Nghiên cứu hệ điều khiển thông thoáng tự động trong silô bảo quản lúa

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN HỒ ANH ĐỨC NGHIÊN CỨU HỆ ĐIỀU KHIỂN THÔNG THOÁNG TỰ ĐỘNG TRONG SILÔ BẢO QUẢN LÚA CHUYÊN NGÀNH: MÃ SỐ NGÀNH: CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY 2.01.00 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH 1/2005 CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học: GS-TSKH BÙI SONG CẦU Cán nhận xét 1: Cán nhận xét 2: Luận văn bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày tháng năm 2005 -1- Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh Cộâng hòa xã hội chủ nghóa Việt Nam TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: NGUYỄN HỒ ANH ĐỨC Phái: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 05/10/1979 Nơi sinh: Tp Hồ Chí Minh Chuyên ngành: CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY Mã số: 2.01.00 I) TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu hệ điều khiển thông thoáng tự động silô bảo quản lúa II) NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Nghiên cứu ảnh hưởng trình thông thoáng đến biến thiên nhiệt độ ẩm độ hạt Xây dựng mô hình điều khiển tự động trình thông thoáng silôâ nhằm đảm bảo chất lượng bảo quản lúa III) NGÀY GIAO NHIỆM VỤ IV) NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: V) HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: GS-TSKH BÙI SONG CẦU Cán hướng dẫn Chủ nhiệm ngành Bộ môn quản lý ngành Nội dung đề cương luận văn thạc só hội đồng chuyên ngành thông qua Ngày PHÒNG ĐÀO TẠO SDH Tháng Năm 2005 KHOA QUẢN LÝ NGÀNH -2- LỜI CẢM ƠN Trước tiên muốn gởi đến GS-TSKH BÙI SONG CẦU người tận tình giúp đỡ, động viên có góp ý qúy báu giúp hoàn thành tốt luận văn lòng biết ơn sâu sắc Đồng thời xin cảm ơn thầy TRƯƠNG QUỐC THANH giảng viên trường đại học Bách Khoa – TP Hồ Chí Minh có giúp đỡ động viên không trình thực đề tài Tôi chân thành cảm ơn môn Chế Tạo Máy - khoa Cơ Khí, phòng QLKH – SDH, Thư Viện trường đại học Bách Khoa – TP Hồ Chí Minh, Thư Viện Khoa Học Tổng Hợp - TP HCM, Trung Tâm Thông Tin Khoa Học Công Nghệ Tp Hồ Chí Minh tạo điều kiện thuận lợi giúp hoàn thành thành luận văn Tôi xin cảm ơn quý thầy cô toàn thể bạn bè người trực tiếp hay gián tiếp ủng hộ, động viên, giúp đỡ suốt trình thực luận văn Cuối xin chân thành cảm ơn gia đình đặc biệt mẹ người luôn giúp đỡ, động viên, ủng hộ mặt vật chất lẫn tinh thần giúp an tâm thực tốt luận văn thạc só ***** -3- TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Việc ứng dụng phương pháp thông thoáng vào trình bảo quản nông sản thời gian bảo quản dài chứng minh phương pháp đạt hiệu kinh tế, kỹ thuật Thời gian cần thiết để giảm nhiệt độ khối hạt làm đồng ẩm độ hạt xác định phương pháp thống kê Tuy nhiên, hệ thống silô bảo quản nông sản với quy mô lớn (>2000 tấn) việc tự động hoá trình điều khiển thông thoáng nhằm nâng cao chất lượng giảm thiểu hư hỏng bảo quản nông sản nhu cầu tất yếu Thời gian thông thoáng không cần phải xác định trước theo phương pháp thống kê, tính toán thực chương trình máy tính Tín hiệu điều khiển bật tắt quạt điều khiển vi xử lý Vì mục tiêu luận văn nghiên cứu, xây dựng phát triển mô hình điều khiển tự động thông thoáng silô bảo quản nông sản (luá) với quy mô lớn Đồng thời nghiên cứu ảnh hưởng trình thông thoáng đến biến thiên nhiệt độ khối hạt ẩm độ hạt làm sở cho việc tối ưu trình điều khiển Cơ sở để tính toán xác định chế độ thông thoáng dựa vào hai thành phần nhiệt độ ẩm độ Trong thông số ẩm độ cân xác định thông qua ẩm độ không khí nhiệt độ không khí thổi vào khối hạt (xấp xó nhiệt độ khối hạt) Mô hình kiểm tra phần mềm phần cứng điều khiển cách thay đổi giá trị nhiệt độ khối hạt ẩm độ môi trường Tín hiệu điều khiển thông số hiển thị led máy tính phù hợp, mô hình hoạt động theo yêu cầu thiết kế ***** -4- ABSTRACT The application of the aeration method in grain storage has been proved worldwide to be one of the most economically effective approaches The necessary time to reduce the grain bulk temperature and grain moisture content can be determined by the statistical method For the commercial silo system with a large capacity, however, the automation of ventilation motoring and control system is inevitable need in order to enhance stored grain quality as well as reduce quantity lost It is not necessary to predict in advance the aerating time, because all the caculations are executed by a computer program in real time and control actions taken immediately by the microprocessing unit Therefore, the objective of this thesis is to develop, implement and test an automatic monitoring and control system for grain aeration process based on two temperature and moisture content elements Also, studying the effects of aeration on the temperature and moisture content is the background of controlled optimization In this study, the equilibrium moisture content is determined by relative humididy and the air temperature through stored grain (approximate grain bulk temperature) The model of aeration system is tested the control hardware and software ***** -5- LỜI CAM ĐOAN Tôi tên NGUYỄN HỒ ANH ĐỨC cam đoan công trình nghiên cứu Các số liệu kết nêu luận văn hoàn toàn trung thực chưa công bố công trình khác Tác giả luận văn NGUYỄN HỒ ANH ĐỨC ***** -6- MỤC LỤC Trang phụ bìa Nhiệm vụ luận văn Lời cảm ơn Tóm tắt luận văn thạc só Lời cam đoan Mục lục Ký hiệu chử viết tắt 11 Danh mục bảng 13 Danh mục hình vẽ, đồ thị 14 MỞ ĐẦU 16 CHƯƠNG 1: Tổng quan 17 1.1) Một số công trình nghiên cưú ứng dụng hệ thống thông thoáng bảo quản nông sản giới 1.2) Một số công trình nghiên cưú thông thoáng bảo quản nông sản Việt Nam 1.3) 17 20 Một số hệ thống kiểm soát thông thoáng điển hình 21 1.3.1) Hệ thống nhiệt độ cài đặt sẵn 21 1.3.2) Hệ thống khác biệt nhiệt độ 22 1.3.3) Hệ thống phân cách thời gian 23 -7- 1.3.4) Hệ thống cài đặt nhiệt độ ẩm độ hai trạng thái (cao thấp) 1.4) Mục tiêu nhiệm vụ nghiên cứu CHƯƠNG 2: Đặc điểm bảo quản silô 2.1) Các tính chất vật lý hoạt động sinh lý lúa liên quan đến bảo quản 2.2) 2.3) 2.4) 24 25 28 28 2.1.1) Thành phần khối lúa 28 2.1.2) Các đặc điểm chung khối lúa 28 2.1.3) Hiện tượng tự bốc nóng khối hạt 30 2.1.4) Các nguồn nhiệt tạo tượng tự bốc nóng 31 2.1.5) Diễn biến trình tự bốc nóng 31 2.1.6) Lượng nhiệt nước sinh hóa 32 2.1.7) Cường độ hô hấp khối hạt 32 m độ vật liệu ẩm 35 2.2.1) m độ tương đối 35 2.2.2) m độ tuyệt đối 35 2.2.3) m độ cân 35 Đặc điểm bảo quản silô 36 2.3.1) Hiện tượng ngưng tụ hư hại ẩm 36 2.3.2) Dòng đối lưu tự nhiên 37 2.3.3) Các yếu tố ảnh hưởng đến tượng dịch ẩm 38 2.3.4) Sự ngưng tụ không gian phía silô 39 2.3.5) Truyền khuếch tán 40 2.3.6) Các ảnh hưởng sinh học 42 Cơ sở thông thoáng bảo quản nông sản (lúa) 43 -8- 2.4.1) Vì sau phải thông thoáng 43 2.4.2) Cơ sở việc làm khôâ hạt cách thông thoáng 45 2.4.3) Thông thoáng làm nguội khối hạt 49 CHƯƠNG 3: nh hưởng trình thông thoáng đến biến thiên nhiệt độ khối hạt ẩm độ hạt 50 3.1) Giới thiệu 50 3.2) Giả thiết 50 3.3) Xác định hàm nhiệt độ khối hạt theo thời gian 51 3.4) Xác định hàm ẩm độ theo thời gian 52 3.5) Tính toán cho trường hợp silô 55 3.6) Kết luận 56 CHƯƠNG 4: Thiết kế hệ thống điều khiển tự động thông thoáng 4.1) 58 Mục đích thông thoáng 58 4.3.1) Cấu trúc điều khiển 58 4.3.1.1 Cấu trúc phần cứng 58 4.3.1.2 Tín hiệu đầu vào 59 4.3.1.3 Tín hiệu cài đặt 60 4.3.1.4 Dữ liệu 61 4.3.1.5 Tín hiệu xử lý điều khiển 63 4.3.1.6 Cấu trúc phần mềm điều khiển 63 4.3.2) Sơ đồ thiết bị 63 4.3.2.1 Khối xử lý trung tâm 63 4.3.2.2 Khối cài đặt giá trị độ ẩm bảo quản 63 4.3.2.3 Khối cài đặt giá trị thời gian lấy mẫu 66 4.3.2.4 Khối giao tiếp cảm biến 66 -9- HÌNH A.2: Bố trí Mạch điện, điện tử thiết bị thực tế chế tạo hoàn chỉnh -77- PHỤ LỤC B MÃ NGUỒN CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG THÔNG THOÁNG #include #device PIC16F877 *=16 ADC=10 //khai bao ADC=10 de doc ve duoc so 10 bit #include #include #include //the function BIN2BCD(int32 Num, //char DecimalPoint) //is used to display LED seg #use delay(clock=20000000) #use rs232(baud=9600,parity=N,xmit=PIN_C6, rcv=PIN_C7) //pin A0: ngo vao nhiet moi truong //pin A1: ngo vao nhiet san pham //pin A3 ngo vao cam bien am CONST int16 doam_baohoa[3][10]={ {938,994,1057,1125,1182,1251,1334,1425,1522,1614}, {1712,1814,1922,2036,2135,2282,2411,2544,2693,2845}, {3004,3172,3345,3528,3719,3919,4128,4349,4575,4814}}; CONST int16 doam_cb[11][8]={ {754,910,1035,1135,1254,1374,1523,1758}, {751,904,1032,1131,1247,1367,1516,1752}, {749,898,1030,1127,1240,1360,1510,1747}, {746,892,1026,1123,1233,1353,1502,1741}, {743,886,1023,1119,1226,1346,1496,1735}, {740,880,1020,1115,1220,1340,1490,1730}, {735,874,1016,1110,1214,1334,1485,1726}, {730,868,1012,1104,1209,1328,1480,1723}, {725,862,1008,1099,1203,1323,1475,1720}, {719,857,1004,1094,1198,1318,1471,1716}, {713,851,1000,1088,1193,1312,1466,1713}}; #byte portb=0x06 #byte portd=0x08 int16 doam_sp=10; -78- int T_sample=1; BOOLEAN OK=TRUE; //BOOLEAN start=FALSE; int16 count;//count la so lan dem de gay ngat ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// void nhap_doam_sp() { set_tris_b(0xff); if (bit_test(portb,0)==1) doam_sp=10; else if (bit_test(portb,1)==1) doam_sp=11; else if (bit_test(portb,2)==1) doam_sp=12; else if (bit_test(portb,3)==1) doam_sp=13; else if (bit_test(portb,4)==1) doam_sp=14; else if (bit_test(portb,5)==1) doam_sp=15; else if (bit_test(portb,6)==1) doam_sp=16; else if (bit_test(portb,7)==1) doam_sp=17; } void nhap_T_sample() { set_tris_d(0xff); if (bit_test(portd,0)==1) T_sample=1; else if (bit_test(portd,1)==1) T_sample=15; else if (bit_test(portd,2)==1) T_sample=20; else if (bit_test(portd,3)==1) T_sample=25; else if (bit_test(portd,4)==1) T_sample=30; else if (bit_test(portd,5)==1) T_sample=35; else if (bit_test(portd,6)==1) T_sample=40; else if (bit_test(portd,7)==1) T_sample=45; } ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// /*#INT_RDA void dao() { if (getch()=='C') start=!(start); } #INT_CCP1 void hoatdong() { -79- start=!(start); /*delay_ms(100); printf(""); delay_ms(200); }*/ #INT_TIMER1 void work() { count++; set_timer1(3035); if (count>=(T_sample*600)) { count=0; OK=TRUE; } } //bien de xuat xung ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// int16 T1; int16 T2; //T1,T2 la nhiet khong //va nhiet moi truong int16 humidity; //humidity la am duoc int i; int16 temp; float T1_sum,T2_sum,humidity_sum; float T1_real,T2_real; float humidity_temp; float hs_T1,hs_T2; int row_hs_T1,col_hs_T1; int row_hs_T2,col_hs_T2; float humidity_sp; float humidity_cb; int row_humidity_cb,col_humidity_cb; int16 led1,led2; int16 tam=575; //so temp de xuat Led void main() { set_tris_e(0x00); //set_tris_d(0xff); -80- output_high(PIN_C5); //C5 o muc cao la ko kich relay //C5 o muc thap la kich relay setup_adc_ports(A_ANALOG);//RA0_RA1_RA3_ANALOG); setup_adc(ADC_CLOCK_DIV_32 ); //chuong trinh setup cho Timer set_timer1(3035); setup_timer_1(T1_INTERNAL|T1_DIV_BY_8); setup_CCP1(CCP_CAPTURE_FE); enable_interrupts(INT_Timer1); //enable_interrupts(INT_CCP1); //enable_interrupts(INT_RDA); enable_interrupts(GLOBAL); nhap_T_sample(); nhap_doam_sp(); //printf("tp_set= %lu",doam_sp); //printf("**"); //delay_ms(100); //printf("T=%2u \n",T_sample); //printf("**"); delay_ms(500); //printf("A"); while (TRUE) { //chuong trinh doc gia tri tu phim nhan T1_sum=0; T2_sum=0; humidity_sum=0; if (OK) { OK=FALSE; for (i=1;i0.5) humidity=floor(humidity_temp); else humidity=ceil(humidity_temp); led1=humidity*100+T1; BIN2BCD(1,led1,0);//Hien thi gia tri nhiet led2=T2*100+T_sample; BIN2BCD(2,led2,0); BIN2BCD(3,doam_sp*100,0); delay_ms(200); //cho den thoi gian de xuat xung //Tinh am san pham duoc luu tru //Tinh he so ung voi T1 row_hs_T1=(T1/10)-1; col_hs_T1=T1%10; if (T1>=39) { -82- row_hs_T1=2; col_hs_T1=9; } if (T1=39) { row_hs_T2=2; col_hs_T2=9; } if (T1=85) col_humidity_cb=7; else if(humidity_sp>=75) col_humidity_cb=6; else if(humidity_sp>=65) col_humidity_cb=5; else if(humidity_sp>=55) col_humidity_cb=4; else if(humidity_sp>=45) col_humidity_cb=3; else if(humidity_sp>=35) col_humidity_cb=2; else if(humidity_sp>=25) col_humidity_cb=1; else -83- col_humidity_cb=0; if (T2=30) row_humidity_cb=10; else row_humidity_cb=T2%10; humidity_cb=(float)doam_cb[row_humidity_cb][col_humidity_cb]/100; delay_ms(200); printf("C"); delay_ms(200); printf("T1= %4lu",T1); printf("**"); delay_ms(10); printf("T2= %4lu",T2); printf("**"); delay_ms(10); printf("h=%4lu",humidity); printf("**"); delay_ms(10); printf("hsT1= %4.2f\n",hs_T1); printf("**"); delay_ms(10); printf("hsT2= %4.2f\n",hs_T2); printf("**"); delay_ms(10); printf("tp_cb=%4lu\n",doam_cb[row_humidity_cb][col_humidity_cb]); printf("**"); delay_ms(10); printf("tp_sp=%4lu\n",doam_sp); if ((humidity_cb)