Luận văn Dây chuyền sấy nông sản theo phương pháp đối lưu khí (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Dây chuyền sấy nông sản theo phương pháp đối lưu khí (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - TRUYỀN THÔNG DÂY CHUYỀN SẤY NÔNG SẢN THEO PHƯƠNG PHÁP ĐỐI LƯU KHÍ GVHD: ThS. NGUYỄN TẤN ĐỜI SVTH: LÀU DU PHÁT MSSV: 12141162 SVTH: ĐÀM VĂN QUANG MSSV: 12141742 S K L 0 0 4 3 5 9 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07/2016
2. BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ-CÔNG NGHIỆP ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: DÂY CHUYỀN SẤY NÔNG SẢN THEO PHƯƠNG PHÁP ĐỐI LƯU KHÍ GVHD: Th.S Nguyễn Tấn Đời SVTH: Làu Du Phát MSSV: 12141162 SVTH: Đàm Văn Quang MSSV: 12141175 Tp. Hồ Chí Minh – 7/2016
3. BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ-CÔNG NGHIỆP ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: DÂY CHUYỀN SẤY NÔNG SẢN THEO PHƯƠNG PHÁP ĐỐI LƯU KHÍ GVHD: Th.S Nguyễn Tấn Đời SVTH: Làu Du Phát MSSV: 12141162 SVTH: Đàm Văn Quang MSSV: 12141175 Tp. Hồ Chí Minh – 7/2016
4. TRƯỜNG ĐH. SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TP. HỒ CHÍ MINH ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ Tp. HCM , ngày 5 tháng 7 năm 2016 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Làu Du Phát MSSV: 12141162 Đàm Văn Quang MSSV: 12141175 Chuyên ngành: Công nghệ kĩ thuật điện tử truyền thông Mã ngành: 01 Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ: 1 Khóa : 2012 Lớp: 12141DT1B I. TÊN ĐỀ TÀI: DÂY CHUYỀN SẤY NÔNG SẢN THEO PHƯƠNG PHÁP ĐỐI LƯU KHÍ II. NHIỆM VỤ 1. Các số liệu ban đầu: 2. Nội dung thực hiện: III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 30/3/2016 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 30/6/2016 V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: Ths Nguyễn Tấn Đời CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP ii
5. TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT TPHCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Khoa Điện - Điện Tử Độc lập - Tự do - Hạnh phúc Bộ Môn Điện Tử Công Nghiệp Tp. Hồ Chí Minh, ngày 01 tháng 04 năm 2016 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (Bản lịch trình này được đóng vào đồ án) Họ tên sinh viên 1: Đàm Văn Quang Lớp : 12141DT1B MSSV:12141175 Họ tên sinh viên 2: Làu Du Phát Lớp: 12141DT1B MSSV:12141162 Tên đề tài: DÂY CHUYỀN SẤY NÔNG SẢN THEO PHƯƠNG PHÁP ĐỐI LƯU KHÍ Tuần/ngày Nội dung Xác nhận GVHD Tuần 1 (4/4 – Đưa ra quy trình sấy, lựa chọn thiết bị phần 10/4) cứng, thiết kế máy sấy, bố trí các cơ cấu hợp lí Tuần 2 (11/4 – Tiến hành thi công làm bồn chứa, lò gia nhiệt. 17/4) Tuần 3 (18/4 – Thi công phần giàn nâng cho bồn chứa, làm 24/4) băng tải, cơ cấu xi lanh. Tuần 4 (25/4 – Lắp tủ điện, kết nối plc với biến tần, cảm biến 1/5) nhiệt độ, loadcell, động cơ, HMI Tuần 5 (2/5 – Lập trình plc điều khiển biến tần, các động cơ 8/5) cho băng tải, động cơ quạt gió, các xi lanh. Tuần 6 (9/5 – Lập trình plc đọc giá trị từ cảm biến nhiệt độ 15/5) Tuần 7 (16/5 – Lập trình plc điều khiển lò nhiệt 22/5) Tuần 8 (23/5 – Lập trình plc đọc giá trị từ loadcell 29/5) Tuần 9 (30/5 – Lập trình plc giao tiếp với HMI 5/6) Lập trình plc điều khiện hệ thống chạy theo 1 chu trình đã đưa ra Tuần 10 (6/6 Tiếp tục lập trình plc để điều khiển hệ thống 12/6) chạy theo 1 quy trình đã đưa ra Tuần 11 (20/6 Kiểm tra tính ổn định của hệ thống – 26/6) - Viết luận văn, làm báo cáo Tuần 12 (27/6 - - Viết luận văn, làm báo cáo 3/7) GV HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ và tên) Th.S Nguyễn Tấn Đời iii
6. TÓM TẮT Trong đề tài “ DÂY CHUYỀN SẤY NÔNG SẢN THEO PHƯƠNG PHÁP ĐỐI LƯU KHÍ” này nhóm đã tính toán thiết kế mô hình sấy áp dụng phương pháp đảo chiều khí, khảo sát các đặc tính của nông sản tươi và khô. Lựa chọn các thiết bị cần thiết áp dụng vào mô hình sấy, sử dụng thuật toán PID kết hợp với việc phát xung PWM trong PLC S7-200 để điều khiển nhiệt độ trong bồn sấy, xác định độ khô của nông sản dựa vào khối lượng. PLC có nhiệm vụ đọc các tín hiệu ở ngõ vào số (nút nhấn, công tắc) và ngõ vào tương tự (cảm biến Loadcell, cảm biến nhiệt độ pt100) để điều khiển cở cấu chấp hành ở ngõ ra (xy lanh, động cơ băng tải, dây đốt gia nhiệt, biến tần ) thực hiện các công việc của dây chuyền sấy theo chương trình được lập trình sẵn. Màn hình HMI giúp cho người vận hành, người dùng có thể giám sát quá trình hoạt động, các thông số kỹ thuật, ghi nhận được các giá trị hiển thị về khối lượng nông sản tươi, khối lượng nông sản khô, nhiệt độ hiện tại và thông qua giao diện này chúng ta cũng có thể điều khiển hoạt động của hệ thống trực tiếp từ màn hình HMI. Qua rất nhiều thời gian nghiên cứu thiết kế, cân chỉnh, vận hành thực tế mô hình. Hệ thống đã hoạt động được như yêu cầu ban đầu với độ chính xác hơn 90% xiii
7. MỤC LỤC Trang bìa i Nhiệm vụ đồ án ii Lịch trình iii Cam đoan iv Lời cảm ơn v Mục lục vi Liệt kê hình vẽ x Liệt kê bảng xii Tóm tắt xiv CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN vi 1.1 Đặt vấn đề 1 1.2 Mục tiêu 2 1.3 Nội dung nghiên cứu 2 1.4 Giới hạn 2 1.5 Bố cục đề tài 2 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 4 2.1. Cấu trúc chung của một hệ thống sấy 4 2.1.1. Buồng gia nhiệt 4 2.1.2. Quạt 4 2.1.3. Buồng sấy 5 2.2. Các phương pháp sấy 5 2.2.1. Sấy đối lưu 5 2.2.2. Sấy chân không và sấy thăng hoa 6 2.2.3. Sấy bằng dòng điện cao tần 7 2.2.4. Sấy tầng sôi 7 2.3. Các thông số đặc trưng của nông sản 7 2.3.1. Độ ẩm tuyệt đối 7 2.3.2. Độ ẩm tương đối 8 2.4. Phương pháp điều khiển nhiệt dộ 9 2.4.1. Điều khiển kiểu on/off 9 2.4.2. Điều khiển kiểu pid 10 2.4.3. Lựa chọn các thông số cho bộ pid 15 2.4.4. Pid trong hệ thống điều khiển nhiệt độ 16 2.5. Plc s7-200 của hãng simens 18 vi
8. 2.5.1 Tổng quát về plc 18 2.5.2 Cấu trúc của plc 18 2.5.3 Tìm hiểu sơ lược về plc s7200 cpu 224 của siemen 19 2.6. Module analog em231, em232. 24 2.6.1 Khái niệm về module analog. 24 2.6.2 Analog input 24 2.6.3 Analog output 24 2.6.4 Nguyên lý hoạt động chung của các cảm biến và các tín hiệu đo chuẩn trong công nghiệp. 24 2.6.5 Giới thiệu về module analog em231. 25 2.6.6 Giới thiệu về module analog em232. 28 2.7. Loadcell 29 2.7.1 Mạch cầu wheatstone 30 2.7.2 Cách nối dây cho hệ thống nhiều loadcell 31 2.7.3 Mạch khuyếch đại loadcell 33 2.8. Cảm biến nhiệt độ pt100 34 2.8.1 Cấu tạo của pt100 34 2.8.2 Nguyên lý hoạt động của pt100 34 2.9. Solid state relay (ssr) 36 2.10. Động cơ một chiều dc 36 2.10.1 Cấu tạo động cơ dc 36 2.10.2 Nguyên lý làm việc 37 2.11. Động cơ không đồng bộ 3 pha 39 2.11.1 Giới thiệu 39 2.11.2 Cấu tạo động cơ không đồng bộ ba pha 39 2.11.3 Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ 42 2.12 Biến tần 43 2.13 một số linh kiện khác 45 2.13.1 Xy lanh 45 2.13.2 Van đảo chiều 46 CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ 47 3.1 Giới thiệu 47 3.2 Tính toán và thiết kế hệ thống 47 3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống 47 3.2.2 Tính toán và thiết kế 48 3.3 Lựa chọn thiết bị 63 3.3.1 Lựa chọn plc 63 vii
9. 3.3.2 Lựa chọn loadcell 63 3.3.3 Lựa chọn xylanh 64 3.3.4 Lựa chọn cảm biến nhiệt độ 65 3.3.5 Lựa chọn van điện từ 66 3.3.6 Lựa chọn động cơ quạt và động cơ kéo băng tải 67 3.3.7 Lựa chọn biến tần invt gd10 69 3.3.8 Lựa chọn nguồn 70 3.4 Tính toán độ khô của nông sản 71 CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG 74 4.1 Giới thiệu 74 4.2 Thi công hệ thống 74 4.2.1 Thi công mô hình 74 4.2.2 Thi công mạch khuếch đại loadcell 76 4.3 Lập trình hệ thống 79 4.3.1 Lưu đồ giải thuật 79 4.3.2 Lưu đồ chương trình 80 4.3.3 Phần mềm lập trình cho plc 84 4.4. Thiết kế giao diện và giám sát hệ thống 89 4.4.1. Màn hình hmi dop-b07s411 của hãng delta 89 4.4.2. Phần mềm lập trình cho hmi 90 4.4.3 Thiết kế giao diện 94 4.5. Một số phần mềm khác 95 4.5.1. Phần mềm vẽ mạch 95 4.5.2. Phần mềm thiết kế mô hình 96 4.6 Viết tài liệu hướng dẫn sử dụng, thao tác 97 4.6.1 Viết tài liệu hướng dẫn sử dụng 97 4.6.2 Quy trình thao tác 103 CHƯƠNG 5. KẾT QUẢ-NHẬN XÉT- ĐÁNH GIÁ 105 5.1 Thiết kế mô hình 105 5.2 Cân và vận chuyển nguyên liệu 107 5.3 Cài đặt và điều khiển nhiệt độ 107 5.4 Điều khiển quạt gió 109 CHƯƠNG 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 110 6.1 Kết luận 110 6.2 Hướng phát triển 110 TÀI LIỆU THAM KHẢO 111 viii
10. PHỤ LỤC 112 ix
11. LIỆT KÊ HÌNH VẼ Hình Trang Hình 2.1: Đồ thị mô tả phương pháp điều khiển ON/OFF 9 Hình 2.2: Cấu trúc bộ điều khiển PID 10 Hình 2.3: Đồ thị mô tả phương pháp điều khiển PID 11 Hình 2.4: Sơ đồ khối của khâu P 13 Hình 2.5: Sơ đồ khối của khâu I 13 Hình 2.6: Sơ đồ khối của khâu D 14 Hình 2.7: Sơ đồ bộ điều khiển và lò điện 17 Hình 2.8: PLC S7-200 SIEMENS 19 Hình 2.9: Sơ đồ vòng quét của chương trình 22 Hình 2.10: Module EM231 26 Hình 2.11: Sơ đồ khối của đầu vào Analog EM231 27 Hình 2.12: Sơ đồ khối đầu ra Analog của EM232 28 Hình 2.13: Cấu tạo Strain gage 29 Hình 2.14: Mạch cầu Wheatstone 30 Hình 2.15: Cấu tạo bên trong loadcell và nguồn cấp 31 Hình 2.16: Cách nối dây cho hệ thống nhiều loadcell 32 Hình 2.17: Mạch tương đương 32 Hình 2.18: Mạch khuếch đại tín hiệu. 33 Hình 2.20: Cấu tạo của đầu cảm biến nhiệt độ PT100 34 Hình 2.21: Độ tuyến tính của điện trở Bạch kim theo nhiệt độ 35 Hình 2.22: SSR-40 DA của hãng FOTEK 36 Hình 2.23: Cấu tạo động cơ DC 37 Hình 2.24 : Sơ đồ nguyên lý của động cơ DC 38 Hình 2.25: Từ trường cực từ và từ trường phần ứng 38 Hình 2.26: Cấu tạo động cơ không đồng bộ 3 pha roto lồng sóc. 40 Hình 2.27: Cấu tạo stator động cơ không đồng bộ 3 pha roto lồng sóc. 40 Hình 2.28: Cấu tạo lõi thép và dây quấn stator. 41 Hình 2.29: Cấu tạo rotor lồng sóc 41 Hình 2.30: Chiều của từ trường và chiều quay tương ứng của rotor 43 Hình 2.31: Biến tần INVT GD 10 44 Hình 2.32: Nguyên lí làm việc của bộ biến tần 45 Hình 2.33: Chiều tác động ngược lại do ngoại lực (a) và do lo xo (b) 45 Hình 2.34: Trạng thái khi OFF và ON của van đảo chiều 46 Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống 47 x
12. Hình 3.2: Bản vẽ cách bố trí của mô hình 48 Hình 3.3: Vị trí đặt 2 Loadcell 49 Hình 3.4: Vị trí đặt biến tần 50 Hình 3.5: Vị trí lắp đặt các xi lanh khí bên dưới bồn 50 Hình 3.6: Vị trí lắp đặt các xilanh khí mặt trên bồn 51 Hình 3.7: Bản vẽ thiết kế tủ điều khiển 52 Hình 3.8: Mặt trước của mô hình 53 Hình 3.9: Các thành phần của bồn sấy 54 Hình 3.10: Bồn sấy nhìn từ trên cao xuống 55 Hình 3.11: Bản vẽ của bồn chứa nông sản 56 Hình 3.12: Bản vẽ của băng tải 57 Hình 3.13: Bản vẽ quạt gió và phần gia nhiệt 58 Hình 3.14: Sơ đồ nguyên lí mạch khuếch đại loadcell 58 Hình 3.15: Sơ đồ nguyên lí mạch chuyển đổi tín hiệu PT100 59 Hình 3.16: Bộ điều khiển nhiệt TZN4M 60 Hình 3.17: Sơ đồ kết nối PLC 62 Hình 3.18: Sơ đồ kết nối module analog 62 Hình 3.19: Mạch động lực 63 Hình 3.20: Loadcell VLC – 134 64 Hình 3.21: Xy lanh CD2B16-50-B 65 Hình 3.22: Cảm biến nhiệt độ PT 100 66 Hình 3.23: Van điện từ SCM VD120Y 67 Hình 3.24: Động cơ AC 3 pha có gắn kèm quạt ly tâm 68 Hình 3.25: Động cơ DC 24V DS400 69 Hình 3.26: Hình ảnh biến tần Goodrive10 69 Hình 3.27: Nguồn tổ ong 71 Hình 4.1: Mô hình thực tế sau khi thi công 74 Hình 4.2: Mặt trước của tủ điều khiển 75 Hình 4.3: Bên trong tủ điều khiển 76 Hình 4.4: Mạch PCB lớp trên của mạch khuếch đại Loadcell 76 Hình 4.5: Mạch PCB lớp dưới của mạch khuếch đại Loadcell 76 Hình 4.6: Sơ đồ bố trí linh kiện 77 Hình 4.7: Mạch sau khi thi công 77 Hình 4.8: Lưu đồ giải thuật 79 Hình 4.9 :Lưu đồ chương trình chính 81 Hình 4.10: Lưu đồ chương trình con AUTO 82 xi
13. Hình 4.11: Lưu đồ chương trình con MAN 83 Hình 4.12: Lưu đồ chương trình con quy đổi độ ẩm 83 Hình 4.13: Giao diện Step 7 Micro/WIN sau khi khởi động 84 Hình 4.14: Wizard 86 Hình 4.15: Chọn vòng lặp PID 86 Hình 4.16: Cài đặt các thông số cho vòng lặp 87 Hình 4.17: Tùy chọn ngõ vào ra vòng lặp PID 87 Hình 4.18: Tùy chọn cảnh báo 88 Hình 4.19: Chọn vùng nhớ 88 Hình 4.20: Chọn tên chương trình con và chương trình ngắt 89 Hình 4.21: Chọn PID Tune Control Panel 89 Hình 4.22: HMI DOP-B07S411 của hãng DELTA 90 Hình 4.23: Trang khởi động HMI 91 Hình 4.24: Chọn model HMI 91 Hình 4.25: Chọn cổng giao tiếp và PLC cần kết nối 92 Hình 4.26: Trang thiết kế giao diện 93 Hình 4.27: Các thành phần thiết kế giao diện chính 93 Hình 4.28: Giới thiệu các kí hiệu trong giao diện người dùng 95 Hình 4.29: Giao diện phần mềm Proteus 8.0 96 Hình 4.30: Giao diện phần mềm SketchUp 2013 96 Hình 4.31: Chọn loại nông sản 98 Hình 4.32: Nhập số kg 98 Hình 4.33: Nhấn nút START để bắt đầu 99 Hình 4.34: Nhấn nút STOP để dừng quá trình sấy 100 Hình 4.35: Giao diện khi chọn nông sản khác 101 Hình 4.36: Nhấn nút mũi tên để trở về trang trước 102 Hình 4.37: Quy trình thao tác 104 Hình 5.1: Mô hình dây chuyền sấy nông sản 105 Hình 5.2: Giao diện HMI khi khởi động (page 1) 106 Hình 5.3: Giao diện điều khiển (page 2) 106 Hình 5.4: Giao diện điều khiển (page3) 107 Hình 5.5: Kết quả mô phỏng PID trên phần mềm STEP 7 108 Hình 5.6: Kết quả khi nhiệt độ đặt là 70 độ C 108 xii
14. LIỆT KÊ BẢNG Bảng Trang Bảng 2.1: Các thông số KP, KI, KD 11 Bảng 2.2: Ảnh hưởng của thông số PID đối với đáp ứng của hệ 12 Bảng 2.3:Lựa chọn phương pháp điều chỉnh 16 Bảng 2.4: Các thành phần của module analog EM231. 26 Bảng 2.5: Bảng cấu hình các SW cho Module EM231 29 Bảng 3.1: Thông số kĩ thuật bộ điều khiển nhiệt TZN4M 61 Bảng 3.2: Thông số kỹ thuật Loadcell VLC – 134 64 Bảng 3.3: Thông số kỹ thuật xylanh CD2B16-50-B 65 Bảng 3.4: Thông số kỹ thuật Van điện từ SCM VD120Y 67 Bảng 3.5: Thông số kĩ thuật của động cơ xoay chiều 3 pha 68 Bảng 4.1. Danh sách các linh kiện. 77 Bảng 4.2: Địa chỉ vùng nhớ ngõ ra, ngõ vào 84 Bảng 4.3: Địa chỉ vùng nhớ trung gian 84 Bảng 4.4: Một số thao tác thường dùng 93 xiii
15. TÓM TẮT Trong đề tài “ DÂY CHUYỀN SẤY NÔNG SẢN THEO PHƯƠNG PHÁP ĐỐI LƯU KHÍ” này nhóm đã tính toán thiết kế mô hình sấy áp dụng phương pháp đảo chiều khí, khảo sát các đặc tính của nông sản tươi và khô. Lựa chọn các thiết bị cần thiết áp dụng vào mô hình sấy, sử dụng thuật toán PID kết hợp với việc phát xung PWM trong PLC S7-200 để điều khiển nhiệt độ trong bồn sấy, xác định độ khô của nông sản dựa vào khối lượng. PLC có nhiệm vụ đọc các tín hiệu ở ngõ vào số (nút nhấn, công tắc) và ngõ vào tương tự (cảm biến Loadcell, cảm biến nhiệt độ pt100) để điều khiển cở cấu chấp hành ở ngõ ra (xy lanh, động cơ băng tải, dây đốt gia nhiệt, biến tần ) thực hiện các công việc của dây chuyền sấy theo chương trình được lập trình sẵn. Màn hình HMI giúp cho người vận hành, người dùng có thể giám sát quá trình hoạt động, các thông số kỹ thuật, ghi nhận được các giá trị hiển thị về khối lượng nông sản tươi, khối lượng nông sản khô, nhiệt độ hiện tại và thông qua giao diện này chúng ta cũng có thể điều khiển hoạt động của hệ thống trực tiếp từ màn hình HMI. Qua rất nhiều thời gian nghiên cứu thiết kế, cân chỉnh, vận hành thực tế mô hình. Hệ thống đã hoạt động được như yêu cầu ban đầu với độ chính xác hơn 90% xiv
16. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Nước ta là một nước có nền nông nghiệp phát triển nhưng lại phụ thuộc quá nhiều vào thời tiết, đặc biệt là trong vấn đề phơi khô bảo quản nông sản, vì vậy các lò sấy nông sản đã được ra đời nhưng chủ yếu là thủ công và bán thụ công, chi phí vận hành lớn .Mặt khác, thời vụ thu hoạch các loại nông sản thường kéo dài xuyên suốt năm, lượng nắng trong tháng vào mùa mưa khá ít, chính vì thế thời gian phơi khô nông sản bằng nắng tự nhiên phải mất nhiều ngày từ 8-10 ngày/đợt, nông sản dễ bị hư. Nhiều người chọn phương pháp đem nông sản ra các lò sấy nhưng chi phí các lò sấy thủ công khá đắt, lợi nhuận của người nông dân giảm đi rất nhiều. Ngoài ra, tại thời điểm vụ thu hoạch rộ thường thiếu nhân công thu hái, nên mỗi ngày lượng nông sản nông dân thu hoạch được từ vườn khá ít phải tích trữ trong kho nhiều ngày để đủ số lượng đưa ra phơi, gây ảnh hưởng đến chất lượng nông sản. Đây là nguyên nhân chính làm tổn thất về chất lượng nông sản sau thu hoạch. Trong ngành nông nghiệp nói chung thì việc bảo quản chất lượng sản phẩm là rất quan trọng. Để chất lượng sản phẩm được tốt ta phải tiến hành sấy để tách ẩm. Vật liệu sau khi sấy có khối lượng giảm do đó giảm công chuyên chở, độ bền tăng lên, chất lượng sản phẩm được nâng cao, thời gian bảo quản kéo dài Quá trình làm bốc hơi nước ra khỏi vật liệu bằng nhiệt gọi là quá trình sấy. Người ta phân biệt sấy ra làm hai loại: sấy tự nhiên và sấy nhân tạo Sấy tự nhiên dùng năng lượng mặt trời để làm bay hơi nước trong vật liệu nên đơn giản, ít tốn kém tuy nhiên khó điều chỉnh được quá trình sấy và vât liệu sau khi sấy vẫn còn độ ẩm cao .Trong công nghiệp hoá chất thường người ta dùng sấy nhân tạo,tức là phải cung cấp nhiệt cho vật liệu ẩm .Phương pháp cung cấp nhiệt có thể bằng dẫn nhiệt ,đối lưu ,bức xạ hoặc bằng năng lượng điện trường có tần số cao. Đối với nước ta là nước nhiệt đới nóng ẩm,do đó việc nghiên cứu công nghệ sấy để chế biến thực phẩm khô và làm khô nông sản có ý nghĩa rất đặc biệt .Kết hợp phơi sấy nhằm tiết kiệm năng lượng,nghiên cứu những công nghệ sấy và các thiết bị sấy phù hợp cho từng loại thực phẩm ,nông sản phù hợp với điều kiện khí hậu và thực tiễn BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 1
17. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN nước ta.Từ đó tạo ra hàng hóa phong phú có chất lượng cao phục vụ cho xuất khẩu và tiêu dùng trong nước. 1.2 MỤC TIÊU Thiết kế được mô hình sấy có thể hoạt động tự động. Dễ sử dụng dễ thao tác, có thể giám sát các thông số của nông sản qua màn hình HMI. Có thể sấy được nhiều loại nông sản, có thể điều chỉnh được nhiệt độ, khắc phục được các nhược điểm của các mô hình sấy có mặt trên thị trường. 1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Nghiên cứu các đặc tính của nông sản, lựa chọn các thông số phù hợp để đưa ra quy trình sấy từ đó thiết kế nên mô hình sấy cho phù hợp. Bên cạnh đó cũng nghiên cứu tập lệnh của PLC s7-200: PID, PWM. Sử dụng module analog EM231, EM232. Nghiên cứu cách điều khiển biến tần thông qua module EM232. Thiết kế giao diện điều khiển trên HMI DOP-B07S411. 1.4 GIỚI HẠN - Mô hình thiết kế có thể sấy được 10kg/mẻ - Nhiệt độ sấy < 100 độ C. - Sử dụng phương pháp đối lưu khí. - Nông sản dạng hạt ( cà phê , bắp, điều ) 1.5 BỐ CỤC ĐỀ TÀI Chương 1: Tổng Quan Chương này trình bày đặt vấn đề dẫn nhập lý do chọn đề tài, mục tiêu, nôi dung nghiên cứu, các giới hạn thông số và bố cục đồ án. Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết. Chương này trình bày về cơ sở lí thuyết của 1 hệ thống sấy, phương pháp tính toán nông sản khô dựa vào khối lượng , phương pháp điều khiển nhiệt độ , giới thiệu về các thiết bị linh kiện sử dụng trong mô hình : PLC ,module EM231, EM232, cảm biến PT100, loadcell, biến tần INVT GD10 Chương 3: Thiết Kế và Tính Tóan Chương này nói về việc tính toán thiết kế mô hình sấy, tính toán các mạch khuếch đại, thiết kế bộ PID bằng phần mềm STEP 7 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 2
18. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN Chương 4: Thi công hệ thống Chương này tập trung vào việc thi công mô hình sấy , thi công các mạch khuếch đại, thi công tủ điều khiển , giới thiệu một số phần mềm lien quan đến việc thiết kế , cuối chương là viết cách sử dụng mô hình Chương 5: Kết Quả, Nhận Xét và Đánh Giá Chương này đưa ra kết quả trong quá trình thi công mô hình, kết quả chạy mô hình, nhận xét đánh giá các kết quả đó có đúng chính xác hay không. Chương 6: Kết Luận và Hướng Phát Triển Chương này kết luận những gì đã đạt được so với mục tiêu ban đầu, những gì chưa làm được. Đưa ra hướng phát triển cho đề tài của mình BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 3
19. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1. CẤU TRÚC CHUNG CỦA MỘT HỆ THỐNG SẤY 2.1.1. Buồng gia nhiệt - Nhiệm vụ: là nơi sinh ra nhiệt, sau đó lượng nhiệt này phải được hòa trộn với khí trời để hạ nhiệt độ xuống thấp thích hợp với nhiệt độ khí sấy cho phép. - Các loại chất đốt: Bất kỳ loại chất đốt nào cũng có thể dùng cho máy sấy. Nhiên liệu đốt có thể ở các dạng rắn, lỏng, khí, điện, năng lượng mặt trời. Một vài dạng nhiên liệu hay năng lượng nhiệt thường được sử dụng cho máy sấy như: Điện: sạch, dễ vận hành, dễ điều chỉnh, nhưng mắc tiền và khó đủ công suất nhiệt cho máy sấy lớn ở nông thôn. Ga đốt: vẫn còn mắc khi sử dụng cho sấy nông sản. Dầu lửa: sử dụng phổ biến ở các máy sấy dạng công nghiệp, các máy sấy ở nước ngoài, thích nghi cho cơ sở chế biến giống. Than đá: được dùng khá phổ biến vì rẻ hơn các loại chất đốt nói trên Trấu: rẻ tiền nhưng tốn công vận chuyển vì thô, nhẹ. Một máy sấy nếu sử dụng trấu làm chất đốt thì nên đặt ngay tại hoặc gần nhà máy xay để đỡ bớt chi phí vận chuyển. So với than đá, đốt trấu rẻ tiền hơn nhưng lò đốt kồng kềnh, chiếm chỗ và người đốt lò phải trực thường xuyên mới bảo đảm ổn định nhiệt độ sấy. Các loại khác: Ngoài các loại chất đốt nói trên, các loại khác như cùi bắp, vỏ dừa, củi, xác mía v.v. có sẵn tại chỗ đều sử dụng được, nhưng phải tính đến tính kinh tế và cần phải có lò đốt thích hợp để tránh đốt sinh nhiều khói và tro bụi ảnh hưởng đến chất lượng hạt sau khi sấy. Tham khảo tài liệu [3][4] 2.1.2. Quạt - Nhiệm vụ: Quạt dùng để thổi khí nóng vào buồng sấy xuyên qua khối hạt trong đó sự trao đổi ẩm sẽ xảy ra, tức là ẩm từ hạt nhả ra môi trường khí sấy và được khí sấy chuyển ra ngoài. Trong một hệ thống sấy, phải nói quạt là trái tim, vì chất lượng và thời gian sấy phụ thuộc rất nhiều vào quạt. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 4
20. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT - Yêu cầu: Quạt có hai thông số cơ bản cần phải đáp ứng đủ cho sấy là: lưu lượng và áp suất. + Lưu lượng quạt là lượng khí do quạt chuyển đi trong một đơn vị thời gian tức trong một giờ, một phút hay một giây, tính bằng m3/giờ, m3/phút hay m3/giây. + Áp suất do quạt tạo nên theo đơn vị chuẩn được đo bằng N/m2 hay Pa (Pascal). Trong vận hành máy sấy, áp suất quạt thường đo bằng áp kế chữ U biểu thị bằng mm cột nước và đây chính là áp suất tĩnh. - Các loại quạt: + Quạt hướng trục có lưu lượng lớn nhưng áp suất nhỏ hơn quạt ly tâm. Đa số máy sấy nông sản vĩ ngang hiện nay sử dụng quạt hướng trục. Để tăng áp suất cho quạt hướng trục, người ta có thể chế tạo quạt với hai tầng cánh + Quạt ly tâm có áp suất cao nên đáp ứng được việc sấy với lớp hạt dày, nhưng khi làm việc cần tốc độ cao nên rô-to cần phải được cân bằng tốt mới bảo đảm làm việc ổn định và lâu dài. Tham khảo tài liệu [3],[4] 2.1.3. Buồng sấy Buồng sấy là nơi chứa hạt và trong đó hạt được phân bố như thế nào để cho bề lớp hat Buồng sấy là nơi chứa hạt và trong đó hạt được phân bố thế nào để cho bề dày lớp hạt được sấy phù hợp với áp suất quạt và khí nóng được quạt thổi qua đều khắp các vị trí trong khối hạt. Buồng sấy có nhiều kiểu và tên gọi của một loại máy sấy thường lấy theo kiểu của buồng sấy ở máy sấy đó. Ví dụ, máy sấy vĩ ngang buồng sấy có sàn đục lỗ đặt nằm ngang và hạt được đổ trên đó để sấy. Ví dụ, Máy sấy trống quay, buồng sấy là ống nằm ngang được truyền chuyển động quay để đảo trộn hạt trong đó. Tham khảo tài liệu [3],[4] 2.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP SẤY 2.2.1. Sấy đối lưu Không khí được đốt nóng bởi lò đốt ở nhiệt độ cao, sau đó được hòa trộn với khí trời để hạ nhiệt độ xuống đúng yêu cầu sấy theo mong muốn, gọi là khí sấy (drying air) BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 5
21. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT hay tác nhân sấy rồi thổi trực tiếp vào buồng sấy có sẵn hạt trong đó. Nếu yêu cầu khí sấy sạch, không lẫn tro bụi và khói lò thì khí sấy được dẫn qua hệ thống ống trao đổi nhiệt (calorifier) để truyền nhiệt qua thành ống rồi đi vào vật liệu sấy. Tác nhân sấy cũng có thể là hơi nước nóng được cung cấp bởi lò hơi và dẫn đến hệ thống trao đổi nhiệt. Tùy theo trang thái vật liệu sấy trong buống sấy mà ta có các loại sấy đối lưu như sau: 1) Sấy với lớp vật liệu đứng yên (sấy tĩnh) Vật liệu sấy nằm yên trong buồng sấy, khí sấy được thổi vào liên tục hoặc gián đoạn. Đa số máy sấy lúa hiện nay ở ĐBSCL là loại máy sấy tĩnh vĩ ngang. 2) Sấy với dòng vật liệu di động (sấy động) Hạt trong buồng sấy được cho di chuyển liên tục từ đầu vào đến đầu ra. Khí sấy có thể được thổi theo chiều hoặc ngược chiều dòng hạt hoặc thẳng góc với chiều dòng hạt. Trong sấy động, hạt sau khi ra khỏi buồng sấy thường được cho vào phòng ủ và làm mát để tiếp tục nhả ẩm, sau đó lại cho vào buồng sấy để sấy tiếp đến độ ẩm mong muốn. Sấy theo qui trình này được gọi là sấy đối lưu tuần hoàn. Tham khảo tài liệu [3],[4] 2.2.2. Sấy chân không và sấy thăng hoa Một số nông sản dễ bị phân hủy hoặc mất hương liệu, màu sắc khi gặp nhiệt độ cao do đó không thể làm khô bằng cách sấy với dòng khí nóng mà phải áp dụng phương pháp sấy chân không hoặc sấy thăng hoa. Cấu trúc của hệ thống sấy chân không và sấy thăng hoa gồm có buồng sấy, thiết bị ngưng tụ và bơm chân không, trong đó buồng sấy được rút không khí nhờ bơm chân không để có áp suất rất thấp. Nếu áp suất trong buồng sấy lớn hơn 4,56 mm Hg thì quá trình sấy được gọi là sấy chân không. Nếu áp suất trong buồng sấy nhỏ hơn 4,56 mm Hg thì quá trìng sấy được gọi là sấy thăng hoa. Sấy thăng hoa là quá trình làm chuyển ẩm khỏi vật liệu từ trạng thái rắn sạng trạng thái hơi không thông qua trạng thái lỏng. Nhờ ẩm được thăng hoa ở nhiệt độ âm nên sản phẩm sau khi sấy gần như giữ nguyên được những tính chất ban đầu như hương vị, màu sắc, hình dạng, độ dinh dưỡng, . Sản phẩm khô sau sấy được đóng gói kín để cách ly ẩm với môi trường bên ngoài, khi cần sử dụng chỉ cần thêm vào một lượng nước nhất định là ta có được sản phẩm có tính chất như ban đầu. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 6
22. S K L 0 0 2 1 5 4