Thiết kế, chế tạo thiết bị theo dõi, giám sát nhiệt độ, độ ẩm của các lò sấy gỗ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP KHOA CƠ ĐIỆN VÀ CÔNG TRÌNH BỘ MƠN KỸ THUẬT ĐIỆN VÀ TỰ ĐỘNG HĨA - KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ THEO DÕI, GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ, ĐỘ ẨM CỦA CÁC LÒ SẤY GỖ NGÀNH : CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ MÃ SỐ : 7510203 Giáo viên hướng dẫn : ThS Nguyễn Thành Trung Sinh viên thực : Nguyễn Văn Lực Mã sinh viên : 1851080169 Lớp : K63 - CNKTCĐT Khóa học : 2018 - 2022 Hà Nội, 2022 LỜI CẢM ƠN Qua thời gian tìm hiểu làm việc, đề tài tốt nghiệp em hồn thành Để có kiến thức kết thực tế ngày hôm nay, trước hết em xin chân thành cảm ơn tất thầy khoa Cơ Điện Cơng Trình, trường Đại Học Lâm Nghiệp Việt Nam giảng dạy trang bị cho em kiến thức năm học tập trường Bên cạnh em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến ThS Nguyễn Thành Trung hướng dẫn, giúp đỡ, chia sẻ kinh nghiệm tạo điều kiện thuận lợi giúp em hồn thành tốt nội dung khóa luận tốt nghiệp Trong thời gian làm đề tài khóa luận tốt nghiệp hạn chế hiểu biết thực tế nhiều hạn chế nên báo cáo em không tránh khỏi thiếu xót Nên em mong nhận ý kiến đóng góp để em đúc kết nhiều học kinh nghiệm cho thân mai sau, từ giúp ích nhiều cho em bước vào môi trường làm việc Cuối em xin gửi đến quý thầy cô lời chúc sức khỏe thành cơng nghiệp giảng dạy Chúc tồn khoa Cơ Điện Cơng Trình nói riêng tồn trường Đại Học Lâm Nghiệp nói chung ngày phát triển đào tạo nhiều sinh viên ưu tú Em xin trân trọng cảm ơn! NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Họ tên sinh viên: Nguyễn Văn Lực Mã sinh viên: 1851080169 Lớp: K63-CNKTCĐT Kết luận: Đồng ý/Khơng đồng ý cho sinh viên…………nộp báo khóa luận tốt nghiệp Hà Nội, ngày tháng……năm…2022 Giáo viên hướng dẫn NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Họ tên sinh viên: Nguyễn Văn Lực Mã sinh viên: 1851080169 Lớp: K63-CNKTCĐT Hà Nội, ngày tháng……năm…2022 Giáo viên phản biện MỞ ĐẦU Chế biến gỗ ngành mạnh đóng góp nhiều vào xuất Việt Nam Nhưng nhà máy chế biến gỗ nước sử dụng công nghệ chế biến có cơng nghệ sấy gỗ nước ngồi Nhưng điều kiện thời tiết, đặc tính gỗ nước khác nên thông số cài sẵn thiết bị sấy gỗ lị sấy nhập tỏ khơng phù hợp khiến gỗ sau sấy không đạt tiêu chuẩn chất lượng Từ ý tưởng thiết bị giám sát độ ẩm, nhiệt độ lò sấy gỗ hình thành Chính em chọn đề tài “Thiết kế, chế tạo thiết bị theo dõi, giám sát nhiệt độ, độ ẩm lò sấy gỗ” Mục tiêu nghiên cứu đề tài thiết kế, chế tạo thiết bị theo dõi, giám sát nhiệt độ, độ ẩm lò sấy gỗ Đề tài tập trung vào việc thiết kế, chế tạo thiết bị theo dõi, giám sát nhiệt độ, độ ẩm lò sấy gỗ Để thực đề tài em sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp chế tạo thử nghiệm, thực nghiệm Đề tài em chia làm hai phần: Phần 1: Tổng quan vấn đề nghiên cứu Phần 2: Nội dung khóa luận Chương 1: Tổng quan thiết bị giám sát nhiệt độ, độ ẩm gỗ FTA10 Chương 2: Thiết kế tủ điện lập trình phần mềm thiết bị giám sát nhiệt độ, độ ẩm gỗ FTA10 Chương 3: Thi công tủ điện thiết bị giám sát nhiệt độ, độ ẩm gỗ FTA10 Chương 4: Lắp đặt vận hành thử nghiệm Trong thời gian làm đề tài hướng dẫn, giúp đỡ thầy, cô giáo môn Kỹ thuật điện Tự động hóa, đặc biệt hướng dẫn tận tình, chi tiết thầy Bộ mơn giúp em hồn thành khóa luận Mặc dù cố gắng kiến thức kinh nghiệm cịn hạn chế nên khóa luận em khơng thể tránh thiếu sót, em mong nhận bảo thầy cô, để em hồn thành tốt khóa luận tốt nghiệp Hà Nội,ngày tháng năm 2022 Sinh viên thực Nguyễn Văn Lực MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN MỞ ĐẦU MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGIÊN CỨU PHẦN II: NỘI DUNG KHÓA LUẬN CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ, ĐỘ ẨM GỖ FTA10 1.1 Tổng quan lò sấy gỗ 1.1.1 Công dụng việc sấy gỗ 1.1.2 Các phương pháp sấy gỗ 1.1.3 Lò sấy nhiệt 125m3 1.2 Tổng quan thiết bị theo dõi giám sát nhiệt độ, độ ẩm lò sấy gỗ 1.2.1 Tổng quan điều khiển Helios 1.2.2 Tổng quan thiết bị theo dõi giám sát nhiệt độ, độ ẩm lò sấy gỗ FTA10 10 1.2 Các phần mềm dùng để thiết kế thiết bị theo dõi giám sát nhiệt độ, độ ẩm lò sấy gỗ 11 1.2.1 Autocad Electrical 11 1.2.2 GX Works2 11 1.2.3 GT Designer3 12 1.3 Tổng quan cảm biến nhiệt độ, cảm biến độ ẩm 13 1.3.1 Cảm biến nhiệt độ loại K 13 1.3.2 Cảm biến độ ẩm 13 CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ TỦ ĐIỆN VÀ LẬP TRÌNH PHẦN MỀM THIẾT BỊ GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ, ĐỘ ẨM GỖ FTA10 15 2.1 Lựa chọn thiết bị 15 2.1.1 PLC Mitsubishi Fx3U 16MR-DS 15 2.1.2 Module Fx-2N-4AD-TC 16 2.1.3 Module Fx-2N-4AD 18 2.1.4 Màn hình HMI Mitsubishi GS2107-WTBD inch 20 2.1.5 Nguồn tổ ong 24VDC 21 2.1.6 Relay 220VAC 14 chân 22 2.1.7 Cầu dao tự động MCB SINO cực 23 2.1.8 Công tắc chế độ 24 2.1.9 Đèn báo nguồn điện 24 2.1.11 Bộ kích điện từ 24VDC sang 220VAC 25 2.1.12 Cầu đấu 12 chân 26 2.3 Thiết kế tủ điện 28 2.4 Thiết kế sơ đồ khối tủ điện 29 2.4.1 Khối INPUT 30 2.4.2 Khối Controler 30 2.4.3 Khối OUTPUT 31 2.4.4 Khối Nguồn .31 2.5 Thiết kế sơ đồ nguyên lý tủ điện 32 2.6 Thiết kế sơ đồ bố trí thiết bị tủ điện 33 2.7 Thiết kế sơ đồ đấu dây tủ điện 34 2.8 Thiết kế chương trình phần mềm PLC 36 2.8 Thiết kế chương trình phần mềm HMI 37 2.8.1 Thiết kế giao diện hình cho HMI .38 2.8.2 Giao diện HISTORY DATA 39 2.8.3 Giao diện hiệu chỉnh tham số 40 2.8.4 Giao diện lưu trữ liệu 42 CHƯƠNG 3: THI CÔNG TỦ ĐIỆN THIẾT BỊ GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ, ĐỘ ẨM GỖ FTA10 43 3.1 Lắp đặt tủ điện .43 3.1.1 Chế tạo mặt ngồi bố trí linh kiện bên tủ điện .43 3.1.2 Đấu nối thiết bị 46 3.2 Nạp chương trình phần mềm 47 3.2.1 Nạp chương trình phần mềm cho PLC 47 3.2.2 Nạp chương trình phần mềm cho HMI 48 CHƯƠNG 4: LẮP ĐẶT VÀ VẬN HÀNH THỬ NGHIỆM 50 4.1 Lắp đặt thiết bị .50 4.1.1 Lắp đặt cảm biến nhiệt độ 50 4.1.2 Lắp đặt cảm biến độ ẩm 51 4.2 Vận hành thử nghiệm 54 4.2.1 Vận hành thiết bị 54 KẾT LUẬN .56 TÀI LIỆU THAM KHẢO 58 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Lị sấy gỗ 100𝑚3 Hình 1.2 Sơ đồ hoạt động lị sấy gỗ Hình 1.4 Phần mềm AutoCad Electriccal 11 Hình 1.5 Phần mềm GX Work 11 Hình 1.6 Phần mềm GT Designer 12 Hình 2.1 PLC Mitsubishi Fx3U 16MR-DS 15 Hình 2.2 Module Fx-2N-4AD-TC 16 Hình 2.3 Sơ đồ đấu nối 17 Hình 2.4 Module Fx-2N-4AD 18 Hình 2.5 Sơ đồ đấu nối 19 Hình 2.6 Màn hình HMI Mitsubishi GS2107-WTBD inch 20 Hình 2.7 Nguồn tổ ong 24VDC 21 Hình 2.8 Relay 220VAC 14 chân 22 Hình 2.9 Sơ đồ đấu dây 22 Hình 2.10 Cầu dao tự động MCB SINO cực 23 Hình 2.11 Cơng tắc chuyển chế độ vị trí ZB2-BE101 ED25 24 Hình 2.12 Đèn báo nguồn điện 24 Hình 2.13 Mạch chuyển đổi nguồn điện từ 24VDC sang 10VDC 25 Hình 2.14 Bộ kích điện từ 24VDC sang 220VAC 25 Hình 2.15 Cầu đấu 12 chân 26 Hình 2.16: Vỏ tủ điện 28 Hình 2.17 Sơ đồ khối thiết bị đo nhiệt độ, đọ ẩm 29 Hình 2.18 Khối INPUT 30 Hình 2.19 Khối Contrler 30 Hình 2.20 Khối OUTPUT 31 Hình 2.21 Khối nguồn 31 Hình 2.22 Sơ đồ nguyên lý 32 Hình 2.23 Sơ đồ bố trí thiết bị 33 Hình 2.24 Đấu dây khối nguồn 34 Hình 2.25 Đấu dây khối nguồn 35 Hình 2.26 Đấu dây HMI hai modul FX2N-4AD, FX2N-4AD-TC 35 Hình 2.27 Sơ đồ đấu dây hoàn thiện 36 Hình 2.28 Giao diện hình cho HMI 38 Hình 2.29 Giao diện HISTORRY DATA 39 Hình 2.30 Giao diện hiệu chỉnh tham số 40 Hình 2.31 Giao diện lưu trữ liệu 42 Hình 3.1 Mặt trước cánh tủ 43 Hình 3.2 Mặt cánh tủ 44 Hình 3.3 Lắp đặt nắp tủ điện 44 Hình 3.4 Lắp đặt cài linh kiện, máng dây 45 Hình 3.5 Đấu nối PLC kích điện 45 Hình 3.6 Lắp đặt cầu đấu 46 Hình 3.7 Lắp đặt tủ điện 46 Hình 3.8 Chạy thử thiết bị 47 Hình 3.9 Cáp nạp chương trình cho PLC Mitsubishi .47 Hình 3.10 Driver Prolific USB to Serial Comm Port 48 Hình 4.1: cảm biến nhiệt độ loại K 50 Hình 4.2: Lắp đặt cảm biến nhiệt độ loại K vào lò sấy 50 Hình 4.3 Đầu dị giác cắm cảm biến 51 Hình 4.4 Thơng số đầu dị 51 Hình 4.5: Lắp đầu dò cảm biến độ ẩm điều khiển sẵn có lị sấy 52 Hình 4.6: Kết độ ẩm điều khiển có sẵn lị sấy đo 52 Hình 4.7: Màn hình HMI hiển thị kết đo 53 Hình 4.8: Lắp đặt thiết bị bên cạnh điều khiển lò sấy 54 Hình 4.9 Các dây cảm biến nhiệt độ, độ ẩm 55 Hình 3.2 Mặt cánh tủ Hình 3.3 Lắp đặt nắp tủ điện Ở mặt tủ điện lắp đặt máng dây cài linh kiện theo thứ tự xếp sẵn vẽ thiết kế 44 Hình 3.4 Lắp đặt cài linh kiện, máng dây Lắp đặt PLC kích điện vào tủ điện Hình 3.5 Đấu nối PLC kích điện Khoan bắt vít hai cầu đấu 12 chân bên hông tủ diện để kết nối nguồn điện thuận lợi cho việc lắp đặt cảm biến đo độ ẩm, nhiệt độ 45 Hình 3.6 Lắp đặt cầu đấu 3.1.2 Đấu nối thiết bị Dựa vào thiết kế lắp đặt linh kiện đấu nối thiết bị với Hình 3.7 Lắp đặt tủ điện Lắp đặt chạy thử thiết bị Sau kết nối nguồn điện cho thiết bị ta thấy linh kiện tủ sáng đèn chạt tốt 46 Hình 3.8 Chạy thử thiết bị 3.2 Nạp chương trình phần mềm 3.2.1 Nạp chương trình phần mềm cho PLC Bước 1: Chuẩn bị thiết bị Hình 3.9 Cáp nạp chương trình cho PLC Mitsubishi - Để nạp chương trình từ máy tính vào PLC trước tiên phải có cáp nạp chương trình PLC từ máy tính với đầu cổng USB kết nối với máy tính, cịn lại cổng RS422 kết nối với PLC Ở cap có mạch chuyển đổi tín hiệu từ USB sang RS422 47 Hình 3.10 Driver Prolific USB to Serial Comm Port Máy tính dùng để tải chương trình xuống PLC cần phải cài đặt driver Prolific USB to Serial Comm Port Nếu driver máy tính khơng nhận cap nạp khơng thể nạp chương trình Để kiểm tra máy tính có driver khơng, ta cần cắm cap kết nối PLC với máy tính Sau vào phần Device Maganer->Port(COM&LPT)-> Prolific USB to Serial Comm Port Bước 2: Kết nối máy tính với PLC - Khởi động phần mềm GX Works2 kết nối nguồn điện cho PLC FX3U16MR-DS Sau cắm đầu USB cáp nạp vào máy tính cắm đầu RS422 vào PLC Lưu ý cắm đầu RS422 vào PLC phải để ý thứ tự chân cắm nhỏ nên cần cắm sai gãy chân cắm làm hỏng PLC Bước 3: Nạp chương trình PLC 3.2.2 Nạp chương trình phần mềm cho HMI Bước 1: Chuẩn bị thiết bị Hình 3.11 Cáp nạp chương trình từ máy tính vào HMI 48 Để nạp chương trình từ máy tính vào HMI trước tiên ta cần có cáp nạp với đầu cổng USB đầu cịn lại cổng RS232 Ở cáp có adapter chuyển đổi tín hiệu từ USB sang RS232 Bước 2: Kết nối máy tính với HMI Khởi động phần mềm GT Deginer kết nối nguồn điện 24VDC với HMI Mitsubishi GS2107-WTBD inch - Sau cắm đầu USB cáp nạp vào máy tính cắm đầu RS232 vào HMI Bước 3: Nạp chương trình vào HMI - 49 CHƯƠNG 4: LẮP ĐẶT VÀ VẬN HÀNH THỬ NGHIỆM 4.1 Lắp đặt thiết bị 4.1.1 Lắp đặt cảm biến nhiệt độ Hình 4.1: cảm biến nhiệt độ loại K - Bước 1: Chuẩn bị gỗ lò sấy máy khoan - Bước 2: Khoan lỗ lỗ Ø0.5 sâu 1cm mặt ngang gỗ để lắp vừa cảm biến nhiệt độ Bước 3: Cắm cảm biến nhiệt độ thật chặt cho khoảng hở cảm biến - thớ gỗ nhỏ Làm để đảm bảo đo nhiệt độ bên gỗ xác Bước 4: Đấu nối cảm biến nhiệt độ vào tủ điện Bước 5: Lắp đặt cảm biến vào lị sấy Hình 4.2: Lắp đặt cảm biến nhiệt độ loại K vào lò sấy Nhiệt độ yếu tố quan trọng tác động đến độ ẩm gỗ Nên trước đo dộ ẩm cần phải xác định nhiệt độ đo độ ẩm nhiệt độ 35˚C khác hoàn toàn với nhiệt độ 25˚C 50 4.1.2 Lắp đặt cảm biến độ ẩm Lắp đặt Ta lắp đặt cảm biến đo độ ẩm có sẵn tủ điện lị sấy để biết thơng số độ ẩm hiển thị hình tủ để lấy làm sở so sánh lắp với thông số thiết bị FTA10 Hình 4.3 Đầu dị giác cắm cảm biến Hình 4.4 Thơng số đầu dị - Bước 1: Chuẩn bị gỗ để lắp đặt cảm biến độ ẩm Gỗ chọn phải mẻ với gỗ lị sấy, khơng q khơ gỗ đanh khiến việc đóng cảm biến vào gỗ khó khăn gây cong vênh đầu dò - Bước 2: Khoan mồi lỗ Ø0.5 sâu 1cm gỗ dùng tay kìm vặn - đầu dị vào gỗ cho cảm biến sau đến ½ độ dày gỗ - Bước 3: Lắp đặt giác cắm vào đầu dò - Bước 3: Lắp đặt giác cắm vào thiết bị - Bước 4: Đưa gỗ có gắn đầu vào lị sấy 51 Hình 4.5 Lắp đầu dò cảm biến độ ẩm điều khiển sẵn có lị sấy Hình 4.6 Kết độ ẩm điều khiển có sẵn lị sấy đo Sau lắp đặt cảm biến đo độ ẩm thiết bị FTA10 52 Hình 4.6 Lắp đặt giác cắm thiết bị FTA10 Hình 4.7 Màn hình HMI hiển thị kết đo 53 4.2 Vận hành thử nghiệm 4.2.1 Vận hành thiết bị Hình 4.8 Lắp đặt thiết bị bên cạnh điều khiển lị sấy Sau đưa gỗ có gắn cảm biến vào lị sấy bắt đầu bật lò sấy Khi đo kết hiển thị lên hình HMI ta dựa vào để so sánh với kết điều khiển lò sấy Bước 1: Cấp điện cho thiết bị Bước 2: Hiệu chỉnh tham số - - Hiệu chỉnh nhiệt độ: Do gỗ để thời gian ngồi mơi trường nên có nhiệt độ cân với mơi trường ta lấy thiết bị đo nhiệt độ chuẩn mơi trường để từ làm tham số so sánh hiệu chỉnh cảm biến nhiệt độ thiết bị Hiệu chỉnh độ ẩm: Ta lấy thiết bị đo độ ẩm gỗ chuyên dụng để đo độ ẩm ban đâu gỗ lấy làm liệu để so sánh đồng thời hiệu chỉnh thông số cảm biến dộ ẩm thiết bị Bước 3: Tiến hành so sánh nhiệt độ, độ ẩm thiết bị với điều khiển Helios - Cứ 10 phút thiết bị lưu liệu lưu liệu lần Sau ngày thiết bị lưu 144 lần Từ liệu tiến hành so sánh với liệu từ điều khiển Helios điều khiển lò sấy Ta nhận thấy liệu hai bên tương đồng 54 Hình 4.9 Các dây cảm biến nhiệt độ, độ ẩm Qua hai ngày vận hành thấy thông số đo thiết bị trùng khớp với điều khiển lò sấy Tiếp tục để thiết bị hoạt động theo dõi đến hết chu trình sấy lị (thường từ 21 đến 28 ngày tùy loại gỗ) Sau kết thúc trình thử nghiệm thiết bị đo nhiệt độ, độ ẩm cho kết theo dõi sát so với điều khiển Helios lò sấy Mẻ gỗ sau sấy đạt tiêu chuẩn để gia cơng, tỉ lệ gỗ hỏng sau q trình sấy khoảng < 3% Từ kết đo làm tiền đề cho thiết bi điều khiển q trình sấy lị cho phù hợp với loại gỗ Việt Nam 55 KẾT LUẬN - Sau thời gian tìm hiểu, nghiên cứu, xây dựng ý tưởng bắt tay vào chế tạo với hướng dẫn tận tình thầy Nguyễn Thành Trung, môn Kỹ thuật điện & Tự động hóa, khoa Cơ Điện & Cơng trình, em hoàn thành đề tài “Thiết kế, chế tạo thiết bị theo dõi, giám sát nhiệt độ, độ ẩm lò sấy gỗ”  Kết đạt - Thiết bị tích hợp thiết bị đo hai thành phần quan trọng trình sấy gỗ nhiệt độ, độ ẩm đưa hiển thị hình HMI giúp cho người vận hành quan sát cách dễ dàng - Thiết kế thành công thiết bị đo độ ẩm nhiệt độ lị sấy gỗ - Lập trình cho PLC Mitsubishi FX3U-16MR-DS modul FX2N-4ADTC, FX2N-4AD - Sản phẩm sau chế tạo thành công mang vận hành thử nghiệm hoạt động tốt tai công ty cơng ty cổ phần CBLS Đơng Bắc (Tân BìnhĐầm Hà- Quảng Ninh)  Những hạn chế tồn - Tuy nhiên thiết bị đo độ ẩm, nhiệt độ số hạn chế cảm biến có sai số nên trước lắp thiết bị cần phải có thiết bị đo độ ẩm, nhiệt độ chuẩn để lấy giá trị nhiệt độ, độ ẩm để lấy làm để điều chỉnh cho cảm biến thiết bị  Đề xuất kiến nghị - Hướng tới phát triển sản phẩm ngồi việc theo dõi nhiệt độ, độ ẩm cịn tạo chương trình điều khiển lị sấy riêng cho loại gỗ Việt Nam đồng thời phát triển sản phẩm điều khiển lò sấy người Việt Nam tự chế tạo làm chủ công nghệ 56 PHỤ LỤC Phụ lục 1: Chương trình PLC cho thiết bị điều khiển nhiệt độ, độ ẩm Phụ lục 2: Sơ đồ nguyên lý thiết bị đo nhiệt độ độ ẩm lò sấy gỗ Phụ lục 3: Sơ đồ bố trí thiết bị Phụ luc 4: Sơ đồ đấu dây thiết bị đo nhiệt độ độ ẩm lò sấy gỗ 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Giáo trình mơn học PLC Mitsubishi, Lê Hồng Vinh- Đào Duy Khương, 2006 Nguyễn Huy Mạnh (2013), Giáo trình PLC, Nhà xuất Đại học Sư phạm thành phố Hồ Chí Minh Giáo trình Cơng nghệ sấy gỗ, Vũ Huy Đại- Tạ Thị Phương Hoa- Đỗ Ngọc Bích, Đại học Lâm Nghiệp, Nhà xuất Nông Nghiệp Website https://tailieu.vn https://plcmitsubishi.com 58