Điều khiển nhiệt độ lò qua giao diện LabVIEW

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG ISO 9001:2015 ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ LÒ QUA GIAO DIỆN LABVIEW ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG CƠNG NGHIỆP BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG ISO 9001:2015 ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ LÒ QUA GIAO DIỆN LABVIEW ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG CƠNG NGHIỆP Sinh viên: Vũ Trọng Tá Người hướng dẫn: Th.S Ngô Quang Vĩ Cộng Hoà Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam Độc lập – Tự Do – Hạnh Phúc o0o BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Sinh viên : Vũ Trọng Tá – MSV : 1512102032 Lớp : ĐC1901- Ngành Điện Tự Động Công Nghiệp Tên đề tài : Điều khiển nhiệt độ lò qua giao diện LabVIEW NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI Nội dung yêu cầu cần giải nhiệm vụ đề tài tốt nghiệp ( lý luận, thực tiễn, số liệu cần tính tốn vẽ) Các số liệu cần thiết để thiết kế, tính tốn Địa điểm thực tập tốt nghiệp : CÁC CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Người hướng dẫn thứ nhất: Họ tên : Ngô Quang Vĩ Học hàm, học vị : Thạc sĩ Cơ quan công tác Trường Đại học dân lập Hải Phịng : Nội dung hướng dẫn : Tồn đề tài Người hướng dẫn thứ hai: Họ tên : Học hàm, học vị : Cơ quan công tác : Nội dung hướng dẫn : Đề tài tốt nghiệp giao ngày tháng năm 2019 Yêu cầu phải hoàn thành xong trước ngày tháng .năm 2020 Đã nhận nhiệm vụ Đ.T.T.N Đã giao nhiệm vụ Đ.T.T.N Sinh viên Cán hướng dẫn Đ.T.T.N Vũ Trọng Tá Th.S Ngô Quang Vĩ Hải Phòng, ngày tháng năm 2020 HIỆU TRƯỞNG GS.TS.NGƯT TRẦN HỮU NGHỊ CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN TỐT NGHIỆP Họ tên giảng viên: Đơn vị công tác: Họ tên sinh viên: Chuyên ngành: Nội dung hướng dẫn: Tinh thần thái độ sinh viên trình làm đề tài tốt nghiệp Đánh giá chất lượng đồ án/khóa luận (so với nội dung yêu cầu đề nhiệm vụ Đ.T T.N mặt lý luận, thực tiễn, tính tốn số liệu…) Ý kiến giảng viên hướng dẫn tốt nghiệp Được bảo vệ Khơng bảo vệ Điểm hướng dẫn Hải Phịng, ngày … tháng … năm Giảng viên hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) QC20-B18 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN CHẤM PHẢN BIỆN Họ tên giảng viên: Đơn vị công tác: Họ tên sinh viên: Chuyên ngành: Đề tài tốt nghiệp: Phần nhận xét giáo viên chấm phản biện Những mặt hạn chế Ý kiến giảng viên chấm phản biện Được bảo vệ Không bảo vệ Điểm hướng dẫn Hải Phòng, ngày … tháng … năm Giảng viên chấm phản biện (Ký ghi rõ họ tên) LỜI CẢM ƠN Thấm thoát năm trôi qua từ ngày em bước vào mái trường đại học thân yêu Hoàn thành xong đồ án tốt nghiệp lần lúc em kết thúc quãng thời gian nơi Được học tập, nghiên cứu rèn luyện thân trường Đại học Dân lập Hải Phòng niềm tự hào vinh dự em gia đình em Nhờ có mái trường thân yêu em học hỏi biết tri thức kinh nghiệm thực tế quý báu thầy cô chia sẻ trao đổi với bạn sinh viên Đó thứ vơ giá đồng hành em xuyên suốt nghiệp sau Em xin gửi lời cảm ơn trân thành sâu sắc đến thầy cô khoa Điện – Điện, Ban giám hiệu, Phòng đào tạo Trường Đại học Dân lập Hải Phịng tận tình giúp đỡ bảo em thời gian qua Đồ án tốt nghiệp lần cột mốc quan trọng việc học tập miệt mài em trường Em xin gửi lời cám ơn đến bạn sinh viên lớp DC1901 bạn sinh viên trường nhiệt tình trao đổi chia sẻ kiến thức động viên đồn kết lúc gặp khó khăn Sau cùng, em muốn bày tỏ lòng biết ơn đến thầy giáo Ths Ngơ Quang Vĩ nhiệt tình bảo, hướng dẫn tạo điều kiện thuận lợi để em hoàn thiện đồ án cách chỉnh chu hoàn thiện Em xin kính chúc q thầy sức khoẻ, hạnh phúc thành công nghiệp trồng người Sinh viên thực Vũ Trọng Tá MỤC LỤC Lời mở đầu CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGƠN NGỮ LẬP TRÌNH LabVIEW 1.1: Giới thiệu LabVIEW 1.2: Giao diện LabVIEW 1.2.1: Front panel 1.2.2: Block Diagram 1.3: Các công cụ 1.3.1: Thanh công cụ Front panel 1.3.2: Thanh công cụ Block Diagram 1.3.3: Bảng điều khiển Palettes 1.4: Các bảng điều khiển bảng chức năng: 10 1.4.1: Bảng điều khiển (Controls Palette): 10 1.4.2: Bảng chức (Functions Palette): 13 1.5: Cấu trúc, hoạt động vòng lặp: 21 1.5.1: While Loop: 21 1.5.2: For Loop: 22 CHƯƠNG 2: ĐIỀU KHIỂN LÒ NHIỆT ĐIỆN TRỞ 24 2.1: Giới thiệu: 24 2.2: Ưu nhược điểm lò điện so với lò sử dụng nhiên liệu 24 2.3: Nguyên lý làm việc lò điện trở 25 2.4: Các phương pháp điều khiển lò điện trở 25 2.4.1: Điều khiển dùng Rơle 27 2.4.2: Điều khiển dùng Thyristor 28 2.4.3: Kết luận 30 2.5: Các nguyên tác điều khiển Thyristor (Triac) 31 2.5.1: Nguyên tắc thẳng đứng tuyến tính 31 2.5.2: Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng “arccos” 32 2.5.3: Sơ đồ khối mạch điều khiển 33 CHƯƠNG 3: ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ LÒ QUA GIAO DIỆN LABVIEW 35 3.1: Phương án thiết kế 35 3.1.1: Yêu cầu thiết kế 35 3.1.2: Phương án điều khiển 35 3.2: Giới thiệu Card USB-9090 39 3.3: Sensor LM35 46 3.4: Chương trình điều khiển ngơn ngữ LabVIEW 47 3.4.1: Lập trình giao tiếp điều khiển thiết bị với card USB 9090 47 3.4.2: Chương trình hồn chỉnh 55 Chương 4: KẾT LUẬN 57 Tài liệu tham khảo 58 Bước 6: Chọn mục Install the generated files on this computer Chọn Finish Lúc card HDL 9090 cài nhận dạng NI MAX Chờ vài phút để q trình hồn tất Bước 7: Mở phần mềm Measurement & Automation Explorer ra: 44 Chọn Device & Interface: Lúc thiết bị HDL USB 9090 nhận biết hình việc cài đặt thành công 45 3.3: Sensor LM35 Giới thiệu: LM35 cảm biến nhiệt độ xác dễ dàng hiệu chỉnh Hoạt động zener cực, LM35 có điện áp đánh thủng tỷ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối 10mV/ °C Với trở kháng hoạt động nhỏ 1Ω, thiết bị hoạt động phạm vi từ 400µA đến 5mA mà khơng có thay đổi hiệu suất Khi hiệu chỉnh 25°C, LM35 thường có sai số nhỏ 1℃ phạm vi nhiệt độ 100℃ Không giống cảm biến khác, LM35 có đầu tuyến tính Các ứng dụng cho LM35 bao gồm hầu hết loại cảm biến nhiệt độ phạm vi -40℃ đến 125℃ Trở kháng thấp đầu tuyến tính làm cho việc giao tiếp với mạch đọc mạch điều khiển đặc biệt dễ dàng Tính năng: - Độ xác +/- 1℃ - Hoạt động từ 400µA đến 5mA - Trở kháng nhỏ 1Ω - Dễ dàng hiệu chuẩn - Phạm vi nhiệt độ hoạt động rộng - Giá thành rẻ Kiểu chân kết nối 46 Hình 3.5: Sơ đồ LM35 3.4: Chương trình điều khiển ngơn ngữ LabVIEW 3.4.1: Lập trình giao tiếp điều khiển thiết bị với card USB 9090 Lập trình đọc tín hiệu Analog (ADC) a Thu thập liệu từ biến trở: - Biến trở có chân màu đỏ (cấp nguồn 5V), đen (nối mass), trắng (tín hiệu) - Nối chân màu đỏ vào VCC Card (ở sử dụng chân số 2), chân màu đen vào GND (ở sử dụng chân số 1) chân trắng vào ADC1 (ở sử dụng chân số 27) 47 - Mở LabVIEW, mở VI: - Trên Block Diagram (BD), Right Click (RC) -> chọn Select a VI 48 - Chọn IO Library Hocdelam USB 9090.VI Chọn OK - Right Click lên hàm HDL 9090 bỏ chọn mục “View as Icon Lúc hàm có chân sau: Khi rê chuột đến chân tên chân lên để nhận biết 49 - Right Click lên hàm chân USB Card chọn Create >> Control - Right Click chân ADC1 chọn Create >> Indicator 50 - Bên cửa sổ Front Panel thị hình bên dưới: - Bây chọn thiết bị ô USB Card Front Panel cho chương trình chạy Giá trị nhận khoảng 0-1023 ADC có độ phân giải 10 bit - Để biến giá trị ADC thành điện 0-5V phải thực phép tốn (giá trị ADC 1*5/1023) sau: - Sau đó, để hiển thị giá trị điện Volt ADC1, tạo đồng hồ Front Panel, đặt tên ADC1 Volt nối hình 51 - Cuối để chương trình chạy liên tục phải dùng vịng lặp Block Diagram - Có thể chọn thiết bị USB chạy thử chương trình để xem giá trị ADC1 Volt - Như hoàn thành thu thập liệu analog từ biến trở biến đổi thành giá trị điện tương ứng 52 b Thu thập liệu từ cảm biến nhiệt độ LM35 - Cảm biến nhiệt độ LM35 có dây đỏ, đen, trắng biến trở Do hồn tồn kết nối hồn toàn giống với biến trở bên (Đỏ - VCC, đen – GND, trắng - ADC1) - Sau viết code Block Diagram (BD) tương tự phần Vấn để nhỏ biến đổi giá trị hiệu điện ADC1 Volt thành giá trị nhiệt độ - Để thực biến đổi ta cần xem thơng tin nhà sản xuất cảm biến Cảm biến LM35 có thơng số quy đổi 10mV/ °C Nên ta thêm phép tính (nhiệt độ = ADC1 Volt/0.01 hình đây: 53 - Sau quay lại Front Panel tạo Indicator nhiệt kế để thể nhiệt độ: - Chọn thiết bị HDL 9090 ô USB Card chạy chương trình ta nhận nhiệt độ: Như hồn thành đọc tín hiệu nhiệt độ cảm biến nhiệt độ LM35 sử dụng card USB HDL 9090 54 3.4.2: Chương trình hồn chỉnh Giao diện phần mềm điều khiển nhiệt độ lị hồn chỉnh Mơ lò 55 Hoạt động lò sau: - Ta mở phần mềm, nhấn chọn Start thiết lập nhiệt dộ đặt (ví dụ 60 °C - Do nhiệt độ phòng đo cảm biến LM35 nhỏ nhiệt độ đặt nên bóng đèn (giả lập điện trở nhiệt) cấp điện - Để mơ lị nhiệt nhiệt đến nhiệt độ 60 °C ta làm nóng cảm biếm LM35 đến nhiệt độ đặt - Khi bóng đèn từ từ tối dần tắt hẳn LM35 báo nhiệt độ >=60 60 °C - Khi lò nguội dần nhiệt độ giảm dần bóng đèn sáng dần 56 Chương 4: KẾT LUẬN Các kết đạt đề tài: - Tìm hiểu ngơn ngữ lập trình LABVIEW, giao diện, công cụ, bảng điều khiển chức bảng, hoạt động cấu chúc vòng lặp,… - Tìm hiểu lị nhiệt điện trở: ngun lí cách điều khiển nhiệt ổn định nhiệt độ lò nhiệt điện trở - Thiết kế hoàn thiện giao diện (The Front Panel) sơ đồ khối (The Block Diagram) LABVIEW để điều khiển ổn định nhiệt độ lò nhiệt điện trở - Thiết kế thi công mạch điều khiển nhiệt độ Những hạn chế: - Mơ hình đảm bảo u cầu đề tài thực tế, nhiệt độ lò nhiệt chịu ảnh hưởng nhiều yếu tố ngoại vi khác nhiệt độ môi trường, độ ẩm khơng khí, độ giữ nhiệt lị, … - Mới tận dụng nhiều ứng dụng phần mềm LabVIEW hệ thống điều khiển tự động - Giao thức kết nối LabVIEW tìm hiểu thông qua card USB Kết luận: Do thời gian nghiên cứu có hạn nhờ bảo tận tình hỗ trợ thầy giáo hướng dẫn Ths Ngơ Quang Vĩ em hồn thành đề tài “Nghiên cứu điều khiển nhiệt độ lò nhiệt điện trở phần mềm LabVIEW” lần Em cố gắng hồn thành đồ án kinh nghiệm kiến thức thân nhiều hạn chế nên khơng để tránh khỏi sai xót q trình làm Chính em mong muốn nhận bảo quý thầy cô bạn để giúp em hoàn thiện đồ án cách chỉnh chu Với kiến thức chuyên môn phần mềm, lý thuyết công nghệ kinh nghiêm thực tế cịn nhiều thiếu sót hạn chế nên em mong muốn có sẵn sàng đón nhận bảo, đánh giá góp ý thầy bạn nhằm hoàn thiện tốt đồ án lần Em xin trân thành cảm ơn! 57 Tài liệu tham khảo Lập trình LabVIEW - TS Nguyễn Bá Hải Getting Stared With LabVIEW – National Instruments Hướng dẫn sử dụng card HDL USB 9090 - Hocdelam.org LabVIEW Fundamentals – National Instruments 58 ... điều khiển Module điều khiển Triac Phần điều khiển thiết kế theo sơ đồ sau: Mơ hình điều khiển xây dựng sau: Hình 3.2: Sơ đồ điều khiển lò nhiệt điện trở Trong đó: - Máy tính: tạo giao diện điều. .. CHƯƠNG 3: ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ LÒ QUA GIAO DIỆN LABVIEW 3.1: Phương án thiết kế 3.1.1: Yêu cầu thiết kế Lò nhiệt điện trở 220V 100W  Sử dụng sensor cảm biến nhiệt LM35 để đo nhiệt độ  Sử dụng... 31 2.5.2: Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng “arccos” 32 2.5.3: Sơ đồ khối mạch điều khiển 33 CHƯƠNG 3: ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ LÒ QUA GIAO DIỆN LABVIEW 35 3.1: Phương án thiết