GỒM FILE THUYẾT MINH. BẢN VẼ CHI TIẾT CƠ KHÍ, ĐIỆN, THUẬT TOÁN, SCADA, 3D ,PHƯƠNG ÁN, NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC...BẢN VẼ LẮP MATLAP CODE PLC, SCADA..... CHẤT LƯỢNG.
TỔNG QUAN
Đặt vấn đề
Sản lượng rau quả Việt Nam hàng năm ước đạt 31 triệu tấn, tuy nhiên tỷ lệ chế biến chỉ dao động từ 12% đến 17% Ngành chế biến rau quả hiện chỉ đáp ứng khoảng 8% đến 10% sản lượng hàng năm, dẫn đến giá trị nông sản không được gia tăng Điều này cũng tạo ra nguy cơ thiệt hại kinh tế lớn do lượng rau quả hư hỏng sau thu hoạch và trong quá trình vận chuyển đến nơi tiêu thụ.
Hình 1.1 Rau củ quả hư hỏng sau thu hoạch
Việt Nam, với nền nông nghiệp phát triển, cần ứng dụng công nghệ trong trồng trọt, chế biến và tiêu thụ nông sản để nâng cao hiệu quả tiêu thụ Việc áp dụng công nghệ sau thu hoạch là yếu tố quyết định giúp giảm chi phí logistics, mở rộng thị trường quốc tế và tăng giá trị sản phẩm nông nghiệp.
Chúng ta thường tiêu thụ sản phẩm tươi, nhưng việc vận chuyển hoa quả tươi ra thị trường gặp nhiều rủi ro như hao hụt và giảm giá trị kinh tế Các nước nhập khẩu hoa quả Việt Nam cũng phải chế biến sản phẩm Nếu chế biến ngay tại vùng nguyên liệu, giá trị kinh tế sẽ tăng cao.
Sấy là một phương pháp chế biến hiệu quả giúp giữ nguyên hương vị và chất dinh dưỡng của rau quả Rau quả sấy có thể bảo quản từ 24-36 tháng, trong khi rau quả tươi chỉ được vài tháng Chất dinh dưỡng trong rau quả sấy gần như tương đương với rau quả tươi, đồng thời quá trình sấy làm giảm trọng lượng, giúp dễ dàng vận chuyển.
Hiện nay, máy sấy vỉ ngang, lò sấy tỉnh và lò sấy năng lượng mặt trời là những thiết bị sấy phổ biến tại Việt Nam Tuy nhiên, giá thành của các loại máy này tương đối cao và thiếu khả năng tự động điều chỉnh nhiệt độ trong buồng sấy, dẫn đến nguy cơ quá nhiệt và ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm Do đó, việc kiểm soát ổn định nhiệt độ là rất quan trọng để nâng cao chất lượng và độ bền của sản phẩm Phương pháp điều khiển PID được đề xuất để tính toán và cài đặt lại các thông số khi có sự thay đổi trong quá trình điều khiển.
Việc áp dụng phương pháp điều khiển hiện đại vào thực tiễn là cần thiết, đặc biệt trong bối cảnh lò điện trở ngày càng phổ biến Nghiên cứu "Thiết kế hệ thống điều khiển nhiệt độ lò nhiệt điện trở sấy rau quả bằng phương pháp PID sử dụng PLC S7-1200" nhằm tìm ra các tính năng ưu việt, giải pháp an toàn và kinh tế, phù hợp với điều kiện Việt Nam.
Để đáp ứng nhu cầu thực tiễn trong sản xuất và ứng dụng điều khiển ổn định nhiệt độ, tôi đã chọn đề tài “Thiết kế hệ thống điều khiển nhiệt độ lò nhiệt điện trở sấy rau quả bằng phương pháp PID sử dụng PLC S7-1200” Với đặc điểm của đối tượng cần điều khiển, hệ thống này sẽ đảm bảo hiệu quả và độ chính xác trong quá trình sấy rau quả.
Hình 1.2: Lò nhiệt điện trở sấy rau quả
Giới thiệu về lò nhiệt điện trở
Lò nhiệt điện trở là thiết bị chuyển đổi điện năng thành nhiệt năng, phục vụ cho nhiều quy trình công nghệ khác nhau, bao gồm nung và nấu các vật liệu, kim loại và hợp kim.
Hình 1.3: Lò nhiệt điện trở nung chảy nhôm
Lò nhiệt điện trở được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực kỹ thuật :
- Sản xuất thép chất lượng cao.
- Sản xuất các hợp kim kimphe – rô.
- Nhiệt luyện và hóa nhiệt luyện.
- Nung các vật phẩm trước khi cán, rèn dập, kéo sợi.
- Sản xuất đúc và kim loại bột.
Trong các lĩnh vực công nghiệp khác:
- Trong công nghiệp nhẹ và thực phẩm, lò nhiệt điện trở được dùng để sấy, mạ vật phẩm và chuẩn bị thực phẩm.
- Trong các lĩnh vực khác, lò nhiệt điện trở được dùng để sản xuất các vật phẩm thủy tinh, gốm sứ, các loại vật liệu chịu nhiệt,…
1.2.2 Phân loại lò điện trở
Phân loại theo phương pháp tỏa nhiệt:
Lò nhiệt điện trở có hai loại chính: tác dụng trực tiếp và tác dụng gián tiếp Lò nhiệt điện trở tác dụng trực tiếp nung nóng vật nung bằng dòng điện chạy qua nó, với ưu điểm là tốc độ nung nhanh và cấu trúc đơn giản, thường không cần tường buồng lò Để đảm bảo quá trình nung đều, vật nung cần có tiết diện đồng nhất suốt chiều dài Ngược lại, lò nhiệt điện trở tác dụng gián tiếp truyền nhiệt cho vật nung thông qua dây điện trở, sử dụng các phương thức bức xạ, đối lưu hoặc dẫn nhiệt.
Phân loại theo nhiệt độ làm việc:
- Lò nhiệt độ thấp: nhiệt độ làm việc của lò dưới 650 0 C.
- Lò nhiệt độ trung bình: nhiệt độ làm việc của lò từ 650 0 C đến 1200 0 C.
- Lò nhiệt độ cao: nhiệt độ làm việc của lò trên 1200 0 C.
Phân loại theo nơi dùng:
- Lò dùng trong công nghiệp.
- Lò dùng trong phòng thí nghiệm.
- Lò dùng trong gia đình.
Phân loại theo đặc tính làm việc:
- Lò làm việc liên tục.
- Lò làm việc dán đoạn.
Phân loại theo kết cấu lò:
Phân loại theo mục đích sử dụng:
1.2.3 Nguyên lý làm việc của lò nhiệt điện trở
Lò nhiệt điện hoạt động dựa trên nguyên lý tỏa nhiệt khi dòng điện chạy qua dây dẫn hoặc vật dẫn có điện trở R, theo định luật Jun-Lenxo.
Q = I 2 RT ( 1.1) Q: Nhiệt lượng tính bằng Jun(J)
I: Cường độ dòng điện tính bằng Ampe(A)
R: Điện trở tính bằng Ôm(Ω)
T: Thời gian tính bằng giây(s)
Các lò nhiệt điện trở thường có nhiệt độ lên tới 1200 0 C (khi dây điện trở bằng kim loại) 1350 0 C (khi dùng thanh nung cacborun).
Mục tiêu của đề tài
- Tìm hiểu được cấu tạo và nguyên lý hoạt động của một lò nhiệt điện trở.
- Tìm hiểu về bộ điều khiển PID đang được ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp tự động hóa.
- Thiết kế thành công hệ thống điều khiển nhiệt độ lò nhiệt điện trở sấy rau quả bằng phương pháp PID sử dụng PLC S7-1200
Đối tượng và phạm vi đề tài
- Lò nhiệt điện trở sấy.
- Xây dựng giao diện giám sát và điều khiển trên WINCC.
- Hệ thống được hiển thị và điều khiển trên WINCC.
- Đọc được dữ liệu nhiệt độ từ cảm biến cảm biến nhiệt độ
- Điều khiển nhiệt độ trong lò bằng thanh gia nhiệt điện trở
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Lò nhiệt điện trở sấy rau quả
2.1.1 Giới thiệu chung về lò nhiệt điện trở sấy rau quả
Lò nhiệt điện trở sấy rau quả là một thiết bị điện biến điện năng thành nhiệt năng dùng để sấy khô các loại rau quả
Lò nhiệt điện trở sấy rau quả là thiết bị phổ biến trong đời sống, giúp chuyển đổi rau quả tươi thành khô, từ đó bảo quản lâu hơn và giữ nguyên các chất dinh dưỡng.
2.1.1.2 Ưu điểm của lò nhiệt điện trở sấy rau quả:
Lò điện so với các lò sử dụng các nhiên liệu khác có những ưu điểm sau:
- Có khả năng tạo được nhiệt độ cao.
- Đảm bảo tốc độ sấy lớn và năng suất cao.
- Đảm bảo sấy đều và chính xác do nhiệt độ được điều khiển bằng điện.
- Đảm bảo độ kín cần thiết.
- Có khả năng cơ khí hóa và tự động hóa trong quá trình chất dỡ nguyên liệu và vận chuyển vật phẩm.
- Đảm bảo điều kiện lao động hợp vệ sinh, vận hành thuận tiện, thiết bị gọn nhẹ.
2.1.1.3 Nhược điểm của lò nhiệt điện trở sấy rau quả
- Mặc dù lò điện trở có nhiều ưu điểm so với các lò nhiệt khác nhưng cũng không thể tránh được một số nhược điểm sau:
- Tiêu thụ nhiều điện năng.
- Nếu lò có công suất lớn thì phải có tính toán chọn các thiết bị bảo vệ, vận hành dài hạn hợp lý.
- Yêu cầu người vận hành phải có chuyên môn.
2.1.2 Cấu tạo của lò nhiệt điện trở sấy rau quả
Thường thì cấu tạo gồm ba thành phần chính: vỏ lò, lớp lót và dây nung. a Vật nung, dây nung:
Trong lò điện trở thành phần quan trọng nhất đó chính là điện trở, đặc trưng cho thành phần điện trở này chính là dây nung (vật nung).
Nung trực tiếp là phương pháp ít gặp, thường chỉ được áp dụng cho những vật có hình dạng đơn giản như tiết diện chữ nhật, vuông hoặc tròn.
Dây nung kim loại trong các lò điện trở công nghiệp thường được chế tạo từ hợp kim Crôm-Nhôm và Crôm-Niken, vì chúng có điện trở lớn Việc sử dụng kim loại nguyên chất để chế tạo dây nung rất hiếm, do các kim loại nguyên chất thường có những tính chất không thuận lợi cho việc sản xuất dây nung.
- Hệ số nhiệt điện trở lớn.
- Bị oxy hóa mạch trong môi trường bình thường.
Dây nung kim loại thường được chế tạo ở dạng tròn và dạng băng.
Dây nung phi kim loại được dùng phổ biến là SiC, Grafit, Than,… b Vỏ lò điện trở sấy rau quả:
Vỏ lò điện trở là khung cứng vững chắc, chịu tải trong quá trình làm việc của lò và giữ lớp cách nhiệt, đảm bảo sự kín hoàn toàn hoặc tương đối Đối với các lò làm việc với khí bảo vệ, vỏ lò cần kín hoàn toàn, trong khi các lò điện trở bình thường chỉ cần giảm tổn thất nhiệt và ngăn không khí lạnh lùa vào lò, đặc biệt theo chiều cao lò.
Trong một số trường hợp đặc biệt, lò điện trở có thể không được bọc kín Khung vỏ lò cần phải đủ cứng vững để chịu đựng tải trọng của lớp lót, phụ tải lò và các thiết bị cơ khí gắn trên vỏ lò.
+Vỏ lò tròn dùng ở các lò giếng và một vài lò chụp,
Vỏ lò tròn có khả năng chịu lực tốt hơn so với vỏ lò chữ nhật khi sử dụng cùng một lượng kim loại Để tăng cường độ cứng vững cho vỏ lò tròn, người ta
+Vỏ lò chữ nhật thường dùng ở lò buồng, lò liên tục, lò đáy rung,
Vỏ lò chữ nhật được tạo thành từ các thép hình U, L và thép tấm được cắt theo hình dáng phù hợp Tùy thuộc vào yêu cầu kín của lò, vỏ lò có thể được bọc kín hoặc không Phương pháp gia công chủ yếu cho loại vỏ lò này là hàn và tán.
Lớp lót lò điện trở thường gồm hai phần: phần vật liệu chịu lửa và phần cách nhiệt.
2.1.3 Đối tượng lò nhiệt được sử dụng trong mô hình
Trong công nghiệp, lò nhiệt thường có công suất lớn và quán tính cao, với tầm nhiệt hoạt động rộng và nhiều phương pháp đốt nóng như lò xo, khí đốt và sóng cao tần Khi điều khiển nhiệt độ, cần chú ý đến độ quán tính và năng suất tỏa nhiệt ra môi trường Tính chất của lò nhiệt phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm thể tích, vật liệu cách nhiệt và nguồn nhiệt.
Trong đồ án này, mục tiêu là tìm hiểu và làm quen với đối tượng điều khiển nhiệt độ Do đó, tôi sẽ sử dụng một lò điện trở có đặc điểm công suất thấp, kích thước nhỏ gọn và sai số ổn định nhiệt độ tương đối lớn Lò nhiệt được chọn là loại lò sấy rau quả dân dụng, phù hợp với yêu cầu của dự án.
Sơ lược về bộ điều khiển PID
Bộ điều khiển PID (Proportional Integral Derivative Controller) hay còn gọi là vi điều khiển vi tích phân tỉ lệ, là một thiết bị được sử dụng phổ biến trong nhiều ứng dụng thực tiễn như điều khiển nhiệt độ lò, tốc độ động cơ và mực chất lỏng trong bồn chứa Với khả năng triệt tiêu sai số xác lập, tăng tốc độ đáp ứng quá độ và giảm độ vọt lố, bộ điều khiển PID mang lại hiệu quả cao nếu các thông số được lựa chọn phù hợp.
Hình 2.1: Cấu trúc bộ điều khiển PID
Công thức bộ điều khiển PID:
yr : là tín hiệu đặt (tín hiệu mong muốn đạt được).
e: sai số giảm tín hiệu thực tế và tín hiệu đặt.
Bộ điều khiển PID sẽ bao gồm:
- Bộ điều khiển PID liên tục:
Hình 2.2: Hệ thống bộ điều khiển PID liên tục
- Bộ điều khiển PID số (rời rạc):
Hình 2.3: Hệ thống bộ điều khiển PID số (rời rạc)
2.2.2 Các thông số bộ điều khiển PID
Bộ điều khiển PID sẽ bao gồm ba khâu tương ứng với ba thông số chính:
- Khâu tỉ lệ (Proportional) KP.
- Khâu tích phân (Integration) KI.
- Khâu vi phân (Derivative) KD.
Nếu lựa chọn các thông số này phù hợp (tín hiệu đặt và tín hiệu thực tế trùng nhau) thì hệ thống sẽ hoạt động tốt, ổn định.
Hình 2.4: Khâu tỷ lệ bộ điều khiển PID
- KP càng lớn thì tốc độ đáp ứng càng nhanh.
- KP càng lớn thì sai số xác lập càng nhỏ (nhưng không thể triệt tiêu).
- KP càng lớn thì các cực của hệ thống có xu hướng di chuyển ra xa trục thực
→ hệ thống càng dao động và đột lọt vố càng cao.
- Nếu KP tăng quá giá trị giới hạn thì hệ thống sẽ mất ổn định.
Hình 2.5: Khâu tích phân bộ điều khiển PID
- Tín hiệu ngõ ra được xác định bởi sai số.
- KI càng lớn thì đáp ứng quá độ càng chậm.
Khi hệ số khuếch đại của khâu tích phân đạt giá trị vô cùng tại tần số bằng 0, sai số xác lập sẽ được triệt tiêu hoàn toàn, đặc biệt là trong các hệ thống điều khiển có hàm nấc Điều này cho thấy rằng với việc tăng cường độ lớn của hệ thống, sai số xác lập sẽ giảm xuống mức tối thiểu.
- KI càng lớn thì độ vọt lố càng cao.
Hình 2.6: Khâu vi phân bộ điều khiển PID
- KD càng lớn thì đáp ứng quá độ càng nhanh.
- KD càng lớn thì độ vọt lố càng nhỏ.
- Hệ số khuếch đại tần số cao là vô cùng lớn nên khâu hiệu chỉnh D rất nhạy với nhiễu tần số cao.
Các phương pháp tìm thông số PID (KP, KI, KD):
Có rất nhiều phương pháp để tìm thông số PID như:
Giới thiệu PLC S7 1200
Hình 2.7: Các dòng sản phẩm của Siemens
Năm 2009, Siemens ra dòng sản phẩm S7-1200 dùng để thay thế dần cho S7-
200 So với S7-200 thì S7-1200 có những tính năng nổi trội:
S7-1200 là dòng PLC lý tưởng cho nhiều ứng dụng tự động hóa nhờ thiết kế nhỏ gọn, chi phí hợp lý và khả năng lập trình mạnh mẽ Với S7-1200, người dùng có thể tìm thấy những giải pháp tối ưu cho các nhu cầu tự động hóa của mình.
- S7-1200 bao gồm một microprocessor, một nguồn cung cấp được tích hợp sẵn, các đầu vào/ra (DI/DO).
- Một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ quyền truy cập vào cả CPU và chương trình điều khiển:
- Tất cả các CPU đều cung cấp bảo vệ bằng password chống truy cập vào PLC.
- Tính năng “know-how protection” để bảo vệ các block đặc biệt của mình.
S7-1200 được trang bị cổng PROFINET, hỗ trợ tiêu chuẩn Ethernet và TCP/IP, đồng thời cho phép kết nối mở rộng thông qua các module truyền thông RS485 hoặc RS232.
Phần mềm Step7 Basic được sử dụng để lập trình cho S7-1200, hỗ trợ ba ngôn ngữ lập trình FBD, LAD và SCL Phần mềm này được tích hợp trong TIA Portal 17 của Siemens, giúp tối ưu hóa quá trình lập trình và quản lý hệ thống tự động hóa.
Để thực hiện một dự án với S7-1200, bạn chỉ cần cài đặt TIA Portal, vì phần mềm này tích hợp cả môi trường lập trình cho PLC và thiết kế giao diện HMI cùng SCADA.
Hình 2.8: PLC S7-1200 2.3.2 Cấu tạo PLC S7-1200
Hình 2.9: Thành phần của PLC S7-1200
(1) Bộ phận kết nối nguồn.
(2) Các bộ phận kết nối dây có thể tháo được và khe cắm thẻ nhớ nằm dưới nắp phía trên.
(3) Các LED trạng thái dành cho I/O tích hợp.
(4) Bộ phận kết nối PROFINET (phía trên của CPU).
Các loại CPU đa dạng mang đến nhiều tính năng và dung lượng, giúp chúng ta phát triển các giải pháp hiệu quả cho nhiều ứng dụng khác nhau.
Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật các loại CPU
Chức năng CPU 1211C CPU 1212C CPU 1214C
- Kích thước ảnh tiến trình 1024 byte ngõ vào (I) và 1024 byte ngõ ra
- Bộ nhớ bit (M) 4096e byte 8192 byte
- Độ mở rộng các module tín hiệu không 2 8
- Các module truyền thông 3 (mở rộng về bên trái)
- Thẻ nhớ Thẻ nhớ SIMATIC (tùy chọn)
- Thời gian lưu trữ đồng hồ thời gian
Thường thì tầm 10 ngày và ít nhất 6 ngày tại 400C
- PROFINET 1 cổng truyền thông Ethernet
- Tốc độ thực thi tính toán 18μs/lệnh
Tốc độ thực thi của hệ thống Boolean là 0.1μs/lệnh, giúp nâng cao hiệu suất cho họ S7-1200 Hệ thống này cung cấp nhiều module tín hiệu và bảng tín hiệu, cho phép mở rộng dung lượng CPU Ngoài ra, người dùng có thể lắp đặt thêm các module truyền thông để hỗ trợ các giao thức truyền thông khác nhau.
TOÁN THIẾT KẾ MÔ HÌNH LÒ SẤY
Tính toán thiết kế kích thước lò sấy
-Hiện nay trên thị trường có các công nghệ sấy rất đa dạng,có nhiều phương án sấy khác nhau.Có thể kể đến một số phương án sau.
3.1.1.1 Công nghệ sấy bằng năng lượng mặt trời
Hình 3.1 : Công nghệ sấy bằng năng lượng mặt trời
Chế độ hoạt động của hệ thống này dựa trên việc tạo ra một phòng sấy hình mái vòm sử dụng các tấm thu nhiệt trong suốt Khi ánh nắng mặt trời chiếu vào, nhiệt lượng sẽ được giữ lại bên trong phòng sấy, làm tăng nhiệt độ nhờ hiệu ứng nhà kính Điều này cho phép nhiệt độ bên trong phòng sấy cao hơn nhiệt độ môi trường từ 15 độ trở lên.
Nhiệt độ 20℃ giúp sản phẩm khô nhanh hơn Theo nguyên lý vật lý, không khí nóng bay lên trong khi không khí lạnh và ẩm sẽ chìm xuống Buồng sấy năng lượng mặt trời được thiết kế với các lỗ lưu thông khí nóng và có khả năng hút ẩm ra ngoài.
- Tăng nhiệt độ sấy nhờ hiệu ứng nhà kính so với phương án phơi nắng làm tăng khả năng bốc ẩm và làm khô sản phẩm.
- Không hoặc tiêu thụ ít năng lượng do không sử dụng thiết bị đối lưu khí tuần hoàn trong nhà sấy.
- Trời có năng nhiệt được tạo ra dồi dào Tiết kiệm được điện năng khi không lắp thêm các thiết bị điện hoặc gia nhiệt phụ trợ.
- Nhà sấy được thi công đơn giản, dễ dàng giúp các khu vực vùng nông thôn dễ dàng tiếp cận.
- Đơn giản, dễ vận hành không yêu cầu kỹ thuật cao.
- Dễ sửa chữa hoặc thay thế linh kiện trong quá trình sử dụng.
- Phải thi công trực tiếp tại nơi sử dụng, cần phải chuẩn bị mặt bằng và xử lý mặt bằng trước khi lắp đặt.
- Cần diện tích lắp đạt lớn (gấp 5 đến 10 lần so với máy sấy công nghiệp) không có vật cản che nắng.
- Dễ hư hại khi có bão lớn hoặc mưa nhiều.
- Phải vệ sinh bề mặt thường xuyên để đảm bảo ánh sáng được xuyên thấu vào nhà sấy.
Chỉ có thể sử dụng máy sấy khi thời tiết nắng, và hiệu quả nhất ở những khu vực có nhiều giờ nắng Nhu cầu sấy thường xuyên, đặc biệt trong mùa mưa, khiến cho việc sử dụng nhà sấy trở nên kém hiệu quả.
Không gian sấy rộng lớn so với công suất dẫn đến chi phí điện năng tiêu thụ để đối lưu không khí nóng cho quá trình sấy sản phẩm khô trở nên cao.
Tấm nhựa Polycarbonate xuyên thấm không có khả năng cách nhiệt hiệu quả, dẫn đến việc vào ban đêm, hơi lạnh từ môi trường bên ngoài dễ dàng xâm nhập, gây ra hiện tượng đọng sương Điều này có thể làm cho sản phẩm sấy bị hút ẩm ngược lại, ảnh hưởng đến chất lượng và hiệu quả của quá trình sấy.
- Ban đêm không khí bên ngoài lạnh, làm sản phẩm bị hút ẩm trở lại gây thâm đen và giảm chất lượng.
3.1.1.2 Công nghệ sấy chân không
Hình 3.2 Hình sấy chân không
Sấy chân không là quá trình sấy được thực hiện nhờ sự chênh lệch áp suất hơi nước trên bề mặt sản phẩm và môi trường xung quanh
Theo nguyên lý làm việc, bộ phận gia nhiệt và quạt hút nhiệt làm nóng các giàn nóng, nơi chứa vật liệu sấy trong các khay Trong quá trình sấy, hơi ẩm được bơm hút chân không ra ngoài, một phần chuyển thành lỏng cao áp qua giàn ngưng tụ và được chứa trong thùng ngang Hơi ẩm giảm nhiệt tiếp tục đi qua bình tích áp, nơi tách hơi và nước, với hơi xả bỏ và nước quay về bồn chứa Khi áp suất trên bề mặt sản phẩm (P1) lớn hơn áp suất môi trường (P2), nước trong sản phẩm thoát ra Nguyên lý tạo chân không giúp giảm áp suất P2, cho phép ẩm bốc hơi ở nhiệt độ thấp, tăng tốc độ sấy và nâng cao chất lượng sản phẩm.
- Sấy chân không làm cho nước trong sản phẩm sôi ở nhiệt độ thấp nên sấy nhanh hơn phương pháp sấy thông thường.
- Sấy chân không nhiệt độ sấy thấp nên giữ nguyên được màu sắc, hương vị, chất dinh dưỡng cũng như các tính chất đặc trưng của sản phẩm.
- Sấy chân không hầu như không làm biến đổi tính chất vật lý, hóa học của vật sấy.
- Sấy chân không giữ nguyên được cấu trúc vật sấy (không móp méo, sẹp khi sấy thông thường)
- Sản phẩm được sấy chân không có độ ẩm rất thấp 1-3% nên bảo quản được lâu hơn.
- Bộ điều khiển tự động, tự hoạt động theo cài đặt của người sử dụng dễ dàng, tiết kiệm thời gian công sức của người sử dụng.
- Máy sấy chân không có áp suất nhỏ nên thành máy được làm dày hơn, cứng hơn và cách nhiệt tốt hơn.
- Do máy có thêm bộ phận hút chân không nên kích thước của máy lớn và cồng kềnh hơn máy sấy nhiệt cùng thể tích sấy.
- Máy sấy sử dụng phương pháp sấy chân không có giá thành cao hơn so với máy sấy nhiệt khá nhiều.
- Chi phí sản xuất lớn nên không phù hợp với hộ gia đình và kinh doanh nhỏ.
Hình3.3 : Công nghệ sấy lạnh
Không khí được hút qua hệ thống ống của dàn lạnh, nơi nó được làm lạnh đến nhiệt độ ngưng tụ để tách ẩm và hơi nước Kết quả là chúng ta thu được một dòng không khí sấy khô và lạnh hoàn hảo.
Luồng không khí khô và lạnh được đốt nóng ở thanh nhiệt điện trở, đảm bảo nhiệt độ sấy từ 30 đến 50℃ và độ ẩm không khí sấy khoảng 10 – 30% Không khí khô nóng này được đưa vào buồng sấy, nơi được điều tiết và phân phối theo từng dòng, giúp tách nước và làm thực phẩm khô nhanh hơn Thanh nhiệt điện trở cung cấp nhiệt lượng khi có dòng điện chạy qua, giữ cho buồng sấy đạt nhiệt độ cài đặt Hơi nước trong sản phẩm khuếch tán ra ngoài liên tục, được ngưng tụ ở hệ thống làm lạnh và thoát ra ngoài, trong khi không khí bên ngoài được hút vào, tách ẩm và gia tăng nhiệt độ, tiếp tục xuyên qua thực phẩm Quá trình này diễn ra tuần hoàn và liên tục cho đến khi sản phẩm đạt yêu cầu.
- Công nghệ sấy lạnh sở hữu khả năng thu hồi nhiệt và độ ẩm từ buồng sấy nguyên liệu qua hệ thống ngưng tụ nước.
Quy trình tuần hoàn nhiệt giúp giảm số lần làm nóng không khí, dẫn đến mức điện năng tiêu thụ khi sử dụng máy sấy lạnh thấp hơn khoảng 40% so với máy sấy nhiệt trung bình và chỉ bằng 1/3 so với lò nướng đối lưu.
Máy sấy lạnh có thời gian sử dụng lâu dài và ít hư hỏng hơn so với các loại máy sấy nhiệt thông thường, vì chúng không yêu cầu gia nhiệt cao liên tục cho không khí.
Thực phẩm được sấy ở nhiệt độ thấp giúp giữ nguyên màu sắc, độ tươi ngon và giá trị dinh dưỡng Nhờ vào nhiệt độ sấy thấp, chất lượng sản phẩm ít bị ảnh hưởng, đảm bảo giá trị kinh tế cao cho nguyên liệu.
- Quy trình sấy được thực hiện khép kín nên không bị phụ thuộc vào điều kiện thời tiết, nhiệt độ và độ ẩm bên ngoài tác động.
Chi phí đầu tư cho hệ thống thiết bị sấy lạnh thường cao hơn so với máy sấy nhiệt độ cao Ngoài ra, chi phí bảo trì, sửa chữa và thay thế linh kiện của hệ thống sấy lạnh cũng tốn kém hơn.
Năng suất sấy lạnh giảm khi nhiệt độ môi trường hạ thấp Khi trời lạnh, bộ phận bơm nhiệt phải hoạt động nhiều hơn, dẫn đến tiêu hao năng lượng gia tăng và thời gian sấy kéo dài.
Sấy lạnh là phương pháp sấy với nhiệt độ thấp, phù hợp cho các sản phẩm như rau củ quả, thực phẩm, dược liệu và đông trùng hạ thảo, giúp bảo toàn tính chất và giá trị dinh dưỡng của sản phẩm.
3.1.1.4 Công nghệ sấy khô nóng
Hình 3.4 Công nghệ sấy nóng khô
Nguyên lý hoạt động của thiết bị làm khô thực phẩm là sử dụng công nghệ khí nóng để rút nước trong thực phẩm cho đến khi khô hoàn toàn Thiết bị này tăng nhiệt độ để bốc hơi nước nhanh hơn và sử dụng luồng khí nóng để nâng cao nhiệt độ không khí xung quanh Khi nhiệt độ tăng, các phân tử nước sẽ dễ dàng vượt qua các phân tử khác, giúp chuyển đổi từ thể lỏng sang hơi, từ đó làm khô thực phẩm một cách nhanh chóng.
-Sấy nóng được ngành công nghiệp thực phẩm ứng dụng rộng rãi bởi có nhiều ưu điểm như :
-Chi phí đầu tư thấp,tiết kiệm
-Có thể sử dụng để sấy nhiều nguyên liệu khác nhau
-Sau khi sấy vẫn giữ được hương vị,màu sắc,dinh dưỡng.
-Khay sấy được thiết kế linh hoạt ,dể dàng di chuyển,tháo lắp vệ sinh.
-Thiết kế máy đơn giản ,dể dàng vận hành và bảo quản.
Tính toán thiết kế phần điện điều khiển
Mô hình thiết kế bao gồm hệ thống lò nhiệt với dây nhiệt điện trở mayso dạng cuộn tròn để gia nhiệt, kết hợp với quạt thổi gắn bên lò để lưu thông gió Ngoài ra, cảm biến nhiệt độ NTC 3950 100K được lắp đặt trong lò để theo dõi và giám sát nhiệt độ, gửi dữ liệu về máy tính thông qua phần mềm WinCC.
Nguyên lý hoạt động của lò sấy bắt đầu khi lò chưa hoạt động Sau khi cung cấp nguyên liệu và khởi động, dây nhiệt điện trở mayso sẽ nóng lên, làm nóng không khí bên trong lò theo giá trị mong muốn Khi nhiệt độ đạt yêu cầu, hệ thống sẽ duy trì nhiệt độ ổn định và quạt thổi sẽ hoạt động để lưu thông không khí trong lò.
Nhóm sẽ thực hiện việc tính toán và lựa chọn các thiết bị phần cứng, đồng thời trình bày nguyên lý hoạt động của từng khối thông qua sơ đồ khối dưới đây.
Hình 3.8: Sơ đồ cơ bản thiết bị toàn bộ hệ thống
Từ sơ đồ trên, ta có thể thiết lập các thiết bị thành từng khối như sau:
Hình 3.9: Sơ đồ khối hệ thống 3.2.1.2 Mô tả
+Chức năng của khối nguồn:
- Khối nguồn có chức năng cung cấp nguồn cho toàn bộ hệ thống.
- Nguồn 24V cung cấp cho PLC, quạt.
- Nguồn 220V cấp cho dây nhiệt điện trở mayso.
+ Chức năng khối cảm biến:
- Khối cảm biến có chức năng đọc nhiệt độ trong lò và gửi tín hiệu về cho khối trung tâm xử lý.
+ Chức năng khối nút nhấn
- Khối nút nhấn có chức năng điều khiển đóng mở hoạt động của hệ thống.
+ Chức năng khối xử lý trung tâm
- Khố xử lý trung tâm có chức năng nhận tín hiệu từ các khối sau đó xử lý điều khiển hoạt động của toàn hệ thống.
+ Chức năng khối điều khiển SSR
- Khối điều khiển SSR có chức năng nhận tín hiệu điện áp xung của PLC để điều khiển dây nhiệt điện trở mayso.
+ Chức năng khối quạt thổi
- Khối quạt thổi có chức năng lưu thông không khí trong lò sấy.
+ Chức năng khối dây nhiệt điện trở mayso
- Khối dây nhiệt điện trở mayso có chức năng gia nhiệt cho lò sấy.
Hệ thống "Điều khiển nhiệt độ lò điện trở bằng phương pháp PID sử dụng PLC S7-1200" được thiết kế để sấy rau quả, cho phép người dùng cài đặt nhiệt độ theo yêu cầu Hệ thống này đáp ứng các thông số kỹ thuật cần thiết để đảm bảo quá trình sấy diễn ra hiệu quả và an toàn.
Hệ thống sẽ giữ nhiệt độ lò sấy ổn định theo cài đặt của người dùng, đảm bảo rằng nhiệt độ bên trong lò không thay đổi quá nhiều so với mức đã được thiết lập.
Hệ thống với chi phí hợp lý, hoạt động ổn định liên tục trong môi trường công nghiệp.
Tương ứng với yêu cầu trên thì hệ thống phần cứng được chọn bao gồm các thiết bị như sau:
- Laptop để kết nối điều khiển
3.2.2 Khối xử lý trung tâm
Nhóm em đã đăng ký đề tài sử dụng PLC S7-1200 của hãng Siemens Sau quá trình tìm hiểu về các loại CPU trong dòng S7-1200, với các thông số được trình bày trong bảng 2.1 chương 2, chúng em quyết định chọn PLC S7-1200 CPU 1212C để lập trình.
-Với dòng phiên bản 1212C có các biến thể sau DC/DC/DC, DC/DC/Relay, AC/DC/Relay
Bảng 3.1: Các biến thể của CPU S7-1200 1212C
CPU 1212 DC/DC/DC 6ES7212-1AE40-0XB0
SIMATIC S7-1200, CPU 1212C, COMPACT CPU, DC/DC/DC, ONBOARD I/O: 8 DI 24V DC; 6 DO
24 V DC; 2 AI 0 – 10V DC, POWER SUPPLY: DC 20.4 – 28.8 V DC, PROGRAM/DATA MEMORY: 75 KB
CPU 1212 DC/DC/Relay 6ES7212-1HE40-0XB0
SIMATIC S7-1200, CPU 1212C, COMPACT CPU, DC/DC/RLY, ONBOARD I/O: 8 DI 24V DC; 6 DO RELAY 2A; 2 AI 0 – 10V DC,
CPU 1212 AC/DC/Relay 6ES7212-1BE40-0XB0
SIMATIC S7-1200, CPU 1212C, COMPACT CPU, AC/DC/RLY,
ONBOARD I/O: 8 DI 24V DC; 6 DO RELAY 2A; 2 AI 0 – 10V DC,
AC AT 47 – 63 HZ, PROGRAM/DATA MEMORY: 75 KB
Nhóm em đã chọn PLC S7-1200 CPU 1212C DC/DC/DC nhờ vào cấu hình xử lý nhanh và giá thành hợp lý, điều này khiến nó trở thành lựa chọn phổ biến trong ngành công nghiệp hiện nay.
- Đã được trang bị kiến thức cơ bản về PLC S7-1200 ở trường lớp.
- Số input và output trong mô hình phù hợp với số ngõ input/output trên PLC.
- Có tích hợp bộ đếm xung tốc độ cao thích hợp cho việc điều khiển SSR.
- PLC đơn giản, dễ sử dụng, có độ bền cao.
- Phần mềm lập trình trực quan, giúp dễ dàng trong việc viết chương trình điều khiển.
- Biến thể DC/DC/DC cùng 1 nguồn ra ,vào cấp là 24VDC nên phù hợp với các thiết bị ngoại vi
Hình 3.10: PLC S7-1200 CPU 1212C DC/DC/DC 6ES7 212-1AE40-0XB0
- Kích thước vật lý: 90x100x75mm
- Bộ nhớ chương trình/ dữ liệu: 75kB
- I/O tích hợp cục bộ: 8 DI 24VDC, 6 DO 24VDC, 2 AI 0-10VDC
SSR là relay bán dẫn analog, hoạt động dựa trên nguyên tắc điều khiển góc pha Nó điều khiển điện áp AC theo sóng hình sin, dựa vào tín hiệu đầu vào (4-20mA/0-10VDC), cho ra điện áp từ 0VAC đến điện áp định mức Thiết bị này rất phù hợp cho việc điều khiển nhiệt, đèn và quạt.
Chức năng của SSR tương tự như rơ le cơ khí thông thường, cho phép điều khiển tải tiêu thụ dòng lớn bằng dòng điện nhỏ Tuy nhiên, điểm khác biệt nổi bật của SSR là không có bộ phận chuyển động, giúp tăng độ bền và giảm nguy cơ hỏng hóc.
- Rơ le khi hoạt động sẽ nghe tiếng “tạch” do tiếp điểm cơ khí đóng mở dưới tác động của từ trường.
- SSR hầu hết đã được cách li hoàn toàn về điện giữa mạch điều khiển và mạch lực.
Trong mô hình này em sử dụng relay bán dẫn của hãng FOTEK SSR-40 DA vì độ thông dụng và dễ dàng sử dụng.
- Điện áp đầu vào: 3-32VDC
- Điện áp ngõ ra: 24-380VAC
Hình 3.12: Mạch động lực cho SSR 3.2.4 Khối Relay
Do mô hình chỉ dùng 1 quạt hút 24V nên lựa chọn mạch 1 relay opto chọn mức kích là an toàn và hợp lý nhất.
Hình 3.13: Mạch 1 relay opto chọn mức kích Hight/Low (24VDC)
Mạch 1 relay opto chọn mức kích High/Low (24VDC) được sử dụng để bật, tắt thiết bị AC/DC qua relay, mạch có thể tùy chọn kích bằng mức cao hoặc thấp (Hight/Low) qua Jumper, ngoài ra mạch còn bổ sung thêm Opto cách ly cho độ an toàn và chống nhiễu vượt trội, thích hợp với các ứng dụng bật tắt, điều khiển thiết bị qua relay.
- Điện áp sử dụng: 24VDC
- Dòng điện tiêu thụ: khoảng 200mA/1Relay
- Tín hiệu kích: tùy chọn mức cao Hight(24VDC) hoặc thấp low(0VDC) qua Jumper
- Tiếp điểm đóng ngắt Relay trên mạch: max 250VAC-10A hoặc 30VDC-10A
Để mô phỏng nhiệt độ trong khoảng 50 o C đến 120 o C cho lò sấy, cần sử dụng cảm biến nhiệt độ có độ bền cao và khả năng chịu nhiệt tốt Cảm biến NTC 3950 100K là sự lựa chọn hợp lý nhất cho yêu cầu này.
Hình 3.14: Cảm biến nhiệt độ NTC 3950 100K
- Đầu dò nhiệt: là phần quan trọng nhất của cảm biến chúng quyết định độ chính xác của cảm biến
- Dây tín hiệu: là phần kết nối tín hiệu đầu ra dạng 2 dây.
- Chất cách điện: giúp cách điện từ vỏ bảo vệ với dây tín hiệu trong đầu dò.
Vỏ bảo vệ cảm biến là bộ phận tiếp xúc trực tiếp với vật cần đo nhiệt, có chức năng bảo vệ tín hiệu của đầu dò được chế tạo từ thủy tinh.
Cảm biến nhiệt độ NTC 3950 100K hoạt động dựa trên nguyên tắc nhiệt điện trở, trong đó điện trở tăng lên khi nhiệt độ tăng Bằng cách đo giá trị điện trở, ta có thể quy đổi ra nhiệt độ Cảm biến này có nhiều ưu điểm như độ nhạy cao, phản ứng nhanh, cấu trúc nhỏ gọn và lắp đặt thuận tiện Nó cũng có vùng nhiệt độ sử dụng rộng, độ ổn định tốt và độ tin cậy cao.
Nhược điểm: có nhiều nguyên nhân, yếu tố làm ảnh hưởng đến việc sai số khi đo.
Thông số kỹ thuật của cảm biến nhiệt độ NTC 3950 100K:
- Hệ số công suất: mW > 5/°C
- Công suất định mức tối đa: 45mW
- Hằng số thời gian nhiệt: 5/°C
Cảm biến nhiệt độ NTC 3950 100K khi đo nhiệt độ từ lò sẽ cung cấp giá trị điện trở, nhưng PLC chỉ nhận tín hiệu dòng hoặc áp (4-20mA/0-10VDC) Để PLC S7-1200 có thể đọc được tín hiệu Analog, cần sử dụng bộ chuyển đổi Giải pháp ở đây là áp dụng mạch phân áp và khuếch đại điện áp để chuyển đổi và khuếch đại tín hiệu, giúp PLC hiểu và xử lý dữ liệu.
Hình 3.15: Mạch cầu phân áp
Từ chân analog input của PLC ta sẽ đọc được giá trị VOut từ mạch cầu phân mạch
Với mạch cầu phân áp 2 điện trở ta có:
( 3.9) Với VIn = 5V, VOut là giá trị PLC đọc được, R1 = 1000Ω, R2 = RNTC nên ta có:
Từ giá trị điện trở của NTC (RNTC) ta áp dụng phương trình Steinhart-Hart để tính nhiệt độ mà cảm biến NCT đo được:
Phương trình Steinhart-Hart là một mô hình điện trở của chất bán dẫn ở các nhiệt độ khác nhau: [10] , [17]
T ở đây là độ k muốn quy đổi ra độ c thì
- R là giá trị điện trở tại nhiệt độ T (Ω)
3.2.6 Khối dây nhiệt điện trở mayso Để mô phỏng nhiệt độ trong lò, củng như đúng công suất ở phần thiết kế , nhóm em quyết định dùng dây nhiệt điện trở mayso dạng cuộn tròn với ưu điểm chi phí rẻ dễ dàng sử dụng.
Hình 3.16: Dây nhiệt điện trở mayso dạng cuộn tròn
- Khoảng cách giữa 2 cực là 3cm.
Với mô hình này em sử dụng một nút ESTOP
Hình 3.17: Nút dừng khẩn LAY7 (PBCY090) LAY37
- Tiếp điểm: 2 cặp tiếp điểm (xanh NO, đỏ NC)
- Đường kính ren gắn tủ: 22mm
Như phần tính toán lưu thông không khí trong lò Đối với quạt lò em chọn quạt hút 24V của NIDEC vì độ chắc chắn và bền bỉ cao.
Khối nguồn là khối rất quan trọng cung cấp nguồn cho toàn bộ hệ thống hoạt động.
Trong mô hình sử dụng 2 khối nguồn để cung cấp là 24VDC và 220VAC:
- Khối nguồn 24VDC: cung cấp nguồn cho PLC S7-1200 và quạt thổi.
- Khối nguồn 220VAC: cung cấp nguồn cho dây nhiệt điện trở mayso.
Bảng 3.2: Bảng tiêu thụ dòng điện của các khối
Khối nguồn Các thiết bị và linh kiện Dòng tiêu thụ
PLC S7-1200 (CPU 1212C DC/DC/DC)
Quạt hút gió tủ điện
Mạch hạ áp DC-DC Lm2596S
220VAC Dây nhiệt điện trở mayso dạng cuộn tròn
Từ bảng tiêu thụ dòng điện của các khối và các thiết bị như trên, ta có thể lựa chọn các nguồn có dòng điện phù hợp:
- Nguồn 24VDC: sử dụng bộ nguồn 24V 5A.
- Nguồn 220VAC: sử dụng nguồn điện xoay chiều dân dụng 220V/50Hz.
Do cảm biến nhiệt độ NTC 3950 100K sử dụng nguồn 5V nên cần thêm 1 mạch hạ áp từ 24VDC xuống 5VDC nên em chọn Module hạ áp DC-DC Lm2596S
Hình 3.20: Module hạ áp Lm2596S DC-DC
- Điện áp đầu vào DC 9V-36V
- Điện áp đầu ra: 5VDC
Do mô hình sử dụng dòng điện xoay chiều 220VAC nên em sử dụng cầu dao tự động 1P 40A để bảo vệ các thiết bị của toàn hệ thông.
Hình 3.21: Cầu dao tự động 1P 40A
Xây dựng hệ thống phần mềm
Phần mềm lập trình PLC S7-1200 là Step7 Basic, hỗ trợ ba ngôn ngữ lập trình: FBD, LAD và SCL Để thiết kế giao diện SCADA, phần mềm WinCC Advanced được sử dụng Cả hai phần mềm này đều được tích hợp trong TIA Portal V17 của Siemens.
TIA Portal, viết tắt của Totally Integrated Automation Portal, là phần mềm lập trình điều khiển trực quan và hiệu quả, với nhiều phiên bản từ V13 đến V18, phiên bản mới nhất ra mắt vào tháng 3 năm 2023 Phần mềm này cho phép khách hàng thiết kế toàn bộ chương trình tự động hóa một cách tối ưu trong một giao diện duy nhất, giúp các nhà tích hợp hệ thống và doanh nghiệp sản xuất nâng cao năng suất và lợi thế cạnh tranh.
Hình 3.23: Giao diện TIA Portal V17
Xây dựng lưu đồ thuật toán
Hình 3.24: Lưu đồ thuật toán của lò nhiệt
Các phương pháp tìm thông số PID (K P , K I , K D )
Để thiết kế bộ điều khiển PID, việc xác định mô hình tổng thể của hệ thống là rất quan trọng Dựa trên các thiết kế phần cứng từ các chương trước, chúng ta có thể minh họa hệ thống qua sơ đồ nguyên lý như hình dưới đây.
Hình 3.25: Sơ đồ điều khiển vòng kín
- Khối điều khiển PID: là khâu hiệu chỉnh PID được thực hiện bằng khối PID_Compact có sẵn trong TIA portal của PLC S7-1200
Khối điều khiển SSR là bộ phận quan trọng trong việc điều chỉnh công suất cung cấp cho lò, hoạt động dựa trên tín hiệu điều khiển từ bộ hiệu chỉnh PID số Nó thực hiện chức năng đóng ngắt SSR để đảm bảo hiệu suất và độ chính xác trong quá trình điều khiển nhiệt độ.
- Khối lò nhiệt: là hộp chứa dây nhiệt điện trở và cảm biến nhiệt độ của hệ thống.
Khối Analog input là quá trình thu thập dữ liệu nhiệt độ từ cảm biến nhiệt NTC 3950 100K, sau đó truyền dữ liệu này vào analog input của PLC S7-1200 để chuyển đổi thành giá trị nhiệt độ dưới dạng số.
Ta có thể rút gọn mô hình hệ thống bộ điều khiển nhiệt độ như hình sau:
Hình 3.26: Sơ đồ tóm tắt hệ thống
Bộ điều khiển PID có hàm truyền dạng liên tục như sau:
Lò Nhiệt Dây điện trở
Theo CT 6.1b [7] trang112 Trong đó:
Có rất nhiều phương pháp để tìm thông số PID như:
- Phương pháp Chien-Hrones-Reswick 2
- Phương pháp dùng phần mềm.
Nhóm chúng tôi đã chọn phương pháp Ziegler – Nichols để xác định các thông số PID do tính đơn giản trong quá trình hiệu chỉnh Phương pháp này rất phù hợp cho việc điều chỉnh nhiệt độ.
THI CÔNG HỆ THỐNG
Thi công hệ thống phần khung ,thân lò
Hệ thống mô hình bao gồm:
Hệ thống phần thân của thân lò điện trở sấy rau quả
Thân lò nhiệt sấy rau quả được cấu tạo từ sắt hộp hàn thành khung hình chữ nhật, bao quanh bằng tôn thiếc để đảm bảo an toàn và độ bền Lò sấy, tủ điện và hệ thống PC được cố định trên khung giá đỡ, tạo sự ổn định cho toàn bộ thiết bị.
Bảng 4.1: Danh sách các linh kiện của thân lò
STT Tên linh kiện Thông số
2 - Tôn thiếc phẳng - 4 tấm 30x39cm
4 - Dây nhiệt điện trở mayso dạng cuộn tròn
- Khoảng cách giữa 2 cực là 3cm.
5 - Cảm biến nhiệt độ NTC
6 - Sắt hộp 10x10 để làm khay sấy
7 - Sắt hộp 20x20 mm làm hế thống bàn giá đở
9 - Lưới thép mạ kẽm 0.5cm
Hình 4.1: Quá trình gia công cơ khí
Hình 4.2: Khung và Thân lò hoàn thiện
Hình 4.3: Thi công lớp cách nhiệt
Sau khi hoàn thiện việc lắp đặt khung lò, nhóm em đã lựa chọn tấm carton dày 1cm để lót, nhằm tăng cường khả năng cách nhiệt Tiếp theo, chúng em đã phủ bì thêm một tấm thiết 2.5 ZEM bên ngoài để đảm bảo hiệu quả cách nhiệt tối ưu.
Hình 4.4: Mô hình đề tài hoàn thiện
Thi công hệ thống tủ điện điều khiển
Dựa vào sơ đồ đấu nối ở phần thiết kế ,nhóm đưa ra danh sách các linh kiện sau:
Bảng 4.2: Danh sách các linh kiện trong tủ điện lò sấy rau quả
STT Tên linh kiện Thông số
1 Vỏ tủ điện nhựa ABS 30x30x20cm
5 Mạch 1 relay opto chọn mức kích
6 Hộp đựng cầu phân áp và mạch hạ áp
7 Cầu dao tự động 1P 40A 35mm DIN Rail
Hình 4.5: Các thiết bị bên trong tủ điện của lò điện trở sấy rau quả
Hình 4.6: Đấu nối các thiết bị trong tủ điện
Hình 4.7: Tủ điện hoàn thiện của lò điện trở sấy rau quả
Thi công hệ thống phần mềm
4.3.1 Lập trình PLC S7-1200 trên phần mềm TIA Portal
Trong đồ án này, tôi đã sử dụng phần mềm lập trình TIA Portal version 17 của Siemens, được thiết kế với giao diện thân thiện và dễ sử dụng, thích hợp cho cả người mới lẫn người nhiều kinh nghiệm trong lập trình tự động hóa Phần mềm này là cơ sở cho các phần mềm dùng để lập trình, cấu hình, tích hợp các thiết bị trong dải sản phẩm tự động hóa toàn diện của Siemens.
Sau khi hoàn tất cài đặt TIA Portal V17 trên máy ta thực hiện các bước để tạo một Project mới và cấu hình phần cứng cho PLC
- Bước 1: Chọn Create new project.
- Bước 2: Điền tên cho project và chọn đường dẫn lưu project trong máy tính.
Hình 4.8: Cách tạo project mới
- Bước 1: Chọn Add new devices.
- Bước 2: Chọn Controler để cấu hình cho PLC (chọn theo cấu hình PLC bạn đang sử dụng).
Hình 4.9: Cách tạo devices & network
Giao diện khi hoàn thành thiết lập:
Hình 4.10: Giao diện của TIA Portal khi hoàn tất thiết lập
Các khối được em sử dụng trong chương trình trên hệ thống phần mềm TIA Portal V17:
Các khối trong chương trình chính (Main[OB1]):
Hình 4.11: Các tiếp điểm ladder (LAD)
Chúng ta có thể kết nối các tiếp điểm để tạo ra mạch logic Khi chỉ định bit ngõ vào bằng bộ định danh I (ngõ vào) hoặc Q (ngõ ra), giá trị bit sẽ được đọc từ thanh ghi ảnh tiến trình Các tín hiệu tiếp điểm vật lý trong quá trình điều khiển được kết nối đến các đầu cực I trên PLC CPU liên tục quét các tín hiệu ngõ vào đã kết nối và cập nhật giá trị tương ứng trong thanh ghi ngõ vào ảnh tiến trình.
- Tiếp điểm thường hở NO (Normally Open) được đóng lại (ON) khi giá trị bit được gán bằng 1.
- Tiếp điểm thường đóng NC (Normally Closed) được đóng lại (ON) khi giá trị bit được gán bằng 0.
- Các tiếp điểm được nối nối tiếp sẽ tạo ra mạch logic AND.
- Các tiếp điểm được nối song song sẽ tạo ra mạch logic OR.
Chúng ta sử dụng các lệnh di chuyển để sao chép các phần tử dữ liệu đến một địa chỉ nhớ mới, đồng thời chuyển đổi giữa các kiểu dữ liệu khác nhau Quá trình di chuyển không làm thay đổi dữ liệu nguồn.
- MOVE: sao chép một phần tử dữ liệu được lưu trữ tại một địa chỉ xác định đến một địa chỉ mới.
- Các khối trong chương trình đọc nhiệt độ từ cảm biến nhiệt độ NTC 3950 100K (DOC_CB[FC1]):
- Bảng 4.3: Kiểu dữ liệu của lệnh MOVE
Thông số Kiểu dữ liệu Miêu tả
IN Sin, Int, Dint, USInt, UDInt, Real, Lreal,
Byte, Word, Dword, Char, Array, Struct, DTL, Time Địa chỉ nguồn
OUT Sin, Int, Dint, USInt, UDInt, Real, Lreal,
Byte, Word, Dword, Char, Array, Struct, DTL, Time Địa chỉ đích
Hình 4.13: Các lệnh chuẩn hóa và định tỷ lệ
Here is a rewritten paragraph that complies with SEO rules:"Lệnh NORM_X đóng vai trò chuẩn hóa thông số VALUE trong phạm vi giá trị được xác định bởi các thông số MIN và MAX Theo đó, giá trị OUT được tính toán bằng công thức OUT = (VALUE - MIN)/(MAX - MIN), với điều kiện 0,0 ≤ VALUE ≤ 1,0 Nhờ vậy, lệnh NORM_X giúp chuyển đổi giá trị VALUE sang dạng chuẩn hóa, tiện lợi cho các ứng dụng và phân tích sau này."
Đối với lệnh NORM_X các thông số MIN, VALUE và MAX phải là kiểu dữ liệu giống nhau.
Lệnh SCALE_X điều chỉnh tỷ lệ của thông số thực được chuẩn hóa VALUE, với giá trị nằm trong khoảng từ 0,0 đến 1,0 Công thức tính toán được xác định bởi các tham số MIN và MAX, với kết quả được tính theo công thức: OUT = VALUE(MAX – MIN) + MIN.
Đối với lệnh SCALE_X các thông số MIN, MAX và OUT phải là kiểu dữ liệu giống nhau
Bảng 4.4: Kiểu dữ liệu của lệnh NORM_X và SCALE_X
Thông số Kiểu dữ liệu Miêu tả
MIN Sin, Int, Dint, USInt, UDInt,
Giá trị cử tiểu ngõ vào của phạm vi
NORM_X: Sin, Int, Dint, USInt, UDInt, Real
Giá trị ngõ vào để định tỷ lệ hay chuẩn hóa
MAX Sin, Int, Dint, USInt, UDInt,
Giá trị cực đại ngõ vào của phạm vi
NORM_X: Sin, Int, Dint, USInt, UDInt, Real
Giá trị ngõ ra đã được định tỷ lệ hay chuẩn hóa
Hình 4.14: Lệnh Logarite tự nhiên
Ta sử dụng các lệnh dấu phẩy động để lập trình các phép toán với kiểu dữ liệu Real hoặc LReal, trong đó LN đại diện cho logarithm tự nhiên, với công thức LN(IN) = OUT.
Hình 4.15: Lệnh lũy thừa tổng quát
Ta sử dụng các lệnh dấu phẩy động để lập trình các phép toán với kiểu dữ liệu Real và LReal, bao gồm lệnh EXPT để thực hiện phép lũy thừa tổng quát, ví dụ như INI™ 2 = OUT.
-Lệnh Calculate thực hiện các phép toán từ các giá trị ngõ vào IN1, IN2, IN(n) theo công thức OUT=…(+, -, *, /) rồi xuất kết quả ra ngõ ra OUT.
-Các thông số ngõ vào dùng trong khối phải chung định dạng.
4.3.2 Cách cấu hình và sử dụng bộ PID_Compact
4.3.2.1 Tìm hiểu khối hàm PID_Compact trong TIA Portal
Các khối trong chương trình của PID (Cyclic interrup [OB30])
Hình 4.17: Khối hàm PID_Compact
Công dụng: PID_Compact cung cấp một bộ điều khiển PID với chức năng tự điều chỉnh cho chế độ tự động hoặc bằng tay
Bảng 4.5 Thông số và kiểu dữ liệu khối hàm PID_Compact
1 Setpoint IN Real Điểm đặt của bộ điều khiển
PID trong chế độ tự động. Giá trị mặc định: 0.0
2 Input IN Real Giá trị input của bộ điều khiển PID Giá trị mặc định: 0.0
3 Input_PER IN Word Giá trị xử lý analog (tùy chọn) Giá trị mặc định: W#16#0
4 ManualEnable IN Bool Cho phép hoặc không cho phép vận hành bằng tay. Default value: FALSE
5 ManualValue IN Real Giá trị xử lý cho việc vận hành bằng tay Default value: 0.0
6 Reset IN Bool Khởi động lại bộ điều khiển
Default value: FALSE Nếu Reset = TRUE những điều sau được áp dụng:
Mode chế độ vận hành không hoạt động
Integral part of the process value = 0
Giá trị trung gian của hệ thống được reset các thông số PID được duy trì
7 ScaledInput OUT Real Scaled process value Default value: 0.0
8 Output(1) OUT Real Output value Default value:
9 Output_PER(1) OUT Word Analog output value Default value: W#16#0
10 Output_PWM(1) OUT Bool Output value for pulse width modulation Default value: FALSE
11 SetpointLimit_H OUT Bool Giới hạn trên của SP.Default value: FALSE Nếu SetpointLimit_H TRUE, đạt đến giới hạn trên tuyệt đối của SP.Default value: FALSE
12 SetpointLimit_L OUT Bool Giới hạn dưới của SP.Default value: FALSE Nếu SetpointLimit_H TRUE, đạt đến giới hạn dưới tuyệt đối của SP.Default value: FALSE
13 InputWarning_H OUT Bool Nếu InputWarning_H = true, giá trị xử lý (PV) đạt đến hay vượt mức giới hạn trên Default value: FALSE
14 InputWarning_L OUT Bool Nếu InputWarning_H = true, giá trị xử lý (PV) đạt đến hay vượt mức giới hạn dưới Default value: FALSE
15 State OUT Int Chế độ vận hành hiện tại của bộ điều khiển PID Defautl value: 0
State = 1: Pretuning (điều chỉnh sơ bộ)
16 Error OUT DWord Error message Default value:
Các thông số Output, Output_PER và Ouput_PWM được sử dụng song song
Hình 4.18: Sơ đồ cấu trúc khối PID_Compact
4.3.2.2 Cách tạo khối PID Đầu tiên phải tạo một khối hàm ngắt chu kỳ OB30 đối với CPU 1212C vì bộPID cần thời gian để thực thi.
Chọn Organization block (OB) → Cyclic interrupt → LAD → Cycle time 100 → OK
Số thứ tự của OB được tự động đánh số là OB30
Hình 4.20: Tạo khối hàm OB30
Lấy khối hàm PID_Compact: chọn Technologi → PID control → Compact PID → PID_Compact → OK
Hình 4.21: Tạo khối PID_Compact
Trong khối hàm PID_Compact nhập vào các biến khai báo tùy thuộc vào nhu cầu sử dụng.
Hình 4.22: Nhập các thông số cho khối PID_Compact
Hình 4.23: Lệnh phát xung tốc độ cao PWM
Khi EN và ANABLE ở trạng thái ON thì ngõ ra Q0.0 sẽ phát xung liên tục với chu kỳ 100ms, độ rộng xung theo bộ PID_Compact.
4.3.3 Thiết kế giao diện trên Wincc trên phần mềm TIA Portal
Tạo một Project cho WinCC:
Step 1: After creating a new project and configuring the hardware for the PLC in the Devices & Networks dialog, select PC System → SIMATIC HMI application → WinCC RT Advanced.
Hình 4.24:Tạo project cho Wincc Bước 2: Xuất hiện giao diện lập trình và ta có thể thiết kế giao diện cho Project ở phần Screens.
Hình 4.25: Giao diện thiết kế WinCC
Hình 4.26: Giao diện WinCC hoàn thiện
Giao diện SCADA được thiết kế với hai phần chính: một trendview để theo dõi nhiệt độ setpoint màu đỏ và phản hồi màu xanh lá cây Giao diện bao gồm các nút start, stop, ô nhập giá trị PID và hiển thị nhiệt độ trong lò cùng phần trăm biến thiên trong quá trình hoạt động Ngoài ra, giao diện còn có chế độ sấy theo thời gian và hình ảnh mô phỏng các thiết bị trong lò sấy.
Hiệu chỉnh tìm thông số PID
Phương pháp Ziegler-Nichols là một phương pháp thực nghiệm nhằm xác định tham số của bộ điều khiển dựa trên đáp ứng quá độ của đối tượng điều khiển Tùy thuộc vào đặc điểm của đối tượng, Ziegler-Nichols đã đề xuất hai phương pháp để lựa chọn tham số hiệu quả.
Phương pháp điều khiển PID được áp dụng cho các hệ thống có phản ứng với tín hiệu vào dạng hàm nấc chữ S, như trong điều khiển nhiệt độ Để xác định thông số cho bộ điều khiển PID, trước tiên cần khảo sát đặc tính vòng hở của hệ thống bằng cách cấp tín hiệu xung điều khiển (20-25% tải) vào đối tượng Sau đó, tiến hành khảo sát đặc tính quá độ của hệ thống để xác định các thông số T và L thông qua đường tiếp tuyến tại điểm uốn Cuối cùng, các thông số của bộ PID sẽ được tính toán dựa trên giá trị của T và L.
K: Là hệ số tỷ lệ cho biết quan hệ vào ra ở chế độ xác lập.
T: Thời hằng nhiệt thể hiện quán tính của hệ thống.
L: Hằng số thời gian trể.
4.4.1 Khảo sát vòng hở lò nhiệt
Lò nhiệt hoạt động dựa trên điện áp cung cấp cho dây nhiệt điện trở, tạo ra công suất cần thiết Ngõ ra của lò là nhiệt độ của lò sấy hoặc nhiệt độ tại vùng sử dụng, đảm bảo hiệu quả trong quá trình sấy.
Trong mô hình của nhóm, hàm truyền của lò nhiệt chỉ có thể xác định một cách gần đúng, với giả định môi trường lò sấy là đẳng nhiệt Phương trình cân bằng năng lượng cho thấy rằng điện năng cung cấp sẽ bù vào năng lượng nhiệt truyền ra bên ngoài và nâng nhiệt độ bên trong lò sấy Từ đó, hàm truyền lò nhiệt (H(S)) được tính toán sẽ có dạng quán tính bậc nhất.
K: Là hệ số tỷ lệ cho biết quan hệ vào ra ở chế độ xác lập.
T: Thời hằng nhiệt thể hiện quán tính của hệ thống.
Mô hình hàm truyền cho thấy rằng quá trình quá độ với đầu vào hàm nấc có dạng hàm mũ chỉ là gần đúng Mặc dù hệ thống có bậc cao hơn, quá trình quá độ đầu vào hàm nấc vẫn không vượt quá mức cho phép.
Hình 4.27: Đáp ứng nấc của lò nhiệt
Theo Ziegler-Nichols thì một hệ thống như vậy có thể biểu diễn dưới dạng hàm truyền sau:
Trong đó: K: Độ lợi tĩnh
T: Hằng số thời gian L: Thời gian trễ Khai triển Taylor của e -Ls ta được:
Ziegler – Nichol là phương pháp xấp xỉ hệ thống bậc nhất có trễ hoặc hệ tuyến tính bậc hai Phương pháp này cho phép xác định hàm truyền thông qua việc thực nghiệm, bằng cách vẽ quá trình quá độ của hệ thống với ngõ vào là hàm nấc.
Tiến hành khảo sát vòng hở với lò nhiệt trong mô hình lò sấy bằng cách cấp 20% xung để gia nhiệt, đồng thời thu thập dữ liệu nhiệt độ qua cảm biến NTC 3950 100K Không sử dụng giá trị PID để xác định đồ thị vòng hở của lò nhiệt, vì nếu cấp 100% xung tải, nhiệt độ có thể vượt quá 300 độ, gây hư hỏng thiết bị Do đó, chỉ băm xung 20% tải để hạn chế nhiệt độ Quá trình thực hiện bao gồm việc tạo một project và cấu hình bật chế độ băng xung PWM qua cổng Q0.0 của PLC S7 1200.
Hình 4.28: Cấu hình cổng băm xung PWM(vùng khoanh đỏ)
Cấu hinh xung băm ra 20%,ở đây nhóm chọn output là analog fomat từ 0 -27648 tương đương từ 0-10V,20% của 27648 là 5000.
Tạo một giao diện Scada đơn giản để bật cấp xung cho gia nhiệt độ.
Hình 4.30: Giao diện scada start,stop cơ bản băm xung PWM
Kết quả thực tế em thu được như sau:
Thông số nhiệt độ và thời gian thu thập được từ PLC S7-1200 khi cấp 20% tải cho lò nhiệt:
- Nhiệt độ và thời gian thực xuất từ phần mềm TIA Portal V17:
Bảng 5.1: Thông số thời gian và nhiệt độ
STT Thời gian (s) Nhiệt độ ( o C)
STT Thời gian (s) Nhiệt độ ( o C)
STT Thời gian (s) Nhiệt độ ( o C)
- Từ thời gian và nhiệt độ thu thập được ta tiến hành vẽ sơ đồ đáp ứng thực tế của lò nhiệt ở 20% công suất để tìm L và T
Hình 4.31: Đáp ứng thực tế của lò nhiệt ở 20% công suất
Trong đó ta tìm được.
Vậy hàm truyền vòng hở của lò nhiệt sẽ là:
4.4.2 Xác định thông số PID theo cách Ziegler – Nichol
Bảng 5.2: Các thông số của bộ điều khiển PID được xác định theo cách Ziegler
Với các thông số điều khiển vòng hở đã xác định được ở trên (T = 143 (s),
L = 19 (s), K = 72 0 C) ta tính được các hệ số như sau:
Bảng 5.3 Các thông số bộ điều khiển PID của lò nhiệt dùng trong mô hình Thông số
Vậy các thông số của bộ điều khiển PID là:Từ công thức 3.10 ở chương 3 ta có các thông số sau
NGHIỆM KẾT LUẬN VÀ PHÁT TRIỂN
Thực nghiệm mô phỏng tại matlab
Hàm truyền vòng hở của lò nhiệt sẽ là:
Ta tiến hành gõ lệnh chức năng simulink tại matlap
Hình 5.1: Giao diện của matlab
Hình 5.2: Giao diện blank model
Tại giao diện tìm kiếm trong các thư viện tìm và lấy các khối hàm truyền tranfer
FCN ,khối Sum, PID controler, Constant (khối đáp ứng đầu vào),Scope Tạo ra một sơ đồ dưới như hình.
Hình 5.3: Giao diện sơ đồ điều khiển hàm truyền
-Sau đó nhập các thông số Kp, Ki, Kd tìm được vào cấu hình bộ PID.
Hình 5.4: Giao diện cấu hình các thông số PID
-Sau đó run các bộ điều khiển vào Scope xem đường tín hiệu nhiệt độ.
Hình 5.5: Cửa sổ đường tín hiệu nhiệt độ
Ta thấy nhiệt độ tăng lên tới ngưỡng và bắt đầu nằm trong giới hạn,độ vọt lố không cao, thời gian xác lập tương đối
Thực nghiệm thực tế tại lò sấy
-Hệ số PID Kp=9.03 ,Ki = 0.24 ,Kd= 85.79.
Hình 5.6: Kết quả điều khiển ở mức 60 o C 5.2.2 Thực nghiệm nhiệt độ đặt là 50 o C
Hệ số bộ điều khiển PID: KP = 9.03; KI = 0.24; KD = 85.79
Hình 5.7: Kết quả điều khiển ở mức 50 o C 5.2.3 Thực nghiệm nhiệt độ đặt là 70 o C
Hệ số bộ điều khiển PID: KP = 9.03; KI = 0.24; KD = 85.79
Hình 5.8: Kết quả điều khiển ở mức 70 o C 5.2.4 Đánh giá Kết quả thực nghiệm với phương pháp Ziegler - Nichol
- Thỏa mãn được yêu cầu: vọt lố nhỏ, sai số xác lập nhỏ, thời gian lên và thời gian quá độ không lớn lắm
Quá trình thực nghiệm cho thấy hệ thống duy trì nhiệt độ ổn định khi đạt đến mức setpoint, với đường đáp ứng tương đối chính xác.
- Ta thấy ở hệ số của bộ PID thì hệ sai số nhỏ, hệ củng ổn định nên giữ nguyên giá trị Kp và Ki,Kd.
- Thời gian gia nhiệt phù hợp với lò nhiệt ko yêu cầu nhiệt cao ban đầu.
- Đối với các hệ số của phương pháp Ziegler – Nichol thời gian đáp ứng chưa tốt lắm,vẫn còn sai số.
Khi Kp lớn, sai số xác lập sẽ giảm, nhưng nếu Kp quá lớn, hệ thống có thể mất ổn định Nếu Ki quá cao, hệ thống dao động sẽ không ổn định Mặc dù Kp lớn giúp hệ thống ổn định hơn, nhưng nó cũng có thể làm giảm tốc độ phản ứng.
5.2.5 Thực nghiệm sấy vật liệu chuối thật với lò sấy để đánh giá các tác nhân sấy trong lò nhiệt
- Tiến hành cắt chuối thành các lát mỏng 2mm,sắp đều lên khay sấy.
- Cho vào lò sấy,sấy từ 60 phút đến 90 phút phút ở nhiệt độ 60 o C để đánh giá sự bay hơi ẩm của vật liệu sấy.
- Vào lúc 11h45 ngày 28/06/2023 tiến hành đưa khay sấy có chuối tươi như hình ảnh dưới vào lò sấy,gia nhiệt ở 60 o C duy trì.Tới 12h35 giảm nhiệt độ xuống 53 độ.
Hình 5.9 :Hình ảnh các lát chuối trước khi sấy
Lúc 13h15 dừng lò sấy kiểm tra độ bay hơi ẩm của vật liệu sấy.Chờ 15 phút cho lò hạ nhiệt độ ,mở nắp lò sấy
Hình 5.10 :Hình ảnh khi mở nắp lò sau khi sấy
Sau khi lấy khay sấy ra khỏi lò, các lát chuối đã khô lại, giảm khoảng 2/3 độ dày ban đầu Khoảng cách giữa các lát chuối trên khay sấy giờ đây rộng rãi hơn rất nhiều so với lúc chưa qua quá trình sấy.
Mặc dù các lát chuối chưa khô hoàn toàn, nhóm em quyết định không sấy thêm, vì lò sấy đã cung cấp nhiệt độ cao và tác động của gió từ quạt giúp chuối bay hơi ẩm hiệu quả.
Hình 5.11: Chuối khô sau khi sấy trong thời gian gần 90 phút
Một nhược điểm của lò sấy là sự phân bố nhiệt không đều trong quá trình sấy Cụ thể, khi không khí nóng lưu thông dọc theo chiều dài lò, các lát chuối trên khay sấy sẽ khô không đồng đều Các lát chuối ở đầu lò sấy thường khô nhanh hơn so với các lát ở cuối lò, gần lỗ thông gió Điều này cho thấy nhiệt độ không khí nóng giảm dần từ đầu đến cuối lò sấy.
Hình 5.12: Các lát chuối ở cuối lò khô không đều (vùng khoanh đỏ)
Kết luận
Sau hơn 3 tháng nghiên cứu tài liệu và tích lũy kiến thức chuyên ngành, cùng với sự hỗ trợ nhiệt tình của thầy Th.S Đào Minh Đức, tôi đã hoàn thành đề tài “Thiết kế hệ thống điều khiển nhiệt độ lò nhiệt điện trở sấy rau quả bằng phương pháp PID sử dụng PLC S7-1200” đúng yêu cầu và thời gian quy định.
- Tính Toán thi công mô hình lò sấy nhiệt điện trở.
- Thiết kế và xây dựng phần cứng hệ thống điều khiển nhiệt độ lò nhiệt điện trở sây rau quả.
- Tìm hiểu được các phướng án sấy,quy trình sấy nông sản rau quả.
- Tìm hiểu được nguyên lý hoạt động của lò nhiệt điện trở sấy rau quả.
- Thiết kế giao diện giám sát và điều khiển trên WINCC.
- Đo nhiệt độ bằng cảm biến nhiệt độ NTC 3950 100K.
- Điều khiển nhiệt độ trong lò bằng thanh gia nhiệt 1250W 220VAC.
- Sử dụng PLC SIMATIC S7-1200 CPU 1212C DC/DC/DC trong việc lập trình và điều khiển.
- Sử dụng phần mềm TIAPORTAL V17 để lập trình cho PLC và SCADA.
Những khó khăn gặp phải:
Khối xử lý S7 1200-1212C phiên bản 4.5 yêu cầu sử dụng TIA V17 để lập trình Phần mềm mới ra mắt vào năm 2022 tích hợp nhiều chức năng nâng cao, tuy nhiên, nhóm gặp không ít khó khăn trong việc kết nối và lập trình cho hệ thống.
- Còn nhiều hạn chế về việc bố trí lắp đặt các thiết bị phần cứng chưa đúng so với thực tế.
- Phần cơ khí chưa hoàn thiện cao.Vì gặp khó khăn tính toán thiết kế liên quan đến ngành công nghệ nhiệt và thực phẩm.
- Vật tư làm lò sấy nhiệt điện trở chỉ dừng ở mô hình,chưa đúng với thực tế sản xuất.
- Không có màn hình HMI để điều khiển và giám sát mà chỉ thông qua WINCC trong TIA Portal V17.
- Hệ thống đo đếm nhiệt độ còn sai số.
- Mô hình lò sấy chưa hoàn thiện về tính thẩm mỹ,chưa có độ đẹp của 1 sản phẩm thiết kế.
Hướng phát triển
Để ứng dụng hiệu quả trình điều khiển lò nhiệt trong sản xuất công nghiệp, cần cải thiện điều kiện thiết bị hiện tại Việc thiếu hụt cảm biến chính xác và số lượng cảm biến cần thiết là một trở ngại lớn Để mô hình hoạt động hoàn chỉnh và đáp ứng quy mô sản xuất lớn, việc trang bị thêm các cảm biến đo lường chất lượng là rất quan trọng.
Hệ thống có thể phát triển thêm một số chi tiết cho phù hợp với quy mô sản xuất công nghiệp như:
- Thiết kế thêm bộ tuần hoàn không khí nóng và tách ẩm để tiết kiệm năng lượng hơn.
- Thiết kế lưu thông không khí nóng sấy ngang để vật liệu sấy khô đều hơn và đảm bảo chất lượng hơn.
- Thi công phần cách nhiệt ,các lớp bảo ôn của lò hoàn thiện hơn.
- Thiết kế phần cơ khí phù hợp với quy sản xuất công nghiệp,như sấy kiểu lò hầm.Sấy băng tải.
- Thiết kế một lò nhiệt 3 pha để sản xuất trong công nghiệp.
Thiết kế một hệ thống SCADA hoàn chỉnh cho lò nhiệt, bao gồm kết nối Mạng Ethernet và Mạng PROFIBUS với nhiều trạm và PLC, sẽ nâng cao hiệu quả kinh tế và mang lại nhiều lợi ích trong việc quản lý, giám sát và điều khiển cả tại chỗ lẫn từ xa.