Thiết kế hệ thống giám sát và điều khiển nhiệt độ lò sấy
23 thg 10, 2015 | 19:24

Thiết kế hệ thống giám sát và điều khiển nhiệt độ lò sấy

Ngày này nhu cầu sửdụng năng lượng nhiệt trong các lĩnh vực sản suất là rất lớn. Năng lượng nhiệt có thể dùng để sấy khô, nung chảy, hay nhiệt luyện để tạo ra các sản phẩm với chất lượng cao. Một trong các ứng dụng phổ biến của năng lượng nhiệt chính là dùng đểsấy. Thiết bịsấy là một phần rất quan trọng trong các nghành sản xuất hiện nay.Các ứng dụng hiện nay cần sử dụng thiết bịsấy là
rất lớn như sấy các sản phẩm trong nghành nông nghiệp như thóc,ngô hay cà phê, hạt điều, vải,…,trong nghành thủy sản thì để sấy khô các sản phẩm tôm cá,…,và đặc biệt trong nghành công nghiệp như dệt may, sơn, sản xuất gạch,thức ăn chăn nuôi… thì lò sấy là một thiết bị không thểthiếu.
Với mong muốn tìm hiểu sâu hơn về lò sấy và những ứng dụng khoa học kĩ thuật được áp dụng vào đó, chúng em đã lựa chọn đềtài” Thiết kế hệ thống giám sát và điều khiển nhiệt độ lò sấy”.
Đề tài tập trung vào việc tìm hiểu tổng quan công nghệ lò sấy, giới thiệu các phương pháp điều khiển nhiệt độ lò sấy và chọn một phương pháp để nghiên cứu và tiến hành thiết kế mô hình điều khiển và giám sát cho lò sấy.


MỤC LỤC ................................................................................................................. 1
DANH MỤC CÁC TỪVIẾT TẮT ......................................................................... 3
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼVÀ BẢNG BIỂU ................................................... 5
LỜI MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 7
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀCÔNG NGHỆLÒ SẤY .................................... 8
1.1. Khái niệm chung về lò sấy điện trở. ............................................................. 8
1.2.1. Tìm hiểu chung......................................................................................... 8
1.2.2. Phân loại phương pháp sấy...................................................................... 8
1.3. Các yêu cầu chủyếu đối với vật liệu làm dây sợi đốt. ................................ 9
1.4. Vật liệu làm dây đốt. .................................................................................... 10
1.4.1. Vật liệu hợp kim...................................................................................... 10
1.4.2. Vật liệu phi kim loại................................................................................ 11
1.5. Cấu tạo của dây đốt điện trở. ...................................................................... 11
1.5.1. Dây đốt hở............................................................................................... 11
1.5.2. Dây đốt kín.............................................................................................. 12
1.6. Một sốlò sấy điện trởgián tiếp thường dùng. ........................................... 13
1.6.1.Thiết bịsấy buồng.................................................................................... 13
1.6.2. Thiết bịsấy kiểu hầm.............................................................................. 14
1.6.3. Thiết bịsấy buồng dùng Ejecto.............................................................. 15
1.7. Nội dung nghiên cứu. ................................................................................... 16
1.8. Kết luận chương 1. ....................................................................................... 16
CHƯƠNG 2. TÍNH TOÁN LỰA CHỌN THIẾT BỊ.......................................... 17
2.1. Sơ đồcấu trúc hệthống điều khiển nhiệt độ. ............................................ 17
2.2. Khối cảm biến. .............................................................................................. 17
2.3. Khâu hiển thị. ............................................................................................... 19
2.4. Khối công suất. ............................................................................................. 20
2.4.1.Van bán dẫn IGBT................................................................................... 23
2.4.2.Cấu tạo và nguyên lý hoạt động.............................................................. 23
2.4.3. Các thông sốcơbản IGBT..................................................................... 24
2.5. Lựa chọn thiết bịgia nhiệt(dây đốt). .......................................................... 25
2.5.1. Thiết bịgia nhiệt..................................................................................... 25
2.5.2. Đặc điểm.................................................................................................. 25
2.6. Bộ điều khiển. ............................................................................................... 26
2.6.1. Vi điều khiển PIC16F887....................................................................... 26
2.6.2. Một số đặc tính cơbản và sơ đồchân chi tiết. .................................... 29
2.6.3. Chức năng các chân............................................................................... 30
2.7. Truyền thông máy tính. ............................................................................... 31
2.7.1. Giới thiệu vi mạch giao tiếp MAX 232................................................... 31
2.7.2. Cổng nối tiếp RS232............................................................................... 32
2.7.3. Truyền thông qua cổng nối tiếp RS232................................................. 33
2.7.4. Đểtruyền dữliệu nhanh hơn................................................................. 35
2.8. Kết luận chương 2. ....................................................................................... 35
CHƯƠNG 3. THIẾT KẾMẠCH PHẦN CỨNG ................................................ 36
3.1. Sơ đồkhối các mạch điện trong hệthống. ................................................. 36
3.2. Thiết mạch công suất. .................................................................................. 36
3.3. Thiết kếmạch điều khiển. ........................................................................... 37
3.3.1.Mạch nguồn............................................................................................. 37
3.3.2.Mạch đo nhiệt độ. .................................................................................... 38
3.3.3. Mạch vi điều khiển.................................................................................. 38
3.4. Kết luận chương 3. ....................................................................................... 40
CHƯƠNG 4. THIẾT KẾCHƯƠNG TRÌNH GIÁM SÁT VÀ THUẬT TOÁN
ĐIỀU KHIỂN .......................................................................................................... 41
4.1. Chương trình giámsát. ................................................................................ 41
4.1.1. Labview.................................................................................................... 41
4.1.2. Giao diện khi hoàn thiện của Labview trong đồán.............................. 42
4.1.3. Code Labview trong giao diện đồán...................................................... 43
4.2. Tổng hợp bộ điều khiển . ............................................................................. 44
4.2.1. Bộ điều khiển PID.................................................................................. 44
4.2.2. Tổng hợp bộ điều khiển PID.................................................................. 46
4.2.3. Lấy đặc tính và nhận dạng đối tượng.................................................... 50
4.2.4. Nhận dạng đối tượng.............................................................................. 50
4.2.5. Mô phỏng Simulink đặc tính của đối tượng.......................................... 52
4.3.Thuật toán điều khiển và viết chương trình.............................................. 54
4.3.1.Thuật toán điều khiển và thuật toán PID.............................................. 54
4.3.2.Thửnghiệm trên mô hình....................................................................... 55
4.4. Kết luận chương 4. ....................................................................................... 56
KẾT LUẬN ............................................................................................................. 57
Kết quảthu được: ............................................................................................... 57
Hướng nghiên cứu và phát triển: ...................................................................... 57
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 58
PHỤLỤC ................................................................................................................ 59

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼVÀ BẢNG BIỂU
Hình 1.1:Dây tiết diện tròn quấn hình rích rắc và lò so. ...............................12
Hình 1.2: Dây đốt vỏbọc hình chữU..............................................................13
Hình 1.3:Thiết bịsấy buồng. ..........................................................................14
Hình 1.4: Thiết bịsấy hầm. .............................................................................15
Hình 1.5:Thiết bịsấy buồng dùng Ejecto. .....................................................16
Hình 2.1:Sơ đồhệthống điều khiển nhiệt độ..................................................17
Hình 2.2:Cấu tạo và mạch đo cơbản IC LM35D..........................................18
Hình 2.3:LCD 16x2........................................................................................19
Hình 2.4: Mạch công suất................................................................................21
Hình 2.5:Cấu tạo IGBT...................................................................................22
Hình 2.6:Bóng đèn sợi đốt..............................................................................24
Hình 2.7:Các khối chức năng của PIC16F887...............................................25
Hình 2.8:Sơ đồchân PIC16F887....................................................................29
Hình 2.9: Sơ đồkết nối giữa vi điều khiển - MAX232 - PC. ...........................30
Hình 2.10:Giắc nối 9 chân qua cổng COM. ..................................................31
Hình 2.11:Giao tiếp máy tính với vi điều khiển qua cổng RS232...................32
Hình 2.12:Khung truyền theo chuẩn RS232...................................................33
Hình 3.1:Sơ đồhệthống điều khiển nhiệt độbằng vi điều khiển...................35
Hình 3.2: Sơ đồmạch công suất. ....................................................................35
Hình 3.3: Sơ đồmạch nguồn. .........................................................................36
Hình 3.4: Sơ đồ đấu nối cảm biến. .................................................................37
Hình 3.5: Mạch vi điều khiển. ........................................................................37
Hình 3.6: Mạch LCD và phím bấm. ................................................................38
http://www.ebook.edu.vn 6
Hình 3.7: Mạch giao tiếp RS232. ...................................................................38
Hình 3.8:Mạch in. ..........................................................................................39
Hình 4.1:Giao diện người dùng trên máy tính. ..............................................41
Hình 4.2: Sơ đồcode Labview. .......................................................................42
Hình 4.3: Các thành phần trong bộ điều khiển PID........................................43
Hình 4.4: Điều khiển với bộ điều khiển...........................................................43
Hình 4.5: Xác định tham sốcho mô hình xấp xỉbậc nhất có trễ....................46
Hình 4.6:Xác định hằng sốkhuếch đại tới hạn Kgh. ......................................48
Hình 4.7:Xác định chu kỳtới hạn. .................................................................48
Hình 4.8: Đặc tính thực của mô hình đối tượng lò nhiệt.................................49
Hình 4.9: Đặc tính trễcủa mô hình đối tượng lò nhiệt....................................50
Hình 4.10:Cách xác đinh đặc tính của lò sấy mô hình...................................50
Hình 4.11:Sơ đồkhối hệthống khi lấy đặc tính..............................................51
Hình 4.12: Bảng nạp thông sốPID. ................................................................52
Hình 4.13: Đặc tính của đối tượng lò sấy mô phỏng trên simulink. ...............52
Hình 4.14:Kết quảthực nghiệm mô hình........................................................55
Bảng 1: Tính toán thông sốbộ điều khiển.......................................................51
Bảng 2: Thông sốbộ điều khiển theo thực nghiệm..........................................52

LINK DOWNLOAD

Ngày này nhu cầu sửdụng năng lượng nhiệt trong các lĩnh vực sản suất là rất lớn. Năng lượng nhiệt có thể dùng để sấy khô, nung chảy, hay nhiệt luyện để tạo ra các sản phẩm với chất lượng cao. Một trong các ứng dụng phổ biến của năng lượng nhiệt chính là dùng đểsấy. Thiết bịsấy là một phần rất quan trọng trong các nghành sản xuất hiện nay.Các ứng dụng hiện nay cần sử dụng thiết bịsấy là
rất lớn như sấy các sản phẩm trong nghành nông nghiệp như thóc,ngô hay cà phê, hạt điều, vải,…,trong nghành thủy sản thì để sấy khô các sản phẩm tôm cá,…,và đặc biệt trong nghành công nghiệp như dệt may, sơn, sản xuất gạch,thức ăn chăn nuôi… thì lò sấy là một thiết bị không thểthiếu.
Với mong muốn tìm hiểu sâu hơn về lò sấy và những ứng dụng khoa học kĩ thuật được áp dụng vào đó, chúng em đã lựa chọn đềtài” Thiết kế hệ thống giám sát và điều khiển nhiệt độ lò sấy”.
Đề tài tập trung vào việc tìm hiểu tổng quan công nghệ lò sấy, giới thiệu các phương pháp điều khiển nhiệt độ lò sấy và chọn một phương pháp để nghiên cứu và tiến hành thiết kế mô hình điều khiển và giám sát cho lò sấy.


MỤC LỤC ................................................................................................................. 1
DANH MỤC CÁC TỪVIẾT TẮT ......................................................................... 3
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼVÀ BẢNG BIỂU ................................................... 5
LỜI MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 7
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀCÔNG NGHỆLÒ SẤY .................................... 8
1.1. Khái niệm chung về lò sấy điện trở. ............................................................. 8
1.2.1. Tìm hiểu chung......................................................................................... 8
1.2.2. Phân loại phương pháp sấy...................................................................... 8
1.3. Các yêu cầu chủyếu đối với vật liệu làm dây sợi đốt. ................................ 9
1.4. Vật liệu làm dây đốt. .................................................................................... 10
1.4.1. Vật liệu hợp kim...................................................................................... 10
1.4.2. Vật liệu phi kim loại................................................................................ 11
1.5. Cấu tạo của dây đốt điện trở. ...................................................................... 11
1.5.1. Dây đốt hở............................................................................................... 11
1.5.2. Dây đốt kín.............................................................................................. 12
1.6. Một sốlò sấy điện trởgián tiếp thường dùng. ........................................... 13
1.6.1.Thiết bịsấy buồng.................................................................................... 13
1.6.2. Thiết bịsấy kiểu hầm.............................................................................. 14
1.6.3. Thiết bịsấy buồng dùng Ejecto.............................................................. 15
1.7. Nội dung nghiên cứu. ................................................................................... 16
1.8. Kết luận chương 1. ....................................................................................... 16
CHƯƠNG 2. TÍNH TOÁN LỰA CHỌN THIẾT BỊ.......................................... 17
2.1. Sơ đồcấu trúc hệthống điều khiển nhiệt độ. ............................................ 17
2.2. Khối cảm biến. .............................................................................................. 17
2.3. Khâu hiển thị. ............................................................................................... 19
2.4. Khối công suất. ............................................................................................. 20
2.4.1.Van bán dẫn IGBT................................................................................... 23
2.4.2.Cấu tạo và nguyên lý hoạt động.............................................................. 23
2.4.3. Các thông sốcơbản IGBT..................................................................... 24
2.5. Lựa chọn thiết bịgia nhiệt(dây đốt). .......................................................... 25
2.5.1. Thiết bịgia nhiệt..................................................................................... 25
2.5.2. Đặc điểm.................................................................................................. 25
2.6. Bộ điều khiển. ............................................................................................... 26
2.6.1. Vi điều khiển PIC16F887....................................................................... 26
2.6.2. Một số đặc tính cơbản và sơ đồchân chi tiết. .................................... 29
2.6.3. Chức năng các chân............................................................................... 30
2.7. Truyền thông máy tính. ............................................................................... 31
2.7.1. Giới thiệu vi mạch giao tiếp MAX 232................................................... 31
2.7.2. Cổng nối tiếp RS232............................................................................... 32
2.7.3. Truyền thông qua cổng nối tiếp RS232................................................. 33
2.7.4. Đểtruyền dữliệu nhanh hơn................................................................. 35
2.8. Kết luận chương 2. ....................................................................................... 35
CHƯƠNG 3. THIẾT KẾMẠCH PHẦN CỨNG ................................................ 36
3.1. Sơ đồkhối các mạch điện trong hệthống. ................................................. 36
3.2. Thiết mạch công suất. .................................................................................. 36
3.3. Thiết kếmạch điều khiển. ........................................................................... 37
3.3.1.Mạch nguồn............................................................................................. 37
3.3.2.Mạch đo nhiệt độ. .................................................................................... 38
3.3.3. Mạch vi điều khiển.................................................................................. 38
3.4. Kết luận chương 3. ....................................................................................... 40
CHƯƠNG 4. THIẾT KẾCHƯƠNG TRÌNH GIÁM SÁT VÀ THUẬT TOÁN
ĐIỀU KHIỂN .......................................................................................................... 41
4.1. Chương trình giámsát. ................................................................................ 41
4.1.1. Labview.................................................................................................... 41
4.1.2. Giao diện khi hoàn thiện của Labview trong đồán.............................. 42
4.1.3. Code Labview trong giao diện đồán...................................................... 43
4.2. Tổng hợp bộ điều khiển . ............................................................................. 44
4.2.1. Bộ điều khiển PID.................................................................................. 44
4.2.2. Tổng hợp bộ điều khiển PID.................................................................. 46
4.2.3. Lấy đặc tính và nhận dạng đối tượng.................................................... 50
4.2.4. Nhận dạng đối tượng.............................................................................. 50
4.2.5. Mô phỏng Simulink đặc tính của đối tượng.......................................... 52
4.3.Thuật toán điều khiển và viết chương trình.............................................. 54
4.3.1.Thuật toán điều khiển và thuật toán PID.............................................. 54
4.3.2.Thửnghiệm trên mô hình....................................................................... 55
4.4. Kết luận chương 4. ....................................................................................... 56
KẾT LUẬN ............................................................................................................. 57
Kết quảthu được: ............................................................................................... 57
Hướng nghiên cứu và phát triển: ...................................................................... 57
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 58
PHỤLỤC ................................................................................................................ 59

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼVÀ BẢNG BIỂU
Hình 1.1:Dây tiết diện tròn quấn hình rích rắc và lò so. ...............................12
Hình 1.2: Dây đốt vỏbọc hình chữU..............................................................13
Hình 1.3:Thiết bịsấy buồng. ..........................................................................14
Hình 1.4: Thiết bịsấy hầm. .............................................................................15
Hình 1.5:Thiết bịsấy buồng dùng Ejecto. .....................................................16
Hình 2.1:Sơ đồhệthống điều khiển nhiệt độ..................................................17
Hình 2.2:Cấu tạo và mạch đo cơbản IC LM35D..........................................18
Hình 2.3:LCD 16x2........................................................................................19
Hình 2.4: Mạch công suất................................................................................21
Hình 2.5:Cấu tạo IGBT...................................................................................22
Hình 2.6:Bóng đèn sợi đốt..............................................................................24
Hình 2.7:Các khối chức năng của PIC16F887...............................................25
Hình 2.8:Sơ đồchân PIC16F887....................................................................29
Hình 2.9: Sơ đồkết nối giữa vi điều khiển - MAX232 - PC. ...........................30
Hình 2.10:Giắc nối 9 chân qua cổng COM. ..................................................31
Hình 2.11:Giao tiếp máy tính với vi điều khiển qua cổng RS232...................32
Hình 2.12:Khung truyền theo chuẩn RS232...................................................33
Hình 3.1:Sơ đồhệthống điều khiển nhiệt độbằng vi điều khiển...................35
Hình 3.2: Sơ đồmạch công suất. ....................................................................35
Hình 3.3: Sơ đồmạch nguồn. .........................................................................36
Hình 3.4: Sơ đồ đấu nối cảm biến. .................................................................37
Hình 3.5: Mạch vi điều khiển. ........................................................................37
Hình 3.6: Mạch LCD và phím bấm. ................................................................38
http://www.ebook.edu.vn 6
Hình 3.7: Mạch giao tiếp RS232. ...................................................................38
Hình 3.8:Mạch in. ..........................................................................................39
Hình 4.1:Giao diện người dùng trên máy tính. ..............................................41
Hình 4.2: Sơ đồcode Labview. .......................................................................42
Hình 4.3: Các thành phần trong bộ điều khiển PID........................................43
Hình 4.4: Điều khiển với bộ điều khiển...........................................................43
Hình 4.5: Xác định tham sốcho mô hình xấp xỉbậc nhất có trễ....................46
Hình 4.6:Xác định hằng sốkhuếch đại tới hạn Kgh. ......................................48
Hình 4.7:Xác định chu kỳtới hạn. .................................................................48
Hình 4.8: Đặc tính thực của mô hình đối tượng lò nhiệt.................................49
Hình 4.9: Đặc tính trễcủa mô hình đối tượng lò nhiệt....................................50
Hình 4.10:Cách xác đinh đặc tính của lò sấy mô hình...................................50
Hình 4.11:Sơ đồkhối hệthống khi lấy đặc tính..............................................51
Hình 4.12: Bảng nạp thông sốPID. ................................................................52
Hình 4.13: Đặc tính của đối tượng lò sấy mô phỏng trên simulink. ...............52
Hình 4.14:Kết quảthực nghiệm mô hình........................................................55
Bảng 1: Tính toán thông sốbộ điều khiển.......................................................51
Bảng 2: Thông sốbộ điều khiển theo thực nghiệm..........................................52

LINK DOWNLOAD

M_tả

M_tả

Chuyên mục:

Không có nhận xét nào: