Đề tài : “tìm hiểu,phân tích và xây dựng hệ thống đo và điều khiển nhiệt độ lò sấy công nghiệp”

PHỤ LỤC1.Tìm hiểu tổng quan về lò sấy gỗ công nghiệp1.1 Khái niệm sấy1.2 Các giai đoạn sấy1.3Các phương pháp và thiết bị sấy2.Phân tích và xây dựng chương trình mô hình hệ thống2.1Phân tích công nghệ lò sấy công nghiệp2.2Xây dựng mô hình hệ thống, các thiết bị và chức năng.3.Sơ đồ khối hệ thống và cách bố trí thiết bị3.1 Sơ đồ khối hệ thống3.2 Bố trí thiết bị4. Lựa chọn phương án điều khiển4.1 Lựa chọn cảm biến nhiệt độ4.2 Vi xử lý4.3 Sơ đồ nguyên lý5. Đánh giá khách quan về hệ thốngLỜI NÓI ĐẦUSấy là quá trình công nghệ được sử dụng trong rất nhiều ngành công nông nghiệp. Trong nông nghiệp sấy là một trong những công đoạn quan trong của công nghiệp sau thu hoạch. Trong công nghiệp như công nghiệp chế biến nông hải sản, công nghiệp chế biến gỗ, công nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng…kỹ thuật sấy cũng đóng góp một vai trò quan trọng trong dây truyền sản xuất.Quá trình sấy không chỉ là quá trình tách nước và hơi nước ra khỏi vật liệu một cách đơn thuần mà là một quá trình công nghệ. Nó đòi hỏi sau khi sấy vật liệu phải đảm bảo chất lượng cao, tiêu tốn năng lượng ít và chi phí vận hành thấp. Chẳng hạn, trong chế biến gỗ, sản xuất vật liệu xây dựng, sản phẩm sau khi sấy không được nứt nẻ cong vênh. Trong chế biến nông hải sản, sản phẩm sấy phải đảm bảo duy trì màu sắc, hương vị, các vi lượng. Trong sấy thóc phải đảm bảo thóc sau khi sấy có tỷ lệ nứt gẫy khi say xát là thấp nhất…Sấy gỗ là một bộ phận quan trọng của lĩnh vực gia công thuỷ nhiệt gỗ. Ý nghĩa của quá trình gia công thuỷ nhiệt gỗ trong công nghiệp chế biến gỗ nói riêng và trong nền kinh tế quốc dân rất to lớn. Hiện nay, với yêu cầu chất lượng ngày càng cao của thị trường gỗ thì công đoạn sấy càng trở lên quan trọng trong công nghiệp chế biến gỗ. Một yêu cầu quan trọng đó là sản phẩm gỗ phải đạt được độ ẩm tiêu chuẩn và đồng đều không cong vênh nứt nẻ. Nhất là đối với thị trường xuất khẩu gỗ hiện nay thì vấn đề chất lượng càng trở lên quan trọng.Nhằm đáp ứng yêu cầu đó, tác giả trong phạm vi đồ án tốt nghiệp đã được giao đề tài: “ tìm hiểu,phân tích và xây dựng hệ thống đo và điều khiển nhiệt độ lò sấy gỗ công nghiệp” với 1 số giới hạn như sau:Thể tích lò: từ 20m3 đến 40m3Dải nhiệt độ làm việc từ 〖10〗0 đến 〖60〗0 Sai số của phép đo là 10CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU TỔNG QUAN VỀ LÒ SẤY GỖ CÔNG NGHIỆPkhái niệm quá trình sấy1.1.1. Khái niệmSấy là quá trình tách ẩm ra khỏi vật liệu bằng phương pháp bay hơi. Trong trường hợp sấy nóng nhiệt được cung cấp nhằm thực hiện nhiệm vụ nung nóng vật liệu sấy từ nhiệt độ ban đầu đến nhiệt độ thích hợp để vận chuyển ẩm từ các lớp bên trong ra bên ngoài và vận chuyển ẩm từ lớp bề mặt của vật liệu sấy vào môi trường không khí.1.1.2. Phân loại phương pháp sấySấy có thể được chia làm hai phương pháp: Sấy tự nhiên (phơi nắng): Sử dụng năng lượng mặt trời để tách ẩm ra khỏi vật liệu sấy. Sấy nhân tạo: Sử dụng tác nhân sấy để thực hiện quá trình tách ẩm, tác nhân sấy thường được sử dụng là: không khí ẩm, khói lò, hơi nước quá nhiệt…Tuy nhiên không khí ẩm vẫn là tác nhân sấy được sử dụng phổ biến nhất.Tác nhân sấy được sử dụng nhằm thực hiện hai nhiệm vụ sau:Vận chuyển lượng nhiệt để cung cấp cho vật liệu sấy.Vận chuyển lượng ẩm tách ra khỏi vật liệu sấy ra ngoàiMục đích của quá trình sấySấy được sử dụng với các mục đích sau đây:Chế biến: Có thể dùng phương pháp sấy để sản xuất các mặt hàng ăn liền.Vận chuyển: Do khi ta tách bớt ẩm ra khỏi vật liệu thì khối lượng của nó giảm rất nhiều nên quá trình vận chuyển sẽ đơn giản và giảm chi phí.Kéo dài thời gian bảo quản: Lượng nước tự do trong thực phẩm là môi trường cần thiết cho vi sinh vật và enzyme hoạt động. Do đó sấy làm giảm lượng ẩm có trong vật liệu nên kéo dài thời gian bảo quản, làm cho chất lượng sản phẩm sấy ít bị thay đổi trong thời gian bảo quản với điều kiện bảo quản tốt. 1.1.4. Những biến đổi cơ bản của quá trình sấy Trong quá trình sấy xảy ra hai quá trình cơ bản:Quá trình trao đổi nhiệt: Vật liệu sấy sẽ nhận nhiệt để tăng nhiệt độ và để ẩm bay hơi vào môi trường. Quá trình trao đổi ẩm: Quá trình này diễn ra do sự chênh lệch giữa độ ẩm tương đối của vật ẩm và độ ẩm tương đối của môi trường không khí xung quanh. Động lực của quá trình này là do sự chênh lệch áp suất hơi trên bề mặt của vật liệu sấy và áp suất riêng phần của hơi nước trong môi trường không khí. Quá trình thải ẩm diễn ra cho đến khi độ ẩm của vật ẩm bằng độ ẩm cân bằng với môi trường không khí xung quanh. Do đó, trong quá trình sấy ta không thể sấy đến độ ẩm nhỏ hơn độ ẩm cân bằng. Độ ẩm của môi trường không khí xung quanh càng nhỏ thì quá trình sấy càng nhanh và độ ẩm cuối của vật liệu càng thấp. Qua đó có thể kết luận độ ẩm tương đối của môi trường không khí xung quanh là động lực của quá trình sấy, đây cũng là nguyên nhân tại sao khi sấy bằng bơm nhiệt (sấy lạnh) thì thời gian sấy giảm đi rất nhiều.1.2Các giai đoạn trong quá trình sấy Quá trình làm khô vật liệu ẩm được chia làm ba giai đoạn: 1.2.1. Giai đoạn nung nóng vật liệu sấy

BÀI TẬP LỚN

MÔN

Đề tài : “tìm hiểu,phân tích và xây dựng hệ thống đo và điều khiển nhiệt độ lò sấy công nghiệp”

Giáo viên hướng dẫn: ThS Nguyễn Vũ Linh

PHỤ LỤC

1.Tìm hiểu tổng quan về lò sấy gỗ công nghiệp

1.1 Khái niệm sấy

1.2 Các giai đoạn sấy

1.3Các phương pháp và thiết bị sấy

2.Phân tích và xây dựng chương trình mô hình hệ thống

2.1Phân tích công nghệ lò sấy công nghiệp

2.2Xây dựng mô hình hệ thống, các thiết bị và chức năng

3.Sơ đồ khối hệ thống và cách bố trí thiết bi

3.1 Sơ đồ khối hệ thống

3.2 Bố trí thiết bị

4 Lựa chọn phương án điều khiển

4.1 Lựa chọn cảm biến nhiệt độ

4.2 Vi xử ly

4.3 Sơ đồ nguyên ly

5 Đánh giá khách quan về hệ thống

LỜI NÓI ĐẦU

Sấy là quá trình công nghệ được sử dụng trong rất nhiều ngành công nôngnghiệp Trong nông nghiệp sấy là một trong những công đoạn quan trong của côngnghiệp sau thu hoạch Trong công nghiệp như công nghiệp chế biến nông - hải sản,công nghiệp chế biến gỗ, công nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng…kỹ thuật sấycũng đóng góp một vai trò quan trọng trong dây truyền sản xuất

Quá trình sấy không chỉ là quá trình tách nước và hơi nước ra khỏi vật liệumột cách đơn thuần mà là một quá trình công nghệ Nó đòi hỏi sau khi sấy vật liệuphải đảm bảo chất lượng cao, tiêu tốn năng lượng ít và chi phí vận hành thấp.Chẳng hạn, trong chế biến gỗ, sản xuất vật liệu xây dựng, sản phẩm sau khi sấykhông được nứt nẻ cong vênh Trong chế biến nông - hải sản, sản phẩm sấy phảiđảm bảo duy trì màu sắc, hương vị, các vi lượng Trong sấy thóc phải đảm bảothóc sau khi sấy có tỷ lệ nứt gẫy khi say xát là thấp nhất…

Sấy gỗ là một bộ phận quan trọng của lĩnh vực gia công thuỷ nhiệt gỗ Ýnghĩa của quá trình gia công thuỷ nhiệt gỗ trong công nghiệp chế biến gỗ nói riêngvà trong nền kinh tế quốc dân rất to lớn Hiện nay, với yêu cầu chất lượng ngàycàng cao của thị trường gỗ thì công đoạn sấy càng trở lên quan trọng trong côngnghiệp chế biến gỗ Một yêu cầu quan trọng đó là sản phẩm gỗ phải đạt được độ

ẩm tiêu chuẩn và đồng đều không cong vênh nứt nẻ Nhất là đối với thị trường xuấtkhẩu gỗ hiện nay thì vấn đề chất lượng càng trở lên quan trọng

Nhằm đáp ứng yêu cầu đó, tác giả trong phạm vi đồ án tốt nghiệp đã được giao đề

tài: “ tìm hiểu,phân tích và xây dựng hệ thống đo và điều khiển nhiệt độ lò sấy

gỗ công nghiệp”với 1 số giới hạn như sau:

1. Thể tích lò: từ 20 đến 40

2. Dải nhiệt độ làm việc từ đến

3. Sai số của phép đo là

CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU TỔNG QUAN VỀ LÒ SẤY GỖ CÔNG NGHIỆP

1.1. khái niệm quá trình sấy

1.1.1 Khái niệm

Sấy là quá trình tách ẩm ra khỏi vật liệu bằng phương pháp bay hơi Trongtrường hợp sấy nóng nhiệt được cung cấp nhằm thực hiện nhiệm vụ nung nóng vậtliệu sấy từ nhiệt độ ban đầu đến nhiệt độ thích hợp để vận chuyển ẩm từ các lớpbên trong ra bên ngoài và vận chuyển ẩm từ lớp bề mặt của vật liệu sấy vào môitrường không khí

1.1.2 Phân loại phương pháp sấy

Sấy có thể được chia làm hai phương pháp:

− Sấy tự nhiên (phơi nắng): Sử dụng năng lượng mặt trời để tách ẩm rakhỏi vật liệu sấy

− Sấy nhân tạo: Sử dụng tác nhân sấy để thực hiện quá trình tách ẩm, tác

nhân sấy thường được sử dụng là: không khí ẩm, khói lò, hơi nước quánhiệt…Tuy nhiên không khí ẩm vẫn là tác nhân sấy được sử dụng phổbiến nhất

Tác nhân sấy được sử dụng nhằm thực hiện hai nhiệm vụ sau:

− Vận chuyển lượng nhiệt để cung cấp cho vật liệu sấy

Vận chuyển lượng ẩm tách ra khỏi vật liệu sấy ra ngoài

1.1.3. Mục đích của quá trình sấy

Sấy được sử dụng với các mục đích sau đây:

− Chế biến: Có thể dùng phương pháp sấy để sản xuất các mặt hàng ănliền

− Vận chuyển: Do khi ta tách bớt ẩm ra khỏi vật liệu thì khối lượng của

nó giảm rất nhiều nên quá trình vận chuyển sẽ đơn giản và giảm chiphí

− Kéo dài thời gian bảo quản: Lượng nước tự do trong thực phẩm làmôi trường cần thiết cho vi sinh vật và enzyme hoạt động Do đó sấylàm giảm lượng ẩm có trong vật liệu nên kéo dài thời gian bảo quản,làm cho chất lượng sản phẩm sấy ít bị thay đổi trong thời gian bảoquản với điều kiện bảo quản tốt

1.1.4 Những biến đổi cơ bản của quá trình sấy

Trong quá trình sấy xảy ra hai quá trình cơ bản:

− Quá trình trao đổi nhiệt: Vật liệu sấy sẽ nhận nhiệt đểtăng nhiệt độ và để ẩm bay hơi vào môi trường

− Quá trình trao đổi ẩm: Quá trình này diễn ra do sự chênhlệch giữa độ ẩm tương đối của vật ẩm và độ ẩm tươngđối của môi trường không khí xung quanh Động lực củaquá trình này là do sự chênh lệch áp suất hơi trên bề mặtcủa vật liệu sấy và áp suất riêng phần của hơi nước trongmôi trường không khí Quá trình thải ẩm diễn ra cho đếnkhi độ ẩm của vật ẩm bằng độ ẩm cân bằng với môitrường không khí xung quanh Do đó, trong quá trình sấy

ta không thể sấy đến độ ẩm nhỏ hơn độ ẩm cân bằng Độ

ẩm của môi trường không khí xung quanh càng nhỏ thìquá trình sấy càng nhanh và độ ẩm cuối của vật liệu càngthấp Qua đó có thể kết luận độ ẩm tương đối của môitrường không khí xung quanh là động lực của quá trìnhsấy, đây cũng là nguyên nhân tại sao khi sấy bằng bơmnhiệt (sấy lạnh) thì thời gian sấy giảm đi rất nhiều

1.2Các giai đoạn trong quá trình sấy

Quá trình làm khô vật liệu ẩm được chia làm ba giai đoạn:

1.2.1 Giai đoạn nung nóng vật liệu sấy

Giai đoạn này nhiệt độ của vật liệu sấy tăng từ nhiệt độ ban đầu cho đến nhiệt

độ bầu ướt tương ứng với môi trường không khí xung quanh, trong giai đoạn nàytrường nhiệt độ biến đổi không đều và nó tùy thuộc vào phướng án sấy Ẩm bayhơi chủ yếu là ẩm liên kết cơ ly do đó tốc độ sấy tăng dần Đường cong sấy vàđường cong tốc độ sấy trong giai đoạn này là một đường cong, do năng lượng liênkết của nước liên kết cơ ly là nhỏ vì vậy đường cong sấy và đường cong tốc độ sấythường là đường cong lồi

1.2.2Giai đoạn sấy đẳng tốc

Giai đoạn sấy đẳng tốc là giai đoạn ẩm bay hơi ở nhiệt độ không đổi (nhiệt độbầu ướt), do sự chênh lệch giữa nhiệt độ của vật liệu sấy và nhiệt độ của tác nhânsấy không đổi nên tốc độ sấy là không đổi Do đó, đường cong sấy và đường congtốc độ sấy trong giai đoạn này là một đường thẳng Ẩm tách ra trong giai đoạn nàychủ yếu là ẩm liên kết cơ ly và ẩm liên kết hóa ly

1.2.3Giai đoạn sấy giảm tốc

Ở giai đoạn sấy này thì lượng nước còn lại trong nguyên liệu ít và chủ yếu lànước liên kết có năng lượng liên kết lớn Vì vậy, việc tách ẩm cũng khó khăn hơnvà cần năng lượng lớn hơn nên đường cong sấy và đường cong tốc độ sấy thường

có dạng cong Tuy nhiên, hình dạng của đường cong là phụ thuộc vào dạng liênkết ẩm trong vật liệu và tùy thuộc vào dạng vật liệu sấy Độ ẩm của vật liệu cuốiquá trình sấy tùy thuộc vào độ ẩm của môi trường không khí xung quanh

1.3 Các phương pháp sấy và thiết bi sấy

Căn cứ theo phương pháp sấy mà người ta phân loại các thiết bị sấy

Trong phương pháp sấy này vật liệu được đốt nóng Hệ thống sấy nóngthường được phân loại theo phương pháp cung cấp nhiệt, bao gồm các thiết bịsau đây:

Hệ thống sấy đối lưu:

Trong hệ thống sấy này vật liệu sấy sẽ nhận nhiệt đối lưu từ tác nhân sấy làkhông khí nóng hoặc khói lò Đây là loại hệ thống sấy phổ biến hơn cả trong hệthống sấy đối lưu người ta phân ra: Hệ thống sấy buồng, hệ thống sấy hầm, hệthống sấy thùng quay, hệ thống sấy tháp, hệ thống sấy khí động

Hệ thống sấy tiếp xúc:

Vật liệu sấy nhận nhiệt từ một bề mặt nóng Như vậy, trong hệ thống sấy tiếpxúc người ta tạo ra độ chênh lệch phân áp suất nhờ tăng phân áp suất trên bề mặtvật liệu sấy: hệ thống sấy lô và hệ thống sấy tang

Các hệ thống sấy khác: hệ thống sấy bằng dòng điện cao tần và hệ thống sấy

dùng năng lượng điện từ trường

Ưu nhược điểm của phương pháp sấy nóng:

Ưu điểm: Phương pháp sấy nóng phổ biến và thiết bị sấy đa dạng, áp dụng cho

nhiều loại vật liệu sấy, dải nhiệt độ nóng rộng dễ điều chỉnh cho mỗi loại vật liệu

sấy, nguần nhiệt cung cấp phong phú và chi phí đầu tư thiết bị không cao

Nhược điểm: không thích hợp cho một số loại vật liệu, chất lượng sản phẩm

không cao, màu sắc sản phẩm dễ biến đổi và chi phí năng lượng cao

*Trong phương pháp sấy lạnh người ta tạo độ chênh lệch phân áp suất giữa

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH VÀ XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG

Thông thường hiệu suất của lò sấy chính là công suất của buồng phát nhiệt.Theo dự kiến dải nhiệt độ làm việc từ đến Do đó để có được nhiệt độ tácnhân sấy theo yêu cầu đặt ra thì phải cung cấp một lượng không khí có nhiệt độbằng nhiệt độ của môi trường (200C ) phù hợp nào đó để hoà trộn vói nhiệt độbuồng phát nhiệt Theo số liệu người ta đã tính được thì cần phải cung cấp mộtlượng không khí là 4000m3/ h

1.Phân tích công nghệ lò sấy công nghiệp(Phương pháp hiện đại dung cảm biến

nhiệt độ kết hợp với vi xử ly )

+Dùng dầu hoặc khí trộn với không khí cung cấp từ ngoài vào sau đó được đốt cháy hoặc dùng dây meso để cung cấp nhiệt Điều khiển và ổn định nhiệt độ bằng

vi xử ly

+Nguyên ly làm việc: cảm biến đo nhiệt độ ở các vị trí khác nhau của buồng sấy rồi truyền tín hiệu đến vi xử ly điều khiển nhiệt độ thông qua việc lập trình cho hệ thống

+Ưu điểm: đo và điều khiển nhiệt độ chính xác,các lò sấy công nghiệp chủ yếu sử dụng phương pháp này

+Nhược điểm: cần kiến thức sâu và rộng về điên tử, đo lường cảm biến, cũng như

vi xử ly và lập trình

- Trong các lò sấy công nghiệp yêu cầu cần phải cung cấp lượng nhiệt đầy đủ và

liên tục thì năng suất và độ chính xác của lò mới cao Nếu trong quá trình sấy màmất nhiệt thì sản phẩm dễ hỏng Vì vậy về nguyên tắc mạch dùng vi điều khiển làhay nhất vì có thể đáp ứng được các yêu cầu Hiện nay tất cả các lò sấy côngnghiệp đều dùng theo cách này.Chính vì vậy chúng em đã quyết định thiết kế hệthống đo và điều khiển nhiệt độ sử dụng cảm biến kết hợp với vi xử ly

2.Xây dựng mô hình hệ thống, các thiết bi chức năng.

Để tạo ra một lò sấy phải đáp ứng các yêu cầu cơ bản sau:

- Bảo đảm nhiệt độ thích hợp và tương đối ổn định theo từng giai đoạn yêu cầu củasản phẩm

- Bảo đảm độ ẩm thích hợp và tương đối ổn định theo từng giai đoạn yêu cầu của sản phẩm

- Bảo đảm lượng nhiệt được đưa vào liên tục và tuần hoàn vào lò sấy

- Bảo đảm đảo sản phẩm thường xuyên được đưa vào(1-3 h 1lần)

Cấu tạo của lò sấy gồm các bộ phận chính như sau:

a) Hệ thống cách nhiệt:

-Muốn cho lò sấy ít bị dao động nhiệt thi việc làm vỏ lò là quan trọng.Lớp cách nhiệt càng dày thì càng ổn định,ít tốn chất đốt và ít phải điều chỉnh.Ngoài ra trong lớp cách nhiệt đó còn có cả than hoạt tinh để khử độc và còn có cả lỗ thông hơi để dẫn không khí vào lò sấy.Trong lò còn có quạt để lưu thông luồng khí nóng chuyểnlưu tuần hoàn trong lò sấy

b) Bộ tạo nhiệt và bộ điều nhiệt.

*)Bộ tạo nhiêt

-Buồng nhiệt có chức năng phối trộn không khí với chất đốt để đảm bảo khi đốt nhiên liệu cháy hết

-Nếu không dùng cách trên, ta có thể dùng dây meso được đặt trong buồng sấy để tạo nhiêt

*)Bộ điều nhiệt

-Quạt VP làm việc theo kiểu ngược dòng, hệ đường ống chính được chia làm hai đường ống tách rời hoặc chỉ dùng để chuyển lưu không khí (đối với loại dùng dây meso)

- Là hệ thống cảm biến nhiệt và các linh kiện được cài đặt 2 chiều theo y muốn trong 1 thời gian ấn định

- Bộ vi điều khiển là hệ thống cảm biến kết hợp với bán dẫn để giám sát , nhận và xử ly các thông số kỹ thuật khi bộ cảm biến báo về

c) Bộ tạo ẩm và bộ điều ẩm.

Vung nước qua cánh quạt trong máy, nước từ bình chứa đặt cao hay từ mạng ống cung cấp chung của trại, qua van nước, ống dẫn vào bầu, để rồi theo ống dẫn hàn dọc các cánh quạt gió mà vung ra xung quanh, xuyên qua các lỗ nhỏ của vành lưới thép bao xung quanh, sẽ tạo thành lớp sương mù gây ẩm trong máy

- Bộ điều ẩm thường gồm một bộ cảm biến ẩm đặt trong máy để tác động vào bộ phận ngắt van nước để đóng ngắt dòng chảy vào máy, khi độ ẩm thấp hay cao quá mức qui định

d) Hệ thống thông gió và bộ điều gió.

Bộ thông gió ở các lò sấy đều là quạt hướng trục, lắp ở giữa thành sau bên trong máy Cửa hút gió được bố trí gần trục quạt có nắp điều gió, điều chỉnh độ mởbằng tay Cửa thoát gió thường bố trí trên nóc máy hay ở thành trước máy, có nắp điều gió

e) Hệ thống đảo

- Động cơ điện quay: dùng cho mọi kiểu giàn quay, thường gồm động cơ điện, bộ giảm tốc, bộ truyền động và cụm tiếp điểm cuối

f) Bộ điều khiển và báo hiệu.

Thường bao gồm: những bộ khởi động từ, những cụm tiếp điểm tổng, những rơle điện từ, cầu chì, nút bấm, cụm đầu nối điện, chuông đèn báo hiệu

g) Bộ phận phụ trợ.

-Máy sấy công nghiệp còn có những bộ phận phụ trợ như: giàn chuyển sản phẩm,

bộ bánh xe chuyển giàn, bàn chuyển sản phẩm, thang

CHƯƠNG 3: SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG VÀ CÁCH BỐ TRÍ THIẾT BI

3.1 Sơ đồ khối hệ thống

3.2 Bố trí thiết bi.

V Hệ thống tự đưa nguyên liệu vào buồng sấy.

I.Khâu chuẩn bị

nguyên liệu.

II.Hệ thống cân và

thành sản phẩm.

VII Hệ thống phân loại và đưa sản phẩm ra ngoài lò sấy.

III.Hệ thống sơ chế

nguyên liệu.

CHƯƠNG 4: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN ĐIỀU KHIỂN

4.1 tổng quan về cảm biến

-Trên thị trường hiện nay có khá nhiều các loại cảm biến đo nhiệt độ như cảm biến dòng LM( LM35, LM335,…) hay cảm biến thông minh dòng DS1820

- Dùng cảm biến nhiệt độ LM35 kết hợp với AT89S52 và IC biến đổi A/D và hiểnthị bằng LED 7 thanh đo được nhiệt độ từ -550C đến +1500C, dùng LM34C và 16F88 thuộc vi điều khiển PIC dùng ngôn ngữ lập trình BASIC hiển thị nhiệt độ bằng LCD, chỉ đo được nhiệt độ từ -550C đến +1250C Nói chung những loại cảm biến họ LM so với họ DS thì độ chính xác không cao và tốc độ truyền tín hiệu chậm 20C đến 1500C với tần số từ 20-1500Hz nhưng giá thành chế tạo rẻ còn ở loại cảm biến họ DS độ chính xác rất cao do tín hiệu được truyền có độ phân giải lên đến 12Bit trong 750ms Ở loại cảm biến này có tích hợp ROM 64Bit, bộ nhớ Logic, mạch ổn định tín hiệu đầu ra Chính vì vậy mà nó khắc phục những nhược điểm của cảm biến họ LM So với những loại nhiệt kế dùng họ vi điều khiển 8051 và PIC thì nhiệt kế dùng vi điều khiển ATMEGA16L thuộc họ vi điều khiển AVR

có nhiều ưu điểm hơn, so với vi điều khiển PIC lập trình bằng ngôn ngữ lập trình BASIC thì dùng AVR lập trình bằng ngôn ngữ lập trình C do đó phần mềm sẽ ngắn gọn hơn, còn so với 8051 thì tốc độ xử ly tín hiệu nhanh hơn không cần lắp thêm bộ biến đổi A/D do ATMEGA16L đã tích hợp sẵn bộ biến đổi A/D và việc lập trình sẽ đơn giản hơn Cảm biến nhiệt độ LM335 Cảm biến này có dải nhiệt độ-550C tới +1200C, độ nhạy 0,02mV/10C, sai số là trên dưới 0,50C, giá thành rẻ từ 9-

12 nghìn, có thể thiết kế 1 hệ thống đo và điều khiển nhiệt độ dễ dàng đơn giản khikết hợp với LM741 để khuếch đại cho mạch và dùng LED 7 để hiển thị, sai số của mạch tới 10C

Ở lò sấy công nghiệp, chúng ta cần dùng cảm biến có thể đo ở dải nhiệt độ cao

10°C-60°C và sai số thấp 1°C Và chúng em nhận thấy cảm biến nhiệt độ pt100 có

dải nhiệt độ đo từ -55°C - 120°C và có sai số trong khoảng cho phép là cảm biến phù hợp với điều kiện yêu cầu.

4.1.1 tìm hiểu chung về cảm biến nhiệt độ pt100

-Mỗi thiết bị đều có những ưu thế riêng, tuy nhiên một số thiết bị lại chỉ thích hợp trong một số ứng dụng cụ thể Có thể cũng có những thiết bị sử dụng phù hợp hay không phù hợp với ứng dụng của bạn, cảm biến nhiệt độ được thiết kế mới kết hợp chặt chẽ các đặc điểm nhằm hỗ trợ về tính khả dụng cũng như tính năng

-Chúng ta hãy so sánh một số công nghệ khác nhau Một thí dụ là nhiệt ngẫu Cảmbiến này chứa hai kim loại không giống nhau được gắn với nhau tại một chỗ nối.Điểm nối hai kim loại phát triển một mức điện áp nhỏ, chỉ vào khoảng 50μV trênmỗi độ Celsius, mức điện áp này thay đổi theo nhiệt độ Nhà sản xuất cung cấp cácbảng thông số để chuyển điện áp thành nhiệt độ

-Nhiệt ngẫu là thiết bị đơn giản, rẻ tiền Hạn chế lớn nhất của nhiệt ngẫu là độchính xác, có thể khó mà đạt được sai số hệ thống thấp hơn 1°C Nguyên nhânchính của lỗi trong một nhiệt ngẫu là điệp áp tạp phát triển trong hệ thống nơi kếtnối dây của nhiệt ngẫu được gắn với thiết bị đo lường Để giải quyết điều này,chúng đòi hỏi phải bù điểm nối nguội, thường được thực hiện bằng cách phơi bàymột điểm nối trước một nhiệt độ tham chiếu, thông thường là 0°C, cũng như nhiệt

độ đo mong muốn Kết nối dây nhiệt ngẫu phải chạy trên toàn bộ khoảng cách giữađiểm đo và bộ xử lí Nhiệt ngẫu thường có độ lặp ít hơn và ít ổn định bằng các thiếtbị cảm ứng

-Nhiệt ngẫu là những bộ kháng bằng phi kim có thể đo sự thay đổi nhiệt độ thôngqua điện trở Nhiệt ngẫu thường được làm bằng gốm và oxide kim loại và do đó cóthể đo nhiệt độ cao hơn nhiều so với nhiệt ngẫu và RTD Nhiệt ngẫu thường đượcsử dụng trong các ứng dụng chỉ đòi hỏi đo nhiệt độ nhỏ do đầu vào của họ có thểtính gần đúng theo tuyến tính trên một phạm vi hẹp Đầu ra của họ về bản chất códạng hằng số mũ

-Có hai loại nhiệt ngẫu: nhiệt ngẫu hệ số nhiệt độ dương (PTC) khi điện trở tăngthì nhiệt độ tăng, và nhiệt ngẫu hệ số nhiệt độ âm với điện trở giảm khi nhiệt độtăng Với nhịêt ngẫu PTC, thường có một sự tăng rõ nét về điện trở ở nhiệt độthực, trong khi đó nhiệt ngẫu NTC được sử dụng như nhiệt ngẫu kháng trong cácứng dụng nhiệt độ thấp

-RTDs cũng sử dụng điện trở để đo nhiệt độ Chúng đòi hỏi phải có nguồn nhỏ để

đo điện trở Điện trở được đo bằng cảm biến tỉ lệ thuận với biến đổi nhiệt độ được

đo bằng phương tiện được cảm ứng RTDs có kết nối dây platinum được quấnxung quang một lõi hay được lấy mẫu theo một đoạn film nhỏ

-RTDs cung cấp độ chính xác cao và phạm vi hoạt động của -200 ° C đến +850 °

C Họ cũng có sản lượng điện có thể dễ dàng lây truyền, chuyển mạch, hiển thị, ghilại và xử ly bằng cách sử dụng phù hợp với thiết bị xử ly dữ liệu Bởi vì kháng RTD là tỷ lệ thuận với nhiệt độ, áp dụng hiện nay được biết đến thông qua sức đề kháng tạo ra một điện áp đầu ra tăng theo nhiệt độ Kiến thức về mối quan hệ chínhxác giữa đề kháng và nhiệt độ cho phép tính toán của một nhiệt độ nhất định

-Sự thay đổi trong điện trở với nhiệt độ một chất được gọi là "hệ số nhiệt độ của kháng chiến" cho các tài liệu đó Hệ số nhiệt độ đối với hầu hết các kim loại là tíchcực, và nhiều kim loại tinh khiết về cơ bản là hằng số trong phần lớn phạm vi nhiệt

độ hữu ích Hơn nữa, một nhiệt kế kháng là thiết bị có sẵn để đo nhiệt độ ổn định nhất, chính xác, và tuyến tính Các điện trở suất của kim loại được sử dụng trong một RTD (bao gồm bạch kim, đồng, niken) phụ thuộc vào phạm vi của các phép

đo nhiệt độ mong muốn

-Kháng danh nghĩa của một RTD bạch kim là 100Ω ở 0 ° C Mặc dù RTDs bạch kim được đánh giá cao tiêu chuẩn hóa, phù hợp với nhiều tiêu chuẩn không giống nhau trên toàn thế giới Vì vậy, các vấn đề phát sinh khi của RTD xây dựng một tiêu chuẩn được sử dụng một công cụ được thiết kế theo tiêu chuẩn khác

-IEC 751:1983 của Ủy ban kỹ thuật điện quốc tế xác định sai số và nhiệt độ đốivới điện trở cho nhiệt ngẫu platinum Thiết bị phổ biến nhất được sử dụng trongcông nghiệp, Pt-100s, có điện trở 100 ohms ở 0°C Pt-1000s đo 1000 ohms ở 0 °C,và có một độ phân giải cao hơn nhưng có phạm vi hoạt động nhỏ hơn của Pt-100.Mọi cảm biến Pt-100 được sản xuất với tiêu chuẩn điện trở 100 ohm để tạo ra đọtin cậy và chính xác cao Tuy nhiên, có hai tiêu chuẩn kỹ thuật tồn tại: tiêu chuẩnchâu Âu a = 0.00385, và tiêu chuẩn Hoa Kỳ a = 0.003916 Cả hai tiêu chuẩn nàyđều được sử dụng phổ biến và điều quan trọng là xác định tiêu chuẩn nào được bộxử lí chấp nhận

-Nhà sản xuất thường kết hợp công nghệ Pt-100 cơ bản vào công nghệ cảm ứngnhiệt độ tiên tiến để làm cho toàn bộ gói sản phẩm này có thể đo nhiệt độ theo ymuốn của người sử dụng Mặc dù chúng thường có giá cao hơn, cảm biến này

thường được thiết kế với các tính năng mới giúp chúng được sử dụng dễ dàng,giống như việc lập trình và điều khiển nút ấn, với kết quả đọc số có tính trực quancao Một số nhà sản xuất cũng thiết kế cảm biến Pt-100 của mình với vỏ bọc nhỏgọn cho phép sử dụng trong những vị trí chật chội, khó tiếp cận.

4.2.Vi xử lý.

-Trong công nghệ điện tử, vi xử ly là một thành phần quan trọng không thể thiếu, nó mang nhiều tính ưu việt: có thể thay thế một mạch điện phức tạp bằng một vi mạch nhỏ gọn với chi phí thấp hơn, nhưng ứng dụng lại đa dạng và linh hoạt hơn Khả năng điều khiển thông minh hơn, tiết kiệm năng lượng hơn, ứng dụng nhiều trong hệ thống Trên cơ sở đó chúng em đã áp dụng những kiến thức trong quá trình tìm hiểu và nghiên cứu về đề tài để chế tạo sản phẩm NHIỆT KẾ ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG dung vi điều khiển AVR của ATMEL, có khảnăng đo và tự động điều khiển nhiệt độ Áp dụng vi xử ly trong lĩnh vực này đã được nghiên cứu và phát triển nhiều với những loại vi điều khiển kết hợp với cảm biến và ngôn ngữ lập trình

+)Tổng quan họ vi điều khiển AVR

-Vi điều khiển AVR (Atmel Norway design) thuộc họ vi điều khiển Atmel,nó là họ vi điều khiển mới trên thị trường cũng như đối với người sử dụng Đây là họ

vi điều khiển được chế tạo theo kiến trúc RSIC (Reduced Intruction Set Computer)

có cấu trúc khá phức tạp Ngoài các tính năng như các họ vi điều khiển khác, nó còn tích hợp nhiều tính năng mới rất tiện lợi cho người thiết kế cũng như lập trình cho vi điều khiển, chúng ta thường dung những ngôn ngữ bậc cao HLL(Hight Level Language) để lập trình ngay cả với loại chi xử ly 8 bit trong đó ngôn ngữ C là ngôn ngữ phổ biến nhất Tuy nhiên khi biên dịch thì kích thước đoạn mã sẽ tăng nhiều so với dùng ngôn ngữ Asemby Hãng Atmel nhận thấy rằng cần phải phát triển một cấu trúc đặc biệt cho ngôn ngữ C để giảm thiểu sự chênh lệch kích thước

mã đã nói trên Và kết quả là họ vi điều khiển AVR ra đời với việc làm giảm kích thước đoạn mã khi biên dịch và them vào đó là thực hiện lệnh đúng đơn chu kỳ máy với 32 thanh ghi tích lúy và đạt tốc độ nhanh hơn các họ vi điều khiển khác từ

4 đến 12 lần

PHÂN LOẠI AVR

+AT900S8535: Không có lệnh nhân hoặc chia trên thanh ghi

+ATMEGA 8,16,32 (AVG loai 8 bit,16 bit,32 bit): Là loại AVR tốc độ cao tích hợp sẵn ADC 10 bit

+AVR tích hợp sẵn LCD driver :Atmega 169,329

+AVR tích hợp sẵn SC ( Power stage controller):AT90PWM thường dung trong các ứng dụng điều khiển động cơ hay chiếu sáng nên còn được gọi là lighting AVR

+Attiny 11, 12, 15:AVR loại nhỏ

CÁC ĐẶC ĐIỂM CHÍNH.

1-Kiến trúc RSIC ( Có nghĩa là máy tính dung lệnh rút gọn, bộ vi sử ly kiểu này

thực hiện ít lệnh hơn những bộ vi xử ly khác) với hầu hết các lệnh có chiều dài cố định, truy nhận bộ nhớ nạp –lưu trữ và 32 thanh ghi đa năng

2-Có nhiều bộ phận ngoại vi ngay trên chip, bao gồm: Cổng vào/ra số, bộ biến đổi

ADC,

bộ nhớ EEFROM, bộ định thời, bộ điều chế độ rộng xung (PWM), …

3- Hầu hết các lệnh đều thực hiện trong một chu kỳ xung nhịp

4- Hoạt động với chu kỳ xung nhịp cao, có thể lên đến 20 MHz tuỳ thuộc từng loại

chip cụ

thể

5- Bộ nhớ chương trình vµ bộ nhớ dữ liệu được tích hợp ngay trên chip

6- Khả năng lập trình được trong hệ thống, có thể lập trình được ngay khi đang

được cấp

nguồn trên bản mạch không cần phải nhấc chip ra khỏi bản mạch

7- Hỗ trợ cho việc lập trình bằng ngôn ngữ bậc cao – ngôn ngữ C

Cốt lõi của AVR là sự kết hợp tập lệnh đầy đủ với các thanh ghi đa năng 32 bit Tất cả các thanh ghi 32 bit này liên kết trực tiếp với khối xử ly số học và logic (ALU) cho phép 2 thanh ghi độc lập được truy cập trong một lệnh đơn trong 1 chu

kỳ đồng hồ Kết quả là tốc độ nhanh gấp 10 lần các bộ vi điều khiển

CISC(Complex Instruction Set Computer : máy tính với tập lệnh phức tạp Một loại kiến trúc của bộ xử lí được đặc trưng bởi tính chất là các lệnh có độ dài khác nhau (không cố định) , thường là một số nhỏ các chế độ đa địa chỉ và thanh ghi) Với các tính năng đã nêu, chế độ nghỉ (Idle) CPU trong khi cho phép bộ truyền tin nối tiếp đồng bộ USART, giao tiếp 2 dây, chuyển đổi A/D, SRAM, bộ đếm, bộ định thời, cổng SPI và hệ thống các ngắt vẫn hoạt động Chế độ Power-down lưu giữ nội dung của các thanh ghi

nhưng làm đông lạnh bộ tạo dao động, thoát khỏi các chức năng của chip cho đến khi có ngắt ngoài hoặc là reset phần cứng Chế độ Power-save đồng hồ đồng bộ tiếp tục chạy cho phép chương trình sử dụng giữ được đồng bộ thời gian nhưng cácthiết bị còn lại là ngủ Chế độADC Noise Reduction dừng CPU và tất cả các thiết bị còn lại ngoại trừ đồng hồ đồng bộ và

ADC, tối thiểu hoá switching noise trong khi ADC đang hoạt động Trong chế độ standby, bộ tạo dao động (thuỷ tinh thể/bộ cộng hưởng) chạy trong khi các thiết bị còn lại ngủ Các điều này cho phép bộ vi điều khiển khởi động rất nhanh trong chế

độ tiêu thụ công suất thấp Thiết bị được sản xuất sử dụng công nghệ bộ nhớ cố định mật độ cao của Atmel Bộ nhớ On-chip

ISP Flash cho phép lập trình lại vào hệ thống qua giao diện SPI bởi bộ lập trình bộ nhớ cố đinh truyền thống hoặc bởi chương trình On-chip Boot chạy trên lõi AVR Chương trình boot có thể sử dụng bất cứ giao điện nào để download chương trình

ứng dụng trong bộ nhớ Flash ứng dụng Phần mềm trong vùng Boot Flash sẽ tiếp tục chạy trong khi vùng Application Flash

được cập nhật, cung cấp thao tác Read-While-Write thực sự

+)Các đặc tính của vi điều khiển ATMEGA16L

- Hiệu năng cao, tiêu thụ năng lượng ít

- Kiến trúc RISC - Reduce Instruction Set Computer (Có nghĩa là máy tính dung tập lệnh rút gọn, bộ vi xử ly này thực hiện ít lệnh hơn bộ vi xử ly khác)

- 131 lệnh mạnh, hầu hết các lênh thực hiện trong một chu kỳ

- 32 Thanh ghi 8-bit đa năng

- Tốc độc thực hiện lên tới 16 triệu lệnh trong 1 giây với tần số 16MHz

- Có 2 bộ nhân, mỗi bộ thực hiện trong thời gian 2 chu kỳ

- Các bộ nhớ chương trình và dữ liệu cố định

- 16 Kb bộ nhớ flash có khả năng tự lập trình trong hệ thống

- Có thể thực hiện được 10.000 lần ghi/xoá

- Vùng mã Boot tuỳ chọn với những bit khoá độc lập

- Lập trình trên trong hệ thống bởi chương trình on-chip Boot

- Thao tác đọc trong khi nghi thực sự

- 512 bytes EEFROM

+)Có thể thực hiện 100.000 lần ghi /xoá

- 1Kb SRAM bên trong

- Lập trình Khoá an ninh phần mềm

+) Giao diện nối tiếp đồng bộ ( chuẩn IEEE std.1149.1) kh

- 2 bộ định thời/ bộ đếm 8 bit với các chế độ tỷ lệ định trước và chế độ so sánh

- 1 bộ định thời/ bộ đếm 16 bit với các chế độ tỷ lệ định trước riêng biệt, chế độ

so sánh và thực hiện trao đổi với các thiết bị tương thích thì khung dữ liệu 8 bit giữa 2 thiết bị được truyền động bộ (cùng xung nhịp với đồng hồ)

- Ít xảy ra lỗi

- Lập trình bộ nhớ Flash, EEPROM , ngắt, khóa, Bít thông qua giao diện JTAG

+) Ghép nối ngoại vi:

- 2 bộ định thời/bộ đếm 8 bit với các chế độ tỉ lệ định trước và chế độ so sánh

- 1 bộ định thời/bộ đếm 16 bit với các chế độ tỉ lệ định trước riêng biệt,chế độ

so sánh và chế độ bắt giữ

- Bộ thời gian thực với bộ tạo dao động riêng biệt

- 4 kênh PWM

- 8 kênh, ADC 10 bit

- Giao điện nối tiếp 2 dây hướng tới byte - Bộ truyền tin nối tiếp USART khả trình

- Giao diện SPI chủ / tớ

- Watchdog Timer khả trình với bộ tạo dao động bên trong riêng biệt

- Máy so mẫu tương tự bên trong

+ )Các đặc điểm đặc biệt khác

- Power-on Reset và dò Brown-out khả trình

- Bộ tạo dao động được định cỡ bên trong

- Các nguồn ngắt bên trong và bên ngoài

- 6 chế độ ngủ: Nhàn rỗi, giảm ồn ADC, tiết kiệm năng lượng, giảm năng lượng tiêu thụ, chờ đóng băng trạng thái

- I/O và các loại

- 32 đường I/O khả trình

- Điện áp hoạt động: 2.7 – 5.5V

- Nhiệt độ hoạt động: -40oC-85oC

+) Các tốc độ

- 0-8 MHz khi điện áp 2.7 – 5.5V, 0 - 16MHz khi điện áp 4.5 – 5V

- Tiêu thụ năng lượng tại 1 MHz, 3V, 25oC đối với ATmega16L

- Hoạt động tích cực: 1.1mA

- Chế độ nghỉ ở 0.35mA

- Chế độ năng lượng thấp: <1 μA khi điện áp 2.7V

+) Bằng việc kết hợp 1 bộ 8-bit RISC CPU với In-System Self-Programmable Flash trong chỉ nguyên vẹn 1 chip Atmel Atmega16L là một bộ vi điều khiển mạnh

có thể cung cấp giải pháp có tính linh động cao, giá thành rẻ cho nhiều ứng dụng điều khiển nhúng(Theo định nghĩa của IEEE - Institute of Electrical and

Electronics Engineers – Viện kỹ thuật và điện tử của Mỹ, thì hệ thống nhúng là một hệ tính toán nằm trong sản phẩm, tạo thành một phần của hệ thống lớn hơn và thực hiện một số chức năng của hệ thống ) Atmega16L AVR được hỗ trợ bởi bộ chương trình đầy đủ và các tool(tiện ích) để phát triển hệ thống, báo gồm: Bộ biên dịch

C,macro assemblers, program debugger/simulators(chương trình mô phỏng), circuit emulators(mạch mô phỏng) và evaluation kits(kit phát triển)

in-4.3 sơ đồ nguyên lý

4.3.1Cảm biến nhiệt độ pt100