Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện Trờng DHNNI - HN 78 Hình 4.6: Cấu trúc bên trong của LM335 - Tính chất cơ bản của LM335: + LM335 có độ biến thiên theo nhiệt độ là: 10mV / 1 0 C + Độ chính xác cao, tính năng cảm biến nhiệt độ rất nhạy, ở nhiệt độ 25 0 C nó có sai số không quá 1%. Với tầm đo từ 0 0 C 128 0 C, tín hiệu ngõ ra tuyến tính liên tục với những thay đổi của tín hiệu ngõ vào. + Tiêu tán công suất thấp + Dòng làm việc từ 450 m A 5mA + Dòng điện ngợc 15mA +Dòng điện thuận 10mA + Độ chính xác : khi làm việc ở nhiệt độ 25 0 C với dòng làm việc 1mA thì điện áp ngõ ra từ 2,94V 3,04V. Với thông số kỹ thuật trên mà nhà sản xuất đa ra LM335 có đặc tính điện: Theo thông số của nhà sản xuất LM335, quan hệ giữa nhiệt độ và điện áp ngõ ra nh sau: V out = 0,01xT 0 K Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện Trờng DHNNI - HN 79 = 2,73 + 0,01xT 0 C Vậy ứng với tầm hoạt động từ 0 0 C 100 0 C ta có sự biến thiên điện áp ngõ ra nh sau: ở 0 0 C thì điện áp ngõ ra V out = 2,73 (V) ở 5 0 C thì điện áp ngõ ra là V out = 2,78 (V) ở 100 0 C thì điện áp ngõ ra V out =3,73 (V) Tầm biến thiên điện áp tơng ứng là 1V với khoảng nhiệt độ từ 0 0 C -100 0 C Để tạo khoảng so sánh tín hiệu lấy ra ứng với điều kiện làm việc của môi trờng ta cần một mạch khuếch đại khoảng biến thiên của tín hiệu ra. Đây là mạch so sánh tín hiệu ra của cảm biến với tín hiệu đặt điện áp ứng với điệu kiện làm việc nhiệt độ môi trờng ngoài. Vì khoảng biến thiên điện áp của bộ cảm biến là 1V với khoảng biến thiên nhiệt độ từ 0 0 C 100 0 C. Trong khi đó, yêu cầu mạch đầu vào của PLC có mức điện áp từ 0V 10V, vì vậy ta sử dụng mạch khuếch đại tín hiệu điện áp, với hệ số khuếch đại 2 lần giúp cho việc lập trình đợc đơn giản hơn. - Mạch khuyếch đại Sử dụng IC bán dẫn LM335 có độ nhạy là 10mV/ 0 K ta có mạch khuyếch đại điện áp ra và chuẩn hoá điên áp đầu ra. Ta có sơ đồ mạch nh sau: -5V +5V -5V +5V +5V -5V +5V JH1 Analog Output 1 1 + - U2 OP07CP 3 2 1 8 6 74 R1 2.2K + - U1 OP07CP 3 2 1 8 6 74 C1 10u R4 10k 13 2 R3 2.2K R7 RESISTOR R8 RESISTOR C4 10u JP1 Nguon 1 2 3 C3 10u C2 10u R2 10k 13 2 + - U3 OP07CP 3 2 1 8 6 74 R6 RESISTOR D1 LM335 1 3 2 R5 RESISTOR Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện Trờng DHNNI - HN 80 Hình 4.6: Sơ đồ mạch điện khuyếch đại tín hiệu của LM335 Mạch gia công thực hiện hai chức năng là khuyếch đại và hiệu chỉnh để tạo ra điện áp là 0V khi đo ở 0 0 C. Xét mạch ta thấy: Các khuyếch đại thuật toán ta sử dụng loại OP07 là loại OA có phần bù thấp. U1 và U2 đóng vai trò là các bộ các bộ đệm điện áp lý tởng: có trở kháng vào rất lớn và trở kháng ra rất nhỏ, không để các đầu vào ảnh hởng lẫn nhau. Các tụ C1, C2, C3 và C4 có tác dụng chống nhiễu và ổn địmh nguồn nuôi cho mạch. Ta có áp tại chân 2 của cảm biến LM335 là: V s = K*T a [ o K] = K*(273 + t a [ o C]) với K = 10mV/ 0 K Tại 0 0 K, V s = 0V, nên tại 0 0 C => V s = 2,73V. ệ V s = 2,73 + K*t a [ o C]. để có giá trị điện áp ra của LM335 tại 0 0 C là 2,73V, trong thực tế ta nhúng cảm biến vào nớc đá và hiệ chỉnh R4 cho đến khi điện áp ra của LM335 là 2,73V thì dừng. Do đó nhằm tạo ra điện áp đầu ra là 0V tại 0 o C ta cần có khối trừ phần điện áp 2,73V tại 0 0 C mà LM335 tạo ra. Biến trở R2 chính là phần bù trừ điện áp mà ta nói ở trên. U3 đóng vai trò là bộ cộng có khuyếch đại. Xét trờng hợp nó tuyến tính, áp dụng phơng pháp xếp chồng cho từng ngõ vào, ngắn mạch ngõ vào còn lại. Gọi V out1 là ngõ ra của U3 ứng với ngõ vào đảo, V out2 là áp ngõ ra của U3 ứng với ngõ vào không đảo. Hai thông số này đợc tính nh sau: 21 * 5 6 Uout V R R V = 12 * )87(*5 )65(*8 Uout V RRR RRR V + + = Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện Trờng DHNNI - HN 81 Nh vậy điện áp đầu ra của U3 là: V out = V out1 + V out2 = 21 * 5 6 * )87(*5 )65(*8 UU V R R V RRR RRR + + Chọn R5 = R7, R6 = R8 ta đợc: V out = )(*)(* 5 6 2121 UUVUU VVAVV R R = Suy ra điện áp tại đầu ra của mạch (JH1) sẽ thay đổi A V *10mV khi nhiệt độ thay đổi 1 0 C . Ta chon R6 = 22K và R5 = 10 K. Để tính chọn R3, ta xét điều kiện hoạt động của của LM335 ở nhiệt độ t a = 25 0 C, I R = 1mA thì điện áp ngõ ra của LM335 là 2,98V. ệ R3 = = K mA VV 02,2 1 98,25 Chọn R3 = 2,2 K. ta cũng chọn R1 = 2,2K. 4.7.kết nối và chạy thử mô hình .4.7.1 Sơ đồ kết nối chức năng của mô hình. Hình4.7: Sơ đồ kết nối chức năng của mô hình Cảm biến nhiệt PL C Mạch điều khiển bằng Rơle Phần tử chấp hành B¸o c¸o tèt nghiÖp Lª M¹nh Hïng Líp tù ®éng ho¸ 46 Khoa c¬ ®iÖn – Tr−êng DHNNI - HN 82 B¸o c¸o tèt nghiÖp Lª M¹nh Hïng Líp tù ®éng ho¸ 46 Khoa c¬ ®iÖn – Tr−êng DHNNI - HN 83 B¸o c¸o tèt nghiÖp Lª M¹nh Hïng Líp tù ®éng ho¸ 46 Khoa c¬ ®iÖn – Tr−êng DHNNI - HN 84 Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện Trờng DHNNI - HN 85 Cảm biến nhiệt có chức năng đo nhiệt độ của sản phẩm và khuyếch đại tín hiệu để đa vào PLC để PLC thực hiện chức năng điều khiển của mình đa ra các tín hiệu tới các cơ cấu chấp hành PLC có nhiệm vụ thu nhập tín hiệu từ cảm biến, sau đó xử lý và đa quyết định điều khiển đến các cơ cấu chấp hành trong dây chuyền. Mạch điều khiển bằng Rơle chính là các cơ cấu chấp hành nhằm tác động các phần tử chấp hành làm việc. Phần tử chấp hành chính là các phần tử làm nhiệm vụ thực hiện các thao tác mà PLC điều khiển. 4.7.2.Ghép nối và chạy thử mô hình. Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện Trờng DHNNI - HN 86 Từ việc nghiên cứu và thiết kế của đề tài, ta đi thực hiện ghép nối mô hình mô phỏng quá trình hoạt động của quá trình gia nhiệt. Cho mô hình chạy theo chơng trình đợc viết cho PLC ở trên. Do mô hình chỉ có tính chất mô phỏng lại quá trình gia nhiệt tại khâu tiệt trùng lên không có tính chất ứng dụng trong thực tế. Mô hình đã đáp ứng đợc với yêu cầu của đề tài là mô phỏng lại công nghệ trong sản xuất. Chơng 5. kết luận và đề nghị 5.1. Kết luận. Sau một thời gian nghiêm túc nghiên cứu và tim hiểu tài liệu, mặc dù gặp không ít khó khăn nhng với sự tận tình giúp đỡ của thầy giáo ThS. Phan Văn Thắng cùng với sự nỗ lực của bản thân đến nay tôi đã cơ bản hoàn thành đề tài Nghiên cứu thiết kế mô hình điều khiển quá trình gia nhiệt tại dây chuyền sản xuất nớc dứa cô đặc . Qua quá trình thực hiện đề tài tôi có một số kết luận nh sau: * Mặt tích cực - Báo cáo đã nêu đợc vai trò của tự động hoá cũng nh các ứng dụng của nó trong quá trình sản xuất, đặc biệt là trong điều kiện nớc ta hiện nay. - Qua quá trình thực hiện đề tài này chúng ta đã biết cách sử dụng phần mềm lập trình để lập trình điều khiển quá trình tự động hoá trong các dây chuyền sản xuất. - Đề tài này còn giúp cho chúng ta hiểu đợc sự khác nhau giữa lý thuyết điều khiển và thực tế của nó khi đem ứng dụng trong sản xuất thực tế. - Đề tài cũng nêu đợc vai trò và ứng dụng của cảm biến trong quá trình điều khiển, đồng thời cũng đa ra đợc cách thiết kế, chế tạo một cảm biến đơn giản. - Từ thực tế sản xuất và nghiên cứu phần mềm Simatic S7 200 đề tài đã xây dựng đợc mô hình quá trình gia nhiệt trong dây chuyền sản xuất nớc dứa cô đặc. * Mặt hạn chế - Đề tài mới chỉ xây dựng mô hình điều khiển dới dạng bảng điều khiển nên mới chỉ thể hiện một cách tơng đối dây chuyền hoạt động của nó trong thực tế. Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện Trờng DHNNI - HN 87 - Đề tài chỉ dừng lại việc xây dựng mô hình mô phỏng quá trình sản xuất do đó đề tài không đợc ứng dụng trong thực tế đây là một hạn chế lớn nhất của đề tài. - Dây chuyền sản xuất trong thực tế là một dây chuyền khá hiện đại và mới ở nớc ta, đề tài mới chỉ nêu đợc sự ảnh hởng của yếu tố nhiệt độ đến sản phẩm mà cha kể đến ảnh hởng của các yếu tố khác nh áp suất, lu lợng 5.2 Đề NGHị - Tăng cờng lợng đề tài nghiên cứu khoa học để sinh viên có điều kiện tiếp xúc nhiều hơn với các phần mềm tự động hoá và lập trình. - Cần tạo cho sinh viên các điều kiện thuận lợi trong quá trình làm báo cáo nh trang thiết bị, không gian và địa điểm phù hợp. [...]... S7 200 Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật 2 Nguyễn Doãn Phớc, Phan Xuân Minh, Vũ Văn Hà Tự động hoá với Simatic S7 300 Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật 3 Nguyễn Tấn Phớc ứng dụng PLC SIEMENS Và MOELLER trong tự động hoá Nhà xuất bản TP Hồ CHí MINH 4 Tăng Văn Mùi, Nguyễn Tiến Dũng Điều khiển logic lập trình PLC Nhà xuất bản thống kê 5 Bùi Hải, Dơng Đức Hồng, Hà Mạnh Thứ Thiết bị trao đổi nhiệt 6 http//:www.Siemens.de/Automation . trình gia nhiệt trong dây chuyền sản xuất nớc dứa cô đặc. * Mặt hạn chế - Đề tài mới chỉ xây dựng mô hình điều khiển dới dạng bảng điều khiển nên mới chỉ thể hiện một cách tơng đối dây chuyền. dụng trong thực tế đây là một hạn chế lớn nhất của đề tài. - Dây chuyền sản xuất trong thực tế là một dây chuyền khá hiện đại và mới ở nớc ta, đề tài mới chỉ nêu đợc sự ảnh hởng của yếu tố nhiệt. trình tự động hoá trong các dây chuyền sản xuất. - Đề tài này còn giúp cho chúng ta hiểu đợc sự khác nhau giữa lý thuyết điều khiển và thực tế của nó khi đem ứng dụng trong sản xuất thực tế. -