Thiết kế module điều khiển ổn định nhiệt độ lò nhiệt và cảnh báo nhiệt độ sử dụng cảm biến nhiệt ngẫu
QUAN VỀ LÒ NHIỆT
Khái niệm về lò nhiệt
- Nhiệt độ là một đại lượng vật lý,nó hiện diện khắp nơi cả trong sản xuất lẫn sinh hoạt hàng ngày Quá trình đo và kiểm soát nhiệt độ trong sản xuất công nghiệp đóng vai trò to lớn trong hệ thống điều khiển tự động, góp phần quyết định chất lượng sản phẩm Khi thu thập dữ liệu cho quá trình điều khiển và giám sát trong nhà máy thì nhiệt độ là một thông số không thể bỏ qua Tùy theo yêu cầu và tính chất của quá trình điều khiển mà ta sử dụng phương pháp điều khiển thích hợp.Tính chính xác và ổn định nhiệt độ cũng đặt ra vấn đề cần giải quyết Hệ thống điều khiển nhiệt độ thường được chia làm hai loại:
+Hệthống điều khiển hồi tiếp (Feedback Control System): thường xác định và giám sát kết quả điều khiển,so sánh với tín hiệu đặt và tự động điều chỉnh lại cho đúng.
+ Hệ thống điều khiển tuần tự (Sequence Control System): thực hiện từng bước điều khiển tùy theo hoạt động điều khiển trước khi xác định tuần tự.
- Một hệ thống muốn đạt được độ chính xác cần thiết cần thiết phải thực hiện hồi tiếp,tín hiệu phản hồi về so sánh với tín hiệu vào và sai lệch sẽ được đưa tới bộ điều chỉnh đầu ra Hệ thống điều khiển này có nhiều ưu điểm được sử dụng nhiều trên thực tế trong các hệ thống điều khiển tự động Dạng tổng quát của hệ thống điều khiển được mô tả trên nguyên tắc như hình sau:
Hình 1 1 Nguyên lý điều khiển hồi tiếp
Ứng dụng lò nhiệt
- Lò cấp nhiệt được ứng dụng phổ biến trong hầu hết các ngành công nghiệp khác nhau Một số ứng dụng của lò cấp nhiệt như:
Gia nhiệt cho máy sấy mùn cưa, gỗ… trong lĩnh vực khai thác và chế biến gỗ
Cung cấp nhiệt trong lĩnh vực sản xuất và chế biến thực phẩm, thức ăn gia súc, nước giải khát,… để đun nấu, cô đặc, sấy,…
Cung cấp nguồn nhiệt, khí nóng đến các hệ thống máy móc cần sử dụng
Sưởi ấm cho chuồng trại chăn nuôi, nhà màng trồng rau vào lạnh.
Gia nhiệt cho các thiết bị sưởi, sấy nông sản, lâm sản, bông, vải, sợi
Đặc biệt được ứng dụng khi chế biến thực phẩm cần kiểm soát nhiệt độ và chất lượng khí nóng như tôm khô, cá khô, trà,…
Cấu trúc lò nhiệt
Trong đồ án này chúng em thực hiện yêu cầu xây dựng mô hình điều khiển và giám sát hệ thống lò nhiệt sử dụng mạng truyền thông Modbus Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật điều khiển tự động, hiện nay việc điều khiển nhiệt độ của lò nhiệt trở nên đa dạng hơn về công nghệ và do đó có nhiều sự lựa chọn hơn về phương pháp nhưng chúng em sử dụng mạng truyền thông Modbus do các ưu điểm sau:
- Có thể điều khiển và giám sát hệ thống lò nhiệt ở khoảng cách xa
- Sử dụng phương thức truyền Master/Slave nên có thể điều khiển và giám sát tới nhiều lò nhiệt mà chỉ cần dùng 1 đường truyền dẫn duy nhất
- Sử dụng cable đôi dây xoắn nên có khả năng chống nhiễu cao
- Đấu nối đơn giản, Modbus linh hoạt, và dễ thực hiện.
Hình 1 2 Sơ đồ khối hệ thống
Khi được cấp nguồn bộ điều khiển sẽ điều khiển bộ biến đổi điện áp cấp điện áp phù hợp cho thiết bị gia nhiệt làm nóng lò nhiệt để đạt đến nhiệt độ đặt ban đầu. Các cảm biến ở lò nhiệt luôn luôn đo nhiệt độ của các lò nhiệt và trả về cho bộ điều khiển nhiệt độ, bộ điều khiển nhiệt độ sẽ thực hiện so sánh nhiệt độ của lò đã đạt được và nhiệt độ đặt ban đầu để điều khiển bộ biến đổi điện áp cung cấpđiện áp phù hợp cho thiết bị gia nhiệt ổnđịnh nhiệt độ lò nhiệt quanh giá trị đặt ban đầu Chu trình này diễn ra liên tục nên nhiệt độ của lò nhiệt sẽ được ổn định.
PID có chức năng đọc giá trị nhiệt độ đo được từ các Slave( bộ điều khiển nhiệt độ ) sau đó truyền lên LCD để thực hiện giám sát, và nếu có yêu cầu đặt nhiệt đồ từ LCD xuống thì PID sẽ thực hiện ghi giá trị đặt vào các ô nhớ của bộ điều khiển nhiệt độ thay đổi giá trị đặt của các lò nhiệt
XÂY DỰNG MÔ HÌNH LÒ NHIỆT
Cảm biến nhiệt độ
Cảm biến nhiệt là thiết bị được sử dụng để đo sự biến đổi về nhiệt độ của các đại lượng cần đo Khi thay đổi nhiệt độ thì các cảm biến sẽ đưa ra một tín hiệu Sau đó, tín hiệu này sẽ được các bộ đọc và xử lý để quy ra con số để hiển thị nhiệt độ Cảm biến nhiệt còn được gọi là nhiệt kế điện trở meta.
Cảm biến đo nhiệt độ có khả năng thực hiện các phép đo với độ chính xác cao hơn nhiều so với việc thực hiện đo nhiệt độ bằng nhiệt điện hay nhiệt kế.
2.1.1.Cấu tạo của cảm biến nhiệt
Cảm biến nhiệt độ cấu tạo với 2 bộ phận chính là 2 dây kim loại khác nhau gắn vào đầu nóng và đầu lạnh.
Bên cạnh đó, cảm biến còn được hình thành nhờ các bộ phận khác như:
Hình 2 2 Cấu tạo cảm biến nhiệt
Bộ phận cảm biến: Bộ phận này đóng vai trò rất quan trọng và quyết định đến độ chính xác của thiết bị Nó được đặt bên trong lớp vỏ bảo vệ sau khi đã được nối với đầu nối.
Dây kết nối: Có 2, 3 hoặc 4 dây kết nối để nối với bộ phận cảm biến Điều kiện sử dụng đầu đo sẽ quyết định đến vật liệu làm dây nối.
Gốm cách điện: Có nhiệm vụ chủ yếu là cách điện để ngăn ngừa đoản mạch và thực hiện cách điện giữa vỏ bảo vệ và các dây kết nối.
Chất làm đầy: Sử dụng bột alumina mịn được sấy khô và rung Chức năng chính là lấp đầy các khoảng trống giúp bảo vệ cảm biến khỏi các rung động.
Lớp vỏ bảo vệ: Vỏ cảm biến có công dụng bảo vệ bộ phận cảm biến và các dây kết nối Vỏ cảm biến nhiệt được làm bằng vật liệu sao cho phù hợp với kích thước phù hợp và có thể bọc thêm vỏ bọc bằng vỏ bổ sung trong trường hợp cần thiết.
Đầu kết nối: Làm bằng vật liệu cách điện, phổ biến là gốm Đầu kết nối chứa các bảng mạch, cho phép điện trở kết nối Trong đó, bộ chuyển đổi 4-20mA có thể được cài đặt thay cho bảng đầu cuối khi cần thiết.
2.1.2.Nguyên lý hoạt động của cảm biến nhiệt
Nguyên lý hoạt động của cảm biến đo nhiệt độ là dựa trên sự thay đổi điện trở của kim loại so với sự thay đổi nhiệt độ vượt trội.
Chi tiết hơn, khi nhiệt độ giữa đầu nóng và đầu lạnh có sự thay đổi thì xuất hiện một sức điện động V tại đầu lạnh Lưu ý, nhiệt độ ở đầu lạnh phải giữ ổn định và đo được, nó phụ thuộc vào chất liệu làm đầu lạnh Từ đó, xuất hiện các loại cặp nhiệt độ và mỗi loại cho ra một sức điện động khác nhau như E, J, K, R, S, T.
Hình 2 3 Nguyên lý hoạt động của cảm biến nhiệt
Mối quan hệ giữa vật liệu kim loại và nhiệt độ chính là nguyên lý làm việc của cảm biến nhiệt độ Khi nhiệt độ bằng 0 thì điện trở sẽ có giá trị 100Ω Khi nhiệt độ tăng lên thì điện trở của kim loại cũng tăng lên và ngược lại.
Bộ chuyển đổi tín hiệu được tích hợp vào cảm biến sẽ giúp nâng cao hiệu suất làm việc và giúp cho việc vận hành, lắp đặt cảm biến trở nên dễ dàng hơn.
Bộ phận cảm biến nhiệt có thể kết nối 2, 3 hoặc 4 dây tùy theo mỗi loại Dưới đây là các loại dây cảm biến nhiệt.
Hình 2 4 Các loại dây cảm biến nhiệt Đặc điểm của loại cảm biến sensor nhiệt 3 dây này như sau:
Có độ chính xác cao hơn cảm biến loại 2 dây.
Có thể loại bỏ được các lỗi do điện trở của các dây dẫn gây ra
Ở đầu ra, điện áp sẽ thay đổi theo sự biến đổi điện trở của cảm biến nhiệt và sự điều chỉnh nhiệt độ hiển thị liên tục theo nhiệt độ đo được. Đặc điểm của sensor nhiệt 4 dây đó là:
Có độ chính xác cao nhất.
Chủ yếu được sử dụng trong phòng thí nghiệm.
Điện áp đo được chỉ phụ thuộc vào điện trở của nhiệt
Độ chính xác của phép đo phụ thuộc vào độ ổn định của dòng đo và độ chính xác của số đọc điện áp trên nhiệt. Đặc điểm của sensor nhiệt 2 dây đó là:
Có độ chính xác thấp nhất
Chỉ được dùng trong trường hợp kết nối độ bền nhiệt học được thực hiện với dây điện trở thấp và điện trở ngắn.
Bên cạnh đó, nó cũng có thể dùng để kiểm tra mạch điện tương đương và điện trở tổng của các phần tử trong cảm biến, điện trở của dây dẫn kết nối.
2.1.3.Phân loại cảm biến nhiệt độ
Hình 2 5 Phân loại cảm biến nhiệt độ
Hiện nay, có nhiều loại cảm biến nhiệt độ, trong đó có các loại được sử dụng phổ biến như sau:
Bộ điều khiển PID
2.2.1Chế độ điều khiển PID.
PID-Proportional Integral Derivative (bộ điều khiển tỉ lệ vi tích phân ) là 1 thuật ngữ để chỉ cơ chế điều khiển vòng phản hồi. Ưu điểm : điều khiển với độ chính xác cao, tiết kiệm năng lượng tối đa, đảm bảo sự ổn định của hệ thống.
Nhược điểm : thuật toán điều khieenrp hức tạp, đòi hỏi người sử dụng có trình độ và kinh nghiệm.
Khi sử dụng chế độ điều khiển PID thì loại đầu ra điều khiển tối ưu là Role bán dẫn SSR Không nên sử dụng role thường vì nó dẽ xảy ra các sự cố ngoài ý muốn như : đánh tia lửa điện, kẹt tiếp điểm , tuổi thọ các thiết bị giảm…
Phạm vi ứng dụng: có thể nói ngày nay PID đã xâm nhập vào hầu hết các ứng dụng điều khiển Tuy nhiên nó vẫn được ưu tiên hơn cả khi hệ thống yêu cầu độ chính xác cao, khoảng thay đổi nhiệt cho phép nhỏ Thông thường khi sử dụng bộ điều khiển nhiệt có chế độ điều khiển PID thì luôn kèm theo chức năng tự động điều chỉnh ( Auto Tuning) Chức năng này sẽ tự động điều chỉnh các tham số P,I và D sao cho hệ thống đạt hiệu năng cao nhất Tuy nhiên, trong 1 số trường hợp thì người sử dụng vẫn phải điều khiển bằng tay ( Manual ) các tham số này
Bộ điều khiển PID gồm 3 thành phần : tỉ lệ (p), vi phân (D), tích phân (I)
Tín hiệu điều khiển u(t) tỉ lệ sai lệch (e)
Phương trinh sai phân mô tả động học: u(t) = Km e(t)
Trong đó: u(t) tín hiệu ra của bộ điều khiển e(t) tín hiệu vào km hệ số khuyêch đại của bộ điều khiển
Tín hiệu điều khiển u(t) tỉ lệ với tích phân tín hiệu sai lệch e(t)
Phương trình vi phân mô tả dộng học:
Trong đó: U(t) tín hiệu điều khiển e(t) tín hiệu của bộ điều khiển
Ti hắng số thời gian tích phân
Tín hiệu của bộ điều khiển tỉ lệ với vi phân tín hiệu sai lệch e(t)
Trong đó: e(t) tín hiệu vào của bộ điều khiển
Td hằng số thời gian vi phân
- Phương trình vi phân mô tả tín hiệu vào ra PID:
- Hàm truyền đạt của PID:
W(p) = Kp (1+ T 1 i P +Td.p) trong đó: e(t) tín hiệu vao của bộ điều khiển
U(t) tín hiệu ra của bọ điều khiển
Kp hệ số khuyêch đại
Td hằng số thời gian vi phân
Ti hằng số thời gian tích phân
-Các phương pháp xách định tham số kp , Ti , Td
+ Kp thay đổi trực tiếp giá trị tín hiệu ra => thay đổi sai lệch tĩnh đáp ứng nhanh,bị ảnh hưởng bởi nhiễu ở mọi tàn số
+ Ti sai lệch tĩnh bằng 0 khi hệ được kích thích bằng tín hiệu ,hằng giảm độ quá điều chỉnh
+ TD phản ứng nhanh với sự thay đổi của e(t), tăng độ quá điều chỉnh, nhạy cảm với nhiễu tần số cao
-Xác định tần số bằng thực nghiệm: công thức Zigler-Nichol
Gcs =kp+ k i s kDs = Kp (1+ T 1 i s +TD.s) -Đối tượng có đáp ứng đối với tín hiệu vào là hàm nấc có dang chữ S (ví dụ :nhiệt đọ lò nhiệt) a,đặc tính chính xác b, đặc tính gần đúng -Hàm truyền gần đúng lò nhiệt:
-Do tín hiệu vào là hàm nấc đơn vị( P = 100 %) nên:
Tín hiệu ra gần đúng là hàm:
Biến đổi laplace ta được:
2 s) Áp dụng định lí chậm chễ ta được:
Vậy ta có hàm truyền lò nhiệt:
-Xác định kp ,Ti , TD
+ Sử dụng PI : kp=0.9T2/T1k , Ti =T1/0.3
Môi trường sống của con người ngày nay do bị tác động bởi nhiều lý do (nhiệt độ, độ ẩm ), nên hay thay đổi một cách bất thường gây nên nhiều hậu quả không mong muốn cho đời sống của con người Do đó các mạch cảm biến đã ra đời nhằm nắm bắt được sự thay đổi của môi trường từ đó đưa ra các giải pháp hợp lý Hiện nay công nghệ ngày càng phát triển, vấn đề tự động hóa, dám sát và điều khiển từ xa đang được hướng tới và ưu tiên Mạch tự động điều chỉnh và giám sát các thông số của lò nhiệt qua internet có thể đáp ứng được những yêu cầu trên.
Trong đề tài này chúng tôi đã áp dụng vào kiểm tra điều khiển nhiệt độ , độ ẩm lò nhiệt Định hướng đề tài
-Sơ đồ khối tổng quát
Chạy thực nhiệm hệ thống:
Tiến hành chạy thực nhiệm để lấy thông số lò nhiệt Nhiệt độ ban đầu chưa gia nhiệt là 24 độ
Ta tiến hành bắt đầu bấm giờ
Hình 2 8 nhiệt độ ban đầu
Sau thời gian 30s nhiệt độ tăng từ 24 lên 37 độ C đây là thời gian T1
Hình 2 9 Nhiệt độ sau thời gian T1
Hình 2 10 Nhiệt độ sau khoảng thời gian T2
Sau khoảng thời gian T2 nhiệt độ tăng từ 37 lên 111 độ và không tăng lên nữa
Từ quá trình thực nhiệm ta có thông số sau :
Vậy ta được hàm truyền của hệ thống sau khi đã thay các thông số:
Khi đó , ta chọn bộ điều khiển PI cho hệ có đối tượng quán tính bậc hai:
Nhằm thực hiện việc bù hằng số thời gian T2 của đối tượng , TI=T2 suy ra Hàm truyền hệ hở trở thành :
Vậy bộ điều khiển PI tối ưu độ lớn phải có các tham số:
Thay các thông số vào ta được bộ điều khiển PI có hàm truyền
- Khi chưa có bộ điều khiển:
Hình 2 11 mô hình lò nhiệt
- Kết Quả: tín hiệu đầu ra thu được khi chưa có bộ điều khiển
Hình 2 12 đồ thị nhiệt độ
- Hệ thống sau khi có bộ điều khiển zigler nichol: bộ PID tổng hợp theo phương pháp Ziegler – Nichols thứ nhất
- Kết quả: tín hiệu đầu ra khi có bộ điều khiển là PID (Ziegler – Nichols thứ nhất)
Giới thiệu bo mạch Arduino UNO R3
Giới thiệu về các thiết bị khác trong mạch
Hình 2 13 Sơ đồ chân của module Arduino Uno R3
P O W E R A TM E G A 32 8P AT M E L www.arduino.cc blogembarcado.blogspot.com
Hình 2 14 Mô phỏng Arduino Uno R3 trong Proteus 8
Thông số kỹ thuật của module Arduino Uno R3
Bảng 2 2 Thông số kỹ thuật của module Arduino Uno R3
Vi điều khiển Atmega328P Điện áp hoạt động 5V Điện áp cấp (hoạt động tốt) 7 – 12 V Điện áp cấp (giới hạn) 6 – 12 V
Chân I/O digital 14 ( có 6 chân xuất xung PWM)
Dòng điện mỗi chân I/O 20 mA
Bộ nhớ Flash 32 kB (Atmega328P) – trong đó 0.5 kB dùng cho bootloader.
Tốc độ xung nhịp 16 MHz
GND (Ground): cực âm của nguồn điện cấp cho Arduino UNO Khi bạn dùng các thiết bị sử dụng những nguồn điện riêng biệt thì những chân này phải được nối với nhau.
5V: cấp điện áp 5V đầu ra Dòng tối đa cho phép ở chân này là 500mA.
3.3V: cấp điện áp 3.3V đầu ra Dòng tối đa cho phép ở chân này là 50mA.
Vin (Voltage Input): để cấp nguồn ngoài cho Arduino UNO, bạn nối cực dương của nguồn với chân này và cực âm của nguồn với chân GND.
IOREF: điện áp hoạt động của vi điều khiển trên Arduino UNO có thể được đo ở chân này Và dĩ nhiên nó luôn là 5V Mặc dù vậy bạn không được lấy nguồn 5V từ chân này để sử dụng bởi chức năng của nó không phải là cấp nguồn.
RESET: việc nhấn nút Reset trên board để reset vi điều khiển tương đương với việc chân RESET được nối với GND qua 1 điện trở 10KΩ.
2 chân Serial: 0 (RX) và 1 (TX): dùng để gửi (transmit – TX) và nhận (receive – RX) dữ liệu TTL Serial Arduino Uno có thể giao tiếp với thiết bị khác thông qua 2 chân này Kết nối bluetooth thường thấy nói nôm na chính là kết nối Serial không dây Nếu không cần giao tiếp Serial, bạn không nên sử dụng 2 chân này nếu không cần thiết
Chân PWM (~): 3, 5, 6, 9, 10, và 11: cho phép bạn xuất ra xung PWM với độ phân giải 8bit (giá trị từ 0 → 28-1 tương ứng với 0V → 5V) bằng hàm analogWrite() Nói một cách đơn giản, bạn có thể điều chỉnh được điện áp ra ở chân này từ mức 0V đến 5V thay vì chỉ cố định ở mức 0V và 5V như những chân khác.
Chân giao tiếp SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK) Ngoài các chức năng thông thường, 4 chân này còn dùng để truyền phát dữ liệu bằng giao thức SPI với các thiết bị khác.
LED 13: trên Arduino UNO có 1 đèn led màu cam (kí hiệu chữ L) Khi bấm nút Reset, bạn sẽ thấy đèn này nhấp nháy để báo hiệu Nó được nối với chân số 13 Khi chân này được người dùng sử dụng, LED sẽ sáng.
Arduino UNO có 6 chân analog (A0 → A5) cung cấp độ phân giải tín hiệu 10bit (0
→ 210-1) để đọc giá trị điện áp trong khoảng 0V → 5V Với chân AREF trên board, bạn có thể để đưa vào điện áp tham chiếu khi sử dụng các chân analog Tức là nếu bạn cấp điện áp 2.5V vào chân này thì bạn có thể dùng các chân analog để đo điện áp trong khoảng từ 0V → 2.5V với độ phân giải vẫn là 10bit. Đặc biệt, Arduino UNO có 2 chân A4 (SDA) và A5 (SCL) hỗ trợ giao tiếp I2C/TWI với các thiết bị khác.
Hình 2 15 Sơ đồ kết nối
LCD có quá nhiều chân gây khó khăn trong quá trình kết nối và chiếm dụng nhiều chân của vi điều khiển? Module chuyển đổi I2C cho LCD sẽ giải quyết vấn đề này cho bạn, thay vì sử dụng tối thiểu 6 chân của vi điều khiển để kết nối với LCD
(RS, EN, D7, D6, D5 và D4) thì với module chuyển đổi bạn chỉ cần sử dụng 2 chân (SCL, SDA) để kết nối Module chuyển đổi I2C hỗ trợ các loại LCD sử dụng driver HD44780(LCD 1602, LCD 2004, … ), kết nối với vi điều khiển thông qua giao tiếp I2C, tương thích với hầu hết các vi điều khiển hiện nay. Ưu điểm
Tiết kiệm chân cho vi điều khiển
Dễ dàng kết nối với LCD
Điện áp hoạt động: 2.5-6V DC
Hỗ trợ màn hình: LCD1602,1604,2004 (driver HD44780)
Địa chỉ mặc định: 0X27 (có thể điều chỉnh bằng ngắn mạch chân A0/A1/A2)
Kích thước: 41.5mm(L)x19mm(W)x15.3mm(H)
Tích hợp Jump chốt để cung cấp đèn cho LCD hoặc ngắt
Tích hợp biến trở xoay điều chỉnh độ tương phản cho LCD
Hình 2 17 Cấu tạo LCD 16x2 (2 dòng 16 ký tự)
Hình 2 18 Mô phỏng LCD 16x2 trong Proteus 8
LCD được nhóm em sử dụng trong đồ án là loại có 16 chân, với chức năng từng chân được ghi trong bảng dưới đây:
Bảng 2 3 Sơ Đồ Chân LCD
Chân Ký hiệu I/O Mô tả
3 VEE - Điều khiển độ tương phản của LCD
4 RS I RS = 0: chọn thanh ghi lệnh
RS =1: chọn thanh ghi dữ liệu
5 RW I RW = 1: đọc dữ liệu RW = 0: ghi dữ liệu
6 E I/O Cho phép LCD hoạt động
15 A - Nguồn dương cho đèn nền
2.3.4 Đèn sợi đốt Đèn sợi đốt, còn gọi là đèn dây tóc là một loại bóng đèn dùng để chiếu sáng khi bị đốt nóng, dây tóc là bộ phận chính để phát ra ánh sáng, thông qua vỏ thủy tinh trong suốt.
Vì công suất tỏa nhiệt lớn nên có thể dùng làm phần gia nhiệt cho máy ấp trứng
Cấu tạo của đèn sợi đốt gồm 3 bộ phận chính là sợi đốt, bóng thuỷ tinh và đuôi đèn.
Sợi đốt làm bằng Vonfram, chịu được nhiệt độ cao, có chức năng biến đổi điện năng thành quang năng.
Bóng đèn được làm bằng thủy tinh chịu nhiệt,chịu được nhiệt độ cao,bảo vệ sợi đốt
Đuôi đèn (đuôi xoáy E27 hoặc E14 và đuôi ngạnh B22) được làm bằng đồng hoặc sắt tráng kẽm gắn chặt với bóng thủy tinh, có chức năng nối với mạng điện cung cấp cho đèn
Hình 2 20 cấu trúc phần cứng của đèn sợi đốt
Ssr là tên viết tắt của cụm từ Tiếng anh Solid state relay Đây là một loại relay trạng thái rắn được sử dụng phổ hiện nay SSR là relay chuyển mạch không yêu cầu sử dụng bất kỳ một bộ phận cơ khí nào Chính vì vậy giúp cho chúng có lợi thế về tuổi thọ dài hơn so với relay điện cơ thông thường Mặc dù relay trạng thái rắn có cường độ nhanh hơn so với relay điện cơ Tuy nhiên chúng có một số quy định thiết kế.
Hình 2 21 Rơ le bán dẫn SSR
Relay trạng thái rắn đã gây bão trên toàn khắp thế giới Nó đã tạo ra một cuộc cách mạng phân phối điện trong mọi ngành công nghiệp từ tự động hóa nông nghiệp cho đến hàng không vũ trụ.
So với rơ le điện từ thì rơle trạng thái rắn có những ưu điểm sau: Có độ tin cậy cao, không tiếp xúc, không có tia lửa, tuổi thọ, độ bền cao, tốc độ chuyển mạch nhanh, khả năng chống nhiễu mạnh và kích thước nhỏ.
Cấu tạo của rơ le bán dẫn SSR
Rơ le bán dẫn có cấu tạo vô cùng đơn giản Vì chúng không có bộ phận chuyển động đóng ngắt dòng điện như contactor hay relay kiếng…SSR có cấu tạo khá đơn giản bao gồm các Diot phát quang và bộ Tri-ac.
Hình 2 22 Cấu tạo của rơ le bán dẫn SSR
LẬP TRÌNH VÀ THIẾT KẾ
Thiết kế phần mềm
Hình 3 1 Sơ đồ kết nối
Kết quả khảo sát mô hình thực
Hình 3 2 Nhiệt độ chưa đạt đủ nhiệt bóng đèn gia nhiệt cho khoang ấp
Hình 3 3 Nhiệt độ đã đạt mức nhiệt mong muốn
Nhận xét, đánh giá hệ thống và hướng phát triển đề tài
Với hệ số Kp,Ki,Kd là Kp = 12, Ki = 0.6, Kd = 60 ta lập được bảng so sánh
Stt Setpoi CB đo Gia ban đầu Thời gian
- Hệ thống tuy đơn giản nhưng có thể được áp vào nhiều dự án thực tế trong cuộc sống trong những môi trường cần có nhiệt độ, độ ẩm ổn định Như những nơi nuôi trồng những loại thực vật nhạy cảm với nhiệt độ, độ ẩm.
- Nhiệt độ không vượt quá nhiệt độ đặt quá nhiều chỉ khoảng 1 độ C
- Bộ điều khiển có thể sử dụng cho nhiểu mục đích khác nhau như ổn định nhiệt độ của lò, ổn định nhiệt độ quạt sưởi, ổn định nhiệt độ máy ấp trứng,…
- Có thể tối ưu hóa mô hình để có thể tích hợp vào nhiều vi mạch với những ưu điểm mạnh hơn như trong dự án nhà thông minh
- Xây dựng mô hình giám sát qua ap điện thoại hoặc máy tính
Bảng 3 1 so sánh các giá trị đọc
Trên đây là toàn bộ những kiến thức cũng như thiết kế cho đồ án: “Xây dựng hệ thống ổn định lò nhiệt sử dụng cảm biến nhiệt ngẫu”
Trong đồ án cả nhóm đã đạt được những kết quả sau:
- Tìm hiểu rõ hơn về ứng dụng của lò nhiệt trong công nghiệp
- Hiểu sâu hơn về các bộ điều khiển PID
- Củng cố thêm hiểu biết về các phần mềm mô phỏng
- Hiểu được cách lập trình cũng như kết nối các thiết bị giữa vi điều khiển và các thiết bị ngoại vi
- Điều khiển và giám sát được nhiệt độ của lò
Tuy nhiên cả nhóm vẫn còn gặp phải một số hạn chế như:
- Nhiệt độ điều chỉnh còn chưa được nhanh và có sự sai lệch
- Tài liệu còn sơ sài.
Hướng phát triển của đề tài
- Xây dựng mô hình hoàn chỉnh với ứng dụng cụ thể trong thực tế hơn
- Giám sát và kiểm tra nhiều trạm với nhiều cơ cấu chấp hành khác nhau
- Xây dựng hệ thống với PID mờ để tăng tính ổn định và linh hoạt trong điêu khiển.
Với kiến thức còn giới hạn và thời gian thực hiện đồ án ngắn nên đồ án chưa được hoàn chỉnh, còn nhiều thiếu sót Mong thầy cô cùng các bạn gópý thêm để cả nhóm có thể đạt được kết quả cao nhất sau đồ án này Em xin chân thành cảm ơn!
NGUỒN THAM KHẢO http://arduino.vn/bai-viet/851-su-dung-module-sim900a-mini-voi-arduino-module- nhan-tin-voi-arduino https://arduino.esp8266.vn/ http://arduino.vn/bai-viet/42-arduino-uno-r3-la-gi http://arduino.vn/ https://arduinokit.vn/doc-cam-bien-nhiet-do-do-am-dht11-arduino/ https://www.youtube.com/watch?v=kzGAXdZCEv0
