Thiết kế hệ thống giám sát và điều khiển nhiệt độ lò sấy

64 1.9K 12
Thiết kế hệ thống giám sát và điều khiển nhiệt độ lò sấy

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

Đây là đồ án tốt nghiệp của chuyên ngành điện điện tử với đề tài: thiết kế hệ thống giám sát và điều khiển nhiệt độ lò sấyYêu cầu đề tài: Dùng PIC16F877A điều khiển hiển thị lên lcd và giám sát bằng máy tính sử dụng thuật toán PID.

http://www.ebook.edu.vn 1 MỤC LỤC MỤC LỤC 1 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 3 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ BẢNG BIỂU 5 LỜI MỞ ĐẦU 7 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SẤY 8 1.1. Khái niệm chung về sấy điện trở. 8 1.2.1. Tìm hiểu chung. 8 1.2.2. Phân loại phương pháp sấy. 8 1.3. Các yêu cầu chủ yếu đối với vật liệu làm dây sợi đốt. 9 1.4. Vật liệu làm dây đốt. 10 1.4.1. Vật liệu hợp kim. 10 1.4.2. Vật liệu phi ki m loại. 11 1.5. Cấu tạo của dây đốt điện trở. 11 1.5.1. Dây đốt hở. 11 1.5.2. Dây đốt kín. 12 1.6. Một số sấy điện trở gián tiếp thường dùng. 13 1.6.1.Thiết bị sấy buồng. 13 1.6.2. Thiết bị sấy kiểu hầm. 14 1.6.3. Thiết bị sấy buồng dùng Ejecto. 15 1.7. Nội dung nghiên cứu. 16 1.8. Kết luận chương 1. 16 CHƯƠNG 2. TÍNH TOÁN LỰA CHỌN THIẾT BỊ 17 2.1. Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển nhiệt độ. 17 2.2. Khối cảm biến. 17 2.3. Khâu hiển thị. 19 http://www.ebook.edu.vn 2 2.4. Khối công suất. 20 2.4.1.Van bán dẫn IGBT. 23 2.4.2.Cấu tạo nguyên lý hoạt động. 23 2.4.3. Các thông số cơ bản IGBT. 24 2.5. Lựa chọn thiết bị gia nhiệt(dây đốt). 25 2.5.1. Thiết bị gia nhiệt. 25 2.5.2. Đặc điểm. 25 2.6. Bộ điều khiển. 26 2.6.1. Vi điều khiển PIC16F887. 26 2.6.2. Một số đặc tính cơ bản đồ chân chi tiết. 29 2.6.3. Chức năng các chân. 30 2.7. Truyền thông máy tính. 31 2.7.1. Giới thiệu vi mạch giao tiếp MAX 232. 31 2.7.2. Cổng nối tiếp RS232. 32 2.7.3. Truyền thông qua cổng nối tiếp RS232. 33 2.7.4. Để truyền dữ liệu nhanh hơn. 35 2.8. Kết luận chương 2. 35 CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ MẠCH PHẦN CỨNG 36 3.1. Sơ đồ khối các mạch điện trong hệ thống. 36 3.2. Thiết mạch công suất. 36 3.3. Thiết kế mạch điều khiển. 37 3.3.1.Mạch nguồn. 37 3.3.2.Mạch đo nhiệt độ. 38 3.3.3. Mạch vi điều khiển. 38 3.4. Kết luận chương 3. 40 CHƯƠNG 4. THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH GIÁM SÁT THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN 41 http://www.ebook.edu.vn 3 4.1. Chương trình giám sát. 41 4.1.1. Labview. 41 4.1.2. Giao diện khi hoàn thiện của Labview trong đồ án. 42 4.1.3. Code Labview trong giao diện đồ án. 43 4.2. Tổng hợp bộ điều khiển . 44 4.2.1. Bộ điều khiển PID. 44 4.2.2. Tổng hợp bộ điều khiển PID. 46 4.2.3. Lấy đặc tính nhận dạng đối tượng. 50 4.2.4. Nhận dạng đối tượng. 50 4.2.5. Mô phỏng Simulink đặc tính của đối tượng. 52 4.3.Thuật toán điều khiển viết chương trình. 54 4.3.1.Thuật toán điều khiển thuật toán PID. 54 4.3.2.Thử nghiệm trên mô hình. 55 4.4. Kết luận chương 4. 56 KẾT LUẬN 57 Kết quả thu được: 57 Hướng nghiên cứu phát triển: 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO 58 PHỤ LỤC 59 http://www.ebook.edu.vn 4 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT PID: Proportional Integral Derivative. IGBT: Insulated Gate Bipolar Transistor. CPU : Central Processing Unit. ADC: analog to digital converter. PWM: Pulse Width Modulation. LCD: liquid-crystal display. http://www.ebook.edu.vn 5 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ BẢNG BIỂU Hình 1.1: Dây tiết diện tròn quấn hình rích rắc so. 12 Hình 1.2: Dây đốt vỏ bọc hình chữ U 13 Hình 1.3: Thiết bị sấy buồng. 14 Hình 1.4: Thiết bị sấy hầm. 15 Hình 1.5: Thiết bị sấy buồng dùng Ejecto. 16 Hình 2.1: Sơ đồ hệ thống điều khiển nhiệt độ 17 Hình 2.2: Cấu tạo mạch đo cơ bản IC LM35D 18 Hình 2.3: LCD 16x2 19 Hình 2.4: Mạch công suất 21 Hình 2.5: Cấu tạo IGBT 22 Hình 2.6: Bóng đèn sợi đốt 24 Hình 2.7: Các khối chức năng của PIC16F887 25 Hình 2.8: Sơ đồ chân PIC16F887 29 Hình 2.9: Sơ đồ kết nối giữa vi điều khiển - MAX232 - PC. 30 Hình 2.10: Giắc nối 9 chân qua cổng COM. 31 Hình 2.11: Giao tiếp máy tính với vi điều khiển qua cổng RS232 32 Hình 2.12: Khung truyền theo chuẩn RS232 33 Hình 3.1: Sơ đồ hệ thống điều khiển nhiệt độ bằng vi điều khiển 35 Hình 3.2: Sơ đồ mạch công suất. 35 Hình 3.3: Sơ đồ mạch nguồn. 36 Hình 3.4: Sơ đồ đấu nối cảm biến. 37 Hình 3.5: Mạch vi điều khiển. 37 Hình 3.6: Mạch LCD phím bấm. 38 http://www.ebook.edu.vn 6 Hình 3.7: Mạch giao tiếp RS232. 38 Hình 3.8: Mạch in. 39 Hình 4.1: Giao diện người dùng trên máy tính. 41 Hình 4.2: Sơ đồ code Labview. 42 Hình 4.3: Các thành phần trong bộ điều khiển PID 43 Hình 4.4: Điều khiển với bộ điều khiển 43 Hình 4.5: Xác định tham số cho mô hình xấp xỉ bậc nhất có trễ 46 Hình 4.6: Xác định hằng số khuếch đại tới hạn K gh . 48 Hình 4.7: Xác định chu kỳ tới hạn. 48 Hình 4.8: Đặc tính thực của mô hình đối tượng nhiệt 49 Hình 4.9: Đặc tính trễ của mô hình đối tượng nhiệt 50 Hình 4.10: Cách xác đinh đặc tính của sấy mô hình 50 Hình 4.11: Sơ đồ khối hệ thống khi lấy đặc tính 51 Hình 4.12: Bảng nạp thông số PID. 52 Hình 4.13: Đặc tính của đối tượng sấy mô phỏng trên simulink. 52 Hình 4.14: Kết quả thực nghiệm mô hình 55 Bng 1: Tính toán thông số bộ điều khiển 51 Bng 2: Thông số bộ điều khiển theo thực nghiệm 52 http://www.ebook.edu.vn 7 LỜI MỞ ĐẦU Ngày này nhu cu s dng nng lng nhit trong các lnh vc sn sut là rt ln. Nng lng nhit có th dùng  sy khô, nung chy, hay nhit luyn  to ra các sn phm vi cht lng cao. Mt trong các ng dng ph bin ca nng lng nhit chính là dùng  sy. Thit b sy là mt phn rt quan trng trong các nghành sn xut hin nay.Các ng dng hin nay cn s dng t hit b sy là rt ln nh sy các sn phm trong nghành nông nghip nh thóc,ngô hay cà phê, ht iu, vi,…,trong nghành thy sn thì  sy khô các sn phm tôm cá,…,và c bit trong nghành công nghip nh dt may, sn, sn xut gch,thc n chn nuôi… thì sy là mt thit b không th thiu. Vi mong mun tìm hiu sâu hn v sy nhng ng dng khoa hc k thut c áp dng vào ó, chúng em ã la chn  tài” thit k h thng giám sát iu khin nhit  sy”.  tài tp trung vào vic tìm hiu tng quan công ngh sy, gii thiu các phng pháp iu khin nhit  sy chn mt phng pháp  nghiên cu tin hành thit k m ô hình iu khin giám sát cho sy. http://www.ebook.edu.vn 8 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SẤY 1.1. Khái niệm chung về sấy điện trở. sy in tr là thit b bin i in nng thành nhit nng thông qua dây t (dây in tr). T dây t thông qua bc x , i lu truyn dn nhit, nhit nng c truyn ti vt cn gia nhit. sy in tr thng dùng  nung sy, 1.2. Tìm hiểu chung về thiết bị sấy phân loại các phương pháp sấy. 1.2.1. Tìm hiểu chung. Thit b sy là thit b nhm t hc hin các quá trình làm khô các vt liu, các chi tit hay sn phm nht nh, làm cho chúng khô t n  m nht nh theo yêu cu, trong các quá trình sy, cht lng cha trong vt liu thng là nc, tuy vy, trong k thut sy cng thng gp nhng trng hp sy các sn phm b m bi các cht lng hu c nh sn, các cht ánh xi 1.2.2. Phân loại phương pháp sấy. Phng pháp sy chia làm hai loi ln là sy t nhin sy bng thit b. a. Sấy tự nhi ên. Sy t nhiên là quá trình phi vt liu ngoài tri. Phng pháp này s dng ngun bc x ca mt tri m bay ra c không khí mang i (nhiu khi c h tr bng gió t nhiên). Phng pháp sy t nhiên có u im là n gin, u t vn ít, b mt trao i ln, dòng nhit bc x t mt tri ti vt có mt  ln (ti 1000 w/m 2 ). Tuy vy sy t nhiên có nhc im là: thc hin c gii hóa khó, chi phí lao ng nhiu, cng  sy không cao, cht lng sn phm không cao, chim din tích b mt ln b.Phương pháp sấy nhân tạo. c thc hin trong sy. Có nhiu phng pháp sy nhân to khác nhau. Cn c vào phng pháp cung cp nhit có th chia ra các loi sau: • Phng pháp sy i lu. • Phng pháp sy bc x. http://www.ebook.edu.vn 9 • Phng pháp sy tip xúc. • Phng pháp sy bng in trng dòng cao tng. • Phng pháp sy thng hoa. Trong mi phng pháp k trên phng pháp sy i lu, bc x tip xúc c dùng rng rãi hn c, nht là phng pháp sy i lu. Mi phng pháp sy k trên c thc hin trong nhiu kiu thit b khác nhau, ví d: sy i lu c t hc hin trong nhiu thit b sy nh thit b sy bung, sy hm, sy bng ti, thit b sy kiu tháp, thit b sy thùng quay, thit b sy thùng quay, thit b sy tng sôi, thit b sy kiu thi khí ng Phng pháp sy bc x nhit có th thc hin trong thit b sy bc x dùng dây in tr Phng pháp sy tip xúc có th thc hin trong các thit b nh th it b sy tip xúc vi b mt nóng, thit b sy tip xúc kiu tay quay, thit b sy tip xúc cht lng Mi loi vt liu sy thích hp vi mt s phng pháp sy mt s kiu thit b sy nht nh. Vì vy tùy theo vt liu sy mà ta chn phng pháp sy thit b sy cho phù hp  t c hiu qu cht lng sn phm c ao. 1.3. Các yêu cầu chủ yếu đối với vật liệu làm dây sợi đốt. Trong các sy in tr, dây si t là phn t chính bin i nng lng in nng thành nhit nng thông qua hiu ng Joul e. Dây t cn phi làm t vt liu tha mãn yêu cu sau: • Kh nng chu nhit cao, bn c hc tt, dây in tr không c bin dng, chúng có th t bn vng di tác dng ca bn thân dây in tr. • in tr sut ln to cho dây in tr có cu trúc nh khi cùng áp ng mt công xut theo yêu cu, d dàng b trí trong lò. • H s nhit in tr nh: ngha là nhit  càng cao thì in tr càng ln. • Kích thc hình hc phi n nh, ít thay i hình dáng bi nhit  làm vic. • Các tính cht in phi c nh. http://www.ebook.edu.vn 10 • D gia công kéo dây, d hàn, i vi vt liu phi kim loi cn ép khuôn c. 1.4. Vật liệu làm dây đốt.  tha mãn c yêu cu trên, trong thc t rt khó có vt liu áp ng c. Nhng ngi ta ã chn mt s nguyên vt liu áp ng c t các yêu cu chính  ch to dây in tr. Các vt liu ó là ca hp kim Niken Crôm, thng gi là “Nicrô m”. Hp kim ca Crôm nhôm cacbonrun. 1.4.1. Vật liệu hợp kim. a. Hợp kim micrôm. Hp kim micrôm có  bn nhit tt nht vì có lp màng oxit crôm (Cr 2 O 3 ), bo v rt cht, chu s thay i nhit  tt nên có th làm vic trong các có ch  làm vic gián on. Hp kim micrôm có tính c tt  nhit  thng cng nh nhit  cao, do, d gia công, d hàn, in tr sut ln, h s nhit in tr nh, không có hin tng già hóa. Nicrôm là vt liu t tin, nên ngi ta có khuynh hng tìm các vt liu khác thay th. b. Hợp kim sắt - crôm – nhôm. Hp kim này chu c nhit  cao, tha mãn yêu cu các tính cht in, nhng có nhc im là giòn, khó gia công, kém bn c hc nhit  cao. Vì vy tránh các tác ng ti trng ca chính dây in tr.  dãn dài ti 30 – 40% ã gây khó khn khi lp t trong lò, cn tránh on mch khi dây dãn dài b cong. Nhng kích thc dùng ph bin nht: • Dây in tr có dng xon xo. ng kính dây 5; 5,5; 6; 6,5; 7 (mm ). • Dây in tr dng li, cu trúc kiu dích dc. ng kính dây: 8; 8,5; 9 (mm). • Dây có tit din ch nht, cu trúc kiu dích dc: 2.20; 2,5; 25; 3.30 (mm). [...]... khảo sát về hệ thống sấy đã nêu ra ở trên, trong đề tài thiết kế tốt nghiệp em tập trung vào: • Tìm hiểu tổng quan về quy trình công nghệ sấy • Phân tích lựa chọn thiết bị cho hệ thống điều khiển nhiệt độ sấy buồng với nhiệt độ trong khoảng từ 00C đến 1000C • Xây dựng thuật toán điều khiển thiết kế mạch mô hình để kiểm nghiệm đánh giá kết quả • Xây dựng chương trình phần mềm giám sát điều khiển. .. Hình 2.1: Sơ đồ hệ thống điều khiển nhiệt độ Bao gồm các khối như sau: Khối công suất: Tín hiệu từ bộ điều khiển sẽ điều khiển khối công suất từ đó mà thay đổi được điện áp cho phù hợp ra tải sợi đốt Tải sợi đốt: Sử dụng để sinh nhiệt Cảm biến: Thực hiện việc đo nhiệt độ tại thời điểm hiện tại ở sấy, đưa về đầu vào ADC của bộ điều khiển Bộ điều khiển: Thực hiện việc tính toán, điều khiển các khối... có liên quan, truyền thông với máy tính xuất tín hiệu đưa ra khâu hiển thị Hiển thị: Hiển thị nhiệt độ hiện tại nhiệt độ đặt lên màn hình LCD Máy tính: Hiển thị nhiệt độ đặt ,và nhiệt độ đo về, lưu giá trị đo về Đặt giá trị nhiệt độ mong muốn… 2.2 Khối cảm biến Khi điều khiển nhiệt độ chúng ta phải có thiết bị để đọc nhiệt độ của đối tượng đưa về bộ điều khiển, nó sẽ có nhiệm vụ tính toán theo... Thông qua việc điều khiển đóng mở van bán dẫn IGBT cung cấp điện áp thích hợp cho tải sợi đốt Tải sợi đốt: Là bóng đèn công suất 60W được sử dụng để sinh nhiệt Đo lường: Dùng cảm biến LM35DZ Vi điều khiển: Dùng vi điều khiển PIC16F887 Hiển thị: Hiển thị nhiệt độ hiện tại nhiệt độ đặt lên màn hình máy tính LCD Máy tính: Dùng để điều khiển giám sát thông qua truyền thông RS232 3.2 Thiết mạch công... mạnh riêng, với việc thiết kế mô hình sấy, qua tìm hiểu so sánh em chọn sử dụng vi điều khiển PIC16F887 để thiết kế cho mô hình vì PIC16F887 có các tính năng đáp ứng được các yêu cầu của đề tài, chi phí giá thành không cao đã được làm quen với vi điều khiển này trong quá trình học trên lớp cùng đợt thực tập tay nghề Dưới đây là một vài nét về bộ điều khiển này 2.6.1 Vi điều khiển PIC16F887 PIC... này là đo nhiệt độ của đối tượng mô hình sấy với nhiệt ở mức thấp (0oC tới 100 oC), yêu cầu độ chính xác độ tuyến tính khi đo cao nên em chọn sử dụng IC làm cảm biến, IC em chọn là IC LM 35 DZ để làm cảm biến đo nhiệt độ với các đặc tính ưu điểm trình bày bên dưới: Hình 2.2: Cấu tạo mạch đo cơ bản IC LM35DZ • LM35D là một loại cảm biến nhiệt độ có điện áp ngõ ra phụ thuộc vào nhiệt độ http://www.ebook.edu.vn... Khối công suất Bản chất của việc điều khiển nhiệt độ chính là điều khiển đại lượng công suất đặt vào sấy P = I² R Để thay đổi công suất này thì theo công thức trên, ta có thể thay đổi giá trị R hoặc I Tuy nhiên nếu thay đổi R thì không có tính linh hoạt gây hạn chế phạm vi điều khiển nên trong thực tế phương pháp này ít được sử dụng Do đó để thay đổi nhiệt độ sấy ta thường dùng cách thay đổi... chỉnh tương đối lớn, có khả năng điều chỉnh liên tục đều đặn Thông qua việc so sánh các phương pháp điều khiển van bán dẫn, để đơn giản phần mạch công suất em chọn phương pháp điều chỉnh công suất sấy dùng van bán dẫn IGBT Phương pháp điều khiểnđiều khiển thời gian đóng ngắt của IGBT, qua đó sẽ thay đổi điện áp trung bình ra tải điều chỉnh được nhiệt độ Sử dụng IGBT có ưu điểm là đơn... http://www.ebook.edu.vn 35 CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ MẠCH PHẦN CỨNG 3.1 Sơ đồ khối các mạch điện trong hệ thống MÁY TÍNH NGUỒN AC 220 CẦU ĐI ỐT 3A MẠCH CÔNG SUẤT • • • • • • VI ĐIỀU KHIỂN SỢI ĐỐT • RS232 LM35DZ LCD Hình 3.1: Sơ đồ hệ thống điều khiển nhiệt độ bằng vi điều khiển Nguồn một chiều: Đây là nguồn được tạo ra từ nguồn xoay chiều 220V cho qua cầu diode 3A Nguồn một chiều này được đưa vào khối công suất Mạch công... tín hiệu tới các thiết bị chấp hành có liên quan để điều khiển nhiệt độ theo yêu cầu một cách chính xác Thiết bị đó là chính là cảm biến http://www.ebook.edu.vn 17 Khi chuyển giá trị nhiệt độ, áp suất, sang điện áp hoặc dòng điện Cảm biến nhiệt độ thường dựa vào những biến đổi mang tính đặc trưng của vật liệu như: • Sự biến đổi điện trở • Sức điện động sinh ra do sự chênh lệch nhiệt độ ở các mối nối . 3.3.1.Mạch nguồn. 37 3.3.2.Mạch đo nhiệt độ. 38 3.3.3. Mạch vi điều khiển. 38 3.4. Kết luận chương 3. 40 CHƯƠNG 4. THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH GIÁM SÁT VÀ THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN 41 http://www.ebook.edu.vn. hơn. 35 2.8. Kết luận chương 2. 35 CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ MẠCH PHẦN CỨNG 36 3.1. Sơ đồ khối các mạch điện trong hệ thống. 36 3.2. Thiết mạch công suất. 36 3.3. Thiết kế mạch điều khiển. 37 3.3.1.Mạch. Sơ đồ hệ thống điều khiển nhiệt độ bằng vi điều khiển 35 Hình 3.2: Sơ đồ mạch công suất. 35 Hình 3.3: Sơ đồ mạch nguồn. 36 Hình 3.4: Sơ đồ đấu nối cảm biến. 37 Hình 3.5: Mạch vi điều khiển.

Ngày đăng: 24/05/2014, 10:27

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

Tài liệu liên quan