
Hình 2.4. Sơ đồ nguyên lí hệ thống dẫn thức ăn dạng vít đùn .............................20
Hình 2.5. Sơ đồ chuồng có đường ống dẫn thức ăn .............................................22

Hình 2.6. Các loại vít tải [19] ...............................................................................24
Hình 2.7. Mơ hình vít tải trên Solidworks ............................................................25
Hình 2.8. Lắp ghép vít tải với ổ đỡ phía động cơ .................................................26
Hình 2.9. Lắp ghép vít tải với ổ đỡ phía tự do......................................................26
Hình 2.10. Động cơ Misubishi 200V GM-SP [20] ...............................................28
Hình 2.11. Lắp ghép động cơ với trục vít .............................................................28
Hình 2.12. Hộp định lượng của cơng ty SKIOD [21]...........................................29
Hình 2.13. Thép trịn mạ kẽm của tập đồn Hịa Phát [22] ..................................29
Hình 2.14. Minh họa hộp định lượng lắp vào ống dẫn trên Solidworks ..............29

v


Hình 2.15. Minh họa bố trí đường ống trên Solidworks.......................................30
Hình 2.16. Lắp ghép đường ống cố định trên khung ............................................30
Hình 2.17. Sơ đồ nguyên lý cơ cấu kéo dây .........................................................31
Hình 2.18. Động cơ 9IDG-60FH+9PBKBH [23] .................................................32
Hình 2.19. Lắp động cơ trên khung thép ..............................................................32
Hình 2.20. Dây cáp đổi hướng thơng qua rịng rọc ..............................................33
Hình 2.21. Bố trí đối trọng....................................................................................33
Hình 2.22. Lắp ghép dây cáp với dây kéo quả ngăn.............................................34
Hình 2.23. Mơ hình cụm phân phối thức ăn trên Solidworks ..............................34
Hình 2.24. Sơ đồ ngun lí cơ cấu vịi rửa ...........................................................35
Hình 2.25. Thanh ngang trên Solidworks .............................................................35
Hình 2.26. Sơ đồ phân tích góc phun của 1 vịi ....................................................36
Hình 2.27. Sơ đồ phân tích lực 1 nhánh của cụm vịi rửa ....................................36
Hình 2.28. Đĩa xoay ..............................................................................................38
Hình 2.29. Kích thước thanh địn trên Solidworks ...............................................38
Hình 2.30. Thanh trượt – con trượt trong thư viện MISUMI ...............................39
Hình 2.31. Kích thước thanh trượt – con trượt SSEBZ [24] ................................39

Hình 2.32. Tấm bích dẫn hướng thanh răng .........................................................40
Hình 2.33. Sơ đồ phân tích lực khâu 2 .................................................................40
Hình 2.34. Sơ đồ phân tích lực khâu 3 .................................................................41
Hình 2.35. Sơ đồ phân tích lực khâu dẫn 1...........................................................41
Hình 2.36. Động cơ 8IDG-25G+8GBK-BMH [25] .............................................42
Hình 2.37. Đồ gá động cơ 8IDG-25G+8GBK-BMH ...........................................43
Hình 2.38. Mơ hình solidworks cụm rửa ..............................................................43
Hình 2.39. Các chi tiết của phần di chuyển cụm vòi rửa trên Solidworks ...........45
Hình 2.40. Bố trí ray trên sơ đồ chuồng ...............................................................45
Hình 2.41. Lắp ray cố định trên khung thép .........................................................46
Hình 2.42. Mối lắp giữa ray với khung thép ........................................................46
Hình 2.43. Cụm rửa sau khi lắp ghép thêm đồ kẹp dây cáp .................................47
Hình 2.44. Cụm rửa khi đi qua góc cong ..............................................................47
Hình 2.45. Cáp thép FC [26] ................................................................................48

vi


Hình 2.46. Sơ đồ bố trí dây kéo trên mặt bằng chuồng ........................................48
Hình 2.47. Minh họa cuốn dây cho việc kéo cụm rửa di chuyển .........................49
Hình 2.48. Sơ đồ phân tích lực khi cụm di chuyển ..............................................49
Hình 2.49. Động cơ 9IDG-60FWH+9WHD-30 [27] ...........................................51
Hình 2.50. Lắp động cơ kéo dây cáp ....................................................................51
Hình 2.51. Mơ hình hồn chỉnh cụm vịi rửa trên Solidworks .............................52
Hình 3.1. Sơ đồ khối hệ thống điện ......................................................................53
Hình 3.2. Bố trí cảm biến......................................................................................54
Hình 3.3.Cảm biến điện dung Dinel CLS-23N ....................................................54
Hình 3.4. Cảm biến tiệm cận NPN LJ12A3-A-Z/BX...........................................55
Hình 3.5. Sơ đồ bố trí cảm biến tiệm cận của cụm vịi rửa. .................................56
Hình 3.6. Bố trí cảm biến tiệm cận trong cụm cho ăn ..........................................56

Hình 3.7. Contactor Schneider A9C20731 25A 1NO ..........................................58
Hình 3.8. Sơ đồ đấu dây contactor với động cơ trong cụm cho ăn.......................58
Hình 3.9. Contactor Schneider A9C20731 25A 1NO ..........................................59
Hình 3.10. Sơ đồ đấu dây contactor với động cơ trong cụm vịi rửa....................60
Hình 3.11. MCB 2P của hãng Schneider ..............................................................60
Hình 3.12. Van điện từ nước Unid .......................................................................61
Hình 3.13. Sơ đồ đường nước cấp cho vịi xịt ......................................................62
Hình 3.14. Nút nhấn Scheider XB5AA61 ............................................................62
Hình 3.15. Nút nhấn Scheider XB5AP42 .............................................................63
Hình 3.16. Nút dừng Scheider XA2ES642 ...........................................................63
Hình 3.17. PLC Siemens 1214C AC/DC/Relay. ..................................................64
Hình 3.18. Sơ đồ kết nối ngõ vào PLC với các thiết bị ........................................65
Hình 3.19. Sơ đồ kết nối ngõ ra PLC với các thiết bị ...........................................66
Hình 3.20. Màn hình HMI Delta DOP-B10S411 .................................................66
Hình 3.21. Kết nối PLC với HMI thơng qua cáp..................................................67
Hình 4.1. Chương trình chính cho hệ thống .........................................................70
Hình 4.3. Chương trình chính cụm cho ăn ...........................................................71
Hình 4.4. Chương trình con Set Home cho cụm ..................................................72
Hình 4.5. Chương trình chính cụm vịi rửa ...........................................................73

vii


Hình 4.6. Chương trình con xịt nước ....................................................................74
Hình 4.7. Màn hình chính của hệ thống................................................................75
Hình 4.8. Màn hình điều khiển cụm cho ăn ..........................................................76
Hình 4.9. Màn hình điều khiển cụm vòi rửa .........................................................76

viii



DANH SÁCH BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Bảng kê thời gian của hộ gia đình việc chăn ni heo trong ngày ........5
Bảng 2.1. Các bộ phận của hệ thống dạng vít tải .................................................19
Bảng 2.2. Các bộ phận của hệ thống dạng vít tải .................................................20
Bảng 2.3. Các tiêu chí so sánh lựa chọn phương án dẫn thức ăn .........................21
Bảng 2.4. Hệ số ảnh hưởng do độ dốc đặt máy ....................................................23
Bảng 2.5. Các hệ số tính tốn cho vật liệu vận chuyển trong vít tải ....................24
Bảng 2.6. Các kích thước vít tải trên thị trường ...................................................25
Bảng 2.7. Kích thước vít tải được lựa chọn ..........................................................25
Bảng 2.8. Thông số động cơ Misubishi 220V GM-SP .........................................27
Bảng 2.9. Thông số động cơ 9IDG-60FH+9PBKBH ...........................................32
Bảng 2.10. Thông số thanh trượt – con trượt SSEBZ ..........................................39
Bảng 2.11. Thông số kỹ thuật động cơ 8IDG-25G+8GBK-BMH .......................42
Bảng 2.12. Thông số kỹ thuật của thép FC...........................................................48
Bảng 2.13. Hệ số ma sát lăn .................................................................................50
Bảng 2.14. Thông số kỹ thuật động cơ 9IDG-60FWH+9WHD-30 .....................51
Bảng 3.1. Thông số kĩ thuật cảm biến điện dung Dinel CL-23N: ........................54
Bảng 3.2. Thông số kỹ thuật cảm biến tiệm cận NPN LJ12A3-4-Z/BX .................55
Bảng 3.3. Thông số kỹ thuật chung Contactor Schneider ....................................57
Bảng 3.4. Bảng lựa chọn contactor .......................................................................59
Bảng 3.5. Thông số kỹ thuật của MCB 2P 25A EZ9F34125 ...............................61
Bảng 3.6. Thông số kỹ thuật của MCB 2P 10A EZ9F34110 ...............................61
Bảng 3.7. Thông số kỹ thuật van điện từ nước Unid ............................................61
Bảng 3.8. Thông số kĩ thuật nút nhấn Scheider XB5AA61..................................62
Bảng 3.9. Thông số kĩ thuật nút nhấn Scheider XB5AP42 ..................................63
Bảng 3.10. Thông số kĩ thuật nút nhấn Scheider XA2ES642 ..............................63
Bảng 3.11. Số lượng input output của các thiết bị ................................................64
Bảng 3.12. Tổng số input output PLC cần: ..........................................................64
Bảng 3.13. Thông số kỹ thuật của PLC Siemens 1214C AC/DC/Relay. .............64

Bảng 3.14. Thơng số kĩ thuật màn hình HMI Delta DOP-B10S411: ...................67
Bảng 4.1. Kết nối I/O của PLC .............................................................................68
ix


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về ngành chăn nuôi heo ở Việt Nam:
Ngành chăn nuôi heo là ngành có truyền thống lâu đời tại Việt Nam, nó là một nghề
sớm xuất hiện cùng với nghề trồng lúa, là ngành kinh tế quan trọng của Việt Nam.Trong
đời sống, thịt heo chiếm khoảng 78% nhu cầu thịt hơi trên cả nước, là một trong những
nguồn cung cấp thực phẩm thiết yếu chính cho người dân, là thành phần chính của bữa
ăn của người Việt Nam. Chăn ni heo cịn cung cấp phân bón tại chỗ và rất tốt cho
ngành trồng trọt, ở nước ta hiện nay phân heo là một loại phân hữu cơ nhiều và tốt nhất,
cung cấp cho các loại cây trồng chủ yếu ở mọi nơi, mọi lúc. Đồng thời đây cũng là ngành
kinh tế giúp cho nông dân tăng thu nhập, giải quyết được nhiều công ăn việc làm
cho người lao động.
Nhu cầu về thịt heo ngày càng tăng lên cùng với nền văn minh của thời đại vì lao
động bằng trí óc, bằng máy móc địi hỏi nhu cầu về protein cao hơn là lao động chân
tay. Mức sống của nhân dân tăng lên thì nhu cầu về thịt cũng sẽ tăng lên rất nhiều. Trong
biểu đồ hình 1.1 cho thấy lượng tiêu thụ thịt heo chiếm đa số so với thịt khác và tăng
lên trong những năm gần đây.

Hình 1.1. Biểu đồ về nhu cầu tiêu thụ các loại thịt trong đời sống qua các năm [1]
Tuy nhiên, ngoài các thách thức ảnh hưởng đến ngành chăn nuôi heo như dịch bệnh,
giá cả thị trường,…thì vấn đề thực trạng hiện nay 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

1



CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
dụng khoa học kỹ thuật và chăn ni lạc hậu, chưa được cơ giới hóa, tự động hóa cịn
sử dụng sức người, thủ cơng là chính, khơng tiện lợi gây hao phí nhân lực, hao phí thời
gian chỉ được năng suất thấp, khó quản lý lượng thức ăn gây lãng phí, chủ yếu sử dụng
lao động chân tay nặng ảnh hưởng đến sức khỏe con người, do đó rất khó để phát triển
quy mơ chăn ni.
1.1.1. Quy trình chăn ni heo trong ngày
a) Chuẩn bị ngun liệu: cụ thể là thức ăn. Có 4 loại thức ăn chính:
Thức ăn tự trộn: Đây là loại thức ăn do người chăn nuôi tự phối trộn, sử dụng các
loại nguyên liệu có sẵn như hình 1.2.
 Ưu điểm: Chi phí những nguyên liệu này thấp, được phối trộn theo ý muốn của
người chăn nuôi. Đồng thời, người chăn nuôi chủ động lựa chọn và tận dụng được
nguyên liệu tại nhà, tại địa phương.
 Nhược điểm: Khi phối trộn tốn công sức và thời gian, bên cạnh đó thức ăn sau
khi trộn khơng bảo quản được trong thời gian dài. Ngồi ra, do phải mua từng
loại nguyên liệu với khối lượng nhỏ nên người chăn ni khó kiểm sốt được
chất lượng, độ an tồn vệ sinh của thức ăn.

Hình 1.2. Các nguyên liệu có sẵn để trộn thức ăn [2]
Thức ăn hỗn hợp từng phần: Là loại thức ăn đã được các cơ sở chuyên sản xuất
thức ăn gia cầm, gia súc phối trộn theo cơng thức với tỷ lệ thích hợp với nhu cầu dinh
2


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
dưỡng của heo ở từng giai đoạn phát triển. Có 2 dạng thức ăn hỗn hợp cơng nghiệp là
dạng viên (hình 1.3a) và dạng bột mịn (hình 1.3b).

a) Thức ăn dạng viên [3]


b) Thức ăn dạng bột [4]

Hình 1.3. Các dạng thức ăn
 Ưu điểm: Cân đối được thành phần dinh dưỡng của các loại nguyên liệu. Đồng
thời, nguyên liệu đầu vào được kiểm soát, xử lý chặt chẽ nên đảm bảo được chất
lượng, thời gian bảo quản lâu. Ngoài ra, tiện dụng khi chuyên chở, tiết kiệm thời
gian (giảm được công lao động mua gom nguyên liệu để tự phối trộn).
Thức ăn bổ sung cho heo: được chế biến ở dạng các chế phẩm hỗn hợp premix để
pha trong nước uống hoặc trộn trong thức ăn (trừ bột vỏ sò, bột xương) .Các loại chế
phẩm phổ biến gồm các loại vitamin, chất khoáng, men, một số axit amin, kháng sinh
phòng bệnh,...
 Ưu điểm: Bổ sung dinh dưỡng, thúc trưởng cho heo, dễ dàng mua được tại các
đại lý phân phối ở địa phương, nhỏ gọn dễ vận chuyển.
b) Nguyên công cho ăn


Heo thịt: cho ăn từ 3-4 lần/ ngày tùy người chăn nuôi để thúc tăng trưởng cho heo.
 Trọng lượng heo 20 kg – 30 kg: cho ăn 1,2 – 1,5 kg/con/ngày.
 Trọng lượng heo 31kg – 60 kg: cho ăn 1,5 – 2,3 kg/con/ngày.
 Trọng lượng heo 61 kg – 100 kg: cho ăn 2,3- 3 kg/con/ngày.



Heo nái: cho ăn ngày 3 lần.
3


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
 Tùy theo từng giai đoạn mà lượng thức ăn tiêu thụ khác nhau như giai đoạn nái

mang thai, giai đoạn tiết sữa, giai đoạn sau sinh, phối giống,…
 Nguyên công này phải thực hiện thủ công bằng tay (như hình 1.4a) theo từ việc lấy
thức ăn, xách lại từng chuồng đổ vào máng ăn trong từng chuồng .
c) Nguyên công vệ sinh chuồng trại và tắm heo


Khởi động motor bơm nước, tiến hành kéo ống đến từng chuồng.



Làm sạch phân và các chất bẩn trong chuồng bằng cách cơ học nhằm hạn chế nảy
sinh dịch bệnh cho heo, hạn chế ô nhiễm môi trường ảnh hưởng đến sức khỏe con
người. Theo tiêu chuẩn có thể vệ sinh 3- 4 (lần/ngày) tùy theo độ dơ sạch trong
chuồng. Đối với một số chỗ khó rửa (các góc, khe …), phải dùng vòi xịt áp suất cao
bằng hơi.



Song song đó, chúng ta cũng tắm heo bằng đường ống này giúp heo mát mẻ, loại bỏ
vết bẩn trên thân heo.



Cuối cùng, cần phải để chuồng ni khơ ráo nước. Vì mơi trường ẩm ướt có thể là
điều kiện lí tưởng để vi khuẩn có hại sinh sơi, phát triển gây bệnh cho heo.

 Nguyên công này cũng phải thực hiện thủ cơng (như hình 1.4b) từ việc khởi động
máy bơm nước rồi kéo ống đến từng chuồng để thực hiện tắm heo, dội chuồng.

a) Cho heo ăn [5]


b) Vệ sinh chuồng và tắm heo [6]

Hình 1.4. Người lao động chăn nuôi heo bằng cách thủ công

4


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
Bảng 1.1. Bảng kê thời gian của hộ gia đình việc chăn ni heo trong ngày
Loại
heo

Heo thịt

Số
lượng
5-7 con

Lượng

Thời
gian/ lần

2,5 kg

Khoảng
5 phút

1 kg


Khoảng
5 phút

Không Khoảng
xác định 5-7 phút

Nguyên
công
cho ăn
Heo nái
Nguyên
công vệ
sinh và
tắm heo

1 con

Cả heo
nái lẫn
heo thịt

Số lần

Tổng
thời
gian

4 lần


Khoảng
2 giờ 40
phút

3

3 lần

Khoảng
30-40
phút

11

Tối
thiểu 3
lần

Khoảng
3 giờ
hơn

Số
chuồng

8

Từ thông tin ở bảng 1.1 thống kê từ dữ liệu tương ứng đối với một nhân cơng làm
việc trong ngày ở địa phương, tính được tổng thời gian chi cho việc cho ăn và vệ sinh
chuồng trong 1 ngày : > 6 giờ /ngày. Qua đó, chúng ta thấy rằng việc chăn ni heo

bằng cách thủ công mất khá nhiều thời gian và phải dùng lao động tay chân nặng nhọc
để thực hiện từng bước từ khâu cho ăn đến khâu vệ sinh và tắm heo nhưng năng suất
vẫn thấp, quy mô vẫn nhỏ, thậm chí việc cho ăn sẽ khơng đồng đều và sức khỏe người
dân sẽ giảm rõ rệt qua năm tháng.
Như vậy, qua các thông tin thu thập thực tế như trên thì vấn đề đặt ra ở qui mơ chăn
ni nông hộ hiện nay là cần phải thiết kế một hệ thống tự động tích hợp để thực hiện
q trình cho heo ăn và vệ sinh chuồng trại. Mục đích của hệ thống này nhằm phục vụ
công tác quản lý, giám sát từ xa một cách dễ dàng để tránh thất thốt, lãng phí. Đồng
thời, phải 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. Từ đó, người dân có thể mở rộng và
phát triển qui mơ, tăng thu nhập cho gia đình.
1.1.2. Cấu tạo chuồng nuôi heo
Chuồng trại coi như là nhà ở lâu dài cho heo. Chuồng trại thích hợp sẽ đảm bảo sức
khỏe cho heo, loại trừ được dịch bệnh. Nguyên tắc chung đối với chuồng heo là phải
thơng thống, trong lành, ít vi trùng, ít bụi, ít ơ nhiễm,…
5


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
a) Loại chuồng: có 2 loại cơ bản: riêng lẻ và theo nhóm
 Cấu tạo chuồng ni riêng lẻ: mỗi con được nuôi trong một chuồng riêng biệt.
(thường thì chuồng này được dành cho heo nái như hình 1.5.

Hình 1.5. Chuồng heo theo dạng riêng lẻ [7]
 Cấu tạo chuồng ni theo nhóm: nhiều con được ni trong một chuồng, số lượng
heo trong chuồng tùy theo kích thước chuồng.(dành cho heo thịt như hình 1.6).

Hình 1.6. Chuồng ni theo nhóm [8]
b) Nền chuồng: có 3 loại cơ bản: nền xi măng truyền thống, nền đệm lót sinh học và
nền lắp bằng sàn.

 Nền xi măng truyền thống: đây là loại nền có từ lâu đời được tráng bê tơng đặc như
nền nhà với độ nghiêng (như hình 1.7). Nền chuồng thường được đổ bằng bê tơng,
có độ dốc thích hợp để thuận lợi lúc vệ sinh dội chuồng (nghiêng khoảng 2-3% về
phía cống thốt nước) để dễ dàng thoát nước khi vệ sinh chuồng trại. Nền chồng làm

6


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
cao hơn mặt đất khoảng 0.2 – 0.3m để tránh tình trạng ngập úng. Nền chuồng nên tạo
độ nhám bằng cách lát gạch già hoặc láng xi măng cát để heo khơng bị trượt ngã.

Hình 1.7. Nền chuồng bằng bê tơng [9]
 Nền sử dụng đệm lót sinh học: Đệm lót sinh học được bố trí như hình 1.8 là hỗn
hợp giữa chất trộn có thể là trấu, mùn cưa, lõi bắp, dăm bào… kết hợp men vi sinh
vật có lợi. Nhóm vi khuẩn có hoạt tính cao, phân giải mạnh các chất thải động vật
(phân và nước tiểu) để chuyển hóa thành các chất vơ hại (khơng có mùi). Đối với nền
loại này ban đầu vẫn là nền xi măng truyền thống nhưng được rắc trực tiếp vào chuồng
1 lớp đệm lót sinh học ở phía trên. (thường phổ biến ở các trang trại lớn kín gió có
điều khiển nhiệt độ).
Đối với dạng nền chuồng này thì mùi hơi hầu như khơng cịn do chất thải bị tiêu hủy
trên nền đệm lót. Nhờ đó mơi trường được cải thiện, chăn ni có thể phát triển gần khu
dân cư. Đồng thời, giúp giảm cơng sức, chi phí nhân công dọn dẹp chuồng trại, tiết kiệm
nước và điện do khơng cần rửa chuồng, tắm heo và có thể tận dụng đệm lót sau khi thu
dọn để dùng bón cho cây trồng.
Tuy nhiên, trong quá trình lên men của vi sinh vật trong đệm lót đã sinh nhiệt làm
nhiệt độ chuồng nuôi tăng, luôn ở mức 30 – 40oC, có thể đến 45oC, do đó cần chú ý đến
vấn đề làm mát cho heo, tốn diện tích chăn ni, không thể nuôi với mật độ cao, đồng
thời phải tuân thủ kỹ thuật sử dụng và bảo quản đệm lót để phát huy khả năng phân hủy
chất thải của vi sinh vật trong đệm lót.

7


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

Hình 1.8. Nền chuồng sử dụng đệm lót sinh học [10]
 Nền lắp bằng sàn: Sàn chuồng là các tấm đan bê tơng (như hình 1.9b) hoặc các tấm
nhựa có khe thống (như hình 1.9a) để thốt chất thải, được ghép lại với nhau. Bên
dưới sàn là bể thu chất thải. Được chia thành một số khoang để có thể tháo chất thải
riêng rẽ tùy theo lượng chất thải. Tường ngăn giữa các bể chứa phân đồng thời cũng
là điểm để gác các tấm đan lên. Trong bể thu chất thải , sử dụng toàn bộ chất thải
chăn nuôi heo từ chuồng sàn cùng với than bùn, mùn cưa, phụ phẩm công nông nghiệp
để ủ compost thành phần hữu cơ truyền thống dạng rắn. Đáy hầm chứa phân có các
cửa xả phân thơng với hệ thống ống thốt phân dẫn ra bể chứa chất thải lỏng bên
ngồi chuồng hoặc kết hợp với hệ thống biogas bên ngoài.

a) Loại sàn bằng nhựa [11]

b) Loại sàn bằng tấm bê tơng [12]

Hình 1.9. Nền lắp bằng sàn

8


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.2. Các hệ thống công nghiệp phục vụ trong chăn ni
Ngành chăn ni hiện nay ngồi quy mơ ở hộ gia đình thì với xu thế phát triển theo
hình thức chăn ni cơng 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 ni nhằm phục vụ dây chuyền chăn ni 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.
1.2.1. 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 1.11d).
Ngun 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, thơng qua cảm biến đóng ngắt sẽ dừng cấp thức ăn và mở hộp định lượng để thức
ăn rơi xuống máng ăn.

Hình 1.10. Sơ đồ cấu tạo hệ thống dạng xích tải [13]
9


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

b) Bộ phận dẫn động [15]

a) Co góc [14]

c) Bộ phận định lượng [16]

d) Ống băng tải và xích [17]

Hình 1.11. Các bộ phận cấu tạo hệ thống dạng xích tải

Tập đồn 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 ni heo, gà...có trụ sở chính đặt tại Đan Mạch. Hình 1.12 là hình một hệ
thống phân phối thức ăn cho heo tiêu biểu của tập đồn.

Hình 1.12. 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. Hình
1.13 là hình ảnh ví dụ về hệ thống phân phối thức ăn cho gà dạng trục vít trong thực tế.

Hình 1.13. Hệ thống phân phối thức ăn dạng trục vít [19]
1.2.2. Thiết bị vệ sinh chuồng trại
Một số robot vệ sinh phổ biến ở ngoài nước :
a. Robot vệ sinh chuồng trại dạng 1 vịi:

Hình 1.14. 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.
b. Robot vệ sinh chuồng trại dạng 2 vịi
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 vịi phun áp lực
được truyền chuyển động thơng 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 .

Hình 1.15. 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 vịi, 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 thơng 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
1.3. 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 ni, 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 cơng, 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 u cầu đề tài.
-Tính tốn, 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 thơng số của hệ thống : kích thước, động cơ,.... .
+ Xây dựng mơ 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 vịi 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 thơng 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 mơ 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 1.16. Chuồng 1-8: Chuồng ni 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 ni 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 khơng gian cho heo con hơn.
o Có sử dụng hệ thống xử lí chất thải Biogas.

Hình 1.16. Sơ đồ chuồng

15


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.4. 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 tốn 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 mơ
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 tốn 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 tốn cơ khí thơng qua việc tính tốn động học và động lực
học. Và kết quả của chương này là làm cho việc tính tốn, 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.
HỆ THỐNG
CHĂN NI HEO

CỤM PHÂN
PHỐI THỨC ĂN

CỤM VỆ SINH


Hình 2.1. Các cụm cơ khí của hệ thống chăn ni heo.
Trong đề tài này, hệ thống chăn nuôi heo tự động được cấu tạo từ hai cụm cơ khí:
cụm phân phối thức ăn và cụm vệ sinh được minh họa như hình 2.1.
2.1. Cụm phân phối thức ăn
2.1.1. Lựa chọn phương án dẫn thức ăn
Sau khi đã tham khảo các hệ thống chăn ni phổ biến ngồi thị trường ở chương
một, có ba phương án dẫn thức ăn phổ biến là dẫn thức ăn dạng xích tải, dẫn thức ăn
dạng vít tải và dẫn thức ăn dạng vít đùn.

17