Luận Văn các phương pháp sấy và thiết kế hệ thống mạch của lò sấy nông sản

GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ SẤY NÔNG SẢNGIỚI THIỆU MỘT SỐ PHƯƠNG ÁN CHO MẠCH LỰC CỦA LÒPHƯƠNG ÁN DÙNG THIẾT BỊ ĐÓNG CẮT SOLID STATE RELAYCHON PHƯƠNG ÁN CHO MẠCH LỰC:THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ỔN ĐỊNH NHIỆT ĐỘ

CHƯƠNG I:GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ XẤY NÔNG SẢN

I.TỔNG QUAN VỀ NÔNG SẢN:

1.Khái niệm về nông sản :

Nông sản là toàn bộ các sản phẩm được tạo ra trong quá trình sản xuất nông nghiệp

Chúng bao gồm :

- Sản phẩm từ cây trồng ( thóc, ngô, đậu, đỗ, sẵn, khoai, rau, hoa…)

- Sản phẩm vật nuôi ( sữa, thịt, trứng , da, xương … )

- Và một số sản phẩm nuôi trồng đặc biệt ( nấm, ba ba, ốc, ếch ) Sản phẩm nông nghiệp sau khi được sản xuất ra chúng cẩn được chế biến ,bảo quản ,lưu thông v.v…Trên lĩnh vực bảo quản sản phẩm nông nghiệp thường được chia làm hai loại như sau:

- Loại bảo quản trong trạng thái khô ( các loại hạt, các sản phẩm sấykhô như sắn khô, hoa quả khô, dược liệu khô )

- Loại bảo quản trong trạng thái tươi( các loại rau,hoa quả tươi )

2 Tổng quan về công nghệ xử lý nông sản sau thu hoạch

Ta thấy quá trình công nghệ sau sử lý nông sản sau thu hoạch có tầm rất quantrọng.Nó tác động đến chất lượng cũng như sản lượng của các sản phẩm nông sản sau khi

đã thu hoạch.Trong phạm vi của chuyên môn cũng như về trình độ em chỉ xin được trìnhbày một cách tổng quan về quy trình xử lý các loại nông sản phổ biến trong nghành nôngnghiệp ở nước ta hiện nay đó là các loại ngũ cốc

Quy trình xử lý được thực hiện như sau:

a Thu hoạch :

Việc thu hoạch thực hiện khi nông sản (dạng hạt ) khi nông sản đạt đến một độ chínnhất định để có chất lượng dinh dưỡng cao Thời điểm thu hoạch cũng rất quan trọng.Đểsản phẩm có chất lượng tốt thì cần thu hoach đúng lúc ,có khoa học

b Tách hạt:

Phần lớn hạt nông sản được tách ra khỏi bông ( lúa,bắp ngô, ) quả (lạc, đậu tương )

… trước khi phơi sấy Nó sẽ giúp chúng ta tiết kiệm năng lượng, thiết bị phơi, sấy nhanhhơn và tiết kiệm dung tích kho chứa sau này

Có thể tách hạt bằng tay( thủ công) và bằng máy (cơ giới ) nhưng phải đảm bảo sựnguyên vẹn của hạt nông sản, giữ gìn và bảo quản phơi hạt (nếu dùng làm giống )

Cũng có thể bảo quản hạt mà không cần tách hạt như trong bảo quản giống ngô, lạc(ngô bắp, lạc củ…)

c Phơi sấy :

Mục đích của công việc phơi sấy là làm giảm thủy phần của nông sản ức chế hoạtđộng trao đổi chất của nông sản và các vi sinh vật, côn trùng có trên nông sản Việc làm

1

khô nông sản có thể thực hiện bằng phương pháp phơi nắng hoặc các thiết bị sấy bằng lòsấy Trên thực tế ở nước ta hiện nay chủ yếu quá trình xấy nông sản được thự hiện bằngphương pháp phơi,phương pháp này có ưu điểm là thủ công dựa vào ánh nắng mặt trờinên ko đòi hỏi về công nghệ cũng như về đầu tư, nhưng có nhược điểm là phải dựa vàothiên nhiên nên năng suất không cao chất lượng không tốt.

Cần chú ý các vấn đề sau trong quá trình xấy:

Không nên sấy trực tiếp nông sản bằng khói lò đốt sẽ làm nông sản quá lửa vànhiễm mùi khói.Chúng sẽ làm giảm giá trị cảm quan của nông sản sau sấy và tích lũy độc

tố trên nông sản

Không sấy nông sản ở nhiệt độ quá cao( 1000C),vì chất lượng nông sản sẽ thayđổi mạnh ( mất sức sống, giảm tỉ lệ nảy mầm , giá trị dinh dưỡng giảm ) Nhiệt độ sấynông sản thường dao động trong khoảng 400 - 800C

Nâng dần nhiệt độ khi sấy để tránh khỏi sự nứt vỏ và sự hồ hóa trên bề mặt nôngsản đối với nông sản có vỏ mỏng và hàm lượng tinh bột cao

Việc phơi sấy nông sản có thể và nên kết hợp với việc đẩy mạnh quá trình chín saunông sản để nông sản ổn định về sự trao đổi chất Trong trường hợp chưa có điều kiệnphơi sấy ngay nông sản thì thông gió cho nông sản bằng các đường hầm thông gió haybảo quản kin nông sản ( trong các túi PE là việc làm cần thiết)

d.Phân loại và làm sạch :

Mục đích của giai đoạn này là loại bỏ tạp chất ra khỏi nông sản

Tạp chất có thể là:

- Tạp chất vô cơ như: cát, sỏi, đất, mẩu kim loại …

- Tạp chất hữu cơ tàn dư cây trồng ( thân, lá, hoa, quả ) hạt cỏ dại, cácloại hạt lạ

Mục đích của giai đoạn này là tạo sự đồng nhất tối đa cho khối hạt để tránh hiệntượng thoái hóa của khối hạt khi bảo quản

e.Xử lý hàng hóa nông sản

Đây là biện pháp hỗ trợ kỹ thuật, bảo quản nông sản bao gồm :

- Xử lý hóa chất để ức chế hoạt động trao đổi chất của nông sả, hoạt động của dịchhại

- Chiếu xạ trong những trường hợp cần thiết

- Bao gói hợp lý để ngăn cản sự hút ẩm trở lại của hạt, để ngăn cản của dịch hại

f Bảo quản hạt:

- Hạt nông sản có thể được bảo quản ở hai dạng : đóng bao và đổ rời vào trongkho, cần chú ý đến cách chất xếp bao, chiều cao của khối hạt trong kho Điều kiện tốithích hợp cho bảo quản hạt là 150C – 180C và RH là độ ẩm tương đối của không khí là50% – 60%

- Cần kiểm tra theo dõi định kỳ và chủ động, để phát hiện sự hút ẩm trở lại của hạt,

sự xuất hiện của dịch hại để có biện pháp khắc phục kịp thời

2

II.GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ XẤY DÙNG LÒ XẤY:

1.Công nghệ sấy :

vậy có thể làm giảm chất lượng Sự truyền ẩm bay hơi lớn và không đồng đều sẽ làmcong vênh nứt vỡ sản phẩm Khi nhiệt độ sấy quá cao sẽ làm cho sự hoạt động của cácEnzin lam tối màu sản phẩm Mỗi loại sản phẩm đều có một nhiệt độ sấy cao nhất gọi lànhiệt độ sấy tối đa cho phép (Tmax) thường chọn nhiệt độ sấy trong quá trình sấy nhỏhơn Tmax

 Sấy các loại hạt giống cần chọn nhiệt độ thấp, tốc độ sấy không lớn để bảo

vệ mầm hạt Thóc cũng không được sấy ở nhiệt độ cao vì sẽ ảnh hưởng đến chế biến saunày làm cho gạo bị nát nhiều trong khi say sát …

quản hoặc công nghệ chế biến tiếp theo Một số sản phẩm thành phẩm đòi hỏi sấy đến độ

ẩm phù hợp Sấy kiệt sẽ làm phá vỡ toàn vẹn lớp phần tử bề mặt dẫn tới làm giảm thờigian bảo quản bởi tác dụng của môi trường

để bảo quản trong môi trường không khí là độ ẩm của nó phải thấp hơn độ ẩm cân bằngphụ thuộc vào độ ẩm tương đối của không khí có giá trị hạn chế sự phát triển sự pháttriển của nấm mốc hay các vi sinh vật nói chung Giới hạn của độ ẩm không khí đối với

sự sinh sôi của các loại như sau:

Nấm mem Các sinh vật khác

hoạt động của các enzin làm tối màu sản phẩm Chất lượng của một sô sản phẩm, thựcphẩm còn phụ thuộc vào màu sắc và hương vị Có những loại sau khi sấy càng giữnguyên được hương vị và màu sắc càng tốt , song lại có thứ cần có màu sắc đặc trưngmới sau khi sấy như: thuốc lá, cà phê, ca cao …Sự thay đổi màu sắc gắn liền với sự thayđổi hóa học dưới tác dụng nhiệt Nhiệt độ cao, tốc độ sấy lớn làm bay hơi nhiều hương vịđặc trưng của sản phẩm

cường những tính chất nào đó thì công nghệ sấy là phù hợp

 Đáp ứng được các thông số của chế độ sấy yêu cầu để thu được sản phẩmnhư ý muốn

3

 Có các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật cao như: tiêu tốn ít nhiên liệu, năng lượngđiện trên mối đơn vị sản phẩm hay trên mỗi khoảng ẩm bay hơi Năng suất riêng theodiện tích hoặc thể tích buồng sấy phải lớn , ít lao động phục vụ

 Mức độ cơ giới hóa và tự động hóa cao

 Giá thành hạ, lắp đặt vận hành sửa chữa dễ dàng , tuổi thọ cao

 Có thể sấy một vài loại vật sấy có kích thước và tính chất gần giống

 Như vậy quá trình sấy là quá trình làm khô các vật thể, các vật liệu của sảnphẩm thông qua các quá trình sau:

 Gia nhiệt cho vật để đưa nhiệt độ của nó lên nhiệt độ bão hòa ứng với phần

áp suất của hơi nước trên bề mặt vật

 Cấp nhiệt cho vật để làm bay hơi ẩm trong vật thể

 Vận chuyển hơi ẩm đã thoát ra khỏi vật thể vào môi trường

 Từ những điểm đã nêu trên ta thấy rằng trong quá trình sấy xảy ra các quátrình trao đổi nhiệt và trao đổi chất cụ thể là: Quá trình truyền nhiệt từ chất tải nhiệt chovật sấy Quá trình truyền ẩm từ vật sấy vào môi trường Các quá trình truyền nhiệt vàtrao đổi chất xảy ra đồng thời trên vật sấy cũng có ảnh hưởng qua lại lẫn nhau

2.Một số loại lò sấy nông sản:

Qua công nghệ sấy nêu trên ta có thể thấy quá trình sấy( nhiệt độ sấy ảnh hưởng rấtnhiều đến năng suất và chất lượng sản phẩm Sau đây em xin đươc giới thiệu một số loại

lò hay sử dụng để xấy nông sản

2.1 Lò than

 Nguyên lý làm việc : khi cho than vào buồng đốt thì than cháy sẽ tạo ranhiệt lượng Nhiệt lượng này sẽ làm nóng buồng đốt và các vật xung quanh nó Vì vậytùy vào kết cấu lò và cách sấy mà nhiệt lượng này sẽ làm nóng vật cần sấy thông quakhông khí được sấy hoặc các vật gia nhiệt khác ( chất lỏng vật rắn …)

Đặc điểm của lò than: dùng nhiên liệu là than để đốt nóng do đó gây ranhiều khói bụi , gây ôi nhiễm môi trường ,phí nhiệt lượng lớn , kích thước buồng đốt lớn.Dẫn tới khó lắp đặt, không những vậy mà mùi than còn xâm nhập vào nông sản gây ragiảm chất lượng Công suất nhỏ khó tạo được nhiệt lượng tập chung và khó khống chếnhiệt độ và điều khiển nhiệt độ theo ý muốn Khó có khả năng đáp ứng nhu cầu côngnghiệp hóa hiện đại hóa Nhưng ngược lại thì lò dễ chế tạo phù hợp với những nơi thiếuđiện năng

2.2 Lò củi :

 Nguyên lý làm việc: khi cho củi vào buồng đốt thì củi cháy sẽ sinh ra nhiệtlượng, nhiệt lượng này sẽ làm nóng buồng đốt và các vật xung quanh nó Vì vậy phùthuộc vào kết cầu của lò mà phương pháp gia nhiệt mà nhiệt lượng này sẽ làm nóng vậtcần sấy thông qua không khí các vật gia nhiệt khác ( chất rắn, chất lỏng …)

- Dùng củi làm nhiên liêu để sinh ra nhiệt

4

- Hao phí nhiệt lượng lớn do cửa buồng đốt luôn phải mở để tiếpnhiên liệu.

- Mùi khói có thể xâm nhập vào nông sản làm giảm chất lượng nông sản

- Công suất và năng suất của lò không được cao

- Buồng đốt lớn gây khó lắp đặt , khó khống chế và ổn định nhiệt độ

- Sinh ra khói bụi , khí thải gây ôi nhiễm môi trường

em chỉ xin giới thiệu về lò điện trở là loại lò đơn giản

 Nguyên lý làm việc : Khi dòng điện chạy qua vật dẫn có điện trở R (vật dẫnrắn hoặc lỏng ) nó sẽ tỏa ra một một nhiệt lượng theo định luật Junle-Lense Q =I2.R.tNăng lượng nhiệt này sẽ đốt nóng bản thân vật dẫn hoặc gián tiếp đốt nóng gián tiếp vậtxung quanh gần nó

 Đặc điểm của lò điện trở:

- Có khả năng tạo ra nhiệt độ do năng lượng được tập trung trong một thểtích nhỏ

- Do năng lượng tập chung nên nhiệt độ có thể lên được rất cao dẫn tới tạonăng suất cao

- Đảm bảo sấy đều , chính xác và dễ điều khiền , khống chế và chế nhiệt độ

- Có khả năng cơ khí hóa và tự động hóa cao

- Đảm bảo điều kiện vệ sinh không bụi , không khói , ít ồn

- Tuy có nhiều ưu điểm so với các lò khác nhưng lò điện sử dụng điện điện

để đốt nóng mà điện là loại năng lượng quý và đắt

 Vật liệu và cấu trúc dây trở:

Lò điện trở dùng dây điện trở để đốt nóng và dây trở được đặt trong buồng lò, hoặcbuồng phát nhiệt nên chúng phải làm việc ở nhiệt độ cao vì vậy cần có những yêu cầunhư sau :

- Khả năng chịu nóng tốt không bị ô xi hóa trong môi trường không khí ở nhiệt

độ cao

- Bền cao về nhiệt , bền cơ học tốt

- Điện trở suất lớn có ưu việt tạo cho dây điện trở có cấu trúc gọn khi cùng đápứng một công suất yêu cầu , dễ dàng bố trí trong lò

- Hệ số nhiệt điện trở nhỏ :hầu hết các vật liệu chế tạo dây trở đều có nhiệt điệntrở nhỏ khi hệ số tăng thì dẫn tới điện trở tăng

5

- Các kích thước phải ổn định : Một số vật liệu ngày càng chảy ra, đứng về mặtcấu tạo thì lắp láp không thuận lợi khi xây thiết kế phải phòng chỗ cho dây dài ra

- Các tính chất điện phải ổn định

- Dễ gia công

Nhưng để đáp ứng tất cả các yêu cầu trên là khó Vì vậy chọn một số vật liệu thỏamãn được một số yêu cầu chính như: các vật liệu hợp kim niken, crom thường gọi làNicrom, hợp kim của crom và nhôm ,crom nhôm sắt .Vật liệu phi kim loạicacbuasun(SiC)

3 Giới thiệu lò xấy nông sản dùng lò điện điện trở:

3.1.Ưu điểm :

- Đảm bảo an toàn cho môi trường mà các lò khác không đáp ứng được

- Công suất của lò có thể thiết kế được rất cao

- Có khả năng duy trì, ổn định được nhiệt độ trong quá trình sấy

- Và đặc biệt có khả năng đáp ứng được nhu cầu công nghiệp hóa hiện đai hóa

- Vì vậy mà lò sấy nông sản dùng điện sẽ đảm bảo và nâng cao hơn chất lượng nông

sản

Vậy trong các lò điện thì lò điện trở là phù hợp hơn cho quá trình sấy vì nó đơn giản và

dễ điều khiển hơn

6

3.2.Sơ đồ của lò:

Hình 1.1

3.3.Yêu cầu thiết kế công nghệ đặt đặt ra:

Thiết kế bộ điều khiển và khống chế nhiệt độ theo nhiệt độ đặt của lò có thông số kỹthuật như sau:

- Công suất lò là: P = 7 kW

- Thể tích buồng sấy là V = 3 m3

- Nguồn điện là ba pha Ulưới = 380V

Yêu cầu thiết kế của bộ điều khiển là:

- Đo và hiển thị được nhiệt độ của lò

- Thay đổi và hiển thị được nhiệt độ đặt

- Ổn định được nhiệt độ của lò theo nhiệt độ đặt

Bộ điều khiển

KĐ CBN

7

CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU MỘT SỐ PHƯƠNG ÁN CHO MẠCH LỰC

CỦA LÒ

I.PHƯƠNG ÁN DÙNG CÔNG TẮC TƠ ĐIỆN TỪ ĐỂ ĐỐNG CẮT

1.Giới thiệu về công tắc tơ điện từ

công tắc tơ là thiết bị đóng cắt thường xuyên mạch điện bằng tay từ xa hay tự động (đóng và cắt là hai trạng thái của công tắc tơ)

Có các loại công tắc tơ có tiếp điểm và công tắc tơ không tiếp điểm nhưng phổbiến là công tắc tơ có tiếp điểm Đó là công tắc tơ điện từ

+ Hệ thống truyền động + Hệ thống phản lực

Hình2.1 Cấu tạo công tăc tơ

8

5

Uđk1

1.Đế công tắc tơ 6 Tiếp điểm chính

2 Thanh dẫn tĩnh 7 Nam châm điện

3 Dây dẫn mềm 8.Tiếp điểm phụ

- Khi không muốn đốt nóng dây trở thì ta phải ngắt công tắc tơ Khi đó điện sẽđược cắt khỏi cuộn dây điều khiển của công tắc tơ, làm ngắt dòng điện đưa vào cuộn dâynam châm điện Khi đó sẽ gây mất từ thông (do i = 0 )  Fđt = 0 suy ra Fđt < Fph chính

 kéo nắp nam châm mở  ngắt nam châm điện làm ngắt tiếp điểm ngắt mạch điện Mất điện cấp cho R ngừng đốt nóng

Như vậy muốn điều khiển công tắc tơ ta chỉ cần điều khiển cuộn dây.Điều khiển củacông tắc tơ.Khi nhiệt độ đo được trong buồng sấy nhỏ hơn nhiệt độ đặt thì ta điều khiểnđóng công tắc tơ Khi nhiệt nhiệt độ đo được trong buồng sấy lớn hơn nhiệt độ đặt thì tađiều khiển công tắc tơ bằng cách đóng điện cho cuộn dây điều khiển

9

ZAK

K K

O

3.Đặc điểm của công tắc tơ

 Tiếp điểm là tiếp điểm cơ khí  đóng cắt chắc chắn

 Thời gian tác động chậm do thời gian quá độ của mạch từ lớn

 Có hồ quang  tránh sử dụng ở môi trường dễ cháy nổ

 Nếu sử dụng nam châm điện xoay chiều  làm việc sẽ rung ồn

 Nhưng an toàn về điện

 Khả năng chịu tải cao

điều kiện khác là có một xung dòng điện có giá trị nhất định vào giữa cực điều khiển vàcatot Xung này sẽ chuyển trạng thái của Thyristo từ trở kháng cao sang trở kháng thấp ởmức điện áp anôt catot nhỏ Khi đó nếu dòng qua anot – catot lớn hơn một giá trị nhấtđịnh ( gọi là dòng duy trì thì thyristo sẽ tiếp tục mở trong trạng thái mở dẫn dòng màkhông cần đến xung điều kiện.

Quá trình khóa : Đươc thục hiện khi Cực điều khiển G đã về mức thấp

2.Cách đấu cho tải 3 pha:

Bộ điều áp xoay chiều một pha sử dụng Thiristo gồm 2 Thyrirsto đấu song songngược vơi nhau Nhờ phương pháp này việc điều chỉnh điện áp được linh hoạt vì cấpnhanh và dễ tạo mạch vòng tự động điều chỉnh Kích thước bộ biến đổi gọn nhẹ

Nhược điểm cơ bản của phương pháp này là chất lượng điện áp không được tốtcần sử dụng bộ lọc xoay chiều để khắc phục nhược điển này Đối với công suất nhỏ vàtrung bình (vài kW ) thì có thể thay thế bộ Thyristo bằng Triac

- Ở nửa chu kỳ đầu UL dương khi đó T1 phân cực thuận ( UAK > 0) Nếu nhưnhiệt độ đo được trong buồng sấy báo về vi điều khiển nhỏ nhiệt độ đặt thì cực điều khiểncủa T1 là G1 sẽ được cấp một xung điều khiển khi đó thì T1 mở cấp dòng cho R  cấpnhiệt cho buồng đốt  tăng nhiệt độ sấy Nếu như nhiệt độ đo được trong buồng sấy báo

về vi điều khiển lớn hơn nhiệt độ đặt thì không có xung điện áp nào được cấp cho G1 nênT1 không mở  giữ nhiệt độ trong buồng sấy duy trì ở nhiệt độ đặt

- Ở nửa cho kỳ sau UL âm Khi đó T2 phân cực thuận ( UAK >0).Nếu nhiệt độ đođược trong buồng sấy báo về vi điều khiển nhỏ nhiệt độ đặt thì cực điều khiển T2 là G2

sẽ được cấp một xung điều kiện khi đó thì T2 mở cấp dòng cho tải R  cấp nhiệt chobuồng đốt  tăng nhiệt độ sấy tới nhiệt độ đặt Nếu như nhiệt độ đo được trong buôngsấy ≥ nhiệt độ đặt thì không cấp xung điều kiện nào cấp vào cực G2 của T2 nên T2 không

mở và duy trì buồng sấy ở nhiệt độ đặt

4.Đặc điểm khi dùng Thysisto:

 Điều khiển điện áp linh hoạt, nhanh dễ tạo mạch vòng tự động điều chỉnh

 Thời gian tác động nhanh , tần số thao tác lớn

khắc phục nhược điểm này

III.PHƯƠNG ÁN DÙNG THIẾT BỊ ĐÓNG CẮT SOLID STATE RELAY

12

1.Giới thiệu:

Solid state relay được tổng hợp và gói gọn trong một khối , được cách ly quanghọc ,được kiểm tra khi đầy tải với dòng kiểm tra gấp 6 lần dòng vào Trước và sau khixuất xưởng đáp ứng được yêu cầu về nhiệt độ.Đã được thế giới công nhận với nhiều tínhnăng tốt

Năm 1974 được sản xuất và sau đó không ngừng đổi mới tăng cường về độ tin cậy

và giảm bớt giá thành của quá trình sản xuất Ngay từ thời gian đầu thì quy trình kiểm travới nhiều điều kiện khắt khe đã được đưa vào

Đến năm 1978 thì solidstate relay đã thu được rất nhiều tiếng tăm về độ tin cậy, độ

an toàn của nó Thế giới đã mở đường cho sự sản xuất của solidstate relay Quy trình sảnxuất tiếp tục được cải thiện không ngừng và quy trình kiểm tra đã được công nhận hơn 30năm về trước Và cho đến ngày nay thì những tính năng tốt và độ tin cậy của nó vẫnđược thế giới thừa nhận Đặc biệt về phẩm chất và đô tin cậy cao của tất cả các solidstate relay do hang sản xuất

Nó còn được hoàn thành để đáp ứng những mức điện áp khác nhau như120/240/380…575V Với công nghệ mở rộng nhiệt ,công nghệ tích hợp bên trong là chìakhóa cho nó đứng vững trên thế giới

 Đặc điểm của solidstate relay:

 Điện áp điều khiển là từ 3  32V

 Dòng điện điều khiển giới hạn là 2mA

 Loại 1pha , 3 pha

2.Sơ đồ cấu tạo:

4

Hình 2.5 Sơ đồ Solid state Relay

Hai chân 3; 4 là để đưa dòng điện điều khiển vào

14

Hai chân 1, 2 kết hợp nối với mạch ngoài làm tác dụng ngắt, đóng mạch ngoài.

Do dòng điều khiển không bị han chế IĐK ≤ 2 mA nên ta cần đặt điện trở mạchngoài để giữ cho dòng điện điều khiển không lớn hơn 2 mA

Điện áp rơi trên led là 1V

Điện áp điều khiển là 32 V  Iđk

Như vậy nếu không lắp trở ngoài thì

dòng điều khiển lớn hơn 2mA  không thỏa mãn yêu cầu  cần mắc Re Khi mắc Re ta

3.Nguyên lý hoạt động :

Khi cho vi điều khiển đo nhiệt độ trong buồng sấy ( nhiệt độ đặt ) thì điện áp sẽđược cấp vào Uđk của solidstate relay làm thông mạch điện  cấp dòng cho R phátnhiệt làm tăng nhiệt độ của buồng sấy đến nhiệt độ đặt

Khi vi điều khiển nhận được nhiệt độ đo từ buồng sấy lớn hơn nhiệt độ đặt thì điện

áp không được cấp vào Uđk của solid làm khóa mạch điện khi đó sẽ ngắt dòng cấp cho R

 không phát nhiệt làm cho nhiệt độ trong buồng sấy ổn định ở nhiệt độ đặt Khi có bất

kì sự thay đổi nào thì vi điều khiển nhận được và quyết định có cấp cho Uđk củasolidstate relay không và nhiệt độ sẽ ổn định ở giá trị đặt

4.Đặc điểm của mạch sử dụng solidstate relay:

 Độ tin cậy cao

 Độ an toàn về điện cao

 Gọn nhẹ và điều khiển dễ dàng

 Điều khiển đơn giản

IV.KẾT LUẬN CHON PHƯƠNG ÁN CHO MẠCH LỰC:

Trong các phương án thực hiện mạch lực của lò trên ta thấy mỗi phương pháp đều

có những ưu điểm và nhược điểm riêng nhưng phương pháp sử dụng solid relay là phùhợp với yêu cầu thiết kế nhất vì những lý do sau:

- Phương án Công tắc tơ:

Như ta biết thì muốn khống chế nhiệt độ thì không cần thiết tác động nhanhnhưng số lần đóng cắt lại rất nhiều về tầng số đóng cắt của công tắc tơ thì không

có vấn đề gì còn tiếp điểm đóng cắt lại là tiếp điểm cơ khí mặc dù đã có cuộn dập

hồ quang nhưng cũng không thể tránh được sự hao mòn của tiếp điểm vì vậy màtuổi thọ của mạch nếu sử dụng công tắc tơ sẽ không được cao Và muốn điềukhiển nó thì không thể ghép nối trực tiếp vào vi điều khiển được mà cần phải cóthêm mạch phụ trợ

- Phương án Thyristo:

Nếu sử dụng tiristor đóng cắt cho mạch lực thì:về tần số đóng cắt và số lầnđóng cắt thi tirstor hoàn toàn có thể đáp ứng tốt Nhưng đối tượng nhiệt là đối tượng cóquán tính lớn nên không cần thiết phải tác đông nhanh lắm, hơn nữa để điều khiển đượcThyristor thì cần phải có một mạch phát xung mở nên vận hành và lò xấy lại hoạt độngtrong môi trường nhiệt độ

- Phương án Solid relay:

16

Có ưu điểm:

+ Có thể hoạt động trong môi trường nhiệt độ

+ Có thể điều khiển trực tiếp qua chân của vi điều khiển

+ Cách điều khiển dễ dàng,phù hợp với đối tượng nhiệt

+ Có độ tin cậy cao, nhiều tiếng tăm tốt thu được từ khi ra đờiđến nay

I.CÁC PHƯƠNG ÁN ĐIỀU KHIỂN

1.Điều khiển bằng cơ khí :

Ta sử dụng rơle nhiệt để ổn định nhiệt độ ( hình 4.1a ) với nguyên tắc hoạt động:

Khi nhiệt độ vượt ngưỡng đặt của rơle thì role sẽ tác động để đóng ngăt tiếp điểm từ đó

để đóng căt mạch điện

- Cấu tạo chính : phần tử cảm biến nhiệt trong role là tấm kim loại kép được cấu tạo từ

hai kim loại ( hình 4.1b ) có hệ số giãn nở về nhiệt ( ) khác nhau được ghép chặt với

nhau bằng phương pháp cán nóng về tấm kim loại có 1 lớn gọi là thanh chủ động Tấm

kim loại có 2 nhỏ gọi là thanh bị động Nếu nhiệt độ tiến gần tới một giá trị nào đó thì

do hai thanh kim loại có hệ số giãn nở khác nhau nên nó tạo ra lực để làm uốn cong Và

khi đó nó có thể sử dụng để làm đóng cắt mạch điện

- Phần tử cảm biến nhiệt của role sẽ đặt trong buồng lò

- Khi nhiệt độ trong lò đạt đến nhiệt độ đặt thì làm tác động lên thanh kim loại kép làm

thanh kim loại kép bị uốn cong và làm ngắt tiếp điểm  làm mạch cấp điện cho điện trở

bị hở  ngừng cấp nhiệt Khi nhiệt độ nhỏ hơn nhiệt độ đặt thì thanh kim loại trở về vị

trí ban đầu đóng lại tiếp điểm  cấp lại điện cho trở để sinh nhiệt

- Khi muốn điều khiển nhiệt độ đặt ta điều chỉnh ngưỡng nhảy của role

cc

Vcc

aa

Role nhi ệt

a, b,

Hình 4.1 Rơle nhiệt độ

2 Bộ điều khiển số :

2.1.Cấu tạo : là một bộ điều khiển mà các thành phần được tích hợp đầy đủ trong một

hộp gọn gàng và tiện lợi do các hãng sản xuất đưa ra( hình 4.2 )

Hình 4.2: Bộ điều khiển nhiệt độ

Đầu vào: Được nối với cảm biến nhiệt

Đầu ra: Được nối với các đối tượng cần điều khiển (phần tử đóng ngắt cho dây trở)

19

2

Trên bộ điều khiển số có các màn hình hiển thị trạng thái hoạt động và các nút bấm

để cài đặt lựa chọn nhiệt độ cần

2.2.Hoạt động:

- Khi nhiệt độ đầu vào từ cảm biến báo về bộ điều khiển lớn hơn nhiệt độ đặt của bộ điều khiển thì bộ điều khiển sẽ điều khiền ngắt dòng điện cấp cho dây trở  ngừng cấp nhiệt độ cho buồng đốt

- Khi nhiệt độ đầu vào từ cảm biến báo về bộ điều khiển số (nhiệt độ đặt của bộ điều khiển thì bộ điều khiển sẽ điều khiển cấp dòng điện cho dòng dây trở  cấp nhiệt độ cho buồng đốt

Quá trình trên được thực hiện liên tục trong suốt thời gian làm việc

2.3.Ưu nhược điểm:

Ưu điểm:

- Dải điều khiển rộng

- Dễ vận hành

- Giao tiếp trực quan

- Ghép nối được PLC, máy tính

- Tự động thay đổi được chương trình

- Phù hợp với công nghệ phức tạp đặc biệt với công nghệ sấy,hoặc

Khâu PI Khâu khuếch đại

Nhiệt độ đo được trong lò qua cảm biến nhiệt sẽ được biến đổi thành đại lượng điện Đại lượng này qua bộ khuếch đại đảo thì được khuyếch đại lên thành Ura, Ura sẽ được so sánh với điện áp đăt Uđặt.

Nếu nhiệt độ đo được lớn hơn hoặc bằng nhiệt độ đặt thì Ura lớn hơn Uđặt

Mà ta có

Uđk =(Uđặt - Ura )( K + 1

i

Suy ra Uđk  0 khi đó sẽ ngắt cấp điện cho dây trở suy ra ngưng cấp nhiệt cho lò

Nếu nhiệt độ đo được nhỏ hơn nhiệt độ đặt thì Ura nhỏ hơn Uđặt

Suy ra Uđk > 0 khi đó sẽ cấp điện cho dây trở suy ra cấp nhiệt cho lò

Như vậy nhiệt độ trong lò sấy sẽ được duy trì ở nhiệt độ đặt

3.3 Ưu nhược điểm của phương pháp này:

Ưu điêm:

- Giá thành rẻ, lại đơn giản

- Khi dặt ở nhiệt độ nào thì hoạt động rất chính xác ỏ nhiệt độ đó

- Tác động rất nhạy

Nhược điểm:

- Khó hiệu chỉnh nhiệt độ chuẩn

- Vận hành khó

- Dễ bị trôi trong quá trình làm việc

- Có độ sai số ,do các thiết bị trong mạch gây ra

22

4 Phương phápdùng vi xử lý

Thực ra là bộ điều khiển số, nhưng được dựa trên các yêu cầu thực tế để xây dựng

và thiết kế theo yêu cầu riêng của từng đối tượng

sẽ điều khiển để ngắt dòng điện cấp cho dây trở làm giảm nhiệt độ cấp cho lò sấy

4.3Ưu nhược điểm của phương pháp này :

- Có thể phù hợp với nhiều loại cảm biến

Nhược điểm :

- Do tự thiết kế và xây dựng nên độ ổn định không được cao

- Đòi hỏi người thiết kế và xây dựng phải có kinh nghiệm cao

5 Kết luận chọn phương án cho mạch điều khiển:

Ta có thể thấy các phương án đều có những ưu điểm và nhược điểm khác nhau.

Nhưng ở đây em xin được chọn phương pháp dùng vi điều khiển để đo và khống chếnhiệt độ vì:

+ Đây là một thiết kế ứng dụng cho vi điều khiển nên qua đó em có thể tích lũyđược kiến thức và kinh nghiệm trong quá trình thiết kế để phục vụ cho công tác về sau + Đây là cơ hội để chúng em kiểm tra kiến thức của mình,đồng thời phát huy tínhsáng tạo, khả năng giải quyết các vấn đề kĩ thuật theo yêu cầu,Vầ đây cũng là dịp đểchúng em khẳng định mình trước khi ra trường để tham gia vào hoạt động sản xuất xãhội

+ Mặt khác tập luận văn này cũng là tài liệu tham khảo về ứng dụng cụ thể của viđiều khiển mà em nghĩ nó sẽ rất bổ ích cho những người nghiên cứu về lĩnh vực này

II.TÌM HIỂU CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO NHIỆT ĐỘ

24

1.Giới thiệu về đo nhiệt độ:

Như ta thấy đo nhiệt độ là đo một đại lương không điện vì vậy mà muốn đo được nó

ta cần dùng phần tử có khả năng biến đổi đại lượng không điện thành đại lượng điện đểtính toán và xử lý

Đo nhiệt độ có nhiều dải đo khác nhau:

- Đo nhiệt độ thấp

- Đo nhiệt độ trung bình

- Đo nhiệt độ cao

Trên thực tế có một số thiết bị đo nhiệt độ như sau:

- Cặp nhiệt điện

- Nhiệt kế điện kim loại

- Nhiêt trở bán dẫn cảm biến thạch anh

- Nhiệt điện trở bán dẫn

- IC đo nhiệt độ

2.Giới thiệu về IC đo nhiệt độ:

Việc sử dụng IC cảm biến để đo nhiệt độ là một phương pháp thông dụng đươc sử dụngrộng rãi để đo nhiệt độ

Nguyên lý hoạt động chung của IC đo nhiệt độ là:

Các IC này đều là các mạch tích hợp và được gói gọn trong một vỏ bọc mà chức năngcủa mạch tích hợp này là chuyển tín hiệu dưới dạng nhiệt độ thành đại lượng dòng điênhoặc là điện áp dựa trên những đặc tính rất nhạy cảm của các phần tử bán dẫn đối vớinhiệt đô Đó là do sự tác động của nhiệt độ tạo ra các lỗ trống và các điện tích tự do trongcác chất bán dẫn, tỉ lệ các lỗ trống và các điện tử phụ thuộc vào nhiệt độ Khi mà tỉ lệ nàythay đổi làm cho đặc tính dẫn điện của vật liệu bán dẫn thay đổi khi đó đầu ra của IC làdạng điện áp hoặc dòng điện cũng thay đổi theo một tỉ lệ từ tỉ lệ đó ta quy đổi ra nhiệt độ

đã biến đổi như thế nào

Dưới đây là đặc tính của một số loại IC đo nhiệt độ thông dụng:

+ AD590 :

25

- Đầu vào là nhiệt độ còn đầu ra là đại lượng dòng điện

3.Chọn phương án đo nhiệt độ :

Trong ứng dụng này chúng em xin được đề xuất dùng phương án dùng LM35 với các

lý do như sau:

- Nhiệt độ của quá trình xấy là ở vùng nhiệt độ nhỏ(nhiệt độ môitrường),nên phạm vi đo là phù hợp

- Độ nhạy cao ,sai số cực đại nhỏ chỉ 1,5oCkhi mà nhiệt độ lớn hơn 100oc

- Đặc biệt là giá thành rẻ và dễ tìm kiếm trên thị trường và phù hợp với yêucầu thiết kế

III.GIỚI THIỆU VỀ VI ĐIỀU KHIỂN AVR

26

1 Giới thiệu:

Bộ vi điều khiển viêt tắt là Micro-controller Là mạch tích hợp trên chíp,có khả nănglập trình được dùng để điều khiển hệ thống bằng tập lệnh của người lập trình nó có khảnăng đọc dữ liệu, lưu trữ và xử lý thông tin, đo thời gian và tiến hành đóng mở một cơcấu chấp hành nào đó

Hiện nay ứng dụng của vi điều khiển ngày càng được mở rộng trong mọi lĩnh vực cảtrong công nghiệp và trong dân dụng đặc biệt là trong các lĩnh vực liên quan đến điện vàđiện tử như điều khiển ti vi, máy giặt, lò vi sóng, điện thoại di động…trong công nghiệp

ta có thể thấy ứng dụng của nó trong điều khiển robot công nghiệp, dây truyền tự động…

có thể nói để phát triển đất nước để công nghiệp hóa hiện đại hóa đât nước thì không thểthiếu vi điều khiển

Trong sự phát triển không ngừng của vi điều khiển thì các họ vi điều khiển mớicũng không ngừng ra đời trong các họ vi điều khiển mới đó thì có dòng AVR với nhữngtính năng như:

Kiến trúc RISC với hầu hết các lệnh có chiều dài cố định, truy nhập bộ nhớ nạplưu trữ và 32 thanh ghi đa năng

Kiến trúc đường ống lệnh kiểu hai tầng cho phép làm tăng tốc độ thực thi lệnh

Có chứa các bộ phận ngoại vi ngay trên chíp bao gồm cổng I/O, bộ biến đổiADC, bộ nhớ EFPROM,bộ định thời,UART, bộ định thời, bộ điều chế độ rộng xungPWM v.v

2 Khảo sát vi điều khiển AVR Atmega16:

2 1 Sơ đồ khối và cấu trúc nhân

ATmega16 là vi điều khiển 8 bit dựa trên kiến trúc RISC Với khả năng thực hiện mỗilệnh trong vòng một chu kỳ xung clock, ATmega16 có thể đạt được tốc độ 1MIPS trênmỗi MHz (1 triệu lệnh/s/MHz)

27

Dưới đây là sơ đồ khối của ATmega16

Hình 4.6 Sơ đồ cấu trúc ATmega16

Cấu trúc tổng quát:

28

Hình 4.7

Sơ đồ chân:

29

Hình 4.8

ATmega16 có các đặc điểm sau: 16KB bộ nhớ Flash với khả năng đọc trong khi ghi,

512 byte bộ nhớ EEPROM, 1KB bộ nhớ SRAM, 32 thanh ghi chức năng chung, 32

30

đường vào ra chung, 3 bộ định thời/bộ đếm, ngắt nội và ngắt ngoại, USART, giao tiếpnối tiếp 2 dây, 8 kênh ADC 10 bit,

CPU của AVR có chức năng bảo đảm sự hoạt động chính xác của các chương trình

Do đó nó phải có khả năng truy cập bộ nhớ, thực hiện các quá trình tính toán, điều khiểncác thiết bị ngoại vi và quản lý ngắt

AVR sử dụng cấu trúc Harvard, tách riêng bộ nhớ và các bus cho chương trình và

dữ liệu Các lệnh được thực hiện chỉ trong một chu kỳ xung clock Bộ nhớ chương trìnhđược lưu trong bộ nhớ Flash

2.2 Cấu trúc bộ nhớ

AVR có 2 không gian bộ nhớ chính là bộ nhớ dữ liệu vào bộ nhớ chương trình Ngoài

ra ATmega16 còn có thêm bộ nhớ EEPROM để lưu trữ dữ liệu

2.2.1.Bộ nhớ chương trình(bộ nhớ Flash)

Bộ nhớ Flash 16KB của ATmega16 dùng để lưu trữ chương trình Do các lệnh củaAVR có độ dài 16 hoặc 32 bit nên bộ nhớ Flash được sắp xếp theo kiểu 8KX16 Bộ nhớFlash được chia làm 2 phần, phần dành cho chương trình boot và phần dành cho chươngtrình ứng dụng

31

Hình 4.9 Bản đồ bộ nhớ chương trình

2.2.2 Bộ nhớ dữ liệu SRAM

1120 ô nhớ của bộ nhớ dữ liệu định địa chỉ cho file thanh ghi, bộ nhớ I/O và bộ nhớ

dữ liệu SRAM nội Trong đó 96 ô nhớ đầu tiên định địa chỉ cho file thanh ghi và bộ nhớI/O, và 1024 ô nhớ tiếp theo định địa chỉ cho bộ nhớ SRAM nội

32

2.4 Các cổng vào ra (I/O)

Vi điều khiểnATmega16có 32 đường vào ra chia làm bốn nhóm 8 bit một Các đườngvào ra này có rất nhiều tính năng và có thể lập trình được Ở đây ta sẽ xét chúng là cáccổng vào ra số Nếu xét trên mặt này thì các cổng vào ra này là cổng vào ra hai chiều cóthể định hướng theo từng bit Và chứa cả điện trở pull-up (có thể lập trình được) Mặc dùmỗi port có các đặc điểm riêng nhưng khi xét chúng là các cổng vào ra số thì dường nhưđiều khiển vào ra dữ liệu thì hoàn toàn như nhau Chúng ta có thanh ghi và một địa chỉcổng đối với mỗi cổng, đó là : thanh ghi dữ liệu cổng (PORTA, PORTB, PORTC,PORTD), thanh ghi dữ liệu điều khiển cổng (DDRA, DDRB, DDRC, DDRD) và cuốicùng là địa chỉ chân vào của cổng (PINA, PINB, PINC, PIND)

a Thanh ghi DDRx

Đây là thanh ghi 8 bit (ta có thể đọc và ghi các bit ở thanh ghi này) và có tác dụngđiều khiển hướng cổng PORTx (tức là cổng ra hay cổng vào) Nếu như một bit trongthanh ghi này được set thì bit tương ứng đó trên PORTx được định nghĩa như một cổng

ra Ngược lại nếu như bit đó không được set thì bit tương ứng trên PORTx được địnhnghĩa là cổng vào

c.Thanh ghi PORTx

Đây cũng là thanh ghi 8 bit (các bit có thể đọc và ghi được) nó là thanh ghi dữ liệucủa cổng Px và trong trường hợp nếu cổng được định nghĩa là cổng ra thì khi ta ghi mộtbit lên thanh ghi này thì chân tương ứng trên port đó cũng có cùng mức logic Trongtrường hợp mà cổng được định nghĩa là cổng vào thì thanh ghi này lại mang dữ liệu điềukhiển cổng Cụ thể nếu bit nào đó của thanh ghi này được set (đưa lên mức 1) thì điện trởkéo lên (pull-up) của chân tương ứng của port đó sẽ được kích hoạt Ngược lại nó sẽ ởtrạng thái hi-Z Thanh ghi này sau khi khởi động Vi điều khiển sẽ có giá trị là 0x00

d Thanh ghi PINx

Đây là thanh ghi 8 bit chứa dữ liệu vào của PORTx (trong trường hợp PORTx được thiết lập là cổng vào) và nó chỉ có thể đọc mà không thể ghi vào được

34

Tóm lại:

1 Để đọc dữ liệu từ ngoài thì ta phải thực hiện các bước sau:

 Đưa dữ liệu ra thanh ghi điều khiển DDRxn để đặt cho PORTx (hoặc bit n trong port) đó là đầu vào (xóa thanh ghi DDRx hoặc bit)

 Sau đó kích hoạt điện trở pull-up bằng cách set thanh ghi PORTx ( bit)

 Cuối cùng đọc dữ liệu từ địa chỉ PINxn (trong đó x: là cổng và n là bit)

2 Để đưa dữ liệu từ vi điều khiển ra các cổng cũng có các bước hoàn toàn tương tự Banđầu ta cũng phải định nghĩa đó là cổng ra bằng cách set bit tương ứng của cổng đó….vàsau đó là ghi dữ liệu ra bit tương ứng của thanh ghi PORTx

Ví dụ:

DDRB=0x00 ; //Thiết lập PORTB là đầu vào

PORTB = 0xFF; // Thiết lập trạng thái PORTB là mức cao

2.5 Các thanh ghi chức năng

a Thanh ghi trạng thái

Đây là thanh ghi trạng thái có 8 bit lưu trữ trạng thái của ALU sau các phép tính sốhọc và logic

Hình 4.11 Thanh ghi trạng thái SREG

C: Carry Flag ;cờ nhớ (Nếu phép toán có nhớ cờ sẽ được thiết lập)

Z: Zero Flag ;Cờ zero (Nếu kết quả phép toán bằng 0)

N: Negative Flag (Nếu kết quả của phép toán là âm)

35

V: Two’s complement overflow indicator (Cờ này được thiết lập khi tràn số bù 2)

V, For signed tests (S=N XOR V)S: N

H: Half Carry Flag (Được sử dụng trong một số toán hạng sẽ được chỉ rõ sau)

T: Transfer bit used by BLD and BST instructions(Được sử dụng làm nơi chung giantrong các lệnh BLD,BST)

I: Global Interrupt Enable/Disable Flag (Đây là bit cho phép toàn cục ngắt Nếu bitnày ở trạng thái logic 0 thì không có một ngắt nào được phục vụ.)

b Các thanh ghi chức năng chung

Hình 4.12

36