Tài liệu Nghiên cứu chế tạo mô hình hệ thống tự động ổn định nhiệt độ buồng sấy nông sản

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÙNG VƯƠNG KHOA KỸ THUẬT - CÔNG NGHỆ ----------------------- ĐÀO TRỌNG TẤN NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MÔ HÌNH HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG ỔN ĐỊNH NHIỆT ĐỘ BUỒNG SẤY NÔNG SẢN KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Ngành: Công nghệ kỹ thuật điện – điện tử Phú Thọ, 2017 TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÙNG VƯƠNG KHOA KỸ THUẬT - CÔNG NGHỆ ----------------------- ĐÀO TRỌNG TẤN NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MÔ HÌNH HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG ỔN ĐỊNH NHIỆT ĐỘ BUỒNG SẤY NÔNG SẢN KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Ngành: Công nghệ kỹ thuật điện – điện tử NGƯỜI HƯỚNG DẪN: 1.Th.S. Nguyễn Thị Thanh Hòa NGƯỜI HƯỚNG DẪN 2.Th.S. Nguyễn Văn Quyết Phú Thọ, 2017 LỜI CẢM ƠN Em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến toàn thể Quý thầy cô Trường Đại học Hùng Vương, Quý thầy cô khoa Kỹ thuật – Công nghệ đã dạy dỗ, truyền đạt những kiến thức thiết thực và bổ ích cho em trong suốt bốn năm học tập và rèn luyện tại trường. Đặc biệt là cô Nguyễn Thị Thanh Hòa, thầy Nguyễn Văn Quyết và thầy Nguyễn Như Tùng đã tận tình giúp đỡ chỉ bảo để em có thể hoàn thiện được khóa luận này. Tuy nhiên do thời gian có hạn cùng với nhiều nguyên nhân khác, mặc dù em đã nỗ lực hết mình xong khóa luận của em vẫn còn thiếu sót và hạn chế. Em rất mong nhận được sự thông cảm và sự chỉ bảo của Thầy Cô để em có thể khắc phục được hạn chế còn tồn tại trong khóa luận của mình. Em xin chân thành cảm ơn ! Việt Trì, Tháng 5 năm 2017 Sinh Viên Đào Trọng Tấn MỤC LỤC Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt............................................................i Danh mục các bảng và hình ảnh...................................................................ii Đặt vấn đề........................................................................................................1 Chương 1. Tổng quan về vấn đề nghiên cứu................................................4 1.1. Tổng quan về các phương pháp sấy...........................................................4 1.2. Một số phương pháp và thiết bị sấy nhân tạo............................................4 1.2.1. Phơi và sấy bằng năng lượng mặt trời....................................................4 1.2.2. Sấy đối lưu..............................................................................................5 1.2.3. Sấy bức xạ...............................................................................................5 1.3. Tổng quan về các phương pháp điều khiển nhiệt độ sấy...........................6 1.4. Tổng quan về tình hình nghiên cứu...........................................................7 1.5. Định hướng nghiên cứu của khóa luận......................................................8 Chương 2. Đối tượng, phạm vi, nội dung và phương pháp nghiên cứu....9 2.1. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu..................................................................9 2.1.1. Đối tượng nghiên cứu..............................................................................9 2.1.2. Phạm vi nghiên cứu.................................................................................9 2.2. Nội dung nghiên cứu..................................................................................9 2.3. Phương pháp nghiên cứu............................................................................9 2.3.1. Tiến trình thực hiện nghiên cứu..............................................................9 2.3.2. Phương pháp thực hiện nội dung 1........................................................10 2.3.3. Phương pháp nội dung 2........................................................................12 2.3.4. Phương pháp thực hiện nội dung 3........................................................22 2.3.5. Phương pháp thực hiện nội dung 4........................................................25 2.3.6. Phương pháp thực hiện nội dung 5........................................................31 2.3.7. Phương pháp thực hiện nội dung 6........................................................41 2.3.8. Phương pháp thực hiện nội dung 7........................................................38 Chương 3. Kết quả nghiên cứu và thảo luận..............................................46 3.1. Kết quả gia công, chế tạo hệ thống cơ khí thiết bị sấy.............................46 3.2. Kết quả thi công, chế tạo hệ thống điều khiển.........................................49 3.2.1. Kết quả thi công, chế tạo phần cứng.....................................................49 3.2.2. Kết quả thi công, chế tạo phần mềm.....................................................52 3.3. Kết quả chạy thử nghiệm và hoàn thiện thiết bị sấy................................53 Chương 4. Kết luận và kiến nghị.................................................................59 4.1. Kết luận....................................................................................................59 4.2. Đóng góp của đề tài.................................................................................59 4.3. Hạn chế, tồn tại........................................................................................60 4.4. Kiến nghị, đề xuất giải pháp....................................................................60 Danh mục tài liệu tham khảo.......................................................................61 Phụ lục...........................................................................................................62 Chương trình điều khiển viết cho PLC S7-1200........................................62 i DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT KP Hệ số khuếch đại KI Hệ số tích phân KD Hệ số vi phân Et Độ sai lệch tĩnh Et% Độ sai lệch tĩnh tính theo phần trăm AC Alternating Current CM Communication Module CPU Central Processing Unit DC Direct Current I/O In/Out LAD Ladder PID Proportional Integral Derivative PLC Programmable Logic Controller PTO Pulse Train Output PV Process Value PWM Pulse Width Modulation SB Signal Board SM Signal Module SV Setpoint Value i ii DANH MỤC CÁC BẢNG VÀ HÌNH ẢNH Bảng 1. Ảnh hưởng của việc thay đổi các tham số PID..................................11 Bảng 2. Cấu hình CPU và số lượng ngõ vào ra của PLC S7-1200................13 Bảng 3. Thông số các module mở rộng...........................................................14 Bảng 4. Các chế độ hoạt động của bộ PID.....................................................17 Bảng 5. Chỉ số ErrorBits và trạng thái lỗi bộ PID.........................................18 Bảng 6. Sai số hệ thống khi chạy không tải tại Setpoint 500 C.......................54 Bảng 7. Bảng giá trị lấy mẫu sấy hành từ lần 1 đến lần 23............................56 Bảng 8. Bảng giá trị lấy mẫu sấy hành từ lần 24 đến lần 46..........................56 Bảng 9. Bảng giá trị lấy mẫu sấy lá thìa canh................................................57 Hình 1.1. Hệ thống các phương pháp sấy.........................................................4 Hình 1.2. Thiết bị sấy gián tiếp có bộ phận dẫn nhiệt cưỡng bức....................5 Hình 1.3. Sấy đối lưu bằng không khí nóng sử dụng buồng sấy.......................5 Hình 1.4. Sấy bức xạ sử dụng đèn hồng ngoại..................................................6 Hình 1.5. Hệ thống các phương pháp điều khiển nhiệt độ...............................7 Hình 1.6. Tổng quan về tình hình nghiên cứu..................................................8 Hình 2.1. Mô hình toán học hệ thống dùng bộ điều khiển PID.......................10 Hình 2.2. Thuật toán bộ điều khiển PID số.....................................................11 Hình 2.3. PLC S7-1200...................................................................................12 Hình 2.4. Sơ đồ kết nối CM, SB, SM với PLC S7-1200...................................14 Hình 2.5. Giao diện phầm mềm TIA Portal 13...............................................15 Hình 2.6. Khởi tạo hàm PID nằm trong chương trình ngắt............................16 Hình 2.7. Cấu trúc hàm PID Compact trong PLC S7-1200............................16 Hình 2.8. Khả năng mở rộng của S7-200 và S7-1200.....................................19 Hình 2.9. Cấu hình I/O của S7-200 và S7-1200..............................................19 Hình 2.10. Tín hiệu I/O và tín hiệu trên PLC của S7-200 và S7-1200............20 Hình 2.11. Cấu trúc lập trình trên S7-200 và S7-1200...................................20 Hình 2.12. Cấu trúc chương trình con trên S7-200 và S7-1200.....................21 ii iii Hình 2.13. Cấu trúc chương trình con FC với biến nhớ tạm thời của S71200.................................................................................................................22 Hình 2.14. Cấu trúc dữ liệu kiểu mới trên S7-1200........................................22 Hình 2.15. Buồng sấy gián tiếp có bộ phận dẫn nhiệt cưỡng bức..................23 Hình 2.16. Hệ thống năng lượng sử dụng pin mặt trời...................................24 Hình 2.17. Sơ đồ nguyên lý thiết bị sấy...........................................................26 Hình 2.18. Thiết kế hệ thống buồng sấy trên phần mềm SolidWorks..............27 Hình 2.19. Hình ảnh 3D khay sấy hệ thống....................................................28 Hình 2.20. Hệ thống thoát ẩm chủ động.........................................................29 Hình 2.21. Hệ thống khung buồng sấy............................................................30 Hình 2.22. Khung bộ thu nhiệt........................................................................30 Hình 2.23. Chân đế của buồng sấy.................................................................31 Hình 2.24. Sơ đồ khối hệ thống cấp nguồn và điều khiển sấy.........................32 Hình 2.25. Pin mặt trời công suất 300W.........................................................32 Hình 2.26. Ắc quy JS 12V-120Ah....................................................................33 Hình 2.27. Inverter Sanshun............................................................................33 Hình 2.28. PLC S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC.........................................34 Hình 2.29. Bộ điều khiển nhiệt độ Shihlin(1), SSR Carlo Gavazzi(2), Board SB1232 (3).......................................................................................................34 Hình 2.30. Cảm biến PT100 và bộ điều khiển nhiệt độ DOOTECH FX.........35 Hình 2.31. Cảm biến đo độ ẩm và hiển thị ProSens.......................................35 Hình 2.32. Các thiết bị bảo vệ và cơ cấu chấp hành trung gian.....................36 Hình 2.33. Mạch nguyên lý hệ thống điều khiển.............................................36 Hình 2.34.Thiết kế tủ điều khiển......................................................................37 Hình 2.35a.Thiết kế mặt ngoài tủ điện............................................................37 Hình 2.35b.Thiết kế mặt trong tủ điện.............................................................38 Hình 2.36. Máy cưa bàn cắt gỗ.......................................................................39 Hình 2.37. Máy cưa đĩa cắt gỗ và máy khoan.................................................40 Hình 2.38. Máy hàn thiếc................................................................................41 Hình 2.39. Một số dụng cụ được dùng lắp ghép tủ điện.................................41 iii iv Hình 2.40. Lưu đồ thuật toán điều khiển.........................................................43 Hình 2.41. Máy tính có cài đặt TIA Portal v13...............................................44 Hình 3.1. Bộ thu nhiệt từ năng lượng mặt trời................................................46 Hình 3.2. Thiết bị hút ẩm chủ động.................................................................46 Hình 3.3. Buồng sấy........................................................................................47 Hình 3.4. Hệ thống cấp bù nhiệt.....................................................................47 Hình 3.5. Hệ thống tuần hoàn khí sấy.............................................................48 Hình 3.6. Hệ thống chân đỡ và khung.............................................................48 Hình 3.7. Hệ thống cơ khí hoàn chỉnh.............................................................49 Hình 3.8. Tủ đựng PLC...................................................................................49 Hình 3.9. Hệ thống đèn báo, công tắc.............................................................50 Hình 3.10. Hệ thống bảo vệ, khối nguồn.........................................................50 Hình 3.11. Hệ thống mạch động lực................................................................51 Hình 3.12. Hệ thống chấp hành trung gian.....................................................51 Hình 3.13. Tủ điện hoàn chỉnh........................................................................52 Hình 3.14. Hệ thống hoàn chỉnh.....................................................................52 Hình 3.15. Kết quả phần mềm.........................................................................53 Hình 3.16. Sấy hành tại nhiệt độ 500 C...........................................................54 Hình 3.17a. Hành sau khi sấy.........................................................................56 Hình 3.17b. Kiểm tra tính đồng đều của sản phẩm sấy..................................56 Hình 3.18. Nguyên liệu sấy là lá thìa canh.....................................................57 iv 1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.Tính cấp thiết của đề tài: Năng lượng luôn luôn là yếu tố cần thiết trong nhiều lĩnh vực của cuộc sống, trong đó nhu cầu sử dụng năng lượng nhiệt rất lớn, đặc biệt là trong lĩnh vực sản xuất. Trong lĩnh vực này, năng lượng nhiệt được dùng để sấy khô, nung nóng chảy, nhiệt luyện…để tạo ra sản phẩm. Sấy chính là một trong những ứng dụng phổ biến của năng lượng nhiệt. Thiết bị sấy, công nghệ sấy len lỏi vào mọi lĩnh vực của quá trình sản xuất, trong nông nghiệp là sấy cà phê, ngô, vải, nhãn... Trong thủy sản là các thiết bị sấy tôm, cá. Ngành công nghiệp dệt may, sơn, các ngành sản xuất thức ăn chăn nuôi luôn luôn dùng các thiết bị sấy nhân tạo để tạo ra thành phẩm. Gần đây, thiết bị sấy còn có mặt trong lĩnh vực y học, điển hình chính là tủ sấy các dụng cụ y tế. Và để tạo ra được các sản phẩm cuối cùng đạt các chỉ tiêu về chất lượng, thì trong suốt quá trình sấy, độ chính xác của nhiệt độ sấy là yếu tố quan trọng nhất quyết định đến chất lượng của thành phẩm. Do đó, phương pháp, công nghệ và thiết bị điều khiển nhiệt độ đóng vai trò sống còn quyết định đến chất lượng của các sản phẩm sấy. Phương pháp sử dụng vi điều khiển trong các bộ điều khiển nhiệt độ có ưu điểm là giá thành rẻ hơn so các bộ điều khiển sử dụng PLC, tuy nhiên nhược điểm lớn nhất của vi điều khiển là chống nhiễu không tốt, hoạt động không ổn định trong môi trường nhiều tín hiệu nhiễu, có nhiệt độ và độ ẩm cao. PLC được sản xuất với mục đích sử dụng tốt trong các hệ thống công nghiệp, có khả năng hoạt động ổn định tuyệt vời trong điều kiện có nhiều tín hiệu nhiễu, trong môi trường có độ ẩm lớn, nhiệt độ cao. Đó chính là ưu điểm lớn nhất của PLC mà vi điều khiển không thể có. Gần đây, hãng Siemens đã cho ra đời dòng S7 – 1200 với giá thành hấp dẫn hơn, công nghệ tiên tiến hơn và có nhiều tính năng vượt trội so với dòng S7 – 200. Một trong những cải tiến lớn nhất của S7-1200 chính là việc cho phép lập trình theo cấu trúc Multiple organization blocks[4] (nhiều khối 1 2 chương trình chính), trong khi ở S7-200 chỉ là One common data blocks for all program blocks (chỉ cho phép lập trình với một chương trình chính duy nhất). Việc S7-1200 cho phép lập trình với nhiều khối chương trình chính độc lập sẽ giúp giảm thời gian trễ của quá trình điều khiển, giúp cho việc xử lý mượt mà hơn và cho kết quả điều khiển chính xác hơn. Đi cùng PLC S7-1200 là các thiết bị mới như module SM( Signal module), CM( Communication module). Nếu như ở dòng S7-200 chỉ có các thiết bị module mở rộng đi kèm, thì với S7-1200, Siemens đã tạo ra sự tươi mới với thiết bị mở rộng đi kèm không chỉ dừng lại ở module, đó là SB(Signal board) nhằm phục vụ khi yêu cầu công nghệ đặt ra không yêu cầu thêm quá nhiều chức năng, các ngõ vào, ngõ ra cần mở rộng, giúp tiết kiệm chi phí và hạn chế sự lãng phí không cần thiết. Chính vì những ưu điểm vượt trội của PLC S7 – 1200 như trên, em đã quyết định lựa chọn đề tài:“ Nghiên cứu chế tạo mô hình hệ thống tự động ổn định nhiệt độ buồng sấy nông sản ” cho khóa luận tốt nghiệp. 2. Mục tiêu nghiên cứu: Đề tài được triển khai, thực hiện với mục tiêu là nghiên cứu và chế tạo thành công mô hình hệ thống tự động ổn định nhiệt độ buồng sấy nông sản. Hệ thống hoạt động ổn định, bền bỉ, sản phẩm sấy có chất lượng đồng đều nhau. 3. Ý nghĩa khoa học của đề đài: - Điều khiển và ổn định nhiệt độ của thiết bị sấy ở một điểm đặt nhất định, với sai số nhỏ, đảm bảo thực hiện chính xác quy trình sấy theo yêu cầu kỹ thuật công nghệ đối với sấy nông sản hoặc thảo dược. - Điều khiển thoát ẩm, giúp hơi ẩm được thoát ra một cách đều đặn, không để tích ẩm và cũng không thoát ẩm quá nhanh sẽ làm tổn hao nhiệt lớn. 4.Ý nghĩa thực tiễn của đề tài: Với những kết quả mà đề tài đạt được, đề tài đã thành công trong việc nghiên cứu, khai thác đưa vào sử dụng những thiết bị mới, cụ thể là PLC S71200 và Board tín hiệu mở rộng đi kèm SB1232, với công nghệ tiên tiến và 2 3 đặc biệt là làm giảm giá thành chế tạo hệ thống so với việc sử dụng dòng PLC S7-200. 3 4 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Tổng quan về các phương pháp sấy Có thể chia phương pháp sấy ra làm hai loại: Sấy tự nhiên và sấy nhân tạo [2]. Sấy tự nhiên là quá trình phơi vật liệu ngoài trời, không sử dụng thiết bị sấy, tận dụng nguồn nhiệt tự nhiên từ ánh sáng mặt trời để sấy sản phẩm. Sấy nhân tạo là phương pháp sấy mà sản phẩm sấy được đặt trong các thiết bị sấy trong suốt quá trình sấy. Trong sấy nhân tạo lại có thể chia ra thành nhiều phương pháp sấy khác nhau, có thể hệ thống hóa các phương pháp sấy như ở hình vẽ sau (hình 1.1). Hình 1.1. Hệ thống các phương pháp sấy 1.2. Một số phương pháp và thiết bị sấy nhân tạo 1.2.1. Phơi và sấy bằng năng lượng mặt trời Năng lượng mặt trời được thu nhận để làm nóng không khí, không khí nóng sau đó được sử dụng để để sấy nguyên liệu. Có 3 loại thiết bị sấy thường được sử dụng:  Thiết bị sấy trực tiếp có tuần hoàn khí tự nhiên 4 5  Thiết bị sấy có bộ phận thu năng lượng riêng biệt  Thiết bị sấy gián tiếp có bộ phận dẫn nhiệt cưỡng bức (thiết bị thu năng lượng và buồng sấy riêng biệt) Hình 1.2. Thiết bị sấy gián tiếp có bộ phận dẫn nhiệt cưỡng bức 1.2.2. Sấy đối lưu Không khí nóng hoặc khói lò được dùng làm tác nhân sấy có nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ phù hợp chuyển động chảy trùm lên vật sấy làm cho ẩm trong vật sấy bay hơi rồi đi theo tác nhân sấy. Không khí có thể chuyển động cùng chiều, ngược chiều hoặc cắt ngang dòng chuyển động của sản phẩm. Thiết bị dùng trong sấy đối lưu có thể là thùng sấy, buồng sấy, lò sấy hay hầm sấy. Hình 1.3. Sấy đối lưu bằng không khí nóng sử dụng buồng sấy 1.2.3. Sấy bức xạ 5 6 Trong sấy bức xạ, nhiệt được truyền đến vật liệu sấy chủ yếu qua bức xạ của nguồn nhiệt. Các thiết bị được sử dụng trong sấy bức xạ thường là các bóng đèn có công suất lớn, điện trở...ẩm sẽ bay hơi vào dòng tác nhân sấy rồi bay ra ngoài. Hình 1.4. Sấy bức xạ sử dụng đèn hồng ngoại 1.3. Tổng quan về các phương pháp điều khiển nhiệt độ sấy Ưu điểm lớn nhất của sấy nhân tạo so với sấy tự nhiên chính là sấy nhân tạo có thể điều khiển và ổn định được nhiệt độ sấy. Hiện nay, để điều khiển nhiệt độ sấy trong công nghiệp, thiết bị được sử dụng thường là các bộ điều khiển nhiệt độ, các bộ điều khiển logic. Có 3 phương pháp chính thường được dùng khi sử dụng các thiết bị điều khiển này, đó là các phương pháp: Điều khiển On/Off, điều khiển bằng thuật toán PID, điều khiển mờ (Fuzzy) , trong đó, phương pháp điều khiển On/Off và điều khiển PID được sử dụng rộng rãi hơn cả. Ưu điểm của điều khiển On/Off so với điều khiển PID là dễ thực hiện, thiết bị phần cứng đơn giản, chi phí chế tạo hệ thống không cao nhưng lại có 6 7 nhược điểm là sai số nhiệt độ lớn, và nhiệt độ sấy thường không ổn định. Chính vì vậy, trong các hệ thống sấy có yêu cầu tính ổn định của nhiệt độ cao, sai số nhỏ, phương pháp thường được sử dụng chính là điều khiển bằng thuật toán PID. Hình 1.5. Hệ thống các phương pháp điều khiển nhiệt độ 1.4. Tổng quan về nghiên cứu ổn định nhiệt trong quá trình sấy Tính đến thời điểm hiện tại, đã có rất nhiều đề tài nghiên cứu liên quan đến việc điều khiển và ổn định nhiệt độ.Các bộ điều khiển nhiệt độ sử dụng trong các đề tài nghiên cứu thường sử dụng vi điều khiển[3] hoặc PLC[1] làm bộ điều khiển trung tâm. Với những đề tài nghiên cứu sử dụng PLC trong bộ điều khiển trung tâm thì thường sử dụng dòng S7-200 hoặc S7-300 của hãng Siemens, hầu như không sử dụng dòng S7-1200 mới ra đời của Siemens. Một số đề tài nghiên cứu thuộc lĩnh vực này như: [1]. Trần Công Danh (2013), Điều khiển nhiệt độ dùng PLC S7-200 và EM231, Đại học Cần Thơ. [2]. Lê Tiến Lộc, Lâm Thanh Hiển (2010), Nghiên cứu ba chế độ điều khiển On/Off, PID, Fuzzy và ứng dụng trong điều khiển mô hình lò nhiệt, Đại học Lạc Hồng. [3]. Nguyễn Thị Hoài Sơn, Nguyễn Văn Hồng, Ứng dụng vi điều khiểnATMEGA 8535 họ AVR trong tự động điều khiển khí sấy nông sản và hiển thị kết quả trên máy tính. Các công trình nghiên cứu [1], [2], [3] đều sử dụng phương pháp điều 7 8 khiển PID, với ngưỡng nhiệt độ đặt khoảng 500 C đều cho sai số lớn nhất không dưới 10 C. Có thể hệ thống hóa tình hình nghiên cứu của các công trình có liên quan đến lĩnh vực điều khiển và ổn định nhiệt độ như ở hình 1.6 dưới đây: Hình 1.6. Tổng quan về tình hình nghiên cứu 1.5. Định hướng nghiên cứu của khóa luận Qua việc tổng kết các công trình nghiên cứu có nội dung liên quan đến vấn đề điều khiển và ổn định nhiệt độ. Các công trình này chủ yếu sử dụng điện trở đốt làm tác nhân sấy, hệ thống điều khiển nhiệt độ thường sử dụng những dòng PLC đã có từ lâu của hãng Siemens, chưa xem xét đến việc ứng dụng những thiết bị mới ra đời như S7-1200, bên cạnh đó, các công trình này cũng chưa đề cập đến việc ứng dụng năng lượng mặt trời kết hợp song song cùng với năng lượng cung cấp từ điện lưới phục vụ cho quá trình sấy. Chính vì thế, khóa luận sẽ tập trung nghiên cứu vào việc khai thác và sử dụng thiết bị mới của hãng Siemens, cụ thể là dòng PLC S7-1200 làm bộ điều khiển trung tâm điều khiển toàn bộ quá trình sấy, khóa luận tiến hành thiết kế, thi công hệ thống tự động ổn định nhiệt độ buồng sấy nông sản sử dụng đồng thời nguồn năng lượng mặt trời kết hợp với nguồn năng lượng lấy từ điện lưới cung cấp cho quá trình sấy. 8 9 CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu 2.1.1. Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của khóa luận bao gồm:  Bộ điều khiển nhiệt độ buồng sấy  Hệ thống cơ khí của buồng sấy  Các phương pháp điều khiển nhiệt độ buồng sấy 2.1.2. Phạm vi nghiên cứu  Nghiên cứu cấu tạo, hoạt động của PLC S7-1200  Hệ thống cơ khí buồng sấy sử dụng năng lượng mặt trời sử dụng thiết bị sấy gián tiếp có bộ phận dẫn nhiệt cưỡng bức  Nghiên cứu ổn định nhiệt độ buồng sấy bằng phương pháp điều khiển PID 2.2. Nội dung nghiên cứu + Nội dung 1: Điều khiển nhiệt độ bằng phương pháp điều khiển PID + Nội dung 2: Bộ điều khiển logic khả trình PLC S7-1200 + Nội dung 3: Hệ thống buồng sấy sử dụng năng lượng mặt trời + Nội dung 4: Xây dựng hệ thống cơ khí buồng sấy + Nội dung 5: Xây dựng hệ thống cấp điện và điều khiển sấy + Nội dung 6: Thi công hệ thống sấy + Nội dung 7: Hoàn thiện,chạy thử, đánh giá kết quả hoạt động của hệ thống 2.3. Phương pháp nghiên cứu 2.3.1. Tiến trình thực hiện nghiên cứu Tiến trình nghiên cứu được chia thành 5 bước  Bước 1: Tìm hiểu công nghệ lò sấy và các phương pháp điều khiển nhiệt độ, các vấn đề thực tế liên quan đến điều khiển nhiệt độ buồng sấy. 9 10  Bước 2: Thiết kế hệ thống ổn định nhiệt độ buồng sấy.  Bước 3: Xây dựng và thi công mô hình phần cứng hệ thống.  Bước 4: Thiết kế, thi công phần mềm của hệ thống.  Bước 5: Chạy thử, đánh giá sự ổn định của hệ thống 2.3.2. Phương pháp thực hiện nội dung 1: Điều khiển nhiệt độ bằng phương pháp điều khiển PID Phương pháp điều khiển nhiệt độ dựa trên việc sử dụng bộ điều khiển PID được mô tả bằng mô hình toán học như sau: Hình 2.1. Mô hình toán học hệ thống dùng bộ điều khiển PID Giá trị sai lệch ek được trích ra từ việc so sánh giá trị đặt so với giá trị hiện tại được đưa đến đầu vào của bộ điều khiển PID, thuật toán PID sau khi được thực hiện sẽ cho ra một giá trị uk tại đầu ra và được đưa tới khâu lưu giữ bậc 0, và sau khi qua khâu truyền đạt W( hàm truyền) sẽ cho ra giá trị tại đầu ra của hệ thống. Đối với một hệ thống xác định thì hàm truyền của hệ thống là xác định, vì thế thuật toán của bộ điều khiển PID sẽ quyết định đến mức độ chính xác và sự ổn định nhiệt độ của hệ thống. Biểu thức giải thuật PID được miêu tả bằng phương trình như sau: Giải thuật tính toán bộ điều khiển PID bao gồm 3 thông số riêng biệt: giá trị tỉ lệ, giá trị tích phân và giá trị vi phân đặc trưng cho 3 khâu: khâu tỉ lệ, khâu tích phân và khâu đạo hàm. Giá trị tỉ lệ P phụ thuộc vào sai số hiện tại, giá trị tích phân I phụ thuộc vào tích lũy các sai số quá khứ và giá trị vi phân 10