nghiên cứu tổng quan về công nghệ gia nhiệt cho sản xuất cáp điện

Với môn học này sinh viên sẽ được trang bị một cáchtổng quát những kiến thức cơ sở về các trang thiết bị máy móc, cơ cấu được sửdụng rộng rãi trong công nghiệp, đồng thời các kiến thức c

Lời nói đầu

Trang bị điện điện tử cho máy công nghiệp dùng chung là một môn học đãđược đưa vào giảng dạy đối với sinh viên ngành điện tự động ở hầu khắp cáctrường đại học trên cả nước Với môn học này sinh viên sẽ được trang bị một cáchtổng quát những kiến thức cơ sở về các trang thiết bị máy móc, cơ cấu được sửdụng rộng rãi trong công nghiệp, đồng thời các kiến thức cơ sở và chuyên ngànhcũng được hệ thống lại một cách tổng quát và chuyên sâu điều này là rất cần thiết

và hữu ích giúp cho sinh viên có thể có được những hình dung căn bản về các hệthống dây chuyền công nghệ trong công nghiệp tạo điều kiện thuận lợi cho việchọc tập và sau này khi ra ngoài thực tế sản xuất

Trong thiết kế môn học “Nghiên cứu tổng quan về công nghệ gia nhiệt chosản xuất cáp điện” này cũng không nằm ngoài mục đích trên Dưới sự hướng dẫncủa thầy giáo TS.Hoàng Xuân Bình là chủ nhiệm bộ môn Điện Tự Động CôngNghiệp đồng thời cũng là giáo viên phụ trách giảng dạy môn học Trang Bị Điện –Điện Tử cùng các thầy cô giáo trong bộ môn với sự giúp đỡ của bạn bè và tài liệutham khảo em đã hoàn thành các yêu cầu được giao trong đề tài Không thể tránhkhỏi những thiếu sót và nhầm lẫn, rất mong nhận được sự chỉ bảo tận tình và chuđáo của thầy cô cùng các bạn Em xin chân thành cảm ơn!

Môc lôc

Trang

1.1 Giới thiệu chung về công nghệ sản xuất cáp điện 3

1.3 Cấu trúc dây chuyền gia nhiệt cho phôi chuẩn bị chuốt 8Chương 2: Thiết kế trang bị điện cho bộ gia nhiệt 102.1 Yêu cầu trang bị điện cho công đoạn gia nhiệt 10

Chương 3: Xây dựng chương trình điều khiển cho bộ gia nhiệt 28

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ GIA NHIỆT

1.1 Giới thiệu chung về công nghệ sản xuất cáp điện

1.1.1 Vị trí và vai trò của dây chuyền kéo dây đồng

Công nghệ sản xuất cáp điện trong các nhà máy sản xuất dây và cáp điện có quy trình như sau : đồng nguyên liệu được nung chảy và đúc thành sợi đồng có đường kính 8mm, từ sợi đồng này qua dây chuyền chuốt dây tạo ra dây có kích thước mong muốn Các dây đồng sau đó được bện lại thành sợi cáp rồi chuyển qua công đoạn bọc cáp và công đoạn cuối cùng là kiểm tra và đóng cuộn.

Sản xuất cáp điện có yêu cầu cao về chất lượng sản phẩm Cáp điện là một mặt hàng quan trọng phục vụ cho các ngành công nghiệp, đặc biệt là truyền tải điện năng và truyền thông Cáp điện phải đảm bảo yêu cầu về độ bền cách điện, độbền cơ khí, hóa chất và các tác động của môi trường Trong công nghiệp sản xuất cáp điện chất lượng của lõi đồng được đặt lên hàng đầu, các yêu cầu về điện trở dây, nồng độ tạp chất, nhiệt độ trung bình của dây khi làm việc Quá trình sản xuất

ra các sợi dây đồng của công nghệ sản xuất cáp như sau: từ đồng nguyên liệu nung chảy và đúc thành sợi đồng có đường kính nhất định ( thường là 8mm), không thể đúc nhỏ hơn sẽ không đam bảo về độ dẻo và hàm lượng õi lẫn trong đồng cao Cácdây đồng có kích thước nhỏ hơn được gia công trong các dây chuyền chuốt đồng Các dây đồng được kéo qua các khuôn có kích thước nhỏ dần cho đến khi đạt yêu cầu về kích thước

Dây chuyền chuốt dây đồng có vai trò đặc biệt quan trọng trong sản xuất cápđiện, nó là dây chuyền để sản xuất ra các loại dây có kích thước yêu cầu Từ sợi đồng đúc qua máy kéo sẽ tạo ra các kích thước dây phù hợp với từng loại cáp như: dây có kích thước 2,8mm để bện cáp 3 pha, dây có kích thước 2,67mm và 2,5mm

để bện cac loại cap trung áp, dây có kích thước 2,0mm có thể kéo thành các dây có kích thước nhỏ hơn Kéo các dây đồng trong sản xuất cáp là một quy trình liên tục, dây đồng được đưa qua các khuôn có kích thước nhỏ dần với độ bóng và độ bến theo một tiêu chuẩn nhất định Sau khi dẫ kéo đến kích thước yêu cầu dây sẽ được

ủ nhiệt để làm mềm và sau đó được quấn lại thành cuộn

1.1.2 Công nghệ sản xuất dây đồng trên dây chuyền

Công nghệ chuốt dây đồng được thực hiện rong một chu trình bắt đầu bằng việc gia nhiệt cho dây đồng trước khi vào chuốt, dây đồng được đưa vào đầu chuốt

ở tốc độ thấp chế độ này để dây đi qua các khuôn kéo Quá trình chỉnh máy kết thúc khi dây quấn đủ trên các tang kéo của mỗi khuôn, qua bộ phận ủ nhiệt và ra khỏi tang quấn

Trong suốt quá trình kéo dây mỗi lần dây đi qua khuôn thì cả tiết diện dây

và đường kính dây đều giảm xuống, quả trình giảm tiết diện dây xảy ra đồng thời với quả trình tăng chiều dài dây Chiều dài dây được tăng lên sau các khuôn khác

nhau thì cũng khác nhau, đặc trưng bởi độ dãn dài của khuôn là tỉ số giữa chiều dàităng lên của dây với tổng chiều dài ban đầu của dây Qua trình biến đổi kim loại trong khuôn được mô tả như hình sau:

Hình 1.1 – Quá trình biến dạng kim loại khi qua khuôn

Độ giãn dài của khuôn được tính theo công thức :

A= L−l

l

Với : l – chiều dài của dây trước khi qua khuôn

L – chiều dài dây sau khi qua khuôn

Từ nguyên lý biến dạng thể tích vật liệu không đổi ta có :

Với : d – đường kính dây khi đã đi qua khuôn

D- đường kính dây trước khi qua khuôn

Ta có được quan hệ sau:

A= R

A

1+ A

Hệ số A còn gọi là hệ số giãn khuôn, là độ dài dây biến đổi qua mỗi khuôn,

hệ số giãn khuôn liên quan đến độ bền kéo nén và thành phần của kim loại Nếu hệ

số giãn khuôn quá lớn tạo ra các rạn nứt bề mặt kim loại và tạo ra phoi kim loại, ngoài ra còn có thể đứt dây do lực kéo lớn

1.2 Công nghệ thực hiện quá trình gia nhiệt

Để thực hiện quá trình gia nhiệt cho phôi đồng trước khi vào đầu chuốt người ta dùng lò điện Lò điện là thiết bị biến đổi điện năng thành nhiệt năng dùng trong các quá trình công nghệ khác nhau như nung hoặc nấu các vật liệu, các kim loại,

Lò điện được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực kỹ thuật:

+ Sản xuất thép chất lượng cao+ Nhiệt luyện và hóa nhiệt luyện+ Nung các vật phẩm trước khi cán, rèn dập, kéo sợi+ Sản xuất đúc kim loại bột

1.2.1 Đặc điểm của lò điện

Có khả năng tạo ra nhiệt độ cao do nhiệt năng được tập trung trong một thể tích nhỏ

Do nhiệt năng tập trung, nhiệt tập trung nên lò có tốc độ nung nhanh và năngsuất cao

Đảm bảo nung đều, dễ điều chỉnh, khống chế nhiệt và chế độ nhiệt

Lò đảm bảo được độ kín, có khả năng nung trong chân không hoặc trong môi trường có khí bảo vệ, vì vậy độ cháy tiêu hao kim loại không đáng kể

Có khả năng cơ khí hóa và tự động hóa ở mức cao

Đảm bảo điều kiện vệ sinh: không có bụi và không có khói

1.2.2 Các phương pháp biến đổi điện năng

a) Phương pháp điện trở

Phương pháp này dựa trên định luật Joule- Lence: khi cho dòng điện chạy qua dây dẫn thì trên dây dẫn tỏa ra một nhiệt lượng, nhiệt lượng này được tính theo công thức:

Q = I2RtTrong đó : I- cường độ dòng điện chạy qua dây dẫn, A

R- điện trở dây dẫn, Ω

t- thời gian dòng điện chạy qua dây dẫnNguyên lý làm việc của lò điện trở được biểu diễn như hình 1.1

b) Phương pháp cảm ứng

Phương pháp cảm ứng dựa trên định luật cảm ứng điện từ Faraday: khi cho dòng điện đi qua cuộn cảm thì điện năng được biến thành năng lượng của từ trường biến thiên Khi đặt khối kim loại vào trong từ trường biến thiên đó, trong khối kim loại sẽ xuất hiện dòng điện cảm ứng- dòng điện xoáy( dòng Foucault ) Nhiệt năng của dòng điện xoáy sẽ nung nóng khối kim loại

Nguyên lý làm việc của lò cảm ứng được biểu diễn trên hình 1.2

c) Phương pháp hồ quang điện

Phương pháp hồ quang điện là phương pháp dựa vào ngọn lửa hồ quang điện Hồ quang điện là một trong những hiện tượng phóng điện qua chất khí

Trong điều kiện bình thường thì chất khí không dẫn điện, nhưng nếu ion hóa không khí và dưới tác dụng của điện trường thì khí sẽ dẫn điện Khi hai điện cực tiếp cận nhau thì giữa chúng sẽ xuất hiện ngọn lửa hồ quang Người ta lợi dụngngọn lửa hồ quang này để gia công cho vật nung hoặc nấu chảy kim loại

Nguyên lý làm việc của lò hồ quang được biễu diễn trên hình 1.3

1.3 Cấu trúc của dây chuyền gia nhiệt cho phôi chuẩn bị chuốt

Dây chuyền chuốt dây đồng là một trong những hệ thống hoạt đông liên tục gồm các bộ gia nhiệt cho dây trước khi chuốt, khuôn kéo dây, một hệ thống ủ nhiệtcho dây và một tang thu dây

Ở đầu vào của dây chuyền, dây đồng được định hướng bởi 2 ròng rọc đi vào cac khuôn sau khi qua các bộ gia nhiệt và quấn trên các tang kéo, đưa vào hệ thống

ủ nhiệt và cuối cùng quấn trên các tang chứa rồi đưa ra ngoài Dây chuyền có cấu trúc theo các Block, có 4 Block thực hiện kéo dây, 1 hệ thống ủ nhiệt và một bộ phận thu dây

Trong mỗi Block kéo dây gồm: 1 bộ gia nhiệt, 1 tang kéo được truyền động

từ động cơ thông qua bộ truyền cơ khí Các khuôn được gá trên một phía và có bộ phận bơm nước làm mát trực tiếp trên khuôn khi hệ thống làm việc Trong Block ủ dây thì dây đồng sau khi được kéo đến kích thước yêu cầu được chạy qua lò ủ nhiệt có nhiệt độ thích hợp để tăng độ mềm dẻo của dây Dây được lấy ra tại Blockthu dây, tại đây có các tang quấn làm giảm momen kéo của dây và dây được lấy ratrên bộ phận tháo dây

Lò ? dây Ð?u chu?t B? gia nhi?t

CHƯƠNG 2

THIẾT KẾ TRANG BỊ ĐIỆN CHO BỘ GIA NHIỆT

2.1 Yêu cầu trang bị điện cho công đoạn gia nhiệt

2.1.1 Yêu cầu chung

Qua phần tổng quan về dây chuyền công nghệ gia nhiệt trong sản xuất cáp điện ta có thể rút ra một số đặc điểm về công nghệ như sau:

- Toàn bộ quá trình sản xuất là một chu trình liên tục, sản phẩm đầu ra của công đoạn này là vật liệu của công đoạn gia công sau, do vậy tính liên hoàn và đồng bộ hóa trong sản xuất phải cao

- Tất cả các quả trình gia nhiệt trước khi cho dây đồng vào đầu chuốt phải

có chế độ dài hạn, độ ổn định nhiệt cao

- Các thiết bị làm việc trong môi trường này phải có nhiệt độ cao hơn nhiệt

độ môi trường ngoài, trung bình là 400 và trong quả trình gia công hầu hết các dây chuyền đều cần gia nhiệt hoặc tự phát nhiệt Ngoài ra lượng bụi bản, dầu mỡ, bụi kim loại dẫn đến thiết bị hoạt động phải có độ tin cậy, có độ ổn định điện và ổn định nhiệt cao

Yêu cầu về trang bị điện – điện tử trong công đoạn gia nhiệt cho dây đồng trước khi vào đầu chuốt :

- Trong diều kiện tương đối khắc nghiệt, thời gian làm việc liên tục kéo dài

do đó các thiết bị phải hoạt động tin cậy, vì sự hoạt động ổn định của các thiết bị liên quan trức tiếp đến chất lượng sản phẩm sản xuất ra

- Hầu hết các thiết bị đều làm việc trong chế độ dài hạn nên cần phải trang

bị hệ thống quạt gió làm mát

- Quá trình gia nhiệt đối với dây đồng phải được điều chỉnh phù hợp với từng công đoạn, ngoài ra còn phải điều chỉnh cho phù hợp với yêu cầu công nghệ của nhà máy

- Việc điều khiển các thiết bị cho toàn dây chuyền hoạt động thông qua hệ thống điều chỉnh tự động bằng PLC PLC đóng cắt nguồn cho các bộ điềukhiển và kiểm soát quả trình gia nhiệt ở trước các đầu chuốt đảm bảo nhiệt độ của phôi trước khi vào từng đầu chuốt

- Ngoài các thiết bị tự động kiểm tra phải có các kĩ sư luôn kiểm tra các thiết bị vận hành, thường xuyên lấy mẫu sản phẩm kiểm tra để đưa ra các

điều chỉnh phù hợp để chất lượng sản phẩm đầu ra được tốt nhất Vì đay

là một dây chuyền hoạt động cần có sự chính xác và có các thông số thay đổi ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm

2.1.2 Yêu cầu đối với vật liệu làm dây đốt

Lò điện trở dây đốt làm nhiệm vụ biến đổi điện năng thành nhiệt năng thôngqua hiệu ứng Joule Dây đốt cần phải làm từ các vật liệu thỏa mãn các yêu cầu sau:

- Độ bền cơ khí cao,

- Chịu được nhiệt độ cao,

- Có điện trở suất lớn (vì điện trở suất nhỏ sẽ dẫn đến dây dài, khó bốtrí trong lò hoặc tiết diện dây phải nhỏ, không bền),

- Hệ số nhiệt điện trở nhỏ (tức là dây đốt ít biến đổi theo nhiệt độ,đảm bảo công suất lò),

- Chậm già hoá theo thời gian

* Vật liệu làm dây đốt có thể là:

+ Hợp kim: Cr-Ni, Cr-Al… với lò nhiệt độ làm việc dưới 12000C;

+ Hợp chất: SiC, Mói2… với lò nhiệt độ làm việc 1200 16000C;

+ Đơn chất: Mo, W, C (graphit)… với lò nhiệt độ làm việc cao hơn 16000C; Theo (Bảng 8.1 [1] trang 171) cho ta một vài thông số cơ bản của vật liệulàm dây đốt lò điện trở:

Hệ sốnhiệt điện

điện trởsuất



94,4 3,6

11001000850120015002800200025002800

0,0350,1

5,14,04,3

1,151,101,261,251000-20008-13

0,0520,150,05Bảng 2.1: Thông số cơ bản của vật liệu làm dây đốt lò điện trở

2.1.3 Phương pháp tính toán dây đốt

Xuất phát từ năng suất lò, ta tính ra công suất lò tiêu thụ từ lưới điện

* Năng suất lò:

, [ ] (1-1)trong đó: M – khối lượng vật gia nhiệt (kg);

t – thời gian gia nhiệt (s)

* Nhiệt lượng hữu ích cần cấp cho vật gia nhiệt:

Qhi = M c (t2o – t1o), [J] (1-2)trong đó:

c - nhiệt dung riêng trung bình của vật gia nhiệt trong khoảng nhiệt độ

, [J/kg.độ];

t1o, t2o - là nhiệt độ lúc đầu và lúc gia nhiệt của vật gia nhiệt [oC]

* Công suất hữu ích của lò:

Phi= [W] (1-3)

* Công suất lò:

Plò = , [W] (1-4)trong đó: - hiệu suất của lò.Thường lò điện trở có hiệu suất = 0,6 0,8

* Công suất đặt của thiết bị:

P = k.Plò, [W] (1-5)trong đó: k – là hệ số dự trữ, tính đến tình trạng điện áp lưới bị tụt thấp,

do dây già hoá mà điện trở tăng lên

k = 1,2 1,3 đối với lò làm việc liên tục,

k = 1,4 1,5 đối với lò làm việc theo chu kỳ

* Từ công suất P, có thể tính gần đúng mật độ công suất dây đốt một pha

Đó là khả năng cấp nhiệt của dây đốt trong một đơn vị thời gian trên một đơn vịdiện tích bề mặt dây

)

(t 1o t2o

), (

. 2o 1o

hi A c t t t

, (1-6)trong đó: m – là số pha,

Fdd – diện tích bề mặt của dây đốt một pha [m2] Từ công suất lò

ta có thể tính được kích thước dây đốt cần trang bị cho lò Vời lò có số pha đốixứng, công xuất một pha sẽ là:

Pph = , [W] (1-7)

Ta có: Pph = Wdd.Fdd = Wdd.LC

trong đó: L – chiều dài dây đốt [m];

C – chu vi tiết diện dây đốt [m]

* Trên quan hệ giữa các thông số điện thì:

 âafdasfsda (1-9)trong đó: S – là diện tích tiết diện dây đốt [m2]

* Từ (18) và (19) có:

dd

dd m F

P W

.

m W

m P

C W

P

dd

S L

U R

U

ph

ph ph

.

2 2

2



(đường kính d)

Dây chữ nhật(kích thước a x b),

S = Thay vào (1-10) có:

dd ph

ph

W U

1

d



, [m] (1-11) Với dây chữ nhật: C = 2(a+b) = 2a(m+1)

S = ab = ma2

Thay vào (6-10) và rút ra ta được:

, [m] (1-12)Với b = ma; thường m = 5 15

Chiều dài dây dẫn sẽ tìm theo công thức (1-9)

Bố trí dây trong lò, dây có thể uốn xoắn tròn (hình 1-3a) đối với dây trònhoặc uốn dích dắc (hình 1-3b) đối với dây chữ nhật hay tròn

Hình 2.1- Kích thước uốn dây tròn và chữ nhật

Khi uốn xoắn tròn, đường kính uốn là tuỳ theo độ bền cơ của dây đốt.Thường D = (4 10)d Bước xoắn S 2d

3

2 2

2

4

ph dd

ph

U W

P d

ph

U W m m

P a





Khi uốn dích dắc, kích thước cũng tuỳ thuộc độ bền cơ của dây đốt Thường

A 100a, S 2b Đối với dây tròn S 5d

Trong các lò có nhiệt độ làm việc dưới 700o C, việc truyền nhiệt từ dây đốtđến vật gia nhiệt chủ yếu là do hiện tượng dẫn nhiệt và đối lưu Trong các lò cónhiệt độ cao hơn 700o C thì việc truyền nhiệt chủ yếu do bức xạ

Để dễ dàng nghiên cứu phân tích ta giả thiết rằng tổn thất qua vỏ lò bằng 0

và dây đốt là một lá mỏng bao kín vật gia nhiệt, nghĩa là coi diện tích tỏa nhiệt củadây bằng diện tích xung quanh vật gia nhiệt Trong điều kiện đó, phương trình traođổi nhiệt bức xạ giữa dây đốt (lý tưởng) và vật gia nhiệt sẽ là:

, [W] (1-13)trong đó: P - là công suất lò, [W];

CS - là khả năng bức xạ của vật đen tuyệt đối;

CS = 5,7 W/m2, (K)4;

Tdd – là nhiệt độ dây đốt, [K];

TV – là nhiệt độ vật gia nhiệt, [K];

- là hệ số bức xạ nhiệt quy đổi;

dd qd

C

100 ( ) 100

Từ (6-13) ta có thể xác định mật độ công suất dây đốt:

(1-14)

WS gọi là mật độ công suất trao đổi nhiệt giữa 2 vật đen tuyệt đối Giá trị WS

phụ thuộc vào nhiệt độ của vật gia nhiệt

 Tính toán dây đốt

Từ các công thức tính toán được trình bày ở trên ta sẽ đi tính toán các thông

số thực tế cho dây đốt như sau:

* Chọn vật liệu làm dây đốt là Cr-Ni có tiết diện tròn có thông số cho như ởbảng 2.1: d = 4mm, điện trở suất = 1.15*10-6

C = π d =3,14.4.10-3=12,56.10-3 (m)

* Xuất phát từ năng suất lò, ta tính ra công suất lò tiêu thụ từ lưới điện Năngsuất lò:

, [ ] trong đó: M = 100 (kg)

t = 20 phút = 1200 (s)

], ) 100 ( ) 100

qd S dd dd

T T

C F

P

m W

S

qd W



], ) 100 ( ) 100

S S

T T

C

m W

* Công suất đặt của thiết bị:

P = k.Plò = 1,3.16625 = 21612,5 Wtrong đó: k = 1,3

* Với lò có 1 pha, công xuất một pha sẽ là:

* Ta có thể tính được độ dài thanh dẫn là:

2.2 Phương án cấp nguồn cho bộ gia nhiệt

Trên trực tế lò điện để thực hiện quả trình gia nhiệt cho phôi đồng trước khi chuốt có thể coi là hộ tiêu thụ loại một, tức là nguồn cung cấp cho lò điện phải liên tục và ổn định Tuy nhiên để đảm bảo hiệu quả cũng như sự an toàn trong hoạt động của lò điện, ta sẽ chọn một lượng công suất dự trữ cho lò điện đề phòng trường hợp điện áp nguồn vì một lí do nào đó mà sụt áp Ngoài ra trong quá trình hoạt động của mình lò còn chịu một số tổn thất khác như: tổn thất trên các van bán dẫn, tổn thất trên đường dây, nhưng các tổn thất này không đáng kể so với tổn thất vì nhiệt của lò nên ta có thể bổ qua

Công suất ra tải của lò được tính theo công thức

P=3 Uf

Rt

Do vậy để thay đổi công suất ra tải ta có thể thay đổi Rt hoặc Uf Tuy nhiên trong thực tế người ta thường thay đổi Uf để có công suất ra tải

Để làm được việc này khi có sẵn một nguồn xoay chiều ta sử dụng bộ điều

áp xoay chiều dùng các van bán dẫn Việc điều chỉnh điện áp ra tải thực hiện bằng cách thay đổi góc mở của các van bán dẫn

Van bán dẫn được sử dụng trong mạch điều áp thường là triac hoặc 2

thyristor đấu song song ngược Sơ đồ mạch điều áp xoay chiều một pha dùng triac như sau:

Hình 2.2 – Mạch điều áp một pha dùng triac

Đồ thị điện áp ra của mạch điều áp xoay chiều như hình sau:

Hình 2.3 – Đồ thị điện áp ra của mạch điều áp

Các mạch điều áp xoay chiều có nhược điểm cơ bản là trong quá trình điều chỉnh , mạch luôn làm việc ở chế độ dòng gián đoạn, cả dòng điện và điện áp ra tải đều không sin nên chỉ phù hợp với các tải điện trở như lò điện trở, bóng đèn sợi đốt, Dòng điện sẽ liên tục và đồng thời trở thành hình sin hơn khi chỉnh điện áp

ra tải lấy bằng điện áp nguồn Như vậy khi điều chỉnh trên tải nhận được một dải sóng hình sin Mặc dù vậy với một tải thuần trở của lò điện trở thì việc dạng điện

áp ra trên tải không sin cũng không ảnh hưởng đến chế độ làm việc của lò Như vậy ta sẽ sử dụng bộ điều áp xoay chiều một pha cho lò nhiệt, do công suất lò sử dụng cho bộ gia nhiệt cho phôi chuẩn bị chuốt là không quá lớn

2.3 Xây dựng bộ điều chỉnh cho triac

Ta dùng TCA785 để điều khiển dòng qua triac, tương ứng với dòng qua điệntrở nhiệt của lò cũng thay đổi và nhiệt lượng sinh ra cũng thay đổi theo Ta sẽ sử dụng sơ đồ điều khiển triac của TCA785 để điều khiển hệ thống gia nhiệt, hình 2.4:

Hình 2.4 – Sơ đồ điều khiển triac dùng TCA785

Để điều khiển được quá trình gia nhiệt ta có thể sử dụng máy tính thông qua

bộ phận chuyển đổi để điều khiển triac Sơ đồ khối của hệ thống như hình sau:

Đầu vào điều khiển của TCA785 được điều khiển bằng cổng COM qua bộ

phận ghép nối Bằng việc thay đổi điện áp vào chân số 11 của TCA785 ta có thể

thay đổi được góc mở của triac

GND DTR TxD RxD DCD

Vcc V+

R1OUT T2IN C2+

C2-GND V- C1- C1+

Max 232 Vcc Vcc

RST GND RxD TxD

AT89S51

1uF

1uF 11.0592 MHz

DB0 DB1 DB2 DB3 DB4 DB5 DB6 DB7

Vdd REF

RFB OUT1 OUT2 /CS GND

AD 7524 /WR

A (0-5V) 5V

Hình 2.6 – Sơ đồ mạch điều khiển TCA785 dùng vi xử lýNguồn 5V được tạo ra từ mạch sau:

7805

Vcc

1000uF 220V

Hình 2.7 – Mạch tạo nguồn Vcc

 Nguyên lý hoạt động:

Sơ đồ dùng vi xử lý 8051 để điều khiển thiết bị gia nhiệt bằng cách nhận tín hiệu đặt từ máy tính xuất ra các cổng P0, P1, P2, P3 rồi qua 4 con DAC AD7524 xuất tín hiệu điều khiển vào 4 con TCA 785

Đầu ra của khuếch đại thuật toán nối với chân số 11 của TCA 785

Sử dụng hai chân điều khiển là DTR và RST để xuất tín hiệu chọn kênh điềukhiển Ta có 4 kênh điều khiển tương ứng với 4 bộ gia nhiệt

Chân TxD để điều khiển giá trị gia nhiệt cho các kênh Dữ liệu từ chân TxD qua IC chuyển đổi chuẩn MAX232 được đưa vào chân RxD của vi xử lý Tín hiệu

ra của vi xử lý được truyền qua các chân dữ liệu của ADC7524 Đây là IC chuyển đổi tín hiệu số sang tương tự Tại đây khi có tín hiệu thấp ở chân /WR thì tín hiệu

sẽ được chuyển sang dạng tương tự ở chân đầu ra của khuếch đại thuật toán

2.4 Xây dựng mạch giám sát nhiệt độ

2.4.1 Các loại cảm biến nhiệt

Hiện nay người ta thường sử dụng các loại cảm biến nhiệt sau:

a) Nhiệt kế thủy ngân: chiều cao của cột nước thủy ngân tỉ lệ thuận với nhiệt

độ của lò Cấu tạo của nố gồm có : 1- điện cực tĩnh( có thể dịch chuyển được); 2- nước thủy ngân đóng vai trò như một cực động; 3- vỏ thủy tinh

Hình 2.8 – Cấu tạo của nhiệt kế thủy ngân

Ưu điểm : cấu tạo đơn giản, cùng một lúc thực hiện ba chức năng: cảm biến, khâu chấp hành và chỉ thị nhiệt độ.

Nhược điểm : chỉ dùng được với lò điện công suất thấp ( t0 < 6500), độ ngạy không cao do quán tính nhiệt của thủy ngân lớn

b) Nhiệt điện trở : trị số của nhiệt điện trở thay đổi theo nhiệt độ theo công thứcsau:

RRN = RRN0(1 + αt0), [Ω]

Trong đó: RRN – trị số điện trở của nhiệt điện trở, Ω

RRN0 – trị số điện trở của nhiệt điện trở trong điều kiện tiêu chuẩn, Ω

α – hệ số nhiệt điện trở, Ω/0CVới công nghệ chế tạo vật liệu bán dẫn người ta có thể chế tạo được nhiệt điện trở với α >0 và α <0

Ưu điểm: cấu tạo đơn giản, kích thước nhỏ gọn, dễ gá lắp trong lò

Nhược điểm: chỉ dùng được với lò nhiệt công suất thấp ( t0 < 6500), trị số điện trở của nó tuyến tính với nhiệt độ trong một dải nhất định

c) Cặp nhiệt ngẫu hay còn gọi là can nhiệt

Cấu tạo gồm 2 dây kim loại được hàn lại ở một đầu và được gọi là đầu nối nóng, hai đầu còn lại là đầu nối lạnh hay đầu nối chuẩn

Khi có sự chênh lệch nhiệt độ giữa đầu nóng với đầu lạnh thì sẽ phát sinh sức điện động giữa hai đầu lạnh, hai đầu lạnh đặt trong cùng nhiệt độ

Ưu điểm: trị số sức nhiệt điện e tỉ lệ tuyến tính với nhiệt độ trong một dải rộng, được dùng trong tất cả các loại lò nhiệt độ là việc tới 13500C

Nhược điểm: trị số sức nhiệt điện rất bé nên cần phải có một khâu khuếch đại chất lượng cao

 Trong thiết kế này sẽ sử dụng cặp nhiệt điện để làm sensor đo nhiệt độ

2.4.2 Xây dựng mạch giám sát nhiệt độ đưa về máy tính

Trong thiết kế này ta sẽ sử dụng cảm biến nhiệt độ là cặp nhiệt độ để đưa tín hiệu nhiệt độ về máy tính Do tín hiệu ra của cảm biến là sức điện động có điện áp rất nhỏ, cỡ mV do vậy tín hiệu ra của cặp nhiệt điện muốn đưa đến máy tính thì phải qua một mạch khuếch đại thuật toán để tín hiệu đưa về có thể tương thích với máy tính và giảm ảnh hưởng của nhiễu

Hình 2.9 – Mạch khuếch đại tín hiệu từ các cảm biến nhiệt

Nhiệt độ sau khi được đo từ các cảm biến nhiệt và được đưa về máy tính để phục vụ cho quá trình điều khiển, tín hiệu này sẽ được truyền đến cổng COM của máy tính

Để ghép nối với cổng COM ta sẽ sử dụng chân RxD để nhận tín hiệu từ cặp nhiệt điện đưa về Để đơn giản ta sử dung vi xử lý để điều khiển tín hiệu đưa về của 4 kênh cần gia nhiệt Sơ đồ ghép nối như sau:

ADC 0809 CLK Vref(+) Vref(-) START ALE A B C Vcc GND

OE EOC 2-1 2-3

IN0

2-4 2-5 2-6 2-7 2-8 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7

GND DTR TxD RxD DCD

Vcc V+

R1OUT T2IN C2+

C2-GND V- C1- C1+

Max 232 Vcc Vcc

RST GND RxD TxD

XTAL2

XTAL1

Vcc

P0.0 P0.1 P2.0 P2.1 P2.2 P2.3

1uF 10K

AT89S51

1uF

1uF 11.0592 MHz

P2.4 P2.5 P2.6 P2.7

P2.7 P2.6 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0 SENSOR SENSOR SENSOR SENSOR

Hình 2.10 – Sơ đồ ghép nối tín hiệu từ cảm biến về cổng COM

Tín hiệu cảm biến đưa về chân In0 – In3 và được chọn địa chỉ nhờ P0.0, P0.1 của vi xử lý, lúc này dữ liệu được đưa về chân P2 của 8051rồi truyền đến chân TxD của cổng COM.

CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN CHO BỘ GIA NHIỆT

3.1 Viết chương trình điều khiển

Trong thiết kế này ta sẽ sử dụng phần mềm VB 6.0 để viết chương trình điềukhiển cho các lò gia nhiệt

3.1.1 Giao diện của chương trình

Hình 3.1 – Giao diện điều khiển

3.1.2 Code chương trình

Dim dk1 As Byte, dk2 As Byte, dk3 As Byte, dk4 As Byte

Dim t1 As Integer, t2 As Integer, t3 As Integer, t4 As Integer

Dim t_ph1 As Integer, t_ph2 As Integer, t_ph3 As Integer, t_ph4 As IntegerDim t11 As Integer, t22 As Integer, t33 As Integer, t44 As Integer

Private Sub Command1_Click()