Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo bộ điều khiển ổn định điều kiện sấy trong hệ thống sấy dùng kết hợp năng lượng mặt trời

Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo bộ điều khiển ổn định điều kiện sấy trong hệ thống sấy dùng kết hợp năng lượng mặt trời Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo bộ điều khiển ổn định điều kiện sấy trong hệ thống sấy dùng kết hợp năng lượng mặt trời Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo bộ điều khiển ổn định điều kiện sấy trong hệ thống sấy dùng kết hợp năng lượng mặt trời Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo bộ điều khiển ổn định điều kiện sấy trong hệ thống sấy dùng kết hợp năng lượng mặt trời

TÓM TẮT NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO BỘ ĐIỀU KHIỂN ỔN ĐỊNH ĐIỀU KIỆN SẤY TRONG HỆ THỐNG SẤY DÙNG KẾT HỢP NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI Nội dung luận văn nghiên cứu, thiết kế, chế tạo điều khiển ổn định điều kiện sấy hệ thống sấy dùng kết hợp lƣơng mặt trời điện Bộ điều khiển tập trung kiểm sốt thơng số sấy là: nhiệt độ, lƣu lƣợng gió, giám sát độ ẩm vật liệu sấy  Nghiên cứu tìm hiểu trình sấy nơng sản, mơ hình tốn học hệ thống sấy  Thiết kế tủ điện điều khiển tiến hành thi công hệ thống điện  Thiết kế chƣơng trình điều khiển, kiểm sốt giám sát thơng số sấy  Kiểm tra đánh giá hoạt động máy, chỉnh sửa hoàn chỉnh máy v ABSTRACT RESEARCH, DESIGN, MANUFACTURING CONTROLLERS STABLE DRYING CONDITIONS IN THE SYSTEM DRYING COMBINED SOLAR ENERGY The thesis focuses on researching, designing and manufacturinga control systemto stablize drying conditions in drying systems combining solar energy and electricity The controlleris to control drying parameters which are temperature, wind flow and moisture of drying of materials  Research crop drying process, develop a mathematical model of drying system  Design control box and consructthe electricity system  Compose control program for monitoring drying parameters  Investigate system operation to improve the machine vi MỤC LỤC TRANG TỰA TRANG QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LÝ LỊCH KHOA HỌC i LỜI CAM ĐOAN iii CẢM TẠ iv TÓM TẮT v ABSTRACT vi MỤC LỤC vii DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT x DANH SÁCH CÁC HÌNH xi DANH SÁCH CÁC BẢNG xiv Chƣơng : TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan lĩnh vực nghiên cứu, tóm tắt kết nghiên cứu nƣớc đƣợc công bố 1.1.1 Giới thiệu chung máy sấy lƣợng mặt trời 1.1.2 Phân loại số máy sấy lƣợng mặt trời 1.1.2.1 Phƣơng pháp phơi nắng trực tiếp 1.1.2.2 Phƣơng pháp sấy trực tiếp lƣợng mặt trời 1.1.2.3 Phƣơng pháp sấy gián tiếp lƣợng mặt trời 1.1.2.4 Các dạng máy sấy lƣợng mặt trời 1.1.3 Các kết nghiên cứu ngồi nƣớc đƣợc cơng bố 12 1.1.3.1 Các nghiên cứu nƣớc 12 1.1.3.2 Các nghiên cứu giới 15 1.2 Tính cấp thiết đề tài, ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 29 1.2.1 Tính cấp thiết đề tài 29 1.2.2 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 30 1.3 Mục đích nghiên cứu, khách thể đối tƣợng nghiên cứu 30 vii 1.4 Nhiệm vụ nghiên cứu giới hạn đề tài 31 1.5 Phƣơng pháp nghiên cứu 31 Chƣơng 2:CƠ SỞ LÝ THUYẾT 32 2.1 Quá trình sấy 32 2.2 Vật liệu ẩm thông số vật liệu ẩm 32 2.2.1 Các đặc trƣng trạng thái vật liệu ẩm 32 2.2.1.1 Độ ẩm tƣơng đối 32 2.2.1.2 Độ ẩm tuyệt đối 33 2.2.2 Các đặc trƣng nhiệt động vật liệu ẩm 33 2.2.3 Các thông số nhiệt - vật lý vật liệu ẩm 34 2.2.3.1 Nhiệt dung riêng vật liệu ẩm 34 2.2.3.2 Hệ số dẫn nhiệt 34 2.3 Đặc trƣng khơng khí ẩm 34 2.3.1 Áp suất khơng khí ẩm 34 2.3.2 Nhiệt độ không khí ẩm 34 2.3.3 Độ ẩm tuyệt đối không khí ẩm 34 2.3.4 Độ ẩm tƣơng đối khơng khí ẩm 35 2.3.5 Lƣợng chứa ẩm khơng khí ẩm 35 2.4 Năng lƣợng xạ mặt trời 35 2.4.1 Bức xạ mặt trời 35 2.4.2 Tính lƣợng xạ mặt trời 36 2.4.2.1 Bức xạ mặt trời ngồi khí lên mặt phẳng nằm ngang 36 2.4.2.2 Bức xạ truyền qua kính – hiệu ứng lồng kính 36 2.4.2.3 Tổng lƣợng mặt trời hấp thụ đƣợc từ thu 37 2.5 Cơ sở kỹ thuật sấy 37 2.5.1 Chuyển động ẩm vật liệu sấy 37 2.5.2 Vận tốc sấy 38 2.6 Cơ sở lý thuyết điều khiển 38 2.6.1 Lý thuyết điều khiển PID 39 viii 2.6.2 Lý thuyết điều khiển PID PLC S7_1200 40 2.7 Lý thuyết truyền thông RS_485 41 Chƣơng 3:PHƢƠNG HƢỚNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP 43 3.1 Yêu cầu đề tài 43 3.2 Phƣơng hƣớng giải pháp thực 43 3.3 Lựa chọn phƣơng án điều khiển 44 3.4 Trình tự cơng việc tiến hành 45 Chƣơng : TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ 46 4.1 Động học hệ thống sấy 46 4.1.1 Quá trình biến đổi nhiệt lƣợng 46 4.1.2 Trao đổi nhiệt đối lƣu khơng khí qua phận cấp nhiệt 51 4.1.3 Quá trình biến đổi độ ẩm vật liệu sấy 53 4.2 Tính tốn điều khiển q trình sấy thực tế 55 4.3 Tính tốn thiết kế khí 56 4.3.1 Bộ thu nhiệt xạ mặt trời 56 4.3.2 Thiết kế tủ sấy 58 4.4 Tính tốn, thiết kế điện điều khiển 63 4.4.1 Tính tốn chọn cơng suất thiết bị điện điều khiển 63 4.4.2 Thiết kế tủ điện điều khiển 68 4.4.3 Thiết kế chƣơng trình PLC điều khiển 69 4.4.4 Thiết kế giao diện ngƣời dùng 69 Chƣơng : THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ 72 5.1 Quy trình sấy rau 72 5.2 Thực nghiệm chạy máy khơng có vật liêu sấy 72 5.3 Thực nghiệm chạy máy có vật liêu sấy 75 5.4 Đánh giá 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO 80 PHỤ LỤC : Bản vẽ sơ đồ đấu nối điện hệ thống 82 PHỤ LỤC : Chƣơng trình PLC điều khiển 89 ix DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT PLC Programmable Logic Controller HMI Human Machine Interface PID Proportional Integral Derivative x DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 1.1 : Nguyên lý làm việc phơi nắng trực tiếp 05 Hình 1.2 : Sấy trực tiếp lƣợng mặt trời 07 Hình 1.3 : Sấy gián tiếp lƣợng mặt trời 08 Hình 1.4 : Nguyên lý làm việc hệ thống sấy lƣợng mặt trời gián tiếp 09 Hình 1.5 : Các loại máy sấy lƣợng mặt trời 10 Hình 1.6 : Máy sấy lƣợng mặt trời trực tiếp 11 Hình 1.7 : Máy sấy lƣợng mặt trời dạng chủ động 12 Hình 1.8 : Máy sấy nơng sản lƣợng mặt trời sử dụng ống nhiệt thủy tinh chân khơng 13 Hình 1.9 : Máy sấy cà phê lƣợng mặt trời 14 Hình 1.10 : Sơ đồ hệ thống thiết bị sấy 15 Hình 1.11 : Máy sấy dạng bị động 16 Hình 1.12 : Máy sấy dạng bị động Ayensu 18 Hình 1.13 : Máy sấy dạng bị động Ampratwum 19 Hình 1.14 : Máy sấy dạng bị động El-Sebaii 20 Hình 1.15 : Máy sấy dạng bị động Enibe 21 Hình 1.16 : Máy sấy dạng bị động Mwithiga kigo 22 Hình 1.17 : Máy sấy dạng bị động Prasad 23 Hình 1.18 : Máy sấy dạng chủ động Madhlopa Ngwalo 24 Hình 1.19 : Máy sấy dạng chủ động Mumba 25 Hình 1.20 : Máy sấy dạng chủ động Shanmugam Natarajan 26 Hình 1.21 : Máy sấy dạng chủ động Chen 27 Hình 1.22 : Máy sấy dạng chủ động 28 Hình 2.1 : Sơ đồ khối hệ thống điều khiển 39 Hình 2.2 : Sơ đồ khối PID_Compact 40 xi Hình 2.3 : Khối PID_Compact 41 Hình 2.4 : Sơ đồ kết nối RS_485 42 Hình 3.1 : Sơ đồ khối hệ thống điều khiển nhiệt độ tủ sấy 43 Hình 3.2 : Tổng quan hệ thống điều khiển 45 Hình 4.1 : Mơ hình thiết kế thu nhiệt lƣợng mặt trời 57 Hình 4.2 : Bộ thu nhiệt 58 Hình 4.3 : Các cách bố trí khay nơng sản sấy 59 Hình 4.4 : Mơ hình thiết kế buồng sấy 59 Hình 4.5 : Mơ hình thiết kế tủ sấy 60 Hình 4.6 : Tủ sấy với ba buồng sấy 61 Hình 4.7 : Lắp đặt cảm biến nhiệt độ độ ẩm 61 Hình 4.8 : Mơ hình thiết kế hệ thống sấy 62 Hình 4.9 : Hệ thống sấy hồn chỉnh 62 Hình 4.10 : Điện trở sấy có cánh tản nhiệt 63 Hình 4.11 : Sơ đồ kết nối điều khiển cơng suất 64 Hình 4.12 : Bộ điều khiển cơng suất nguồn 64 Hình 4.13 : Quạt điều khiển cơng suất quạt 65 Hình 4.14 : Bộ điều khiển lập trình PLC Siemens S7-1200 Mơ đun 66 Hình 4.15 : Cảm biến nhiệt độ PT100 66 Hình 4.16 : Cảm biến độ ẩm Autonics 67 Hình 4.17 : Màn hình giao diện ngƣời dùng 67 Hình 4.18: Sơ đồ khối liên kết điện phần tủ điện 68 Hình 4.19 : Thiết kế giao diện ngƣời dùng 69 Hình 4.20 : Giao diện tủ điều khiển hệ thống 70 Hình 4.21 : Giao diện điều khiển hiển thị thông số hệ thống 70 Hình 4.22 : Tủ điều khiển hệ thống 71 Hình 5.1 : Quy trình sấy rau 72 Hình 5.2 : Đồ thị giá trị độ theo thời gian theo dõi từ PLC S7_1200 73 xii Hình 5.3 : Cƣờng độ xạ mặt trời thực nghiệm sấy khơng tải 74 Hình 5.4 : Đặc tính nhiệt độ máy sấy 74 Hình 5.5 : Khổ qua trƣớc sau sấy 75 Hình 5.6 : Mít trƣớc sau sấy 76 Hình 5.7: Chuối trƣớc sau sấy 77 xiii DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 2.1 Các thông số quan trọng RS-485 42 Bảng 5.1 Bảng thông số sấy số loại rau 78 xiv 83 84 85 86 87 88 PHỤ LỤC Chƣơng trình PLC điều khiển Cấu trúc chƣơng trình bao gồm phần : Chƣơng trình ngắt Chƣơng trình Chƣơng trình chuyển đổi tín hiệu Chƣơng trình logic quy trình sấy Chƣơng trình truyền nhận tín hiệuvới đọc nhiệt độ Chƣơng trình truyền nhận tín hiệu với với hình HMI Chƣơng trình điều khiển nhiệt độ PID 89 - Chƣơng trình điều khiển 90 91 - Chƣơng trình ngắt có thời gian ngắt 100ms Các giá trị PID đƣợc dò lƣu lại - Chƣơng trình truyền nhận tín hiệu với hình hiển thị HMI 92 - Chƣơng trình truyền nhận tín hiệu với đọc tín hiệu nhiệt độ 93 - Chƣơng trình chuyển đổi tín hiệu Analog sang giá trị thực tếtheo công thức sau : Output = (Input - Min_In)(Max_Out - Min_out) + Min_Out (Max_In - Min_In) Gía trị Analog Max_Input Input Gía trị thực tế Min_Input - - Min_Out Output Chƣơng trình logic quy trình sấy 94 Max_Out 95 96 97 ... tài:? ?Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo điều khiển ổn định điều kiện sấy hệ thống sấy dùng kết hợp lƣợng mặt trời? ?? đề tài tập trung nghiên cứu quy trình, hệ thống sấy nông sản, dƣợc phẩm sản phẩm tƣơi Máy sấy. .. Mục đích nghiên cứu, khách thể vàđối tƣợng nghiên cứu Mục đích nghiên cứu đề tài tính tốn, thiết kế, chế tạo điều khiển ổn định đƣợc điều kiện sấy hệ thống sấy dùng kết hợp lƣợng mặt trời Khách... để sấy khô nông sản với giá thành chi phí thấp đáp ứng đƣợc nhu cầu ngƣời dân, định thực đề tài:? ?Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo điều khiển ổn định điều kiện sấy hệ thống sấy dùng kết hợp lƣợng mặt