Đề tài Xây dựng hệ thống sấy tự động các sản phẩm kém chịu nhiệt

sấy thực như sau: Hình 2.4 : Chu trình thực của tác nhân sấy. Trong quá trình sấy thực trạng thái của tác nhân trước buồng sấy coi không đổi tại trạng thái điểm 1. Trạng thái không khí khi ra khỏi buồng sấy trong quá trình sấy thực nghiệm: I= I2 + = 88,7 – 205,4/330 = 88(kJ/kg.kk). Do I= + (2500 + 1,86. ). = 36,50 C. Theo công thức Antoine ta có: Pb2’ = exp = 0,061 (bar). mà d’2 = 0,622. = 0,02 φ’2 = 51 (%). Ta có bảng: Trạng thái Nhiệt độ t2’ (0C) áp suất bh P’b2 (bar) Độ ẩm tương đối φ’2 (%) Độ chứa ẩm d’2(g/kg.kk) Entanpi I’2 (kJ/kg.kk) Điểm 2’ 36,5 0,061 51 20 88 6- Nhiệt lượng tiêu tốn cho quá trình sấy. Nhiệt lượng tiêu hao của không khí khi đi qua dàn ngưng: QN = G.(I1 - I3) = 172,6(92 – 65,2) = 4625(kJ/h). Nhiệt lượng tiêu hao tại dàn lạnh: Q0 = G.(I’2 – I3) =172,6(88– 65,2) = 3935,3(kJ/h) Tổn thất (kJ/h). Nhiệt lượng có ích : Qi = .( i2 – Ca.td) = 0,523.(2500 + 1,86.36,5 – 4,18.30) = 1277,4(kJ/h). Hiệu suất của quá trình sấy : =Qi/QN = 1277,4/4625 = 27,6 (%) 3 Tính toán chu trình lạnh: 1- chọn tác nhân lạnh: Tác nhân lạnh là chất được nạp vào hệ thống máy lạnh để thực hiện chu trình lạnh. Những yêu cầu chủ yếu đối với tác nhân lạnh: dễ kiếm, rẻ tiền, có năng suất lạnh riêng theo khối lượng và theo thể tích lớn, không độc hại đối với con người, không làm hỏng các sản phẩm trong quá trình chế biến bảo quản và các vật liệu chế tạo máy nén * Đối với amoniac (NH3) Ưu điểm : Có năng suất lạnh riêng thể tích lớn nên thích hợp với các nhà máy công suất vừa và lớn. Hoà tan trong nước. Nhược điểm : rất độc,dễ cháy, dễ nổ, ăn mòn đồng và hợp kim của đồng, trừ đồng (photpho). * Đối với Freon: là những chế phẩm của hợp chất hydro cacbon no bằng cách thay thế các nguyên tử hydro bằng nguyên tử clo hoặc flo. Ưu điểm: Không tác dụng với đồng và hợp kim đồng. Có năng suất lạnh riêng nhỏ nên phù hợp với máy lạnh có công suất vừa và nhỏ . . . Nhược điểm: Giá thành cao, hệ số toả nhiệt nhỏ. Dễ chui qua khe hở dù rất nhỏ, dễ phân tích dưới tác dụng của ngọn lửa thành CFC là nguyên nhân phá hỏng tầng Ozon của khí quyển. Không hoà tan trong nước, nếu có lẫn nước sẽ làm tắc van tiết lưu do nước đóng băng. Do hệ thống có công suất nhỏ nên chúng ta sử dụng tác nhân lạnh là Freon 22 (CHF2Cl) .Trước van tiết lưu bố trí phin, sấy lọc. 2- Các thông số của quá trình làm việc: Chế độ làm việc của một hệ thống lạnh được đặc trưng bởi 4 nhiệt độ sau: Nhiệt độ bay hơi của tác nhân lạnh : t0 Nhiệt độ ngưng tụ của tác nhân lạnh : tN Nhiệt độ của lỏng trước van tiết lưu : t3’ Nhiệt độ hơi hút về máy nén : t1’ * Nhiệt độ bay hơi của tác nhân lạnh: Do dàn lạnh tiếp xúc trực tiếp, trao đổi nhiệt với không khí nên: t0 = tK – (7 10) 0C Do tK = t3 nên t0 = 22 – 10 = 12 0C *Nhiệt độ ngưng tụ tại dàn ngưng tN = tK + Trong đó: tK : nhiệt độ không khí sau dàn ngưng. : hiệu nhiệt độ ngưng tụ, do không khí nên = 100 C Do nhiệt độ của tác nhân sấy sau dàn ngưng là 480C nên nhiệt độ ngưng tụ của tác nhân lạnh : tN = 48 + 10 = 580C. *Nhiệt độ của tác nhân lỏng trước khi vào van tiết lưu ( Nhiệt độ quá lạnh): Nhiệt độ quá lạnh càng thấp năng suất lạnh càng lớn. Để đảm bảo tác nhân lạnh khi qua van tiết lưu hoàn toàn là lỏng. Ta chọn nhiệt độ trước khi vào van tiết lưu: tql = t3’ = 550C. *Nhiệt độ của hơi tác nhân trước khi vào máy nén. Trong quá trình làm việc để đảm bảo máy nén không hút phải lỏng làm hại máy nén, thì tác nhân lạnh trước khi về máy nén là hơi quá nhiệt. tqn =t0 + = t0 + (10 25)0C, Tuỳ thuộc vào loại môi chất lạnh mà nhiệt độ quá nhiệt khác nhau. Tác nhân lạnh R22 nên ta chọn = 200C tqn = t1’ = 12 + 20 = 320C. Vậy ta có: Nhiệt độ bay hơi của tác nhân lạnh : t0 = 120C Nhiệt độ ngưng tụ của tác nhân lạnh : tN = 580C Nhiệt độ của lỏng trước van tiết lưu : t3’ = 550C Nhiệt độ hơi hút về máy nén : t1’ = 320C Từ đồ thị P - i của R22 : [ 243 – VII ] P0(t = 12) = 7,2 (kG/cm2) ; PN(t = 58) = 24 (kG/cm2) Tỷ số nén PN/Po = 24/7,2 = 3,33 Vì tỷ số nén < 8 nên ta chọn máy nén một cấp. Căn cứ vào t0 , tN, t3’, t1’. Ta dựng chu trình kín trên đồ thị P – i của R22. Ta có : i1’ = 154 (kCal/kg) = 643,72(kJ/kg), v1’ = 0,036 (m3/kg) i2’ = 161,5 (kCal/kg) = 675,07(kJ/kg) i3’ = i4’ = 116,5 (kCal/kg) = 487(kJ/kg) 3- công suất nhiệt của dàn ngưng và dàn lạnh. Do có tổn thất nhiệt trên đường ống nên ta chọn : Công suất dàn lạnh : Q0 = 4100(kJ/h) = (kW) Năng suất lạnh riêng : q0 = i1’ – i4’ = 643,72 – 487= 156,72(kJ/kg). Lượng tác nhân lạnh tuần hoàn trong máy : G = 4100/156,72 = 26,16 (kg/h). Công nén riêng lý thuyết: Alt =i2’ – i1’ = 675,07 – 643,72 = 31,35(kJ/kg). Công suất lý thuyết của máy nén: Nlt = G. Alt= 26,16.31,35 = 820,1(kJ/h) = = 0,228(kW). Nhiệt ngưng tụ riêng : qN = i2’ - i3’ = 675,07 – 487 = 188,07(kJ/kg). Công suất ngưng tụ: QN = G. qN = 26,16.188,07 = 4920(kJ/h) = = 1,34 (kW). Hệ số lạnh lý thuyết : = = 1,14/0,228 = 5. Do hệ thống sử dụng bơm nhiệt nóng lạnh nên hệ số của bơm nhiệt nóng lạnh là : =2.5 + 1 = 11 Hệ số hiệu dụng của chu trình so với hệ số lạnh Cacno. = 6,2. 4- Chọn máy nén. Thể tích hơi tác nhân mà máy nén cần phải hút: V = G.v , m3/s v : thể tích riêng của hơi trước cửa hút máy nén,v = v1’ = 0,036 (m3/kg). V = 26,16. 0,036 = 0,94 (m3/h) = 260 (cm3/s). Công suất của động cơ kéo máy nén : Nđ = , kW [ 41 - VII ] Trong đó : - hệ số hiệu dụng chỉ thị ( quá trình nén thực tế). - hệ số hiệu dụng ma sát ( hệ số hiệu dụng cơ học) - hệ số hiệu dụng của bộ truyền động từ động cơ đến máy nén. [ 240- VII ] trong đó : b = 0,001 = (273+12)/(273 + 58) + 0,001.12 = 0,873. chọn = 0,95 = 0,95. Nđ = = 0,289 (kW). Ta chọn máy nén có công suất động cơ : Nđ = 0,3 (kW). 5 - tính chọn các thiết bị khác trong hệ thống. a- Tính chọn đường ống cho hệ thống; , m [ 345 - VII ] trong đó : dt : đường kính trong của ống dẫn, m G : lưu lượng tác nhân lạnh , kg/s : khối lượng riêng của tác nhân lạnh ,kg/m3 : tốc độ dòng chảy trong ống, m/s - tốc độ dòng chảy trong ống hút : h = 10 (m/s) [ bảng 10 - VII ] - tốc độ dòng chảy trong ống đẩy : đ = 10 (m/s) Lưu lượng tác nhân lạnh : G = 26,16 (kg/h) = 0,0073(kg/s) Với t0 = 120C, ta có : = 0,033(m3/kg) [ phụ lục 2 - VII ] =>h = 1/= 30,3 (kg/m3) + Đường kính ống hút : d= = 5,5.10-3(m) . Chọn vật liệu chế tạo ống bằng đồng. Chọn đường kính ống hút theo tiêu chuẩn: d = 7.10-3 (m) = 7 ( mm ). [ Bảng 10-3 - VII ] Tốc độ tác nhân lạnh trong ống hút := 16 (m/s) Với tN = 580C ta có : = 0,01(m3/kg) [phụ lục 2 - VII ] =>đ = 1/= 100 (kg/m3). + Đường kính ống đẩy : d= = 3,05.10-3(m) Chọn đường kính ống hút theo tiêu chuẩn: d = 4.10-3 (m) = 4 ( mm ). [ Bảng 10-3 – VII] Tốc độ tác nhân lạnh trong ống đẩy := 17,2 (m/s) Lập bảng thông số đường ống của hệ thống Vật liệu Đường kính ngoài(mm) Đường kính trong(mm) Chiều dày vách ống(mm) Tiết diện ống (100mm2) Khối lượng 1m ống(kg) ống hút Đồng 9 7 1 0,385 0,224 ống đẩy Đồng 6 4 1 0,125 0,14 b – Van tiết lưu. Do hệ thống có công suất nhỏ, nên ta thay van tiết lưu bằng ống tiết lưu (ống mao). c- tính thiết kế thiết bị bay hơi. Vai trò của thiết bị bay hơi: Thiết bị bay hơi có vai trò hoá hơi tác nhân lạnh bão hoà ẩm sau tiết lưu, đồng thời làm lạnh môi trường cần làm lạnh. Như vậy cùng với thiết bị ngưng tụ, máy nén, ống (hoặc van) tiết lưu, thiết bị bay hơi là một trong những thiết bị quan trọng không thể thiếu của các hệ thống lạnh. Khi quá trình trao đổi nhiệt ở thiết bị bay hơi kém thì thời gian trao đổi nhiệt tăng, nhiệt độ của phòng làm việc sẽ không được đảm bảo. Khi thiết bị bay hơi có diện tích trao đổi nhiệt quá lớn thì chi phí đầu tư cao, làm cho hơi quá nhiệt ra thiết bị lớn. Khi đó nhiệt cuối quá trình nén cao, công suất của máy nén tăng. Thiết bị bay hơi làm lạnh không khí. Dàn lạnh đối lưu tự nhiên : Dàn lạnh có thể là ống trơn hoặc ống có cánh tản nhiệt. Hiệu quả trao đổi nhiệt thấp. Dàn lạnh đối lưu cưỡng bức dùng quạt có hai loại : ống đồng và ống sắt. Thường các dàn lạnh được làm cánh nhôm hoặc cánh sắt với bước cánh từ 3 đến 8 mm. Đối với hệ thống này chúng em chọn dàn lạnh có cánh đối lưu cưỡng bức nhờ quạt. Với công suất thu nhiệt ở dàn bay hơi : Q0= 1,14(kW). Ta sử dụng dàn ống đồng có cánh bán sẵn trên thị trường . Dàn ống đồng , đường kính ống : dt = 8 (mm), dn = 10 (mm) Cánh bằng nhôm dạng chữ nhật : 30 x 200 Bước cánh : 4 mm d- Tính thiết kế thiết bị ngưng tụ. Vai trò: ngưng tụ hơi quá nhiệt sau máy nén thành môi chất lỏng. Quá trình làm việc của thiết bị ngưng tụ có ảnh hưởng đến hiệu quả và độ an toàn của hệ thống lạnh. Khi thiết bị ngưng tụ làm việc kém hiệu quả các thông số của hệ thống có xu hướng thay đổi theo chiều không tốt. Thiết bị ngưng tụ có nhiều loại: + Theo môi trường làm mát Thiết bị ngưng tụ làm mát bằng nước. Thiết bị thường có dạng bình hoặc dạng dàn nhúng vào các bể. Thiết bị ngưng tụ làm mát bằng nước và không khí .thiết bị kết hợp cả nước và không khí để giải nhiệt. Thiết bị ngưng tụ làm mát bằng không khí. Không khí đối lưu cưỡng bức hoặc tự nhiên qua thiết bị ttrao đổi nhiệt. Thiết bị làm mát bằng chất khác . Như trong hệ thống máy lạnh ghép tầng + Theo đặc điểm cấu tạo Bình ngưng giải nhiệt bằng nước. Dàn ngưng tụ bay hơi Dàn ngưng tụ kiểu tưới Dàn ngưng tụ làm mát bằng không khí Dàn ngưng kiểu ống lồng ống Thiết bị ngưng tụ kiểu tấm bản Công suất thải nhiệt từ dàn bay hơi : QN = 1,34 (kW). Thiết bị ngưng tụ làm mát bằng không khí đối lưu cưỡng bức nên ta sử dụng thiết bị ngưng tụ là dàn ống đồng có cánh, bán sẵn trên thị trường. Cấu tạo gồm dàn ống trao đổi nhiệt là ống đồng có cánh nhôm, bước cánh là 4 mm . Đường kính ống : dt = 8 (mm), dn = 10 (mm) , Cánh bằng nhôm dạng chữ nhật : 30 x 200. Ưu điểm : - Không sử dụng nước nên chi phí vận hành giảm. - Không sử dụng hệ thống bơm, tháp giải nhiệt vừa tốn kém, lại gây ẩm ướt. Dàn ngưng không khí có thể lắp đặt ở nhiều vị trí. - So với thiết bị ngưng tụ giải nhiệt bằng nước, dàn ngưng không khí ít hỏng và ít bị ăn mòn. Nhược điểm : - Mật độ dòng nhiệt thấp, kết cấu khá cồng kềnh thích hợp cho hệ thống công suất nhỏ và trung bình. e – Tính chọn quạt cho hệ thống Tổng trở lực của hệ thống phụ thuộc cấu tạo đường ống và các thiết bị lắp trên đường ống, lưu lượng và vận tốc không khí chảy qua. = 1 + 2 ; [126 – IX] trong đó : 1 =; ở đây : : hệ số ma sát giữa dòng khí và ống; l,d : chiều dài và đường kính ống , m : hệ số trở lực cục bộ W : vận tốc dòng khí trong ống, m/s : khối lượng riêng của không khí , kg/m3 2: tổng tổn thất trở lực của các thiết bị : buồng sấy, dàn lạnh, dàn ngưng hay ta cũng có thể tính: 1 = , mmH20 trong đó: R : hệ số tổn thất trở lực do ma sát trên mỗi m ống thẳng, mmH20 /m Z : trở lực cục bộ, mmH20 Z = : trọng lượng riêng của không khí, N/m3 Trở lực hệ thống : = 80 mmH20. Trở lực quạt với hệ số an toàn : K = 1,2. Hq = 80 . 1,2 = 96 mmH20. Ta thấy trở lực của toàn bộ hệ thống nhỏ nên ta chọn quạt hướng trục. Công suất đặt lên trục của quạt : N = , kW [107 - IX] Trong đó: Vq: lưu lượng của quạt , Vq = 0,044 (m3/s). : hệ số hiệu dụng của quạt = 60 75 % , chọn =70% N = = 0,059 (kW ). Công suất của động cơ: Nđ = , kW [114 - IX] Trong đó : a : hệ số, theo bảng 4.1 a = 1,2 [115 - IX] t : hệ số hiệu dụng truyền động; Do truyền động trực tiếp ( trục động cơ cũng là trục của quạt) nên t = 1. Nđ = = 0,071 (kW). Chọn quạt hướng trục với các thông số Hq , mmH20 Vq , m3/h Nđ , kW 100 160 75 70 Sau khi tính toán thiết kế ta có bảng thông số sau: Tác nhân sấy và buồng sấy: Tác nhân sấy tuần hoàn (KK) Điểm 1 ( φ1, t1, I1 ) Điểm 2 ( φ2, t2, I2 ) Điểm 3 ( φ3, t3, I3 ) Lưu lượng G (kg/h) Vận tốc ω (m/s) 24% 480C 92 (kJ/kg.ẩm) 50% 36,50C 88,2 (kJ/kg.ẩm) 95% 220C 65,2 (kJ/kg.ẩm) 172,6 0,7 Kích thước cơ bản Buồng sấy Đường ống tuần hoànTNS Giá đỡ Khay lưới Bọc cách nhiệt 800x500x500 100 x 200 thép chữ V(10x10). Lỗ lưới: 5x5 Bông thuỷ tinh dày30 Thiết bị lạnh Máy nén Dàn lạnh Dàn ngưng Quạt Công suất (kW) 0,3 1,14 1,34 0,75 Để ổn định nhiệt độ tác nhân sấy trong quá trình sấy : sử dụng thiết bị gia nhiệt bổ sung đóng, ngắt nhờ rơle tự động. Kích thước khác của máy sấy : Khung máy : Thép V 30 x 30. Kích thước máy : 1324 x1132 x 900 II. Chế tạo mô hình thực nghiệm. Dựa trên cơ sở tính toán thiết kế, chúng em thực hiện chế tạo, để từ đó chúng em có thể khảo sát các bài toán khác nhau của quá trình sấy. Các thông số của máy: - Năng suất sấy : 6 ( kg/ mẻ ). - Tổng công suất máy nén : 300 (w). - Tổng công suất quạt : 75 (w). - Công suất danh định máy : 375 (w). - Kích thước máy : 1324 x 1132 x 900. III.Khảo sát và nghiên cứu thực nghiệm quá trình sấy. Tiến hành sấy thí nghiệm nhiều lần : Bảng kết quả thí nghiệm 1: Nguyên liệu sấy : Cà rốt. Khối lượng nguyên liệu ban đầu : 400 (g/ mẻ). Độ ẩm tương đối ban đầu cà rốt : 89(%) Thông số ngoài trời : Nhiệt độ t = 280C, độ ẩm tương đối : = 81%. h 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 Tin 30 36 40 42 45 46 46 47 48 48 48 RHin 53 41 40 40 39 38 37 36 35 34 34 Tout 29 33 36 38 41 42 43 43 44 45 45 RHout 60 51 48 45 44 43 41 39 38 35 35 Độ ẩm vật sau khi sấy : 14%. Khối lượng sản phẩm sau khi sấy : 100(g) Bảng kết quả thí nghiệm 2: Nguyên liệu sấy : Nấm rơm. Khối lượng nguyên liệu ban đầu : 400 (g/mẻ). Độ ẩm tương đối ban đầu : 93 (%) Thông số ngoài trời : Nhiệt độ t = 300C, độ ẩm tương đối : = 80%. h 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 Tin 30 36 42 44 46 47 47 47 48 48 48 48 RHin 80 54 42 42 41 41 40 38 38 36 35 35 Tout 30 32 38 40 42 43 43 43 44 45 45 45 RHout 80 62 53 52 50 49 47 44 42 38 37 36 Sau khi sấy, khối lượng sản phẩm : 60(g). Độ ẩm tương đối : 8(%). Sau khi tiến hành sấy thí nghiệm với 2 nguyên liệu chính : cà rốt và nấm chúng ta rút ra một số nhận xét như sau : 1. Sự thay đổi các thông số trạng thái của tác nhân sấy. So sánh quá trình sấy lý thuyết và quá trình sấy thực tế qua thực nghiệm ta nhận thấy rằng trạng thái của tác nhân sấy ở cửa vào và cửa ra luôn luôn thay đổi cụ thể là nhiệt độ của tác nhân sấy tăng dần ở cả 2 cửa kèm theo đó là độ ẩm tương đối của tác nhân sấy cũng giảm dần. Điều này như đã được giải thích là do tác nhân sấy chuyển động trong một vòng tuần hoàn kín nó bị mất một nhiệt lượng là khi nó đi qua các dàn lạnh để tách ẩm và lại nhận được một nhiệt lượng là trong đó lần lượt là nhiệt toả ra của các dàn ngưng tụ và động cơ của quạt hơn nữa trong quá trình chuyển động do ma sát mà nhiệt độ của tác nhân sấy cũng tăng dần lên. Trong quá trình sấy thực nghiệm cũng chứng tỏ rằng độ ẩm tương đối ở cửa ra bao giờ cũng lớn hơn độ ẩm tương đối ở cửa vào nhưng cả hai đại lượng này đều có xu hướng giảm dần điều này được giải thích là do tốc độ tăng nhiệt nhanh ở giai đoạn sấy thứ nhất dung ẩm của tác nhân sấy gần như không thay đổi. Đến giai đoạn sấy mà tốc độ sấy giảm dần nhiệt độ không có nhiều biến đổi nhưng dung ẩm lại giảm rất nhiều điều này cũng kéo theo độ ẩm tương đối của tác nhân sấy giảm đi. Do vậy càng về cuối quá trình sấy thì các điểm vào và ra được kéo về phía trên và sang bên trái của đồ thị I-d. Nhiệt độ của tác nhân sấy sẽ tăng đến khi nào lượng nhiệt cấp cho hệ thống cân bằng với tổn thất ra ngoài và khi đó chênh lệch giữa nhiệt độ cửa vào và cửa ra không đổi . 2. Lượng ẩm thoát ra của vật ẩm trong quá trình sấy. Một ưu điểm nổi bật của hệ thống sấy tuần hoàn 100% khí thải là chúng ta có thể đo được lượng nước tách ra từ vật ẩm được ngưng tụ lại qua giàn ngưng của hệ thống sấy. Thực chất lượng ẩm tách ra không hoàn toàn là của vật ẩm. Trong quá trình sấy ẩm vẫn có thể lọt vào qua kết cấu bao che hơn nữa trước khi sấy tác nhân sấy trong buồng sấy cũng chứa một lượng ẩm nhất định mặt khác cũng có một lượng nước tách ra đọng lại ở giàn ngưng tụ ẩm hoặc đường ống Nên ta hoàn toàn có thể lấy khối lượng nước tách ra làm dấu hiệu nhận biết độ chứa ẩm u của vật sấy. Để kiểm chứng điều này chúng ta đã tiến hành thí nghiệm nhiều lần kiểm tra khối lượng của vật ẩm trước, sau khi sấy và lượng ẩm thu hồi được kết quả thu được rất khả quan ta luôn có . 3. Kết luận Quá trình sấy là một quá trình diễn biến phức tạp phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như tính chất của vật ẩm, của tác nhân sấy, các thông số trạng thái ngoài trời, cấu tạo của máy sấy Với mỗi hệ thống sấy và mỗi máy sấy cụ thể cần tiến hành những thí nghiệm để tìm ra quy trình công nghệ hợp lý. Trong chương trình điều khiển của mình chúng ta áp dụng triệt để hai cơ sở nói trên và dùng những thiết bị cảm biến để nhận ra quá trình, kết hợp với phần mềm giám sát hiện đại mô tả chính xác sự biến đổi của quá trình công nghệ và ghi lại đầy đủ thông số của quá trình công nghệ. Với thiết bị sấy thí nghiệm của mình chúng ta rút ra được những kết luận sau đây: *)Khi chênh lệch nhiệt độ giữa cửa vào và cửa ra không đổi khoảng 3-40 C và hiệu độ ẩm tương đối khoảng 1-2% thì cũng là lúc quá trình sấy hầu như dừng và ta thu được rất ít nước ngưng tụ. Ta có thể dừng quá trình sấy ở đây nếu không có yêu cầu đặc biệt về độ ẩm của sản phẩm. Những kết luận trên đây đúng với tất cả các mẫu sấy thử của chúng ta không phụ thuộc vào điều kiện bên ngoài. Trong điều kiện lượng vật sấy quá ít so với công suất thiết kế thì chênh lệch độ ẩm có thể là 0 (ví dụ trong trường hợp sấy mẫu enzym) *) Ta sẽ dừng hệ thống ngay khi cảm biến mức báo đã gom đủ lượng nước yêu cầu *)Với chế độ sấy ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ cao nhất(từ 50-600C) của tác nhân sấy sau giàn nóng của máy lạnh (đóng vai trò là calorife) chúng ta sử dụng một cuộn dây đốt để đốt nóng cho vật sấy ngay từ khi bắt đầu quá trình sấy và sẽ bám vào nhiệt độ cao nhất thu được để điều khiển tắt hay bật cuộn đốt nóng phụ này. Chương III Thiết kế hệ điều khiển giám sát cho hệ Thống I. Cơ sở của thuật toán điều khiển. Dựa vào các nhận xét quan trọng từ phần kết quả thực nghiệm về sự thay đổi trạng thái của tác nhân sấy và lượng ẩm ngưng tụ được ở dàn ngưng ẩm từ đầu cho đến cuối quá trình sấy. Chúng ta xây dựng thuật toán điều khiển cho hệ thống. Chương trình điều khiển cho phép hệ thống vận hành ở các chế độ nhiệt khác nhau. Tự động phát hiện điểm dừng và dừng khi đến cuối quá trình sấy. Cụ thể như sau với mỗi loại sản phẩm chúng ta tiến hành thí nghiệm nhiều lần để tìm ra các điểm tới hạn của quá trình. Yêu cầu trong các lần thí nghiệm đó cùng một lượng vật sấy có chất lượng như nhau. Điểm tới hạn là điểm mà ở đó nhiệt độ đó hiệu nhiệt độ cửa vào và nhiệt độ cửa ra không đổi, khi đó quá trình trao đổi nhiệt giữa vật sấy và tác nhân sấy đã hoàn thành nhiệt lượng được cung cấp để làm ẩm trong vật sấy bay hơi. Khi hiệu độ ẩm giữa cửa ra và cửa vào không đổi là lúc quá trình bay hơi ẩm dừng lại. Nói cách khác quá trình sấy của chúng ta đã hoàn thành. Với một lượng vật sấy quá ít thì hiệu nhiệt độ và độ ẩm sẽ rất nhỏ trong trường hợp này chúng ta sử dụng các bộ định thời Timer để điều hành quá trình sấy là tốt nhất. Chương trình điều khiển sẽ thay đổi các giá trị tới hạn và . Trong chương trình điều khiển của mình chúng em chọn cà rốt với khối lượng là 400g để lấy thông số cho quá trình điều khiển. Tuy nhiên các giá trị trên không có nhiều biến động đối với mỗi loại vật sấy. Vì với mỗi loại vật sấy thì thời gian đạt đến trạng thái tới hạn là khác nhau. Mặt khác khi tổn thất cân bằng với nhiệt lượng cấp vào thì nhiệt độ đạt được là nhiệt độ tới hạn. Dựa vào đặc điểm này chúng em xây dựng thuật toán theo lưu đồ sau đây. Lưu đồ thuật toán (phụ lục 1). II. Lập trình điều khiển cho thiết bị. 1. Cấu trúc phần cứng của một hệ điều khiển có phản hồi Trước hết ta tìm hiểu về cấu trúc phần cứng của một hệ điều khiển có phản hồi (feed back). Dựa vào sai lệch giữa đầu ra và giá trị đặt để điều khiển cơ cấu chấp hành tác động lên đối tượng. Đối với các đầu ra số chúng ta đóng, cắt thiết bị trực tiếp bằng PLC hoặc sử dụng rơ le trung gian. Bộ điều khiển cũng được trang bị các module analog Input để nhận tín hiệu truyền về từ các bộ truyền xa. Các đầu ra tương tự được dùng để điều khiển các thiết bị đầu ra tương tự. Bộ điều khiển cũng được trang bị module mềm PID giúp cho nguời lập trình điều khiển cho bộ điều khiển PID Hình 3.1 Cấu trúc hệ điều khiển có phản hồi Thuật toán của chương trình sẽ được hiện thực qua ngôn ngữ lập trình sau đó được nạp vào bộ điều khiển. Các thiết bị đầu vào có thể là các nút bấm, công tắc hành trình, cảm biến các loại Các thiết bị đầu ra (Cơ cấu chấp hành) có thể là van, bơm, động cơ, nhiệt điện trởCác đại lượng đo đạc được gọi là các biến quá trình được đo trực tiếp và truyền tín hiệu về bộ điều khiển dưới dạng tín hiệu điện chuẩn có thể là dòng hoặc áp thông qua bộ truyền xa (Transmitter). Để hiện thực thuật toán điều khiển của mình chúng ta chọn bộ điều khiển Micrologix1500 của hãng Rockwell Automation. Khối cơ bản của bộ điều khiển gồm có 12 đầu vào số mức điện áp 24V, 12 đầu ra rơ le 220V-2A, một module analog gồm 4 đầu vào tương tự chúng ta lựa chọn dạng tín hiệu dòng chuẩn từ 4-20mA. 2. Cách đánh địa chỉ trên bộ điều khiển MicroLogix1500. Với các đầu I/O ta đánh như sau: M:e.s/b. Trong đó M: là I hoặc O. e : Slot, đây là số thứ tự của khe cắm đối với các I/O cơ sở thì số Slot là 0. Các module mở rộng sẽ số Slot từ 1 đến 30 Slot là tối đa. s: Là số từ ( Mỗi từ 16 bit được đánh số từ 0 đến 15). b: địa chỉ bit. Với các bộ Timer Tf:e.s/b f : là số file với Timer f được ngầm định là 4 nếu mở rộng có thể đánh số từ 9255. e : Số phần tử, phụ thuộc vào các bộ điều khiển khác nhau bộ điều khiển càng lớn thì e càng lớn với các loại SLC thì e từ 0 đến 255. Riêng MicroLogix1000 chỉ có 40 Timer được đánh số từ 0 đến 39. s : Phần tử con đây là từ để lưu các giá trị như PRE, ACC của Timer b: số thứ tự của bit trong từ (Từ 0 đến 15 với từ đơn và từ 0 đến 31 với từ kép). Với file số nguyên Nf:e/b f : ngầm định là 7 nếu ta cần thêm các số nguyên thì có thể mở rộng từ 9 đến 255. Miễn là nó không trùng số file với bất kì file mở rộng nào trước đó. e : số phần tử nằm trong khoảng từ 0 đến 255 mỗi phần tử có độ dài là 16 bit. b : Số thứ tự bit trong từ đó. Với file bit B Có 2 cách đánh địa chỉ đối với các phần tử của file trên. Bf:e/b. Trong đó f là số file ngầm định là 3 cũng có thể mở rộng thêm từ 9 đến 255. e : số của từ có giá trị từ 0 đến 255. b: số phần tử trong từ nằm trong khoảng từ 0 đến 15. Bf/b. Trong đó f là số thứ tự file 3 hoặc từ 9 đến 255 (nếu cần), b là số thứ tự của bit trong file. Ta đánh luôn số thứ tự của bit từ 0 đến 4095 mà không cần phải viết qua cấp từ. Với các module analog : Do độ phân giải của các module này là 16 bit tương đương với một từ nên cách đánh địa chỉ không khác cách đánh I/O đã trình bày mà khi đánh địa chỉ ta dừng lại ở cấp từ. Ví dụ I:1.0 tức là module Input Slot số 1 và từ số 0. 3. Các dạng tín hiệu Thiết bị đầu vào gồm có 2 cảm biến HTS-801 mỗi cảm biến bao gồm 2 đầu đo một đầu đo nhiệt độ, một đầu đo độ ẩm ngoài ra còn tích hợp thêm 2 bộ truyền xa để gửi tín hiệu về PLC, thiết bị đầu vào còn có các nút nhấn Start, Stop, công tắc phao và các tiếp điểm thông báo trạng thái hoạt động của các thiết bị đầu ra. Thiết bị đầu ra của chúng ta gồm có 3 động cơ máy nén, 3 quạt và một cuộn đốt nóng phụ. Trong phạm vi hạn hẹp của báo cáo này ta không đề cập chi tiết đến cách ghép nối các thiết bị vào bộ điều khiển mà xin nêu ra dưới đây nguyên tắc ghép nối chung nhất và cách xử lý tín hiệu tương tự gửi về từ các cảm biến. Tín hiệu TOR(ON-OFF). Hình3.2. Biều đồ tín hiệu TOR Tất cả các thiết bị đầu vào dạng này đều là các công tắc thường đóng(NC) hay thường mở(NO). Khi bị tác động công tắc này mở ra(cắt mạch) hay đóng lại(thông mạch) và gửi về bộ điều khiển tín hiệu logic là 0 hay 1. Tín hiệu dạng này thường dùng trong tự động hoá (công tắc hành trình, bộ phát hiện tiệm cận). Trong thiết bị của mình chúng ta có những thiết bị đầu vào kiểu TOR như : Các nút bấm Start, Stop và các cặp tiếp điểm thường mở thông báo trạng thái hoạt động của các cơ cấu chấp hành. Tín hiệu tương tự Khi người vận hành muốn biết cụ thể giá trị của các biến quá trình như : Nhiệt độ, độ ẩm, mức, lưu lượng, độ PHĐể đo được giá trị của các đại lượng theo một độ chính xác nhất định ta phải dùng cảm biến tương tự. Cảm biến tương tự chuyển các giá trị nhiệt độ, độ ẩm, áp suất dưới dạng tín hiệu nằm giữa 2 giới hạn có thể là dòng hay áp. Dưới đây là mô tả toán học tín hiệu đưa về của cảm biến HTS-801 lấy ví dụ ta sẽ xử lý tín hiệu nhiệt độ do bộ cảm biến – truyền xa này gửi về. HTS-801 chuyển tín hiệu nhiệt độ thu được thành dạng tín hiệu cỡ vài mV. Nếu muốn đưa về PLC thì nó phải qua bộ chuyển đổi truyền xa thành dạng chuẩn từ 420 mA. Dải nhiệt độ làm việc của HTS-801 là từ -15 600C . Nếu coi tín hiệu gửi về bộ điều khiển là một hàm của nhiệt độ thì đồ thị của hàm này là một đường thẳng đồng biến có đồ thị như sau: Hình 3.2. Biểu đồ tín hiệu tương tự Khi muốn biết tín hiệu gửi về tương ứng với bao nhiêu độ ta chỉ cần tìm điểm đó trên tung độ kéo sang ngang cho cắt đường đồ thị và dóng xuống hoành độ đó chính là giá trị nhiệt độ hiện tại. Khi tín hiệu được truyền về bộ điều khiển thì nó lại có những hàm riêng để xử lý tín hiệu loại này. PLC dùng một từ (Word) 16 bit để mã hoá tín hiệu analog đầu vào. Do đó tín hiệu tương tự thu được nằm trong khoảng từ 032767 . Hàm mà chúng ta dùng để xử lý tín hiệu từ cảm biến đưa về gọi là hàm SCP. Sau dây là một số hàm, thủ tục mà chúng ta sử dụng trong chương trình điều khiển. Thủ tục SCP Hình 3.3 Biểu tượng thủ tục SCP Ta có thể thấy hiện nay giá trị thu vào từ cổng I:1.2 là 26005 tương ứng với nhiệt độ là 300C . Cách xử lý tín hiệu tương tự được trình bày trong phụ lục 2. Timer Bộ Timer là một bộ định thời có hai kiểu Timer đó là Timer có nhớ và Timer không có nhớ. Trong chương trình chúng ta sử dụng bộ Timer không có nhớ bật trễ. Hình 3.4 Timer bật trễ TON Khi có lệnh cho hệ thống làm việc tức là bit B3:0/1 được bật lên các máy nén làm việc nhưng phải sau khoảng thời gian nhất định mà ta đặt trước thì cuộn đốt nóng phụ mới làm việc. Timer mà ta sử dụng có địa chỉ T4:1 độ phân dải (Time Base) là 1s. Giá trị đặt trước là 60s tương ứng với 1 phút. Trong trường hợp cụ thể này 1 phút sau khi các máy nén làm việc thì hệ thống đốt nóng phụ bật lên. Tác dụng bật trễ như vậy là giảm tải cho máy nén khi nó vừa khởi động. Sau khi đếm đủ 60s thì bit hoàn thành của Timer bật lên ta sẽ dùng bit này để đóng cuộn đốt nóng phụ. Thời gian đặt trước của Timer hoàn toàn có thể thay đổi được hay được truyền xuống từ màn hình giám sát. Bộ trừ. Hình 3.5 Bộ trừ MicroLogix1500 cung cấp cho ta các thủ tục toán học trên đây là biểu tượng của bộ trừ. Bộ trừ có nhiệm vụ trừ giá trị có trong nguồn A cho giá trị có trong nguồn B và cất nó vào đích ( Destination ). Bộ trừ là thủ tục đầu ra có thể có điều kiện hoặc không có điều kiện Bộ cộng Tương tự như vậy bộ cộng có tác dụng cộng nguồn A với nguồn B và cất vào đích. Hình 3.6 Bộ cộng Như trong bộ cộng trên ta cộng nhiệt độ đặt với 1 rồi cất vào địa chỉ N7:9 Bộ so sánh Khi cần so sánh 2 đại lượng với nhau người ta sử dụng bộ so sánh. Có các bộ so sánh như so sánh bằng, so sánh lớn hơn, so sánh nhỏ hơn Khi biểu thức so sánh là đúng thì tín hiệu gửi ra là 1. Các bộ so sánh thuộc loại thủ tục đầu vào tức là đằng sau nó phải mắc thêm các thủ tục đầu ra khác. Dưới đây ta đi tìm hiểu một số bộ so sánh. Bộ so sánh nhỏ hơn hoặc bằng Hình 3.7 Bộ so sánh nhỏ hơn hoặc bằng Khi nguồn A có giá trị nhỏ hơn hoặc bằng nguồn B thì tín hiệu sẽ gửi giá trị logic đầu ra là 1 ngược lại là 0 Bộ so sánh lớn hơn Hình 3.8 Bộ so sánh lớn hơn Khi giá trị trong nguồn A lớn hơn hoặc bằng giá trị trong nguồn B thì nó sẽ gửi tín hiệu logic là 1. Thủ tục chương trình con Trong chương trình chúng ta cũng sử dụng các chương trình con. Mục đích của chương trình con là làm cho thuật toán điều khiển rõ ràng hơn trong từng trường hợp. Ví dụ trong chương trình viết cho hệ thống sấy chúng ta có 2 chương trình con một chương trình điều khiển hệ thống ở chế độ chạy theo nhiệt độ đặt một chương trình điều khiển hệ thống ở chế độ thủ công. Chương trình chính được đánh dấu là file số 2 các chương trình con bắt đầu từ số thứ 3 trở đi. Thủ tục JSR đây là thủ tục nhảy đến chương trình con đã được soạn sẵn Hình 3.9 Thủ tục nhảy đến chương trình con Trong chương trình khi nguời vận hành nhấn nút chọn chế độ thì lập tức hệ thống sẽ nhảy từ chương trình chính sang chương trình con Thủ tục SBR. Mỗi chương trình mà ta viết ra được đánh số từ 3 đến 255 ta phải đánh dấu cho bộ xử lý biết rằng đây là chương trình con. Thủ tục này ở đầu thang đầu tiên viết cho chương trình con Hình 3.10a Nhãn chương trình con Đằng sau thang này ta viết bình thường như các chương trình khác. Khi thoát khỏi chương trình con hệ thống sẽ nhớ trạng thái trước đó của các đầu và ra, khi nhảy vào trở lại nó sẽ tiếp tục hoạt động như trước khi nhảy ra. Thủ thoát khỏi chương trình con hiện hành RET Hình 3.10b Thủ tục thoát khỏi chương trình con Khi điều kiện thang trở nên đúng, hoặc là điều kiện nhảy vào sai(trong trường đầu vào thủ tục RET bỏ trống) chương trình sẽ thoát khỏi chương trình con hiện tại và trở về chương trình đã gọi nó có thể là chương trình chính hoặc chương trình con khác. Thủ tục OTL.(Output Latch) và OUT( Output Unlatch). Đây là thủ thục rẽ nhánh đầu ra và thôi không rẽ nhánh đầu ra tức là khi đầu vào có tín hiệu không tự duy trì được thì ta set bit đầu ra bằng thủ tục này. Đầu ra được Latch chỉ bị reset về không khi gặp thủ tục OTU (Output Unlatch) với cùng một địa chỉ. Hình 3.11 Thủ tục rẽ nhánh đầu ra OTL Khi nhấn nút Start thì bit B3:0/0 được bật lên báo hiệu đã nhận được lệnh khởi động hệ thống và sẽ chạy theo chương trình đã được lập trình sẵn Hình 3.12 Thủ tục chống rẽ nhánh đầu ra OUT Khi nhấn nút Stop hệ thống sẽ tắt bit B3:0/0 báo hiệu đã nhận được lệnh dừng chương trình. Hai thủ tục trên lúc nào cũng phải được sử dụng theo cặp. Chương trình điều khiển được lập trình bằng ngôn ngữ hình thang trên phần mềm RSLogix500 của Rockwell Automation.(phụ lục 3) III. Thiết kế giao diện người máy, điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu. Giao diện người máy-HMI (Human Machine Interface) là một phương tiện giúp người vận hành giao tiếp với máy nói cách khác là vận hành, giám sát tình trạng của máy can thiệp kịp thời khi có sự cốGiao diện HMI có thể là rất đơn giản chỉ gồm những nút bấm, đồng hồ chỉ thị kim tại chỗ hoặc có thể gồm nhiều trang giao diện phức tạp trên màn hình máy tínhNhưng dù là một HMI đơn giản hay phức tạp thì nó vẫn phải đảm bảo nguyên tắc thân thiện với người vận hành, dễ dùng. Ngày nay ở các nhà máy hiện đại người ta xây dựng một hệ điều khiển tự động hoá cao trên các phần mềm SCADA chuyên nghiệp ở đó tất cả các quá trình công nghệ đều được mô tả một cách sinh động kèm theo những thông số chính xác về tình trạng của các máy móc cũng như diễn biến của quá trình công nghệ. Điều này giúp người vận hành có một cái nhìn toàn diện về quá trình và có những quyết định can thiệp khi sự cố diễn ra mà không cần thiết phải xuống tận hiện trường. Điều này cũng tỏ ra rất hữu hiệu khi hiện trường sản xuất có môi trường độc hại hay nguy hiểm. Ngoài ra còn có nhiều tiện ích như báo động cho người vận hành biết tình trạng quá giới hạn của một biến quá trình nào đó, tự động ghi chép thông số theo lệnh hoặc theo chu kì. Khi chúng ta sản xuất theo mẻ thành phần nguyên liệu thay đổi chúng ta có thể thay đổi giá trị đặt bằng việc xây dựng công thức về tỷ lệ các nguyên liệu, tự động vẽ đồ thị theo thời gian thực Các bước cần tiến hành khi thiết kế một dự án. Mỗi một file được phần mềm tạo ra gọi là một dự án. Trong dự án này chúng ta phải khai báo truyền thông, xây dựng màn hình giám sát, tạo cơ sở dữ liệu và kết nối cơ sở dữ liệu với bộ điều khiển. Trước tiên chúng ta có thể dùng phần mềm giám sát để thực hiện chức năng giám sát quá trình từ đó tìm ra thuật toán điều khiển cho quá trình. Kết nối truyền thông. Ta dùng phần mềm RSLinx để kết nối PLC với PC Hình 3.13 Giao diện RSLinx định cấu hình trình điều khiển Hình 3.14 Cấu hình mạng và các node mạng Trong phần Comunication chọn RS232 Device, click Add New, Configure, Auto Configure, Phần mềm sẽ tự nhận dạng phần cứng. Khai báo Chanel Chanel là một kết nối giữa RSView32 với một mạng các PLC . Mỗi dự án có khả năng quản lý 4 chanel. Hình 3.15 Trình quản lý dự án Vào Edit Mode chọn thư mục System. Chọn Chanel Hình 3.16 Giao diện khai báo Chanel Khai báo kiểu mạng là DH-485. Chọn trình điều khiển truyền thông sơ cấp là AB_DF1-1. Khai báo Node. Node(nút) là đại diện cho một thiết bị nối vào kênh Thiết bị nối vào kênh là một thiết bị phần cứng có thể là các bộ PLC, Driver cho động cơ. Rockwell đánh số mạng rất đơn giản nó dùng một số bát phân(Octal) để đánh dấu cho một nút mạng(Station Name). Đây chính là số định danh của thiết bị phần cứng đó. Khi muốn lập trình giám cho một nút phân tán bất kì. Ta có thể truy nhập theo cấu trúc sau đây: Chanel/Node. Và sau đó địa chỉ trên nút đó được gọi đến như trong trường hợp có 1 PLC. Ngoài ra cũng có các Node mềm khác được nối vào kênh để phục vụ cho điều khiển quá trình, trao đổi dữ liệu động Đó chính là các DDE/OPC Server. Thời gian ghi trong ô Time out là khoảng thời gian chờ đợi phản ứng từ bộ điều khiển. Sau thời gian 3s do mất nguồn, hoặc sự cố truyền thông thì RSView32 sẽ thông báo lỗi cho người vận hành biết để xử lý. Hình 3.17 Giao diện khai báo nút mạng trong RSView32 Chọn nguồn dữ liệu Data Sourse là Direct Driver Chọn Chanel 1 kiểu DH-485 Station chọn 01. Click Enable. Click Close để kết thúc khai báo. Từ bây giờ PLC đã được giám sát bởi Rsview32. Khai báo thời gian vòng quét. Thời gian giữa 2 vòng quét của PLC là khoảng thời gian mà dữ liệu trong bộ nhớ của PLC được cập nhật lại. Thì thời gian giữa hai vòng quét của RSView32 cũng là khoảng thời gian để nó cập nhật các dữ liệu được truyền lên từ PLC hoặc các dữ liệu tổng hợp ở bộ nhớ trong của nó. Thời gian vòng quét của RSView32 lớn hơn thời gian vòng quét của PLC. Trên thực tế thời gian vòng quét của PLC nằm trong cỡ dưới 200ms. Còn thời gian vòng quét của RSView32 cỡ từ 1 cho đến vài giây. Nếu thời gian vòng quét ở cấp giám sát càng nhỏ thì khối lượng dữ liệu PC phải xử lý càng nhiều. Nên Rsview32 chia dữ liệu cần cập nhật ra làm 2 chế độ quét. Quét nổi và quét nền. Chế độ quét nổi dành cho các tag hiển thị trong đồ thị đồ hoạ, chế độ quét nền dành cho các tag khác. Hình 3.18 Khai báo thời gian vòng quét Trong dự án chúng ta giữ nguyên thời gian vòng quét cho chế độ quét nổi là 1s. Quét nền là 5s. Tag Database Tag là thuật ngữ mà các phần mềm giám sát chỉ một đầu vào trong CSDL của mình. Tag có tag nội và tag ngoại hay nói cách khác tag trong bộ nhớ hay tag thiết bị. Tag trong bộ nhớ là tag do chúng ta khai báo và nó nằm trong bộ nhớ của PC. Tag thiết bị có thể là địa chỉ của các đầu vào, ra, Timer, Counter, số nguyên, số thực trong PLC. Hình 3.19 Cơ sở dữ liệu biến Trong hình trên ta đang xem xét một Device tag có tên là bit_nhiệt_cao. Kiểu tag là digital (Tag số). Trực thuộc nút ML1500 đây chính là nút đại diện cho bộ điều khiển MicroLogix1500 mà chúng ta sử dụng. Địa chỉ là B3:0/2. Đây là bit số 2 trong từ đầu tiên của file B3. Thời gian vòng quét là 5s nếu ở chế độ quét nền , 1 s ở chế độ quét nổi. Giám sát tag(Tag Monitor). Mỗi một tag có thể được thông báo về trạng thái có lỗi hay không có lỗi, giá trị hiện tại Thông qua trình giám sát tag ví dụ ta muốn giám sát tag DDE_tag ta làm như sau. Trong trình đơn System click vào Tag Monitor. Trong ô được bôi đen ta nhập ký tự “*” và nhấn Enter danh sách các tag hiện có sẽ hiện ra Hình 3.20 Giao diện giám sát tag Trong Lits các tag ta chọn DDE_tag nhấn OK Hình 3.21 Giám sát tag DDE_tag Ta có thể thấy trạng thái của DDE_tag hiện nay là trạng thái không có lỗi và giá trị của nó hiên nay là 55. Chúng ta có thể lập danh sách các tag cần giám sát để tiện theo dõi. Hình 3.22 Trạng thái của tag được theo dõi không lỗi Startup dự án. Cũng giống như các chương trình thường trú của hệ điều hành Windows một dự án của RSView32 cho phép một số Macro, Derived tag, Chế độ Datalog được chạy ngay khi dự án vừa khởi động. Để cài đặt Startup một dự án ta làm như sau. Trong thư mục System ta click vào biểu tượng lá cờ mầu xanh Hình 3.23 Chọn chế độ khởi động dự án trong trình quản lý dự án Hình3.24 Cửa sổ ưu tiên hiển thị Trong Preferences Tab ta có thể thấy những thành phần sẽ hiện ra khi dự án chạy. Ta có thể cho một thành phần biến mất hoặc hiện ra bằng cách chọn hay bỏ check box. Những thành phần sẽ khởi động ngay khi dự án chạy sẽ được tích dấu . Ta cũng có thể huỷ bỏ lựa chọn bằng cách click vào check box một lần nữa. ở hình dưới ta thấy rằng khi dự án chạy thì chức năng báo động sẽ bị kích hoạt, hệ thống cũng đồng thơi khởi động luôn các OPC/DDE Server, chế độ ghi chép dữ liệu được ghi vào thành một chế độ riêng của người vận hành. Màn hình đồ hoạ khởi tạo sẽ là màn hình có tên chào mừng. Các ô check box bị mờ đi là những thành phần ta không tạo ra. Ta cũng có thể tạo ra các thành phần khác nếu cần thiết. Hình3.24 Cửa sổ thiết lập khởi động dự án Trình soạn thảo đồ hoạ. Đây là chức năng soạn thảo giao diện người máy HMI. Rsview cung cấp cho ta nhiều cách khác nhau để soạn thảo giao diện. Những hình vẽ mô tả đối tượng hoặc quá trình có thể được lấy từ các thư viện có sẵn các hình vẽ và được phân loại chi tiết có đuôi gfx. Người lập trình cũng có thể tự vẽ giao diện và trình bày theo cách của riêng mình. Ngoài ra chúng ta có thể nhập khẩu các file định dạng đồ hoạ từ bên ngoài để làm hình nền ví dụ như các file có đuồi gif, bmp, jpg Sau khi vẽ được giao diện người máy chúng ta phải gán các thuộc tính hoạt hình phù hợp cho đối tượng. Sau đây ta sẽ đi tìm hiểu về việc gán thuộc tính hoạt hình cho một đối tượng. Ta để ý hình chữ nhật bên phải có màu xanh nhạt chiều cao của hình chữ nhật thể hiện nhiệt độ hiện thời của cửa vào buồng sấy(Process Value). Muốn như vậy ta gán cho hình chữ nhật đó thuộc tính hoạt hình điền đầy và gán tag cho nó như sau: Chọn hình chữ nhật click chuột phải vào nó sau đó chọn Animation, chọn Fill. Trong biểu thức nhập t_vào. Chọn Fill Percent từ 0 đến 100% Xác định giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của nhiệt độ vào ô. Specify. Chọn hướng điền đầy lên. Chọn chỉ điền đầy ở trong (Inside Only). Nhấn colose. Giới hạn của tag được khai báo trong TagDatabase phải chứa khoảng từ giá trị min đến giá trị max trong ô Specify. Hình 3.25 Tạo thuộc tính hoạt hình Fill Bây giờ khi nhiệt độ tăng thì chiều cao của hình chữ nhật màu xanh sẽ cao lên, ngược lại thì nó sẽ hạ thấp xuống. Thuộc tính Fill được dùng rất nhiều để mô tả các biến liên tục như: Nhiệt độ, áp suất, mức của bình Tạo bản ghi dữ liệu Ngoài chức năng điều khiển giám sát RSView32 còn tự động ghi chép các thông tin về giá trị cũng như trạng thái của các tag vào các file bản ghi. Sau đây ta sẽ thiết lập chế độ ghi theo định kỳ 10 phút một lần. Hình 3.2 6 Chọn chế độ ghi chép dữ liệu Trong mục Data Log chọn Data Log Setup . Trước hết ta chọn kiểu dữ liệu được lưu trữ là dBaseIV(Wide). Cho phép hiển thị tất cả các tag trên một hàng trong một lần ghi dữ liệu. Hình 3.27 a. Thiết lập chế độ ghi chép tuỳ ý Giữ nguyên mặc định về đường dẫn và trình quản lý file. Trong Log Triggers ta chọn kiểu sẽ kích lệnh ghi tín hiệu. Có 3 cách để ghi tín hiệu: Tuần tự theo thời gian, nhờ vào sự thay đổi trạng thái của biến nào đó, hay khi có nhu cầu. Chúng ta chọn chế độ ghi tuần tự theo thời gian cứ 10 phút ghi một lần kể từ khi dự án bắt đầu hoạt động. Hình 3.27 b Mẫu một file bản ghi định dạng dBaseIV(rộng). Hình 3.28 Chọn cách ghi dữ liệu liên tục theo thời gian thực Trong phần tag in Model chúng ta liệt kê các tag sẽ được ghi trong bản ghi dữ liệu như hình dưới đây. Hình 3.29 Các tag được ghi vào trong bản ghi dữ liệu Nhấn vào nút () chúng ta sẽ có danh sách các tag tồn tại trong CSDL muốn ghi tag nào ta chọn tag đó và nhấn OK. Thứ tự từ dưới lên trên trong bảng nêu trên là thứ tự từ trái qua phải của bản ghi dữ liệu. Thiết lập đồ thị (Trend). Đồ thị là một ActiveX mà RSView32 nhúng vào trong màn hình hiển thị đồ hoạ. Nó có tính chất tổng quát không cụ thể cho một loại tag nào, người lập trình phải đặt các thuộc tính cho nó để đồ thị hiển thị theo ý muốn. Hình 3.30 Chọn kích thước đồ thị Mở một trang hiển thị mới trên thanh Drawing chọn biểu tượng như trên hình vẽ. Nhấp chuột trái và kéo đến kích thước hiển thị mong muốn thì dừng lại. Chương trình sẽ tự động căn giới hạn đối tượng dựa vào giá trị min, max của tag mà chúng ta đã khai báo trước đó. Vì vậy đối với mỗi tag sẽ vẽ đồ thị chúng ta cần xác định rõ giới hạn của nó sẽ nằm trong miền nào. Ví dụ dưới đây chúng ta khai báo DDE_tag có phạm vi nằm trong khoảng từ 0 đến 100. Nên đồ thị của chúng ta hiển thị với giá trị tung độ nằm trong khoảng từ 0 đến 100. Hoành độ theo thời gian thực. Hình 3.31 Tuỳ biến trang hiển thị đồ thị Nhấp sang PenConfiguration Tab, để xác minh tag nào được vẽ trên đồ thị cũng như màu sắc hay chú giải của đường đồ thị Hình 3.32 Định nghĩa đường đồ thị Nhấn chuột vào nút() để tìm đến tag cần ghi ví dụ ta sẽ vẽ đồ thị của tag có tên là DDE_tag như sau: Sau đó nhấn OK cuối cùng ta thu được đồ thị theo thời gian thực như sau: Hình 3.33 Trang đồ thị thể hiện giá trị của DDE_tag theo thời gian thực Đường đỏ là đồ thị của DDE_tag theo thời gian thực giá trị hiện tại là 70 là giao của đường đỏ và mép ngoài bên phải của đồ thị (trục tung). Tag mà chúng ta đang cập nhật đồ thị là một tag của DDE Server có tên là SAWTOOTH nó tạo ra xung răng cưa như trên hình vẽ. Trên đây là phần tóm tắt ngắn gọn về thiết kế hệ điều khiển và giám sát cho hệ thống sấy tự động các sản phẩm kém chịu nhiệt. Trong thời gian tới khi điều kiện thời gian cho phép chúng em sẽ nâng cấp hệ thống về phần cơ khí, tự động cũng như giám sát để hệ thống đạt chất lượng cao hơn. Các trang giao diện chính. Giao diện gồm có 4 trang : Main Page, Manual, Hi-Temp và Trend ngoài ra gồm có các trang giao diện phụ khác. Từ giao diện chính người vận hành có thể chọn chế độ sấy, khởi động chế độ sấy tự động cũng từ trang này chúng ta có thể di chuyển đến bất cứ một trang nào phù hợp với sự lựa chọn. Ngoài ra trang đồ thị, báo động giúp cho người vận hành dễ dàng nắm bắt được tình trạng cũng như xu hướng của quá trình. Dưới đây là một số trang giao diện người máy và các tiện ích mà hệ thống được trang bị Hình 3.34 Trang chủ Từ trang chủ này chúng ta có thể nắm được các thống số của quá trình công nghệ như nhiệt độ, độ ẩm của cửa vào cửa ra. Tình trạng của các thiết bị đang làm việc hay dừng. Ta cũng có thể chuyển đến các trang hiển thị khác như chế độ sấy thủ công, chế độ sấy có gia nhiệt bổ sung ở hình trên cho thấy hệ thống đang chạy ở chế độ tự động hoàn toàn. Nhiệt độ cửa vào là 330C độ ẩm , nhiệt độ cửa ra 310C và độ ẩm cửa ra . Ngoài ra còn cho phép chúng ta nắm được tình trạng của các cơ cấu chấp hành đó là các máy nén và quạt đang làm việc, cuộn đốt nóng bổ xung không làm việc. Hình 3.35 Sơ đồ kiến trúc hệ thống Bộ điều khiển PLC được kết nối với máy tính qua cổng RS232 với giao thức Full Duplex(Song công hoàn toàn) tức là kênh truyền tin có thể giữ và nhận tín hiệu cùng một lúc. Để giám sát PLC này chúng ta nối máy PC với PLC thông qua phần mềm RSLinx. Phần mềm giám sát được cài đặt để điều khiển giám sát quá trình hoạt động của hệ thống cũng như đo đạc ghi chép các thông số công nghệ. Kiến trúc hệ thống gồm có 3 tầng. Cấp trường (bao gồm các cảm biến, các cơ cấu chấp hành) Cấp điều khiển PLC, cấp giám sát PC kết hợp với phần mềm điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu RSView32. Hình 3.36 Trang đồ thị chính Trang đồ thị vẽ lại các thông số công nghệ theo thời gian thực ta có thể nhận thấy sự biến đổi cũng như xu hướng thay đổi của các biến quá trình . Đồ thị có thể phóng to để nguời vận hành thấy rõ hơn sự thay đổi của các thông số công nghệ. Hình lớn là đồ thị 4 thông số nhiệt độ, độ ẩm cửa vào và cửa ra. Hai trang đồ thị nhỏ là đồ thị thể hiện 2 cặp thông số nhiệt độ vào-ra(trái), độ ẩm vào-ra(phải). Biểu tượng của file Excel là báo cáo do máy tự động ghi và cập nhật. Khi ta kéo con trỏ qua nó nó sẽ sáng lên(được bao quanh bởi một hình chữ nhật). Khi nhấp chuột vào nó nó sẽ hiện ra báo cáo. Nhấn nút Back để quay lại màn hình chính. File Excel được nhúng vào màn hình đồ thị là một OLE object theo kiểu link đối tượng. Tức là biểu tượng trên màn hình đóng vai trò một Shortcut khi ta kích vào Shorcut đó nó sẽ mở ra file nguồn dữ liệu mà ta cần. Việc chỉ tạo đường link đối tượng sẽ giúp giảm dung lượng chương trình và khởi động nhanh hơn trong trường hợp nhúng hẳn đối tượng vào màn hình hiển thị. Chỉ có điều khi di chuyển dự án ta gặp một khó khăn là đánh lại đường dẫn mới cho đối tượng và rất dễ gây ra lỗi khi ta không di chuyển hết các file thành phần của nó. Nói chung người ta chỉ nhúng hẳn đối tượng khi chương trình nhỏ và chiếm ít bộ nhớ. Với các chương trình lớn tạo đường link là cách thích hợp nhất. Hình 3.6.Chế độ hoạt động theo nhiệt độ đặt trước Ta nhập giá trị nhiệt độ đặt vào ô SET POINT và nhấn nút Start để khởi động hệ thống. Cột bên trái là giá trị đặt SP. Cột bên phải là giá trị thực của nhiệt độ cửa vào được gửi về từ cảm biến. Muốn thoát khỏi chế độ này ta xác định chọn lựa bằng cách nhấn nút Start/Stop. Sau khi nhấn nút Start thì nhiệt độ PV tăng dần lên đến khi nào PVSP+1 thì ta ngắt cuộn đốt nóng bổ xung và khi PVSP-1 thì ta lại bật nó lên. PV sẽ thay đổi mầu khi vượt qua các ngưỡng nhiệt độ khác nhau do người vận hành đặt. Điều này sẽ làm quá trình theo dõi được dễ dàng hơn. Ví dụ khi nhìn vào hình trên ta thấy PV đang có mầu đỏ điều này chứng tỏ nhiệt độ cửa vào đã lớn hơn hoặc bằng 400C. Hình 3.7.Chế độ vận hành thủ công từ xa Trong chế độ này chúng ta có thể đóng ngắt các thiết bị đầu ra bằng cách kích chuột vào các nút bấm tương ứng đèn xanh là thiết bị ngừng đèn đỏ là thiết bị đang ở trạng thái hoạt động. Ta nhấn nút ENTER để xác nhận chương trình sấy thủ công hoặc thoát khỏi chế độ thủ công. Sở dĩ như vậy là vì thủ tục nhấn nút Enter là thủ tục “nhảy vào” và “nhảy ra” khỏi chương trình con. Khi “nhảy ra” nó sẽ lưu lại trạng thái trước đó của các biến và khi “nhảy vào” trở lại nó sẽ hoạt động như trước khi nó có lệnh “nhảyra”. Hình 3.8 Bảng dữ liệu do máy tính tự động ghi và cập nhật Chương trình tự động ghi dữ liệu vào file bản ghi dạng dBase file và được cập nhật liên tục theo thời gian do chúng ta mong muốn hay theo lệnh của người vận hành. Chúng ta có thể sử dụng tiện ích của MS Excel để truy nhập đến dữ liệu được ghi theo ngày tháng, giờ, phút IV. kết luận Nhu cầu sấy các sản phẩm kém chịu nhiệt là rất lớn và ngày càng tăng Việc nghiên cứu chế tạo thiết bị và chuyển giao công nghệ đang rất bức thiết. Đề tài đã nghiên cứu và xây dựng thành công hệ thống sấy các sản phẩm kém chịu nhiệt ở quy mô phòng thí nghiệm. Hướng nâng cấp tiếp theo của đồ án là tiếp tục hoàn thiện phần cơ khí, trang bị thêm các thiết bị đo lường, cơ cấu chấp hành nâng cao chất lượng điều khiển. Từng bước triển khai ở quy mô lớn hơn. Đồ án đã đáp ứng được yêu cầu và giải quyết sơ bộ nhiệm vụ đặt ra. Nhưng do hạn chế về nhiều mặt nên đồ án vẫn còn nhiều bất cập và thiếu sót. Chúng em rất mong được sự đóng góp của các thầy cô và các bạn Tài liệu tham khảo I. Giáo trình kĩ thuật sấy nông sản thực phẩm. Nguyễn Văn May. Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật. II. Kỹ thuật lạnh ứng dụng. Nguyễn Đức Lợi, Phạm Văn Tuỳ, Đinh Văn Thuận. Nhà xuất bản Giáo dục. III. Các quá trình, thiết bị trong công nghệ hoá chất và thực phẩm. Tập 4. GS.TSKH Nguyễn Bin. Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật. IV. Thiết bị trao đổi nhiệt Bùi Hải , Dương Đức Hồng, Hà Mạnh Thư. Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật V. Kỹ thuật sấy Hoàng Văn Chước Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật VI. Máy lạnh và điều hoà không khí Nguyễn Văn May Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật VII. Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh Nguyễn Đức Lợi Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật VIII. Môi chất lạnh Nguyễn Đức Lợi, Phạm Văn Tuỳ Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật IX. Bơm quạt máy nén Nguyễn Văn May Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật X. Hệ thống sấy công nghiệp và dân dụng Trần Văn Phú Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, Hà nội, năm 1994 XI. Cẩm nang kỹ thuật điện tự động hoá và tin học công nghiệp. Lê Văn Doanh dịch theo Electrotechnique Automatique et Informatique Industrielle. Nhà xuất bản foucher, Paris, 1997. XII. User manual RSView32 Rockwell Automation, 1998 Mục lục Chương I Tổng quan về bơm nhiệt và công nghệ sấy I. Bơm nhiệt. 1. Lịch sử ra đời và phát triển. Trang 2 2. Cấu tạo của bơm nhiệt. Trang 2 3. Ưu điểm của bơm nhiệt và ứng dụng trong thực tiễn. Trang 6 4. Vấn đề sử dụng bơm nhiệt tại Việt Nam và hướng phát triển. Trang 16 II. Lý thuyết về Công nghệ sấy. 1. Định nghĩa. Trang 18 2. Công nghệ sấy. Trang 18 3. Các phương pháp sấy nhiệt độ thấp. Trang 30 III. ứng dụng bơm nhiệt trong kĩ thuật sấy. 1. Mục đích. Trang 38 2. Cơ sở để xây dựng hệ thống. Trang 39 3. Yêu cầu đối với hệ thống sấy. Trang 39 4. Định hướng chung. Trang 39 5. Ưu điểm chính của hệ thống. Trang 41 IV. Kết luận. Chương II Cơ sở tính toán, thiết kế, chế tạo và thực nghiệm I. Cơ sở tính toán, thiết kế Trang 42 1. Cơ sở tính toán máy sấy bơm nhiệt. Trang 42 2. Tính thiết kế máy sấy Trang 44 3 Tính toán chu trình lạnh Trang 53 II. Chế tạo mô hình thực nghiệm Trang 63 III. Khảo sát và nghiên cứu thực nghiệm quá trình sấy 1. Sự thay đổi các thông số trạng thái của tác nhân sấy Trang 65 2. Lượng ẩm thoát ra của vật ẩm trong quá trình sấy Trang 66 3. Kết luận Trang 67 Chương III Thiết kế hệ điều khiển giám sát cho hệ Thống I. Cơ sở của thuật toán điều khiển Trang 68 II. Lập trình điều khiển cho thiết bị Trang 68 1. Cấu trúc phần cứng của một hệ điều khiển có phản hồi Trang 68 2. Cách đánh địa chỉ trên bộ điều khiển MicroLogix1500 Trang 70 3. Các dạng tín hiệu Trang 71 III. Thiết kế giao diện người máy, điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu Trang 68 IV. kết luận Trang103 Tài liệu tham khảo