Thiết kế hệ thống tự động điều chỉnh nhiệt độ lò sấy nông sản thực phẩm

MỤC LỤC MỤC LỤC.................................................................................. 2 DANH MỤC HÌNH ẢNH.............................................................................................. 4 DANH MỤC BẢNG BIỂU............................................................................................ 5 TÓM TẮT....................................................................................................................... 6 MỞ ĐẦU 4 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÒ SẤY NÔNG SẢN THỰC PHẨM 10 1.1. Giới thiệu chung về lò sấy nông sản thực phẩm 10 1.2. Tổng quan về sản phẩm nông sản và quá trình sấy nông sản 13 1.2.1. Tổng quan hệ lò sấy ngô 15 1.2.2. Sơ đồ thu ngô, tách ngô và sấy ngô 16 1.2.3. Các giai đoạn trong quá trình thu ngô và tách Ngô, sấy ngô và các thông số khi sấy. 16 1.2.4. Phương án thiết kế tự động hoá dây truyền hệ thống sấy Ngô. 17 1.3. Mô hình toán học của lò sấy nông sản thực phẩm 22 1.3.1. giới thiệu chung về lò điện trở 22 1.3.2. Đặc điểm. 22 1.3.3. Nguyên lý làm việc. 23 1.3.4. Phân loại lò điện trở. 23 1.3.5. Cấu tạo lò điện trở. 23 1.3.6. Các phương pháp xây dựng mô hình toán học. 25 1.3.7. Các phương pháp nhận dạng dựa trên đáp ứng quá độ và phổ tín hiệu. 26 1.3.8. Các phương pháp nhận dạng dựa trên mô hình quán tính bậc nhất có trễ. 26 1.3.9. Các phương pháp nhận dạng dựa trên mô hình quán tính bậc hai có trễ. 26 1.4. Mô hình toán học của lò nhiệt 28 1.5. Giới thiệu về các bộ điều chỉnh PID và một số luật hiệu chỉnh. 30 1.5.1.Cấu trúc chung của một hệ điều khiển tự động. 30 1.5.2. Đặc tính quá độ và các chỉ tiêu đánh giá chất lượng hệ điều khiển tự động. 31 1.5.3. Phân tích các luật điều khiển. 32 CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ, TÍNH TOÁN VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ LÒ SẤY NÔNG SẢN THỰC PHẨM 39 2.1. Thiết kế hệ điều chỉnh lò nhiệt 39 2.2. Tính toán 40 2.1.2. Mô hình lò nhiệt 41 2.2 .2. Thiết kế bộ điều chỉnh PID số theo phương pháp ZieglerNichols 42 2.3 Mô phỏng hệ thống điều chỉnh 46 KẾT LUẬN 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO 57

MỤC LỤC

MỤC LỤC 2

DANH MỤC HÌNH ẢNH 4

DANH MỤC BẢNG BIỂU 5

TÓM TẮT 6

MỞ ĐẦU 4

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÒ SẤY NÔNG SẢN THỰC PHẨM 10

1.1 Giới thiệu chung về lò sấy nông sản thực phẩm 10

1.2 Tổng quan về sản phẩm nông sản và quá trình sấy nông sản 13

1.2.1 Tổng quan hệ lò sấy ngô 15

1.2.2 Sơ đồ thu ngô, tách ngô và sấy ngô 16

1.2.3 Các giai đoạn trong quá trình thu ngô và tách Ngô, sấy ngô và các thông số khi sấy 16

1.2.4 Phương án thiết kế tự động hoá dây truyền hệ thống sấy Ngô 17

1.3 Mô hình toán học của lò sấy nông sản thực phẩm 22

1.3.1 giới thiệu chung về lò điện trở 22

1.3.2 Đặc điểm 22

1.3.3 Nguyên lý làm việc 23

1.3.4 Phân loại lò điện trở 23

1.3.5 Cấu tạo lò điện trở 23

1.3.6 Các phương pháp xây dựng mô hình toán học 25

1.3.7 Các phương pháp nhận dạng dựa trên đáp ứng quá độ và phổ tín hiệu 26

1.3.8 Các phương pháp nhận dạng dựa trên mô hình quán tính bậc nhất có trễ 26 1.3.9 Các phương pháp nhận dạng dựa trên mô hình quán tính bậc hai có trễ 26 1.4 Mô hình toán học của lò nhiệt 28

1.5 Giới thiệu về các bộ điều chỉnh PID và một số luật hiệu chỉnh 30

1.5.1.Cấu trúc chung của một hệ điều khiển tự động 30 1.5.2 Đặc tính quá độ và các chỉ tiêu đánh giá chất lượng hệ điều khiển tự động

1.5.3 Phân tích các luật điều khiển 32

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ, TÍNH TOÁN VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ LÒ SẤY NÔNG SẢN THỰC PHẨM .39

2.1 Thiết kế hệ điều chỉnh lò nhiệt 39

2.2 Tính toán 40

2.1.2 Mô hình lò nhiệt 41

2.2 2 Thiết kế bộ điều chỉnh PID số theo phương pháp Ziegler-Nichols 42

2.3 Mô phỏng hệ thống điều chỉnh 46

KẾT LUẬN 55

TÀI LIỆU THAM KHẢO 57

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1 1 Hệ thống lò sấy nông sản thực phẩm 10

Hình 1 2 Hệ thống sấy cơm dừa tầng sôi 11

Hình 1 3 Hệ thống sâý nông sản thực phẩm dạng tháp 11

Hình 1 4 Máy sấy thùng quay, sấy liên tục 12

Hình 1 5 Mô hình tổng quan hệ thống lò sấy ngô 15

Hình 1 6 Lược đồ tổng quan hệ thống lò sấy ngô 16

Hình 1 7 Xích tải ngang 18

Hình 1 8 Xích tải ngang nghiêng 18

Hình 1 9 Mô hình lò sấy 21

Hình 1 10 Mô hình lò điện trở 28

Hình 1 11 Đặc tính của lò nhiêt 29

Hình 1 12 Sơ đồ hệ thống điều khiển tự động 30

Hình 1 13 Quá trình quá độ của hệ thống ổn định theo thời gian 31

Hình 1 14 Đặc tính quá độ của bộ điều khiển PID 34

Hình 1 15 Cửa sổ làm việc phần mềm MATLAB 36

Hình 1 16 Cửa sổ thư viện Simulink của MATLAB 37

Hình 1 17 Cửa sổ giao diện làm việc trên Simulink 38

Hình 2 1 Sơ đồ khối của hệ thống 39

Hình 2 2 Hệ thống sấy 40

Hình 2 3 Mô hình lò nhiệt 39

Hình 2 4 Đặc tính của lò nhiệt 41

Hình 2 5 Sơ đồ cấu trúc bộ PID 42

Hình 2 6 Biểu diễn miền lấy tích phân 43

Hình 2 7 Sơ đồ cấu trúc của hệ thống 45

Hình 2 8 Xác định hệ số khuếch đại 46

Hình 2 9 Sơ đồ mô phỏng hệ thống điều chỉnh nhiệt độ của lò nhiệt 47Hình 2 10 Quá trình quá độ trong lò nhiệt 47Hình 2 11 Sơ đồ mô phỏng hệ thống điều chỉnh nhiệt độ lò nhiệt dùng PID

47Hình 2 12 Kết quả mô phỏng Matlab ứng với giá trị đặt khi dùng bộ điều

khiển PID trong hệ thống điều chỉnh lò nhiệt 48Hình 2 13 Kết quả mô phỏng Matlab ứng với giá trị đặt khi hiệu chỉnh PID

trong hệ thống điều chỉnh lò nhiệt 49Hình 2 14 Bộ thông số PID sau khi hiệu chỉnh đối với hệ thống điều chỉnh

nhiệt độ lò nhiệt 49Hình 2 15 Kết quả mô phỏng Matlab ứng với giá trị đặt khi dùng bộ điều

khiển PID trong hệ thống điều chỉnh lò nhiệt 50Hình 2 16 Kết quả mô phỏng Matlab ứng với giá trị đặt sau khi hiệu chỉnh

PID trong hệ thống điều chỉnh lò nhiệt 51Hình 2 17 Bộ thông số PID sau khi hiệu chỉnh đối với hệ thống điều chỉnh

nhiệt độ 51Hình 2 18 Kết quả mô phỏng Matlab ứng với giá trị đặt khi dùng bộ điều

khiển PID trong hệ thống điều chỉnh lò nhiệt 52Hình 2 19 Kết quả mô phỏng Matlab ứng với giá trị đặt sau khi hiệu chỉnh

PID trong hệ thống điều chỉnh lò nhiệt 53Hình 2 20 Bộ thông số PID sau khi hiệu chỉnh đối với hệ thống điều chỉnh

nhiệt độ lò nhiệt 54

DANH SÁCH BẢNG BIỂU

Bảng 1 1 Số liệu chọn dây đốt để làm vỏ lò 24Bảng 1 2 Sự thay đổi thông số độc lập 35

TÓM TẮT

Đề tài nêu phương pháp thiết kế hệ thống tự động điều chỉnh nhiệt độ lò sấynông sản thực phẩm, hệ thống được thực hiện trên phần mềm mô phỏng Matlab qua

đó khảo sát và đánh giá hệ thống điều chỉnh nhiệt độ lò sấy nông sản thực phẩm

Qua thời gian nghiên cứu, thiết kế, tính toán và mô phỏng hệ thống điềuchỉnh nhiệt độ lò nhiệt với quá trình hiệu chỉnh của bộ điều khiển PID để ứng dụngthiết thực, phục vụ hiệu quả trong hệ thống điều khiển Tuy nhiên có nhiều hạn chếtrong việc ứng dụng và xây dựng mô hình hệ thống

Với đề tài này đã sử dụng nhiều phương pháp để nghiên cứu và đánh giá vàđược ứng dụng rất nhiều và thiết thực trong việc học tập nghiên cứu cũng như trongsản xuất

ABSTRACT

The topic of the system design method automatically adjusts the temperature

of the drying of agricultural products, the system is implemented on Matlab

simulation software through which to monitor and evaluate the temperature control system of agricultural drying food

Throughout the study, design, calculation and simulation of the furnace

temperature control system with the calibration process of the PID controller for practical, effective service in the control system However, there are many

limitations in the application and modeling of the system

This subject has used many methods to study and evaluate and is applied a lot and practical in studying research as well as in production.

MỞ ĐẦU

Ngày nay, với sự phát triển của khoa học kĩ thuật, sự đa dạng của các linh kiệnđiện tử số, các thiết bị điều khiển tự động, các công nghệ cũ đang dần dần được thaythế bằng các công nghệ hiện đại.Với sự bùng nổ của những tiến bộ khoa học-kĩ thuậttrong các lĩnh vực điện, điện tử, tin học trong những năm gần đây đã dẫn đến sự biếnđổi sâu sắc cả về lý thuyết lẫn thực tế của các lĩnh vực điều khiển lập trình vi điềukhiển, hệ thống tự động điều khiển, vi xử lý, PLC…đang được ứng dụng rộng rãi trongcông nghiệp, các dây chuyền sản xuất

Hệ thống điều khiển tự động cho các hệ thống dây chuyền trong các nhà máycông nghiệp không thể thiếu được Nó quyết định rất nhiều đến sự phát triển của xãhội như trong công cuộc công nghiệp hoá hiện đại hoá để từng bước bắt kịp sự pháttriển trong khu vực và thế giới về mọi mặt Kinh tế và Xã hội Do đó, việc tự độnghoá quá trình sấy công nghiệp là sự lựa chọn hàng đầu nhằm góp phần bảo quảnnguyên liệu, tăng năng suất tạo ra sản phẩm có chất lượng cao, đảm bảo an toànthực phẩm, tăng khả năng cạnh tranh mạnh mẽ trên thị trường

Kinh tế xã hội phát triển nhu cầu đối với các dịch vụ hàng hóa trong nướccũng như xuất khẩu ngày càng tăng, đòi hỏi về chất lượng cao hơn và mặt hàngnông sản (Ngô, gạo, cà phê, ca cao, hồ tiêu) cũng là một trong các mặt hàng trong

số đó Vì vậy, các nhà máy chế biến không còn là bán tự động mà phải được tựđộng hóa hoàn toàn mới đáp ứng được yêu cầu đặt ra

Thực hiện việc cải tạo nâng cấp một hệ thống máy móc đầu tiên là thay thế hệthống điều khiển có thể lập trình được nhằm làm giảm sức lao động, cho mạch điềukhiển của hệ thống gọn nhẹ, hoạt động chính xác đáng tin cậy hơn và quan trọngnhất là dễ dàng thay đổi chương trình điều khiển khi có yêu cầu

Từ đó em lựa chọn đề tài “ Thiết kế hệ thống tự động điều chỉnh nhiệt độ lò sấy nông sản thực phẩm”

Mục tiêu của đề tài là em xây dựng được đầy đủ phương pháp luận để khảosát, đánh giá, nghiên cứu, thiết kế được bộ điều khiển cho lò sấy nông sản thựcphẩm

Trong quá trình thực hiện đề tài này em đã tìm hiểu, trao đổi và tổng hợp cáckiến thức mà mình đã được học trong thời gian được học, cũng như tham khảo các

tài liệu liên quan khác để hoàn thành đề tài được giao Cấu trúc của đồ án gồm haichương, mỗi chương em sẽ trình bày cụ thể các vấn đề nghiên cứu khác nhau:

Chương 1: Tổng quan về hệ thống lò sấy nông sản thực phẩm

Chương 2: Thiết kế, tính toán và mô phỏng hệ thống tự động điều chỉnh lò sấynông sản thực phẩm

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô thuộc bộ môn Điều khiển

và Tự động hóa , đặc biệt là thầy giáo PGS.TS Nguyễn Hoa Lư đã tận tình hướng

dẫn, giúp đỡ và tạo điều kiện tốt nhất giúp em hoàn thành đồ án tốt nghiệp đượcthuận lợi

Em xin chân thành cảm ơn!

Nghệ an, ngày tháng 5 năm 2018

Người thực hiệnBùi Thị Trinh

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÒ SẤY

NÔNG SẢN THỰC PHẨM

1.1 Giới thiệu chung về lò sấy nông sản thực phẩm

Các sản phẩm nông sản của nước ta hiện nay đang rất được quan tâm và luôn

là trang nóng trên các tin tức đặc biệt là lúa gạo, cà phê, ngô, khoai, sắn, các loạihoa quả sấy… sản lượng hàng năm thu hoạch về rất lớn, sau khi thu về các nhà máychế biến đã thực hiện chế biến nông sản để đưa ra thị trường phục vụ cho đời sốnghằng ngày, để đưa sản phẩm có chất lượng cao thì khâu sấy nông sản là khâu quantrọng quyết định chất lượng của sản phẩm này có đạt chuẩn không Sấy nông sảnphải điều chỉnh nhiệt độ thế nào cho phù hợp để sản phẩm đạt tiêu chuẩn

Sấy khô thực phẩm bằng các lò sấy nông sản là quá trình sấy khô thực phẩmbằng cách sử dụng công nghệ khí nóng đối lưu tuần hoàn, rút nước từ từ trong thựcphẩm cho đến khi khô hoàn toàn Sấy khô là một trong những phương pháp làm khôthực phẩm để giúp vận chuyển dễ dàng và bảo quản sản phẩm được lâu hơn

Một số hình ảnh về thiết bị sấy và lò sấy

Hình 1 1 Hệ thống lò sấy nông sản thực phẩm

Hình 1 2 Hệ thống sấy cơm dừa tầng sôi

Hình 1 3 Hệ thống sâý nông sản thực phẩm dạng tháp

Hình 1 4 Máy sấy thùng quay, sấy liên tục

Hiện nay trên thị trường có nhiều loại máy sấy khô nông sản khác nhau phổbiến nhất là các máy sấy khô nông sản bằng khí nóng đối lưu tuần hoàn, tiếp nữa làcác máy ứng dụng công nghệ sấy vi sóng, công nghệ hơi nước bão hòa, ứng dụnghồng ngoại…

 Ưu điểm của các loại máy sấy thực phẩm công nghiệp:

• Bảo toàn nguyên vẹn màu sắc và hương vị nguyên liệu: hầu như nguyên vẹn

so với sản phẩm tươi sống trước sấy

• Thời gian cho một mẻ sấy ngắn: hệ thống hút ẩm, rút nước ra khỏi sản phẩm nhanh, hạn chế sự thất thoát thoát nhiệt

• Kích thước: lớn, phù hợp cho quy mô sấy công nghiệp, mỗi mẻ sấy khoảng 500kg- 1 tấn nguyên liệu tươi sống

• Có thể được thiết kế linh hoạt: tùy theo nhu cầu sử dụng và đặc trưng sản phẩm của khách hàng

• Giá thành hợp lý: giúp làm giảm thiểu chi phí giá vốn cho sản phẩm sấy.

• Sử dụng được cho đa dạng các loại thực phẩm: như nông sản, thủy hải sản, dược liệu, cho đến các loại vật liệu cần sấy ở nhiệt độ lớn như sấy sơn, sấy keo, sấy khuôn, gỗ…

• Sử dụng công nghệ cao: giúp giảm thiểu mức điện năng tiêu thụ

• Khay sấy: đa dạng, có thể dễ dàng thay đổi, điều chỉnh theo yêu cầu sử dụng của khách hàng

Phạm vi ứng dụng của các loại máy sấy thực phẩm

Hiện nay, hầu như tất cả các loại nông sản đều có thể áp dụng quy trình sấy côngnghiệp để cho ra sản phẩm sấy khô đạt tiêu chuẩn cho ra thị trường Không dừng lại ởnông sản, các sản phẩm thủy hải sản cũng có thể được sấy bằng hệ thống các máy sấynông sản kể trên Ngoài ra, phạm vi ứng dụng của chúng cũng vô cùng đa dạng, ví như:Các sản phẩm nông sản sấy khô có thể kể đến như: cà phê sấy, cà rốt sấy, táotàu sấy, ớt sấy, nấm sấy, thịt gấc sấy…

Các loại ngũ cốc dạng hạt: thóc lúa, gạo, ngô và các loại đậu như đậu đen, đậuxanh, đậu nành…

Các nông sản dạng lát mỏng: như khoai mỳ, sắn, khoai lang, khoai tây…Thủy hải sản như: tôm khô, cá khô, mực khô…

Thức ăn cho gia súc: cám, bột các loại

Sản phẩm dược liệu, làm thuốc: hoa hồng, hoa nhài, và các vị thuốc khác.Các sản phẩm phục vụ ngành công nghiệp chế biến sản xuất: như bột mỳ, bộtsữa, bột ngũ cốc…

Ngoài ra còn rất nhiều loại sản phẩm đặc thù khác cũng được sấy khô: nhằmgiúp bảo quản chúng được lâu hơn

1.2 Tổng quan về sản phẩm nông sản và quá trình sấy nông sản

Hiện nay, ở nước ta có nhiều khu vực có diện tích đất chủ yếu là đồi núi do đóphần lớn người nông dân sử dụng những vùng đồi này để trồng Ngô, sắn Hàngnăm vào vụ thu hoạch của những người nông dân lượng ngô được thu về tới hàngtriệu tấn, ngô thu về tồn tại ở dạng bắp sau đó về vẽ (số lượng ít) hoặc dùng máy đểtách lõi với hạt ra lúc này ngô chưa được khô, chưa đạt tiêu chuẩn độ ẩm, khônglàm khô kịp thời thì ngô có thể bị mốc làm ảnh hưởng tới sức khỏe của người hoặc

gia súc, gia cầm sử dụng Để làm khô các hạt ngô sau khi tách khỏi lõi thường sửdụng các biện pháp sau:

Phương pháp thủ công là phơi

+ Nhược điểm phương pháp này:

• Phụ thuộc vào thời tiết

• Số lượng không lớn

• Độ ẩm của ngô không đều

Phương pháp bán thủ công: Phương pháp này sử dụng lò sấy thủ công kếthợp với con người

+ Mô tả sơ qua về lò sấy bán tự động này, nhiệt để sấy được đốt từ bên ngoàibằng nhiên liệu là lõi ngô và được thổi vào bên trong lò sấy nhờ động cơ quạt.+ Lò sấy bên trên là sàn đổ ngô khi sấy quá trình đảo bằng sức người Nếu lò

cỡ lớn thì thực hiện một mẻ sấy là khoảng 15 tấn thời gian mất khoảng 120 phút.+ Đóng mở các động cơ điện vẫn sử dụng là cầu dao, hoặc Áp tô mát

+ Ưu điểm phương pháp này

• Vốn đầu tư ban đầu để xây dựng lò sấy ít

• Quy trình sấy đơn giản

+ Nhược điểm

• Tốn nhiều công sức

• Độ ẩm của ngô không đều

• Thời gian sấy lâu

• Số lượng ít

Do yêu cầu đòi hỏi về độ ẩm tiêu chuẩn của ngô sau khi phơi hoặc sấy và đểkhắc phục những nhược điểm của hai phương pháp trên, tôi xây dựng hệ thống lòsấy tự động điều khiển sấy để tạo nhiều hiệu quả, năng suất cho người sản xuất.+ Ưu điểm của lò sấy tự động

• Không tốn nhiều nhân công

• Thời gian sấy nhanh

• Số lượng lớn

• Độ ẩm của ngô đều và đạt tiêu chuẩn

• Có kho chứa ngô thành phẩm và ngô thu về

Hiện nay, cũng đã xuất hiện một số nhà máy sấy tự động nhưng các nhà máynày chưa chuẩn hóa quá trình hoạt động của các cơ cấu chấp hành và nhiệt độ của

lò, hệ thống điều khiển còn gặp nhiều sự cố trong quá trình làm việc Xuất phát từcác vấn đề này cũng như em tìm hiểu để xây dựng hệ thống điều khiển nhiệt độ lòsấy nhằm ổn định nhiệt, nâng cao chất lượng sản phẩm sấy đảm bảo tiêu chuẩn đầuvào nguyên liệu của các công đoạn sản xuất, chế biến

1.2.1 Tổng quan hệ lò sấy nông sản

Hình 1 5 Mô hình tổng quan hệ thống lò sấy ngô

1.2.2 Sơ đồ thu ngô, tách ngô và sấy ngô

Hình 1 6 Lược đồ tổng quan hệ thống lò sấy ngô

1.2.3 Các giai đoạn trong quá trình thu ngô và tách Ngô, sấy ngô và các thông

số khi sấy

a Giai đoạn thu ngô và tách ngô

Khi ngô đã đến giai đoạn thu hoạch ngô được thu về ở dạng bắp sau đó đượctách hạt và lõi Ngô ra nhờ các máy tách, Ngô hạt được chuyển đến các nhà máy đểsấy khô ở giai đoạn này không nằm trong phạm vi của quy trình sấy

b Giai đoạn chuyển ngô hạt lên các khoang chứa

Ngô hạt được đổ xuống sàn và sử dụng các xích tải để kéo ngô đến gầu tải, từgầu tải này ngô được đưa lên xích tải trên và kéo đổ vào các khoang chứa, bên phầnkhoang chứa được chia làm hai khoang Khi khoang thứ nhất chưa báo đầy là mứccao “H” thì SL được cấp nguồn và mở nắp ngô được ưu tiên đổ vào khoang thứnhất, nếu khoang thứ nhất báo đầy thì (SL) ở khoang thứ hai được cấp nguồn và mởnắp, ngô được đổ vào khoang thứ hai

c Giai đoạn sấy Ngô

Ngô được đưa về các khoang chứa khi đủ sản lượng sấy thì ta tiến hành sấy,Ngô được sấy liên hoàn cho đến khi đạt tiêu chuẩn độ ẩm

Khi bắt đầu thực hiện sấy ngô được xả ra từ khoang chứa thứ hai nhờ hệ thốngxích tải, gầu tải Ngô được đưa vào lò sấy qua khoang nóng với nhiệt độ sấy (35 độC) rồi qua khoang làm nguội Ngô, trong khi đi qua khoang nóng và khoang làmnguội, Ngô được đảo nhờ hệ thống cánh đảo trong lò sấy, ngô qua lò sấy được đưa

về khoang chứa thứ ba nhờ hệ thống xích tải, gầu tải Ngô ở khoang chứa 1 vàkhoang chứa 2 đã được sấy hết chu trình sấy đã thực hiện xong vòng sấy đầu tiên,tiếp tục vòng sấy tiếp theo lúc này ngô lại được xả ra từ khoang chứa thứ 3 và qua

lò sấy đổ vào khoang chứa thứ 4 và chu trình sấy thực hiện liên hoàn như vậy chotới khi hệ thống báo đủ tiêu chuẩn độ ẩm khi đó ngô được chuyển về khoang chứathành phẩm

Khi Ngô ở khoang chứa 1 và khoang chứa 2 đã được xả hết để sấy thì ta có thểđưa ngô từ bên ngoài vào khoang chứa để tiếp tục sấy hoặc dự trữ

d Giai đoạn xử lý mạt Ngô khi sấy

Trong quá trình sấy lượng mạt ở ngô được bong ra ngoài rất nhiều do đólượng mạt này phải được tách khỏi hạt xuất phát từ vấn đề đó nên lượng mạt phảiđược tách trong lúc sấy Ở dàn sấy của lò đặt một hệ thống thổi mạt là động cơ quạt

để thổi mạt và động cơ này hoạt động cùng với lò sấy Ngô sau khi qua lò sấy đưa

về các khoang chứa thì được hệ thống thổi mạt thổi hết mạt ra bên ngoài để đảm bảomôi trường không bị bụi lượng mạt thổi ra phải được đưa qua các ống dẫn đến nơi màkhông gây ô nhiễm

1.2.4 Phương án thiết kế tự động hoá dây truyền hệ thống sấy nông sản

Với hai loại ngô này thì nhiệt độ sấy sẽ khác nhau do đó lò sấy này thực hiệnsấy Ngô để chế biến nên nhiệt độ sấy của lò là 40 độ C – 80 độ C

Hình 1 7 Xích tải ngang

 Giới thiệu phương pháp tính toán chọn công suất động cơ xích tải:

Tính chọn công suất động cơ truyền động thiết bị vận tải liên tục thường theocông suất cản tĩnh Chế độ quá độ không tính đến vì số lần đóng cắt ít, không ảnhhưởng đến chế độ tải của động cơ truyền động

Phụ tải của thiết bị vận tải liên tục thường ít thay đổi trong quá trình làm việcnên không cần thiết phải kiểm tra theo điều kiện phát nóng và quá tải Trong điềukiện làm việc nặng nề của thiết bị, cần kiểm tra theo điều kiện mở máy

Sau đây là một phương pháp tính chọn công suất động cơ truyền động băngtải Trên (Hình 1.3) cho thấy: Một lực bất kì theo phương thẳng đứng đặt trên mặtnghiêng, có thể phân thành hai thành phần

: song song với mặt nghiêng

Hình 1 8 Xích tải ngang nghiêng

Khi tính toán chọn công suất động cơ truyền động xích tải, thường tính theocác thành phần sau:

• Công suất P1 để dịch chuyển vật liệu

• Công suất P2 để khắc phục tổn thất do ma sát trong các ổ đỡ

• Công suất P3 để nâng tải (Nếu là xích tải nghiêng)

• Lực cần thiết để dịch chuyển vật liệu là:

L Chiều dài xích tải

M Khối lượng vật liệu trên một mắt xích tải1

K Hệ số tính tới lực cản khi dịch chuyển vật liệuK1 =0,05

- Công suất cần thiết để dịch chuyển vật liệu là:

mb Khối lượng xích tải trên một mét chiều dài

• Công suất cần thiết để khắc phục lực cản ma sát

• Công thức tĩnh của sức tải:

: Hiệu suất truyền động

b Gầu tải Động cơ gầu tải để kéo ngô lên khoang chứa và lò sấy

Chức năng:

• Gầu tải đóng vai trò vận chuyển ngô từ xích tải lên các khoang chứa và lòsấy Nó tạo nên tính liên tục của quá trình sản xuất Gầu tải được truyền động bởicác động cơ không đồng bộ 3 pha thông qua các cơ cấu truyền động Tốc độ củagầu tải của từng công đoạn sản xuất khác nhau phụ thuộc vào yêu cầu kỹ thuật sảnxuất và đảm bảo không xảy ra dồn ứ sản phẩm

• Chiều cao của gầu tải H = 4m

• Tính chọn công suất, tốc độ động cơ:

- Động cơ truyền động cơ cấu nâng hạ gầu tải đóng vai trò quan trọng trong hệthống tuy nhiên động cơ gầu tải chỉ mang tải đều và làm việc chế độ dài hạn

Do đó ta chọn công suất động cơ P = 4.5 kw

Hiệu suất = 0.85

Tốc độ n = 350 v/p

c Mô hình các cơ cấu lò sấy, lò đốt

- Chức năng của lò sấy: Lò sấy có vai trò như là một buồng nhiệt để cho Ngô

đi qua với nhiệt độ vừa đủ, làm cho ngô khô một cách từ từ đảm bảo được tiêuchuẩn độ ẩm cho phép

 Phương pháp sấy kiểu tháp

Hình 1 9 Mô hình lò sấy kiểu tháp

- Mô tả lò sấy: Lò sấy hình tròn đường kính 3m

• Nhiệt độ của lò: 40 – 80 độ c

• Trên đỉnh của lò đặt hai cảm biến báo mức, báo đầy là mức trên (H) và báohết là mức dưới (L) để từ đó ta biết được lượng ngô đi vào lò sấy

- Chức năng của các động cơ trong lò sấy:

• Động cơ M.212 là động cơ hút hơi nóng từ lò đốt vào lò sấy

• Động cơ M.213 là động cơ thổi gió làm nguội ngô khi ngô đã qua khoangnóng

• Động cơ M.214 là động cơ quay các cánh đảo ngô

• Động cơ M.215 là động cơ quay xích tải để đưa ngô từ lò sấy ra gầu tải.

 Phương pháp sấy kiểu vỉ ngang

Hình 1 10 Hệ thống sấy kiểu vỉ ngang

Hệ thống thiết kế được trang bị cảm biến đo nhiệt độ kết họp với vi xử lý đểđiều khiển nhiệt độ và tốc độ quạt gió trong lò, cũng thông qua bảng điều khiển tựđộng toàn bộ hoạt động của lò được giám sát bằng hệ thống đèn báo

Hệ thống bao gồm:

• Bộ gia nhiệt

• Hệ thống thông gió và động cơ quạt

• Bộ điều khiển và báo hiệu

1.3 Mô hình toán học của lò sấy nông sản thực phẩm

Hệ thống sấy sử dụng thiết bị gia nhiệt là các điện trở nhiệt, chính vì thế trongquá trình khảo sát và xây dựng mô hình toán cho đối tượng điều khiển sử dụng lòđiện trở làm đối tượng thay thế

1.3.1 giới thiệu chung về lò điện trở

Lò điện trở là một thiết bị biến điện năng thành nhiệt năng thông qua dây đốt(dây nung) Từ dây đốt nhờ bức xạ, đối lưu, dẫn nhiệt, nhiệt năng được đưa tới vậtcần gia nhiệt

- Nung đều và chính xác nhờ việc dễ điều chỉnh và khống chế độ điện và nhiệt độ.

- Lò đảm bảo được độ kín, có khả năng nung chân không hoặc trong môitrường có khí bảo vệ, vì vậy độ cháy hao kim loại nhỏ

- Có khả năng cơ khí hóa, tự động hóa cao

- Đảm bảo điều kiện vệ sinh: không có bụi, không có khói, ít tiếng ồn

1.3.3 Nguyên lý làm việc

Theo định luật Jun - Lenxơ, dòng điện chạy qua vật dẫn có điện trở R (vật rắnhoặc chất lỏng), nó sẽ tạo ra một nhiệt lượng Năng lượng này sẽ đốt nóng bản thânvật dẫn hoặc gián tiếp đốt nóng các vật nung ở gần đó:

2

Q  R I t (1.10)Trong đó:

Q: Nhiệt độ tỏa ra trên dây dẫn (J)R: Điện trở của dây dẫn (Ω))I: cường độ dòng điện chạy qua dây dẫn (A)t: Thời gian dòng điện chạy qua (s)

1.3.4 Phân loại lò điện trở

- Theo phương pháp tỏa nhiệt, chia thành 2 nhóm:

• Lò điện trở trực tiếp: Là lò điện trở mà vật nung được nung nóng trực tiếpbằng dòng điện chạy qua nó Loại lò này ít dùng vì nó chỉ dùng để nung những vật

có hình dạng đơn giản (tiết diện hình chữ nhật, vuông, tròn )

• Lò điện trở tác dụng gián tiếp: Là lò điện trở mà nhiệt được tỏa ra ở dây điệntrở, rồi dây điện trở sẽ truyền nhiệt cho vật nung bằng bức xạ, đối lưu hoặc dẫnnhiệt Loại lò này thường gặp trong thực tế công nghiệp

- Theo nhiệt độ của lò, chia làm 3 loại:

• Lò có nhiệt độ thấp: Nhiệt độ làm việc nhỏ hơn 60 độ C

• Lò có nhiệt độ trung bình: Nhiệt độ làm việc từ 60 độ C ÷120 độ C

• Lò có nhiệt độ cao: Nhiệt độ trên 120 độ C

1.3.5 Cấu tạo lò điện trở

- Cấu tạo lò điện trở: Lò điện trở gồm 3 phần chính: vỏ lò, lớp lót, dây nung

• Vỏ lò: Là một khung cứng vững, chủ yếu để chịu tải trọng trong quá trìnhlàm việc của lò Mặt khác vỏ lò cũng dùng để giữ lớp cách nhiệt và đảm bảo sự kín

hoàn toàn hay tương đối của lò Khung vỏ lò cần cứng, vững chắc đủ để chịu tảitrọng của lớp lót, phụ tải lò (vật nung) và các chi tiết cơ khí gắn trên vỏ lò.

Bảng 1 1 Số liệu chọn dây đốt để làm vỏ lò

- Lớp lót: Thường gồm 2 phần chính: Vật liệu chịu lửa và cách nhiệt:

- Phần vật liệu chịu lửa có thể xây bằng gạch tiêu chuẩn, gạch hình và gạchhình đặc biệt tùy theo hình dáng kích thước đã cho của buồng lò Cũng có khi người

ta làm bằng các loại bột chịu lửa gọi là khối đầm Khối đầm có thể tiến hành ngaytrong lò hay ở ngoài nhờ các khuân Phần vật liệu chịu lửa phải đạt các yêu cầu sau:

• Chịu được nhiệt độ cực đại của lò

• Có độ bền nhiệt đủ lớn khi làm việc

• Có đủ độ bền cơ học khi xếp vật nung và đặt thiết bị vận chuyển trong cácđiều kiện làm việc

• Đảm bảo khả năng gắn dây nung bề mặt và chắc chắn

• Có đủ độ bền hóa học khi làm việc, chịu được tác động khí quyển lò và ảnhhưởng của vật nung

• Đảm bảo khả năng tích nhiệt cực tiểu Điều này đặc biệt quan trọng trong lòlàm việc có chu kỳ

• Phần cách nhiệt thường nằm giữa vỏ lò và vật liệu chịu lửa Mục đích chủyếu của phần này là làm giảm tổn thất nhiệt Các yêu cầu cơ bản đối với phần cáchnhiệt là:

• Hệ số dẫn nhiệt cực tiểu

• Khả năng tích nhiệt cực tiểu.

• Ổn định về tính chất vật lý, nhiệt trong điều kiện làm việc xác định

- Dây nung: Dây nung là bộ phận phát nhiệt của lò, thường được đặt trongbuồng lò hoặc buồng phát nhiệt, chúng làm việc ở nhiệt độ cao, vì vậy vật liệu làmdây nung cần có yêu cầu sau:

• Khả năng chịu nóng tốt, không bị ôxi hóa trong môi trường không khí ởnhiệt độ cao

+Dây nung phi kim loại: Dùng phổ biến là SiC, graphit, than

1.3.6 Các phương pháp xây dựng mô hình toán học

Ổn định các tham số của đối tượng điều khiển như nhiệt độ, tốc độ… là mốiquan tâm hàng đầu khi thiết kế hệ thống điều khiển Để thực hiện việc này thì côngviệc đầu tiên là xác định mô hình toán học của đối tượng điều khiển

Trong lý thuyết điều khiển tự động thì việc xác định mô hình của đối tượngđiều khiển là một bước rất quan trọng trước khi xác định thuật toán và các tham sốđiều khiển Mô hình hóa giúp cho chúng ta:

• Hiểu rõ hơn về quá trình sẽ cần phải điều khiển và vận hành

• Tối ưu hóa thiết kế công nghệ và điều kiện vận hành hệ thống

• Thiết kế sách lược và cấu trúc điều khiển

• Lựa chọn bộ điều khiển và xác định các tham số cho bộ điều khiển

• Phân tích và kiểm chứng kết quả thiết kế

Mô phỏng trên máy tính: Để xác định mô hình toán học của đối tượng điềukhiển đến nay có 2 phương pháp:

+ Dựa vào các phương trình toán học mô tả mối quan hệ các đại lượng vật lýcủa đối tượng và các tham số của đối tượng.

+ Dựa vào đường cong thực nghiệm của đối tượng

Cả hai phương pháp này đều có những ưu, nhược điểm, các bước tiến hành,phạm vi áp dụng khác nhau Phương pháp lý thuyết thiết lập mô hình dựa trên cácđịnh luật có sẵn về quan hệ vật lý bên trong và quan hệ giao tiếp với môi trường bênngoài của hệ thống Các quan hệ này được mô tả theo quy luật hóa - lý, qui luậtcân bằng dưới dạng các phương trình toán học Phương pháp thực nghiệm dùngcác đáp ứng quá độ để nhận dạng, hoặc ta có thể sử dụng phần mềm Matlab từ bộ sốliệu thực nghiệm ta có thể xác định được mô hình toán học của hệ thống

1.3.7 Các phương pháp nhận dạng dựa trên đáp ứng quá độ và phổ tín hiệu

Tín hiệu vào chủ động là hàm u(t) hoặc dãy các giá trị ảnh Fourier của hàmtrọng lượng g(t) trên cơ sở quan sát các tín hiệu vào ra (nhận dạng bị động)

1.3.8 Các phương pháp nhận dạng dựa trên mô hình quán tính bậc nhất có trễ

Rất nhiều đối tượng thực tế có dáp ứng quá độ nhanh, tắt dần hình chữ S Đểđơn giản trong việc tính toán, người ta thường xấp xỉ đối tượng dạng này để đưa vềđối tượng quán tính bậc 1 có khâu trễ Mô hình đối tượng thường có hàm truyền đạtdạng:

 1

1.3.9 Các phương pháp nhận dạng dựa trên mô hình quán tính bậc hai có trễ

- Mô hình quán tính bậc 2 có trễ tuy tính toán phức tạp hơn nhưng lại mô tảchính xác hơn động học của các đối tượng có đặc tính quá độ hình chữ S Mô hìnhtruyền đạt có thể viết dưới dạng:

 

1 1  1 2 

s k

và 67%) sau đó giải phương trình phi tuyến:

Các phương pháp nhận dạng dựa trên mô hình dao động bậc 2

- Trong trường hợp đặc tính quá độ của đối tượng có dạn dao động thì cần sửdụng mô hình dao động:

  2 2

s k

- Phương pháp 2 điểm cực trị, khi dao động kéo dài, có thể xác định được mộtcách rõ ràng vị trí các điểm cực trị Ta xác định các tham số theo công thức:

2 2

p n

y y

 Các phương pháp nhận dạng dựa trên mô hình có khâu tích phân

- Mô hình có thành phần tích phân có thể được nhận dạng dựa trên việc nhậndạng thành phần quán tính bậc 1 hoặc thành phần bậc 2 của đối tượng bằng cách:

- Sử dụng tín hiệu kích thích là tín hiệu xung Kronecker thay cho tín hiệu bậcthang bởi vì đáp ứng dạng xung của khâu quán tính - tích phân tương đương với đápứng bậc thang của khâu quán tính tương ứng nếu diện tích của xung được chọn cógiá trị bằng biên độ của tín hiệu bậc thang

- Có thể sử dụng tín hiệu ra kích thích bậc thang, nhưng tính toán theo đạohàm, lúc này xấp xỉ bằng sai phân (y(t)-y(t-T))/T nhưng mà có nhược điểm là có thểđưa đối tượng vượt ra khỏi dải làm việc cho phép

1.4 Mô hình toán học của lò nhiệt

 Mô hình lò nhiệt

Hình 1 11 Mô hình lò điện trở

Hình 1 12 Đặc tính của lò nhiêt

a Đặc tính chính xác của lò nhiệt b Đặc tính gần đúng của lò nhiệt

Hàm truyền được xác định gần đúng theo: