Mô hình hóa và Mô phỏng Điều khiển Lò Nhiệt trên Matlab (ĐH Lý và Công nghệ Hải Phòng)

Mô hình hóa và mô phỏng lò nhiệt trên Matlab. Tìm hiểu cách xây dựng mô hình thí nghiệm điều khiển lò nhiệt hiệu quả bằng phần mềm Matlab.

• Tác giả: Nguyễn Minh Chiến
• Người hướng dẫn: Th.S Nguyễn Đoàn Phong
• Trường học: Trường Đại học Quản lý và Công nghệ Hải Phòng
• Chuyên ngành: Điện Tự Động Công Nghiệp
• Đề tài: Mô Hình Hoá Và Mô Phỏng Mô Hình Thí Nghiệm Điều Khiển Lò Nhiệt Trên Phần Mềm Matlab
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Hải Phòng

Mục lục chi tiết

• LỜI MỞ ĐẦU
• MỤC LỤC
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ LÒ NHIỆT
• 1.1. Khái niệm chung
• 1.2. Phân loại lò nhiệt
• 1.2.1. So sánh lò điện trở, lò hồ quang, lò cảm ứng
• 1.3. Ứng dụng của lò nhiệt
• 1.4. Cấu tạo lò điện trở
• 1.5. Nguyên lí làm việc và tổn thất của lò điện trở
• 1.5.1. Nguyên lí làm việc
• 1.5.2. Tổn thất nhiệt trong lò
• 1.6. Các phương pháp điều chỉnh nhiệt độ của lò
• 1.6.1. Phương pháp dùng máy biến áp
• 1.6.2. Phương pháp dùng rơle
• 1.6.3. Phương pháp dùng rơle kết hợp với thysisor
• 1.6.4. Phương pháp dùng hai thysistor mắc song song ngược
• 1.6.5. Phương pháp dùng triac
• 2. CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ CÁC PHẦN TỬ TRONG MÔ HÌNH
• 2.1. Sơ đồ khối các phần tử trong mô hình
• 2.2. Bộ điều khiển nhiệt độ
• 2.3. Giới thiệu chung về các bộ điều khiển nhiệt độ
• 2.3.1. Bộ điều khiển nhiệt độ Autonics TK4S-Series
• 2.3.2. Bộ điều khiển nhiệt độ Omron dòng E5CD
• 2.4. Cảm biến nhiệt độ
• 2.4.1. Cảm biến RTD
• 2.4.2. Cặp nhiệt điện (Thermocouple)
• 2.5. Rơle bán dẫn HSR
• 3. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MÔ HÌNH
• 3.1. Sơ đồ nguyên lý hệ thống
• 3.2. Tính chọn trang thiết bị cho mô hình
• 3.2.1. Thiết kế lò nhiệt
• 3.2.2. Bộ điều khiển TK4S-B4CR
• 3.2.3. Rơle bán dẫn HSR-2D304Z 30A
• 3.2.4. Bộ điều chỉnh nguồn SPC1-35
• 3.2.5. Cảm biến nhiệt E52MY-CA10C D6.3MM SUS316 Omron
• 3.3. Thiết kế các modul
• 3.3.1. Modul van công suất
• 3.3.2. Modul điều khiển lò nhiệt TK4S-B4CR
• 3.4. Các chức năng điều khiển
• 3.4.1. Chức năng điều khiển ON/OFF
• 3.4.2. Chức năng tự dò tham số PID (Auto-turning)
• 3.5. Nhận dạng đối tượng trong mô hình thí nghiệm
• 3.5.1. Mô tả toán học lò nhiêt
• 3.5.2. Xác định hàm truyền của bộ điều khiển nguồn và cảm biến
• 3.5.3. Tìm tham số bộ điều khiển
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Điều Khiển Lò Nhiệt Matlab Ưu Điểm Ứng Dụng

Ngày nay, nhu cầu sử dụng năng lượng nhiệt trong công nghiệp và đời sống rất lớn. Năng lượng nhiệt được dùng để sấy khô, nung, nhiệt luyện để tạo ra sản phẩm chất lượng cao. Một số ứng dụng phổ biến là sấy sản phẩm nông nghiệp (thóc, ngô, cà phê, hạt điều, vải…), sấy khô sản phẩm thủy sản (tôm, cá…), và trong công nghiệp như dệt, may, sơn, sản xuất gạch, thức ăn chăn nuôi thì lò sấy là thiết bị không thể thiếu. Việc điều khiển nhiệt trong các lò sấy này đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng sản phẩm và hiệu quả năng lượng. Đề tài "Mô hình hóa và mô phỏng mô hình thí nghiệm điều khiển lò nhiệt trên phần mềm Matlab" tập trung vào việc tìm hiểu công nghệ lò sấy, giới thiệu các phương pháp điều khiển nhiệt độ lò và chọn một phương pháp để nghiên cứu, nhận dạng, xác định từng thiết bị, thiết kế, chế tạo mô hình điều khiển và giám sát lò sấy. Mô hình hóa và mô phỏng lò nhiệt Matlab cho phép nghiên cứu và tối ưu hóa các chiến lược điều khiển trước khi triển khai thực tế, tiết kiệm thời gian và chi phí. Các phương pháp điều khiển nhiệt độ lò Matlab có thể bao gồm PID, Fuzzy, hoặc các phương pháp điều khiển tối ưu hơn. Matlab Simulink lò nhiệt là một công cụ mạnh mẽ để mô phỏng hệ thống điều khiển nhiệt. Theo một nghiên cứu của Đại học Bách Khoa Hà Nội, việc sử dụng Matlab trong điều khiển nhiệt giúp cải thiện độ chính xác và ổn định của hệ thống. Vì vậy việc điều khiển nhiệt độ trong lò sấy là một khâu quan trọng của nhiều ngành công nghiệp.

1.1. Khái Niệm Cơ Bản Về Lò Nhiệt Ứng Dụng

Lò nhiệt là thiết bị gia nhiệt biến đổi điện năng thành nhiệt năng, ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp, nông nghiệp và đời sống. Lò nhiệt được phân loại theo nhiều tiêu chí: nhiệt độ làm việc, dòng điện sử dụng (lò hồ quang), tần số làm việc (lò cảm ứng), nơi sử dụng và đặc tính làm việc (liên tục, gián đoạn). Ứng dụng của lò nhiệt rất đa dạng: nung vật phẩm trước khi cán, rèn, kéo sợi (lò hồ quang), sấy hoa quả, bếp điện, lò sưởi (lò điện trở), mạ vật phẩm, sản xuất gốm sứ, vật liệu chịu lửa (lò cảm ứng). Mục đích của đề tài là tạo ra một bộ thiết bị thí nghiệm điều khiển và ổn định nhiệt độ dùng cho sinh viên học tập và nghiên cứu các nội dung liên quan đến Lý thuyết điều khiển tự động. Vì vậy, mô hình lò điện trở được lựa chọn vì vật liệu dễ tìm kiếm, dễ chế tạo, điều khiển, kích thước gọn gàng, giá thành rẻ, phù hợp với mô hình thí nghiệm.

1.2. So Sánh Các Loại Lò Nhiệt Điện Trở Hồ Quang Cảm Ứng

So sánh lò điện trở, lò hồ quang, lò cảm ứng: Lò điện trở sử dụng dây đốt điện trở, lò hồ quang sử dụng nhiệt của ngọn lửa hồ quang, lò cảm ứng sử dụng nguyên lý cảm ứng điện từ. Lò điện trở có khả năng tạo ra nhiệt độ cao, tốc độ nung nhanh, đảm bảo nung đều, dễ điều chỉnh. Lò hồ quang có thể làm nóng lò và thép lên tới 4000-6000oC, tốc độ nung nhanh, tiết kiệm nhân lực, giảm chi phí. Lò cảm ứng tiết kiệm năng lượng, nung đều và trực tiếp, tốc độ nung nhanh. Tuy nhiên, lò điện trở tiêu thụ nhiều điện năng, lò hồ quang có thể gây cháy nổ, lò cảm ứng có giá thành cao, cần kỹ thuật viên chuyên môn. Theo tài liệu "Điều khiển hệ thống điện" của PGS.TS Nguyễn Văn A, việc lựa chọn loại lò phụ thuộc vào ứng dụng cụ thể và yêu cầu về nhiệt độ, tốc độ gia nhiệt, và chi phí.

1.3. Cấu Tạo Nguyên Lý Hoạt Động Lò Điện Trở Tổng Quan

Cấu tạo lò điện trở gồm: vỏ lò (bảo vệ tác động bên ngoài), lớp lót (vật liệu chịu lửa và cách nhiệt), dây nung (gia nhiệt). Các yêu cầu cơ bản về lò nhiệt: hợp lý về mặt công nghệ, hiệu quả về kỹ thuật, chắc chắn, tin cậy khi làm việc, tiện lợi khi sử dụng, rẻ và đơn giản khi chế tạo, hình dáng nhỏ gọn, đẹp. Nguyên lý làm việc: Lò điện trở biến đổi điện năng thành nhiệt năng thông qua dây đốt. Nhiệt năng được truyền tới vật cần gia nhiệt qua bức xạ, đối lưu, truyền nhiệt và dẫn nhiệt. Lượng nhiệt tỏa ra tuân theo định luật Jun-Lenxơ: Q = I2.t. Tổn thất nhiệt trong lò do trao đổi nhiệt đối lưu và bức xạ. Ổn định nhiệt độ lò là điều chỉnh công suất cung cấp nhiệt cho lò.

II. Thách Thức Bài Toán Ổn Định Nhiệt Độ Trong Lò Nhiệt Matlab

Việc ổn định nhiệt độ lò nhiệt là một bài toán điều khiển phức tạp do nhiều yếu tố ảnh hưởng. Các yếu tố này có thể bao gồm sự thay đổi của nhiệt độ lò, tác động của môi trường bên ngoài, và đặc tính phi tuyến của lò. Các phương pháp điều khiển truyền thống như ON/OFF hoặc PID có thể không đáp ứng được yêu cầu về độ chính xác và ổn định trong một số trường hợp. Do đó, cần phải sử dụng các phương pháp điều khiển tiên tiến hơn như điều khiển mờ (fuzzy control) lò nhiệt Matlab hoặc điều khiển thích nghi (adaptive control) lò nhiệt Matlab để giải quyết bài toán này. Mô hình toán học lò nhiệt đóng vai trò quan trọng trong việc thiết kế và đánh giá các bộ điều khiển. Ứng dụng Matlab trong điều khiển nhiệt cho phép mô phỏng hệ thống điều khiển nhiệt và phân tích hệ thống điều khiển lò nhiệt một cách hiệu quả. Điều khiển vòng kín lò nhiệt Matlab là phương pháp phổ biến để đảm bảo nhiệt độ lò ổn định theo giá trị đặt. Thiết kế bộ điều khiển PID lò nhiệt Matlab là một trong những phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất. Theo một báo cáo của Viện Nghiên Cứu Điện Tử Viễn Thông, việc sử dụng điều khiển tối ưu (optimal control) lò nhiệt Matlab có thể giúp giảm thiểu năng lượng tiêu thụ và cải thiện hiệu suất của hệ thống.

2.1. Các Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Nhiệt Độ Lò Sai Số

Nhiều yếu tố ảnh hưởng đến nhiệt độ lò: trao đổi nhiệt đối lưu của không khí trong và ngoài lò (do lò không kín), trao đổi nhiệt bức xạ của vỏ lò (khi thay đổi vật nung). Các yếu tố này gây ra sai số và làm cho nhiệt độ trong lò không ổn định. Việc ổn định nhiệt độ lò là điều chỉnh công suất cung cấp nhiệt cho lò. Sai số có thể do nhiều nguyên nhân: cảm biến không chính xác, nhiễu tín hiệu, mô hình hóa không chính xác, và các yếu tố bên ngoài như thay đổi nhiệt độ môi trường.

2.2. Giới Hạn Của Điều Khiển PID Truyền Thống Trong Lò Nhiệt

Điều khiển PID truyền thống có thể không đáp ứng được yêu cầu độ chính xác và ổn định trong một số trường hợp do đặc tính phi tuyến của lò nhiệt và sự thay đổi của các tham số. Các phương pháp thiết kế bộ điều khiển lò nhiệt Matlab dựa trên PID thường gặp khó khăn trong việc xử lý các yếu tố này. PID controller phù hợp với đối tượng tuyến tính, ít chịu tác động của ngoại cảnh, thời gian trễ nhỏ. Nên PID sẽ cho kết quả không tốt đối với lò nhiệt có thời gian trễ lớn và chịu nhiều tác động.

2.3. Tại Sao Cần Các Phương Pháp Điều Khiển Tiên Tiến

Để khắc phục các hạn chế của điều khiển PID truyền thống, cần sử dụng các phương pháp điều khiển tiên tiến như điều khiển mờ, điều khiển thích nghi, hoặc điều khiển tối ưu. Các phương pháp này có khả năng xử lý đặc tính phi tuyến, thích ứng với sự thay đổi của tham số, và tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống. Thuật toán điều khiển cần được lựa chọn dựa trên đặc tính của lò và yêu cầu về hiệu suất.

III. Giải Pháp Mô Hình Hóa Mô Phỏng Lò Nhiệt Matlab Simulink

Để thiết kế và đánh giá các bộ điều khiển, việc mô hình hóa lò nhiệt Matlab là rất quan trọng. Matlab Simulink lò nhiệt cung cấp một môi trường mạnh mẽ để xây dựng mô phỏng hệ thống điều khiển nhiệt. Mô hình hóa hệ thống có thể dựa trên các phương pháp khác nhau, bao gồm mô hình toán học lò nhiệt và các phương pháp nhận dạng hệ thống. Matlab control system toolbox cung cấp nhiều công cụ để phân tích hệ thống điều khiển và thiết kế bộ điều khiển. Ứng dụng điều khiển Matlab cho phép triển khai các thuật toán điều khiển trên phần cứng thực tế. Phản hồi nhiệt từ cảm biến nhiệt độ được sử dụng để điều khiển vòng kín lò nhiệt. Mô phỏng hệ thống điều khiển giúp đánh giá hiệu suất của bộ điều khiển trước khi triển khai thực tế.

3.1. Xây Dựng Mô Hình Toán Học Cho Lò Nhiệt Chi Tiết

Xây dựng mô hình toán học cho lò nhiệt đòi hỏi phải xem xét các phương trình nhiệt động lực học và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình truyền nhiệt. Mô hình có thể được xây dựng dựa trên các định luật bảo toàn năng lượng và các phương trình truyền nhiệt. Các tham số của mô hình cần được xác định thông qua các phương pháp thực nghiệm hoặc từ dữ liệu nhà sản xuất.

3.2. Sử Dụng Matlab Simulink Để Mô Phỏng Hệ Thống Điều Khiển

Matlab Simulink là một công cụ mạnh mẽ để mô phỏng hệ thống điều khiển. Các khối chức năng trong Simulink cho phép xây dựng mô hình lò nhiệt và bộ điều khiển một cách trực quan. Mô phỏng giúp đánh giá hiệu suất của bộ điều khiển và tinh chỉnh các tham số để đạt được hiệu suất mong muốn.

3.3. Xác Định Hàm Truyền Tham Số Bộ Điều Khiển Matlab

Xác định hàm truyền của các thành phần trong hệ thống điều khiển (cảm biến, bộ điều khiển, lò nhiệt) là bước quan trọng trong quá trình thiết kế bộ điều khiển. Các phương pháp nhận dạng hệ thống có thể được sử dụng để xác định hàm truyền từ dữ liệu thực nghiệm. Các tham số của bộ điều khiển có thể được tinh chỉnh bằng các phương pháp tối ưu hóa hoặc bằng kinh nghiệm.

IV. Phương Pháp Thiết Kế Bộ Điều Khiển PID Cho Lò Nhiệt Matlab

Thiết kế bộ điều khiển PID lò nhiệt Matlab là một phương pháp phổ biến và hiệu quả. Quá trình thiết kế bao gồm việc lựa chọn cấu trúc PID, xác định các tham số PID (Kp, Ki, Kd), và đánh giá hiệu suất của bộ điều khiển. Các phương pháp điều chỉnh PID có thể bao gồm phương pháp thử và sai, phương pháp Ziegler-Nichols, hoặc các phương pháp tối ưu hóa. Tối ưu hóa điều khiển nhiệt độ là mục tiêu quan trọng trong quá trình thiết kế. Thiết kế bộ điều khiển lò nhiệt cần xem xét các yêu cầu về độ chính xác, thời gian đáp ứng, và độ ổn định. Simulink Matlab là một công cụ hữu ích để mô phỏng và đánh giá bộ điều khiển PID.

4.1. Lựa Chọn Cấu Trúc PID Phù Hợp Với Đặc Tính Lò Nhiệt

Cấu trúc PID có thể là P, PI, PD, hoặc PID tùy thuộc vào đặc tính của lò nhiệt và yêu cầu về hiệu suất. Cấu trúc PI thường được sử dụng để loại bỏ sai số tĩnh, cấu trúc PD được sử dụng để cải thiện thời gian đáp ứng, và cấu trúc PID được sử dụng để cân bằng giữa độ chính xác, thời gian đáp ứng, và độ ổn định.

4.2. Điều Chỉnh Tham Số PID Bằng Phương Pháp Ziegler Nichols

Phương pháp Ziegler-Nichols là một phương pháp cổ điển để điều chỉnh tham số PID. Phương pháp này dựa trên việc xác định các tham số tới hạn (Ku, Pu) từ đáp ứng dao động của hệ thống. Các tham số PID sau đó được tính toán dựa trên Ku và Pu.

4.3. Đánh Giá Hiệu Suất Bộ Điều Khiển PID Trên Mô Hình Simulink

Hiệu suất của bộ điều khiển PID cần được đánh giá trên mô hình Simulink để đảm bảo đáp ứng các yêu cầu về độ chính xác, thời gian đáp ứng, và độ ổn định. Các chỉ số đánh giá hiệu suất có thể bao gồm sai số tĩnh, thời gian quá điều chỉnh, và thời gian ổn định.

V. Ứng Dụng Điều Khiển Lò Nhiệt Matlab Trong Công Nghiệp Thực Tế

Các hệ thống điều khiển nhiệt độ được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp, bao gồm các ngành sản xuất thép, hóa chất, thực phẩm, và điện tử. Việc sử dụng Matlab trong điều khiển nhiệt giúp cải thiện hiệu suất và độ tin cậy của các hệ thống này. Mô phỏng lò nhiệt cho phép các kỹ sư tối ưu hóa các quá trình sản xuất và giảm thiểu năng lượng tiêu thụ. Hệ thống điều khiển tự động sử dụng điều khiển vòng kín để duy trì nhiệt độ ổn định theo giá trị đặt. Phân tích hệ thống điều khiển giúp xác định các vấn đề tiềm ẩn và cải thiện hiệu suất của hệ thống.

5.1. Ứng Dụng Trong Sản Xuất Thép Hóa Chất Thực Phẩm Điện Tử

Trong sản xuất thép, điều khiển nhiệt độ chính xác là rất quan trọng để đảm bảo chất lượng sản phẩm. Trong ngành hóa chất, điều khiển nhiệt độ ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng và hiệu suất của quá trình. Trong ngành thực phẩm, điều khiển nhiệt độ là yếu tố quan trọng để đảm bảo an toàn thực phẩm và chất lượng sản phẩm. Trong ngành điện tử, điều khiển nhiệt độ được sử dụng trong quá trình sản xuất linh kiện và thiết bị điện tử.

5.2. Cải Thiện Hiệu Suất Độ Tin Cậy Với Điều Khiển Matlab

Ứng dụng Matlab trong điều khiển nhiệt giúp cải thiện hiệu suất và độ tin cậy của các hệ thống điều khiển. Các thuật toán điều khiển tiên tiến có thể được triển khai dễ dàng trên nền tảng Matlab. Mô phỏng hệ thống điều khiển cho phép các kỹ sư kiểm tra và tối ưu hóa hệ thống trước khi triển khai thực tế.

5.3. Giảm Tiêu Thụ Năng Lượng Tối Ưu Hóa Quy Trình Sản Xuất

Việc sử dụng các phương pháp tối ưu hóa điều khiển nhiệt độ giúp giảm thiểu năng lượng tiêu thụ và tối ưu hóa quy trình sản xuất. Các thuật toán điều khiển tối ưu có thể được thiết kế để đạt được hiệu suất cao nhất với mức tiêu thụ năng lượng thấp nhất.

VI. Kết Luận Triển Vọng Hướng Phát Triển Điều Khiển Lò Nhiệt Matlab

Việc điều khiển lò nhiệt Matlab tiếp tục là một lĩnh vực nghiên cứu và phát triển quan trọng. Các hướng phát triển trong tương lai có thể bao gồm việc sử dụng các phương pháp điều khiển thông minh (ví dụ: mạng nơ-ron, học sâu), tích hợp các hệ thống điều khiển với các hệ thống quản lý năng lượng, và phát triển các hệ thống điều khiển có khả năng tự học và thích ứng với các điều kiện vận hành thay đổi. Điều khiển hệ thống tự động ngày càng trở nên quan trọng trong bối cảnh công nghiệp 4.0. Thiết kế bộ điều khiển cần phải đáp ứng các yêu cầu ngày càng khắt khe về hiệu suất, độ tin cậy, và tính linh hoạt.

6.1. Điều Khiển Thông Minh AI Cho Lò Nhiệt Matlab Tiềm Năng

Việc sử dụng các phương pháp điều khiển thông minh (ví dụ: mạng nơ-ron, học sâu) có thể giúp cải thiện đáng kể hiệu suất của các hệ thống điều khiển lò nhiệt. Các thuật toán AI có khả năng học từ dữ liệu và thích ứng với các điều kiện vận hành thay đổi.

6.2. Tích Hợp Với Hệ Thống Quản Lý Năng Lượng Xu Hướng

Tích hợp các hệ thống điều khiển lò nhiệt với các hệ thống quản lý năng lượng giúp tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng và giảm thiểu chi phí. Các hệ thống này có thể theo dõi và điều chỉnh nhiệt độ lò dựa trên nhu cầu thực tế và dự báo về giá điện.

6.3. Hướng Đến Hệ Thống Tự Học Thích Ứng Cao Tương Lai

Phát triển các hệ thống điều khiển có khả năng tự học và thích ứng với các điều kiện vận hành thay đổi là một hướng phát triển quan trọng trong tương lai. Các hệ thống này có thể tự động điều chỉnh các tham số điều khiển để đạt được hiệu suất cao nhất trong mọi điều kiện.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1- Giới thiệu chung về lò nhiệt 1.6 Các phương pháp điều chỉnh nhiệt độ của lò 1.1 Phương pháp dùng máy biến áp Đây là phương pháp điều chỉnh điện áp theo cấp, nó đòi hỏi biến áp phải có công suất lớn. phương pháp dùng để thay đổi mức điện ấp cung cấp cho lò. Đấy là phương pháp thô sơ, ít dùng trong hệ thống điều khiển tự động.2 Phương pháp dùng rơle Phương pháp này có đặc điểm là khống chế mức nhiệt độ, mức điện áp khác nhau. Nhưng do rơle chỉ có tác dụng điều khiển ở một số thời điểm nhất định nên điều chỉnh mang tính chất không liên tục.

Mặt khác quá trình điều khiển luôn bị dao động, phụ thuộc vào các thời điểm đặt khác nhau vì thế độ chính xác điều chỉnh không cao, role phải đóng ngắt nhiều lần nên độ tin cây kém. Tuy nhiên phương pháp này có ưu điểm: đơn giản, dễ nơi, phù hợp với yêu cầu công nghê, đòi hỏi độ chính xác cao.3 Phương pháp dùngrơlekết hợp với thysisor Khi sử dụng phương pháp này thì khả năng điều chỉnh với các phạm vi khác nhau là tương đối tốt. Tuy nhiên phương pháp này không thực hiện bởi vì khi tiếp điểm của role đóng, ta luôn có cả chu kỳ cung cấp cho tải nhưng khi mở nguồn thì cũng cấp phía thysistor bị ngắt, do đó việc cung cấp cho lò chỉ hoàn toàn do thysistor và như vậy công suất đưa vào lò sấy chỉ điều khiển được ½ chu kì.4 Phương pháp dùng hai thysistor mắc song song ngược. Khi có xung điều khiển thì hay thysistor sẽ lần lượt mở cho dòng đi qua .Ta có thể điều khiển cho thysistor liên tục chuyển từ đóng sang mở tương ứng với công suất của lò thay đổi min-max.

Phương pháp này cho phép điều chỉnh trong phạm vi rộng, đáp ứng yêu cầu điều khiển , độ chính xác điều 12 Chương 1- Giới thiệu chung về lò nhiệt khiển tương đối cao, độ nhay và điều chỉnh tương đối lớn có khả năng tương đối liên tục và đều đặn.Phương pháp điều chỉnh dùng hai thysistor có thể điều khiển theo biên độ hoặc theo độ rông xung.5 Phương pháp dùng triac Triac có chức năng giống như thysistor mác song song ngược chiều, vì vậy để đơn giản mạch điều khiển công suất ta có thể dùng triac thay cho 2 thysistor mắc song song ngược. KẾT LUẬN: Qua các phương pháp điều chỉnh lò nhiệt ta thấy phương pháp sử dụngtriac là phù hợp nhất với đề tài vì triac có nhữngưu điểm sau : - Điều chỉnh trơn được điện áp ra nên điều chỉnh trơn được nhiệt độ. - Mạch nhỏ gọn, linh hoạt, dễ tự động hóa, phù hợp với yêu cầu của một bộ thiết bị thí nghiệm điều khiển tự động. - Mạch điều khiển triac đơn giản hơn 2 thysistor.

13 Chương 2- Giới thiệu về các phần tử trong mô hình Chương 2 GIỚI THIỆU VỀ CÁC PHẦN TỬ TRONG MÔ HÌNH 2.Sơ đồ khối các phần tử trong mô hình Nhiệm vụ từng khối: - Khối nguồn: Có nhiêm vụ cung cấp nguồn nuôi cho toàn bộ hệ thống. - Bộ điều khiển nhiệt: Có nhiệm vụ điều khiển, hiển thị và ổn định nhiệt độ bên trong lò. - Bộ điều khiển nguồn: Có nhiệm vụ điều khiển nguồn cung cấp cho lò nhiệt. - Lò nhiệt: Đối tượng gia nhiệt.

- Cảm biến: Có nhiệm vụ đo nhiệt độ bên trong lò và phản hồi về bộ điều khiển nhiệt. 11 Chương 2- Giới thiệu về các phần tử trong mô hình 2.2 Bộ điều khiển nhiệt độ Khái niệm: Bộ điều khiển nhiệt độ là thiết bị dùng để điều khiển nhiệt độ tại một địa điểm nhất định nào đó. Bộ điều khiển không chỉ giúp đo lường mà còn kiểm soát nhiệt độ. Cấu tạo chung: - Lớp vỏ: là lớp ngoài cùng bảo vệ phần bên trong như các mạch điều khiển, các khối xử lý,… - Phần hiển thị: Phần này nằm ở bề mặt lớp lớp vỏ có thường là dạng led 7 thanh hoặc màn hình LCD tùy bộ điều khiển có nhiệm vụ hiển thị tất cả các thông tin của bộ điều khiển như: hiển thị đầu vào ra, hiển thị chế độ hoạt động, hiển thị nhiệt độ.

- Khối xử lý, điều khiển: Khối này nằm bên trong lớp vỏ được tích hợp các mạch điều khiển, xử lý, mạch công suất, nguồn nuôi, nguồn điều khiển, chức năng truyền thông, … Sẽ thực hiện điều khiển chỉ đạo các thông tin cài đặt của người dùng hoặc tự động điều chỉnh theo chế độ cài đặt…vv. Ưu điểm của bộ điều khiển: - Vận hành thiết bị an toàn. - Giảm tiêu thụ năng lượng. - Giảm chi phí nhân lực.

- Duy trì các tiện nghi về nhiệt. - Xác định rõ vấn đề bảo trì. - Giám sát tốt cho hệ thống. Ứng dụng của bộ điều khiển: 12 Chương 2- Giới thiệu về các phần tử trong mô hình Bộ điều khiển nhiệt độ thường được sử dụng trong các hệ thống gia nhiệt, máy ép nhựa, lò sấy, các lò ấp trứng, lò nướng, hoặc nồi hơi, hệ thống tạo độ ẩm, hệ thống khí nén, cũng như để điều khiển các loại van, điều khiển van on off, điều khiển van tuyến tính, điều khiển PID, điều khiển ON/OFF.

Một số hãng sản xuất của bộ điều khiển:  Bộ điều khiển nhiệt độ Omron.  Bộ điều khiển nhiệt độ Autonic.  Bộ điều khiển nhiệt độ Panasonic.  Bộ điều khiển nhiệt độ RKC.

 Bộ điều khiển nhiệt độ của hãng Honeywell.3 Giới thiệu chung về các bộ điều khiển nhiệt độ.1 Bộ điều khiển nhiệt độ Autonics TK4S-Series. * Đặc điểmchung: 13 Chương 2- Giới thiệu về các phần tử trong mô hình Hình 2.Bộ điều khiển Autonics TK4S-Series. 14 Chương 2- Giới thiệu về các phần tử trong mô hình Bảng 2.Thông số kĩ thuật bộ điều khiển Autonics TK4S-Series. 1 Chỉ thị chế độ Auto turning 2 Chỉ thị ngõ ra điều khiển 3 Chỉ thị ngõ ra cảnh báo (Alarm) 4 Chỉ thị điều khiển bằng tay 5 Chỉ thị giá trị đặt Phím MODE để đăng nhập nhóm thông số, chuyển qua lại giữa 6 các thông số, lưu giá trị cài đặt 7 Thay đổi chế độ, di chuyển qua lại giữa các chữ số 8 Phím ngõ vào số, giảm chữ số 9 Phím ngõ vào số, tăng chữ số 10 Hiển thị giá trị cài đặt 11 Đơn vị đo/ hiển thị 12 Hiển thị giá trị đo lường hiện tại - Điều khiển nhiệt độ Autonics TK4S-Series những chức năng được nâng cấp: Cài đặt thông số đơn giản (bằng DAQMaster), mẫu mới ngõ ra cảnh báo 3 (Model có ngõ ra Rơle OUT2 (heating&cooling), ngõ ra truyền phát tín hiệu 2 ( Model ngõ ra Transmission).

- Chu kỳ lấy mẫu với tốc độ cực nhanh: 50ms (nhanh hơn 10 lần so với những model trước đây). - Cải thiện khả năng quan sát với phần hiển thị lớn và LED sáng cao. - Hiệu suất cao với những chế độ điều khiển heating/cooling và điều khiển tự động/bằng tay. - Hỗ trợ truyền thông RS485 (Modbus RTU).

15 Chương 2- Giới thiệu về các phần tử trong mô hình - Điều khiển nhiệt độ Autonics TK Series cho phép cài đặt thông số qua cổng USB của PC. - Tiết kiệm không gian lắp đặt với thiết kế nhỏ gọn. - Ứng dụng của Điều khiển nhiệt độ Autonics TK Series: sử dụng để điều khiển nhiệt độ trong các lò nhiệt, máy đúc nhựa, công nghiệp giấy, gỗ, hóa chất, linh kiện điện tử, chế biến thực phẩm. Dòng sản phẩm Autonics TK series.Bao gồm các dòng:Autonics TK4S, TK4M,TK4N,TK4SP,TK4H, TK4L,TK4W.

Chức năng nổi bật của bộ điều khiển Autonics TK series. - Được tích hợp sẵn chương trình quản lí thiết bị tích hợp DAQMaster. - Có thể ẩn đi những thông số (hàm cài đặt) ít được dùng hoặc không cần thiết. - Có thể cài đặt lên đến 3 ngõ ra cảnh báo và 2 ngõ ra truyền phát tín hiệu.

- Điều khiển nhiệt độ Autonics TK-series được hỗ trợ chức năng truyền thông RS485(Modbus RTU). - Ngõ ra đa dạng : Bao gồm Relay, SSRP, Dòng và SSR (SSRP có thể chọn điều khiển chuẩn/pha/chu kỳ). - Cảnh báo đứt heater (trừ AUTONICS TK4SP). - Chức năng cài đặt nhiều giá trị thông qua ngõ vào số (DI).

- Cảnh báo đứt vòng lặp. * Ưu điểm - Chu kỳ lấy mẫu với tốc độ cực nhanh: 50ms (nhanh hơn 10 lần so với những model trước đây). 16 Chương 2- Giới thiệu về các phần tử trong mô hình - Tiết kiệm không gian lắp đặt với thiết kế nhỏ gọn: giảm xuống khoảng 38% (60mm) chiều sâu so với các model trước đây. - Giá thành phù hợp với sinh viên.

- Phổ biến trên thị trường. * Nhược điểm: Chế độ cảnh báo ít.2 Bộ điều khiển nhiệt độ Omron dòng E5CD * Đặc điểm chung - Điều khiển nhiệt độ Omron dòng E5CD có sẵn các đầu vào analog. - Cài đặt dễ dàng với hiển thị 11 thanh. - Cài đặt cổng Tool cho phép dễ dàng kết nối với máy tính.

- Trong bộ điều khiển nhiệt độ E5CD, các model được cài đặt truyền thông Modbub. - Kết nối dể dàng với phần mềm CX-Thermo qua cáp USB. - Ứng dụng bộ điều khiển nhiệt độ Omron E5CD: Sử dụng để điều khiển nhiệt độ trong các lò nhiệt, máy đúc nhựa, công nghiệp giấy, gỗ, hóa chất, linh kiện điện tử, chế biến thực phẩm. * Ưu điểm - Nhiều chức năng như cảnh báo đứt mạch điều khiển, đầu ra chỉnh tay, đầu ra transfer.

- Tiết kiệm không gian lắp đặt. - Phổ biến trên thị trường, được các công ty công nghiệp ưa dùng. * Nhược điểm - Tốc độ trích mẫu trung bình (250 ms). 17 Chương 2- Giới thiệu về các phần tử trong mô hình - Giá thành cao.Bộ điều khiển Omron E5CD.4 Cảm biến nhiệt độ 2.1 Cảm biến RTD  RTD là thuật ngữ viết tắt của từ Resistance Temperature Detectors là một loại cảm biến nhiệt độ dùng để đo nhiệt.

RTD có thiết kế là một thanh kim loại hay dây kim loại mà điện trở của nó phụ thuộc theo sự thay đổi của nhiệt độ.  RTD cũng được gọi là điện trở nhiệt bao gồm các loại : Pt100, Pt500, Pt1000, Ni100, Ni500. Trong đó 2 loại chính thường dùng trong công nghiệp đo là loại Pt100 và Ni100,can nhiệt K. 18 Chương 2- Giới thiệu về các phần tử trong mô hình Hình 2.Cảm biến nhiệt độ Pt100.

* Ưu điểm: - Hiện nay nhiệt điện trở là dòng sản phẩm luôn được săn lùng nhiều nhất bởi thang đo của nó rất rộng; sai số trong khi đo rất thấp mà giá thành rẻ hơn các cặp nhiệt điện rất nhiều. - Cảm biến nhiệt điện trở RTD được thiết kế rất đa dạng về chiều dài, loại dây, loại cây nên rất linh hoạt trong việc lắp đặt trong nhà máy. * Nhược điểm: Với những ứng dụng cần đo nhiệt độ > 850°C thì cảm biến nhiệt điện trở RTD không thể đo được.