Tự động điều khiển độ ẩm máy ấp trứng gia cầm bằng bộ điều chỉnh PID số S7 - 200

B¸o c¸o tãm t¾t NguyÔn V¨n TrÝ - §iÖn 45A - 1 - §Æt vÊn ®Ò Trong nhiÒu n¨m qua ngµnh n«ng nghiÖp n−íc ta cã nhiÒu nh÷ng thµnh tùu v−ît bËc, kh«ng chØ ®ñ cung cÊp nguån l−¬ng thùc, thùc phÈm cho ®Êt n−íc mµ cßn xuÊt khÈu ra thÞ tr−êng thÕ giíi. Víi thµnh tùu to lín ®ã, chóng ta ph¶i kÓ ®Õn ngµnh ch¨n nu«i gia cÇm ®· gãp phÇn quan träng cho nÒn kinh tÕ quèc d©n. Sù ph¸t triÓn cña ngµnh ch¨n nu«i nãi chung vµ ngµnh ch¨n nu«i gia cÇm nãi riªng ®· ®em l¹i lîi Ých kinh tÕ cho c¸c hé n«ng d©n, tõng b−íc xo¸ ®ãi gi¶m nghÌo vµ ngµy cµng cã nhiÒu hé gia ®×nh lµm giµu trªn m¶nh ®Êt cña m×nh nhê vµo kinh tÕ trang tr¹i. Ngµy nay, nÒn kinh tÕ trang tr¹i ®−îc ph¸t triÓn réng r·i trªn c¶ n−íc víi quy m« võa vµ lín do ®ã vÊn ®Ò con gièng lµ hÕt søc bøc xóc. Êp trøng nh©n t¹o b»ng m¸y Êp c«ng nghiÖp lµ ph−¬ng ph¸p tèi −u ®Ó s¶n xuÊt con gièng trong thêi gian ng¾n, tû lÖ Êp në cao, ®Æc biÖt cã thÓ Êp ®−îc mét sè l−îng trøng lín, vµ chÊt l−îng con gièng ®−îc n©ng cao. Trong qu¸ tr×nh Êp trøng, Èm ®é lµ mét trong nh÷ng th«ng sè rÊt quan träng nã ¶nh h−ëng rÊt lín ®Õn qu¸ tr×nh Êp në. V× vËy viÖc ®¶m b¶o l−îng Èm cÇn thiÕt cho qu¸ tr×nh Êp në lµ hÕt søc quan träng cho tõng giai ®o¹n Êp. Ngµy nay, viÖc ®−a PLC vµo c¸c d©y chuyÒn s¶n xuÊt c«ng nghiÖp ®· ®¸p øng tèt c¸c yªu cÇu trong ®iÒu khiÓn tù ®éng ho¸, nã ®· trë thµnh yÕu tè chÝnh ®Ó n©ng cao h¬n n÷a hiÖu qu¶ cña s¶n xuÊt trong c«ng nghiÖp n−íc ta. ViÖc ®−a PLC vµo ®iÒu khiÓn cho m¸y Êp trøng c«ng nghiÖp lµ rÊt cÇn thiÕt, v× nã ®¶m b¶o ®iÒu khiÓn chÝnh x¸c c¸c th«ng sè cho qu¸ tr×nh Êp në vµ cho hiÖu qu¶ Êp në cao, hÖ thèng ®iÒu khiÓn ngän nhÑ, dÔ dµng thao t¸c, mang l¹i hiÖu qu¶ kinh tÕ cao cho ng−êi n«ng d©n. Do vËy chóng t«i sö dông PLC S7- 200 víi CPU 224 ®Ó thùc hiÖn tù ®éng ®iÒu khiÓn ®é Èm cho m¸y Êp trøng gia cÇm. §−îc sù ph©n c«ng cña bé m«n §iÖn, víi sù h−íng dÉn cña thÇy gi¸o NguyÔn V¨n §−êng, chóng t«i tiÕn hµnh thùc hiÖn ®Ò tµi: "Tù ®éng ®iÒu khiÓn ®é Èm m¸y Êp trøng gia cÇm b»ng bé ®iÒu chØnh PID sè S7 - 200" ®· ®¹t ®−îc nh÷ng thµnh c«ng ®¸ng kÓ. B¸o c¸o tãm t¾t NguyÔn V¨n TrÝ - §iÖn 45A - 2 - Néi dung chi tiÕt cña ®Ò tµi ®· ®−îc tr×nh bµy trong b¸o c¸o chÝnh, bao gåm c¸c phÇn sau: Më ®Çu Ch−¬ng 1: Tæng quan vÒ Êp trøng gia cÇm vµ ®IÒu khiÓn ®é Èm trong m¸y Êp trøng gia cÇm Ch−¬ng 2: PLC S7 - 200 vµ c¸c module më réng Ch−¬ng 3: phÇn mÒm Step7- Micro Win32 vµ ch−¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn PID sè Ch−¬ng4: ChuyÓn ®æi vµ khuÕch ®¹i tÝn hiÖu Ch−¬ng 5: ThiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn ®é Èm trong m¸y Êp trøng gia cÇm KÕt luËn vµ kiÕn nghÞ Sau ®©y lµ tãm t¾t néi dung chÝnh cña ®Ò tµi: B¸o c¸o tãm t¾t NguyÔn V¨n TrÝ - §iÖn 45A - 3 - Ch−¬ng 1 Tæng quan vÒ Êp trøng gia cÇm vµ ®IÒu khiÓn ®é Èm trong m¸y Êp trøng gia cÇm Trong m¸y Êp trøng c«ng nghiÖp, cã hai chÕ ®é Êp lµ Êp ®¬n kú vµ Êp ®a kú, t−¬ng øng víi hai chÕ ®é Êp nµy ta cã m¸y Êp ®¬n kú vµ m¸y Êp ®a kú. C¸c chÕ ®é Êp kh¸c nhau th× yªu cÇu vÒ nhiÖt ®é vµ ®é Èm lµ kh¸c nhau. Êp ®¬n kú lµ chÕ ®é Êp mµ tÊt c¶ sè trøng trong m¸y ®Òu ®−îc ®−a vµo cïng mét lóc nªn chóng cã tuæi Êp vµ tuæi në gièng nhau. Êp ®a kú lµ lµ chÕ ®é Êp mµ trøng ®−îc ®−a vµo buång Êp theo tõng ®ît, th«ng th−êng lµ 3 ®ît, mçi ®ît c¸ch nhau lµ mét tuÇn. 1.1 Yªu cÇu vÒ ®é Èm trong m¸y Êp trøng gia cÇm. §é Èm lµ mét trong nh÷ng yÕu tè rÊt quan träng trong qu¸ tr×nh Êp. Yªu cÇu cô thÓ ®−îc x¸c ®Þnh theo c¸c b¶ng d−íi ®©y: * Yªu cÇu Èm ®èi víi m¸y Êp ®¬n kú B¶ng 1.1: B¶ng th«ng sè vÒ ®é Èm cña tõng giai ®o¹n Êp trong m¸y Êp ®¬n kú (®èi víi trøng gµ) C¸c giai ®o¹n Êp §é Èm t−¬ng ®èi (%) NhiÖt ®é nhiÖt kÕ −ít 1 ÷ 5 ngµy 60 ÷ 61% 30 ÷ 310C 6 ÷ 11 ngµy 55 ÷ 57% 29 ÷ 29,50C 12 ÷ 18 ngµy 50 ÷ 53% 28 ÷ 28,50C 19 ngµy 60% 300C 20 ÷ 21 ngµy 70 ÷ 75% 32 ÷ 330C B¸o c¸o tãm t¾t NguyÔn V¨n TrÝ - §iÖn 45A - 4 - * Yªu Èm ®èi víi m¸y Êp ®a kú B¶ng 1.2: B¶ng th«ng sè vÒ ®é Èm cña tõng giai ®o¹n trong m¸y Êp ®a kú (®èi víi trøng gµ) C¸c giai ®o¹n Êp §é Èm t−¬ng ®èi (%) NhiÖt ®é nhiÖt kÕ −ít 1 ÷ 15 ngµy 55 ÷ 57% 29 ÷29,50C 16 ÷21 ngµy 68 ÷ 75% 30 ÷ 32,50C 1.2 HÖ thèng ®iÒu khiÓn ®é Èm trong m¸y Êp trøng gia cÇm * Ph−¬ng ph¸p ®iÒu chØnh ®é Èm Trong c¸c m¸y Êp thÕ hÖ cò, ph−¬ng ph¸p ®iÒu chØnh ®ãng ng¾t th−êng ®−îc sö dông nhiÒu. Ngµy nay, trong c¸c m¸y Êp hiÖn ®¹i Ýt ®−îc sö dông. Trong c¸ch t¹o Èm b»ng ph−¬ng ph¸p vung n−íc qua c¸nh qu¹t trong m¸y, ng−êi ta sö dông ph−¬ng ph¸p ®ãng ng¾t ®Ó ®iÒu chØnh Èm ®é. Trong ®Ò tµi nµy, chóng t«i sö dông ph−¬ng ph¸p ®iÒu chØnh ®é Èm liªn tôc. Nguyªn lý cña ph−¬ng ph¸p ®iÒu chØnh liªn tôc lµ sö dông c¸c thiÕt bÞ b¸n dÉn c«ng suÊt lín ®Ó ®iÒu khiÓn quay ®éng c¬ cÊp Èm cho m¸y Êp trøng gia cÇm. B¸o c¸o tãm t¾t NguyÔn V¨n TrÝ - §iÖn 45A - 5 - * S¬ ®å cÊu tróc hÖ thèng ®iÒu khiÓn Èm ®é trong m¸y Êp trøng gia cÇm HÖ thèng ®iÒu chØnh tù ®éng th«ng th−êng ®−îc ph©n thµnh hai lo¹i: hÖ thèng ®iÒu chØnh kiÓu hë vµ hÖ thèng ®iÒu chØnh m¹ch vßng kÝn. Trong giíi h¹n cña ®Ò tµi ta sö dông ph−¬ng ph¸p ®iÒu chØnh tù ®éng m¹ch vßng kÝn. §©y lµ s¬ ®å cÊu tróc hÖ thèng ®iÒu khiÓn Èm ®é ë d¹ng ®¬n gi¶n nhÊt, lµm viÖc theo s¬ ®å m¹ch vßng kÝn, cã vßng ph¶n håi lµ bé c¶m biÕn tÝn hiÖu Èm ®−îc chuyÓn ®æi vµ khuÕch ®¹i thµnh tÝn hiÖu ®iÖn ¸p UϕPv. TÝn hiÖu ph¶n håi ®−îc so s¸nh víi tÝn hiÖu ®Æt tr−íc UϕSv ®−a ra ®é sai lÖch e (e= UϕSv- UϕPv). Bé ®iÒu khiÓn sÏ ®iÒu khiÓn bé t¹o Èm lµm viÖc theo tÝn hiÖu sai lÖch e. * Quy luËt ®iÒu khiÓn tû lÖ vi tÝch ph©n (PID) Bé ®iÒu khiÓn PID ®−îc thùc hiÖn bëi khèi PLC S7- 200- CPU 224. Gi¸ trÞ t¸c ®éng ®iÒu chØnh cña quy luËt ®iÒu khiÓn tû lÖ vi tÝch ph©n ®−îc x¸c ®Þnh bëi: U = KP.e + KI ∫ e.dt + KD dt de = Km ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ ∫ ++ dt de.Te.dt T 1e d I (1.1) NhËn xÐt: ViÖc tÝnh to¸n x¸c ®Þnh c¸c hÖ sè KP, TI, Td lµ vÊn ®Ò rÊt khã trong ph¹m vi cña ®Ò tµi. Bé ®iÒu khiÓn PID Bé t¹o Èm UϕSv e ϕ UϕPv H×nh 1.2: S¬ ®å cÊu tróc hÖ thèng ®iÒu khiÓn Èm ®é C§ vµ K§ B¸o c¸o tãm t¾t NguyÔn V¨n TrÝ - §iÖn 45A - 6 - * §iÒu chØnh tèc ®é quay ®éng c¬ b»ng ph−¬ng ph¸p ®iÒu chÕ ®é réng xung PWM Tèc ®é cña qu¹t thæi ®−îc ®iÒu khiÓn bëi ph−¬ng ph¸p ®iÒu chÕ ®é réng xung. Néi dung cña ph−¬ng ph¸p ®−îc tr×nh bµy d−íi h×nh sau: Trong ®ã: UT, U®k lÇn l−ît lµ ®iÖn ¸p tùa vµ ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn. U®k UT +E - E Ura OA a) a) Kh©u so s¸nh ®iÒu chÕ ®é réng xung b) Gi¶n ®å thêi gian xung ®Çu vµo vµ ®Çu ra Ura H×nh 1.3: Ph−¬ng ph¸p ®iÒu chÕ ®é réng xung 0 U 0 ∝ t UT U®k t b) B¸o c¸o tãm t¾t NguyÔn V¨n TrÝ - §iÖn 45A - 7 - Ch−¬ng 2 PLC S7 - 200 vµ c¸c module më réng 2.1 CÊu tróc vµ nguyªn lý lµm viÖc cña PLC S7 – 200 * S¬ ®å khèi hÖ thèng PLC S7- 200 * Nguyªn lý lµm viÖc cña PLC S7- 200 PLC thùc hiÖn ch−¬ng tr×nh theo chu tr×nh lÆp. Mçi vßng lÆp ®−îc gäi lµ vßng quÐt (Scan). Mçi vßng quÐt ®−îc b¾t ®Çu b»ng giai ®o¹n ®äc d÷ liÖu tõ c¸c cæng vµo vïng bé ®Öm ¶o, tiÕp theo lµ giai ®o¹n thùc hiÖn ch−¬ng tr×nh. Trong tõng vßng quÐt, ch−¬ng tr×nh ®−îc thùc hiÖn b»ng lÖnh ®Çu tiªn vµ kÕt thóc b»ng lÖnh kÕt thóc (MEND). Sau giai ®o¹n thùc hiÖn ch−¬ng tr×nh lµ giai ®o¹n truyÒn th«ng néi bé vµ kiÓm lçi. Vßng quÐt ®−îc kÕt thóc b»ng giai ®o¹n chuyÓn c¸c néi dung cña bé ®Öm ¶o tíi c¸c cæng ra. ThiÕt bÞ lËp tr×nh Bé nhí CPU Giao diÖn nhËp Giao diÖn xuÊt Nguån c«ng suÊt H×nh2.1: S¬ ®å khèi hÖ thèng PLC S7 - 200 B¸o c¸o tãm t¾t NguyÔn V¨n TrÝ - §iÖn 45A - 8 - H×nh 2.3: S¬ ®å nèi vµo ra CPU 224 kiÓu AC/DC/RELAY * S¬ ®å nèi thiÕt bÞ vµo ra 2.2 Tr×nh tù thiÕt kÕ hÖ thèng ®iÒu khiÓn dïng PLC 1. X¸c ®Þnh quy tr×nh ®iÒu khiÓn. 2. X¸c ®Þnh tÝn hiÖu vµo ra. 3. So¹n th¶o ch−¬ng tr×nh. 4. N¹p ch−¬ng tr×nh vµo bé nhí. 5. Ch¹y ch−¬ng tr×nh. ChuyÓn d÷ liÖu tõ bé ®Öm ¶o ra ngo¹i vi TruyÒn th«ng vµ tù kiÓm tra lçi NhËp d÷ liÖu tõ ngo¹i vi vµo bé ®Öm ¶o Thùc hiÖn ch−¬ng tr×nh H×nh 2.2: S¬ ®å vßng quÐt trong PLC S7 - 200 B¸o c¸o tãm t¾t NguyÔn V¨n TrÝ - §iÖn 45A - 9 - 2.3 Khèi më réng analog EM 235 * §Æc tÝnh chung Modul vµo/ra EM 235 lµ lo¹i modul më réng víi ®Çu vµo analog tèc ®é cao. Nã cã kh¶ n¨ng chuyÓn ®æi mét tÝn hiÖu vµo analog thµnh gi¸ trÞ sè t−¬ng ®−¬ng trong 171 μs ®èi víi CPU 212 vµ 139 μs ®èi víi tÊt c¶ c¸c CPU S7- 200 kh¸c. ViÖc chuyÓn ®æi tÝn hiÖu vµo analog ®−îc thùc hiÖn mçi khi ®Çu vµo ®−îc truy cËp bëi ch−¬ng tr×nh. - Sè ®Çu vµo/ra: 4 ®Çu vµo analog, 1 ®Çu ra analog. - D¶i tÝn hiÖu: §iÖn ¸p ±10 V, Dßng ®iÖn 0 ÷ 20 mA. - KiÓu d÷ liÖu l−ìng cùc: -32000 ÷ 32000. §¬n cùc: 0 ÷ 32000. - §iÖn ¸p cung cÊp: 24 V. - §é ph©n gi¶i: Bé chuyÓn ®æi A/D 12 bits. H×nh 2.4: S¬ ®å khèi vµ s¬ ®å nèi thiÕt bÞ vµo/ra Module EM235 EM235 B¸o c¸o tãm t¾t NguyÔn V¨n TrÝ - §iÖn 45A - 10 - * §iÒu chØnh ®Çu vµo B¶ng2.1: C¸c gi¸ trÞ ®Çu vµo EM235 §¬n cùc SW1 SW2 SW3 SW4 SW5 SW6 D¶i ®iÖn ¸p §é ph©n gi¶i ON OFF OFF ON OFF ON 0-50 mV 12,5 μV OFF ON OFF ON OFF ON 0-100 mV 25 μV ON OFF OFF OFF ON ON 0-500 mV 125 μV OFF ON OFF OFF ON ON 0-1 V 250 μV ON OFF OFF OFF OFF ON 0-5 V 1,25 μV ON OFF OFF OFF OFF ON 0-20 mA 5 μA OFF ON OFF OFF OFF ON 0-10 V 2,5 μV L−ìng cùc SW1 SW2 SW3 SW4 SW5 SW6 D¶i ®iÖn ¸p §é ph©n gi¶i ON OFF OFF ON OFF OFF ±25 mV 12,5 μV OFF ON OFF ON OFF OFF ±50 mV 25 μV OFF OFF ON ON OFF OFF ±100 mV 50 μV ON OFF OFF OFF ON OFF ±250 mV 125 μV OFF ON OFF OFF ON OFF ±500 mV 250 μV OFF OFF ON OFF ON OFF ±1 V 500 μV ON OFF OFF OFF OFF OFF ±2,5 V 1,25 mV OFF ON OFF OFF OFF OFF ±5 V 2,5 mV OFF OFF ON OFF OFF OFF ±10 V 5 mV 2.4 KÕt nèi PLC S7- 200 víi m¸y tÝnh PC H×nh 2.5: Sö dông c¸p PC/PPI kÕt nèi víi mét CPU S7- 200 B¸o c¸o tãm t¾t NguyÔn V¨n TrÝ - §iÖn 45A - 11 - Ch−¬ng 3 phÇn mÒm Step7 - Micro Win32 vµ ch−¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn pid sè 3.1 Giíi thiÖu phÇn mÒm Step7 - Micro Win32 PhÇn mÒm Step7 - Micro Win32 cã 3 d¹ng so¹n th¶o ch−¬ng tr×nh: LAD, STL, FBD. Trong sè nµy LAD lµ ng«n ng÷ lËp tr×nh b»ng ®å häa dÔ hiÓu nhÊt. Nh÷ng thµnh phÇn c¬ b¶n cña ch−¬ng tr×nh trong LAD t−¬ng øng víi c¸c thµnh phÇn cña b¶ng ®iÒu khiÓn b»ng r¬ le. C¸c thµnh phÇn c¬ b¶n biÓu diÔn c¸c lÖnh logic nh− sau: tiÕp ®iÓm, cuén d©y, hép. 3.2 Ch−¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn PID sè vµ ®iÒu chÕ ph¸t xung tèc ®é cao PWM * Ph−¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn PID sè - Nguyªn lý lµm viÖc cña bé ®iÒu khiÓn PID dùa vµo biÓu thøc (1.1). Trong m¸y tÝnh sè, hµm sè ®Çu ra ë d¹ng liªn tôc ph¶i ®−îc chuyÓn t−¬ng ®−¬ng thµnh gi¸n ®o¹n theo chu kú trÝch mÉu cã d¹ng: Un = Kc.en+ ∑ + n 1 .K 0Ue nI + KD.(en- en-1) (3.1) CPU cña PLC tÝnh to¸n c¸c gi¸ trÞ ®Çu ra theo m« h×nh c¶i biÕn: Un = UPn + UIn + UDn (3.2) Ph−¬ng tr×nh thµnh phÇn tØ lÖ trong CPU lµ: UPn = Kc.(Svn - Pvn) = Kc.en (3.3) Ph−¬ng tr×nh cña thµnh phÇn tÝch ph©n: UIn = Kc.Ts / Ti.(Svn - Pvn) + UX = Kc.Ts / Ti.en + UX (3.4) Ph−¬ng tr×nh biÓu diÔn thµnh phÇn vi ph©n: UDn = Kc.TD/TS.(Pvn-1 - Pvn) (3.5) * §iÒu chÕ ph¸t xung tèc ®é cao PWM Trong CPU 224 hai cæng ra Q0.0 vµ Q0.1 cã thÓ ®−îc sö dông ph¸t d·y xung tèc ®é cao PTO (pulse train output) vµ tÝn hiÖu ®iÒu chÕ ®é réng xung PWM (pulse with modulation). PWM lµ mét d·y xung kiÓu tuÇn hoµn, cã chu B¸o c¸o tãm t¾t NguyÔn V¨n TrÝ - §iÖn 45A - 12 - kú lµ mét sè nguyªn trong kho¶ng 250μs ÷ 65553μs. NÕu ®é réng xung ®−îc quy ®Þnh lín h¬n chu kú xung cña PWM th× d·y xung sÏ lµ mét tÝn hiÖu ®Òu cã gi¸ trÞ logic b»ng 1, ng−îc l¹i khi quy ®Þnh ®é réng xung b»ng 0 th× d·y xung sÏ lµ mét tÝn hiÖu ®Òu cã gi¸ trÞ logic b»ng 0. * L−u ®å ®iÒu khiÓn PID sè vµ ®iÒu chÕ ph¸t xung tèc ®é cao PWM Tx T Tx - §é réng xung T - Chu kú d·y xung H×nh 3.1: D¹ng xung kiÓu PWM §äc Pv B¾t ®Çu PID PWM Bé t¹o Èm ChuyÓn ®æi vµ khuÕch ®¹i H×nh 3.2: L−u ®å ®iÒu khiÓn PID vµ ®iÒu chÕ PWM trªn PLC B¸o c¸o tãm t¾t NguyÔn V¨n TrÝ - §iÖn 45A - 13 - * Ch−¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn PID sè vµ ®iÒu chÕ ph¸t xung tèc ®é cao PWM Ch−¬ng tr×nh chÝnh Ch−¬ng tr×nh con B¸o c¸o tãm t¾t NguyÔn V¨n TrÝ - §iÖn 45A - 14 - Ch−¬ng tr×nh ng¾t B¸o c¸o tãm t¾t NguyÔn V¨n TrÝ - §iÖn 45A - 15 - Ch−¬ng 4 ChuyÓn ®æi vµ khuÕch ®¹i tÝn hiÖu TÝn hiÖu Èm % ph¶i ®−îc chuyÓn ®æi thµnh tÝn hiÖu ®iÖn ¸p vµ khuÕch ®¹i tÝn hiÖu míi thùc hiÖn ®−îc ®iÒu khiÓn. Cã nhiÒu ph−¬ng ph¸p ®o ®é Èm nh−: Ph−¬ng ph¸p ®iÓm s−¬ng, ph−¬ng ph¸p kh« −ít, ph−¬ng ph¸p biÕn d¹ng, ph−¬ng ph¸p ®iÖn dÉn… Trong khu«n khæ cho phÐp cña ®Ò tµi, chóng t«i chØ tiÕn hµnh nghiªn cøu lo¹i c¶m biÕn Èm kiÓu kh« −ít. 4.1 Nguyªn lý ®o ®é Èm cña c¶m biÕn kh« −ít * §é Èm cña kh«ng khÝ ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc  = 100 p )ptA(tp bh 0akbha −− (4.1) * Nguyªn lý ho¹t ®éng m¹ch cÇu ®o ®é Èm cña c¶m biÕn Èm ®é kiÓu kh« −ít U®k = (Uk - Ua) (4.2) Rk, Ra: lÇn l−ît nhiÖt kÕ ®iÖn trë kh«, nhiÖt kÕ ®iÖn trë −ít. Uk, Ua: lÇn l−ît lµ gi¸ trÞ ®iÖn ¸p thay ®æi theo nhiÖt ®é tk, ta.  lµ hÖ sè khuÕch ®¹i. 4.2 C¶m biÕn Èm ®é dïng trong m¸y Êp trøng gia cÇm Trong m¸y Êp trøng gia cÇm, ta ®· biÕt ®−îc nhiÖt ®é buång Êp lµ cè ®Þnh trong tõng giai ®o¹n Êp, ta còng biÕt ®é Èm % cÇn thiÕt cho tõng giai R Rk Uk Ua R Ra + K§ H×nh 4.1: S¬ ®å chuyÓn ®æi R/U kh« −ít vµ khuÕch ®¹i Enguån U®k B¸o c¸o tãm t¾t NguyÔn V¨n TrÝ - §iÖn 45A - 16 - ®o¹n Êp, tõ ®ã ta x¸c ®Þnh ®−îc gi¸ trÞ nhiÖt ®é nhiÖt kÕ −ít ta cho tõng giai ®o¹n Êp. Cho nªn ta cã thÓ ®Æt t−¬ng øng mét gi¸ trÞ ®iÖn ¸p Ua® víi nhiÖt ®é nhiÖt kÕ −ít ®Æt ta® cña tõng giai ®o¹n Êp. Nh− vËy m¹ch cÇu h×nh 4.1 sÏ bÞ khuyÕt ®i mét vÕ nh− h×nh 4.2. Trong viÖc ®iÒu khiÓn Èm ®é cña m¸y Êp trøng gia cÇm ®ßi hái c¶m biÕn ph¶i cã ®é nh¹y cao vµ cã ®Æc tÝnh tuyÕn tÝnh cho nªn ta kh«ng dïng nhiÖt kÕ ®iÖn trë mµ thay thÕ nã b»ng vi m¹ch c¶m biÕn nhiÖt ®é LM335. §Æc tÝnh tuyÕn tÝnh: U = 10T mV = 2730 + 10t (mV) (4.3) R1 ®−îc tÝnh theo c«ng thøc: R1 = 310 I 0,2E − (Ω) (4.4) Giíi h¹n dßng lµm viÖc cña LM335 lµ: 0,4 < I <5 mA, ®Ó LM335 lµm viÖc tèt nhÊt nªn chän dßng lín h¬n hoÆc b»ng 1 mA. + Enguån R Ra Uatt KhuÕch ®¹i tÝn hiÖu U®k Ua® H×nh 4.2: S¬ ®å chuyÓn ®æi R/U −ít vµ khuÕch ®¹i tÝn hiÖu LM 335 R2 +E R1 Uatt H×nh4.3: S¬ ®å m¹ch chuyÓn ®æi tÝn hiÖu dïng LM335 B¸o c¸o tãm t¾t NguyÔn V¨n TrÝ - §iÖn 45A - 17 - 4.3 M¹ch khuÕch ®¹i tÝn hiÖu ®o ®é Èm dïng khuÕch ®¹i thuËt to¸n * §Æc tuyÕn truyÒn ®¹t cña bé khuÕch ®¹i thuËt to¸n * Bé khuÕch ®¹i ®¶o HÖ sè khuÕch ®¹i ®−îc x¸c ®Þnh theo biÓu thøc: K® = 1 ht v r R R U U −= (4.5) Iht I0 +E E Ura Iv Rht H×nh 4.5: S¬ ®å bé khuÕch ®¹i ®¶o U0 R1 OA 0 Ur Vµo ®¶o Vµo kh«ng ®¶o +E -E Uv H×nh 4.4: §Æc tuyÕn truyÒn ®¹t cña bé khuÕch ®¹i thuËt to¸n B¸o c¸o tãm t¾t NguyÔn V¨n TrÝ - §iÖn 45A - 18 - Ch−¬ng 5 ThiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn ®é Èm trong m¸y Êp trøng gia cÇm 5.1 S¬ ®å khèi hÖ thèng tù ®éng ®iÒu khiÓn ®é Èm Ph−¬ng ¸n 1 lµ ®iÒu chÕ ®é réng xung ®−îc thùc hiÖn trªn m¹ch so s¸nh. Ph−¬ng ¸n 2 ®−îc thùc hiÖn ®iÒu chÕ ®é réng xung ngay trªn PLC S7- 200. §iÓm chung cña hai ph−¬ng ¸n trªn lµ bé ®iÒu chØnh PID ®Òu ®−îc thùc hiÖn trªn PLC S7- 200. Sv PID D/A A/D SS BPX BTA ϕ% CPU S7 - 200 EM235 CB C§ & K§ H×nh 5.1: S¬ ®å khèi ph−¬ng ¸n 1 m¹ch ®iÒu khiÓn ®é Èm Pv Sv D/A A/D PID CB C§ & K§ BTA ϕ% H×nh 5.2: S¬ ®å khèi ph−¬ng ¸n 2 m¹ch ®iÒu khiÓn ®é Èm CPU S7 - 200 EM235 PWM Pv B¸o c¸o tãm t¾t NguyÔn V¨n TrÝ - §iÖn 45A - 19 - 5.2 M¹ch chuyÓn ®æi vµ khuÕch ®¹i tÝn hiÖu * M¹ch chuyÓn ®æi tÝn hiÖu R1 = 3102,0 I E − = 310 1 )2,09( mA V− = 9,8.103 (Ω) = 9,8 K (5.1) Ta cã thÓ chän R1 nhá h¬n gi¸ trÞ nµy lµ 8,2K. §©y lµ ®iÖn trë ®Ó h¹n chÕ dßng vµo LM335. TriÕt ¸p R2 ®−îc dïng lo¹i 10K ®Ó ®iÒu chØnh ng−ìng lµm viÖc vµ chiÒu t¸c ®éng cña bé chuyÓn ®æi. * M¹ch khuÕch ®¹i tÝn hiÖu • TÇng thø nhÊt - ThiÕt kÕ víi hÖ sè khuÕch ®¹i 10 lÇn: K1 = - 3 4 R R = - K K 10 100 = -10 lÇn (5.2) R5, R6, R7 lµ c¸c ®iÖn trë, triÕt ¸p ph©n ®iÖn ¸p ®Æt vµo ®Çu vµo kh«ng ®¶o. R8 lµ triÕt ¸p ®iÒu chØnh OFFSET khö sai sè ban ®Çu. H×nh 5.3: S¬ ®å m¹ch chuyÓn ®æi vµ khuÕch ®¹i tÝn hiÖu tÇng thø nhÊt R4 R8 UC§ R7 R6 10K 100K R5 +9V 220K 5K I0 9V Ur1 R1 Iv - 9V 741 R3 10K 100K U§ R2=10K +9V R1=8,2K LM 335 B¸o c¸o tãm t¾t NguyÔn V¨n TrÝ - §iÖn 45A - 20 - • TÇng thø hai K2 = - 9 1110 R RR + = - 10 10 11R+ (5.3) Ta cã thÓ ®iÒu chØnh K2 trong kho¶ng tõ 1 ÷ 10 lÇn tuú vµo yªu cÇu thùc tÕ. Ur2 ®−îc x¸c ®Þnh theo biÓu thøc: Ur2 = K1.K2.Uv (5.4) 5.3 M¹ch t¹o xung r¨ng c−a R14 R13 Iht I0 9V Urv R1 Iv Ur1 R12 10K 1/2 TL082 33K R15 1M 1M 0,01μF Uc UP R15 100K C1 +9V +9V C2 0,05μF R16 10K R17 10K TL082 1/2 Urrc H×nh 5.5: Bé t¹o xung r¨ng c−a Iht I0 9V Ur2 R1 Ur1 R9 10K -9V R10 10K R11 100K 1/2 TL082 H×nh 5.4: S¬ ®å m¹ch khuÕch ®¹i tÇng th− hai B¸o c¸o tãm t¾t NguyÔn V¨n TrÝ - §iÖn 45A - 21 - Ho¹t ®éng cña m¹ch ®−îc minh ho¹ trªn gi¶n ®å h×nh 5.6 d−íi ®©y: 5.4 M¹ch so s¸nh vµ t¹o xung ®iÒu khiÓn t 0 Umax t 0 Urv t1 t2 t3 t4 t5 Urrc H×nh 5.6: Gi¶n ®å thêi gian m¹ch t¹o xung r¨ng c−a +9V -9V 1/2 TL082 UrPLC Urrc Urss H×nh 5.7: S¬ ®å m¹ch so s¸nh 1/2 TL082 Urrc Urss +9V t 0 Uvss UrPLC t 0 H×nh 5.8: Gi¶n ®å thêi gian m¹ch so s¸nh -9V B¸o c¸o tãm t¾t NguyÔn V¨n TrÝ - §iÖn 45A - 22 - 5.5 M¹ch ®éng lùc ®iÒu chØnh tèc ®é quay cña ®éng c¬ b»ng ph−¬ng ph¸p ®iÒu chÕ ®é réng xung §éng c¬ ®iÖn mét chiÒu ta sö dông cã c«ng suÊt ®Þnh møc Pn = 15 W, ®iÖn ¸p ®Þnh møc Un = 24 V. Dßng ®Þnh møc ®−îc x¸c ®Þnh theo biÓu thøc: In = n n U P = 24 15 = 0,625 A (5.5) Dßng khëi ®éng cña ®éng c¬ lµ: Ik® =(5 ÷7 ).In = (5 ÷7 ).0,625 = 3,125 ÷ 4,375 A (5.6) Dßng ®Þnh møc cña D613 lµ IcD = 6A, nªn ta chän tranzito lo¹i D613 lµm kho¸ ®ãng c¾t cho ®éng c¬ lµm viÖc. Dßng qua C828 ®−îc x¸c ®Þnh nh− sau: IC1 = K V 56,1 9 = 5,77 mA D1 DIODE_VIRTUAL D1 DIODE_VIRTUAL D1 DIODE_VIRTUAL Q1 2N2222A33K R18 +9V R19 560Ω R20 1K C828 R21 470Ω Q1 2N2222A + D1 D2 D3 D613 §C H×nh 5.9: S¬ ®å m¹ch ®éng lùc ®iÒu khiÓn tèc ®é quay ®éng c¬ Urss 24V B¸o c¸o tãm t¾t NguyÔn V¨n TrÝ - §iÖn 45A - 23 - 5.6 S¬ ®å nguyªn lý bé nguån nu«i cho m¹ch ®iÒu khiÓn C1= C2=1000μF/ 25 VDC, C3=C4=100 μF/ 25 VDC cã nhiÖm vô c¶i thiÖn chÊt l−îng ®iÖn ¸p mét chiÒu sau bé chØnh l−u cÇu. C¸c IC æn ¸p 7809 vµ 7909 trong m¹ch cã nhiÖm vô æn ®Þnh ®iÖn ¸p l−ìng cùc ®Çu ra ë møc ±9V ®Ó tiÕp tôc ®−a vµo nu«i m¹ch ®iÒu khiÓn. 5.7 S¬ ®å nguyªn lý ®iÒu khiÓn ®éng c¬ t¹o Èm H×nh 5.10: S¬ ®å nguyªn lý bé nguån nu«i cho m¹ch ®iÒu khiÓn D1 DIODE_VIRTUAL T1 1 sq.m 1 m 7809 +9V -9V C1 C2 C3 C4 7909 0· 220V B¸o c¸o tãm t¾t NguyÔn V¨n TrÝ - §iÖn 45A - 24 - B¸o c¸o tãm t¾t NguyÔn V¨n TrÝ - §iÖn 45A - 25 - B¸o c¸o tãm t¾t NguyÔn V¨n TrÝ - §iÖn 45A - 26 - 5.8 ThÝ nghiÖm ®¸nh gi¸ chÊt l−îng hÖ thèng ®iÒu khiÓn * Ph−¬ng ph¸p t¹o Èm Bé t¹o Èm dïng ph−¬ng ph¸p qu¹t thæi bÊc thÈm thÊu qua c¸c èng dÉn ®−îc thÓ hiÖn qua h×nh sau: 1- C¸c èng dÉn. 2- C¸c lç tho¸t Èm. 3- C¸c bÊc thÈm thÊu dÉn n−íc tõ ngoµi vµo. 4- Lç ®Çu ra cña c¸c bÊc thÈm thÊu. 5- Lç dÉn qu¹t thæi. * Dông cô thÝ nghiÖm §Ó ®o vµ kiÓm tra chÊt l−îng cña hÖ thèng ®iÒu khiÓn ®é Èm trong m¸y Êp trøng gia cÇm chóng t«i sö dông mét sè dông cô sau: 1. HÖ thèng thu thËp gi÷ liÖu FLUKE. 2.PhÇn mÒn Hydra 3. C¶m biÕn ®o lµ cÆp nhiÖt ngÉu lo¹i J ®−îc bäc bÊc Èm ®Ó ®o nhiÖt ®é nhiÖt kÕ −ít trong buång Êp. 4. M¸y vi tÝnh. * C¸c b−íc tiÕn hµnh thÝ nghiÖm 1. §Æt c¶m biÕn vµo trong buång Êp vµ bäc bÊc Èm. 2. KÕt nèi c¶m biÕn víi m¸y ®o nhiÖt ®é, kÕt nèi m¸y ®o nhiÖt ®é víi m¸y vi tÝnh ®Ó hiÓn thÞ kÕt qu¶ vµ ghi kÕt qu¶. 2 5 4 3 H×nh 5.13: Ph−¬ng ph¸p qu¹t thæi bÊc thÈm thÊu qua c¸c èng dÉn 1 B¸o c¸o tãm t¾t NguyÔn V¨n TrÝ - §iÖn 45A - 27 - 3. Cho m¸y Êp trøng ho¹t ®éng víi ®é Èm ®Æt lµ 55% t−¬ng øng víi nhiÖt ®é nhiÖt kÕ −ít 29 0C vµ theo dâi hÖ thèng ho¹t ®éng. 4. Thêi gian lÊy mÉu mçi lÇn lµ 1 phót. Sau 1 phót lÊy mÉu m¸y tù ®éng ghi l¹i kÕt qu¶ kh¶o s¸t. * KÕt qu¶ thÝ nghiÖm B¶ng 5.1: Sè liÖu æn ®Þnh thu ®−îc cña nhiÖt ®é nhiÖt kÕ −ít ta Thêi gian (phót) ta ( 0C) Thêi gian (phót) ta ( 0C) 39 28.997 58 29.5871 40 29.0052 59 29.5345 41 29.0547 60 29.5042 42 29.0152 61 29.4364 43 29.0662 62 29.5209 44 29.0422 63 29.5232 45 29.0691 64 29.4948 46 29.0265 65 29.4789 47 29.1498 66 29.4164 48 29.2174 67 29.4456 49 29.1941 68 29.4466 50 29.1767 69 29.4978 51 29.294 70 29.4538 52 29.2822 71 29.4964 53 29.2919 72 29.5102 54 29.2992 73 29.5194 55 29.3549 74 29.5524 56 29.3567 75 29.6414 57 29.4472 76 29.6034 B¸o c¸o tãm t¾t NguyÔn V¨n TrÝ - §iÖn 45A - 28 - 0 5 10 15 20 25 30 35 0 5 10 15 20 25 30 35 40 phut ta 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 phut ta KÕt luËn vµ kiÕn nghÞ 0C H×nh 5.14: §−êng ®Æc tÝnh qu¸ ®é cña nhiÖt ®é nhiÖt kÕ −ít ta Phót H×nh 5.15: §−êng ®Æc tÝnh æn ®Þnh cña nhiÖt ®é nhiÖt kÕ −ít ta 0C Phót