đồ án chuyên ngành Ngày nay lĩnh vực điều khiển đã được ứng dụng rộng rãi trong các thiết bị, sản phẩm phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt hằng ngày của con người như máy giặt, đồng hồ điện tử, ti vi ... nhằm giúp cho đời sống ngày càng hiện đại và tiện lợi hơn. Đề tài ứng dụng bộ điều khiển trong đời sống thực tế rất phong phú và đa dạng nhằm đáp ứng cho cuộc sống tiện nghi của con người.Với mục đích tìm hiểu và đáp ứng những yêu cầu trên chúng em đã lựa chọn một đề tài có tính ứng dụng trong thực tế nhưng không quá xa lạ đối với mọi người đó là : “Nghiên cứu, thiết kế hệ thống đo và điều khiển ổn định nhiệt độ lò sử dụng bộ điều khiển Autonics TK 4s”
Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện- Điện tử Đồ án chuyên ngành BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập- Tự do- Hạnh Phúc TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH Sinh viên thực hiện: Phạm Văn Cừ Nguyễn Văn Duy Lớp: Đ-ĐT K11.4.1 Khóa: 2013-2017 Ngành đào tạo: Điều khiển Tự động hóa Tên đề tài: Nghiên cứu, thiết kế hệ thống đo điều khiển ổn định nhiệt độ lò ấp trứng sử dụng điều khiển Autonics TK 4s Số ĐVHT/TC: Thời gian thực hiện: …tuần Giảng viên hướng dẫn: Trần Thị Thường Ngày giao đề tài : … /…/2016 Mobile: 0163 481 4035 Ngày hoàn thành: …/… /2016 Email: thuonghd12@gmail.com GVHD :Trần Thị Thường SVTH : Phạm Văn Cừ Nguyễn Văn Duy Page Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện- Điện tử Đồ án chuyên ngành MỤC LỤC GVHD :Trần Thị Thường SVTH : Phạm Văn Cừ Nguyễn Văn Duy Page Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện- Điện tử Đồ án chuyên ngành Nhận xét giảng viên hướng dẫn ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… GVHD :Trần Thị Thường SVTH : Phạm Văn Cừ Nguyễn Văn Duy Page Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện- Điện tử Đồ án chuyên ngành LỜI NÓI ĐẦU Việt Nam ta ngày phát triển giàu mạnh Một thay đổi đáng kể Việt Nam gia nhập WTO, bước ngoặt quan trọng thay đổi đất nước, để - người Việt có hội nắm bắt nhiều thành tựu vĩ đại giới, đặc biệt lĩnh vực khoa học kĩ thuật nói chung ngành Điện - Điện Tử nói riêng Thế hệ trẻ không tự phấn đấu học hỏi không ngừng sớm lạc hậu nhanh chóng thụt lùi Nhìn điều Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên sớm chủ trương hình thức đào tạo sâu rộng, từ thấp đến cao Để tăng chất lượng học tập sinh viên nhà trường nói chung khoa Điêṇ - Điện Tử nói riêng tổ chức cho sinh viên làm đồ án nhằm tạo nên tảng vững cho sinh viên trường, đáp ứng nhu cầu tuyển dụng việc làm Ngày lĩnh vực điều khiển ứng dụng rộng rãi thiết bị, sản phẩm phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt ngày người máy giặt, đồng hồ điện tử, ti vi nhằm giúp cho đời sống ngày đại tiện lợi Đề tài ứng dụng điều khiển đời sống thực tế phong phú đa dạng nhằm đáp ứng cho sống tiện nghi người.Với mục đích tìm hiểu đáp ứng yêu cầu chúng em lựa chọn đề tài có tính ứng dụng thực tế không xa lạ người : “Nghiên cứu, thiết kế hệ thống đo điều khiển ổn định nhiệt độ lò ấp trứng sử dụng điều khiển Autonics TK 4s” GVHD :Trần Thị Thường SVTH : Phạm Văn Cừ Nguyễn Văn Duy Page Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện- Điện tử Đồ án chuyên ngành LỜI CẢM ƠN Trước tiên, em xin gửi lời cám ơn chân thành sâu sắc tới thầy cô giáo trường Đại học SPKT Hưng Yên nói chung thầy cô giáo khoa Điện – Điện tử, môn Đo lường điều khiển tự động nói riêng tận tình giảng dạy, truyền đạt cho em kiến thức, kinh nghiệm quý báu suốt thời gian qua Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn đến cô Trần Thị Thường, cô tận tình giúp đỡ, trực tiếp bảo, hướng dẫn em suốt trình làm đồ án chuyên ngành Trong thời gian làm việc với cô, em không ngừng tiếp thu thêm nhiều kiến thức bổ ích mà học tập tinh thần làm việc, thái độ nghiên cứu khoa học nghiêm túc, hiệu quả, điều cần thiết cho em trình học tập công tác sau Sau xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè động viên, đóng góp ý kiến giúp đỡ trình học tâp, nghiên cứu hoàn thành đồ án chuyên ngành Do kiến thức hạn hẹp nên trình thực đồ án chúng em tránh khỏ i sai sót, mong quý thầy cô hội đồng khảo thi bỏ qua có hướng giúp đỡ để chúng em hoàn chỉnh đồ án hoàn chỉnh Chúng em xin chân thành cảm ơn GVHD :Trần Thị Thường SVTH : Phạm Văn Cừ Nguyễn Văn Duy Page Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện- Điện tử Đồ án chuyên ngành Chương I : Cơ sở lý thuyết Giới thiệu chung hệ thống đo điều khiển nhiệt độ 1.1 Trong nghiên cứu khoa học, sản xuất đời sống sinh hoạt hàng ngày luôn cần xác định nhiệt độ môi trường hay vật Vì việc đo nhiệt độ môi trường việc làm vô cần thiết Đo nhiệt độ phương thức đo lường không điện nhiệt độ cần đo thấp ( vài độ Kelvin ) cao ( vài ngàn, vài chục nghìn độ Kelvin) Độ xác nhiệt độ có cần tới vài phần nghìn độ, có vài chục độ chấp nhận Để giải vấn đề đó, với kiến thức học kĩ thuật điện điện tử, đo lường cảm biến, vi điều khiển người ta thiết kế hệ thống đo điều khiển nhiệt độ nhằm đo điều khiển nhiệt độ xác làm tăng hiệu tránh rủi ro không cần thiết 1.2 Giới thiệu loại cảm biến đo nhiệt độ, ưu nhược điểm cảm biến nhiệt PT100 - Cảm biến thiết bị dùng để cảm nhận đại lượng vật lý không điện thành tín hiệu điện -Ví dụ: nhiệt độ tín hiêu không điện, qua cảm biến trở thành dạng tín hiệu khác điện trở hay điện áp, sau phận trung tâm thu nhận tín hiệu điện trở hay điện áp để xử lý Thông thường cảm biến nhiệt độ có yếu tố ảnh hưởng đến độ xác nhiệt độ môi trường nhiệt độ cảm nhận cảm biến Điều có nghĩa việc truyền nhiệt độ từ môi trường vào đầu đo cảm biến tổn thất cảm biến đo xác GVHD :Trần Thị Thường SVTH : Phạm Văn Cừ Nguyễn Văn Duy Page Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện- Điện tử • Đồ án chuyên ngành Một số mẫu cảm biến thường gặp - Cặp nhiệt điện ( can nhiệt ) Hình 1a: Can nhiệt Can nhiệt thường có cấu tạo gồm chất liệu kim loại khác hàn dính đầu hoạt động nhiệt độ thay đổi cho sức điện động thay đổi Thông thường loại cảm biến bền, đo nhiệt độ cao độ nhạy không cao hay sai số Can nhiệt thường ứng dụng ngành công nghiệp luyện kim, khí, gia công, Trên thị trường có nhiều loại cặp nhiệt điện khác nhau( E, J, K, L, S, B, ) cặp nhiệt điện cấu tạo chất liệu khác nhau, từ sức điện động tạo khác dấn đến thang đo khác Vì người sử dụng cần phải lựa chọn thiết bị đo cho phù hợp với yêu cầu sử dụng Những điểm lưu ý lắp đặt cặp nhiệt điện: - Dây nối từ đầu đo đến điều khiển ngắn tốt tín hiệu truyền dạng điện áp mV nên dây dài dẫn đến sai số nhiều - Thực việc cài đặt bù giá trị nhiệt độ( offset) để bù lại tổn thất mắt đường dây, giá trị offset lớn hay nhỏ tùy thuộc vào độ dài, chất liệu dây nhiệt độ môi trường - Không để đầu dây nối cặp nhiệt điện tiếp xúc với môi trường cần đo - Đấu nối đầu âm/dương cho cặp nhiệt điện GVHD :Trần Thị Thường SVTH : Phạm Văn Cừ Nguyễn Văn Duy Page Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện- Điện tử Đồ án chuyên ngành - Nhiệt điện trở Hình 1b: Nhiệt điện trở Nhiệt điện trở thường có cấu tạo gồm dây kim loại làm từ đồng, Nikel, Platinum quấn tùy theo hình dáng đầu đo Và hoạt động thay đổi nhiệt độ điện trở hai đầu dây thay đổi Tuy nhiên nhiệt điện trở có độ xác cao, dễ sử dụng, chiều dài dây không hạn chế Và thường ứng dụng ngành thực phẩm, hóa chất, đồ uống, - Điện trở oxit kim loại : GVHD :Trần Thị Thường SVTH : Phạm Văn Cừ Nguyễn Văn Duy Page Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện- Điện tử Đồ án chuyên ngành Hình 1c - Cấu tạo: Làm từ hổn hợp oxit kim loại: mangan, nickel, cobalt,… - Nguyên lý: Thay đổi điện trở nhiệt độ thay đổi - Ưu điểm: Bền, rẽ tiền, dễ chế tạo - Khuyết điểm: Dãy tuyến tính hẹp -Dải đo: 50o - Ứng dụng: Làm chức bảo vệ, ép vào cuộn dây động cơ, mạch điện tử - Có hai loại thermistor: Hệ số nhiệt dương PTC- điện trở tăng theo nhiệt độ; Hệ số nhiệt âm NTC – điện trở giảm theo nhiệt độ Thường dùng loại NTC Cảm biến sử dụng đồ án (PT100) GVHD :Trần Thị Thường SVTH : Phạm Văn Cừ Nguyễn Văn Duy Page Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện- Điện tử Đồ án chuyên ngành Hình 1d: PT100 Với yêu cầu độ xác cao việc đo nhiệt độ loại đồng hồ khí không khả thi Chính thiết bị đo nhiệt độ ngày cải tiến xác Trong phải kể đến cảm biến nhiệt độ PT100 Cảm biến nhiệt độ PT100 hay gọi nhiệt điện trở kim loại ( RTD) PT100 cấu tạo từ kim loại Platinum quấn tùy theo hình dáng đầu dò o nhiệt có giá trị điện trở C 100 Ohm Đây loại cảm biến thụ động nên sử dụng cần phải cấp nguồn ổn định Các thông số kĩ thuật dây đo nhiệt PT100 Các thông số : Dây cảm biến nhiệt PT100 bao gồm đầu dò ống trụ có đường kính 4mm chiều dài ống trụ 30mm ,2 dây đầu có chiều dài 70cm GVHD :Trần Thị Thường SVTH : Phạm Văn Cừ Nguyễn Văn Duy Page 10 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện- Điện tử Đồ án chuyên ngành ■ Khởi tạo thông số • Nhấn phím , để khởi tạo lại tất thông số nhớ giá trị mặc định • • Cài đặt thông số thành YES để khởi tạo tất thông số Trường hợp chức mật ON, cần nhập mật để tiến hành khởi tạo thông số Mật khởi tạo lại GVHD :Trần Thị Thường SVTH : Phạm Văn Cừ Nguyễn Văn Duy Page 35 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện- Điện tử Đồ án chuyên ngành Loại dải ngõ vào GVHD :Trần Thị Thường SVTH : Phạm Văn Cừ Nguyễn Văn Duy Page 36 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện- Điện tử Đồ án chuyên ngành ■ Hiển thị bảng phía trước mở nguồn Khi nguồn cấp, phần hiển thị nhấp nháy giây Sau đó, tên model loại cảm biến ngõ vào nhấp nháy hai lần đăng nhập vào chế độ RUN GVHD :Trần Thị Thường SVTH : Phạm Văn Cừ Nguyễn Văn Duy Page 37 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện- Điện tử Đồ án chuyên ngành ■ Alarm Hoạt động cảnh báo (Alarm) GVHD :Trần Thị Thường SVTH : Phạm Văn Cừ Nguyễn Văn Duy Page 38 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện- Điện tử Đồ án chuyên ngành ※ H: Độ trễ ngõ cảnh báo * Lựa chọn cảnh báo GVHD :Trần Thị Thường SVTH : Phạm Văn Cừ Nguyễn Văn Duy Page 39 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện- Điện tử Đồ án chuyên ngành ※Điều kiện để ứng dụng lặp lại dự phòng Dự phòng 1, Chốt cảnh báo Dự phòng 1: NGUỒN ON Điều kiện để ứng dụng lặp lại dự phòng cho Dự phòng 2, Chốt cảnh báo Dự phòng 2: NGUỒN ON, thay đổi cài đặt nhiệt độ, nhiệt độ cảnh báo [ AL1, AL2] hoạt động cảnh báo [ AL-1, AL-2], chuyển từ chế độ STOP sang chế độ RUN GVHD :Trần Thị Thường SVTH : Phạm Văn Cừ Nguyễn Văn Duy Page 40 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện- Điện tử Đồ án chuyên ngành Chương III : Thiết kế mô hình hệ thống đo điều khiển ổn định nhiệt độ 3.1.Sơ đồ khối hệ thống : Hình3a Sơ đồ khối hệ thống Khối nguồn : cung cấp nguồn AC 220V/50Hz cho toàn hệ thống Khối điều khiển : tiếp nhận tín hiệu từ cảm biến điều khiển chân rơ le đầu OUT1, AL1 Khối cảm biến : tiếp nhận nhiệt độ từ môi trường gửi tín hiệu đến điều khiển Khối động : làm mát không khí bên lò Khối đèn : làm ấm không khí bên lò Phương pháp điều khiển : điều khiển on-off Chính kiểm soát bật tắt GVHD :Trần Thị Thường SVTH : Phạm Văn Cừ Nguyễn Văn Duy Page 41 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện- Điện tử Đồ án chuyên ngành Đây thiết bị điều khiển nhiệt độ đơn giản Khi nhiệt độ vượt điểm đặt điều khiển tắt đầu Đối với kiểm soát nhiệt, nhiệt độ điểm đặt đầu bật ngược lại Thường kiểm soát bật tắt sử dụng không đòi hỏi xác cao, hệ thống mà không bật tắt liên tục, hệ thống có nhiệt độ thay đổi chậm, sử dụng cho báo động nhiệt độ 3.2 Lưu đồ thuật toán Hình lưu đồ thuật toán GVHD :Trần Thị Thường SVTH : Phạm Văn Cừ Nguyễn Văn Duy Page 42 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện- Điện tử 3.3 Đồ án chuyên ngành Các khối thực tế : Bộ điều khiển autonics Tk 4s : Cảm biến nhiệt độ Pt100: GVHD :Trần Thị Thường SVTH : Phạm Văn Cừ Nguyễn Văn Duy Page 43 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện- Điện tử Đồ án chuyên ngành Động : Đèn : GVHD :Trần Thị Thường SVTH : Phạm Văn Cừ Nguyễn Văn Duy Page 44 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện- Điện tử 3.4 Đồ án chuyên ngành Mô hình thực tế đề tài : Mặt trước Cạnh bên GVHD :Trần Thị Thường SVTH : Phạm Văn Cừ Nguyễn Văn Duy Page 45 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện- Điện tử Đồ án chuyên ngành Mặt sau Bên 3.5 Một số ứng dụng thực tế điều khiển GVHD :Trần Thị Thường SVTH : Phạm Văn Cừ Nguyễn Văn Duy Page 46 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện- Điện tử Đồ án chuyên ngành • Điều khiển ổn định nhiệt độ nồi • Trong lò ấp trứng KẾT LUẬN Kết luận chung GVHD :Trần Thị Thường SVTH : Phạm Văn Cừ Nguyễn Văn Duy Page 47 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện- Điện tử Đồ án chuyên ngành Sau tuần thực đề tài “Nghiên cứu thiết kế hệ thống đo điều khiển ổn định nhiệt độ sử dụng điều khiển Autonics TK 4S” chúng em thực xong thời hạn đạt mục tiêu đề Về mặt lý thuyết, đề tài nêu lên vấn đề phương pháp đo nhiệt độ, thiết bị đo, số mạch đo điều khiển nhiệt độ thực tế Bên cạnh đó, đề tài nêu lợi ích việc ứng dụng cảm biến kết hợp vi xử lí thực tế công nghiệp đại Về mặt thực hành, đề tài trình bày cách cài đặt, thao tác, vận hành kết nối cảm biến với điều khiển Autonics Việc thực đồ án giúp cho chúng em có hội tiếp cận phương pháp đo điều khiển đại với việc giúp chúng em có thêm hội học hỏi củng cố kiến thức học Song song với đề tài giúp chúng em có thêm hội thực hành nhiều để sau ứng dụng vào công việc thực tế Tuy nhiên thời gian có hạn, tài liệu tham khảo ít, kỹ thuật chi phí hạn chế nên chúng em tránh khỏi sai sót Mong thầy cô thông cảm cho chúng em thêm ý kiến để chúng em làm hoàn chỉnh Hướng phát triển đề tài : + Có thể tích hợp thêm loa cảnh báo + Mở rộng ứng dụng cho nhiều thiết bị khác + Kết nối truyền thông Lời cuối em xin chân thành cảm ơn cô giáo Trần Thị Thường thầy cô giúp đỡ em trình thực đề tài Sinh viên thực hiện: Phạm Văn Cừ Nguyễn Văn Duy TÀI LIỆU THAM KHẢO GVHD :Trần Thị Thường SVTH : Phạm Văn Cừ Nguyễn Văn Duy Page 48 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện- Điện tử Đồ án chuyên ngành Giáo trình Lý thuyết điều khiển tự động Giáo trình Điều khiển trình http://baoanjsc.com.vn http://tailieu.vn http://thietbicongnghiep.net.vn GVHD :Trần Thị Thường SVTH : Phạm Văn Cừ Nguyễn Văn Duy Page 49