Thiết kế hệ thống điều khiển lò sấy gỗ 50m3

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP KHOA CƠ ĐIỆN VÀ CÔNG TRÌNH BỘ MƠN KỸ THUẬT ĐIỆN VÀ TỰ ĐỘNG HĨA - BÁO CÁO KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Tên đề tài: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN LÒ SẤY GỖ 50𝒎𝟑 Giáo viên hướng dẫn : TS Hoàng Sơn Sinh viên thực : Phan Văn Hoàng Lớp : K64 - CĐT Ngành : Công nghệ kỹ thuật Cơ điện tử Mã sinh viên : 1951080004 Khóa học : 2019 – 2023 HÀ NỘI – NĂM 2023 LỜI NÓI ĐẦU Nước ta nước trình cơng nghiệp hóa, đại hóa đất nước, để bước bắt kịp phát triển khu vực giới kinh tế xã hội Vì cơng nghiệp sản xuất đóng vai trị quan trọng việc phát triển kinh tế Để nâng cao suất q trình sản xuất, việc tự động hóa đại hóa dây truyền sản xuất lựa chọn tối ưu nhằm tạo sản phẩm có chất lượng cao, giảm sức lao động người Ngày nay, công nghệ kỹ thuật ngày phát triển, góp phần dút ngắn thời gian sản xuất sức lao động người việc sản xuất đáp ứng hầu hết yêu cầu hệ thống thống điều khiển lò sấy gỗ đời Hệ thống điều khiển lò sấy gỗ tự động hệ thống cấp thiết phục vụ nhu cầu trình sản xuất khiến rút ngắn thời gian trình vận hành Do yêu cầu đến từ nhu cầu cấp thiết phục vụ cho người tiêu dùng xấy gỗ phục vụ q trình sản xuất Do hệ thống xấy gỗ cho sản phẩm vào lò sấy gỗ trình vận hành thường xuyên ảnh hưởng từ tác động bên vào khiến cho sản phẩm không đảm bảo chất lượng cho sản xuất cần phải nghiên cứu tính tốn thiết kế cho phù hợp để hoạt động khơng cần điều khiển trực tiếp người, Để hiểu quy trình cơng nghệ điều khiển xuất phát từ thực tế tính ứng dụng điều khiển lò sấy gỗ, em lựa chọn làm đề tài khóa luận tốt nghiệp thiết kế hệ thống điều khiển lị sấy 50m3 Bố cục khóa luận bao gồm: - Được chia làm chương: Chương 1: Đặt vấn đề, giới thiệu tổng quát Chương 2: Nội dung phần cứng Chương 3: Nội dung phần phần mềm Chương 4: Kết thực nghiệm Hà Nội, ngày…… tháng……năm…… Sinh viên thực đề tài (Họ tên) Phan Văn Hoàng i NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Họ tên sinh viên: …… Mã sinh viên: …… Lớp: …… Kết luận: Đồng ý/Không đồng ý cho sinh viên…………nộp báo cáo khóa luận tốt nghiệp Hà Nội, ngày…… tháng……năm…… GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN (Chữ ký, Họ tên) ii NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Họ tên sinh viên: …… Mã sinh viên: …… Lớp: …… GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN (Chữ ký, Họ tên) iv MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU i DANH MỤC CÁC BẢNG vii DANH MỤC HÌNH ẢNH viii CHƯƠNG TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Đặt vấn đề 1.1.1 Mục tiêu nghiên cứu 1.1.2 Nội dung nghiên cứu 1.1.3 Đối tượng nghiên cứu 1.1.4 Phạm vi nghiên cứu 1.1.5 Phương pháp nghiên cứu 1.1.6 Kết đạt 1.2 Giới thiệu tổng quan lò sấy gỗ 1.2.1.Thơng số kỹ thuật lị sấy 1.2.2 Cấu tạo lò sấy 1.2.3 Nguyên lý hoạt động 1.3 Giới thiệu hệ thống điều khiển lò sấy gỗ 11 1.3.1 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển 14 1.3.2 Nguyên lý hoạt động hệ thống điều khiển 15 CHƯƠNG THIẾT KẾ PHẦN CỨNG HỆ THỐNG THỐNG ĐIỀU KHIỂN 17 2.1 Yêu cầu phần cứng hệ thống điều khiển 17 2.2 Bố trí đầu vào PLC hệ thống điều khiển 17 2.3 Tính tốn lựa chọn thiết bị mạch lực 18 c) Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển PLC 19 2.4 Sơ đồ dây 20 2.5 Thiết kế vỏ tủ điều khiển 23 CHƯƠNG XÂY DỰNG PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN 25 3.1 Thiết kế giao diện HMI 25 3.1.1 Giao diện HMI thiết kế 25 v 3.1.2 Gán biến cho đối tượng 28 3.2 Xây dựng chương trình điều khiển PLC 30 3.2.1 Xây dựng lưu đồ thuật toán điều khiển 30 3.2.2 Lưu đồ điều khiển khởi động hệ thống 32 3.2.3 Chương trình điều khiển xây dựng cho điều khiển trung tâm PLC 33 CHƯƠNG KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 42 4.1 Kết hệ thống điều khiển sau thiết kế giao diện lập trình 42 4.2 Lắp đặt, vận hành chạy thử 43 4.3 Kết vận hành 43 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 47 Kết luận 47 Kiến nghị 47 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 51 vi DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Thơng số kỹ thuật lị sấy gỗ nước Bảng 1.2: Chức thiết bị tủ điều khiển trung tâm .13 Bảng 1.3: Chức thiết bị tủ điều khiển lò sấy .13 Bảng 2.1: Bố trí đầu vào/ tín hiệu cho PLC SIMEN S7-1200 17 Bảng 2.2: Liệt kê phụ tải thiết bị điều khiển 18 Bảng 2.3: Lựa chọn khởi theo kết bảng 2.2 19 Bảng 3.1: Gán biến đối tượng 28 vii DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Cấu tạo hầm sấy thiết bị hầm sấy Hình 1.2: Mơ hình minh họa lị sấy gỗ .4 Hình 1.3: Cấu tạo hầm sấy thiết bị hầm sấy Hình 1.4: Hệ gia nhiệt Hình 1.5: Cửa thơng gió điều khiển động chuyên dụng Hình 1.6: Van cấp nhiệt Hình 1.7: Van cấp ẩm Hình 1.8: Cánh quạt lò sấy gỗ .7 Hình 1.9: Động lò sấy gỗ .7 Hinh 1.10: Tủ điều khiển trung tâm 11 Hình 1.11: Tủ điều khiển lị sấy 12 Hình 1.12: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển 14 Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển PLC 20 Hình 2.2: Sơ đồ dây tủ điều khiển trung tâm 21 Hình 2.3: Mạch động lực 22 Hình 2.4: Mạch điều khiển 22 Hình 2.5: Bố trí thiết bị tủ điện điều khiển trung tâm .23 Hình 2.6: Bố trí thiết bị tủ điện điều khiển lò sấy .23 Hình 3.1: Giao diện HMI 25 Hình 3.2: Giao diện trạng thái thiết bị điều khiển thiết bị 26 Hình 3.3: Giao diện bảng thơng số cảm biến lị sấy 26 Hình 3.4: Hình ảnh minh họa cảm biến nhiệt độ 27 Hình 3.5: Hình ảnh minh họa cảm biến đo độ ẩm môi trường 27 Hình 3.6: Trạng thái cài đặt tham số loại gỗ 28 Hình 3.7: Hệ thống nút ấn điều khiển trang bị mặt tủ điện 31 Hình 3.8:Lưu đồ thuật tốn chương trình điều khiển 32 Hình 3.9: Chương trình 34 Hình 3.10: Chương trình cài đặt lị sấy .41 Hình 4.1: Trạng thái ban đầu hệ thống điều khiển .42 Hình 4.2: Chế độ tay điều khiển nút nhấn .43 viii Hình 4.3: Sự thay đổi độ ẩm theo thời gian W= f (τ) gỗ keo với độ dày khác nhau: đến 30mm, từ 31-60mm 60mm 44 Hình 4.4: Quan hệ t=f (τ) gỗ keo với độ dày khác nhau: đến30mm, từ 3160mm 60mm 44 Hình 4.5: Quan hệ △t= f (τ) gỗ keo với độ dày khác nhau: đến 30mm,từ 3160mm 60mm 45 Hình 4.6: Một số hình ảnh kết vận hành chạy hệ thống điều khiển lò sấy 46 ix CHƯƠNG TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Đặt vấn đề Hiện nay, nhu cầu sử dụng loại gỗ phục vụ cho ngành công nghiệp sản xuất lớn Trước gỗ sử dụng để chế tạo thành phẩm đưa vào sử dụng cần sấy khơ Tùy vào nhu cầu mục đích sử dụng mà người ta sấy gỗ nhiều hình thức khác gỗ bóc, gỗ Về nguồn cung cấp cho hệ thông sấy cấp nhiều dạng khác dùng nóng từ lị dùng nhiệt để truyền nhiệt Do việc sử dụng hệ thống điều khiển lò sấy gỗ tự động, lò sấy gỗ nước cơng nghiệp hay cịn gọi lị sấy gỗ cơng nghiệp khơng thể thiếu để nâng cao suất công việc giúp hoạt động ổn định, tối ưu, xác, tốc độ hoạt động ổn định xác 1.1.1 Mục tiêu nghiên cứu Tính tốn thiết kế thiết bị cho hệ thống điều khiển hầm sấy gỗ đảm bảo yêu cầu mặt kỹ thuật Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển khiển lò sấy gỗ 50𝑚3 Từ đó, làm sở cho việc thiết kế hệ thống điều khiển lò sấy gỗ tự động 1.1.2 Nội dung nghiên cứu Để thực mục tiêu ban đầu, đề tài triển khai số nội dung sau: - Phân tích lựa chọn phương án thiết kế - Thiết kế hệ thống điều khiển 1.1.3 Đối tượng nghiên cứu Hệ thống thiết bị điện, điều khiển hệ thống, sơ đồ phần cứng điều khiển, phần mềm điều khiển viết PLC - Thiết bị nghiên cứu Thiết bị nghiên cứu hệ thống điều khiển lò sấy gỗ có hệ thống khí chế tạo có cấu tạo mơ tả hình 2.1 gồm có: 37 38 39 40 Hình 3.10: Chương trình cài đặt lò sấy 41 CHƯƠNG KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 4.1 Kết hệ thống điều khiển sau thiết kế giao diện lập trình - Hệ thống điều khiển trạng thái ban đầu: + Giao diện HMI trạng thái ban đầu + Chương trình PLC trạng thái ban đầu a) Giao diện b) Trạng thái ban đầu chương trình PLC Hình 4.1: Trạng thái ban đầu hệ thống điều khiển - Chế độ hoạt động tay: Chế độ hoạt động tay bao gồm chế độ Nhiệt, ẩm, xả ẩm, quạt gió Trong có cách để chế độ tay hoạt động + Cách 1: Sử dụng công tắc chuyển mạch, chuyển sang chế độ điều khiển tay Sử dụng nút ấn bật tắt mở mặt tủ điều khiển lị sấy + Cách 2: Sử dụng hình HMI tủ điều khiển chính, nhấn vào bật thiết bị có giao diện HMI để bật tắt thiết bị có hệ thống 42 a) Điều khiển nút bấm tủ đk trung tâm b) Điều khiển nút bấm tủ đk lị sấy Hình 4.2: Chế độ tay điều khiển nút nhấn 4.2 Lắp đặt, vận hành chạy thử Sau hoàn thiện hệ thống điều khiển, ta tiến hành vận hành chạy thử Đồng thời đưa chương trình xử lí liệu nhiệt độ, độ ẩm, thời gian chạy quạt gió ta cài đặt setup hệ thống điều khiển Các bước vận hành: + Bước 1: Chọn chế độ sấy cho gỗ + Bước 2: Bật nguồn khởi động tủ điều khiển lên + Bước 3: Bật tất công tắc chuyển mạch tủ điều khiển lò sấy sang chế độ tự động lên 4.3 Kết vận hành Sau tiến hành nhiều mẻ thí nghiệm với nhiều loại gỗ có qui cách khác nhau, tổng hợp kết nghiên cứu thí nghiệm theo đồ thị quan hệ a)Quan hệ W – τ Kết xác định thay đổi độ ẩm gỗ keo với bề dày khác nhau, biểu thị hình 4.3 43 Hình 4.3: Sự thay đổi độ ẩm theo thời gian W= f (τ) gỗ keo với độ dày khác nhau: đến 30mm, từ 31-60mm 60mm b)Quan hệ t theo thời gian t=f (τ) Đối với gỗ keo: Quan hệ nhiệt độ nhiệt kế khô tác nhân sấy gỗ keo suốt thời gian sấy hiển biểu thị hình 4.4 Hình 4.4: Quan hệ t=f (τ) gỗ keo với độ dày khác nhau: đến30mm, từ 3160mm 60mm c)Quan hệ t theo thời gian △t=f (τ) Quan hệ sấy △t= t - 𝑇ư theo thời gian sấy tác nhân sấy sấy gỗ keo biểu diễn hình 4.5 44 Hình 4.5: Quan hệ △t= f (τ) gỗ keo với độ dày khác nhau: đến 30mm,từ 3160mm 60mm Từ kết sau xử lý hiệu chỉnh kết thực tế thu nhận qua nhiều mẻ sấy hầm sấy thực nghiệm ác hầm sấy đối ứng, rút kết luận sau Nhìn vào đường đặc tính biểu diễn q trình sấy, nhận thấy - Giai đoạn thoát ẩm tự (W>30%), thể tích khơng q lớn Mặc dù giai đoạn ẩm nhiều, có cường độ thoát ẩm lớn, thường xảy trường hợp chai cứng bề mặt gỗ cản trở thoát ẩm sau, khéo dài thời gian sấy, bề mặt gỗ bị nứt - Giai đoạn gỗ có độ ẩm nằm khoảng độ ẩm bão hòa thớ gỗ thường hay bị cong vênh, biến dạng Vì vậy, giai đoạn này, người vận hành phải ý giảm nhiệt độ sấy cách tăng phun ẩm để điều hòa ẩm đồng gỗ sấy - Giai đoạn cuối thoát ẩm liên kết(W