THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN LÒ ĐIỆN TRỞ Vol.2

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN BỘ MƠN TỰ ĐỘNG HĨA CƠNG NGHIỆP ====o0o==== ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hà Nội, 6-2018 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN BỘ MƠN TỰ ĐỘNG HỐ CƠNG NGHIỆP ====o0o==== ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN LỊ ĐIỆN TRỞ Trưởng mơn : PGS.TS Trần Trọng Minh Giáo viên hướng dẫn : ThS Vũ Thụy Ngun Sinh viên thực : Dỗn Đình Hiếu Lớp : CN&TĐH - K59 MSSV : 20146268 Hà Nội, 6-2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI CỘNG HÒA XÃ HỘ CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Dỗn Đình Hiếu Số hiệu sinh viên: 20146268 Khóa: K59 Ngành: Tự động hóa cơng nghiệp Khoa/Viện: Điện Đầu đề thiết kế Thiết kế mạch điều khiển lị điẹn trở Số liệu ban đầu Cơng suất định mức: P=7.2kW Nhiệt độ: T=30-200 oC Tổn hao nhiệt: 1.2kW U=220V Yêu cầu Thiết kế mạch đo điều khiển nhiệt độ Cán hướng dẫn Lời cam đoan LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan đồ án tốt nghiệp: " Thiết kế mạch điều khiển lò điện trở" em tự thiết kế hướng dẫn thầy giáo ThS Vũ Thụy Nguyên Các số liệu kết hoàn toàn với thực tế Để hoàn thành đồ án em sử dụng tài liệu ghi danh mục tài liệu tham khảo không chép hay sử dụng tài liệu khác Nếu phát có chép em xin chịu hồn toàn trách nhiệm Hà Nội, ngày 29 tháng 05 năm 2018 Sinh viên thực Dỗn Đình Hiếu Mục lục MỤC LỤC Danh mục hình vẽ DANH MỤC HÌNH VẼ Danh mục bảng DANH MỤC BẢNG Lời nói đầu LỜI NĨI ĐẦU Trong thực tế cơng nghiệp sinh hoạt hàng ngày, lượng nhiệt đóng vai trị quan trọng Năng lượng nhiệt dùng q trình cơng nghệ khác nung nấu vật liệu: nấu gang thép, khn đúc,… Vì việc sử dụng nguồn lượng cách hợp lý, hiệu cần thiết Lò điện trở ứng dụng rộng rãi cơng nghiệp đáp ứng nhiều yêu cầu thực tiễn đặt như: nung nóng, sấy khơ, …Ở lị điện trở, u cầu kĩ thuật quan trọng phải điều chỉnh khống chế nhiệt độ lò Chúng em chọn đề tài “Thiết kế mạch điều khiển lò điện trở” sở lý thuyết học môn Lý thuyết điều khiển, Vi xử lý, Điện tử tương tự-số, Kỹ thuật đo lường, Do kiến thức hạn hẹp nên trình thực hiên đề tài khơng thể tránh sai sót mong q thầy bỏ qua có hướng giúp đỡ để em có hướng cao sau lĩnh vực nghiên cứu khoa học Em xin chân thành cám ơn:  Thầy Vũ Thụy Nguyên tận tình hướng dẫn em suốt trình thực đề tài  Gia đình, ban bè, anh chị khóa  Chúng em xin chân thành cảm ơn đến thầy giáo khoa tự động hóa Ban GBiám Hiệu Trường ĐH BÁCH KHOA HÀ NỘI Chương Tổng quan lò luyện thép CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ LÒ LUYỆN THÉP 1.1 Lich sử phát triển Trước ngành công nghiệp chưa phát triển ngành luyện kim ngành chế tạo máy,nên vấn đề chất lượng thép thép hợp kim chưa quan tâm mức.Vào kỉ 20, sau Chiến tranh giới thứ nhất, công nghiệp ngày phát triển mạnh Trên giới lúc ngành công nghiệp, ngành hợp kim luyện thép, ngành điện tử, ngành điện… đà phát triển sản lượng chất lượng Do yêu cầu điều kiện kĩ thuật mới, sắt thép thông thường trước không thoả mãn với dụng cụ, máy móc, thiết bị tối tân chúng phải làm việc điều kiện nhiệt độ áp suất cao, chống ăn mịn hố học, điện hố, chống bào mịn học,chống gỉ… địi hỏi phải sản xuất chủng loại thép hợp kim có tính đặc biệt độ bền học cao, độ bền chống ăn mịn mơi trường axit, chống mài mòn va đập…Đặc biệt cần phải sản xuất loại thép có tính đàn hồi cao, có tính chống nhiễm từ cao Do tính chất nên thép sản xuất từ lị thổi khơng khí, lị Mactin khơng thể đáp ứng Vậy phương pháp luyện thép lị điện cơng nghệ đại Để luyện thép lò điện người ta tận dụng điện biến thành nhiệt dạng hồ quang, cảm ứng điện từ dạng plasma Để luyện số mác thép chuyên dùng, thép hợp kim cacbon, người ta sử dụng lò điện cảm ứng cao tần, trung tần tần số cơng nghiệp Trên giới, lị điện xây dựng Pháp vào năm 1889 với dung lượng tấn/mẻ dung lượng biến áp 2000kVA để nấu thép hợp kim Đến năm 1900 Mỹ sử dụng lị điện hồ quang 10÷20 tấn/mẻ để nấu thép cacbon thép hợp kim Năm 1910 Nga xây dựng lị điện 3÷20 tấn/mẻ để sản xuất thép cacbon thép hợp kim thấp Sau Chiến tranh giới thứ hai, lò điện xây dựng phát triển rộng khắp giới, đặc biệt Mỹ người ta chạy thường xuyên loại lò 360 tấn/mẻ với chế độ siêu Chương Tổng quan lị luyện thép cơng suất 160.000 kVA để sản xuất thép cacbon chất lượng, bảo đảm suất 100÷200 tấn/giờ 1.2 Định nghĩa phân loại lò điện 1.2.1 Định nghĩa lò điện Lò điện thiết bị biến điện thành nhiệt dung trình cơng nghệ khác nhau: nung nấu luyện vật lieu, sấy khơ sản phẩm… Lị điện ứng dụng rộng rãi lĩnh vực kĩ thuật: • • • Sản xuất thép chất lượng cao, hợp kim phe-rơ Nhiệt luyện hóa nhiệt luyện Sản xuất đúc kim loại bột Ngồi lị điện cịn ứng dụng lĩnh vực cơng nghiệp khác: • Trong cơng nghiệp nhẹ thực phẩm lị điện sử dụng để mạ vật phẩm , chuẩn bị • thực phấm, sấy khô thực phẩm Trong lĩnh vự khác lò điện được sử dụng để sản xuất sản phẩm thủy tinh, gốm sứ, loại vật liệu chịu lửa… 1.2.2 Phân loại lò điện Lò điện thường chia làm ba loại: lò điện hồ quang, lò điện cảm ứng lò điện trở Mỗi loại lị có tính kĩ thuật khả sử dụng theo mục đích khác a Lị điện hồ quang + Phân loại: Theo cấu tạo ứng dụng lò hồ quang gồm ba loại: lò hồ quang gián tiếp, lò hồ quang trực tiếp lò hồ quang phủ kín - Lị hồ quang trực tiếp: Theo cấu tạo mạch điện, lò hồ quang trực tiếp chia làm hai loại: lò hồ quang xoay chiều AC-EAF lò hồ quang chiều DC-EAF Nguồn điện cung cấp cho lò theo ba chế độ: chế độ điện bình thường RP (regular power), chế độ điện cao HP (high power) chế độ siêu công suất UHP (ultrhigh power) 10 Chương Lập trình cho vi điều khiển CHƯƠNG LẬP TRÌNH CHO VI ĐIỀU KHIỂN 4.1 Lưu đồ giải thuật : 53 Chương Lập trình cho vi điều khiển Yêu cầu toán đặt cho chương trình điều khiển phải thực cơng việc sau :  Chuyển đổi tín hiệu tương tự snang tín hiệu số  Chương trình xử lí nút nhấn  Định thời thời gian trích mẫu, kích mở triac 4.2 Chương trình lập trình 4.2.1 Cơng cụ lập trình cho Ardiuno Arduino IDE phần mềm dùng để lập trình cho Arduino Mơi trường lập trình Arduino IDE chạy ba tảng phổ biến Windows, Macintosh OSX Linux Do có tính chất nguồn mở nên mơi trường lập trình hồn tồn miễn phí mở rộng thêm người dùng có kinh nghiệm Ngơn ngữ lập trình mở rộng thông qua thư viện C++ Hình 4.1: Giao diện phần mềm Arduino IDE 4.2.2 Phần code chương trình #include #define upTemp #define downTemp 54 Chương Lập trình cho vi điều khiển #include unsigned long lastTime; short errSum, lastErr,error; double U; int DAC; float kp=22, ki=0.1; int SampleTime = 1000; //1 sec const int rs = 8, en = 7, d4 = 6, d5 = 5, d6 = 4, d7 = 1; const int dacChipSelectPin = 10; const int dacLatch = 9; LiquidCrystal lcd(rs, en, d4, d5, d6, d7); int temp_sp = 25; float temp_pv; void upSetPoint() { temp_sp=temp_sp+1;} void downSetPoint() { temp_sp=temp_sp-1;} void hienthi(int setpoit, int pv) { char lcd_display[16]; sprintf(lcd_display,"Nhiet do= %d",pv); lcd.setCursor(0,0); lcd.print(lcd_display); 55 Chương Lập trình cho vi điều khiển sprintf(lcd_display,"Set point= %d",setpoit); lcd.setCursor(0,1); lcd.print(lcd_display); } void doNhietdo() { temp_pv = (5.0*analogRead(A0)*100.0/1024.0); temp_pv= int(temp_pv); } void tinhPI(int sp, int pv) { unsigned long now = millis(); int timeChange = (now - lastTime); if(timeChange>=SampleTime) { /*Compute all the working error variables*/ error = sp - pv; errSum += error; /*Compute PI Output*/ U = kp * error + ki * errSum; DAC=U*18.6; DAC= int(DAC); /*Remember some variables for next time*/ 56 Chương Lập trình cho vi điều khiển lastTime = now; } } void setup() { pinMode(upTemp,INPUT); pinMode(downTemp,INPUT); pinMode (dacChipSelectPin, OUTPUT); digitalWrite(dacChipSelectPin, HIGH); pinMode (dacLatch, OUTPUT); digitalWrite(dacLatch,HIGH); SPI.begin(); SPI.setBitOrder(MSBFIRST); SPI.setDataMode(SPI_MODE0); lcd.begin(16, 2); attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(upTemp),upSetPoint,FALLING); attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(downTemp),downSetPoint,FALLING); } void setDac(int value, int channel) { 57 Chương Lập trình cho vi điều khiển byte dacRegister = 0b00110000; // Sets default DAC registers B00110000, 1st bit choses DAC, A=0 B=1, 2nd Bit bypasses input Buffer, 3rd bit sets output gain to 1x, 4th bit controls active low shutdown LSB are insignifigant here int dacSecondaryByteMask = 0b0000000011111111; // Isolates the last bits of the 12 bit value, B0000000011111111 byte dacPrimaryByte = (value >> 8) | dacRegister; //Value is a maximum 12 Bit value, it is shifted to the right by bytes to get the first MSB out of the value for entry into th Primary Byte, then ORed with the dacRegister byte dacSecondaryByte = value & dacSecondaryByteMask; // compares the 12 bit value to isolate the LSB and reduce it to a single byte // Sets the MSB in the primaryByte to determine the DAC to be set, DAC A=0, DAC B=1 switch (channel) { case 0: dacPrimaryByte &= ~(1 90 63 Chương Kết Hình 5.8: Xung mở van góc < 90 Hình 5.9 : Điện áp tải góc mở < 90º 64 Chương Kết 5.3.Mạch in Hình 5.10: Mạch in toàn mạch  Kết luận - Mạch thực nghiệm hoạt động tốt - Thời gian đáp ứng nhanh - Ổn định lại nhanh có thay đổi đột ngột hệ thống 65 Kết luận KẾT LUẬN Kết thực hiện: - Hệ thống điều khiển tương đối ổn định, đáp ứng yêu cầu đề tài - Giám sát trình hoạt động lò qua khối hiển thị led đoạn, đèn AC - Cảm biến đọc nhiệt độ tương đối xác - Phần mềm chương trình tương đối ngắn gọn, đơn giản, dễ hiểu Khuyết điểm: - Đọc nhiệt độ từ mơi trường vào chưa tuyệt đối xác - Kích thước mơ hình tương đối lớn Hướng khắc phục phát triển: - Dùng cảm biến nhiệt độ khác, có độ ổn định đọc nhiệt độ xác - Đưa giải thuật khác để lập trình hệ thống tối ưu - Có thể giao tiếp với máy tính để điều khiển nhiệt độ lò Em xin chân thành cảm ơn Hà Nội, ngày 05 tháng 06 năm 2018 Sinh viên thực Dỗn Đình Hiếu 66 Tải liệu tham khảo TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Trọng Minh, Giáo trình điện tử công suất, Nhà xuất Giáo dục Việt Nam, 2012 [2] Võ Minh Chính, Phạm Quốc Hải, Trần Trọng Minh, Điện tử công suất, NXB Khoa học Kỹ thuật, 2007 [3] Nguyễn Doãn Phước, Lý thuyết điều khiển tuyến tính; In lần thứ tư, NXB Khoa hoc-Kỹ thuật, 2009 [4] http://arduino.vn/bai-viet/42-arduino-uno-r3-la-gi, ngày truy cập cuối 30/5/2018 [5].https://tailieumienphi.vn/doc/bai-giang-mon-hoc-thiet-ke-dieu-khien-cho-cacbo-bien-doi-dien-tu-cong-suat-8zw9tq.html, ngày truy cập cuối 30/5/2018 [6].http://www.alldatasheet.com/datasheetpdf/pdf/45801/SIEMENS/TCA785.html, ngày truy cập cuối 30/5/2018 [7] http://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/pdf/16764/PHILIPS/BT137.html, ngày truy cập cuối 30/5/2018 67 ... Khoa/Viện: Điện Đầu đề thiết kế Thiết kế mạch điều khiển lò điẹn trở Số liệu ban đầu Công suất định mức: P=7.2kW Nhiệt độ: T=30-200 oC Tổn hao nhiệt: 1.2kW U=220V Yêu cầu Thiết kế mạch đo điều khiển. .. chọn thiết bị thiết kế mạch điều khiển ta sơ đồ khối thực tế thiết bị sau: Hình 2.18: Sơ đồ khối thiết bị sử dụng thực tế 40 Chương Thiết kế tính tốn CHƯƠNG THIẾT KẾ VÀ TÍNH TỐN 3.1 Thiết kế điều. .. hay điều khiển điện áp xoay chiều pha - Dòng điều khiển 250mA : dịng điều khiển điều khiển trực tiếp với đa số phần tử công suất - Khoảng điều chỉnh dòng rộng : nửa chu kì điện áp góc điều khiển