5.2.1 . Xây dựng mô hình:
Để cung cấp nhiệt l ợng cho lò xấy gỗ tự động ta phải biến đổi điện năng thành nhiệt năng bằng hình thức dùng điện trở hay còn gọi là dây nung. u điểm
của hệ thống gia nhiệtlà cấu tạo đơn giản
Nhiệt l ợng toả ra trên dây, khi có dòng điện chạy qua ,đ ợc tính theo công thức :
Q = I2Rt. Trong đó :
Q : Nhiệt l ợng toả ra trên dây nung (J).
R : Điện trở dây nung ( ).Ω
I : Dòng điện chạy qua dây nung (A).
t : Thời gian dòng điện chạy qua dây nung (s).
Đại l ợng cần điều chỉnh là nhiệt độ buồng lò .Việc điều khiển nhiệt độ buồng lò chính là điều khiển công suất đặt vào lò.
P=I2.R.T
Có hai ph ơng án để xây dựng công suất này là:
-Điều chỉnh về phía tiêu thụ ,tức làm thay đổi điện trở của lò .Ph ơng pháp này ít đ ợc áp dụng bởi tính không liên tục và hạn chế phạm vi điều khiển .
-Điều khiển về phía cung cấp tức là thay đổi c ờng độ dòng điện chạy qua dây nung .Điều này có thể thực hiện bằng biến áp ,Rơle hoặc Thyristor.
Ph ơng pháp dùng biến áp .
Đây là ph ơng pháp điều chỉnh điện áp theo cấp ,nó đòi hỏi biến áp phải có công suất lớn .Ph ơng pháp này thô sơ ,ít đ ợc sử dụng trong các hệ thống điều khiển tự động .
89
Ph ơng pháp dùng Rơle.
Ph ơng pháp này có đặc điểm có thể khống chế mức nhiệt độ trong lò tại những mức điện áp khác nhau ,nh ng Rơle chỉ có tác dụng điều chỉnh tại một số thời điểm ng ỡng nhất định nên việc điều chỉnh không liên tục .Mặt khác quá trình điều khiển luôn bị dao động ,biên độ dao động phụ thuộc vào các điểm đặt khác nhau ,vì thế độ chính xác không cao ,Rơle phải đóng ngắt nhiều lần nên độ tin cậy kém .Tuy nhiên ph ơng pháp này có u điểm đơn giản ,phù hợp với các yêu cầu công nghệ đòi hỏi không cần độ chính xác cao.
Ph ơng pháp điều áp xoay chiều ba pha dùng Thyristor kép.
Khi có xung điều khiển thì các Thyristor sẽ lần l ợt mở cho dòng đi qua .Ta có thể điều khiển cho các Thyristor liên tục chuyển từ đóng sang mở t ơng ứng với công suất lò thay đổi từ 0 đến giá trị lớn nhất .
Ph ơng pháp này cho phép điều chỉnh trong phạm vi rộng ,đáp ứng đ ợc các yêu cầu công nghệ ,độ chính xác t ơng đối cao ,độ nhạy điều chỉnh t ơng đối lớn ,có khả năng điều chỉnh t ơng đối liên tục .do đó trong đồ án này ta xử dụng ph ơng pháp điều áp xoay chiều ba pha để điều chỉnh dòng công suất cung cấp
cho lò Sơ đồ kết nối : Mạch điều khiển công suất hệ thống điều khiển Line DC output 380v R R R
90
5.2.2. thiết kế mạch điều khiển: * Nguyên lý hoạt động của Thyristor * Nguyên lý hoạt động của Thyristor
Thyristor sẽ đ ợc mở khi có điện áp thuận ,nghiã là khi có hiệu điện áp giữa Anod và Catod là d ơng và đồng thời có tín hiệu điều khiển vào cực điều khiển G của nó và có dòng :
Ig > Igst Ig: Dòng điều khiển .
Igst:Giá trị giới hạn dòng điều khiển .
Khi muốn đóng Thyristor phải đặt điện áp ng ợc lên hai đầu Anod và Catod UAK<0. Phải chú ý là trong bất cứ tr ờng hợp nào thì cũng không đ ợc đặt Thyristor d ới điện áp thuận khi Thyristor ch a bị khoá ,nếu không có thể gây lên hiện t ợng nguồn bị ngắn mạch.
Trong đó α là góc mở của Thyristor,tức là góc lệch kể từ thời điểm ban đầu của nửa chu kì của dòng xoay chiều cho đến thời điểm mở Thyristor ,thời điểm này chính là thời điểm phát xung điều khiển,ta có thể thay đổi thời điểm phát xung điều khiển làm thay đổi góc mở của Thyristor, tức là thay đổi công suất α cung cấp cho sợi đốt lò.Việc điều khiển thời điểm phát xung cho van Thyristor
91
đ ợc thực hiện bằng bộ phát xung răng c a XR,bộ so sánh SS và bộ phát xung mở Thyristor FX.
Mạch tạo xung điều khiển bao gồm mạch tạo xung răng c a đồng pha với điện áp nguồn cung cấp cho sợi đốt thông qua Thyristor ,mạch so sánh thực hiện việc so sánh xung răng c a với tín hiệu điện áp điều khiển và phát xung điều khiển Thyristor.
* Nguyên lý mạch điều khiển :
Mạch bao gồm khâu tạo xung răng c a, khâu so sánh và khâu phát tín hiệu xung điều khiển.
Mạch tạo nguồn :
hình 5.2 Mạch tạo nguồn điêu khiển1
Để tạo xung điều khiển Thyristor trong cả hai chu kì của điện áp l ới thì phải có khâu đồng pha để khi phát xung điều khiển đạt đ ợc thời điểm mở Thyristor
92
khi qua chỉnh l u cầu ba pha tạo ra điện áp một chiều cho bộ điều khiển bao gồm các nguồn: 5V DC, 12V DC và 12V DC-
Mạch tạo xung răng c a :
Hình 5.22 Mạch tạo xung răng c a
Mạch tạo xung răng c a có chức năng tạo ra xung điện áp chuẩn cho mạch điều khiển.yêu cầu đối với xung răng c a là có biên độ là 5V,s ờn tr ớc của xung phải dốc đứng ,còn s ờn sau phải dốc bằng phẳng.để đáp ứng yêu cầu đó thì thời gian nạp tụ phải nhanh trong khi thời gian phóng tụ phải lớn .trong đồ án này ta
chọn transistor là C828.Hằng số thời gian phóng tụ đ ợc tính theo công thức
T = R*C
Chọn R =330 k , C= 100 nF Mạch so sánh .
Mạch so sánh có nhiệm vụ so sánh giữa giá trị điện áp răng c a và điện áp điều khiển.Tại thời điểm hai điện áp cân bằng thì tín hiệu mạch so sánh chuyển mức. Khuyếch đại thuật toán dùng LM339 đ ợc sử dụng làm bộ so sánh độ rộng
của xung vuông quyết định thời điểm mở góc αqua đó quyết định dòng công suất
93
Hình 5.2 Mạch so sánh3 Mạch điều khiển thyristor:
Đối với các mạch điều khiển Thyristor truyền thống th ờng dùng biến áp xung để điều khiển .Tuy nhiên ngày nay cùng với sự tiến bộ của khoa học các bộ điều khiển thyristor dùng bộ cách ly quang ngày càng đ ợc áp dụng phổ biến do các u điểm nổi bật của nó đó là nhỏ gọn , cách lý mạch lực và mạch điều khiển, giá thành thấp . Trong mạch ta dùng IC quang là MOC3021 điện trở R2 và R5 có
nhiệm vụ hạn chế dòngkhi thyristor đóng. một mạch RC có chức năng hạn chế xung nhọn tại thời điểm bắt đầu mở van.
94
Kết quả thực nghiệm:
95
96
5.3Thiết kế hệ thống vỏ lò 5.3.1 : Thiết kế vỏ lò : 5.3.1 : Thiết kế vỏ lò :
Vỏ lò sấy: có chức năng ngăn cách không gian trong lòvới môi tr ờng xung quanh. Vỏ lò phải đảm bảo kín khít, cách ẩm và cách nhiệt để đảm bảo cho quá trình trao đổi với bên ngoài diễn ra theo đúng chế dộ.
Vỏ lò sấy bao gồm: T ờng lò, trần lò, nền và cửa lò. Tất cả có chức năng ngăn cách không gian trong lò sấy với môI tr ờng xung quanh. Tất cả có chức năng ngăn cách không gian trong lò sấy với mơI tr ờng xung quanh. Vỏ lò phảI đảm bảo cho quá trình trao đổi với bên ngoài diễn ra theo đúng tiến độ. Ngoài ravỏ lò phảI đảm bảo yêu cầu đối với ột kiến trúc trong phân x ởng.
Một vỏ lò sấy đảm bảo yêu cầu phải có:
- Hệ số truyền nhiệt tối đa qua vỏ lò sấy Kmax= 4 Kcal/m2h.0C ≈ 3,5 W/m2 0C.
- Độ kín khít cho phép khi đóng cửa lò sấy không gây biến động trạng thái môi tr ờng sấy qua việc xâm nhập của không khí từ bên ngoài vào
trong lò sấy.
Nếu các bộ phận của lò sấy không đ ợc tính toán thiết kế một cách lợp lý thì nó sẽ ảnh h ởng tới chất l ợng sản phẩm trong giai đoạn sấy. Khi vỏ lò sấy đ ợc đảm bảo khả năng cách nhiệt thì nhiệt l ợng thất thoát ra môI tr ờng bên ngoài là không đáng kể, và nó ảnh h ởng không nhiều đến chế độ sấy, năng l ợng sử dụng cho mẻ sấy ít. Còn vỏ lò sấy không đảm bảo đ ợc khả năngcách nhiệt thì trong quá trình sấy do nhiệt độ bên trong lò sấy cao hơn so với nhiệt độ bên ngoài môI tr ờng là rất nhiều. Chính vì điều này mà dẫn đến quá trình truyền và dẫn nhiệt ra môI tr ờng bên ngoài.
97
5.3.2 Hệ thống quạt tuần hoàn
Hệ thống dùng đểtạo ra luồng không khí tuần hoàn trong lò sấy và là môt trong những nhân tố quan trọng trong khi sấy gỗ. Tiêu chuẩn tốc độ khí phải >
2m/s. Với một số loại khó sấy và có độ ẩm lên đến 150% thì luồng khí phảI cao hơn mức bình th ờng, tức là khoảng 4m/s. Luồng khí có vận tốc lớn sẽ giúp l ợng hơI n ớc bên trong gỗ bay hơI nhanh và giảm đ ợc thời gian sấy gỗ
Hệ thống tuần hoàn gồm 2 quạt/ lò. Cánh quạt bằng nhôm đúc, đ ờng kính 800mm, tốc độ 1500v/p. Công suất 4 KW/quạt. L u l ợng không khí là 40950
m3/h/quạt. Tổng l u l ợng khí là 81900 m3/h.
Quạt tự động đổi h ớng và đổi chiều đảm bảo đ ợc luồng không khí không đồng đều trong lò, làm cho gỗ ở các vị trí khô không đều.
Mỗi quạt đ ợc kết nối với môtơ cảm ứng, đ ợc láp trên giá đỡ có kết cấu đảm bảo cho quạt chạy không bị rung. Với môtơ quạt đ ợc thiết kế đặc biệt chịu đ ợc sự thay đổi nhịêt độ lên đến 200 oC và với nhiệt độ ẩm 150%. Hệ thống dây cáp
silicon chịu nhiệt dặc biệtđ ợc nối ví cổng chịu ẩm rồi nối vào tủ điều khiển điện. 5.3.3 Hệ thống thoát ẩm
Một bộ gồm 6 cửa thoát ẩm với 6 môtơ tự động đóng mở dặt ở phía trên lò sấy với môt chiếc trục chung đ ợc kết nối với các cửa thoát qua thanh truyền đến môtơ giảm sóc, dùng cho sự thay đổi hơI n ớc đã bão hoà.c cấu thoát ẩm đ ợc thiết kế xoay 90odùng đểđóng mở cửa thoát ẩm.
Khi l ợng không khí trong buồng có độ ẩm quấ cao do quá trình hút ẩm từ gỗ, bộ điều khiển sẽ đ a ra lệnh mở các cửa thoát ẩm
98
Phụ thuộc vào h ớng thổi của quạt,luồng khí ẩm bên trong sẽ theo các cửa thoát ẩm ra ngoài. Sự điều khiển độ ẩm phụ thuộc vào l u l ợng l u thông quat gió, l ợng xả ẩm sẽ t ơng đ ơng với l ợng hơI nóng lấy vào. Khi l ợng ẩm đạt đến mức cần thiết, bộ điều khiển sẽ ra lệnh đóng cửa thoát ẩm.
5. 3. Hệ thống phun ẩm 4
Tổ hợp vòi phun đ ợc làm bằng đồng thau, ống dẫn đ ợc thiết kế bằng thép cho phép phun ẩm đồng đều. Van phun hoạt động d ợc khi hệ thống điều khiển thông báo độ ẩm ở trạng tháI thấp. Cơ cấu phun ẩm hoạt động phun theo kiểu s ơng mù.
5.3.5 Trần phụ
Hệ thống trầ phụ đ ợc làm bằng nhôm sang.Trần phụ nằm d ới hệ thống quạt, trên mỗi tấm gỗ, mỗi chiều hở rộng 10 cm ( theo chiều đầu và cuối lò ) cho phép khí thổi theo 2 h ớng mà không thổi theo chu vi lò sấy.
5.3.6 Hệ thống cửa chính và cửa kiểm tra
Đ ợc sản xuất bằng vật liệu nhôm đùn. Cửa chính có kích th ớc 4750.4200 ( W. Hmm ) ở lớp giữa là lớp cách điện, hệ thống gioang cao su bao quanh phía ngoài cửa cho phép giảm tối thiểu l ợng nhiệt thất thoát trong quá trình sấy.
5.3.7 Hệ thống nâng hạ cánh cửa chính
Đây là phần phụ trợ cho việc mở cửa chính vì cửa lò sấy có kichs th ớc rất lớn và nặng , nếu dùng hệ thống nâng thông th ờng sẽ rất khó khăn vì vậy sử dụng hệ thống nâng thuỷ lực sẽ dễ dàng hơn nhiều. Khi cửa đ ợc mở lên hoàn toàn thì đẩ cửa tr ợt theo đ ờng ray để mở lò sấy.
99
Tài liệu tham khảo
==== ====
1- Hoàng Minh Sơn : Cơ Sở Hệ Thống Điều Khiển Quá Trình NXB Bách Khoa Hà Nội – 2006
2- Phan Xuân Minh , Nguyễn Doãn Ph ớc : Lý Thuyết Điều Khiển Mờ
NXB Khoa Học Kỹ Thuật Hà Nôi – 2004
3- Võ Minh Chính Điện Tử Công Suất NXB Khoa Học Kỹ Thuât , Hà Nội- 2008 –
4- Nguyễn Th ơng Ngô : Lý Thuyết Điều Khiển Tự Động Thông Th ờng và Hiện Đai ,Quyển I : Hệ Tuyến Tính NXB Khoa Học Kỹ Thuật Hà Nội -2005
5- Hoàng Ph ơng Anh : Công Nghệ Sấy Gỗ NXB Khoa Học Kỹ Thuật , Hà Nội – 2001
6- Nguyễn Thị Ngọc Mai : Lập Trình Cơ Sơ Dữ Liệu Với VB6.0 NXB Giáo Dục - 2001
7- Website: http://www.TI.com
8- Timber kiln dryer contorller – Helios 1992–
9- Rajani k.Mudi and Nikil R. pal : A Robust Self-Turning for PI and PD Type Fuzzy Controller – IEEE 1999–
tóm tắt luận văn
Trong ngành công nghiệp chế biến lâm sản Xấy có một vai trò rất quan . trọng nó quyết định đến độ ẩm của gỗ Độ ẩm của gỗ quyết định trực tiếp đến .
công đoạn chế biến cũng nh những biến dạng sau này của các sản phẩm gỗ. Ph ơng pháp xấy gỗ hiện nay chủ yếu là các ph ơng pháp hong khô theo tự nhiên , hoặc xấy theo thủ công nên chất l ợng xấy không cao , độ ẩm tồn tại trong gỗ rất lớn không đáp ứng đ ợc chất l ợng sản phẩm.
Mục đích của luận văn là nghiên cứu ứng dụng vi xử lý vào quá trình điều
khiển lò xấy gỗ từ đónâng cao chất l ợng các sản phẩm của công nghệ xấy gỗ. Với mục đích đó luận văn đã mô hình hoá đối t ợng và đ a ra các ph ơng án điều khiển để nâng cao chất l ợng và tính ổn định của hệ thống điều lò xấy gỗ
Kết quả mô phỏng và thực nghiệm cho thấy bộ điều khiểnđáp ứng đ ợc các yêu cầu về công nghệ. Một phần của bộ điều khiển hiện nay ( hệ thống điều khiển nhiệt ) đang đ ợc áp dụng cho một số nhà máy công nghiệp ( Panasonic , Denso
...)
Từ khoá
Lò xấy gỗ tự động Điều khiển mờ
Công nghệ xấy
SUMARY OF THESIS
In the Wood industry, Drying have a very important role, it decide moisture wood. Humity of wood to determine the production process and deformation of wood from wood. Now Drying Process often using method of principal dry naturaly or using human driver Drying Process . So Quality wood product is not good. Moisture in large timber does not meet the required product quality.
Purpose of the thesis is research and application processor to process control automatic wood furnace dryers thereby improving product quality
for the purpose of the thesis object modeling and make plans for control to improving the quality and stability of the control in wood dryers system automatically
Results of simulations and experiments show that the controller is required to meet technology Part of the controller is applied in industrial plants.
Key words:
automatic wood furnace dryers fuzzy logic control
Drying Technology
process control temperature