Báo cáo tốt nghiệp Đinh Văn Hùng - TĐH46 Khoa Cơ Điện Trờng đại học NNI 52 khắt khe về chất lợng sản phẩm đó là việc kiểm tra độ BX. Độ BX là độ đờng và độ chua của nớc dứa. Ngoài ra khâu tinh lọc còn có vai trò chế biến nớc ép thành phẩm với những loại sản phẩm khác nhau nh phân chia ra làm các loại nớc ép loại 1 và loại 3 theo yêu cầu khách hàng. Khâu tinh lọc là khâu có yếu tố quyết định đến tính chất sản phẩm, với mức độ tự động hóa rất cao bằng thiết bị điều khiển PLC và tiết kiệm đợc nhân công, đảm bảo tính đồng bộ của dây chuyền và đòi hỏi độ chính xác cao. Vì những vai trò và lý do trên nên tôi quyết định chọn khâu tinh lọc nớc dứa sau khi cô đặc để thực hiện xây dựng mô hình điều khiển bằng PLC. 3.2. Sơ đồ thiết bị và nguyên lý hoạt động khâu tinh lọc 3.2.1. Sơ đồ thiết bị Sơ đồ nh hình 3.1 Nguồn nhiệt ĐC2 2 ĐC1 Tank chứa2 Tank chứa1 Bình chứa 300L van hơi . Báo cáo tốt nghiệp Đinh Văn Hùng - TĐH46 Khoa Cơ Điện Trờng đại học NNI 53 Hình 3.1. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của khâu tinh lọc 3.2.2. Nguyên lý hoạt động a. Gia nhiệt: Nớc dứa từ bồn chứa 300 lit sẽ đợc bơm bởi động cơ 1 (ĐC1) vào thiết bị gia nhiệt nhằm tiệt trùng sơ bộ. Thiết bị gia nhiệt là dạng thiết bị ống lồng ống nghĩa là có một ống cho dịch quả đi qua theo một chiều và hai ống khác tiếp xúc với ống dịch quả cho hơi nớc nóng đi qua theo chiều ngợc lại để gia nhiệt cho dịch quả. Yêu cầu của việc gia nhiệt cho sản phẩm là đến nhiệt độ khoảng 60 0 C - 80 0 C . b. Thùng chứa 1: Dịch quả sau khi gia nhiệt đợc bơm 2 (ĐC2) bơm vào thùng chứa 1. Khi mức dịch quả đạt đợc 1/3 thùng thì bật cánh khuấy (ĐC5) để khuấy dịch nhằm làm cho dịch đợc đều trớc khi đa vào ly tâm. Khi ngừng máy thời gian lu dịch quả phải nhỏ hơn 2 giờ, nếu quá 2 giờ thì phải lấy mẫu để kiểm tra trớc khi tiếp tục sản xuất. Đ C 4 ĐC6 Decanter (ly tâm) Gia nhit Các cánh khuấy đợc quay bởi ĐC3, ĐC7 ĐC5 quay ly tâm . Báo cáo tốt nghiệp Đinh Văn Hùng - TĐH46 Khoa Cơ Điện Trờng đại học NNI 54 c. Decanter Thùng chứa 2: Dịch quả từ thùng chứa 1 đợc bơm bởi động cơ 3 (ĐC3) vào máy Decanter (ly tâm) tại đây thực hiện việc ly tâm để tách thịt quả khỏi dịch quả. Thiết bị ly tâm là ống quay kiểu màng thủng, thực hiện theo phơng pháp ly tâm quay với tốc độ cao cả hỗn hợp dịch gồm thịt quả và dịch quả để tách thịt quả ra khỏi dịch quả sao cho đạt yêu cầu đề ra của khách hàng cụ thể yêu cầu của khu vực ly tâm nớc ép loại 1 và loại 3 nh sau: - Nớc ép loại 1: Tùy mức độ sạch của thịt quả, mà điều chỉnh ly tâm tần số quay của máy cho phù hợp và phải đảm bảo hòa đều nớc sau ly tâm nớc ép loại 1 và 3 phải đảm bảo tỷ lệ thịt quả đạt yêu cầu khách hàng. - Nớc ép loại 3: Việc ly tâm nớc ép loại 3 sẽ đợc thực hiện vào giờ gần thời điểm bắt đầu ly tâm. Khi chuyển sang ly tâm nớc ép 3 sẽ ly tâm cho đến hết nớc ép 3 sẽ ly tâm tiếp nớc ép 1. Nớc ép 3 đợc ly tâm theo hai lần : + Lần 1 ly tâm từ thùng 3 - > thùng 4 lu lợng ly tâm là 8000 lit/giờ + Lần 2 ly tâm từ thùng 4 - > thùng lu lợng ly tâm là 8000 lit/gờ. Tùy theo mức độ sạch, màu sắc của nớc ép 3 mà có thể điều chỉnh lu lợng cho phù hợp để đảm bảo lợng thịt quả sau khi ly tâm lần 2 phải < 0,5%. Trớc và sau khi ly tâm lần 3 phải thực hiện xả đáy để loại bỏ phần thịt quả bẩn chìm nổi ở trong thùng chứa. Việc đo độ BX phải thực hiện định kỳ 30 phút/lần và phải đo thùng 2 để đảm bảo chất lợng sản phẩm. Dịch lọc xong đợc chứa vào thùng 2, khi đạt mức 1/3 thì bật cánh khuấy, phần bã lọc ra đợc đa ra Silo thông qua bơm đẩy. Khi ngừng máy ta cũng chú ý đến thời gian lu giữ, nếu quá 2h thì phải lấy sản phẩm ra kiểm tra trớc khi tiếp tục sản xuất. 3.3. Thiết kế và lắp ráp mô hình 3.3.1. Sơ đồ khối chức năng Nhiệt độ Cảm biến PLC Mạch điều khiển rơle . Báo cáo tốt nghiệp Đinh Văn Hùng - TĐH46 Khoa Cơ Điện Trờng đại học NNI 55 ** Nhiệm vụ từng khối: + Khối nhiệt độ là khối tạo nguồn nhiệt của sản phẩm. Do mô hình chỉ có tính tợng trng mô phỏng sự làm việc của dây chuyền nên khối nhiệt ở đây đợc tạo bằng các đèn sợi đốt. + Khối cảm biến có tác dụng đo nhiệt độ sản phẩm và khuếch đại tín hiệu, để đa vào PLC xử lý và đa quyết định điều khiển các cơ cấu chấp hành có trong dây chuyền khâu tinh lọc. + Khối PLC có tác dụng thu thập tín hiệu từ cảm biến, sau đó xử lý và đa quyết định điều khiển đến các cơ cấu chấp hành trong dây chuyền. + Khối cơ cấu chấp hành là các thiết bị chấp hành có trong dây chuyền thực hiện các thao tác vận hành dây chuyền. Khối này gồm các động cơ, các van. 3.3.2. Thiết kế và phân tích nguyên lý hoạt động từng khối 1- Khối nhiệt độ Nh đã đề cập ở trên thì khối nhiệt độ sẽ đợc mô phỏng bằng nhiệt độ của các bóng đèn điện áp 220V - 100W. Các đèn sẽ tạo nguồn nhiệt để trong một hộp coi nh vùng nhiệt độ sản phẩm. Việc điều khiển cấp nhiệt là việc đóng cắt các đèn sợi đốt để tăng hoặc hạ nhiệt độ sản phẩm. 2 Khối cảm biến Cảm biến đợc định nghĩa nh một thiết bị dùng để biến đổi các đại lợng vật lý và các đại lợng không điện cần đo thành các đại lợng điện có thể đo đợc (nh dòng điện, điện thế, điện dung, trở kháng). Nó là thành phần quan trọng nhất trong một thiết bị đo hay trong một hệ điều khiển tự động. Có thể nói rằng Các cơ cấu chấp hành . Báo cáo tốt nghiệp Đinh Văn Hùng - TĐH46 Khoa Cơ Điện Trờng đại học NNI 56 nguyên lý hoạt động của một cảm biến, trong nhiều trờng hợp thực tế, cũng chính là nguyên lý của phép đo hay của phơng pháp điều khiển tự động. Các đại lợng vật lý là đối tợng đo lờng nh nhiệt độ, áp suất là các đại lợng cần đo. Sau khi tiến hành các công đoạn để tiến hành đo các đại lợng này ta nhận đợc đại lợng điện tơng ứng ở 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 đối tợng cần đo. Việc đo đạc các đối tợng này thực hiện đợc là nhờ có các cảm biến. Vậy cảm biến là một thiết bị chịu tác động của đại lợng cần đo không có tính chất điện và cho ta một đặc trng mang bản chất điện ( nh điện tích, điện áp, dòng điện, trở kháng ). ** Vai trò của cảm biến trong quá trình tự động hoá. Đã từ lâu cảm biến đợc sử dụng nh những bộ phận để cảm nhận và phát hiện, nhng chỉ từ vài chục năm trở lại đây chúng mới thể hiện rõ vai trò quan trọng trong các hoạt động của con ngời. Nhờ các tiến bộ của khoa học và công nghệ trong lĩnh vực vật liệu, thiết bị điện tử và tin học các cảm biến đã có kích thớc nhỏ hơn, cải thiện tính năng và ngày càng mở rộng phạm vi ứng dụng. Giờ đây không có một lĩnh vực nào mà ở đó không có sử dụng các cảm biến. Chúng có mặt trong các hệ thống tự động phức tạp, ngời máy, kiểm tra chất lợng sản phẩm, tiết kiệm năng lợng, chống ô nhiễm môi trờng. Cảm biến cũng đợc ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực giao thông vận tải, hàng tiêu dùng, bảo quản thực phẩm, ô tô, trò chơi điện tử v.v a. Thiết kế cảm biến nhiệt Trong tất cả các đại lợng vật lý, nhiệt độ là một trong những đại lợng đợc quan tâm nhiều nhất. Đo nhiệt độ là một phơng thức đo lờng không điện, đo nhiệt độ đợc chia thành nhiều dải nhiệt độ khác nhau nh sau: + Đo nhiệt độ thấp + Đo nhiệt độ trung bình + Đo nhiệt độ cao . Báo cáo tốt nghiệp Đinh Văn Hùng - TĐH46 Khoa Cơ Điện Trờng đại học NNI 57 - Có nhiều cách đo nhiệt độ khác nhau, trong đó có thể liệt kê các phơng pháp chính nh sau: + Phơng pháp quang dựa trên sự phân bố 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 chất 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. Việc đo nhiệt độ đợc tiến hành nhờ các dụng cụ hỗ trợ chuyên biệt nh: + Caởp nhieọt ngẫu + Nhiệt kế điện thế kim loại + Nhiệt điện trở kim loại + Nhiệt điện trở bán dẫn + Cảm biến thạch anh Việc sử dụng các IC cảm biến nhiệt để đo nhiệt độ là một phơng pháp thông dụng đợc sử dụng trong các ứng dụng mô phỏng thông thờng, nên ở đây tôi chọn phơng án sử dụng IC này. ** Nguyên lý hoạt động chung của IC đo nhiệt độ IC đo nhiệt độ là một mạch tích hợp nhận tín hiệu nhiệt độ chuyển thành tín hiệu điện dới dạng điện áp. + Sơ đồ nguyên lý mạch của LM335 nh sau: . Báo cáo tốt nghiệp Đinh Văn Hùng - TĐH46 Khoa Cơ Điện Trờng đại học NNI 58 Dựa vào đặc tính rất nhạy của các bán dẫn với nhiệt độ, tạo ra điện áp hoặc dòng điện, tỷ 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 các bán dẫn, bằng sự phá vỡ các phân 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 tỷ lệ điện tử tự do và lỗ trống tăng lên theo quy luật hàm mũ với 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 IC LM335, dới đây là một số đặc điểm kỹ thuật về LM 335. * Đặc tính kỹ thuật + Hình dạng bên ngoài . Báo cáo tốt nghiệp Đinh Văn Hùng - TĐH46 Khoa Cơ Điện Trờng đại học NNI 59 + Sơ chân nối của nó nh sau: Sơ đồ nhìn từ dới chân thiết bị + V + và V - là hai đầu nguồn đặt của cảm biến + ADJ là chân chuẩn điều kiện làm việc đầu ra của cảm biến. *Tính chất cơ bản của LM335: - LM335 có độ biến thiên theo nhiệt độ là: 10mV / 1 0 C - Độ chính xác cao, tính năng cảm biến nhiệt độ rất nhạy, ở nhiệt độ 25 0 C nó có sai số không quá 1%. Với khoảng đo từ 0 0 C 128 0 C, tín hiệu ngõ ra tuyến tính liên tục với những thay đổi của tín hiệu ngõ vào. - Thông số kỹ thuật: + Tiêu tán công suất thấp + Dòng làm việc từ 450 m A - 5mA . B¸o c¸o tèt nghiƯp §inh V¨n Hïng - T§H46 Khoa C¬ §iƯn Tr−êng ®¹i häc NNI 60 + Dßng ®iƯn ng−ỵc 15mA + Dßng ®iƯn thn 10mA + §é chÝnh x¸c : khi lµm viƯc ë nhiƯt ®é 25 0 C víi dßng lµm viƯc 1mA th× ®iƯn ¸p ngâ ra tõ 2,94V - 3,04V. - §¨c tÝnh ®iƯn: Theo th«ng sè cđa nhµ s¶n xt, quan hƯ gi÷a nhiƯt ®é vµ ®iƯn ¸p ngâ ra nh− sau: V out = 0,01xT 0 K = 2,73 + 0,01xT 0 C VËy øng víi kho¶ng ho¹t ®éng tõ 0 0 C - 100 0 C ta cã sù biÕn thiªn ®iƯn ¸p ngâ ra nh− sau: ë 0 0 C th× ®iƯn ¸p ngâ ra V out = 2,73 (V) ë 5 0 C th× ®iƯn ¸p ngâ ra lµ V out = 2,78 (V) ë 100 0 C th× ®iƯn ¸p ngâ ra V out =3,73 (V) Kho¶ng biÕn thiªn ®iƯn ¸p t−¬ng øng lµ 1V víi kho¶ng nhiƯt ®é tõ 0 0 C – 100 0 C ** Thiết kế cụ thể mạch cảm biến dùng LM335 + S¬ ®å m¹ch nh− sau: H×nh 3.2. S¬ ®å m¾c kh«ng chn hãa §iƯn ¸p ®Ỉt ë ®©y lµ +5V. §©y lµ s¬ ®å m¾c lµm viƯc ë chÕ ®é ch−a chn hãa tøc lµ kh«ng ë 25 0 C. Ngoµi ra ta cßn cã c¸ch m¾c ®Ĩ chn hãa ®iỊu kiƯn chn nh− sau. LM335 . Báo cáo tốt nghiệp Đinh Văn Hùng - TĐH46 Khoa Cơ Điện Trờng đại học NNI 61 Hình 3.3. Sơ đồ mắc chuẩn hóa + Tính toán và chọn linh kiện Ta có 450 m A < I R < 5mA 450m A < (5-V 0 )/R< 5mA (5-V 0 )/5mA < R <(5-V 0 )/ 450m A Vì : 2,73 < V 0 3,73 Mặt khác, theo thông số của nhà sản xuất điện áp trên LM335 tại T c = 25 0 C, I R = 1mA thì V 0 = 2,98 (V) vậy ta có: 450 m A < (5-2,98)/R < 5mA Nên 424 < R < 4,7K Từ đó ta chọn R = 1K b **Thiết kế mạch khuếch đại Để tạo khoảng so sánh tín hiệu lấy ra ứng với điều kiện làm việc của môi trờng ta cần một mạch khuếch đại khoảng biến thiên của tín hiệu ra. Đây là mạch so sánh tín hiệu ra của cảm biến với tín hiệu đặt điện áp ứng với điệu kiện làm việc nhiệt độ môi trờng ngoài. Vì khoảng biến thiên điện áp của bộ cảm biến là 1V với khoảng biến thiên nhiệt độ từ 0 0 C - 100 0 C. Trong khi đó, yêu cầu mạch đầu vào của PLC có mức điện áp từ 0V - 10V, vì vậy ta sử dụng mạch khuếch đại tín hiệu điện LM335 . . của nhiệt độ cần đo. Sự tác động của nhiệt độ tạo ra điện tích tự do và các lỗ trống trong các bán dẫn, bằng sự phá vỡ các phân tử, bứt các electron thành dạng tự do di chuyển qua vùng cấu. này gồm các động cơ, các van. 3.3.2. Thiết kế và phân tích nguyên lý hoạt động từng khối 1- Khối nhiệt độ Nh đã đề cập ở trên thì khối nhiệt độ sẽ đợc mô phỏng bằng nhiệt độ của các bóng. nhau nh phân chia ra làm các loại nớc ép loại 1 và loại 3 theo yêu cầu khách hàng. Khâu tinh lọc là khâu có yếu tố quy t định đến tính chất sản phẩm, với mức độ tự động hóa rất cao bằng thiết