Báo cáo tốt nghiệp Đinh Văn Hùng - TĐH46 Khoa Cơ Điện Trờng đại học NNI 62 áp, với hệ số khuếch đại 10 lần cho đầy mức giới hạn đầu vào của PLC sơ đồ nh (hình 3.2). Hình 3.4. Sơ đồ mạch khuếch đại Theo nh hình trên thì V + và V - đợc tính nh sau: V + = R 4 .V 2 /(R 2 + R 4 ) V - = (V 0 V 1 ) . R 5 /(R 3 + R 5 ) V 1 Vì : V + = V - suy ra R 4 .V 2 /(R 2 + R 4 ) = (V 0 V 1 ) . R 5 /(R 3 + R 5 ) V 1 V1 V2 V0 VR1 . Báo cáo tốt nghiệp Đinh Văn Hùng - TĐH46 Khoa Cơ Điện Trờng đại học NNI 63 V 1 : là điện áp ngõ vào đảo của bộ khuếch đại và V 1 = 2,73 V V 2 : là tín hiêu ra của cảm biến và V 2 = 2,73 + 0,01xT 0 C V 0 : là điện áp ngõ ra của OA và V 0 = K(V 2 V 1 ) K : là hệ số khuếch đại Nh vậy ta xét ở nhiệt độ 0 0 C thì V 2 = V 1 ; V 0 = 0V = > R 4 /(R 2 + R 4 ) = R 5 /(R 3 + R 5 ) Để đơn giản ta chọn R 2 = R 3 ; R 4 = R 5 nh vậy: V 0 = (V 2 V 1 ).R 5 /R 3 Chọn hệ số khuếch đại K = R 5 / R 3 = 10 Mặt khác ta có dòng của OA là I 0 < 20mA, nên dòng hồi tiếp I f << 20mA = > I f = (V 0 V 1 )/(R 3 + R 5 ) << 20mA = > R 3 + R 5 >> (V 0 V 1 )/20mA Mà V 0max =10V V 1 = 2,73V = > R 3 + R 5 >> 2,27/ 20mA Hay 6R 3 >>2,27 / 20mA = > R 3 >>18,4 (Ohm) Chọn R 3 = 1k; R 5 = 10k; VR 1 = 15k Do đó R 1 = 100 (Ohm) c. Thieỏt keỏ cảm biến mức chất lỏng Mục đích của việc đo và phát hiện mức chất lu là xác định mức độ hoặc khối lợng chất lu trong các bình chứa. Có hai dạng đo là đo liên tục và xác định theo ngỡng. Khi đo liên tục, biên độ hoặc tần số của tín hiệu đo cho biết thể tích chất lu còn lại trong bình chứa. Khi xác định theo ngỡng, cảm biến đa ra tín hiệu dạng nhị phân cho biết thông tin về tình trạng hiện tại mức ngỡng có đạt hay không. Thông thờng ngời ta hay kết hợp cả hai loại đầu đo phát hiện ngỡng cao và ngỡng thấp để tự động hóa quy trình cung cấp và hút chất lu từ bình chứa. Có nhiều phơng pháp để thiết kế cảm biến mức chất lỏng nh: phơng pháp thủy tĩnh, phơng pháp điện, phơng pháp bức xạ. . Báo cáo tốt nghiệp Đinh Văn Hùng - TĐH46 Khoa Cơ Điện Trờng đại học NNI 64 * Trong phơng pháp điện thì ta phải sử dụng đến các cảm biến chuyên dụng, cảm biến này chuyển đổi trực tiếp mức thành các tín hiệu điện. Loại này có những cảm biến nh cảm biến độ dẫn chỉ dùng cho chất lu dẫn điện và không có tính ăn mòn, không lẫn thể vẩn cách điện. Cảm biến tụ điện có thể dùng cho cả chất lu dẫn điện hoặc không dẫn điện. * Phơng pháp bức xạ, u điểm của phơng pháp này là cho phép đo mức mà không cần tiếp xúc chất lỏng. Ưu điểm này rất thích hợp khi đo mức chất lu ở những điều kiện khắc nghiệt nh nhiệt độ cao, áp suất cao hoặc khi chất lu có tính ăn mòn mạnh. Phơng pháp bức xạ có những loại nh phơng pháp đo bằng hấp thụ tia gama, phơng pháp đo bằng sóng siêu âm. * Phơng pháp thủy tĩnh, trong phơng pháp này cảm biến hoạt động không phụ thuộc vào tính chất điện của chất lu, có thể đo ở chế độ liên tục hoặc gián đoạn. + Nếu đo liên tục ta phải kết hợp với một cảm biến khác chẳng hạn nh cảm biến vị trí để xác định sự thay đổi liên tục của mức chất lu đợc chuyển đổi thành tín hiệu điện, hoặc cảm biến lực để đo sự thay đổi lực tác động và chuyển đổi sang tín hiệu điện, hay cảm biến vi sai áp suất đo sự thay đổi áp suất. Cụ thể ta có các mô hình sau: Cảm biến Cảm biến lực vị trí h h a/ Cảm biến phao b/ Cảm biến hình trụ treo p 0 k . Báo cáo tốt nghiệp Đinh Văn Hùng - TĐH46 Khoa Cơ Điện Trờng đại học NNI 65 h k c/ Cảm biến áp suất vi sai d/ Cảm biến bao mức rời rạc + Đo gián đoạn, phơng pháp này là dùng các vị trí cố định mà ta đã xác định bằng cách đo và định chiều cao cụ thể trên thành bình chứa. Tại mỗi vị trí đó ta đặt một công tắc hành trình xác định tín hiệu tác động và dùng tín hiệu đó để đóng nguồn vào cho đầu vào của PLC để xử lý và đặt quyết định điều khiển đến các cơ cấu chấp hành. Cấu tạo cụ thể của cảm biến nh sau: Trong thực tế cảm biến mức của dây chuyền là một cảm biến dựa trên phơng pháp điện từ kết hợp với phơng pháp cơ có cấu tạo nh sau: Hình 3.5. Cấu tạo cảm biến mức **Nguyên lý hoạt động nh sau: Cảm biến mức này có tên là TF TL 260 hoạt động dựa trên độ dịch chuyển của chất lỏng dâng lên trong bình chứa. Nó kết hợp với một phao đặt trong bình và các cảm biến này đợc đặt ở các vị trí mức cần thiết để báo mức. Khi mức nớc dâng đến nơi thì phao nổi sẽ tác động vào các đầu dò và làm chúng tiếp xúc nhau làm thay đổi mức từ tính của van từ có trong cấu tạo của cảm biến. Sự thay đổi của từ tính sẽ chuyển thành tín hiệu điện và đợc đa vào PLC để làm tín hiệu đặt và xử lý đồng thời đa ra quyết định điều khiển đến các thiết bị chấp hành. Tuy nhiên trong mô hình của tôi, do điều kiện khách quan nên không thể thiết kế nh mô hình thực nên chỉ thay các tín hiệu mức bằng việc định thời gian trong PLC. Cả quá trình hoạt động của một mẻ đợc lập trong một khoảng thời . Báo cáo tốt nghiệp Đinh Văn Hùng - TĐH46 Khoa Cơ Điện Trờng đại học NNI 66 gian từ khi động cơ bơm sản phẩm đã đợc gia nhiệt cho đến khi bơm sản phẩm đã ly tâm vào bình chứa 2. Tổng thời gian một mẻ sẽ là 50 phút, trong đó thời gian bơm dịch quả từ bình gia nhiệt vào thùng chứa 1 là 15 phút. Thời gian đạt mức 1/3 thùng 1 là 5 phút và đầy là 15 phút. Thời gian bơm sản phẩm từ thùng chứa 1 vào máy ly tâm là 15 phút, hết mức 1/3 thùng 1 là 10 phút và đến mức cạn là 15 phút. Thời gian quay ly tâm là 5 phút. Thời gian bơm từ ly tâm vào thùng chứa 2 là 15 phút, thời gian đến mức 1/3 thùng 2 là 5 phút, đến mức đầy thùng 2 là 15 phút. Từ thời gian phân phối trên ta có thể có lu đồ nh sau ( hình 3.6). ĐC 2 bơm S p sau khi gia nhiệt 5 p hút sau mức 1/3 bình 1 15 p hút sau mức đầ y bình 1 Bật ĐC bơm S p vào l y tâm 10 p hút sau hết mức 1/3 bình 1 5 p hút sau đến mức c ạ n bình 1 Bật ĐC l y tâm tron g 5 p hút Bật ĐC bơm S p l y tâm vào bình 2 5 p hút sau đến mức 1/3 bình 2 10 p hút sau mức đầ y bình 2 . Báo cáo tốt nghiệp Đinh Văn Hùng - TĐH46 Khoa Cơ Điện Trờng đại học NNI 67 Hình 3.6. Lu đồ phân bố thời gian tạo tín hiệu mức thay thế 3.3.3. Mô tả hoạt động và lắp ráp mô hình mô phỏng 3.3.3.1. Mô tả hoạt động mô hình Nh đã đề cập ở trên sơ đồ dây chuyền gồm các thiết bị sau: + Các máy bơm dùng bơm nguyên liệu và quay cánh khuấy, quay máy ly tâm là các động cơ ĐC 1,2,3,4,5,6,7. Trong đó động cơ quay máy ly tâm đợc điều khiển bằng máy biến tần để có thể thay đổi tốc độ quay cho phù hợp với từng giai đoạn của sản phẩm. Tức là ứng với từng loại nớc dịch quả với tỷ lệ thịt quả còn lại theo yêu cầu khách hàng. + Các Tank chứa là các thùng chứa dịch nớc dứa với kết cấu phức tạp, trên đó gắn các cảm biến mức để đo mức chất lỏng. + Van đóng mở nguồn nhiệt. Nguồn nhiệt đợc cung cấp từ bên ngoài, nh vậy thì cần có một van để đóng mở nguồn nhiệt để nhiệt truyền đi theo đờng ống lu tới nơi cần cung cấp nhiệt. Van nhiệt có cấu tạo phức tạp với mức tác động nhanh dựa trên nguyên lý tác động theo sự thay đổi áp suất khi nhiệt độ thay đổi. + Máy ly tâm tách dịch quả là loại máy hoạt động theo nguyên lý ly tâm quay. + Thiết bị gia nhiệt ống lồng ống dùng để gia nhiệt sản phẩm. Nó hoạt động theo nguyên tắc tác động ngợc chiều, dòng sản phẩm và dòng nhiệt sẽ đợc lu thông ngợc chiều nhau điều này làm tăng hiệu quả trao đổi nhiệt. + Các cảm biến nhiệt, đo nhiệt độ sản phẩm và cảm biến mức đo mức nớc dứa trong bình chứa. Trong thực tế xây dựng mô hình khâu tinh lọc thì chúng tôi không thể làm nh mô hình thực tế và chỉ xây dựng mô hình với những tín hiệu mô phỏng mà thôi cụ thể là: + Các động cơ bơm hoạt động thì thay bằng tín hiệu hoạt động của các motor nhỏ quay. . Báo cáo tốt nghiệp Đinh Văn Hùng - TĐH46 Khoa Cơ Điện Trờng đại học NNI 68 + Các thùng chứa đợc thay bằng các bình nhỏ có tính chất tợng trng để cho mô hình chạy. + Cảm biến mức thay bằng các tín hiệu báo mức do việc định thời gian của PLC và đợc báo ra các đèn báo mức. + Nguồn nhiệt ở đây đợc tạo ra nhờ sức đốt nóng của các đèn sợi đốt. Dới đây là mô hình nguyên lý hoạt động của mô hình mô phỏng (hình 3.8). Rơle1 ĐC1 CT1 Rơle2 ĐC2 CT2 Rơle3 ĐC3 CT3 CT4 Rơle4 ĐC4 Rơle5 ĐC5 CT5 Rơle6 ĐC6 CT6 Rơle7 ĐC7 CT7 Rơle8 CT8 PLC . Báo cáo tốt nghiệp Đinh Văn Hùng - TĐH46 Khoa Cơ Điện Trờng đại học NNI 69 Nguồn nhiệt Hình 3.8. Sơ đồ mắc mô hình ** Nguyên lý hoạt động của sơ đồ Các công tắc ở đây dùng để mô tả tợng trng sự tác động của các đối tợng trong hệ thống vào đầu vào PLC, tức là có tín hiệu hay không có tín hiệu vào đầu vào PLC. Trên cơ sở đó PLC thực hiện xử lý theo chơng trình đã đợc viết, cụ thể nhiệm vụ từng công tắc nh sau: + Công tắc 1 (CT1) là công tắc khởi động, khi công tắc đóng tức là có tín hiệu vào đầu vào PLC. Chơng trình viết lu trong CPU sẽ xử lý và đa ra quyết định đến đầu ra để đóng rơle ngoài đóng nguồn cho động cơ 1 (ĐC1) và đóng van nhiệt. + Công tắc 2 (CT2) là công tắc dừng hệ thống. Khi công tắc này tác động tức là có tín hiệu báo dừng hoặc sự cố đợc đa tới đầu vào PLC, khi đó nhờ PLC xử lý theo chơng trình thì sẽ tác động làm tắt hết các động cơ và dừng hệ thống. + Công tắc 3 (CT3) là công tắc báo có tín hiệu mức cạn của thùng chứa1. Khi dịch quả đợc bơm vào bộ phận ly tâm từ trong thùng 1 hết, lúc đó tín hiệu từ việc so sánh thời gian trong PLC sẽ tác động, đa tín hiệu vào đầu vào PLC từ đó PLC đa ra quyết định đến đầu ra để tắt động cơ 3 (ĐC3) và động cơ 4 (ĐC4) bằng cách ngắt các rơle tơng ứng. + Công tắc 4 (CT4) là công tắc báo mức 1/3 thùng 1. Khi dịch quả đợc bơm từ bộ phận gia nhiệt đến thùng 1, nếu mức dịch đạt mức 1/3, lúc đó tín hiệu từ việc so sánh thời gian trong PLC sẽ tác động vào đầu vào PLC. Thông qua chơng trình thì PLC đa ra quyết định đóng rơle3 và tác động đóng động cơ 3 (ĐC3). + Công tắc 5 (CT5) là công tắc báo mức đầy thùng 1. Khi dịch quả đợc bơm đầy vào thùng chứa 1 thì công tắc này tác động tợng tr ng cho thời gian đặt của đồng hồ trong PLC đa vào đầu vào PLC để tác động đến đầu ra, tắt động cơ 2 . Báo cáo tốt nghiệp Đinh Văn Hùng - TĐH46 Khoa Cơ Điện Trờng đại học NNI 70 (ĐC2) và đóng động cơ 4 (ĐC4) và đặt thời gian sau đó đóng động cơ 5 (ĐC5). Khi động cơ 5 (ĐC5) quay thì lại tắt động cơ 4 (ĐC4) bằng cách ngắt các rơle tơng ứng. + Công tăc 6 (CT6) là công tắc báo sản phẩm đã đợc kiểm tra đạt yêu cầu. Tức là tuỳ yêu cầu khách hàng thì việc ly tâm sẽ đợc đặt thông số bằng tốc độ và thời gian quay của động cơ ly tâm thông qua thiết bị điều khiển biến tần sẽ có tín hiệu tác động, rơle 6 sẽ đợc đóng và đóng động cơ 6 tơng ứng. + Công tắc 7 (CT7) là công tắc báo mức 1/3 thùng chứa 2. Khi sản phẩm đợc bơm từ máy ly tâm vào thùng chứa 2 đạt mức 1/3 thì sẽ có tín hiệu tác động từ đồng hồ thời gian đặt trong một mẻ, PLC sẽ đóng rơle 7 đồng thời đóng động cơ 7 (ĐC7). + Công tắc 8 (CT8) là công tắc báo mức đầy của thùng 2. Khi dịch quả đợc bơm vào thùng chứa 2 nếu đạt mức đầy thì có tín hiệu từ đồng hồ thời gian đã đặt theo mẻ tác động đa ra tín hiệu vào PLC và tắt động cơ 6 (ĐC6). + Ngoài ra khi tín hiệu từ đầu ra của cảm biến nhiệt sẽ đợc xử lý trong quy trình cụ thể là: Theo thông số của nhà sản xuất, quan hệ giữa nhiệt độ và điện áp ngõ ra nh sau: V out = 0,01xT 0 K = 2,73 + 0,01xT 0 C Nh vậy khoảng biến thiên điện áp tơng ứng là 1V với khoảng nhiệt độ từ 0 0 C - 100 0 C. Tức là ứng với sự thay đổi của 1 0 C thì mức điện áp đầu ra biến thiên một lợng là 0.01V. Do đó yêu cầu của điều kiện nhiệt độ sản phẩm trong quy trình gia nhiệt cụ thể là từ 60 0 C - 80 0 C thì ứng với sự thay đổi một mức điện áp từ 0.6V - 0.8V, qua khuếch đại là 6 - 8V. + Mặt khác trong quy trình công nghệ khâu tinh lọc còn có tín hiệu đặt thời gian, khi sản phẩm bị quá thời gian tín hiệu sẽ tác động để bật đèn báo kiểm tra theo quy trình công nghệ nhằm đảm bảo chất lợng sản phẩm. 3.3.3.2. Lắp ráp mô hình . Báo cáo tốt nghiệp Đinh Văn Hùng - TĐH46 Khoa Cơ Điện Trờng đại học NNI 71 Việc đóng cắt động cơ đợc thực hiện bằng các rơle thông qua chơng trình điều khiển của PLC. Sau đây là mạch động lực mắc các động cơ và đèn báo trong mô hình (hình 3.9). Các đèn báo l y tâm Các đèn báo g ia nhiệt sản p hẩm . . đại học NNI 71 Việc đóng cắt động cơ đợc thực hiện bằng các rơle thông qua chơng trình điều khiển của PLC. Sau đây là mạch động lực mắc các động cơ và đèn báo trong mô hình (hình 3.9). . Tuy nhiên trong mô hình của tôi, do điều kiện khách quan nên không thể thiết kế nh mô hình thực nên chỉ thay các tín hiệu mức bằng việc định thời gian trong PLC. Cả quá trình hoạt động của một. thì việc ly tâm sẽ đợc đặt thông số bằng tốc độ và thời gian quay của động cơ ly tâm thông qua thiết bị điều khiển biến tần sẽ có tín hiệu tác động, rơle 6 sẽ đợc đóng và đóng động cơ 6 tơng ứng.