gia nhiệt máy tiệt trùng trong dây chuyền sản xuất nước dừa part7 pps

Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện Trờng DHNNI - HN 67 dứa đợc bơm vào binh chứa ta ấn nút start báo hiệu nớc dứa đã sẵn sàng đồng thời nồi hơi cấp nhiệt, tháp nớc, máy làm lạnh cũng đã sẵn sàng hoạt động. Máy bơm 1 và máy bơm 2 hoạt động. Máy bơm 1 bơm nớc dứa từ bình chứa qua hệ thống gia nhiệt kiểu ống lồng ống. Đồng thời lúc đó, máy bơm 2 hoạt động hút nớc nóng tuần hoàn qua hệ thống gia nhiệt kiểu ống lồng ống. Để tăng hiệu quả gia nhiệt hai dòng nớc nóng và nớc dứa chuyển động ngợc chiều nhau. Nhiệt độ của sản phẩm đảm bảo ở 95 o C tại đầu ra thiết bị gia nhiệt kiểu ống lồng ống này ta đặt một cảm biến nhiệt độ để xác định nhiệt độ sản phẩm và gửi tín hiệu về PLC. Khi nhiệt độ sản phẩm nhỏ hơn 95 o C, PLC sẽ tác động mở van hơi cấp nhiệt làm nóng nớc, nớc nóng lên sẽ đợc đi gia nhiệt cho sản phẩm. Ngợc lại khi nhiệt độ lớn hơn 95 o C thì PLC sẽ tác động đóng van hơi cấp nhiệt cho nớc, làm giảm nhiệt độ sản phẩm xuống. Quá trình đó đợc diễn ra một cách liên tục nhờ cảm biến nhiệt và sự điều khiển của PLC, đảm bảo cho nhiệt độ của sản phẩm đúng yêu cầu. Quá trình này diễn ra liên tục dợc lu giữ trong khoảng 30 giây sau đó máy bơm 3 hoạt động hút nớc tháp từ tháp nớc vào thiết bị giảm nhiệt độ cho sản phẩm hạ nhiệt sản phẩm xuống còn khoảng 32 o C quá trình này đợc chảy một cách tuần hoàn mà không cần sự điều khiển của PLC . Sau đó máy bơm nớc đá là máy bơm 4 hoạt động bơm nớc đá vào thiết bị hạ nhiệt cho sản phẩm xuống còn khoảng 30 o C. Thiết bị hạ nhiệt của sản phẩm bằng nớc tháp và nớc đá cũng là thiết bị kiểu ống lồng ống. Tại đầu ra của thiết bị ống lồng ống hạ nhiệt độ của sản phẩm bằng nớc đá ta cung đặt một cảm biến nhiệt độ. Nh ở quá trình gia nhiệt cảm biến nhiệt này cung làm nhiệm vụ là cung cấp tín hiệu về cho PLC điều khiển van nớc đá thay cho van hơi nớc nóng. Nhiệt độ sản lớn hơn 30 o C thì PLC sẽ tác động mở van nớc đá làm nớc lạnh lên rồi đi hạ nhiệt cho sản phẩm. Ngợc lại nếu nhiệt độ nhỏ hơn 30 o C thì PLC tác động đóng van nớc đá ngừng làm lạnh cho nớc. Quá trình này cũng diễn ra một cách liên tục và không bi gián đoạn. Khi kết thúc chơng quá trình thanh trùng này thì máy bơm 5 hoạt động và hút nớc dứa ra máy rót để rót vào túi mang đi bảo quản Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện Trờng DHNNI - HN 68 4.4 Xây dựng sơ đồ thuật toán Để xây dựng chơng trình điều khiển quá trình gia nhiệt tại khâu gia nhiệt của dây chuyền sản xuất nớc dứa cô đặc ta xây dựng sơ đồ thuật toán: T > 95 0 C T< 95 0 C T > 30 0 C T < 30 0 C Bình chứa, thá p nớc, má y l ạ nh ĐC1, ĐC2 hoạt độn g H ệ thốn g đèn 1 sán g Van tắt Đóng T = 95 0 C Van sáng Mở ĐC3 hoạt độn g H ệ thốn g đèn 2 sán g ĐC4 hoạt độn g H ệ thốn g đèn 3 sán g T = 30 0 C Van tắt Đóng Van sáng Mở ĐC5 hoạt động Đèn máy giót sáng Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện Trờng DHNNI - HN 69 Hình4.3: Sơ đồ thuật toán công nghệ quá trình gia nhiệt tại khâu tiệt trùng 4.5 Điều khiển lập trình bằng PLC Thiết bị lập trình ta sử dụng là Simatic S7 - 200 CPU224. Từ sơ đồ thuật toán của quá trình gia nhiệt ta lập đợc chơng trình điều khiển mô hình. Để thuận lợi trong việc viết chơng trình điều khiển ta sử dụng các ký hiệu cho các phần tử và phân công tín hiệu vào ra nh trong bảng sau: Phân công tín hiệu vào Địa chỉ Phần tử I0.0 I0.1 Aiw0 AIW2 Khởi động hệ thống (Start) Dừng hệ thống (Stop) Cảm biến nhiệt độ Cảm biến nhiệt độ Phân công tín hiệu ra Địa chỉ Phần tử Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 Q0.6 Q0.7 Sản phẩm đa tới thùng đa đi thanh trùng Máy lạnh, tháp nớc làm việc. Máy hút nớc dứa, nớc nóng hoạt động Sản phẩm đợc đa gia nhiệt Điều khiển van hơi Máy hút nớc tháp hoạt động, nớc dứa đợc hạ nhiệt Điều khiển van nớc đá Máy hút nớc đá hoạt động,nớc dứa đợc hạ nhiệt Máy hút nớc dứa đến máy rót Nớc dứa đến máy rót B¸o c¸o tèt nghiÖp Lª M¹nh Hïng Líp tù ®éng ho¸ 46 Khoa c¬ ®iÖn – Tr−êng DHNNI - HN 70 Ch−¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn m« h×nh ®−îc viÕt nh− sau: NETWORK 1 LD I0.0 AN I0.1 O Q0.0 S Q0.0, 1 TON T37, +50 NETWORK 2 LD T37 S Q0.1, 1 TON T38, +100 NETWORK 3 MOVW +0, AC0 AENO MOVW AIW0, AC0 AENO ITD AC0, AC0 AENO DTR AC0, AC1 AENO DIV +32767, AC1 AENO MUL +10, AC1 AENO AR<= AC1, 1.0 S Q0.2, 1 B¸o c¸o tèt nghiÖp Lª M¹nh Hïng Líp tù ®éng ho¸ 46 Khoa c¬ ®iÖn – Tr−êng DHNNI - HN 71 NETWORK 4 LD T38 S Q0.3, 1 TON T39, +100 NETWORK 5 LD T39 S Q0.4, 1 TON T40, +100 NETWORK 6 MOVW +0, AC0 AENO MOVW AIW0, AC0 AENO ITD AC0, AC0 AENO DTR AC0, AC1 AENO DIV +32767, AC1 AENO MUL +10, AC1 AENO AR>= AC1, 1.0 S Q0.5, 1 NETWORK 7 LD T40 Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện Trờng DHNNI - HN 72 S Q0.6, 1 TON T41, +20 NETWORK 8 LD T41 S Q0.7, 1 4.6. Thiết kế và lắp ráp mô hình 4.6.1 Mục đích của việc thiết kế và lắp ráp mô hình Khi nghiên cứu các dây chuyền sản xuất, đặc biệt là các dây chuyền đã đợc tự động hoá. Việc nghiên cứu các thiết bị điều khiển trong dây chuyền sản xuất là rất quan trọng và cần thiết. Các thiết bị điều khiển hoạt động ra sao, cấu tạo của các thiết bị đó nh thế nào, hoạt động và sự phối hợp của các thiết bị điều khiển với các thiết bị khác trong dây chuyền sản xuất nh thế nào? Tất cả những điều đó sẽ trở lên đơn giản hơn rất nhiều khi ta thiết kế và lắp ráp mô hình điều khiển dây chuyền sản xuất đó. Từ việc thiết kế này cũng giúp cho chúng ta sáng tạo hơn và học hỏi đợc nhiều kiến thức thực tế hơn. Đặc biệt là sự khác nhau giữa lý thuyết và thực tế về tự động hoá. 4.6.2 Thiết kế các thiết bị trong mô hình Do điều kiện các thiết bị của dây chuyền khá hiện đại và phức tạp nên mô hình chỉ có thể đợc thiết kế dới dạng bảng điều khiển. Trong đó các thiết bị đợc mô phỏng bằng đèn hoặc mô tơ nhỏ. Cụ thể: - Các máy bơm đợc mô phỏng bằng các mô tơ điện một chiều với điện áp 12V. - Các thiết bị khác nh thùng chứa, bình cấp nhiệt, tháp nớc, máy làm lạnh đợc mô phỏng bằng các hệ thống đèn led. - Van hơi và thiết bị trao đổi nhiệt đợc mô phỏng bằng đèn Led. - Để tạo nhiệt độ cho cảm biến nhiệt ta sử dụng các đèn 220V công suất 40W. Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện Trờng DHNNI - HN 73 - Các đờng biểu diễn sản phẩm và nớc nóng đợc mô phỏng bằng các đèn LED màu khác nhau trên mô hình. 4.6.3 Thiết kế cảm biến nhiệt 1. Các định nghĩa và đạc trng của cảm biến Các đại lợng vật lý là các đối tợng đo lờng nh nhiệt độ áp suất gọi là các đại lợng cần đo m. Sau khi tiến hành các công đoạn thực hiện để đo m (cùng các phơng tiện điện tử để xử lý). Ta nhận đợc các đại lợng tơng ứng đầu ra. Đại lợng điện này cùng với sự biến đổi của nó chứa đựng tất cả các thông tin cần thiết để nhận biết m. việc đo đạc đợc m là nhờ các cảm biến. Cảm biến là mọi thiết bị chịu tác động của đại lợng cần đo m không có tính chất điện và cho một đặc trng mang bản chất điện (nh điện tích , điện áp), dòng điện trở kháng ký hiệu là .Đặc trng của là đại lợng cần đo m. = F(m) Trong đó là đại lợng đầu ra hoặc là phản ứng của cảm biến. m là đại lợng đầu vào hay kích thích. Việc đo đại lợng cho phép nhận biết giá trị m. Biểu thức (*) trên là dạng lý thuyết vật của định luật vật lý biểu diễn sự hoạt động của cảm biến đồng thời là dạng số của biểu diễn sự phụ thuộc của nó vào cấu tạo (hình học và kích thớc), vật liệu cảm biến đôi khi còn phụ thuộc vào môi trờng và chế độ sử dụng (nhiệt độ, nguồn nuôi). Đối với mọi cảm biến, để có thể khai thác biểu thức trên cần phải chuẩn bị cảm biến với một loạt các giá trị đã biết chính xác của m. Để sử dụng, ngời ta chế tạo cảm biến sao cho có sự liên hệ tuyến tính giữa biến thiên đầu ra và biến thiên đầu vào m . = . m (**) Trong đó : là độ nhạy cảm biến Đại lợng cần đo (m) Cảm biến Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện Trờng DHNNI - HN 74 Đại lợng điện (S) Một trong những vấn đề quan trọng khi thiết kế và sử dụng cảm biến là làm sao cho độ nhạy của chúng không đổi nghĩa là ít phụ thuộc vào yếu tố sau: - Giá trị của đại lợng cần đo (độ tuyến tính) và giải thông. - Thời gian sử dụng - ảnh hởng của các đại lợng vật lý khác của môi trờng xung quanh vì cảm biến là một phần tử của mạch điện, có thể coi cảm biến: + Hoặc nh một máy phát trong đó là điện tích, điện áp hay dòng điện gọi là cảm biến tích cực. + Hoặc nh một trở kháng, trong đó là điện trở, độ tự cảm hoặc điện dung gọi là cảm biến thụ động. 2. Cảm biến nhiệt. Do nội dung của đề tài chúng ta chi sử dụng cảm biến nhiệt do vậy chung ta cần tìm hiểu rõ về nguyên lý và sơ đồ điện của cảm biến nhiệt. - Vai trò của cảm biến nhiệt. Trong dây chuyền sản xuất nớc dứa cô đặc mà chung ta nghiên cứu thì nhiệt độ luôn đóng vai trò quyết định đến chất lợng sản phẩm của đầu ra. Mà ta đã biết trong tất cả các đại lợng vật lý, nhiệt độ đợc quan tâm nhiều nhất vì nhiệt độ đợc đóng vai trò quyết định đến nhiều tính chất của vật chất. Dụng cụ đo nhiệt độ đơn giản nhất là sử dụng nhiệt kế sử dụng hiện tợng dãn nở nhiệt. Để chế tạo các bộ cảm biến nhiệt độ ngời ta sử dụng nhiều các nguyên lý cảm biến khác nhau nh: Các nhiệt điện trở, nhiệt ngẫu, phơng pháp dựa trên sự giãn nở của vật rắn, chất lỏng hoặc khí hoặc dựa trên tốc độ âm. Để đo đợc trị số chính xác của nhiệt độ là vấn đề không đơn giản. Đa số các đại lợng vật lý đều có thể xác định trực tiếp nhờ so sánh chúng với cùng một đại lợng cùng bản chất. Những đại lợng nh vậy gọi là đại lợng mở rộng bởi vì chúng có thể đợc xác định bằng bội số hoặc ớc số của đại Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện Trờng DHNNI - HN 75 lợng chuẩn (đại lợng so sánh). Ngợc lại, nhiệt độ là đại lợng gia tăng: việc nhân hoặc chia nhiệt độ không có một ý nghĩa vật lý rõ ràng. Nhiệt độ là đại lợng chỉ có thể đo gián tiếp trên cơ sở tính chất của vật phụ thuộc vào nhiệt độ. Có nhiều cách đo nhiệt độ, trong đó có thể liệt kê các phơng pháp chính sau đây: + Phơng pháp quang dựa trên sự phân bố phổ bức xạ nhiệt độ do dao động nhiệt ( hiệu ứng Doppler). + Phơng pháp cơ dựa trên sự giãn nở của vật rắn, của chất lỏng hoặc khí (với áp suất không đổi), hoặc dựa trên tốc độ âm. + Phơng pháp điện dựa trên sự phụ thuộc của điện trở vào nhiệt độ, hiệu ứng Seebeck, hoặc dựa trên sự thay đổi tần số dao động của thạch anh. Trong dây truyền sản xuất cảm biến nhiệt đợc sử dụng một rất nhiều hầu hết ở các khâu nh gia nhiệt sơ bộ, khâu cô, khâu tiệt trùng. Trong máy tiệt trùng thì khi sản phẩm đợc gia nhiệt qua hệ thống gia nhiệt, nhiệt độ của sản phẩm sẽ đợc thu nhận qua Sensor. Nhiệt độ do sensor thu nhận đợc sẽ chuyển đổi thành tín hiệu điện là tín hiệu Analog và đợc đa tới cổng nhập của PLC. Tại đây tín hiệu đợc đọc vào và xử lý để điều khiển, tác động lên đối tợng thông qua mạch điều khiển và cơ cấu chấp hành điều khiển các van hơi nớc nóng và van nớc đá để đảm bảo nhiệt độ của sản phẩm đúng với yêu cầu kỹ thuật của dây chuyền sản xuất. Việc đo nhiệt độ đợc tiến hành nhờ các dụng cụ hỗ trợ chuyên biệt nh: + Cặp nhiệt điện. + Nhiệt kế điện kế kim loại. + Nhiệt điện trở kim loại. + Nhiệt điện trở bán dẫn. + Cảm biến thạch anh. Do trong đề tài nhiệt độ chỉ biến thiên trong khoảng từ 0 0 C đến 100 0 C lên việc sử dụng các IC cảm biến nhiệt để đo nhiệt độ là một phơng pháp thông dụng Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện Trờng DHNNI - HN 76 đợc dùng trong đề tài này tiêu biểu là cảm biến nhiệt LM335, nên ở đây ta chỉ tìm hiểu và giới thiệu về IC cảm biến nhiệt. - Nguyên lý hoạt động chung của IC đo nhiệt độ. IC đo nhiệt độ là một mạch tích hợp nhận tín hiệu là nhiệt độ chuyển thành tín hiệu điệnđới dạng dòng điện hay điện áp. Dựa vào đặc tính rất nhạy của các bán dẫn với nhiệt độ, tạo ra điện áp hoặc dòng điện, tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối. Đo tín hiệu điện ta biết đợc giá trị của nhiệt độ cần đo. Sự tác động của nhiệt độ tạo ra điện tích tự do và các lỗ trống trong chất bán dẫn. Bằng sự phá vỡ các phần tử, bứt các electron thành dạng tự do di chuyển qua vùng cấu trúc mạng tinh thể tạo sự xuất hiện các lỗ trống. Làm cho tỉ lệ điện tử tự do và lỗ trống tăng lên theo quy luật hàm số mũvới nhiệt độ. Để đo nhiệt độ đợc chính xác, tất nhiên cần có một đầu dò thích hợp. Đầu dò là một cảm biến nhiệt độ có nhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu từ nhiệt độ sang tín hiệu điện áp. Có rất nhiều loại cảm biến, nhng dựa vào lý thuyết và thực tế của mạch cần thiết kế ta dùng phơng pháp đo bằng IC cảm biến nhiệt độ. Các IC cảm biến nhiệt độ có độ chính xác cao, dễ tìm trên thị trờng hiện nay, đồng thời nó có những đặc tính phù hợp với thiết kế chi tiết của mạch, và trong mạch này ta dùng loại LM335. Dới đây là một số thông số kỹ thuật về LM 335. - Đặc tính kỹ thuật + Hình dạng bên ngoài nh sau: Hình 4.4: Hình dáng bên ngoài của LM335 . nhiệt sơ bộ, khâu cô, khâu tiệt trùng. Trong máy tiệt trùng thì khi sản phẩm đợc gia nhiệt qua hệ thống gia nhiệt, nhiệt độ của sản phẩm sẽ đợc thu nhận qua Sensor. Nhiệt độ do sensor thu nhận. ráp mô hình Khi nghiên cứu các dây chuyền sản xuất, đặc biệt là các dây chuyền đã đợc tự động hoá. Việc nghiên cứu các thiết bị điều khiển trong dây chuyền sản xuất là rất quan trọng và cần. điện của cảm biến nhiệt. - Vai trò của cảm biến nhiệt. Trong dây chuyền sản xuất nớc dứa cô đặc mà chung ta nghiên cứu thì nhiệt độ luôn đóng vai trò quyết định đến chất lợng sản phẩm của đầu