DATN - Nghiên cứu và Ứng dụng hệ thống Điều khiển tự Động nhằm Ổn Định Độ Ẩm trong không gian tủ kín phục vụ các yêu cầu bảo quản

DATN Nghiên cứu và ứng dụng hệ thống điều khiển tự động nhằm ổn định độ ẩm trong không gian tủ kín phục vụ các yêu cầu bảo quản FULL BÁO CÁO, CODE

i

LỜI NÓI ĐẦU

Trong thời đại công nghiệp 4.0, việc tối ưu hóa và tự động hóa quy trình sản xuất trở nên quan trọng hơn bao giờ hết, đặc biệt trong các ngành yêu cầu điều kiện môi trường nghiêm ngặt như nông nghiệp, sản xuất thực phẩm, và các ngành công nghiệp cần duy trì độ ẩm chính xác Việc điều khiển và giám sát độ ẩm không chỉ giúp duy trì chất lượng sản phẩm, mà còn góp phần tiết kiệm năng lượng và nâng cao hiệu quả sản xuất

Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn này, đề tài “ Nghiên cứu và ứng dụng hệ thống

điều khiển tự động nhằm ổn định độ ẩm trong không gian tủ kín phục vụ các yêu cầu bảo quản ”

được thực hiện dưới sự hướng dẫn của thầy Trần Quang Phú Mục tiêu của

đề tài là phát triển một hệ thống tủ điều khiển có khả năng đo đạc, giám sát và điều chỉnh độ ẩm tự động theo yêu cầu, giúp các nhà sản xuất giảm thiểu sai sót do yếu tố môi trường và nâng cao năng suất

Đề tài không chỉ tập trung vào việc thiết kế phần cứng mà còn phát triển các giải pháp phần mềm để giao tiếp, hiển thị thông tin và ghi nhận dữ liệu, phục vụ quá trình vận hành và quản lý hiệu quả

Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Trần Quang Phú vì sự hướng dẫn tận tình, cùng

những ý kiến quý báu trong suốt quá trình thực hiện đề tài Nhóm chúng tôi cũng xin cảm

ơn các thầy cô và bạn bè đã hỗ trợ, đóng góp ý kiến để đề tài có thể hoàn thành thành công Chúng em xin chân thành cảm ơn !

ii

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU i

MỤC LỤC ii

DANH MỤC HÌNH ẢNH v

DANH MỤC BẢNG vii

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT viii

MỞ ĐẦU ix

1 Giới thiệu chung ix

2 Lý do chọn đề tài ix

3 Mục tiêu của đồ án x

4 Phạm vi nghiên cứu x

5 Phương pháp nghiên cứu xi

6 Cấu trúc của đồ án xi

Chương 1 1

TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ KIỂM SOÁT ĐỘ ẨM 1

1.1 Khái quát chung về thiết bị kiểm soát độ ẩm 1

1.1.1 Khái niệm thiết bị kiểm soát độ ẩm 1

1.1.2 Tiêu chuẩn chung của thiết bị kiểm soát độ ẩm 1

1.1.3 Ứng dụng của thiết bị kiểm soát độ ẩm 2

1.1.4 Vai trò của thiết bị kiểm soát độ ẩm trong công nghiệp 6

1.2 Phân loại thiết bị kiểm soát độ ẩm 8

1.2.1 Loại kiểm soát độ ẩm bằng chip Peltier 8

1.2.2 Loại kiểm soát độ ẩm bằng Silica gel 10

1.2.3 Loại kiểm soát độ ẩm bằng Rotor hút ẩm 10

iii

1.2.4 Loại kiểm soát độ ẩm dạng ngưng tụ 12

1.3 Cấu trúc của một tủ khử ẩm 13

1.4 Một số loại động cơ nén 17

1.4.1 Máy nén loại piston tay quay 18

1.4.2 Máy nén piston kiểu cam nghiêng 19

1.4.3 Máy nén trong tủ lạnh(Block) 20

1.5 Tổng kết luận chương 1 22

Chương 2 23

THIẾT KẾ, TÍNH TOÁN CÁC BỘ PHẬN THIẾT BỊ KIỂM SOÁT ĐỘ ẨM 23

2.1 Yêu cầu của đề tài và thiết bị 23

2.2 Sơ đồ khối 23

2.2.2 Chức năng của từng khối 26

2.3 Tính toán lựa chọn các thông số của thiết bị kiểm soát độ ẩm 27

2.3.1 Thiết kế tủ 27

2.3.2 Lựa chọn động cơ nén 31

2.3.3 Lựa chọn phương án điều khiển độ ẩm 33

2.3.4 Tính toán, chọn thiết bị 35

2.3.5 Lựa chọn thiết bị bảo vệ 45

2.4 Tổng kết chương 2 48

Chương 3 50

LẮP RÁP THIẾT BỊ, XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN, KHẢO SÁT VÀ ĐÁNH GIÁ 50

3.1 Lắp ráp thiết bị 50

3.1.1 Sơ đồ kết nối 50

3.1.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống : 51

iv

3.1.3 Chương trình điều khiển 54

3.2 Khảo sát sản phẩm 61

3.3 Đánh giá qua các bước khảo sát 70

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 74

TÀI LIỆU THAM KHẢO 75

v

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Tiêu chuẩn kỹ thuật của thiết bị kiểm soát độ ẩm 2

Hình 1.2 Tủ chống ẩm dùng cho thiết bị điện tử 3

Hình 1.3 Thiết bị kiểm soát độ ẩm trong bảo tàng 4

Hình 1.4 Hệ thống kiểm soát độ ẩm trong kho dược phẩm 5

Hình 1.5 Hệ thống kiểm soát độ ẩm trong nhà kính 6

Hình 1.6 hệ thống kiểm soát độ ẩm trong công nghiệp 7

Hình 1.7 Hệ thống kiểm soát độ ẩm của kho hàng trong công nghiệp 8

Hình 1.8 Chip peltier trong tủ chống ẩm 9

Hình 1.9 Silica gel trong tủ chống ẩm 10

Hình 1.10 Rotor hút ẩm trong kiểm soát độ ẩm 11

Hình 1.11 Thiết bị kiểm soát độ ẩm ngưng tụ 12

Hình 1.12 Cấu trúc bên trong của một tủ khử ẩm 17

Hình 1.13 Máy nén piston quay 18

Hình 1.14 Máy nén piston kiểu cam nghiêng 19

Hình 1.15 Máy nén trong tủ lạnh(Block) 21

Hình 2.1 Sơ đồ khối của hệ thống kiểm soát độ ẩm 24

Hình 2.2 Kích thuớc thông số mặt trước của tủ 28

Hình 2.3 Mặt hông của tủ 29

Hình 2.4 Mặt sau của tủ 30

Hình 2.5 Block VETB110L 32

Hình 2.6 Biến tần Frecon FR150-2S-0.7B 36

Hình 2.7 PLC Siemens S7-1200 CPU 1214C 39

vi

Hình 2.8 Modul truyền thông Siemens 6ES7241-1CH30-1XB0 41

Hình 2.9 Màn hình HMI 42

Hình 2.10 Cảm biến độ ẩm, nhiệt độ RS485 Modbus RTU ES30-SW 44

Hình 2.11 Aptomat 45

Hình 2.12 Rơ le trung gian 46

Hình 2.13 Nút nhấn 47

Hình 2.14 Nút nhấn dừng khẩn cấp 48

Hình 3.1 Sơ đồ kết nối các thiết bị 51

Hình 3.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống xử lý độ ẩm trong tủ 52

Hình 3.3 Lưu đồ thuật toán 54

Hình 3.4 Hình ảnh thực tế của tủ khử ẩm 61

Hình 3.5 Dao diện đặt độ ẩm mong muốn 62

Hình 3.6 Độ ẩm thực tế bên ngoài 63

Hình 3.7 Độ ẩm sau 20 phút đo 63

Hình 3.8 Độ ẩm xuống 40 phút đo 64

Hình 3.9 Độ ẩm xuống 90 phút đo 64

Hình 3.10 Độ ẩm thực tế bên ngoài 65

Hình 3.11 Độ ẩm xuống 20 phút đo 66

Hình 3.12 Độ ẩm xuống 40 phút đo 66

Hình 3.13 Độ ẩm xuống 90 phút đo 67

Hình 3.14 Độ ẩm thực tế bên ngoài 68

Hình 3.15 Độ ẩm xuống 20 phút đo 68

Hình 3.16 Độ ẩm xuống 40 phút đo 69

Hình 3.17 Độ ẩm xuống 90 phút đo 69

vii

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật Block VETB110L 33

Bảng 2 2 Thông số biến tần FR150-02S-0.7B 35

Bảng 2.3 Thông số của PLC SEIMENS S7 1200 37

Bảng 2.4 Thông số Modul mở rộng 39

Bảng 2.5 Thông ssoos kỹ thuật màn hình HMI 42

Bảng 2.6 Thông số cảm biến SHT 30 44

Bảng 2.7 Thông số aptomat 45

Bảng 2 8 Thông số của nút nhấn 46

Bảng 2 9 Thông số của nút dừng khẩn cấp 48

Bảng 3.1 Kết quả khảo sát thu được 70

viii

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

Ký hiệu/Chữ viết tắt Giải nghĩa

PLC Programmable Logic Controller – Bộ điều khiển logic lập

trình

HMI Human Machine Interface – Giao diện người – máy

RTU Remote Terminal Unit – Thiết bị đầu cuối từ xa

RS485 Chuẩn truyền thông nối tiếp công nghiệp đa điểm

CPU Central Processing Unit – Bộ xử lý trung tâm

MCB Miniature Circuit Breaker – Aptomat tép bảo vệ quá dòng

PID Proportional – Integral – Derivative: Bộ điều khiển tỉ lệ –

tích phân – vi phân

I/O Input/Output – Ngõ vào/ra của thiết bị điều khiển

Modbus RTU Giao thức truyền thông nối tiếp công nghiệp sử dụng định

dạng nhị phân

TIA Portal Totally Integrated Automation Portal – Phần mềm lập

trình của Siemens

Relay Rơ-le điện từ – thiết bị đóng cắt trung gian

PWM Pulse Width Modulation – Điều chế độ rộng xung

ix

MỞ ĐẦU

1 Giới thiệu chung

Trong bối cảnh phát triển công nghệ không ngừng, các yếu tố về môi trường như độ ẩm, nhiệt độ, áp suất không chỉ ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm mà còn tác động đến toàn bộ quy trình sản xuất trong nhiều lĩnh vực khác nhau Độ ẩm, với vai trò quan trọng trong việc bảo quản thực phẩm, nông sản, và các sản phẩm công nghiệp, cần được kiểm soát chặt chẽ Chính vì thế, hệ thống điều khiển và giám sát

độ ẩm tự động ngày càng trở thành yếu tố không thể thiếu trong sản xuất hiện đại

Thiết bị kiểm soát độ ẩm giúp duy trì mức độ ẩm ổn định theo yêu cầu của từng quy trình cụ thể, từ việc bảo quản nông sản, thực phẩm đến đảm bảo chất lượng trong các nhà máy công nghiệp Trong lĩnh vực nông nghiệp, việc kiểm soát độ ẩm

có thể giúp tối ưu hoá sản lượng và chất lượng cây trồng Đặc biệt, trong các kho lưu trữ thực phẩm hoặc sản phẩm nhạy cảm với môi trường như thuốc lá, mỹ phẩm, các thiết bị này đóng vai trò quyết định giúp kéo dài tuổi thọ sản phẩm và giảm thiểu rủi

ro về chất lượng

Nhằm đáp ứng nhu cầu thực tế về thiết bị kiểm soát độ ẩm với chi phí hợp lý

và dễ sử dụng, đề tài "Thiết kế và chế tạo tủ điều khiển và giám sát độ ẩm" đã ra đời, mang đến một giải pháp thiết thực cho việc tự động hoá quá trình kiểm soát độ ẩm trong các điều kiện và lĩnh vực khác nhau

2 Lý do chọn đề tài

Lý do chọn đề tài xuất phát từ việc nhận thấy tầm quan trọng của việc kiểm soát độ ẩm trong nhiều lĩnh vực khác nhau, đặc biệt là trong nông nghiệp và công nghiệp sản xuất Các hệ thống hiện đại thường có chi phí cao và không phù hợp với nhu cầu của các doanh nghiệp nhỏ hoặc hộ gia đình, do đó, việc phát triển một thiết

bị có khả năng kiểm soát độ ẩm tự động với chi phí hợp lý, dễ lắp đặt và vận hành là điều cần thiết

x

Một yếu tố quan trọng khác là nhu cầu ngày càng cao về bảo quản thực phẩm, nông sản và các sản phẩm công nghiệp trong môi trường ổn định, đặc biệt là độ ẩm Khi độ ẩm không được kiểm soát, các vấn đề như nấm mốc, hư hỏng hoặc chất lượng sản phẩm bị giảm sút có thể xảy ra Việc nghiên cứu và chế tạo một thiết bị kiểm soát

độ ẩm có tính năng linh hoạt, dễ bảo trì và giá thành hợp lý sẽ mang lại lợi ích to lớn cho nhiều ngành nghề khác nhau

Chọn đề tài này không chỉ là cách để giải quyết các vấn đề thực tiễn, mà còn giúp nâng cao khả năng tự động hoá trong sản xuất, bảo quản, từ đó giúp giảm thiểu

sự can thiệp của con người và tối ưu hoá hiệu suất

3 Mục tiêu của đồ án

Mục tiêu chính của đồ án là thiết kế và chế tạo một hệ thống tủ điều khiển và giám sát độ ẩm có khả năng tự động hóa quy trình điều khiển độ ẩm trong một không gian nhất định Thiết bị này không chỉ đo lường độ ẩm mà còn có khả năng điều chỉnh

và duy trì độ ẩm ở mức mong muốn thông qua hệ thống cảm biến và các thiết bị điều khiển

Cụ thể, hệ thống sẽ đạt được các mục tiêu sau:

Đo lường độ ẩm chính xác: Thiết bị sẽ sử dụng cảm biến độ ẩm có độ nhạy

cao để đảm bảo các chỉ số đo lường chính xác trong nhiều điều kiện môi trường khác nhau

Điều khiển tự động: Tự động điều chỉnh thiết bị làm mát hoặc tạo ẩm (như

máy phun sương) để giữ độ ẩm ở mức tối ưu

Giao diện thân thiện: Thiết bị sẽ có giao diện dễ sử dụng, người dùng có thể

dễ dàng cài đặt mức độ ẩm mong muốn và theo dõi tình trạng hiện tại của hệ thống

Chi phí hợp lý: Thiết bị được thiết kế với chi phí sản xuất thấp, nhằm phù hợp

với nhu cầu của nhiều đối tượng sử dụng khác nhau, từ nông dân đến các doanh nghiệp nhỏ

4 Phạm vi nghiên cứu

xi

Phạm vi nghiên cứu của đồ án bao gồm các khía cạnh lý thuyết và thực tiễn,

từ thiết kế nguyên lý, tính toán, chế tạo đến thử nghiệm trong thực tế:

Nghiên cứu cảm biến độ ẩm: Tìm hiểu và chọn lựa các loại cảm biến phù hợp

với thiết kế, bao gồm cảm biến điện dung, cảm biến điện trở, và các cảm biến tương

tự khác để đo độ ẩm không khí

Thiết kế hệ thống điều khiển: Bao gồm việc thiết kế mạch điều khiển, lập trình

hệ thống xử lý tín hiệu từ cảm biến và điều khiển thiết bị làm ẩm hoặc hút ẩm Sử dụng các vi điều khiển như Arduino hoặc các bộ xử lý tương tự để thực hiện chức năng điều khiển

Thử nghiệm và hiệu chỉnh: Sau khi hoàn thành chế tạo, thiết bị sẽ được thử

nghiệm trong các môi trường có độ ẩm khác nhau để đánh giá độ chính xác của cảm biến, độ phản hồi của hệ thống điều khiển, và tính ổn định của hệ thống

Khảo sát ứng dụng: Nghiên cứu khả năng ứng dụng của thiết bị trong các lĩnh

vực khác nhau như nông nghiệp (nhà kính, chuồng trại), bảo quản thực phẩm (nhà kho), và công nghiệp (phòng sạch, phòng máy)

5 Phương pháp nghiên cứu

Ban đầu: Nghiên cứu tìm hiểu về thiết bị điều khiển và giám sát độ ẩm Kết quả: Hoàn thành sản phẩm có hộp gọn gàng Có sự thẩm mỹ cao sẵn sàng đưa ra thị trường

6 Cấu trúc của đồ án

Cấu trúc của đồ án được chia thành ba chương chính như sau:

Chương 1: Tổng quan về thiết bị kiểm soát độ ẩm: Trình bày các khái niệm cơ

bản về độ ẩm, các phương pháp đo lường độ ẩm, vai trò của việc kiểm soát độ ẩm trong các lĩnh vực khác nhau như nông nghiệp, công nghiệp, và bảo quản thực phẩm Phân tích ưu nhược điểm của các hệ thống điều khiển độ ẩm hiện tại trên thị trường

xii

Chương 2: Thiết kế và tính toán các bộ phận thiết bị kiểm soát độ ẩm: Mô tả

quá trình thiết kế hệ thống từ việc lựa chọn cảm biến, thiết kế mạch điều khiển, lập trình vi điều khiển cho đến việc tích hợp hệ thống và tối ưu hoá hiệu suất hoạt động

Chương 3: Lắp ráp thiết bị, xây dựng chương trình điều khiển, khảo sát và đánh giá: Trình bày kết quả thử nghiệm thiết bị trong các môi trường khác nhau, đánh

giá hiệu quả của hệ thống, độ chính xác của các thông số đo lường và khả năng điều khiển Đưa ra các đề xuất cải tiến dựa trên kết quả thu được và đánh giá tiềm năng ứng dụng của thiết bị trong thực tế

Kết luận

Tài liệu thâm khảo

1

Chương 1

TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ KIỂM SOÁT ĐỘ ẨM

1.1 Khái quát chung về thiết bị kiểm soát độ ẩm

1.1.1 Khái niệm thiết bị kiểm soát độ ẩm

Trong môi trường công nghiệp hiện đại, độ ẩm không chỉ ảnh hưởng đến môi trường làm việc mà còn có tác động rất lớn đến chất lượng sản phẩm và sự bền vững của thiết bị máy móc Chính vì vậy, thiết bị kiểm soát độ ẩm đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh và duy trì mức độ ẩm ổn định Vậy, thiết bị kiểm soát độ ẩm là gì? Đây là các hệ thống chuyên dụng giúp theo dõi và điều chỉnh độ ẩm trong một không gian kín Hệ thống này sử dụng các cảm biến để đo lường và từ đó điều chỉnh lượng hơi nước trong không khí, đảm bảo rằng độ ẩm luôn ở mức an toàn và phù hợp cho mục đích sử dụng

Thiết bị kiểm soát độ ẩm không chỉ là một phần của các giải pháp công nghệ hiện đạimà còn là yếu tố quyết định cho sự thành công của nhiều ngành công nghiệp

Từ bảo quản thực phẩm, dược phẩm, đến việc bảo vệ các thiết bị điện tử nhạy cảm khỏi nguy cơ hỏng hóc do ngưng tụ hơi nước, sự ổn định của độ ẩm luôn là một yếu

tố quyết định Điều này đã làm cho thiết bị kiểm soát độ ẩm trở thành một trong những công cụ không thể thiếu trong mọi môi trường sản xuất và bảo quản

1.1.2 Tiêu chuẩn chung của thiết bị kiểm soát độ ẩm

Khi nói đến tiêu chuẩn cho các thiết bị kiểm soát độ ẩm, cần hiểu rằng đây là các tiêu chuẩn nghiêm ngặt được xây dựng nhằm đảm bảo an toàn và hiệu quả hoạt động của thiết bị Những tiêu chuẩn này thường được quy định bởi các cơ quan quốc

tế, bao gồm các yêu cầu về độ chính xác của phép đo, khả năng tiêu thụ năng lượng,

và độ bền của thiết bị

Một thiết bị kiểm soát độ ẩm hiệu quả phải đạt được các tiêu chí sau:

2

Độ chính xác cao: Độ ẩm cần được kiểm soát trong phạm vi dao động nhỏ, để

bảo đảm không ảnh hưởng đến quá trình sản xuất

Khả năng tiêu thụ năng lượng thấp: Nhằm tiết kiệm chi phí vận hành và bảo

vệ môi trường

Độ bền vững theo thời gian: Thiết bị phải hoạt động ổn định trong các điều

kiện môi trường khắc nghiệt mà không cần phải bảo trì thường xuyên

Trước khi đi vào các ứng dụng cụ thể của thiết bị kiểm soát độ ẩm, hãy xem xét một hình ảnh minh họa về tiêu chuẩn kỹ thuật của một thiết bị kiểm soát độ ẩm công nghiệp hiện đại

Hình 1.1 Tiêu chuẩn kỹ thuật của thiết bị kiểm soát độ ẩm

Các thiết bị kiểm soát độ ẩm phải tuân thủ nghiêm ngặt các tiêu chuẩn quốc tế

về độ chính xác, hiệu quả năng lượng và khả năng hoạt động lâu dài, giúp chúng phù hợp cho nhiều môi trường công nghiệp khác nhau

1.1.3 Ứng dụng của thiết bị kiểm soát độ ẩm

Thiết bị kiểm soát độ ẩm đóng vai trò quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp, đảm bảo sự ổn định của môi trường và duy trì chất lượng sản phẩm Những ứng dụng cụ thể của thiết bị kiểm soát độ ẩm có thể kể đến như trong bảo quản thiết

3

bị điện tử, lưu trữ tài liệu và cổ vật, dược phẩm, thực phẩm, và trong các nhà kính nông nghiệp

Một trong những lĩnh vực đầu tiên cần sự ổn định của độ ẩm là bảo quản thiết

bị điện tử Các thiết bị như máy ảnh, máy quay phim, và các linh kiện điện tử rất nhạy cảm với độ ẩm Nếu độ ẩm quá cao, hơi nước có thể ngưng tụ bên trong các thiết bị, gây ra hỏng hóc nghiêm trọng

Hình 1.2 Tủ chống ẩm dùng cho thiết bị điện tử

Thiết bị kiểm soát độ ẩm trong phòng chứa thiết bị điện tử giúp ngăn ngừa tình trạng ngưng tụ hơi nước, bảo vệ các linh kiện điện tử khỏi bị hư hại do độ ẩm cao

Thiết bị kiểm soát độ ẩm cũng được sử dụng rộng rãi trong lưu trữ tài liệu và

cổ vật Các loại giấy tờ, sách quý và cổ vật rất dễ bị nấm mốc nếu được lưu trữ trong

môi trường có độ ẩm cao Để bảo quản các vật phẩm này lâu dài, các thư viện và bảo tàng thường sử dụng hệ thống kiểm soát độ ẩm để duy trì môi trường khô ráo, ngăn ngừa sự phát triển của nấm mốc

4

Hình 1.3 Thiết bị kiểm soát độ ẩm trong bảo tàng

Trong các thư viện và bảo tàng, hệ thống kiểm soát độ ẩm đóng vai trò quan

trọng trong việc bảo quản tài liệu quý, ngăn ngừa nấm mốc phát triển và giữ cho các

cổ vật không bị hư hại

Trong lĩnh vực dược phẩm và thực phẩm, độ ẩm quá cao có thể làm giảm chất lượng và thời hạn sử dụng của các sản phẩm Ví dụ, thuốc và các sản phẩm dược phẩm dễ bị biến chất nếu được lưu trữ trong môi trường ẩm ướt Vì vậy, trong các kho lưu trữ, việc duy trì độ ẩm ở mức tối ưu giúp bảo vệ sản phẩm khỏi nguy cơ hỏng hóc

5

Hình 1.4 Hệ thống kiểm soát độ ẩm trong kho dược phẩm

Hệ thống kiểm soát độ ẩm giúp duy trì điều kiện lý tưởng trong các kho dược phẩm, bảo vệ thuốc khỏi các yếu tố môi trường gây hư hỏng, kéo dài thời hạn sử dụng

Cuối cùng, trong ngành nông nghiệp, đặc biệt là trong các nhà kính và kho bảo quản nông sản, việc kiểm soát độ ẩm rất quan trọng để đảm bảo sự phát triển của cây trồng và bảo quản các sản phẩm nông nghiệp Nếu độ ẩm quá cao, cây trồng có thể

bị sâu bệnh hoặc nấm mốc tấn công; nếu độ ẩm quá thấp, cây trồng có thể bị khô héo

6

Hình 1.5 Hệ thống kiểm soát độ ẩm trong nhà kính

Hệ thống kiểm soát độ ẩm trong nhà kính giúp duy trì môi trường ổn định cho

sự phát triển của cây trồng, giảm nguy cơ sâu bệnh và nấm mốc

1.1.4 Vai trò của thiết bị kiểm soát độ ẩm trong công nghiệp

Trong lĩnh vực công nghiệp, thiết bị kiểm soát độ ẩm đóng vai trò vô cùng quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả sản xuất, chất lượng sản phẩm, và độ bền của máy móc thiết bị Độ ẩm trong môi trường sản xuất không được kiểm soát

có thể gây ra nhiều vấn đề nghiêm trọng, bao gồm hư hại cho nguyên vật liệu, thiết

bị sản xuất, thậm chí làm gián đoạn các quy trình công nghiệp

Độ ẩm quá cao trong các nhà máy có thể gây ra tình trạng ngưng tụ nước, dẫn đến ăn mòn thiết bị, ảnh hưởng đến tuổi thọ của máy móc Trong khi đó, độ ẩm quá thấp có thể làm khô và làm giảm tính chất cơ lý của một số loại nguyên vật liệu, gây khó khăn trong việc gia công, chế biến Vì thế, các hệ thống kiểm soát độ ẩm hiện đại được thiết kế để duy trì một mức độ ẩm tối ưu, giúp bảo vệ máy móc và duy trì chất lượng sản xuất ổn định

7

Trong các nhà máy lớn, các thiết bị kiểm soát độ ẩm giúp ngăn chặn tình trạng

ẩm mốc phát triển trong các kho lưu trữ và dây chuyền sản xuất Điều này không chỉ giúp bảo vệ nguyên liệu, thành phẩm mà còn đảm bảo môi trường làm việc sạch sẽ,

an toàn cho nhân viên

Hình 1.6 hệ thống kiểm soát độ ẩm trong công nghiệp

Trong các nhà máy công nghiệp, hệ thống kiểm soát độ ẩm giúp duy trì môi trường sản xuất ổn định, bảo vệ máy móc khỏi sự ăn mòn và giúp nâng cao hiệu quả sản xuất

Ngoài ra, trong các khu vực lưu trữ sản phẩm, kiểm soát độ ẩm có vai trò quan trọng trong việc bảo vệ hàng hóa khỏi bị hư hỏng do tác động của môi trường Đặc biệt là đối với các ngành công nghiệp có liên quan đến hàng hóa nhạy cảm với độ ẩm như linh kiện điện tử, thực phẩm, hoặc dược phẩm, hệ thống kiểm soát độ ẩm là yếu

tố không thể thiếu

8

Hình 1.7 Hệ thống kiểm soát độ ẩm của kho hàng trong công nghiệp

Việc lắp đặt hệ thống kiểm soát độ ẩm trong kho hàng giúp bảo vệ hàng hóa khỏi sự hư hỏng, duy trì chất lượng của sản phẩm và kéo dài thời gian bảo quản

Như vậy, trong các ngành công nghiệp khác nhau, thiết bị kiểm soát độ ẩm không chỉ đảm bảo sự an toàn và hiệu quả trong quá trình sản xuất mà còn góp phần nâng cao tuổi thọ của máy móc, giảm thiểu chi phí bảo trì và nâng cao chất lượng sản phẩm Việc sử dụng hệ thống kiểm soát độ ẩm là một yếu tố không thể thiếu để đảm bảo sản xuất diễn ra ổn định và bền vững

1.2 Phân loại thiết bị kiểm soát độ ẩm

Thiết bị kiểm soát độ ẩm có nhiều loại khác nhau, mỗi loại sử dụng một công nghệ riêng biệt để hút ẩm và điều chỉnh độ ẩm trong môi trường cụ thể

1.2.1 Loại kiểm soát độ ẩm bằng chip Peltier

Loại thiết bị này sử dụng chip Peltier, một công nghệ làm lạnh dựa trên nguyên

lý nhiệt điện Khi chip Peltier hoạt động, một mặt của chip sẽ lạnh đi và ngưng tụ hơi nước trong không khí, sau đó hơi nước này được dẫn ra ngoài Thiết bị sử dụng chip

Hình 1.8 Chip peltier trong tủ chống ẩm

Chip Peltier giúp hút ẩm hiệu quả và duy trì độ ẩm thấp, là giải pháp tối ưu cho các tủ chống ẩm cỡ nhỏ

Thiết bị này nổi bật với thiết kế nhỏ gọn, cho phép dễ dàng lắp đặt và sử dụng ngay cả trong những không gian hạn chế, đáp ứng nhu cầu tối ưu hóa diện tích một cách hiệu quả Với cơ chế vận hành không sử dụng các bộ phận chuyển động, thiết bị mang lại khả năng hoạt động êm ái, không gây tiếng ồn, từ đó tạo môi trường yên tĩnh, thích hợp cho các khu vực đòi hỏi sự tập trung hoặc không gian kín như phòng làm việc hay khu vực lưu trữ Được tích hợp chip Peltier với hiệu suất năng lượng vượt trội, thiết bị không chỉ giúp giảm đáng kể mức tiêu thụ điện mà còn tối ưu hóa chi phí vận hành, góp phần hướng đến sự bền vững và tiết kiệm Hơn nữa, khả năng kiểm soát độ ẩm ổn định của thiết bị đảm bảo điều kiện lý tưởng cho việc bảo quản các vật dụng quan trọng trong tủ nhỏ, đặc biệt là các thiết bị nhạy cảm với độ ẩm, giúp duy trì hiệu suất bảo quản và kéo dài tuổi thọ của các vật dụng bên trong

10

1.2.2 Loại kiểm soát độ ẩm bằng Silica gel

Silica gel là một chất hút ẩm phổ biến được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị chống ẩm Các hạt Silica có khả năng hấp thụ hơi nước trong không khí, từ đó làm giảm độ ẩm trong môi trường khép kín Loại này thích hợp cho các ứng dụng nhỏ, chẳng hạn như bảo quản tài liệu, dược phẩm hoặc thiết bị điện tử nhỏ gọn

Hình 1.9 Silica gel trong tủ chống ẩm

Silica gel là giải pháp đơn giản và hiệu quả để hút ẩm trong các tủ bảo quản nhỏ, có thể tái sử dụng nhiều lần sau khi sấy khô

1.2.3 Loại kiểm soát độ ẩm bằng Rotor hút ẩm

Rotor hút ẩm là một trong những công nghệ tiên tiến nhất trong việc kiểm soát

độ ẩm trong không khí Thiết bị này hoạt động dựa trên nguyên lý hấp thụ hơi nước

từ không khí, nhờ vào một rotor quay có lớp vật liệu hút ẩm bên ngoài Rotor thường được làm từ các chất liệu như silica gel hoặc zeolite, có khả năng hấp thụ và giữ lại nước

Khi không khí ẩm đi vào thiết bị, rotor bắt đầu quay, làm cho phần tiếp xúc với không khí ẩm hấp thụ hơi nước Sau đó, khi rotor quay ra khỏi khu vực tiếp xúc với không khí, nó được làm khô thông qua quá trình tái sinh, thường bằng cách sử dụng không khí nóng hoặc hơi nóng từ các nguồn năng lượng bên ngoài

11

Với khả năng kiểm soát độ ẩm cao và hiệu suất ổn định, loại thiết bị này thường được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp lớn như nhà máy sản xuất thực phẩm, dược phẩm, hoặc các kho bảo quản hàng hóa có yêu cầu kiểm soát độ ẩm nghiêm ngặt

Hình 1.10 Rotor hút ẩm trong kiểm soát độ ẩm

Rotor hút ẩm là một phần quan trọng trong việc kiểm soát độ ẩm trong môi trường công nghiệp, giúp duy trì điều kiện tối ưu cho các sản phẩm nhạy cảm với độ

12

kỳ là cần thiết, giúp phát hiện sớm các vấn đề tiềm ẩn và đảm bảo thiết bị luôn hoạt động ở trạng thái tốt nhất

1.2.4 Loại kiểm soát độ ẩm dạng ngưng tụ

Thiết bị kiểm soát độ ẩm dạng ngưng tụ hoạt động dựa trên nguyên lý làm lạnh không khí để giảm độ ẩm Khi không khí ẩm được hút vào thiết bị, nó sẽ đi qua một

bộ phận làm lạnh, nơi nhiệt độ của không khí sẽ giảm xuống dưới điểm sương Khi nhiệt độ không khí giảm, hơi nước trong không khí sẽ ngưng tụ lại thành các giọt nước và được thu thập vào một bể chứa hoặc thoát ra ngoài

Quá trình này không chỉ giúp loại bỏ độ ẩm khỏi không khí mà còn giúp làm sạch không khí bằng cách loại bỏ bụi bẩn và vi khuẩn nhờ vào sự ngưng tụ Thiết bị dạng ngưng tụ thường được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp và gia đình, chẳng hạn như:

Hệ thống điều hòa không khí: Để giữ cho không khí trong nhà luôn khô ráo và thoải mái

Kho bảo quản thực phẩm: Đảm bảo thực phẩm không bị hư hỏng do độ ẩm cao

Nhà máy sản xuất: Nơi yêu cầu kiểm soát độ ẩm chính xác để duy trì chất lượng sản phẩm

Hình 1.11 Thiết bị kiểm soát độ ẩm ngưng tụ

13

Thiết bị kiểm soát độ ẩm dạng ngưng tụ hiệu quả trong việc giảm độ ẩm và

cải thiện chất lượng không khí, được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp và đời

sống hàng ngày

Thiết bị này mang đến khả năng kiểm soát độ ẩm vượt trội, đặc biệt nhờ cơ chế ngưng tụ hơi nước hiệu quả, cho phép loại bỏ độ ẩm một cách nhanh chóng và duy trì mức độ ẩm mong muốn trong thời gian ngắn Quá trình ngưng tụ không chỉ giúp điều hòa độ ẩm mà còn đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện chất lượng không khí Cụ thể, thiết bị có khả năng loại bỏ bụi bẩn, vi khuẩn và các hạt ô nhiễm nhỏ trong không khí, từ đó mang lại môi trường trong lành hơn, đảm bảo sức khỏe cho người sử dụng và bảo vệ các thiết bị hoặc hàng hóa lưu trữ

Với thiết kế thân thiện và dễ sử dụng, thiết bị này không đòi hỏi quá nhiều công sức trong việc lắp đặt hay vận hành, khiến nó trở thành giải pháp phù hợp cho

cả gia đình và các ứng dụng công nghiệp Đặc biệt, tính linh hoạt của thiết bị cho phép sử dụng trong nhiều điều kiện môi trường khác nhau, từ những không gian nhỏ như tủ bảo quản, phòng làm việc, đến các khu vực lớn hơn như nhà kho hoặc xưởng sản xuất Tuy nhiên, một hạn chế cần lưu ý là thiết bị có thể tiêu tốn nhiều năng lượng hơn so với các phương pháp khác, đặc biệt khi vận hành liên tục trong không gian lớn Do đó, để đạt hiệu quả tối ưu, người dùng nên cân nhắc lựa chọn các chế độ vận hành và thời gian hoạt động sao cho phù hợp với nhu cầu thực tế

1.3 Cấu trúc của một tủ khử ẩm

Tủ khử ẩm, hay còn gọi là tủ chống ẩm, là một thiết bị quan trọng trong việc bảo quản các vật liệu và sản phẩm nhạy cảm với độ ẩm như máy ảnh, thiết bị điện tử, thuốc, hay tài liệu quý Cấu trúc của một tủ khử ẩm thường được thiết kế sao cho vừa đảm bảo khả năng chống lại sự xâm nhập của hơi nước từ môi trường bên ngoài, vừa duy trì được một mức độ ẩm thấp ổn định bên trong

Về cơ bản, một tủ khử ẩm gồm các thành phần chính như sau:

Vỏ tủ: Vỏ tủ thường được làm từ vật liệu chống rỉ và chắc chắn như thép không

gỉ hoặc nhựa ABS, với lớp sơn tĩnh điện bên ngoài Mục đích của vỏ tủ là ngăn cản

14

độ ẩm và không khí từ bên ngoài xâm nhập vào bên trong Thiết kế của vỏ tủ thường kín, với các khớp nối và viền tủ được làm chắc chắn

Cửa tủ và gioăng cao su: Cửa tủ được làm bằng kính cường lực trong suốt,

giúp người sử dụng dễ dàng quan sát các vật phẩm bên trong mà không cần mở tủ

Để đảm bảo độ kín, cửa tủ được trang bị các gioăng cao su xung quanh viền, giúp ngăn chặn hơi ẩm lọt vào từ các khe hở

Hệ thống hút ẩm: Đây là phần quan trọng nhất của tủ khử ẩm Hệ thống hút

ẩm có thể sử dụng nhiều công nghệ khác nhau như chip Peltier, Rotor hút ẩm, hoặc hạt silicagel Hệ thống này giúp hấp thụ hơi ẩm trong không khí bên trong tủ, giữ cho

độ ẩm luôn ở mức thấp, lý tưởng để bảo quản các vật liệu nhạy cảm

Bảng điều khiển và cảm biến độ ẩm: Trong đồ án này, bảng điều khiển được

xem là "trái tim" của hệ thống tủ chống ẩm, chịu trách nhiệm quản lý và vận hành toàn bộ hệ thống Để phù hợp với yêu cầu bảo quản các vật dụng nhạy cảm với độ

ẩm, bảng điều khiển được thiết kế với các thành phần chính và nguyên lý hoạt động sau

Thành phần chính

PLC (Programmable Logic Controller):

Là bộ xử lý trung tâm, thực hiện thu thập dữ liệu từ các cảm biến và đưa ra tín hiệu điều khiển

Được chọn loại PLC hỗ trợ giao tiếp Modbus RTU để kết nối dễ dàng với cảm biến và các thiết bị khác

Các đầu vào/đầu ra số và tương tự (I/O):

Đầu vào số: Tín hiệu từ công tắc, trạng thái cảm biến

Đầu ra số: Điều khiển bật/tắt máy nén, quạt

Đầu vào tương tự: Tín hiệu từ cảm biến độ ẩm, nhiệt độ

Đầu ra tương tự: Điều khiển biến tần

Cảm biến độ ẩm và nhiệt độ RS485 Modbus RTU (ES30-SW):

15

Độ chính xác cao, độ nhạy tốt, giao tiếp chuẩn Modbus

Đo lường độ ẩm trong tủ, gửi tín hiệu về PLC

Hiển thị các thông số như độ ẩm, nhiệt độ, và trạng thái hệ thống

Cho phép người dùng nhập các giá trị đặt trước (Setpoint) và giám sát lỗi

Bộ nguồn:

Cấp điện ổn định cho PLC, HMI, cảm biến và các thiết bị khác

Relay và thiết bị đóng cắt:

Bảo vệ quá tải, ngắn mạch

Điều khiển các tải như máy nén, quạt và đèn LED

Luồng hoạt động:

Cảm biến độ ẩm và nhiệt độ đo lường thông số môi trường

Gửi tín hiệu về PLC qua Modbus RTU

PLC so sánh giá trị đo được với giá trị đặt trước:

Nếu độ ẩm vượt ngưỡng trên: Kích hoạt máy hút ẩm

Nếu độ ẩm thấp hơn ngưỡng dưới: Tắt máy hút ẩm để tiết kiệm năng lượng

Điều khiển bằng biến tần:

Tốc độ động cơ máy nén được điều chỉnh linh hoạt dựa trên độ ẩm thực tế, giúp giảm hao mòn thiết bị

16

Giám sát và giao tiếp:

HMI hiển thị thông số và cảnh báo lỗi nếu có (ví dụ: lỗi cảm biến, quá tải) Người dùng có thể nhập ngưỡng độ ẩm mới và kiểm tra trạng thái hoạt động của hệ thống

Sơ đồ nguyên lý

Sơ đồ cơ bản:

Cảm biến → PLC → Máy nén (qua biến tần) → Máy hút ẩm

HMI kết nối trực tiếp với PLC để nhập giá trị và hiển thị

Bộ nguồn cấp điện chung cho các thiết bị

Chức năng từng khối:

Khối cảm biến: Đo lường độ ẩm và nhiệt độ

Khối điều khiển: Xử lý tín hiệu và ra lệnh điều khiển

Khối truyền động: Máy nén, quạt và thiết bị hút ẩm thực hiện công việc điều

chỉnh độ ẩm

Tối ưu hóa hệ thống

Bảo trì dễ dàng: Hệ thống sử dụng chuẩn kết nối Modbus giúp dễ dàng thay

thế linh kiện

An toàn điện: Relay và thiết bị đóng cắt bảo vệ hệ thống khi quá tải

Thân thiện người dùng: HMI hỗ trợ giao diện tiếng Việt với các biểu đồ trực quan

Lợi ích khi sử dụng PLC và biến tần

Tiết kiệm năng lượng: Điều chỉnh linh hoạt công suất

Độ tin cậy cao: PLC và biến tần hoạt động ổn định trong môi trường khắc

nghiệt

17

Đa chức năng: Tích hợp các tính năng bổ sung như ghi log dữ liệu, cảnh báo

từ xa

1 Ngăn kệ và khay chứa: Bên trong tủ thường được chia thành nhiều ngăn hoặc kệ

để tiện lợi cho việc sắp xếp các vật phẩm cần bảo quản Những ngăn kệ này thường được làm bằng kim loại nhẹ, có thể tháo rời để tạo không gian phù hợp với kích thước của các vật phẩm khác nhau

Hình 1.12 Cấu trúc bên trong của một tủ khử ẩm

Tủ khử ẩm được thiết kế với vỏ tủ kín, cửa kính cường lực và hệ thống hút

ẩm hiện đại, giúp duy trì mức độ ẩm thấp, bảo quản tối ưu cho các vật phẩm nhạy cảm

Ngoài ra, tủ khử ẩm còn có thể đi kèm với một số tính năng phụ trợ như quạt thông gió, đèn LED chiếu sáng bên trong, hoặc khóa an toàn để bảo vệ vật phẩm khỏi

sự can thiệp từ bên ngoài Những tính năng này giúp tăng cường sự tiện lợi và an toàn trong quá trình sử dụng tủ khử ẩm

18

phần chủ chốt trong hệ thống tủ khử ẩm, giúp duy trì môi trường khô ráo và ổn định

Có nhiều loại động cơ nén khác nhau, từ máy nén piston đến máy nén quay loại cánh gạt, mỗi loại đều có ưu và nhược điểm riêng, phù hợp với các ứng dụng cụ thể trong công nghiệp Chúng ta sẽ cùng đi vào tìm hiểu ba loại động cơ nén phổ biến nhất

1.4.1 Máy nén loại piston tay quay

Máy nén piston tay quay là một trong những dạng máy nén truyền thống và phổ biến nhất, có lịch sử lâu đời trong lĩnh vực nén khí Thiết kế của máy nén piston tay quay bao gồm một piston di chuyển lên xuống bên trong xi-lanh, được điều khiển bởi một tay quay gắn với trục khuỷu Khi piston di chuyển xuống, nó tạo ra một áp suất âm hút không khí vào xi-lanh Khi piston di chuyển lên, không khí bị nén lại và được đẩy ra ngoài, tạo thành luồng khí nén áp suất cao

Máy nén piston tay quay có những đặc điểm nổi bật như khả năng tạo ra áp suất cao, bền bỉ và dễ bảo trì Tuy nhiên, chúng cũng có nhược điểm như tiếng ồn lớn

và khả năng sinh nhiệt trong quá trình vận hành Loại máy nén này thường đượcdứng công nghiệp và các thiết bị hút ẩm

Hình 1.13 Máy nén piston quay

19

Máy nén piston tay quay có thiết kế đơn giản nhưng bền bỉ, thích hợp cho các ứng dụng công nghiệp nặng và yêu cầu bảo trì ít

1.4.2 Máy nén piston kiểu cam nghiêng

Máy nén piston kiểu cam nghiêng hoạt động trên nguyên lý tương tự như máy nén piston tay quay, nhưng với cải tiến là sử dụng một cam nghiêng thay vì tay quay truyền thống Điều này giúp động cơ hoạt động mượt mà hơn, giảm tiếng ồn và rung động so với động cơ tay quay Với việc áp dụng cam nghiêng, piston di chuyển đều đặn trong buồng nén, không khí được hút vào và nén lại theo từng chu kỳ

Loại máy nén cam nghiêng thường được sử dụng trong các hệ thống yêu cầu tính chính xác cao và hoạt động êm ái, chẳng hạn như trong các tủ khử ẩm, máy điều hòa không khí hoặc các thiết bị y tế Nhờ sự vận hành ổn định và tiết kiệm năng lượng, loại máy nén này là sự lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng có nhu cầu nén khí

ở mức trung bình và cao mà vẫn đảm bảo độ ổn định lâu dài

Hình 1.14 Máy nén piston kiểu cam nghiêng

20

1.4.3 Máy nén trong tủ lạnh(Block)

Giới thiệu về máy nén khí Bock: Máy nén khí Bock là một trong những loại

máy nén khí được sử dụng phổ biến trong các hệ thống điều hòa không khí, hệ thống lạnh và tủ chống ẩm Bock nổi bật với độ bền cao và khả năng tiết kiệm năng lượng, rất phù hợp để duy trì mức độ độ ẩm ổn định trong tủ chống ẩm, bảo vệ các thiết bị điện tử, vật liệu nhạy cảm với độ ẩm

Máy nén khí Bock là thiết bị được đánh giá cao về độ bền, hiệu suất và tính linh hoạt trong nhiều hệ thống làm lạnh cũng như tủ chống ẩm Về thông số kỹ thuật, các dòng máy nén Bock thường có công suất dao động từ 0.5 HP đến 25 HP, tùy thuộc vào nhu cầu sử dụng cụ thể; áp suất làm việc của máy nằm trong khoảng từ 6 bar đến 20 bar, thích hợp cho nhiều mô hình và ứng dụng khác nhau Máy sử dụng nguồn điện phổ biến 220V hoặc 380V, với tần số 50Hz hoặc 60Hz, thuận tiện cho việc tích hợp vào hệ thống điện dân dụng hoặc công nghiệp Đặc biệt, máy có hiệu suất năng lượng cao nhờ đạt hệ số COP (Coefficient of Performance) lớn, giúp giảm đáng kể chi phí điện năng trong quá trình vận hành Lưu lượng khí nén được xử lý bởi máy cũng rất đa dạng, dao động từ 60 m³/h đến 800 m³/h tùy thuộc vào từng model cụ thể Về cấu tạo, máy bao gồm các bộ phận chính như cụm máy nén – thành phần trung tâm thực hiện quá trình nén khí, chuyển hóa năng lượng cơ học thành áp suất; bình chứa khí nén – có nhiệm vụ lưu trữ khí trước khi đưa vào dàn lạnh; van xả – điều tiết việc giải phóng khí sau khi làm lạnh; dàn ngưng tụ – nơi làm mát khí nén

để loại bỏ hơi nước bằng cách ngưng tụ; bộ lọc dầu và hệ thống bôi trơn – đảm bảo các chi tiết chuyển động vận hành trơn tru, tránh mài mòn; và cuối cùng là hệ thống điều khiển tự động, giúp theo dõi và điều chỉnh các thông số vận hành như áp suất,

nhiệt độ nhằm duy trì hiệu suất và độ ổn định của toàn bộ hệ thống

Nguyên lý hoạt động của máy nén khí Bock: Máy nén khí Bock hoạt động

dựa trên nguyên lý nén khí và làm lạnh để giảm độ ẩm trong không khí, đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì môi trường ổn định bên trong tủ Quá trình bắt đầu khi không khí từ môi trường được hút vào máy nén qua van hút, sau đó được nén lại trong buồng nén, làm tăng áp suất và nhiệt độ của khí Tiếp theo, khí nén nóng được dẫn qua hệ thống dàn ngưng tụ, nơi nhiệt độ của khí giảm và hơi nước trong không khí

21

ngưng tụ thành nước lỏng Khí sau khi qua quá trình ngưng tụ sẽ được xả ra ngoài qua van xả, loại bỏ hoàn toàn hơi nước, giúp kiểm soát độ ẩm bên trong tủ Toàn bộ quá trình này được điều khiển tự động bởi các cảm biến nhiệt độ và độ ẩm, đảm bảo máy nén khí hoạt động ổn định và hiệu quả Với nguyên lý hoạt động này, máy nén khí Bock giúp bảo vệ các thiết bị điện tử và vật dụng trong tủ khỏi tác động của độ

ẩm cao, góp phần kéo dài tuổi thọ và đảm bảo chất lượng sử dụng

Hình 1.15 Máy nén trong tủ lạnh(Block)

Hình ảnh này giúp chúng ta không chỉ nhận diện được cấu trúc cơ bản của máy nén khí mà còn hiểu rõ cách nó hỗ trợ cho hệ thống làm lạnh Việc bảo trì định kỳ máy nén khí sẽ đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu, kéo dài tuổi thọ thiết bị, và giảm thiểu nguy cơ hỏng hóc trong quá trình sử dụng

Ứng dụng trong tủ chống ẩm: Máy nén khí Bock rất lý tưởng cho việc kiểm soát độ ẩm trong các tủ chống ẩm, giúp bảo vệ các thiết bị điện tử và các vật liệu nhạy cảm với độ ẩm Cụ thể:

Bảo vệ thiết bị điện tử: Các thiết bị như máy ảnh, máy quay phim, và các thiết

bị điện tử nhạy cảm với độ ẩm sẽ được bảo vệ khi độ ẩm trong tủ được duy trì ở mức tối ưu

Duy trì điều kiện bảo quản: Máy nén khí Bock giúp duy trì môi trường khô ráo, giảm thiểu nguy cơ rỉ sét, nấm mốc và hư hỏng các vật dụng bảo quản trong tủ

Tăng tuổi thọ: Việc duy trì độ ẩm ổn định giúp kéo dài tuổi thọ của các thiết

22

1.5 Tổng kết luận chương 1

Chương 1 của đồ án đã cung cấp cái nhìn tổng quan về thiết bị kiểm soát độ

ẩm, khái niệm và tầm quan trọng của việc duy trì độ ẩm ổn định trong các môi trường bảo quản khác nhau Cảm biến độ ẩm và các phương pháp điều khiển độ ẩm tự động

đã được phân tích chi tiết, giúp hiểu rõ hơn về nguyên lý hoạt động của các hệ thống này Ngoài ra, các ứng dụng thực tiễn của thiết bị kiểm soát độ ẩm trong nông sản, dược phẩm, và điện tử cũng được làm rõ, nhấn mạnh sự quan trọng của công nghệ này trong việc bảo vệ chất lượng sản phẩm và kéo dài tuổi thọ của chúng Những kiến thức cơ bản này tạo nền tảng vững chắc cho việc thiết kế tủ điều khiển và giám sát

độ ẩm trong đồ án, đồng thời hướng tới việc áp dụng các công nghệ hiện đại vào việc cải tiến hiệu quả và độ chính xác của các hệ thống kiểm soát độ ẩm Chương 1 đã mở

ra hướng đi rõ ràng cho các phần tiếp theo của đồ án, nơi sẽ đi sâu vào thiết kế và tính toán các bộ phận thiết bị kiểm soát độ ẩm

23

Chương 2

THIẾT KẾ, TÍNH TOÁN CÁC BỘ PHẬN THIẾT BỊ KIỂM

SOÁT ĐỘ ẨM

2.1 Yêu cầu của đề tài và thiết bị

Để đáp ứng yêu cầu bảo quản các thiết bị, linh kiện nhạy cảm với độ ẩm, hệ thống tủ điều khiển và giám sát được thiết kế với kích thước sử dụng W470 x D430

x H1626 mm, chia thành ba khay chứa độc lập, thuận tiện cho việc phân loại và lưu trữ Không gian bên trong tủ đủ lớn để tích hợp đồng thời các thiết bị điện tử và cơ cấu khử ẩm, vừa đảm bảo hiệu quả vận hành, vừa giữ được tính thẩm mỹ và khoa học trong bố trí

Hệ thống sử dụng công nghệ hút ẩm dạng ngưng tụ, hoạt động dựa trên nguyên

lý làm lạnh không khí ẩm để tách hơi nước, giúp duy trì độ ẩm trong phạm vi 30% đến 60% RH – mức độ phù hợp cho việc bảo quản phần lớn thiết bị điện tử, tài liệu,

và vật liệu công nghiệp Thiết bị được điều khiển hoàn toàn tự động, thông qua cảm biến nhiệt độ và độ ẩm kết nối với bộ điều khiển PLC, cho phép thu thập dữ liệu và

xử lý tín hiệu theo thời gian thực Khi độ ẩm vượt quá ngưỡng, hệ thống sẽ tự động kích hoạt máy nén và quạt hút để giảm độ ẩm; khi đạt mức yêu cầu, thiết bị sẽ ngắt

để tiết kiệm năng lượng và kéo dài tuổi thọ

Ngoài ra, màn hình HMI tích hợp trên tủ cho phép hiển thị thông số môi trường

và hỗ trợ người dùng dễ dàng cấu hình các giá trị đặt trước Tủ hoạt động ổn định, có tính tự động hóa cao và phù hợp cho nhiều môi trường như kho bảo quản, phòng kỹ thuật, phòng nghiên cứu, hoặc các cơ sở sản xuất cần duy trì độ ẩm ổn định để đảm bảo chất lượng sản phẩm

2.2 Sơ đồ khối

Trong bối cảnh công nghệ hiện đại, việc duy trì độ ẩm và nhiệt độ ổn định trong môi trường lưu trữ là yếu tố quan trọng, đặc biệt với những thiết bị hoặc vật

24

phẩm nhạy cảm Các hệ thống điều khiển tự động ngày nay đã trở thành công cụ đắc lực giúp giải quyết bài toán này một cách hiệu quả, không chỉ đảm bảo điều kiện tối

ưu mà còn nâng cao độ tin cậy và tiết kiệm năng lượng

Hệ thống điều khiển và giám sát độ ẩm được thiết kế với cấu trúc chi tiết, bao gồm các khối chức năng phối hợp chặt chẽ Sơ đồ khối trong hình minh họa dưới đây thể hiện rõ cách các thành phần chính như nguồn điện, khối bảo vệ, khối điều khiển, cảm biến và các thiết bị chấp hành hoạt động cùng nhau để duy trì điều kiện lý tưởng bên trong tủ chống ẩm

Hình ảnh dưới đây minh họa rõ ràng cấu trúc này, giúp chúng ta dễ dàng hình dung cách các khối chức năng phối hợp để đạt được hiệu quả cao nhất

Sơ đồ khối chi tiết của hệ thống:

Hình 2.1 Sơ đồ khối của hệ thống kiểm soát độ ẩm

Hệ thống điều khiển và giám sát độ ẩm được thiết kế với cấu trúc chi tiết, bao gồm các khối chức năng hoạt động phối hợp chặt chẽ để đảm bảo tủ chống ẩm vận hành ổn định trong phạm vi độ ẩm từ 30% đến 60% Đầu tiên, nguồn điện xoay chiều 220V AC được cung cấp từ lưới điện chính đi qua khối bảo vệ, nơi có nhiệm vụ đảm bảo an toàn cho hệ thống trước các tình huống nguy hiểm như quá dòng, quá áp, hoặc

là trung tâm của hệ thống, nó nhận thông tin từ cảm biến, so sánh với các giá trị cài đặt trước (setpoint) và quyết định các hành động cần thiết để đảm bảo môi trường bên trong tủ luôn ổn định

Tín hiệu điều khiển từ PLC được gửi đến khối công suất, nơi có nhiệm vụ cung cấp năng lượng cần thiết cho các thiết bị chấp hành Khối công suất có thể bao gồm các thành phần như biến tần, đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh hoạt động của máy nén hoặc quạt Các lệnh từ PLC sẽ điều khiển khối chấp hành, bao gồm các thiết bị như máy nén, quạt, hoặc dàn lạnh, để thực hiện các nhiệm vụ như hút ẩm, khử

ẩm, hoặc điều chỉnh nhiệt độ bên trong tủ Ví dụ, khi độ ẩm vượt ngưỡng cho phép, khối chấp hành sẽ kích hoạt hệ thống máy nén và quạt để giảm độ ẩm xuống mức phù hợp

Ngoài ra, khối chấp hành hoạt động trực tiếp với tủ chống ẩm, nơi chứa các vật phẩm cần được bảo quản Quá trình điều chỉnh và giám sát được lặp đi lặp lại, đảm bảo rằng các thông số môi trường trong tủ luôn nằm trong phạm vi cài đặt Tất

cả các khối trong hệ thống đều được thiết kế để phối hợp nhịp nhàng, với khả năng phản hồi nhanh nhạy nhờ sự hỗ trợ của bộ truyền thông và PLC

Với thiết kế này, hệ thống không chỉ đảm bảo khả năng kiểm soát độ ẩm hiệu quả mà còn cung cấp độ tin cậy cao, bảo vệ an toàn cho thiết bị và các vật dụng lưu trữ trong tủ chống ẩm

Như ta thấy, các thành phần trong sơ đồ khối được liên kết với nhau qua các đường tín hiệu, đảm bảo rằng hệ thống hoạt động đồng bộ và hiệu quả Cấu trúc này

26

giúp thiết bị có khả năng phản hồi nhanh chóng và chính xác đối với những thay đổi

về độ ẩm, đảm bảo môi trường luôn được duy trì trong điều kiện lý tưởng

2.2.2 Chức năng của từng khối

Hệ thống điều khiển và giám sát độ ẩm được cấu tạo từ nhiều khối chức năng riêng biệt nhưng hoạt động liên kết chặt chẽ để duy trì môi trường bảo quản tối ưu trong tủ chống ẩm Trung tâm của hệ thống là tủ bảo quản – nơi chứa các vật phẩm cần được duy trì trong môi trường có nhiệt độ và độ ẩm ổn định, được thiết kế kín để ngăn chặn sự trao đổi không khí với bên ngoài, hạn chế tác động của độ ẩm môi trường hoặc nhiệt độ biến động đột ngột Động cơ nén đóng vai trò tạo ra tác động vật lý lên môi trường trong tủ thông qua việc hút hơi nước trong không khí và đẩy ra ngoài, từ đó điều chỉnh nhiệt độ và độ ẩm theo yêu cầu; thiết bị này được điều khiển trực tiếp bởi khối công suất và khối PLC nhằm đảm bảo phản ứng nhanh chóng và chính xác với các thay đổi xảy ra bên trong tủ Khối công suất có chức năng khuếch đại tín hiệu điều khiển từ PLC và cung cấp năng lượng cho các thiết bị chấp hành như động cơ nén thông qua các thiết bị như biến tần, bảo đảm công suất đầu ra ổn định, phù hợp với tín hiệu điều khiển để toàn bộ hệ thống vận hành nhịp nhàng Khối điều khiển trung tâm sử dụng bộ điều khiển logic khả trình (PLC) để xử lý tín hiệu thu về

từ cảm biến nhiệt độ và độ ẩm, so sánh với giá trị đặt trước (setpoint) và đưa ra các quyết định điều khiển như bật/tắt máy nén hoặc kích hoạt quạt hút ẩm, đồng thời cho phép chuyển đổi giữa chế độ tự động và chế độ thủ công khi cần thiết Tín hiệu đầu vào cho PLC được cung cấp bởi các cảm biến đo nhiệt độ và độ ẩm bên trong tủ – thiết bị sử dụng nguyên lý đo điện dung hoặc nhiệt điện nhằm đảm bảo độ nhạy cao

và độ chính xác trong môi trường có thể thay đổi liên tục, đồng thời truyền dữ liệu qua giao thức truyền thông RS485 để xử lý nhanh và ổn định Toàn bộ hệ thống điện

tử như cảm biến, PLC hay HMI hoạt động dựa trên điện áp một chiều 24VDC được cung cấp từ bộ chuyển đổi AC/DC, chuyển đổi dòng điện 220VAC từ lưới điện thành dòng điện ổn định với độ nhiễu thấp nhờ vào bộ chỉnh lưu, bộ lọc và mạch ổn áp tích hợp Trước khi dòng điện vào đến bộ chuyển đổi và các thiết bị điều khiển, nó phải

đi qua khối bảo vệ – nơi đảm nhận vai trò quan trọng trong việc bảo vệ toàn hệ thống khỏi các rủi ro điện như quá dòng, quá áp hay ngắn mạch; nhờ vào các thiết bị như

27

rơ-le bảo vệ hoặc cầu chì tự động, hệ thống có thể ngắt nguồn kịp thời khi phát hiện

sự cố, tránh gây hư hỏng lan rộng Cuối cùng, nguồn cung chính cho toàn bộ hệ thống

là điện lưới 220VAC, được dẫn vào qua khối bảo vệ và giữ vai trò nền tảng để toàn

bộ hệ thống vận hành ổn định, liên tục và không bị gián đoạn trong suốt quá trình hoạt động

2.3 Tính toán lựa chọn các thông số của thiết bị kiểm soát độ ẩm

2.3.1 Thiết kế tủ

Trong việc bảo quản các sản phẩm dễ bị ảnh hưởng bởi độ ẩm như thiết bị điện

tử, dược phẩm hoặc tài liệu quan trọng, một không gian lưu trữ có khả năng kiểm soát

độ ẩm chặt chẽ là vô cùng cần thiết Tủ chống ẩm đóng vai trò quan trọng trong việc giữ cho sản phẩm không bị ẩm mốc, ăn mòn hoặc xuống cấp chất lượng theo thời gian sử dụng Chính vì vậy, việc thiết kế một tủ chống ẩm đảm bảo được cả yếu tố

kỹ thuật lẫn tính thẩm mỹ là yêu cầu then chốt của đề tài

a) Kích thước và dung tích

Dựa trên yêu cầu thiết kế tủ chống ẩm có dung tích 100L, thiết kế tổng thể của

tủ cần phải có không gian bên ngoài lớn hơn để bố trí các lớp cách nhiệt và tích hợp các thiết bị như: bộ khử ẩm, cảm biến đo nhiệt độ và độ ẩm, bảng hiển thị, hệ thống điều khiển, v.v

Phối cảnh tổng thể của tủ với kích thước ngoài lần lượt như ( Hình 2.2 ) Chiều cao tổng thể: 1626 mm

Chiều rộng: 470 mm

Chiều sâu: 430 mm

28

Hình 2.2 Kích thuớc thông số mặt trước của tủ

Kích thước tổng thể rõ ràng, phân chia khay hợp lý và tích hợp bảng điều khiển bên phải)

b) Chia ngăn tủ

Tủ được chia thành 5 ngăn chứa chính, mỗi ngăn có chiều cao khoảng 300

mm, giúp tận dụng tối đa thể tích bên trong để lưu trữ thiết bị, linh kiện hoặc sản phẩm cần bảo quản Cấu trúc nhiều ngăn tạo điều kiện thuận lợi cho việc phân chia, sắp xếp và truy xuất vật dụng một cách khoa học, đồng thời hỗ trợ lưu thông không khí hiệu quả, góp phần nâng cao hiệu suất khử ẩm trong không gian kín

Các khay ngăn được làm bằng gỗ ép, không chỉ đảm bảo độ cứng vững cần thiết trong suốt quá trình sử dụng, mà còn mang lại tính thẩm mỹ, đồng bộ với thiết

kế tổng thể của tủ Gỗ ép cũng là lựa chọn phù hợp trong môi trường kiểm soát độ

ẩm, vừa đảm bảo độ bền vừa giảm chi phí sản xuất