(Luận văn thạc sĩ hcmute) thiết kế và chế tạo lò sấy nông sản

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO LỊ SẤY NƠNG SẢN GVHD: TS VŨ QUANG HUY SVTH: ĐẶNG MẬU TÚ DƯƠNG MSSV: 11146024 SVTH: NGÔ THÁI SƠN MSSV: 11146094 SKL 0 7 Tp Hồ Chí Minh, tháng 07/2015 Luan van TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự – Hạnh phúc Bộ môn CƠ ĐIỆN TỬ NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Giảng viên hƣớng dẫn: TS VŨ QUANG HUY Sinh viên thực hiện:Đặng Mậu Tú DƣơngMSSV: 11146024 Ngô Thái Sơn MSSV:11146094 Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO LỊ SẤY NƠNG SẢN Các số liệu, tài liệu ban đầu: …………….……… ……….…………………………………………………………… …………….……… ……….…………………………………………………………… …………….……… ……….…………………………………………………………… Nội dung đồ án: …………….……… ……….…………………………………………………………… …………….……… ……….…………………………………………………………… …………….……… ……….…………………………………………………………… …………….……… ……….…………………………………………………………… …………….……… ……….…………………………………………………………… Các sản phẩm dự kiến …………….……… ……….…………………………………………………………… …………….……… ……….…………………………………………………………… Ngày giao đồ án: Ngày nộp đồ án: TRƢỞNG BỘ MÔN GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên)  Đƣợc phép bảo vệ ………………………………………… (GVHD ký, ghi rõ họ tên) i Luan van LỜI CAM KẾT - Tên đề tài: Thiết kế chế tạo lị sấy nơng sản - GVHD: TS Vũ Quang Huy - Họ tên sinh viên: Đặng Mậu Tú Dƣơng MSSV: 11146024 Địa chỉ: Quận 9, Tp HCM Email: tuduong8782@gmail.com SĐT: 0166 245 8782 - Họ tên sinh viên: Ngô Thái sơn MSSV: 11146094 Địa chỉ: Quận Thủ Đức, Tp HCM Email: Ngothaisonvn@gmail.com SĐT: 0164 360 4083 - Lớp: 111460B - Ngày nộp khoá luận tốt nghiệp (ĐATN): 27/07/2015 - Lời cam kết: “Tôi xin cam đoan khố luận tốt nghiệp (ĐATN) cơng trình tơi nghiên cứu thực Tơi khơng chép từ viết cơng bố mà khơng trích dẫn nguồn gốc Nếu có vi phạm nào, xin chịu hồn tồn trách nhiệm” Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 20… Ký tên ii Luan van LỜI CẢM ƠN  Đầu tiên, chúng em xin chân thành g ửi lời cảm ơn đến toàn thể quý thầy Khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy, Bộ mơn Cơ Điện Tử nhƣ quý thầy, cô, bạn bè tạo điều kiện, hƣớng dẫn, giúp đỡ chúng em hoàn thành đồ án Xin gửi lời cảm ơn đặc biệt đến thầy TS.Vũ Quang Huy, với lời động viên nhƣ chia sẻ nhiều kinh nghiệm quý báu học tập , cơng việc , đóng góp chân thành, nhiệt tình thầy giúp chúng em có thêm ý tƣởng nghị lực để thực đề tài Trong q trình thực đề tài, khó tránh khỏi thiếu sót, kính mong q thầy bạn bè thơng cảm nhiệt tình góp ý để chúng em hồn thành cơng việc tốt lần sau Một lần nữa, chúng em xin chân thành cảm ơn Tp.HCM, ngày tháng năm 2015 iii Luan van TÓM TẮT ĐỒ ÁN Nghiên cứu nguyên lý hoạt động loại lị sấy, phân tích ƣu nhƣợc điểm loại để tìm yêu cầu cần đạt đƣợc lò sấy đề xuất phƣơng án thiết kế tối ƣu Tiến hành thiết kế sơ phầm mềm Solidworks thành phần lò sấy dựa u cầu tính nhƣ phƣơng pháp sấy, cơng suất sấy, tính cách nhiệt, đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm an toàn vận hành Hồn thành thiết kế thi cơng phần khí theo thiết kế, thi cơng mạch điện điều khiển Sau lắp ráp thành phần cảu lò sấy lại với nhau: hệ thống ống dẫn, quạt hút, quạt thổi, cảm biến điều khiển Hiệu chỉnh phần cứng đáp ứng yêu cầu thực tế: tăng đƣờng kính ống dẫn khí, thay đổi dạng quạt thổi Vận hành chạy thử lị sấy, ghi nhận thơng số để tiên hành tìm hàm truyền phục vụ cho q trình lập trình điều khiển vận hành lị Tính tốn tìm hàm truyền, lập trình mơ hình lị sấy vào vi điều khiển Sau hiệu chỉnh thơng số điều khiển để lị hoạt động xác điều khiển Ngồi nhóm cịn lập trình giao diện để phụ vụ cho việc thay đổi thông số giám sát Vận hành thực nghiệm nghiệm thu kết Các vấn đề vấn đề chúng em đạt đƣợc đƣợc trình bày kỹ đồ án Kết đồ án "lò sấy trái mini" Lò sấy kết tất kiến thức mà nhóm nghiên cứu đồ án Sau trình thực nghiệm cho kết khả quan hƣớng phát triển tốt iv Luan van ABSTRACT Research operation principles and the corresponding kiln type, to find advantages and disadvantages of each type from which find the required gain of kilns and proposed solutions to optimize designs Conduct a preliminary design components of the kiln on SolidWorks software, based on the requirements for features such as drying, drying capacity, features, insulation, ensure food safety and safety in operation Complete design and construct mechanical components according to the design and construct of the control circuit Then we assemble the component of the kiln together: piping, exhaust fans, blowers, sensors and controllers Edit the hardware follow the practical requirements: increasing diameter gas pipeline, transfiguration blower Commissioning kiln, recording operating parameters to find the transfer function first serve process control programmers and operators kiln Calculator to find the transfer function, programmable kiln models on the microcontroller Then we adjust parameter controls for precise kiln operation and control In addition the group also program interface for accessories for changing parameters and monitoring Experimental operation and test the results These are my group' s result that we archieved in this project After the experiment the results is good and can be develop in future v Luan van MỤC LỤC Trang NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i LỜI CAM KẾT ii LỜI CẢM ƠN .iii TÓM TẮT ĐỒ ÁN iv MỤC LỤC vi DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ ix DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU xi Chƣơng 1: TỔNG QUAN 1.1 Mục tiêu đề tài .1 1.2 Giới thiệu 1.2.1 Hiện trạng trái sấy .1 1.2.2 Giới thiệu lò sấy 1.2.3 Tính chất đặc trưng 1.2.4 Thành phần lò sấy 1.3 Nội dung nghiên cứu 1.4 Phƣơng pháp công cụ nghiên cứu 1.4.1 Phương pháp 1.4.2 Phương tiện nghiên cứu Chƣơng 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CÔNG NGHỆ SẤY 2.1 Công nghệ sấy .5 2.1.1 Quan hệ nhiệt truyền ẩm 2.1.2 Các giai đoạn sấy 2.1.3 Thời gian sấy 2.1.4 Vận tốc sấy .6 2.2 Phƣơng pháp chế độ sấy 2.2.1 Phơi sấy lượng mặt trời 2.2.2 Sấy đối lưu .8 2.2.3 Sấy xạ 10 2.2.4 Sấy thăng hoa .11 2.2.5 Sấy điện trường dòng cao tần 14 2.3 Kỹ thuật sấy loại trái .15 2.3.1 Ảnh hưởng trình sấy đến chất lượng sản phẩm 15 2.3.2 Các nhân tố ảnh hưởng đến hiệu sấy 16 2.3.3 Sơ đồ công nghệ sấy trái 17 vi Luan van 2.4 Xác định chất lƣợng sản phẩm đầu 17 Chƣơng 3: THIẾT KẾ MƠ HÌNH LỊ SẤY 19 3.1 Tổng quan thiết kế .19 3.1.1 Đối tượng sấy 19 3.1.2 Mục tiêu thiết kế 20 3.2 Lựa chọn phƣơng pháp thiết kế 20 3.2.1 Cơ sơ cho việc chọn lựa phương pháp sấy .20 3.2.2 Mơ hình chọn theo phương pháp sấy đối lưu 20 3.3 Phƣơng pháp tạo dựng hệ thống sấy .22 3.4 Tính tốn thiết bị sấy 23 3.4.1 u cầu tính tốn 23 3.4.2 Nội dung tính tốn 23 3.5 Kết thiết kế 25 Bản vẽ thiết kế 25 3.5.1 3.6 Mô động học .26 Chƣơng 4: TÍNH TỐN, THI CÔNG PHẦN CỨNG 28 4.1 Cơ khí 28 4.1.1 Các phần lò sấy .28 4.1.2 Kích thước lị sấy 28 4.2 Hệ thống Điện – Điện tử .29 4.2.1 Các thành phần Điện – Điện tử hệ thống 29 4.2.2 Sơ đồ khối hệ thống .40 4.2.3 Tính tốn, thiết kế mạch khuếch đại cho cảm biến PT100 .40 4.3 Lắp ráp hoàn thành phần cứng 42 4.3.1 Tổng hợp thiết bị 42 4.3.2 Thơng số kỹ thuật lị sấy 42 Chƣơng 5: THIẾT KẾ GIAO DIỆN GIÁM SÁT VÀ LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 43 5.1 Thiết kế giao diện 43 5.1.1 Giao diện truyền nhận giám sát 43 5.1.2 Giao diện lưu trữ liệu cài đặt thời gian 43 5.2 Lập trình điều khiển 44 5.2.1 Mơ tả tốn học lị sấy .44 5.2.2 Chọn phương pháp giải thuật điều khiển 46 5.2.3 Bộ số PID .47 5.2.4 Thuật toán điều khiển 54 Chƣơng 6: THỰC NGHIỆM VÀ PHÂN TÍCH 56 vii Luan van 6.1 Thực nghiệm .56 6.1.1 Tìm số khâu điều khiển .56 6.1.2 Kết thực nghiệm với số PI tìm 59 6.1.3 Thực nghiệm với loại trái 60 Chƣơng 7: KẾT LUẬN 65 7.1 Kết đạt đƣợc 65 7.2 Ƣu nhƣợc điểm sản phẩm 65 7.3 Những khó khăn thực .66 7.4 Hƣớng phát triển tƣơng lai 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO 67 PHỤ LUC 1: CHƢƠNG TRÌNH THIẾT KẾ GIAO DIỆN I PHỤ LỤC 2: CHƢƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN VII PHỤ LỤC 3: BẢN VẼ THIẾT KẾ XVIII viii Luan van DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ Hình 1:Biểu đồ tăng nhiệt độ trình sấy Hình 2: Mơ hình sấy lƣợng mặt trời Hình 3: Máy sấy hạt cà phê lƣợng mặt trời Hình 4: Mơ hình sấy đối lƣu khơng tuần hồn .8 Hình 5: Lị sấy đối lƣu KingSun cỡ vừa Hình 6: Lƣu thơng khí lị sấy đối lƣu 10 Hình 7: Mơ hình sấy xạ-đối lƣu 10 Hình 8: Máy sấy trà Lài 200 vỉ 11 Hình 9: Mơ hình sấy thăng hoa 12 Hình 10: Sơ đồ pha nƣớc 12 Hình 11: Hệ thống sấy thăng hoa công nghiệp 13 Hình 12: Nguyên lý làm nóng điện trƣờng dịng cao tần 14 Hình 13: Mơ hình thiết bị sấy điện trƣờng cao tần 15 Hình 14: Xoài tƣơi xoài sấy 16 Hình 1: Hình mơ tả đơn giản hợp chất tiêu biểu loại trái 19 Hình 2: Mơ hình 3D lị sấy 26 Hình 3: Mơ hình 3D nhìn bên lị sấy 26 Hình 4: Mơ động học lò sấy .27 Hình 1: Q trình lƣu thơng khí lị sấy .28 Hình 2: Đồ thị đặc tính .29 Hình 3: Pt100 thực tế .30 Hình 4: SSR(Solid State Relay) 31 Hình 5: Sơ đồ nguyên lý SSR 31 Hình 6: Dây trở nhiệt .32 Hình 7: Quạt thổi MB480-D 32 Hình 8: Quạt hút tản nhiệt 33 Hình 9: Mạch nguyên lý nguồn ±12V 33 Hình 10: Mạch thực tế nguồn ±12V 34 Hình 11: Nguồn +24V .34 Hình 12: Module nguồn +5V 35 Hình 13: Module Realtime Clock .35 Hình 14: Nguyên lý giao tiếp I2C 36 Hình 15: Nguyên lý truyền theo phƣơng thức Master/Slave 36 Hình 16: Mạch Arduino Mega 2560 37 Hình 18: LCD 128x64 KS0108 38 Hình 19: Kết nối LCD 128x64 KS0108 38 Hình 20: Relay Omron 24VDC MY4N .39 Hình 21: Sơ đồ khối hệ thống 40 Hình 22: Mạch khuếch đại thuật toán 41 Hình 23: Mạch nguyên lý mạch khuếch đại 41 Hình 24: Mơ hình lị sấy thực nghiệm .42 ix Luan van serialPort1.Write("S" + txt_setpoint.Text + " "); serialPort1.Write("P" + txt_kp.Text + " "); serialPort1.Write("I" + txt_ki.Text + " "); serialPort1.Write("D" + txt_kd.Text + " "); timer3.Enabled = true; } bt_start.Text = "STOP"; } else { bt_start.BackColor = Color.LimeGreen; timer3.Enabled = false; bt_start.Text = "START"; serialPort1.Write("S" + + " "); st=st1 = false; bt_setpoint.BackColor = Color.Red; } } privatevoidbt_exit_Click(objectsender, EventArgs e) { Close(); } privatevoidtimer3_Tick(objectsender, EventArgs e) { serialPort1.Write("B"+" "); if ((st == true)) { if (check == 0) { tickStart = Environment.TickCount; check = 1; } if (st1 == false) txt_setpoint.Text = setpoint; if (cb_sendtemp.Checked == true) sp1 = (float.Parse(sendtemp1) + float.Parse(sendtemp2)) / 200.0; else sp1 = 0.0; if (cb_sendtemp1.Checked == true) sp2 = float.Parse(sendtemp1) / 100.0; else sp2 = 0.0; if (cb_sendtemp2.Checked == true) V Luan van sp3 = float.Parse(sendtemp2) / 100.0; else sp3 = 0.0; draw(int.Parse(txt_setpoint.Text), sp1, sp2, sp3); } } PrivatevoidserialPort1_DataReceived(objectsender, SerialDataReceivedEventArgs e) { InputData = serialPort1.ReadLine(); if (InputData == String.Empty) { MessageBox.Show("CHUA GUI!!!"); st = false; } else this.BeginInvoke(new SetTextCallback(setttext), newobject[] { InputData }); } privatevoidsetttext(stringtext) { if (InputData.Substring(0, 1) == "P") { txt_st_minute.Text = InputData.Remove(0, 1); timer1.Enabled = true; } if (InputData.Substring(0, 1) == "G") txt_st_hour.Text = InputData.Remove(0, 1); if (InputData.Substring(0, 1) == "N") txt_st_day.Text = InputData.Remove(0, 1); if (InputData.Substring(0, 1) == "M") txt_t_minute.Text = InputData.Remove(0, 1); if (InputData.Substring(0, 1) == "O") sendtemp1 = InputData.Remove(0, 1); if (InputData.Substring(0, 1) == "T") { sendtemp2 = InputData.Remove(0, 1); st = true; } } privatevoidbt_setpoint_Click(objectsender, EventArgs e) { i++; st1 = true; VI Luan van if (i == 1) { if(bt_start.Text=="STOP") MessageBox.Show("NHAN STOP"); bt_setpoint.BackColor = Color.LimeGreen; i = 0; } else { bt_setpoint.BackColor = Color.Red; st1 = false; i = 0; } } privatevoidbt_save_Click(objectsender, EventArgs e) { if (saveFileDialog1.ShowDialog() == DialogResult.OK) File.WriteAllText(saveFileDialog1.FileName, richTextBox1.Text); } privatevoidtimer1_Tick(objectsender, EventArgs e) { if (int.Parse(txt_t_minute.Text) >59) { t++; txt_t_hour.Text = t.ToString(); txt_t_minute.Text = "0"; if (t>23) { n++; txt_t_day.Text = n.ToString(); t = 0; } } } } } PHỤ LỤC 2: CHƢƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN VII Luan van #include #include #include "U8glib.h" unsigned long lastTime, now; long debouncing_time=1000; float send_data_1[40], send_data_2[20]; volatile unsigned long last_micros; // khai bao lcd: 8Bit Com: D0 D7: 8,9,11,12,4,5,6,7 en=14, cs1=15, cs2=16,di=17,rw=A5, reset=A6 U8GLIB_KS0108_128 u8g(8, 9, 11, 12, 4, 5, 6, 7, 14, 15, 16, 17, A5, A6); const byte DS1307 = 0x68; //khai bao real time clock const byte NumberOfFields = 7; //so bit doc real time clock int = 0, gio = 0, phut = 0, set_temperature=60, dem=0, buf=0, m=0, buffer, second, minute, hour, day, wday, month, year; double Kp = 46.94, Ki = 0.078 , Kd = 0, sum_err, err, p_err, p, i, d, pid, //khai bao bien cho PID value_I1, value_I2, //doc cam bien temp1, temp2, //nhiet chuyen tu gia tri cam bien sum_temp_1 = 0, sum_temp_2 = 0,//tong 20 lan doc cam bien setpoint , sendtemp_1, sendtemp_2, sendtemp_avg; String data; //=========================== void setup() { Serial.begin(9600); pinMode(2, INPUT_PULLUP); //add pinMode(3, INPUT_PULLUP); // minus pinMode(18, INPUT_PULLUP); //next pinMode(19, INPUT_PULLUP);//start attachInterrupt(0, add, FALLING); // interrupt nut add VIII Luan van attachInterrupt(1, minus, FALLING); // interrupt nut minus attachInterrupt(5, next, FALLING); // interrupt nut next attachInterrupt(4, start, FALLING); // interrupt nut start Wire.begin(); //khai bao giao tiep i2c truyen cho lcd setTime(0, 0, 0, 0, 0, 0); pinMode(A0, INPUT); //doc cam bien pinMode(A1, INPUT); //doc cam bien pinMode(46, OUTPUT); //chan suat day tro pinMode(44, OUTPUT); //chan suat quat hut pinMode(A3, OUTPUT); //A pinMode(13, OUTPUT); //K pinMode(A4, OUTPUT); //vcc RTC pinMode(53, OUTPUT); //buzz====khi chay du thoi gian dat pinMode(52, OUTPUT); //den bao cho truoc hoat dong pinMode(50, OUTPUT); //den bao stop pinMode(51, OUTPUT); //den bao start pinMode(47, OUTPUT); //den bao hoan cong viec pinMode(48, OUTPUT); //dat nhiet pinMode(49, OUTPUT); //dat thoi gian digitalWrite(A3, HIGH); digitalWrite(13, LOW); while(!Serial){ ; } } void loop() { setpoint = set_temperature; if(buf != 1){ digitalWrite(49, HIGH); digitalWrite(48, LOW); } IX Luan van else{ digitalWrite(48, HIGH); digitalWrite(49, LOW); } switch(dem){ case 0: { digitalWrite(52, HIGH); digitalWrite(50, LOW); setTime(0, 0, 0, 0, 0, 0); break; } case 1: { //nhấn start digitalWrite(51, HIGH); digitalWrite(52, LOW); readDS1307(); //Đọc liệu DS1307 read_sensor(); //doc nhiet cac cam bien if((day==ngay)&&(hour==gio)&&(minute==phut)){ digitalWrite(47, HIGH); delay(500); digitalWrite(47, LOW); digitalWrite(53, HIGH); } break; } case 2: { digitalWrite(50, HIGH); digitalWrite(51, LOW); digitalWrite(53, LOW); analogWrite(46, 0); analogWrite(44, 255); delay(120000); analogWrite(44, 0); X Luan van dem = 0; break; } } u8g.firstPage(); { digitalClockDisplay(); // Hiển thị thời gian lcd datgio(); // Hiển thị đặt cho trình print_temp(); // Hiển thị nhiệt độ lên LCD set_temp(); // Đặt nhiệt độ cho trình inform(); // Hiển thị thông báo } while( u8g.nextPage() ); } void serialEvent(){ while(Serial.available()){ read_data(); //nhan cac gia tri duoc gui tu may tinh send_data(); //gui nhiet va cac gia tri thoi gian } } void add() { if((long)(micros()-last_micros) >= debouncing_time*1000){ if(buf != 1){ phut += 30; if(phut >= 60) { phut = 0; gio += 1; } if(gio >= 24) { gio = 0; += 1; } } else { XI Luan van set_temperature += 10; } last_micros = micros(); } } void minus() { if((long)(micros()-last_micros)>=debouncing_time*1000){ if(buf != 1){ if((phut>0)||(gio>0)||(ngay>0)){ phut -= 30; if(phut 255) pid = 255; else if(pid < 0) pid = 0; Serial.print("I"); Serial.println(pid); analogWrite(46, pid); } void print_temp() { u8g.setPrintPos(0,34); u8g.setFont(u8g_font_6x13); u8g.print("TEMPERATURE: "); u8g.setFont(u8g_font_6x13B); u8g.print(sendtemp_avg); u8g.print("C"); } void inform(){ u8g.setPrintPos(0, 58); if(dem == 1){ u8g.print("WORKING "); } else u8g.print("WAITING "); } PHỤ LỤC 3: BẢN VẼ THIẾT KẾ XVIII Luan van S K L 0 Luan van ... phẩm sấy, chế độ sấy, cấu tạo thiết bị sấy số thơng số lựa chọn tính tốn Vì tính tốn thiết bị sấy phải ý đến loại thiết bị sấy, chon chế độ sấy phƣơng thức sấy thích hợp Khi tính tốn thiết bị sấy. .. buồng sấy lò sấy đối lưu Từ cấu trúc buồng sấy ta có: tủ sấy, buồng sấy, hầm sấy cso xe xe gong, sấy băng tải, vít tải, thùng quay, sấy ống thủy lực, sấy phun, sấy tầng sôi, sấy thăng hoa, sấy. .. thức sấy chế độ sấy 2.2 Phƣơng pháp chế độ sấy 2.2.1 Phơi sấy lượng mặt trời a) Nguyên lý hoạt động - Sấy cách phơi nắng (không sử dụng thiết bị sấy) đƣợc sử dụng rộng rải chế biến nông sản -