Đang tải... (xem toàn văn)
BTL KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG HCMUT, PHÂN TÍCH HỆ THỐNG MÁY SẤY NGÔ Những năm gần đây, khái niệm tự động hóa, được định nghĩa là ứng dụng tự động hóa để kiểm soát các quy trình công nghiệp, đã phát triển nhanh chóng vì nó có thể cải thiện hoạt động của quy trình sản xuất, bên cạnh chất lượng hàng hóa được sản xuất, đảm bảo cho các công ty đạt được mục tiêu. mục tiêu của họ với hiệu suất tối ưu. Việc tự động hóa trong ngành cho đến những năm 70 chỉ được thực hiện trên cơ sở rơle, sử dụng cái được gọi là logic có dây, nhưng từ những năm này, Tự động hóa có thể lập trình (PLC) bùng nổ, chuyển sang logic được lập trình. Các phiên bản và mẫu PLC đầu tiên đắt tiền, khó lập trình, bộ nhớ tương đối ít và hầu như không có các yếu tố ngoại vi. Vào những năm 80, những công nghệ này đã được cải thiện cả về giá cả lẫn lợi ích, nhưng ngay cả việc lập trình cũng khó thực hiện, điều đó có nghĩa là chỉ một nhóm nhỏ chuyên gia được đào tạo để đưa nó vào sử dụng và bảo trì.
ĐẠI HỌC QUỐC GIA ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MƠN KĨ THUẬT ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG HỆ THỐNG SẤY KHÔ HẠT NGÔ Danh sách thành viên: Nguyễn Thành Hải Đặng Quốc Đại Lê Khắc Nam Nguyễn Nguyên Long Nhóm 13 Giáo viên hướng dẫn: ThS Võ Anh Huy 2013075 2012901 2013817 2013660 L05 TP HCM, Ngày 13 tháng 12 năm 2023 MỤC LỤC MỤC LỤC PHẦN NỘI DUNG I Phương pháp thực .7 Tự động hóa cơng nghiệp Phương pháp Ziegler Nichols .8 Bộ điều khiển PID Thu thập thơng tin tốn 10 Các yêu cầu sấy ngơ ứng dụng mơ hình hóa q trình sấy 12 5.1 Các yêu cầu sấy ngô .12 5.2 Ứng dụng mơ hình hóa q trình sấy .13 II Thiết kệ hệ thống điều khiển 15 Bộ điều khiển (Controllers) 15 1.1 Tổng quan 15 1.2 Cấu tạo điều khiển nhiệt độ 17 1.3 Nguyên lý hoạt động điều khiển nhiệt độ 17 1.4 Các chế độ điều khiển điều khiển .18 1.4.1 Điều khiển PID 18 1.4.2 Kiểm soát điều khiển ON/OFF (bật/tắt) 19 1.4.3 Kiểm soát nhiệt độ theo tỷ lệ 19 1.5 Các kiểu điều khiển điều khiển 19 1.5.1 Bộ điều khiển nhiệt độ theo chương trình 19 1.5.2 Bộ điều khiển nhiệt độ kết nối với máy tính thơng qua truyền thông RS485 20 1.5.3 Bộ điều khiển nhiệt độ dạng DIN Rail .20 1.6 Ưu điểm điều khiển nhiệt độ .21 1.7 Ứng dụng điều khiển 21 Cơ sở lý thuyết .22 Thiết kế điều khiển 25 3.1 Cấu tạo hệ thống 25 3.1.1 Cảm biến nhiệt độ (can nhiệt) 25 3.1.2 Bộ điều khiển nhiệt độ lò sấy, hiển thị nhiệt độ 25 3.1.3 Bộ điều khiển trung tâm 26 3.1.4 Phần mềm giám sát nhiệt độ lò sấy 26 3.2 Nguyên tắc hoạt động hệ thống .27 3.3 Mơ hình tốn học lị nhiệt 28 3.2 Giải pháp đề xuất 29 Kết 33 III Kết 36 KẾT LUẬN .39 TÀI LIỆU THAM KHẢO 40 TỔNG QUAN “Hệ thống sấy khơ hạt ngơ” trình bày kết thiết kế điều khiển PID để phân tích nhiệt độ độ ổn định kỹ thuật khác Lý thuyết điều khiển sử dụng để sấy hạt ngô, nhằm cải thiện chất lượng hạt ngô, ngăn chặn phát triển nấm mốc thối rữa hạt ẩm bên cạnh côn trùng Mọi hoạt động gây hư hạt hạt mạnh lên phát triển nhanh điều kiện hạt ấm ẩm tạo điều kiện cho nấm phát triển Bài viết gồm phần bao gồm sở lý thuyết, đặc điểm hệ thống PID mô lại hàm thông số thiết lập phần mềm MATLAB LỜI NĨI ĐẦU Q trình sấy khô hạt ngô không bước quan trọng chuỗi sản xuất thực phẩm mà cịn đóng vai trị vơ to lớn thiết yếu Việc trì kiểm sốt chặt chẽ hàm lượng nước hạt yếu tố bỏ qua Sấy khô không nhằm ngăn chặn nảy mầm hạt giống mà giúp giảm hàm lượng nước xuống mức không cho phép vi khuẩn nấm mốc phát triển, từ tránh hỏng hóc sản phẩm Hiểu biết rõ ràng trình sấy khô phương pháp điều chỉnh hạt thông qua việc loại bỏ nước đến mức đạt cân với môi trường xung quanh, không bảo tồn hình dáng bên ngồi hạt mà cịn trì đặc tính dinh dưỡng quan trọng, bao gồm chất lượng dinh dưỡng khả sinh trưởng hạt giống Việc trì ổn định mặt ngoại hình sản phẩm khơng tạo ấn tượng tích cực người tiêu dùng mà cịn giữ giá trị dinh dưỡng, góp phần quan trọng vào việc bảo vệ trì khả sống hạt giống Điều không làm tăng giá trị thẩm mỹ mà cịn đảm bảo tính bền vững chuỗi cung ứng thực phẩm, đóng góp vào an toàn chất lượng nguồn lương thực dành cho người, đặc biệt bối cảnh đòi hỏi nâng cao tiêu chuẩn vệ sinh an tồn thực phẩm giới ngày Vì lý nên vô cấp thiết việc thiết kế điều chỉnh tính ổn định điều khiển PID để đảm bảo có hạt ngơ chất lượng bảo quản thời gian dài hơn, loại bỏ tạp chất hạt ngô thu hoạch để bảo quản hạt ngơ với khoảng thời gian lớn 30 ngày Hiện nay, q trình sấy khơ hạt ngơ thực theo cách thủ công đơn giản, đặt hạt ngô mặt đất chờ thời gian từ khoảng đến ngày tùy thuộc vào số lượng hạt ngô đem phơi điều kiện thời tiết Bên cạnh đó, hạt ngô đặt đất tiếp xúc với yếu tố có hại vi khuẩn, nấm mốc côn trùng phát triển dày đặc điều kiện môi trường điều kiện môi trường khu vực tỉnh Meta – Colombia, với độ ẩm tương đối khoảng 65 – 70% Điều ảnh hưởng đến chất lượng hạt ngơ, để lưu trữ bảo quản tốt hạt ngơ cần có độ ẩm thấp 14%, độ ẩm tương đối môi trường lưu trữ không lớn 50%, nhiệt độ không 18ºC phải đặt túi có trọng lượng định cột gỗ Mơ hình hóa mơ máy tính cho q trình sấy khô hạt ngô sử dụng nghiên cứu Nhiều mơ hình đề xuất để mơ tả q trình truyền nhiệt truyền khối lượng loại máy sấy hạt ngô bản: máy sấy lớp cố định, luồng chéo, luồng đồng thời luồng đối lưu Các mơ hình cung cấp khung để hiểu mô tả cách mà nhiệt độ, độ ẩm, yếu tố khác lưu lượng khơng khí tốc độ sấy khơ ảnh hưởng đến hạt ngơ q trình sấy khơ Mơ hình giúp dự đốn hiệu suất tối ưu hóa q trình sấy khơ, thiết kế điều chỉnh máy sấy để đạt kết mong muốn Công cụ mô máy tính giúp nghiên cứu hiểu rõ cách thay đổi điều kiện sấy khơ ảnh hưởng đến chất lượng hiệu suất q trình này, cung cấp thơng tin quan trọng để cải thiện quy trình sấy khơ hạt ngô ứng dụng thực tế Theo S Rafiee cộng [1], điều kiện sấy khô ảnh hưởng đến chất lượng hạt đậu nành khô Do đó, việc mơ tả xác tốc độ sấy khô cần thiết Trong nghiên cứu này, phương trình hình thức yếu tố hữu hạn giải pháp phương trình truyền chuyển độ ẩm qua kết hợp trình bày để cải thiện việc mơ q trình sấy khơ hạt giống có cấu trúc khơng đối xứng Mơ hình truyền chuyển độ ẩm Fick giải Trong giai đoạn thực nghiệm, hạt đậu nành sấy khô, dạng lớp mỏng, nhiệt độ khơng khí từ 30, 40, 50, 60 70 ° C, thực ba lần, với tốc độ không khí sấy cố định m/s Đối với C W.Cao cộng [2], Trường Đại học Nông nghiệp Trung Quốc đặt quan tâm lớn vào việc nghiên cứu sấy khô hạt ngô mơ hình hóa tốn học mơ máy tính q trình sấy khơ hạt ngơ Kể từ năm 1988, việc mô máy sấy hạt ngô dạng luồng cùng, luồng chéo trộn nghiên cứu Phần mềm phát triển sử dụng việc phân tích hiệu suất máy sấy, thiết kế tối ưu hóa máy sấy hạt ngơ quản lý máy sấy có Tài liệu trình bày việc thiết kế phân tích tính ổn định điều khiển PID, cho phép q trình sấy khơ hạt ngơ tn thủ tiêu chuẩn chất lượng sức khỏe Điều dựa sở tham chiếu từ loại ngô khác tìm thấy Bởi tầm quan trọng ngô kinh tế vùng phụ thuộc chủ yếu vào việc trồng ngô, việc có quy trình sấy khơ giúp giảm chi phí, gia tăng thời gian bảo quản hạt ngô tăng sản lượng hạt ngô chuẩn với chất lượng an toàn cao quan trọng PHẦN NỘI DUNG I Phương pháp thực Tự động hóa cơng nghiệp Những năm gần đây, khái niệm tự động hóa, định nghĩa ứng dụng tự động hóa để kiểm sốt quy trình cơng nghiệp, phát triển nhanh chóng cải thiện hoạt động quy trình sản xuất, bên cạnh chất lượng hàng hóa sản xuất, đảm bảo cho công ty đạt mục tiêu mục tiêu họ với hiệu suất tối ưu Việc tự động hóa ngành năm 70 thực sở rơle, sử dụng gọi logic có dây, từ năm này, Tự động hóa lập trình (PLC) bùng nổ, chuyển sang logic lập trình Các phiên mẫu PLC đắt tiền, khó lập trình, nhớ tương đối khơng có yếu tố ngoại vi Vào năm 80, công nghệ cải thiện giá lẫn lợi ích, việc lập trình khó thực hiện, điều có nghĩa nhóm nhỏ chuyên gia đào tạo để đưa vào sử dụng bảo trì Một hệ thống tự động tạo thành từ phần tử công cụ sử dụng để đo biến số vật lý, thực hành động điều khiển truyền tín hiệu Trong tất quy trình, điều cần thiết phải kiểm sốt trì số lượng định không đổi Từ điển Học viện Real Spanish Academy định nghĩa Tự động môn học liên quan đến phương pháp thủ tục với mục đích thay người vận hành người người vận hành nhân tạo việc thực nhiệm vụ thể chất tinh thần lập trình trước Một khía cạnh quan trọng cơng việc bao gồm tự động hóa dựa điều khiển PID triển khai PLC, điều này, chọn để sử dụng phương pháp loại tiến hóa, chia thành ba giai đoạn: Phân tích, Thiết kế Thử nghiệm Phương pháp cho phép bạn quay lại giai đoạn trước phát thấy khơng quán lỗi muốn cải thiện số khía cạnh hệ thống Hệ thống giao diện người dùng nhà máy dựa bảng điều khiển có đầy đủ đèn báo, dụng cụ đo lường nút ấn thay hệ thống kỹ thuật số thực bảng điều khiển hình máy tính hình cảm ứng Việc điều khiển trực tiếp thực điều khiển tự động kỹ thuật số và/hoặc máy tự động lập trình chúng kết nối với máy tính thực chức đối thoại với người vận hành Phương pháp Ziegler Nichols Phương pháp Ziegler-Nichols phương pháp sử dụng điều khiển tự động để đạt thông số điều khiển cho hệ thống Phương pháp đặt tên theo hai kỹ sư điều khiển tự động người Mỹ, John G Ziegler Nathaniel B Nichols Phương pháp Ziegler-Nichols đề xuất quy trình thử nghiệm để xác định thông số quan trọng điều khiển PID (Proportional-Integral-Derivative) gọi với tên khác điều khiển tuyến tính, gồm có số tỷ lệ ( K p ), số tích phân ( K i), số đạo hàm ( K d ) Các bước thử nghiệm thường bao gồm tăng dần độ trễ thời gian (gain) hệ thống trở nên khơng ổn định, sau sử dụng liệu để tính tốn số PID Phương pháp Ziegler-Nichols thường áp dụng hệ thống điều khiển tự động để cải thiện hiệu suất ổn định hệ thống Đặc điểm phương pháp: Là phương pháp thực nghiệm để xác định tham số điều khiển PID Rất thuận tiện mơ hình tốn học đối tượng chưa biết trước Đáp ứng nhận có độ điều chỉnh khoảng 25% Bộ điều khiển PID Bộ điều khiển PID điều khiển phổ biến công nghiệp Phương pháp thông dụng để chỉnh định điều khiển giải thuật Ziegler-Nichols Tuy nhiên, ảnh hưởng nhiễu sai số thiết bị đo mà phương pháp khó đạt giá trị tối ưu cho hệ số K p , K d K i điều khiển PID Mọi hệ thống điều khiển PID hầu hết bao gồm thành phần sau: + Thiết bị điều khiển (bộ điều khiển PID, PLC…) + Cơ cấu điều khiển (van gia nhiệt động cơ, biến tần…) + Thiết bị phản hồi (cảm biến nhiệt độ, cảm biến áp suất, cảm biến lưu lượng…) Mọi thiết bị hệ thống có liên kết chặt chẽ với tạo nên vòng điều khiển khép kín Thơng số PID Điều khiển PID có khâu: Khâu tỉ lệ, khâu tích phân khâu vi phân Khâu tỉ lệ (P – controller) làm thay đổi giá trị đầu tỉ lệ với giá trị sai số Khâu tỉ lệ với chức làm thay đổi giá trị đầu đến giá trị mong muốn Tuy nhiên thực tế khơng đặt đến giá trị mong muốn Nó ln có sai lệch chút so với giá trị mong muốn Khâu tích phân (I – controller) cộng dồn sai số khứ Khâu tỉ lệ với biên độ sai số thời gian xảy sai số Với khâu tích phân cho thời gian đáp ứng hệ thống nhanh Khâu vi phân (D – controller) vi phân sai lệch Nó đưa tín hiệu điều khiển tỉ lệ với tốc độ thay đổi sai số Nói đơn giản tốc độ thay đổi hệ thống nhanh khâu vi phân giảm tốc độ xuống Nói chung khâu vi phân làm dao động hệ thống tắt dần theo thời gian Nếu bỏ tích phân vi phân điều khiển Tuy nhiên có sai số điều khiển tỉ lệ Thêm vào khâu tích phân cho hệ thống giảm sai số Thêm vào khâu vi phân tăng thời gian đáp ứng giảm dao động Sau đây, báo cáo trình bày yếu tố liên quan cho phát triển hệ thống này, phần đầu thu thập thông tin, bao gồm đặc điểm q trình bảo quản, sau phân tích quy trình sấy ngơ để giới thiệu đặc điểm, ưu điểm mà điều khiển có ngành, đặc biệt điều khiển PID kết thúc với việc thiết kế điều khiển dựa phương pháp Ziegler Nichols Thu thập thơng tin tốn Đầu tiên, việc thu thập thông tin thực hiện, bao gồm tất chủ đề liên quan đến tảng lý thuyết cần thiết cho việc phát triển dự án, cách này, có điểm khởi đầu để chuyển sang giai đoạn Khi biết khía cạnh cần thiết để xác định đặc tính điều khiển PID, tiến hành thiết kế Khi bảo quản bao ngô, nên đặt bao tải pallet pallet gỗ để xử lý tốt tránh để bao bì tiếp xúc với mặt đất Kích thước bao tải nơi bảo quản ngô cao 80 cm, rộng40 cmvà dài 30 cm, kích thước kho m× 5,5 m, nơi khơng gian phân bố hình Những thơng sốt quan trọng để tính tốn dung lượng lưu trữ Hình 1: Kích thước kho lưu trữ Kho lưu trữ chia làm hai phần, chừa lại hành lang rộng mét Hình 1, khơng gian bố trí thơng thống Trong trường hợp này, kích thước phịng lưu trữ tính theo phương trình (1) S1= b(1) ⇒ S1=4,8 ×2=9,6 m2 Trong đó: