Thiết bị gia nhiệt là dạng thiết bị ống lồng ống nghĩa là có một ống cho dịch quả đi qua theo một chiều và hai ống khác tiếp xúc với ống dịch quả cho hơi nước nóng đi qua theo chiều ngượ
Trang 1khắt khe về chất lượng sản phẩm đó là việc kiểm tra độ BX Độ BX là độ đường và
độ chua của nước dứa Ngoài ra khâu tinh lọc còn có vai trò chế biến nước ép thành phẩm với những loại sản phẩm khác nhau như phân chia ra làm các loại nước ép loại 1 và loại 3 theo yêu cầu khách hàng
Khâu tinh lọc là khâu có yếu tố quyết định đến tính chất sản phẩm, với mức
độ tự động hóa rất cao bằng thiết bị điều khiển PLC và tiết kiệm được nhân công,
đảm bảo tính đồng bộ của dây chuyền và đòi hỏi độ chính xác cao
Vì những vai trò và lý do trên nên tôi quyết định chọn khâu tinh lọc nước dứa sau khi cô đặc để thực hiện xây dựng mô hình điều khiển bằng PLC
3.2 Sơ đồ thiết bị và nguyên lý hoạt động khâu tinh lọc
3.2.1 Sơ đồ thiết bị
Sơ đồ như hình 3.1
Nguồn nhiệt
ĐC2
ĐC1
Tank
Bình chứa 300L
van hơi
Trang 2Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của khâu tinh lọc
3.2.2 Nguyên lý hoạt động
a Gia nhiệt: Nước dứa từ bồn chứa 300 lit sẽ được bơm bởi động cơ 1 (ĐC1)
vào thiết bị gia nhiệt nhằm tiệt trùng sơ bộ Thiết bị gia nhiệt là dạng thiết bị ống lồng ống nghĩa là có một ống cho dịch quả đi qua theo một chiều và hai ống khác tiếp xúc với ống dịch quả cho hơi nước nóng đi qua theo chiều ngược lại để gia nhiệt cho dịch quả Yêu cầu của việc gia nhiệt cho sản phẩm là đến nhiệt độ khoảng 600C - 800C
b Thùng chứa 1: Dịch quả sau khi gia nhiệt được bơm 2 (ĐC2) bơm vào
thùng chứa 1 Khi mức dịch quả đạt được 1/3 thùng thì bật cánh khuấy (ĐC5) để khuấy dịch nhằm làm cho dịch được đều trước khi đưa vào ly tâm Khi ngừng máy thời gian lưu dịch quả phải nhỏ hơn 2 giờ, nếu quá 2 giờ thì phải lấy mẫu để kiểm tra trước khi tiếp tục sản xuất
Decanter (ly tâm) Gia nhiệt
Các cánh khuấy
được quay bởi
ĐC3, ĐC7
ĐC5 quay ly tâm
Trang 3c Decanter – Thùng chứa 2: Dịch quả từ thùng chứa 1 được bơm bởi động
cơ 3 (ĐC3) vào máy Decanter (ly tâm) tại đây thực hiện việc ly tâm để tách thịt quả khỏi dịch quả Thiết bị ly tâm là ống quay kiểu màng thủng, thực hiện theo phương pháp ly tâm quay với tốc độ cao cả hỗn hợp dịch gồm thịt quả và dịch quả để tách thịt quả ra khỏi dịch quả sao cho đạt yêu cầu đề ra của khách hàng cụ thể yêu cầu của khu vực ly tâm nước ép loại 1 và loại 3 như sau:
- Nước ép loại 1: Tùy mức độ sạch của thịt quả, mà điều chỉnh ly tâm tần số quay của máy cho phù hợp và phải đảm bảo hòa đều nước sau ly tâm nước ép loại 1
và 3 phải đảm bảo tỷ lệ thịt quả đạt yêu cầu khách hàng
- Nước ép loại 3: Việc ly tâm nước ép loại 3 sẽ được thực hiện vào giờ gần thời điểm bắt đầu ly tâm Khi chuyển sang ly tâm nước ép 3 sẽ ly tâm cho đến hết nước ép 3 sẽ ly tâm tiếp nước ép 1 Nước ép 3 được ly tâm theo hai lần :
+ Lần 1 ly tâm từ thùng 3 - > thùng 4 lưu lượng ly tâm là 8000 lit/giờ
+ Lần 2 ly tâm từ thùng 4 - > thùng lưu lượng ly tâm là 8000 lit/gờ Tùy theo mức độ sạch, màu sắc của nước ép 3 mà có thể điều chỉnh lưu lượng cho phù hợp
để đảm bảo lượng thịt quả sau khi ly tâm lần 2 phải < 0,5% Trước và sau khi ly tâm lần 3 phải thực hiện xả đáy để loại bỏ phần thịt quả bẩn chìm nổi ở trong thùng chứa Việc đo độ BX phải thực hiện định kỳ 30 phút/lần và phải đo thùng 2 để đảm bảo chất lượng sản phẩm
Dịch lọc xong được chứa vào thùng 2, khi đạt mức 1/3 thì bật cánh khuấy, phần bã lọc ra được đưa ra Silo thông qua bơm đẩy Khi ngừng máy ta cũng chú ý
đến thời gian lưu giữ, nếu quá 2h thì phải lấy sản phẩm ra kiểm tra trước khi tiếp tục sản xuất
3.3 Thiết kế và lắp ráp mô hình
3.3.1 Sơ đồ khối chức năng
Trang 4** Nhiệm vụ từng khối:
+ Khối nhiệt độ là khối tạo nguồn nhiệt của sản phẩm Do mô hình chỉ có tính t−ợng tr−ng mô phỏng sự làm việc của dây chuyền nên khối nhiệt ở đây đ−ợc tạo bằng các đèn sợi đốt
+ Khối cảm biến có tác dụng đo nhiệt độ sản phẩm và khuếch đại tín hiệu,
để đ−a vào PLC xử lý và đ−a quyết định điều khiển các cơ cấu chấp hành có trong dây chuyền khâu tinh lọc
+ Khối PLC có tác dụng thu thập tín hiệu từ cảm biến, sau đó xử lý và đ−a quyết định điều khiển đến các cơ cấu chấp hành trong dây chuyền
+ Khối cơ cấu chấp hành là các thiết bị chấp hành có trong dây chuyền thực hiện các thao tác vận hành dây chuyền Khối này gồm các động cơ, các van
3.3.2 Thiết kế và phân tích nguyên lý hoạt động từng khối
1- Khối nhiệt độ
Nh− đã đề cập ở trên thì khối nhiệt độ sẽ đ−ợc mô phỏng bằng nhiệt độ của các bóng đèn điện áp 220V - 100W Các đèn sẽ tạo nguồn nhiệt để trong một hộp coi nh− vùng nhiệt độ sản phẩm Việc điều khiển cấp nhiệt là việc đóng cắt các đèn sợi đốt để tăng hoặc hạ nhiệt độ sản phẩm
2 – Khối cảm biến
Cảm biến đ−ợc định nghĩa nh− một thiết bị dùng để biến đổi các đại l−ợng vật lý và các đại l−ợng không điện cần đo thành các đại l−ợng điện có thể đo đ−ợc (nh− dòng điện, điện thế, điện dung, trở kháng…) Nó là thành phần quan trọng nhất trong một thiết bị đo hay trong một hệ điều khiển tự động Có thể nói rằng
Các cơ cấu chấp hành
Trang 5nguyên lý hoạt động của một cảm biến, trong nhiều trường hợp thực tế, cũng chính
là nguyên lý của phép đo hay của phương pháp điều khiển tự động
Các đại lượng vật lý là đối tượng đo lường như nhiệt độ, áp suất… là các đại lượng cần đo Sau khi tiến hành các công đoạn để tiến hành đo các đại lượng này ta nhận được đại lượng điện tương ứng ở đầu ra Đại lượng điện này cùng với sự biến
đổi của nó chứa đựng tất cả các thông tin cần thiết để nhận biết đối tượng cần đo Việc đo đạc các đối tượng này thực hiện được là nhờ có các cảm biến
Vậy cảm biến là một thiết bị chịu tác động của đại lượng cần đo không có tính chất điện và cho ta một đặc trưng mang bản chất điện ( như điện tích, điện áp, dòng điện, trở kháng )
** Vai trò của cảm biến trong quá trình tự động hoá
Đã từ lâu cảm biến được sử dụng như những bộ phận để cảm nhận và phát hiện, nhưng chỉ từ vài chục năm trở lại đây chúng mới thể hiện rõ vai trò quan trọng trong các hoạt động của con người Nhờ các tiến bộ của khoa học và công nghệ trong lĩnh vực vật liệu, thiết bị điện tử và tin học các cảm biến đã có kích thước nhỏ hơn, cải thiện tính năng và ngày càng mở rộng phạm vi ứng dụng Giờ
đây không có một lĩnh vực nào mà ở đó không có sử dụng các cảm biến Chúng có mặt trong các hệ thống tự động phức tạp, người máy, kiểm tra chất lượng sản phẩm, tiết kiệm năng lượng, chống ô nhiễm môi trường Cảm biến cũng được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực giao thông vận tải, hàng tiêu dùng, bảo quản thực phẩm, ô tô, trò chơi điện tử v.v…
a Thiết kế cảm biến nhiệt
Trong tất cả các đại lượng vật lý, nhiệt độ là một trong những đại lượng
được quan tâm nhiều nhất Đo nhiệt độ là một phương thức đo lường không điện,
đo nhiệt độ được chia thành nhiều dải nhiệt độ khác nhau như sau:
+ Đo nhiệt độ thấp
+ Đo nhiệt độ trung bình
Trang 6- Có nhiều cách đo nhiệt độ khác nhau, trong đó có thể liệt kê các phương pháp chính như sau:
+ Phương pháp quang dựa trên sự phân bố bức xạ nhiệt độ do dao động nhiệt (hiệu ứng Doppler)
+ Phương pháp cơ dựa trên sự giãn nở của vật rắn, của chất lỏng hoặc chất khí (với áp suất không đổi), hoặc dựa trên tốc độ âm
+ Phương pháp điện dựa trên sự phụ thuộc của điện trở vào nhiệt độ, hiệu ứng seebeck, hoặc dựa trên sự thay đổi tần số dao động của thạch anh
Việc đo nhiệt độ được tiến hành nhờ các dụng cụ hỗ trợ chuyên biệt như:
+ Caởp nhieọt ngẫu
+ Nhiệt kế điện thế kim loại
+ Nhiệt điện trở kim loại
+ Nhiệt điện trở bán dẫn
+ Cảm biến thạch anh
Việc sử dụng các IC cảm biến nhiệt để đo nhiệt độ là một phương pháp thông dụng được sử dụng trong các ứng dụng mô phỏng thông thường, nên ở đây tôi chọn phương án sử dụng IC này
** Nguyên lý hoạt động chung của IC đo nhiệt độ
IC đo nhiệt độ là một mạch tích hợp nhận tín hiệu nhiệt độ chuyển thành tín hiệu điện dưới dạng điện áp
+ Sơ đồ nguyên lý mạch của LM335 như sau:
Trang 7Dựa vào đặc tính rất nhạy của các bán dẫn với nhiệt độ, tạo ra điện áp hoặc dòng điện, tỷ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối Đo tín hiệu điện ta biết được giá trị của nhiệt độ cần đo Sự tác động của nhiệt độ tạo ra điện tích tự do và các lỗ trống trong các bán dẫn, bằng sự phá vỡ các phân tử, bứt các electron thành dạng tự do di chuyển qua vùng cấu trúc mạng tinh thể tạo sự xuất hiện các lỗ trống, làm cho tỷ lệ
điện tử tự do và lỗ trống tăng lên theo quy luật hàm mũ với nhiệt độ Các IC cảm biến nhiệt độ có độ chính xác cao, dễ tìm trên thị trường hiện nay, đồng thời nó có những đặc tính phù hợp với thiết kế chi tiết của mạch, và trong mạch này ta dùng loại IC LM335, dưới đây là một số đặc điểm kỹ thuật về LM 335
* Đặc tính kỹ thuật
+ Hình dạng bên ngoài
Trang 8
+ Sơ chân nối của nó như sau:
Sơ đồ nhìn từ dưới chân thiết bị
+ V+ và V- là hai đầu nguồn đặt của cảm biến
+ ADJ là chân chuẩn điều kiện làm việc đầu ra của cảm biến
*Tính chất cơ bản của LM335:
- LM335 có độ biến thiên theo nhiệt độ là: 10mV / 10C
- Độ chính xác cao, tính năng cảm biến nhiệt độ rất nhạy, ở nhiệt độ 250C nó
có sai số không quá 1% Với khoảng đo từ 00C – 1280C, tín hiệu ngõ ra tuyến tính liên tục với những thay đổi của tín hiệu ngõ vào
- Thông số kỹ thuật:
+ Tiêu tán công suất thấp
+ Dòng làm việc từ 450m A - 5mA
Trang 9+ Dòng điện ngược 15mA
+ Dòng điện thuận 10mA
+ Độ chính xác : khi làm việc ở nhiệt độ 250C với dòng làm việc 1mA thì
điện áp ngõ ra từ 2,94V - 3,04V
- Đăc tính điện:
Theo thông số của nhà sản xuất, quan hệ giữa nhiệt độ và điện áp ngõ ra như sau:
Vout = 0,01xT0K
= 2,73 + 0,01xT0C
Vậy ứng với khoảng hoạt động từ 00C - 1000C ta có sự biến thiên điện áp ngõ
ra như sau:
ở 00C thì điện áp ngõ ra Vout = 2,73 (V)
ở 50C thì điện áp ngõ ra là Vout = 2,78 (V)
ở 1000C thì điện áp ngõ ra Vout =3,73 (V)
Khoảng biến thiên điện áp tương ứng là 1V với khoảng nhiệt độ từ 00C – 1000C
** Thieỏt keỏ cuù theồ maùch caỷm bieỏn duứng LM335
+ Sơ đồ mạch như sau:
Hình 3.2 Sơ đồ mắc không chuẩn hóa
Điện áp đặt ở đây là +5V Đây là sơ đồ mắc làm việc ở chế độ chưa chuẩn hóa tức là không ở 250C Ngoài ra ta còn có cách mắc để chuẩn hóa điều kiện chuẩn như sau
LM335
Trang 10
Hình 3.3 Sơ đồ mắc chuẩn hóa
+ Tính toán và chọn linh kiện
450m A < IR < 5mA
450m A < (5-V0)/R< 5mA
(5-V0)/5mA < R <(5-V0)/ 450m A
Vì : 2,73 < V0 3,73
Mặt khác, theo thông số của nhà sản xuất điện áp trên LM335 tại Tc = 250C,
IR = 1mA thì V0 = 2,98 (V) vậy ta có:
450m A < (5-2,98)/R < 5mA
Nên 424 < R < 4,7K
Từ đó ta chọn R = 1Kb
**Thiết kế mạch khuếch đại
Để tạo khoảng so sánh tín hiệu lấy ra ứng với điều kiện làm việc của môi trường ta cần một mạch khuếch đại khoảng biến thiên của tín hiệu ra Đây là mạch
so sánh tín hiệu ra của cảm biến với tín hiệu đặt điện áp ứng với điệu kiện làm việc nhiệt độ môi trường ngoài Vì khoảng biến thiên điện áp của bộ cảm biến là 1V với khoảng biến thiên nhiệt độ từ 00C - 1000C Trong khi đó, yêu cầu mạch đầu vào của PLC có mức điện áp từ 0V - 10V, vì vậy ta sử dụng mạch khuếch đại tín hiệu điện
LM335
