Đang tải... (xem toàn văn)
Giới hạn điều kiện: 1. Thể tích lò: 20m3 – 40m3 . 2. Dải nhiệt độ làm việc từ 100C đến 600C. 3. Sai số của phép đo nhiệt độ là 10C. Yêu cầu 1. Tìm hiểu tổng quan về lò sấy công nghiệp 2. Lựa chọn các cảm biến cần sử dụng cho hệ thống (nêu lý do lựa chọn cảm biến trong bản thiết kế?) – Số lượng và vị trí lắp đặt cảm biến ? Trình bày cụ thể về cảm biến sử dụng ? 3. Cách lựa chọn và bố trí các thiết bị khác (Sơ đồ khối) 4. Sơ đồ khối hệ thống của hệ thống 5. Lựa chon phương án điều khiển (Mô tả cụ thể) 6. Đánh giá về sai số của hệ thống (Giới hạn , nguyên nhân, biện pháp khắc phục ) 7. Hạn chế của bản thiết kế và cách khắc phục Mục lục Chương 1: Tổng quan về hệ thống thiết kế 1.1 Tổng quan về lò sấy gỗ công nghiệp 1.2 Tổng quan thiết kế lò sấy Chương 2: Nội dung thực hiện 2.1 Yêu cầu của đề tài 2.2 Các hướng giải quyết 2.3 Tính chọn thiết bị 2.4 Phương án điều khiển Chương 3: Kết luận 3.1 Các kết quả đạt được 3.2 Các hạn chế khi thực hiện 3.3 Biện pháp khắc phục Trang
Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Điện BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI BÀI TẬP HỌC ĐO CẢM BIẾN LỚN MÔN LƯỜNG VÀ ĐỀ TÀI: HỆ THỐNG ĐO VÀ ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ LÒ SẤY GỖ CÔNG NGHIỆP GVHD: Nguyễn Thu Ha NHÓM: DANH SÁCH SINH VIÊN: MÃ SINH VIÊN: Phạm Đình Tài 0841040320 Hoàng Duy Tân 0841040388 Đỗ Xuân Tài 0841040341 Vũ Ngọc Sy 0841040355 Nguyễn Văn Sơn 0841040361 Nội dung đề tài: Đề tai: Hệ thống đo điều khiển nhiệt độ lò sấy công nghiệp: Bài tập lớn môn Đo Lường – Cảm Biến Điện – K8 Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Điện Giới hạn điều kiện: Thể tích lò: 20m3 – 40m3 Dải nhiệt độ làm việc từ 100C đến 600C Sai số phép đo nhiệt độ 10C Yêu cầu Tìm hiểu tổng quan lò sấy công nghiệp Lựa chọn cảm biến cần sử dụng cho hệ thống (nêu lý lựa chọn cảm biến thiết kế?) – Số lượng vị trí lắp đặt cảm biến ? Trình bày cụ thể cảm biến sử dụng ? Cách lựa chọn bố trí thiết bị khác (Sơ đồ khối) Sơ đồ khối hệ thống hệ thống Lựa chon phương án điều khiển (Mô tả cụ thể) Đánh giá sai số hệ thống (Giới hạn , nguyên nhân, biện pháp khắc phục ) Hạn chế thiết kế cách khắc phục Mục lục Trang Bài tập lớn môn Đo Lường – Cảm Biến Điện – K8 Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Chương 1: Tổng quan hệ thống thiết kế 1.1 Tổng quan lò sấy gỗ công nghiệp 1.2 Tổng quan thiết kế lò sấy Chương 2: Nội dung thực 2.1 2.2 2.3 2.4 Khoa Điện Yêu cầu đề tai Các hướng giải Tính chọn thiết bị Phương án điều khiển Chương 3: Kết luận 8 12 16 18 3.1 Các kết đạt 3.2 Các hạn chế thực 3.3 Biện pháp khắc phục Lời nói đầu Bài tập lớn môn Đo Lường – Cảm Biến Điện – K8 18 18 18 Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Điện Trong kinh tế thị trường mở cửa nước ta nay, việc mở rộng thương mại giao lưu kinh tế nước khu vực giới xu tất yếu Hiện lĩnh vực gỗ ngày sử dụng rộng rãi đa dạng phong phú Trong ngành xây dựng, ngành chế tạo máy, ngành giao thông vận tải, ngành điện, ngành hàng hải, nhiều ngành khác… Qua ta thấy gỗ ngày sử dụng rộng rãi, nhu cầu sử dụng gỗ ngày cao đòi hỏi chất lượng tốt Để gỗ có chất lượng tốt kỹ thuật sấy gỗ đóng vai trò quan trọng Sấy gỗ sản xuất gỗ làm tăng chất lượng gỗ, làm tăng độ bền lý, tránh tượng co rút, nứt, nẻ gỗ, giảm trọng lượng gỗ khâu vận chuyển, hạn chế phát sinh nấm côn trùng phá hoại gỗ, nâng cao tuổi thọ gỗ Để có sản phẩm đạt chất lượng cao thiếu dụng cụ đo thiết bị đo nhiệt độ Đo nhiệt độ có tầm quan trọng đặc biệt công nghiệp Đo nhiệt độ công nghiệp gắn liền với quy trình công nghệ sản xuất, việc đo kiểm soát nhiệt độ tốt định nhiều đến chất lượng sản phẩm trongcác ngành công nghiệp thực phẩm, luyện kim, gốm sứ, công nghiêp sấy sấy gỗ vv… Do thời gian trình độ hạn chế, thiếu kinh nghiệm thực tế nên không tránh khỏi sai sót Chúng em mong nhận ý kiến đóng góp thầy cô bạn để chúng em hoàn thiện thiết kế Xin chân thành cảm ơn! Bài tập lớn môn Đo Lường – Cảm Biến Điện – K8 Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Điện CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THIẾT KẾ 1.1 Tổng quan lò sấy gỗ công nghiệp - Khái niệm sấy gỗ Sấy gỗ trình khử ẩm từ gỗ cách làm chất ẩm gỗ bay Trong kỹ thuật người ta nén vật liệu để đẩy ẩm gỗ người ta không dùng cách gỗ cần đảm bảo hình dạng ban đầu để gia công sản xuất tạo hình khác - Mục đích sấy gỗ Mục đích sấy gỗ làm thay đổi , giảm độ ẩm cho phù hợp với môi trường sử dụng yêu cầu công nghệ gia công gỗ Sự thay đổi độ ẩm gỗ dẫn đến thay đổi hình dạng , kích thước gỗ Vì độ ẩm chi tiết gỗ cần phải ổn định để đảm bảo hình dạng kích thước gỗ kết cấu hay công trình Như mục đích công nghệ sấy gỗ là: + Để đề phòng trước thay đổi hình dạng kích thước chi tiết gia công sử dụng + Giúp gỗ không bị mốc bị mọt, mối xâm hại Giữ ổn định công trình sản phẩm gỗ + Sấy gỗ để giảm trọng lượng chi tiết, công trình gỗ, đảm bảo chất lượng độ bền, đẹp bề mặt sản phẩm - Các khuyết tật gỗ sấy sản sinh trình sấy Gỗ bị cong vênh phận gỗ co rút không đồng sinh ( co rút không đồng theo chiều thớ gỗ khác nhau) Cong vênh loại ván khác khác , phần tiếp tuyến quan trọng Để hạn chế mức độ cong vênh cần tuân theo biện pháp sau: Bài tập lớn môn Đo Lường – Cảm Biến Điện – K8 Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Điện + Khi xếp đống cần sử dụng kê có bề dày đề phải đặt vị trí kê , cự ly kê không nên cách xa + Gỗ bị nhăn mặt biểu biến dạng mãnh liệt Khuyết tật xảy số loại gỗ định Để tránh tượng , sấy không nên sử dụng nhiệt độ cao + Gỗ bị nứt nẻ phát sinh áp suất lớn bên gỗ làm cho thớ gỗ bị phá hoại Ứng suất hình thành giai đoạn sấy đầu gây nên nứt Còn ứng xuất hình thành giai đoạn sau gây nứt nẻ bên Để tránh tượng thiết không hạ thấp độ ẩm môi trường sấy xuống thấp 1.2 Tổng quan thiết kế lò sấy Các thống số kích thước lò : + Chiều rộng tác dụng lò : 2m + Chiều dài tác dụng lò :5m + Chiều cao tác dụng lò :3m Lò làm việc với dải nhiệt từ 100C đến 600C Lò sấy thiết kế kiểu buồng, nằm ngang dùng không khí nóng để sấy gỗ xếp bên Ở đầu lò sấy có cửa để đưa sản phẩm cần sấy vào hoàn thành trình công nghệ sấy Dàn sấy làm sắt hệ thống xe goòng để xếp gỗ cần sấy Sàn lò sấy gắn cố định hệ thống đường ray dẫn xe goòng Hệ thống ray kéo dài hai đầu lò sấy khoảng vừa đủ để bốc xếp sản phẩm cần sấy Quạt thổi khí lò lắp đặt khung bệ chắn có van để điều chỉnh lưu lượng cho thích hợp Phần kết nối đầu ra, vào Bài tập lớn môn Đo Lường – Cảm Biến Điện – K8 Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Điện quạt có ống giảm rung nhằm mục đích giảm tối thiểu rung động quạt gió làm việc với hệ thống Bộ gia nhiệt lò sấy cấu thành từ đốt điện trở có vỏ thép không gỉ, cách điện để đảm bảo an toàn Hệ thống ống dẫn không khí nóng nối từ gia nhiệt theo hai đường ống nhánh phân phối cho hai bên thành lò theo cửa thổi khí, phân phối khí nóng từ lên Phía thành lò hệ thống ống thu khí tái tuần hoàn nối vào tới đầu hút quạt thổi khí Còn quạt để đối lưu khuếch tán không khí nóng lò sấy Cảm biến đo nhiệt độ bố trí vị trí không bị ảnh hưởng nhiệt độ bên thiết bị gia nhiệt lò sấy đảm để đảm bảo độ xác Bài tập lớn môn Đo Lường – Cảm Biến Điện – K8 Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Điện CHƯƠNG 2: NỘI DUNG THỰC HIỆN 2.1- Yêu cầu đề tai Tìm hiểu tổng quan lò sấy công nghiệp Lựa chọn cảm biến cần sử dụng cho hệ thống (nêu lý lựa chọn cảm biến thiết kế?) – Số lượng vị trí lắp đặt cảm biến ? Trình bày cụ thể cảm biến sử dụng ? Cách lựa chọn bố trí thiết bị khác (Sơ đồ khối) Sơ đồ khối hệ thống hệ thống Lựa chon phương án điều khiển (Mô tả cụ thể) Đánh giá sai số hệ thống (Giới hạn , nguyên nhân, biện pháp khắc phục ) Hạn chế thiết kế cách khắc phục 2.2- Các hướng giải 2.2.1Các loại cảm biến nhiệt độ Cặp nhiệt điện (Thermocouple) - Cấu tạo: Gồm chất liệu kim loại khác nhau, hàn dính đầu - Nguyên lý: Nhiệt độ thay đổi cho sức điện động thay đổi ( mV) - Ưu điểm: Bền, đo nhiệt độ cao - Khuyết điểm: Nhiều yếu tố ảnh hưởng làm sai số Độ nhạy không cao - Thường dùng: Lò nhiệt, môi trường khắt nghiệt, đo nhiệt nhớt máy nén, … - Dải đo: -100 ~ 1400 độ C - Ứng dụng: sản xuất công nghiệp, luyện kim hay gia công vật liệu… Nhiệt điện trở (Resitance temperature detector –RTD) Bài tập lớn môn Đo Lường – Cảm Biến Điện – K8 Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Điện - Cấu tạo RTD gồm có dây kim loại làm từ: Đồng, Nikel, Platinum,… quấn tùy theo hình dáng đầu đo - Nguyên lí hoạt động: Khi nhiệt độ thay đổi điện trở hai đầu dây kim loại thay đổi, tùy chất liệu kim loại có độ tuyến tính khoảng nhiệt độ định - Ưu điểm: độ xác cao Cặp nhiệt điện, dễ sử dụng hơn, chiều dài dây không hạn chế - Khuyết điểm: Dải đo bé Cặp nhiệt điện, giá thành cao Cặp nhiệt điện - Dải đo: -200~700 độ C - Ứng dụng: Trong ngành công nghiệp chung, công nghiệp môi trường hay gia công vật liệu, hóa chất… Điện trở oxit kim loại (Thermistor) - Cấu tạo: Làm từ hổn hợp oxid kim loại: mangan, nickel, cobalt,… - Nguyên lý: Thay đổi điện trở nhiệt độ thay đổi - Ưu điểm: Bền, rẽ tiền, dễ chế tạo - Khuyết điểm: Dãy tuyến tính hẹp - Dải đo: 50 độ C - Ứng dụng: Làm chức bảo vệ, ép vào cuộn dây động cơ, mạch điện tử Bài tập lớn môn Đo Lường – Cảm Biến Điện – K8 Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Điện - Có hai loại thermistor: Hệ số nhiệt dương PTC- điện trở tăng theo nhiệt độ; Hệ số nhiệt âm NTC – điện trở giảm theo nhiệt độ Thường dùng loại NTC Cảm biến nhiệt bán dẫn - Cấu tạo: Làm từ loại chất bán dẫn - Nguyên lý: Sự phân cực chất bán dẫn bị ảnh hưởng nhiệt độ - Ưu điểm: Rẻ tiền, dễ chế tạo, độ nhạy cao, chống nhiễu tốt, mạch xử lý đơn giản - Khuyết điểm: Không chịu nhiệt độ cao, bền - Dải đo: -50 ~ 150 độ C - Ứng dụng: Đo nhiệt độ không khí, dùng thiết bị đo, bảo vệ mạch điện tử Nhiệt kế xạ (Hay hỏa kế) - Cấu tạo: Làm từ mạch điện tử, quang học - Nguyên lý: Đo tính chất xạ lượng môi trường mang nhiệt - Ưu điểm: Dùng môi trường khắc nghiệt, không cần tiếp xúc với môi trường đo - Khuyết điểm: Độ xác không cao, đắt tiền - Ứng dụng: Làm thiết bị đo cho lò nung - Dải đo: -97 ~ 1800 độ C Hỏa kế gồm có loại:Hỏa kế xạ, hỏa kế cường độ sáng, hỏa kế màu sắc 2.2.2 Lựa chọn cảm biến cần cho hệ thống Bài tập lớn môn Đo Lường – Cảm Biến Điện – K8 10 Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Điện Trong phạm vi đề tài xét tới loại cảm biến cảm biến nhiệt bán dẫn nhiệt điện trở Ta thấy có đầy đủ tính đáp ứng yêu cầu đề tài như: + Dải đo lò : 100C đến 600C + Sai số nhiệt độ nhỏ 1% Nhưng nói chung loại cảm biến nhiệt bán dẫnđều bền chịu môi trường khắc nghiệt nên ảnh hưởng tới chất lượng hoạt động liên tục lò Vì chúng em chọn cảm biếnnhiệt điện trở phù hợp công nghiệp đề tài 2.2.3 Lựa chọn điều khiển Trong công nghệ điện , điện tử, vi xử lý thành phần quan trọng thiếu, mang nhiều tính ưu việt: thay mạch điện phức tạp vi mạch nhỏ gọn với chi phí thấp hơn, ứng dụng lại đa dạng linh hoạt Khả điều khiển thông minh hơn, tiết kiệm lượng hơn, ứng dụng nhiều hệ thống Trên sở chúng em áp dụng kiến thức trình tìm hiểu nghiên cứu vào đề tài sử dụng vi điều khiển AVR ATMEL, có khả lập trình đo điều khiểntự động nhiệt độ lò sấy Áp dụng vi xử lý lĩnh vực nghiên cứu phát triển nhiều với loại vi điều khiển kết hợp với cảm biến ngôn ngữ lập trình Các đặc điểm chínhhọ vi điều khiển AVR 1-Kiến trúc RSIC ( Có nghĩa máy tính dung lệnh rút gọn, vi sử lý kiểu thực lệnh vi xử lý khác) với hầu hết lệnh có chiều dài cố định, truy nhận nhớ nạp–lưu trữ ghi đa 2-Có nhiều phận ngoại vi chip, bao gồm: Cổng vào/ra số, biến đổi ADC, nhớ EEFROM, định thời, điều chế độ rộng xung (PWM), … 3- Hầu hết lệnh thực chu kỳ xung nhịp 4- Hoạt động với chu kỳ xung nhịp cao, lên đến 20 MHz tuỳ thuộc loại chip cụ thể 5- Bộ nhớ chương trình vµ nhớ liệu tích hợp chip Bài tập lớn môn Đo Lường – Cảm Biến Điện – K8 11 Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Điện 6- Khả lập trình hệ thống, lập trình cấp nguồn mạch không cần phải nhấc chip khỏi mạch 7- Hỗ trợ cho việc lập trình ngôn ngữ bậc cao – ngôn ngữ C 2.3Tính chọn thiết bị -Chọn cảm biến nhiệt độ Chọn cảm biến nhiệt điện trở Pt-100 Như tên gọi Pt-100 tức đặt môi trường có nhiệt độ 0C (nước đá) điện trở 100 ôm Cứtăng khoảng 10C điện trở tăng lên khoảng 0.39 ôm Cảm biến Pt-100 Bài tập lớn môn Đo Lường – Cảm Biến Điện – K8 12 Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Điện Cấu tạo Pt-100 - Công thức điện trở phụ thuộc vào nhiệt độ PT100: Cảm biến Pt100 cấu tạo dây kim loại plantium dựa nguyên tắc thay đổi điện trở kim loại theo nhiệt độ( Phương trình Callendar-vab dusen) sau: Rt = R + R α [ T – δ - ( – 1) ] Với: Rt : Điện trở nhiệt độ T R0 =100Ω điện trở 00 C α : Hệ số nhiệt độ T=00C ( kiểu +0,00391 Ω/ Ω/ 0C) δ=1,499(kiểu +0,00391 Ω/ Ω/0C) + Cảm biến Pt100 hoạt động 00 C điện trở 100Ω + Trong khoảng nhiệt độ từ 0-1000 C ta tính sau: - Cảm biến Pt100 hoạt động 00 C điện trở 100Ω - Trong khoảng nhiệt độ từ 0-1000 C ta tính sau: R t= R (1+0,391%T) Với sai số nhiệt độ ±0,50 C Tức tăng 10C điện trở Pt-100 tăng 0,391Ω Bài tập lớn môn Đo Lường – Cảm Biến Điện – K8 13 Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội - Bảng thông số điện trở PT100 ứng với nhiệt độ đo: Chọn vi điều khiển atmega 8A có thông số đặc điểm sau: Bài tập lớn môn Đo Lường – Cảm Biến Điện – K8 14 Khoa Điện Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Điện Kiến trúc CPU 8Bit, Atmel Xung Nhịp 0-16Mhz Bộ nhớ flash 8Kb Bộ nhớ Ram 1Kb Bộ nhớ Eeprom 512 B Số kênh ADC Dộ phân giải ADC 10 Bit Số chân vào IO 23 Giao tiếp Truyền thông SPI, TWI, USART Điện áp hoạt động 2.7 - 5.5V Kiểu chân: DIP 28 Timer Bài tập lớn môn Đo Lường – Cảm Biến Điện – K8 15 Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Điện 2.4Phương án điều khiển Ở 00C độ điện trở PT-100 100Ω, tăng 10C PT-100 tăng khoảng 0.39Ω Điều có nghĩa giá trị điện áp trả nhỏ Vì cần có giải pháp để giải vấn đề đó, lựa chọn dùng mạch khuếch đại vi sai để khuếch đại tín hiệu thu Ngoài ra, cần có nguồn dòng để ổn định dòng điện qua PT100, IC ổn định dòng điện thông dụng LM334 Đó toàn hệ thống chúng ta, sau sơ đồ khối: Tín hiệu sau qua mạch khuếch đại vi sai tới khối ADC vi điều khiển , đọc so sánh để tính toán nhiệt độ điều khiển mạch đóng mở thiết bị gia nhiệt Sau lưu đồ thuật toán : Bài tập lớn môn Đo Lường – Cảm Biến Điện – K8 16 Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Trong đó: - Tt nhiệt đọ tức thời lò đo -Tmin nhiệt độ nhỏ cài đặt cho lò -Tmax nhiệt độ lớn cài đặt cho lò Bài tập lớn môn Đo Lường – Cảm Biến Điện – K8 17 Khoa Điện Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Điện Chương 3: Kết luận 3.1-Các kết đạt Hiểu rõ hệ thống đo điều khiển nhiệt độ lò sấy gỗ công nghiệp, cách chọn loại cảm biến nhiệt, cách lắp đặt vị trí thiết bị cảm biến cho phù hợp Nâng cao khả khai thác thông tin qua phượng tiện internet, khả làm việc nhóm 3.2-Các hạn chế thực Do kinh nghiệm thực tế nên làm nhiều sai sót việc dự liệu tình thực tế xảy Do kiến thức hạn chế nên làm đưa nội dung, cách thức áp dụng, biện pháp khắc phục trường hợp xảy lỗi theo lý thuyết 3.3-Biện pháp khắc phục Tìm kiếm thông tin internet cách sâu rộng thông qua diễn đàn công nghệ, trang wed công nghệ để tìm hiểu cách thức lắp đặt thực tế Đi tìm hiểu thực tế khu công nghiệp xưởng gỗ ( ) Tìm kiếm thông tin, liệu thông qua thầy cô giảng viên trường Bài tập lớn môn Đo Lường – Cảm Biến Điện – K8 18