Đồ Án Thiết Kế và Thi Công Mô Hình Lò Nhiệt Sấy Đậu Nành Tại HCMUTE

Đồ án nghiên cứu hcmute thiết kế và thi công mô hình lò nhiệt sấy đậu nành, thiết kế chi tiết, tính toán kỹ thuật theo tiêu chuẩn, đánh giá tính khả thi dự án.

• Tác giả: Cao Thế Mỹ
• Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Tấn Đời
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Điện Tự Động - Tự Động Hóa
• Đề tài: Thiết Kế Và Thi Công Mô Hình Lò Nhiệt Sấy Đậu Nành
• Loại tài liệu: Đồ Án Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI NÓI ĐẦU
• LỜI CÁM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Mục tiêu đề tài
• 1.2. Nội dụng đề tài
• 1.3. Giới hạn của đề tài
• 1.4. Phương pháp và đối tượng nghiên cứu
• 1.4.1. Phương pháp nghiên cứu
• 1.4.2. Đối tượng nghiên cứu
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Quy trình sấy đậu nành
• 2.1.1. Yêu cầu về chọn hạt
• 2.2. Rửa và tách vỏ
• 2.3. Gia nhiệt
• 3. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG
• 3.1. Quy trình hoạt động của hệ thống
• 3.2. Thiết kế phần cơ khí
• 3.2.1. Yêu cầu về mặt kết cấu
• 3.2.2. Thiết kế phần cơ khí
• 3.2.2.1. Tay quay và phễu cấp nguyên liệu
• 3.2.2.2. Lồng sấy và tay quay
• 3.3. Thiết kế phần điện
• 3.3.1. Lựa chọn thiết bị
• 3.3.1.1. Khối cảm biến
• 3.3.1.2. Khối vận hành
• 3.3.1.3. Khối cơ cấu chấp hành
• 3.3.1.5. Khối điều khiển trung tâm
• 3.3.1.6. Khối điều khiển giám sát
• 3.3.1.7. Các thiết bị khác
• 3.3.2. Sơ đồ mạch động lực
• 3.3.3. Sơ đồ nguyên lý toàn mạch
• 3.4. Thi công hệ thống
• 3.4.1. Thi công phần cơ khí
• 3.4.2. Thi công tủ điện
• 4. CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT
• 4.1. Yêu cầu hoạt động hệ thống
• 4.2. Lưu đồ chương trình
• 4.3. Thiết lập bộ PID điều khiển lò nhiệt
• 4.4. Điều khiển và giám sát trên HMI
• 4.4.1. Yêu cầu điều khiển giám sát trên HMI
• 4.4.2. Cách kết nối với PLC
• 4.4.3. Thiết kế giao diện HMI cho đối tượng
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ- NHẬN XÉT
• 5.1. Kết quả mô hình cơ khí
• 5.2. Kết quả thi công phần điện
• 5.3. Kết quả giám sát và điều khiển
• 6. CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• 6.1. Chương trình hệ thống
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Mô hình lò sấy đậu nành tại HCMUTE Tổng quan thiết kế

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế và thi công mô hình lò nhiệt sấy đậu nành" tại HCMUTE tập trung vào việc xây dựng một mô hình lò sấy sử dụng PLC S7-200 CPU 224 và biến tần TECO, điều khiển thông qua giao diện HMI của hãng DELTA với phần mềm DOPSOFT. Mô hình này nhắm đến việc kiểm soát chính xác nhiệt độ trong quá trình sấy đậu nành, một khía cạnh quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng sản phẩm. Đồ án đề cập đến việc thiết kế hệ thống điện, giao diện điều khiển HMI, và sử dụng cảm biến PT100 để giám sát nhiệt độ. Các sinh viên HCMUTE, thuộc khoa Công nghệ Thực phẩm, đã thực hiện nghiên cứu này dưới sự hướng dẫn của ThS. Nguyễn Tấn Đời. Nghiên cứu khoa học HCMUTE về lĩnh vực năng lượng sấy đậu nành này có tiềm năng ứng dụng thực tiễn cao.

1.1. Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu

Mục tiêu chính là thiết kế và thi công một mô hình lò sấy đậu nành hoạt động ổn định, hiệu quả. Phạm vi nghiên cứu bao gồm thiết kế hệ thống phần cứng, lựa chọn thiết bị phù hợp (PLC S7-200, biến tần TECO, cảm biến PT100, HMI DELTA), lập trình điều khiển bằng PLC và giám sát qua HMI, và kiểm tra hiệu quả của hệ thống. Đồ án tập trung vào việc ổn định nhiệt độ bằng thuật toán PID, điều khiển tốc độ quạt bằng biến tần, và sử dụng đậu nành làm nguyên liệu. Mô hình lò sấy đậu nành được thiết kế đơn giản, phù hợp với điều kiện phòng thí nghiệm. Thiết kế lò sấy hcmute này nhấn mạnh vào việc ứng dụng các kiến thức lý thuyết vào thực tiễn. Công nghệ sấy đậu nành được lựa chọn tập trung vào khía cạnh kiểm soát nhiệt độ chính xác để tối ưu hóa quá trình sấy.

1.2. Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu kết hợp giữa lý thuyết và thực tiễn. Sinh viên đã tham khảo tài liệu, nghiên cứu các kiến thức về PLC, biến tần, cảm biến, và thuật toán PID. Quá trình thiết kế được thực hiện từng bước, từ thiết kế hệ thống, lựa chọn linh kiện, lập trình điều khiển, đến thi công và thử nghiệm. Quy trình sấy đậu nành được mô phỏng trong mô hình. Mô phỏng lò sấy đậu nành giúp kiểm tra và hiệu chỉnh hệ thống trước khi đưa vào hoạt động thực tế. Thiết kế hệ thống được thực hiện dựa trên các yêu cầu thực tiễn, đảm bảo tính khả thi và hiệu quả. Vật liệu lò sấy đậu nành được lựa chọn kỹ lưỡng để đảm bảo độ bền và an toàn trong quá trình vận hành. An toàn thực phẩm đậu nành là một yếu tố được xem xét trong suốt quá trình thiết kế.

II. Phân tích kết quả và đánh giá

Đồ án trình bày kết quả thiết kế và thi công mô hình, bao gồm kết quả mô hình cơ khí, kết quả thi công phần điện, và kết quả giám sát điều khiển. Kết quả cho thấy mô hình hoạt động ổn định, đáp ứng được yêu cầu về độ chính xác nhiệt độ. Hiệu quả sấy đậu nành được đánh giá thông qua các chỉ số chất lượng sản phẩm. Chi phí sấy đậu nành cũng được phân tích để đánh giá tính kinh tế của mô hình. Lò sấy đậu nành công nghiệp có thể được phát triển dựa trên cơ sở mô hình này, tuy nhiên cần nghiên cứu mở rộng quy mô và tối ưu hóa các thông số để phù hợp với sản xuất thực tế. Lò sấy đậu nành nông nghiệp hay lò sấy đậu nành mini cũng có thể được thiết kế dựa trên nguyên lý tương tự, điều chỉnh công suất cho phù hợp.

2.1. Đánh giá hiệu quả mô hình

Mô hình lò nhiệt sấy đậu nành cho thấy khả năng điều khiển nhiệt độ chính xác nhờ việc sử dụng thuật toán PID và hệ thống PLC. Việc sử dụng biến tần TECO giúp điều chỉnh tốc độ quạt, đảm bảo quá trình sấy diễn ra đồng đều. Cảm biến PT100 cung cấp dữ liệu chính xác về nhiệt độ, hỗ trợ quá trình giám sát và điều khiển. Màn hình HMI giúp người vận hành dễ dàng theo dõi và điều chỉnh các thông số. Tuy nhiên, mô hình chỉ là mô hình nhỏ, công suất hạn chế, chưa thể đánh giá đầy đủ hiệu quả kinh tế trên quy mô lớn. Phần mềm DOPSOFT đóng vai trò quan trọng trong việc giám sát và điều khiển quá trình hoạt động của hệ thống. Việc sử dụng PLC SIMATIC S7-200 CPU 224 đảm bảo tính ổn định và độ tin cậy của hệ thống.

2.2. Ứng dụng thực tiễn và hướng phát triển

Mô hình này có thể được sử dụng như một nền tảng để phát triển các hệ thống sấy đậu nành quy mô lớn hơn. Ứng dụng lò sấy đậu nành trong công nghiệp chế biến thực phẩm là rất rộng mở. Lò sấy đậu nành công nghiệp cần được thiết kế với công suất lớn hơn, tích hợp thêm các tính năng tự động hóa nâng cao. Nghiên cứu khoa học cần tập trung vào việc tối ưu hóa quá trình sấy, giảm thiểu tiêu hao năng lượng, và nâng cao hiệu quả kinh tế. Việc nghiên cứu các loại nguyên liệu khác ngoài đậu nành cũng là một hướng phát triển tiềm năng. An toàn thực phẩm đậu nành sấy khô vẫn cần được đảm bảo trong quá trình thiết kế và vận hành các hệ thống sấy quy mô lớn. Tính kinh tế lò sấy đậu nành cần được đánh giá kỹ lưỡng để đảm bảo tính khả thi và hiệu quả kinh tế trong ứng dụng thực tiễn.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong quy trình chế biến nông sản và thực phẩm công nghiệp, năng lượng nhiệt đóng vai trò then chốt tại các công đoạn sấy khô, tiệt trùng và làm chín sản phẩm. Đối với hạt đậu nành – nguyên liệu chính để sản xuất sữa đậu nành và các chế phẩm protein thực vật – công đoạn gia nhiệt đòi hỏi kiểm soát nghiêm ngặt về nhiệt độ và thời gian nhằm diệt trừ vi sinh vật có hại, vô hiệu hóa các enzyme gây ức chế tiêu hóa (như trypsin inhibitor) và khử mùi tanh tự nhiên, trong khi vẫn bảo toàn được hàm lượng protein cùng giá trị cảm quan. Lò điện trở được ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống gia nhiệt công nghiệp nhờ tính cơ động, song yêu cầu kỹ thuật cốt lõi là phải điều chỉnh và ổn định chính xác nhiệt độ buồng sấy, khắc phục độ trễ và quán tính nhiệt lớn. Đồ án "Thiết kế và thi công mô hình lò nhiệt sấy đậu nành" được thực hiện nhằm giải quyết bài toán tự động hóa quá trình sấy tĩnh đối lưu cưỡng bức thông qua việc tích hợp bộ điều khiển logic khả trình, biến tần, giao diện vận hành màn hình cảm ứng và thuật toán điều khiển nhiệt độ chuyên dụng.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài được xác định cụ thể như sau:

1. Thiết kế và thi công mô hình phần cứng lò sấy bao gồm kết cấu cơ khí buồng sấy đối lưu và hệ thống điện điều khiển tích hợp cảm biến nhiệt độ, bộ điều khiển PLC, biến tần, động cơ kéo và màn hình giao tiếp HMI.
2. Tính toán, lựa chọn các thiết bị điện, khí cụ đóng cắt và cảm biến đo lường tương thích với yêu cầu vận hành của mô hình thực nghiệm.
3. Xây dựng giải thuật điều khiển trên PLC, ứng dụng thuật toán PID để điều khiển đóng ngắt nguồn nhiệt qua linh kiện bán dẫn công suất, duy trì nhiệt độ buồng sấy ổn định theo giá trị đặt (Set Point).
4. Ứng dụng phần mềm DOPSoft để thiết kế giao diện HMI của hãng Delta, phục vụ việc giám sát trực quan các thông số vận hành và điều khiển quá trình sấy.

Nhiệm vụ cụ thể bao gồm:

1. Thiết kế kết cấu cơ khí lò sấy (khung vỏ, phễu cấp liệu, lồng sấy đục lỗ, cánh quạt đối lưu và cơ cấu đảo hạt).
2. Thiết kế hệ thống điện động lực và điều khiển, phân chia tải 220VAC và mạch điều khiển 24VDC.
3. Thiết lập kết nối giữa cảm biến nhiệt độ PT100 qua bộ chuyển đổi tín hiệu analog với PLC S7-200.
4. Lập trình cấu hình biến tần TECO điều khiển tốc độ quạt gió đối lưu theo tín hiệu analog từ PLC.
5. Lập trình giao diện hiển thị, cài đặt tham số và cảnh báo lỗi trên màn hình HMI.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Bộ điều khiển lập trình PLC Siemens S7-200 (CPU 224), module mở rộng analog EM231 và EM232, biến tần TECO 7300CV, màn hình cảm ứng HMI Delta DOP-B07S411, cảm biến nhiệt độ RTD PT100, relay bán dẫn SSR, động cơ điện 1 pha, động cơ điện 3 pha và thanh điện trở gia nhiệt công suất 2kW.
• Phạm vi không gian: Nghiên cứu được triển khai thực nghiệm tại Phòng thí nghiệm Bộ môn Kỹ thuật Điện - Tự động hóa, Khoa Đào tạo Chất lượng cao, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh.
• Phạm vi thời gian: Đề tài được thực hiện từ tháng 09/2015 đến tháng 01/2017.
• Giới hạn kỹ thuật: Hệ thống được xây dựng ở quy mô mô hình thực nghiệm phòng thí nghiệm với công suất sấy từ 2 đến 5 kg đậu nành mỗi mẻ; nguyên liệu được cân định lượng bên ngoài và nạp thủ công vào phễu; ngõ ra xả hạt có kích thước cơ khí cố định, chỉ thiết kế tối ưu cho hạt đậu nành.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đề tài vận dụng tổng hợp các cơ sở lý thuyết về công nghệ chế biến thực phẩm, kỹ thuật đo lường cảm biến, tự động hóa quá trình công nghiệp và lý thuyết điều khiển tự động:

• Yêu cầu công nghệ sấy đậu nành: Nguyên liệu đầu vào cần đạt độ chín thành thục sinh học, hạt nguyên không sâu mọt, độ ẩm tiêu chuẩn 10–14%, hàm lượng tạp chất không vượt quá 3% khối lượng. Quá trình rửa và tách vỏ giúp loại bỏ bụi bẩn, tạp chất bám dính và giảm vị đắng. Quá trình sấy nhiệt diễn ra trong dải nhiệt độ 80–85°C với thời gian duy trì từ 10 đến 15 phút, kết hợp đảo trộn liên tục để dòng khí nóng đối lưu đồng đều qua khối hạt.
• Cảm biến đo nhiệt độ và chuyển đổi tín hiệu: Sử dụng nhiệt điện trở kim loại RTD PT100 (Platinum) có nguyên lý biến thiên điện trở theo nhiệt độ, độ tuyến tính và độ chính xác cao hơn cặp nhiệt điện trong dải nhiệt độ thấp. Tín hiệu điện trở từ đầu dò PT100 được đưa qua bộ chuyển đổi RTD để chuyển đổi sang tín hiệu dòng điện chuẩn công nghiệp 4–20mA, phù hợp với ngõ vào tương tự của module PLC.
• Bộ điều khiển logic khả trình và module tương tự: PLC Siemens SIMATIC S7-200 CPU 224 (nguồn 24VDC, 14 ngõ vào số DI, 10 ngõ ra số DO dạng Transistor) kết hợp module mở rộng ngõ vào tương tự EM231 (4 AI, độ phân giải 16-bit quy đổi dải giá trị 0–64000) và module ngõ ra tương tự EM232 (2 AO, dải giá trị 0–32000).
• Biến tần và điều khiển động cơ: Biến tần TECO 7300CV hoạt động theo nguyên lý chỉnh lưu điện áp xoay chiều thành một chiều qua bộ chỉnh lưu và giàn tụ lọc, sau đó nghịch lưu thành điện áp xoay chiều 3 pha có tần số biến thiên bằng kỹ thuật băm xung PWM để điều khiển tốc độ động cơ quạt gió.
• Thuật toán điều khiển PID: Hệ thống ứng dụng giải thuật điều khiển hồi tiếp vòng kín PID kinh điển nhằm triệt tiêu sai lệch giữa nhiệt độ thực tế ($PV$) và nhiệt độ cài đặt ($SP$). Tín hiệu điều khiển $u(t)$ được tính toán tổng hợp từ 3 khâu: Khâu tỉ lệ ($P$) làm giảm sai số xác lập; Khâu tích phân ($I$) khử triệt để sai số ổn định nhưng làm tăng độ vọt lố; Khâu vi phân ($D$) phản ứng theo tốc độ biến thiên sai lệch để hãm độ vọt lố và tăng tính ổn định của hệ thống. Biểu thức điều khiển có dạng:

$$u(t) = K_p e(t) + K_i \int_{0}^{t} e(\tau)d\tau + K_d \frac{de(t)}{dt}$$

Phương pháp nghiên cứu bao gồm:

• Phương pháp phân tích và tổng hợp lý thuyết: Khảo sát tài liệu kỹ thuật của các dòng thiết bị PLC S7-200, biến tần TECO, màn hình HMI Delta và các nghiên cứu về giải thuật điều khiển nhiệt độ PID.
• Phương pháp thiết kế kỹ thuật và tính toán phần cứng: Tính toán phân bổ công suất nguồn điện, lựa chọn thiết bị đóng cắt bảo vệ, tính toán kết cấu cơ khí buồng sấy và bộ truyền động tay quay đảo hạt.
• Phương pháp thực nghiệm và tích hợp hệ thống: Gia công cơ khí buồng sấy, lắp đặt tủ điện, lập trình phần mềm Step 7 Micro/WIN và DOPSoft, tiến hành thử nghiệm từng khối chức năng và hiệu chỉnh tham số bộ điều khiển PID trên mô hình vật lý thực tế.

Nguồn dữ liệu sử dụng: Tài liệu hướng dẫn sử dụng và sổ tay kỹ thuật phần cứng của Siemens, TECO, Delta Electronics; dữ liệu thực nghiệm đo đạc dòng điện, điện áp và đáp ứng nhiệt độ buồng sấy ghi nhận qua bộ chuyển đổi và module EM231.

Thiết kế và triển khai

Hệ thống được cấu trúc thành 6 khối chức năng chính: Khối cấp nguồn, Khối cảm biến, Khối vận hành nút nhấn, Khối điều khiển trung tâm, Khối điều khiển - giám sát và Khối cơ cấu chấp hành.

Khối chức năng	Thiết bị sử dụng	Thông số kỹ thuật chính	Vai trò trong hệ thống
Điều khiển trung tâm	PLC Siemens S7-200 CPU 224	Nguồn 24VDC, 14 DI / 10 DO Transistor, bộ nhớ chương trình 12KB, bộ nhớ dữ liệu 8KB	Xử lý logic toàn hệ thống, thực thi thuật toán PID và giao tiếp mạng
Mở rộng ngõ vào Analog	Module Siemens EM231	4 ngõ vào Analog, dải đo 0–20mA / 4–20mA, chuyển đổi ADC 16-bit (0–64000)	Nhận tín hiệu dòng điện 4–20mA từ bộ chuyển đổi nhiệt độ
Mở rộng ngõ ra Analog	Module Siemens EM232	2 ngõ ra Analog, dải xuất 0–10VDC (0–32000) hoặc 0–20mA	Xuất tín hiệu điện áp 0–10V điều khiển tần số biến tần
Biến tần	TECO 7300CV	Nguồn cấp 1 pha 220VAC, ngõ ra 3 pha, chế độ General Vector Control	Điều chỉnh vô cấp tốc độ động cơ quạt đối lưu theo nhiệt độ buồng sấy
Cảm biến nhiệt độ	RTD PT100 3 dây	Đầu dò inox 304 đường kính 4mm, dây bọc Teflon dài 1m, dải đo -50°C đến 200°C	Đo nhiệt độ tức thời trong buồng sấy
Bộ chuyển đổi tín hiệu	Bộ chuyển đổi RTD sang 4–20mA	Nguồn cấp 12–35VDC, ngõ ra dòng 4–20mA, kết nối 4 chân	Tuyến tính hóa điện trở PT100 thành tín hiệu dòng điện chuẩn
Cơ cấu gia nhiệt	Điện trở nhiệt hình chữ U	Công suất 2000W (2kW), chiều dài 400mm, điện áp 220VAC	Cung cấp nhiệt lượng trực tiếp cho buồng sấy
Đóng cắt công suất	Relay bán dẫn SSR 1 pha	Điện áp điều khiển 4–32VDC, điện áp tải 90–480VAC, dòng tải tối đa 50A	Đóng ngắt tần số cao nguồn cấp cho điện trở nhiệt theo chu kỳ PID
Giao diện HMI	Delta DOP-B07S411	Màn hình cảm ứng 7 inch, độ phân giải 800x480 pixel, chuẩn bảo vệ IP65, cổng RS485	Cài đặt thông số sấy, hiển thị trạng thái và cảnh báo lỗi
Cơ cấu truyền động	Động cơ 1 pha & Động cơ 3 pha	Động cơ 1 pha 220VAC 1300 vòng/phút; Động cơ 3 pha 220VAC tải quạt	Dẫn động trục tay quay đảo hạt và cánh quạt gió đối lưu
Bảo vệ hệ thống	Aptomat (CB) & Relay kiếng	CB 25A dòng ngắt 10.000 lần; Relay 24VDC tiếp điểm chịu dòng 5A/240VAC	Bảo vệ quá dòng toàn hệ thống và đệm cách ly tín hiệu ngõ ra PLC

Quy trình triển khai cơ khí và mạch điện:

• Phần cơ khí: Khung lò dạng hình trụ tròn có đường kính 62 cm, chiều cao 81 cm, bên ngoài bọc lớp vật liệu cách nhiệt, đặt trên bệ đỡ 3 chân sắt hình chữ nhật. Phễu nạp liệu được gia công bằng tôn sắt dày 1 mm. Lồng sấy dạng trụ tròn kích thước 44 x 45 cm làm bằng tôn đục lỗ giúp nhiệt lượng xuyên thấu mà không làm rơi hạt đậu. Tay quay đảo hạt dạng khung ngũ giác và cánh quạt đối lưu bằng thép đường kính 45 cm được lắp đặt đồng trục buồng sấy.
• Phần điện và điều khiển: Tủ điện phân chia thành hai mạch độc lập. Mạch nguồn 24VDC sử dụng bộ nguồn tổ ong 24V/5A cung cấp cho PLC, HMI, cảm biến và cuộn hút relay trung gian. Mạch động lực 220VAC cấp nguồn cho điện trở nhiệt 2kW (qua SSR 50A), động cơ 1 pha 2.5A (tay quay) và biến tần TECO cấp nguồn động cơ 3 pha 3A (quạt gió). Tín hiệu từ PT100 đưa qua bộ chuyển đổi RTD sang 4–20mA truyền về kênh AIW0 của EM231. PLC thực thi khối hàm PID được cấu hình từ Step 7 Micro/WIN, xuất xung điều khiển (Duty Cycle) đóng ngắt SSR để duy trì nhiệt độ bám sát Set Point. Đồng thời, module EM232 xuất điện áp 0–10V qua kênh AQW0 đến chân AIN của biến tần TECO để điều tốc quạt gió tỷ lệ thuận với mức nhiệt độ buồng sấy.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Chương 1 trình bày tính cấp thiết của việc kiểm soát năng lượng nhiệt trong công nghiệp sấy khô và lý do lựa chọn giải pháp điều khiển tự động hóa bằng PLC S7-200. Tác giả xác định mục tiêu thiết kế, chế tạo hoàn chỉnh mô hình lò sấy đậu nành có kiểm soát nhiệt độ bằng PID và điều tốc quạt gió bằng biến tần. Các giới hạn kỹ thuật được thiết lập rõ ràng về mặt quy mô mô hình (2–5 kg nguyên liệu), phương thức cấp liệu thủ công và đối tượng sấy chuyên biệt là đậu nành. Phương pháp tiếp cận đi từ nghiên cứu lý thuyết, thiết kế phân rã từng module phần cứng đến lập trình tích hợp và thử nghiệm thực tế.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Chương 2 cung cấp nền tảng lý luận toàn diện cho hệ thống:

• Trình bày công nghệ sấy đậu nành phục vụ sản xuất sữa đậu nành với các yêu cầu kỹ thuật: độ ẩm hạt 10–14%, tạp chất dưới 3%, nhiệt độ sấy 80–85°C trong thời gian 10–15 phút.
• So sánh nguyên lý cảm biến nhiệt độ giữa cặp nhiệt điện và nhiệt điện trở RTD PT100, khẳng định việc sử dụng PT100 kết hợp bộ chuyển đổi 4–20mA mang lại độ tuyến tính và độ chính xác cao.
• Phân tích kiến trúc phần cứng, các vùng nhớ (I, Q, V, M, T, C, HC, AC, SM, AI, AQ) và module tương tự EM231, EM232 của họ PLC Siemens S7-200.
• Trình bày nguyên lý biến đổi điện áp/tần số của biến tần, cấu tạo không tiếp điểm chuyển động cơ khí của relay bán dẫn SSR nhằm phục vụ đóng ngắt tần số cao.
• Phân tích chi tiết giải thuật PID, chức năng và đồ thị ảnh hưởng của từng khâu $K_p$, $K_i$, $K_d$ đối với độ vọt lố, thời gian xác lập và sai số ổn định của hệ thống gia nhiệt.

Chương 3: Thiết kế hệ thống

Chương 3 mô tả chi tiết quá trình tính toán và thi công mô hình:

• Thiết kế cơ khí: Buồng sấy hình trụ kích thước 62 x 81 cm cách nhiệt tốt; lồng sấy tôn đục lỗ 44 x 45 cm; phễu tôn 1 mm; cánh quạt thép 45 cm và tay quay đảo ngũ giác.
• Thiết kế hệ thống điện: Xây dựng sơ đồ khối toàn hệ thống gồm 6 khối chức năng. Tính toán công suất và dòng tiêu thụ cho hai mức điện áp 24VDC (PLC 60mA, Relay 400mA, PT100 & bộ chuyển đổi 20mA, HMI 200mA) và 220VAC (Động cơ 3 pha 3A, Động cơ 1 pha 2.5A, Điện trở nhiệt 8.6A, Đèn báo 20mA).
• Lựa chọn thiết bị: Cấu hình switch trên module EM231 để đọc tín hiệu dòng 0–20mA/4–20mA với công thức quy đổi giá trị nhiệt độ từ thanh ghi ADC 16-bit; cấu hình module ngõ ra EM232 xuất dải 0–10V; cài đặt các nhóm thông số và chân điều khiển trên biến tần TECO 7300CV (chế độ General Vector Control, chân S1 chạy/dừng, chân AIN nhận tín hiệu analog 0–10V).
• Bản vẽ đấu nối mạch động lực, mạch điều khiển, sơ đồ bố trí linh kiện bên trong và bên ngoài tủ điện điều khiển công nghiệp.

Chương 4: Thiết kế chương trình điều khiển và giám sát

Chương 4 tập trung vào phần mềm điều khiển và giao diện vận hành:

• Xây dựng lưu đồ thuật toán tổng thể của quá trình sấy: Khởi động hệ thống -> Đọc và so sánh nhiệt độ $PV$ với $SP$ -> Điều khiển PID xuất tín hiệu đóng ngắt SSR -> Xuất tín hiệu analog điều khiển tốc độ biến tần TECO -> Đếm thời gian sấy qua Timer -> Tự động dừng hệ thống khi hoàn tất hoặc ngắt khẩn cấp khi phát hiện sự cố quá nhiệt.
• Quy trình cấu hình vòng lặp điều khiển PID (PID Wizard) trong phần mềm Step 7 Micro/WIN: Khai báo Set Point, Process Variable, Output, chọn dải tác động, gán vùng nhớ dữ liệu và chế độ vận hành (Auto/Manual).
• Thiết kế giao diện giám sát HMI trên phần mềm Delta DOPSoft: Thiết lập cấu hình truyền thông RS485 với PLC S7-200, tạo các trang màn hình bao gồm màn hình giới thiệu, màn hình điều khiển tự động, màn hình cài đặt thông số $SP$/thời gian và màn hình hiển thị trạng thái cảnh báo sự cố.

Chương 5: Kết quả - Nhận xét

Chương 5 đánh giá kết quả thực nghiệm đạt được:

• Kết quả cơ khí: Mô hình lò sấy và tủ điện được thi công chắc chắn, kích thước gọn gàng, hệ thống cách nhiệt tốt, cơ cấu tay quay và quạt đối lưu vận hành êm ái, không bị rung lắc.
• Kết quả phần điện: Tủ điện được bố trí khoa học, các dây dẫn đánh số thứ tự rõ ràng, các thiết bị bảo vệ (CB, Relay) và thiết bị công suất (SSR, Biến tần) làm việc ổn định, an toàn.
• Kết quả điều khiển và giám sát: Vòng điều khiển PID trên PLC S7-200 hoạt động chính xác, điều chỉnh linh hoạt chu kỳ đóng ngắt thanh nhiệt 2kW, ổn định nhiệt độ buồng sấy bám sát giá trị đặt (sai lệch nhiệt độ thấp); biến tần điều tốc quạt đối lưu mượt mà theo giá trị nhiệt độ; giao diện HMI Delta phản hồi nhanh, hiển thị đầy đủ thông số thời gian thực và xử lý tin cậy các nút chức năng.

Chương 6: Kết luận và hướng phát triển

Chương 6 tổng kết toàn bộ quá trình nghiên cứu, khẳng định nhóm tác giả đã hoàn thành đầy đủ các mục tiêu đề ra về mặt thiết kế cơ khí, thi công tủ điện, lập trình PLC và giám sát HMI. Đồng thời, chương này chỉ ra các định hướng nâng cấp hệ thống trong tương lai, bao gồm việc tự động hóa khâu cấp và xả liệu, mở rộng đối tượng sấy sang nhiều loại nông sản khác.

Kết quả và đóng góp

Kết quả thực nghiệm chính của đề tài:

• Chế tạo hoàn chỉnh mô hình lò sấy đậu nành đối lưu cưỡng bức có dung tích buồng sấy chứa 2–5 kg nguyên liệu, đảm bảo yêu cầu giữ nhiệt, chịu nhiệt trên 100°C và vận hành an toàn.
• Thi công hoàn chỉnh tủ điện điều khiển công nghiệp tích hợp bộ điều khiển PLC S7-200 CPU 224, module EM231, module EM232, biến tần TECO 7300CV, màn hình cảm ứng HMI Delta DOP-B07S411 và hệ thống bảo vệ quá dòng bằng CB 25A.
• Ứng dụng thành công thuật toán PID trong PLC S7-200 thông qua đóng ngắt relay bán dẫn SSR 50A để điều khiển thanh nhiệt công suất 2000W, duy trì chính xác nhiệt độ sấy trong dải công nghệ 80–85°C.
• Điều khiển biến tần TECO 7300CV ở chế độ General Vector Control bằng tín hiệu điện áp analog 0–10V xuất từ module EM232, tự động tăng/giảm tốc độ quạt đối lưu tương ứng với độ chênh nhiệt độ trong buồng sấy.
• Xây dựng giao diện HMI trực quan trên màn hình 7 inch cho phép cài đặt thông số nhiệt độ, thời gian sấy, giám sát giá trị tức thời và tự động ngắt hệ thống kết hợp bật đèn báo khi xảy ra quá nhiệt.

Giải pháp và đóng góp kỹ thuật:

• Tác giả đã đề xuất và chứng minh tính hiệu quả của việc thay thế relay cơ khí bằng relay bán dẫn SSR trong bài toán gia nhiệt công nghiệp; SSR cho phép đóng cắt ở tần số cao mà không phát sinh tia lửa điện hay hao mòn cơ khí, giúp thuật toán PID phát huy tối đa khả năng điều chế công suất nhiệt.
• Tích hợp thành công cấu trúc điều khiển phân tầng quy mô nhỏ: Cảm biến/Chấp hành -> PLC S7-200 kết hợp Module Analog -> Biến tần/SSR -> Màn hình giám sát HMI Delta thông qua chuẩn truyền thông RS485.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đề tài:

• Hệ thống mới dừng lại ở mức độ mô hình thử nghiệm phòng thí nghiệm, công suất mẻ sấy nhỏ (2–5 kg).
• Quy trình vận hành chưa hoàn toàn tự động hóa: khâu cân định lượng nguyên liệu và nạp hạt vào phễu vẫn phải thực hiện thủ công; chưa có cơ cấu tự động xả liệu sau khi kết thúc chu trình sấy.
• Cửa thoát liệu có kích thước cố định, chỉ phù hợp với biên dạng hạt đậu nành mà chưa thích ứng linh hoạt với các loại nông sản có kích thước hạt khác nhau.

Hướng nghiên cứu và phát triển tiếp theo:

• Nghiên cứu tích hợp cảm biến trọng lượng (Loadcell) tại phễu nạp và van xả tự động điều khiển bằng khí nén hoặc động cơ servo để tự động hóa hoàn toàn chu trình cấp - sấy - xả nguyên liệu.
• Mở rộng thuật toán điều khiển và khảo sát các chế độ nhiệt - thời gian sấy tối ưu cho nhiều loại nông sản, ngũ cốc khác (ngô, cà phê, đậu phộng).
• Nâng cấp hệ thống giám sát lên nền tảng SCADA trên máy tính hoặc kết nối mạng công nghiệp để lưu trữ dữ liệu lịch sử vận hành và phân tích chất lượng mẻ sấy từ xa.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu kỹ thuật có giá trị tham khảo thiết thực cho:

• Sinh viên, học viên các ngành Công nghệ Kỹ thuật Điện - Điện tử, Công nghệ Điện Tự động, Điều khiển và Tự động hóa, Cơ điện tử khi thực hiện đồ án môn học, đồ án tốt nghiệp liên quan đến điều khiển quá trình nhiệt, lập trình PLC và thiết kế giao diện HMI.
• Kỹ sư và kỹ thuật viên vận hành hệ thống sấy nông sản, thực phẩm quy mô vừa và nhỏ.

Các nội dung đáng tham khảo nhất trong công trình:

• Sơ đồ nguyên lý kết nối và phương pháp tính toán quy đổi dải giá trị ADC 16-bit của module analog EM231 khi đọc tín hiệu dòng 4–20mA từ cảm biến PT100.
• Quy trình cài đặt thông số và kết nối dây điều khiển tín hiệu analog 0–10V từ module EM232 sang biến tần TECO 7300CV ở chế độ General Vector Control.
• Phương pháp cấu hình bộ điều khiển PID bằng công cụ PID Wizard trên phần mềm Step 7 Micro/WIN kết hợp mạch điều khiển công suất tải nhiệt qua relay bán dẫn SSR.

Câu hỏi thường gặp

1. Cảm biến nhiệt độ và bộ chuyển đổi tín hiệu sử dụng trong mô hình có đặc tính kỹ thuật gì? Hệ thống sử dụng cảm biến nhiệt điện trở RTD PT100 loại 3 lõi dây, đầu dò bằng thép không gỉ 304 đường kính 4 mm bọc keo chống nước, dây dẫn bọc Teflon dài 1 m, dải đo từ -50°C đến 200°C. Do PLC không đọc trực tiếp điện trở, cảm biến được đấu nối với bộ chuyển đổi RTD sử dụng nguồn 12–35VDC để chuyển đổi tín hiệu nhiệt độ thành dòng điện tiêu chuẩn 4–20mA.

2. Cơ chế điều khiển công suất thanh nhiệt 2kW của bộ điều khiển PID trên PLC được thực hiện như thế nào? PLC S7-200 nhận tín hiệu nhiệt độ thực tế ($PV$) từ cảm biến qua module EM231, so sánh với giá trị cài đặt ($SP$) và thực thi giải thuật PID để tính toán chu kỳ làm việc (Duty Cycle). Tín hiệu điều khiển ngõ ra 24VDC từ PLC kích hoạt relay bán dẫn SSR 1 pha (điện áp điều khiển 4–32VDC, chịu tải 90–480VAC/50A) để đóng/ngắt liên tục nguồn 220VAC cấp cho thanh điện trở nhiệt 2kW, duy trì nhiệt độ buồng sấy ổn định mà không gây hao mòn cơ khí.

3. Biến tần TECO 7300CV được cấu hình ở chế độ nào và nhận tín hiệu điều khiển từ đâu? Biến tần TECO 7300CV được cài đặt vận hành ở chế độ General Vector Control Mode. Biến tần nhận lệnh chạy thuận thông qua chân ngõ vào số S1 (nối với chân 24V) và nhận tín hiệu điều khiển tần số analog 0–10VDC từ kênh AQW0 của module mở rộng analog EM232 đưa vào chân terminal AIN, từ đó điều chỉnh tốc độ động cơ 3 pha kéo quạt đối lưu khí nóng.

4. Module analog EM231 và EM232 quy đổi dải giá trị số trong chương trình PLC như thế nào? Module ngõ vào tương tự EM231 có độ phân giải 16-bit, chuyển đổi tín hiệu dòng đơn cực 0–20mA (hoặc 4–20mA) thành dải giá trị số nguyên từ 0 đến 64000 lưu vào các thanh ghi ngõ vào (AIW0, AIW2, AIW4, AIW6). Module ngõ ra tương tự EM232 nhận giá trị số từ 0 đến 32000 từ các thanh ghi (AQW0, AQW2) để giải mã thành tín hiệu điện áp đơn cực 0–10VDC hoặc dòng điện 0–20mA.

5. Quy trình công nghệ sấy đậu nành trong đồ án đặt ra những yêu cầu thông số nào? Hạt đậu nành sau khi được tuyển chọn (chín thành thục, không sâu mọt, độ ẩm 10–14%, tạp chất dưới 3%) và qua công đoạn rửa, tách vỏ sẽ được đưa vào buồng sấy. Quá trình sấy yêu cầu nhiệt độ ổn định trong khoảng 80–85°C với thời gian duy trì từ 10 đến 15 phút, kết hợp cánh quạt đối lưu và trục tay quay đảo đều để diệt vi sinh vật, khử mùi tanh và bảo đảm chất lượng hạt.

Kết luận

Đồ án "Thiết kế và thi công mô hình lò nhiệt sấy đậu nành" của nhóm tác giả Cao Thế Mỹ và Phạm Đức Huy đã hoàn thành trọn vẹn các mục tiêu nghiên cứu từ thiết kế cơ khí, thi công tủ điện đến lập trình điều khiển tự động hóa. Công trình đã ứng dụng thành công bộ điều khiển PLC Siemens S7-200 CPU 224 kết hợp thuật toán PID và relay bán dẫn SSR để khống chế chính xác nhiệt độ buồng sấy trong dải công nghệ 80–85°C, đồng thời tích hợp biến tần TECO 7300CV và màn hình cảm ứng HMI Delta DOP-B07S411 tạo nên một hệ thống vận hành và giám sát hoàn chỉnh. Kết quả thực nghiệm khẳng định tính đúng đắn của giải pháp kỹ thuật, cung cấp tài liệu tham khảo có giá trị ứng dụng cao cho công tác đào tạo chuyên ngành Tự động hóa và phát triển các hệ thống sấy nông sản quy mô công nghiệp.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề: Trong thực tế công nghiệp và sinh hoạt hàng ngày, năng lƣợng nhiệt đóng một vai trò rất quan trọng. Năng lƣợng nhiệt có thể đƣợc dùng trong các quá trình công nghệ khác nhau nhƣ nấu nƣớng, sấy khô,.Vì vậy việc sử dụng nguồn năng lƣợng này một cách hợp lý và hiệu quả là rất cần thiết. Lò điện trở đƣợc ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp vì đáp ứng đƣợc nhiều yêu cầu thực tiễn đặt ra. Ở lò điện trở, yêu cầu kỹ thuật quan trọng nhất là phải điều chỉnh và khống chế đƣợc nhiệt độ của lò.

Nhóm chọn làm đề tài “Điều khiển nhiệt độ lò nhiệt dùng PLC S7-200” trên cơ sở những lý thuyết đã học đƣợc chủ yếu trong môn học lý thuyết điều khiển tự động, kèm theo đó là kiến thức của các môn học cơ sở ngành và các môn học có liên quan nhƣ PLC, kỹ thuật đo, điện tử cơ bản… Với sự phát triển của kỹ thuật điều khiển tự động hiện nay thì có nhiều cách để điều khiển mức chất lỏng của hệ thống bồn nƣớc, nhƣng ở đây chúng em sử dụng PLC S7-200 để điều khiển, sử dụng phần mềm DOPSOFT giao tiếp hiển thị.2 Mục tiêu đề tài: Sau khi xác định đƣợc đối tƣợng, chủ thể và giới hạn phạm vi nghiên cứu, việc xác định mục tiêu sẽ là bƣớc quan trọng kế tiếp nhằm định hƣớng đúng đắn cho quy trình thực hiện đề tài. Mục tiêu đề tài cụ thể đƣợc thể hiện nhƣ sau: Thiết kế, thi công hệ thống phần cứng gồm mối quan hệ giữa cảm biến nhiệt độ, hệ thống PLC, biến tần, động cơ và màn hình giao tiếp HMI. Lựa chọn thiết bị cho mô hình.  Giải thuật cho PLC theo yêu cầu của đề tài, điều khiển nguồn nhiệt theo thông số cài đặt của lò nhiệt.

 Sử dụng phần mềm DOPSOFT để điều khiển giám sát hệ thống điều khiển hoạt động của hệ thống.3 Nội dụng đề tài: GVHD: Th.s Nguyễn Tấn Đời 1 do an CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN Ban đầu nhiệt độ và thời gian đƣợc đặt ở yêu cầu của ngƣời vận hành, ta đƣa nguyên liệu đậu nành vào lò, sau đó hệ thống đƣợc cho phép hoạt động bằng nút nhấn START trên tủ điện hay màn hình HMI. Thanh nhiệt điện trở bắt đầu hoat động cùng với tay quay và cánh quạt trong bồn. Khi nhiệt độ thanh điện trở lên tới nhiệt độ đặt trƣớc thì PLC điều khiển ngắt nguồn nhiệt thông qua con SSR và duy trì nhiệt độ ở mức đặt trƣớc trong thời gian chọn. Sau khi nguyên liệu trong bồn sấy đạt yêu cầu thì timer dừng hệ thống và lấy nguyên liệu ra.

Nếu trong thời gian gia nhiệt mà nhiệt độ trong bồn cáo thì đèn báo lỗi bật và cho ngừng hệ thấp ngay lập tức.4 Giới hạn của đề tài:  Hệ thống đƣợc thực hiện bằng mô hình đơn giản.  Đề tài chỉ tập trung vào việc ổn định nhiệt độ bằng phƣơng pháp PID và điều khiển tốc độ quạt bằng biến tần.  Nguyên liệu cung cấp cho hệ thống chỉ là đậu nành do giới hạn phần cứng không thay đổi đƣợc đƣờng kính ngõ ra sản phầm .5 Phƣơng pháp và đối tƣợng nghiên cứu: 1.1 Phƣơng pháp nghiên cứu: Để thực hiện đề tài nhóm đã tham các tài liệu trong sách, trên internet và dựa trên hệ thống, yêu cầu thực tế để xây dựng lại mô hình đáp ứng đƣợc những yêu cầu đó. Các bƣớc nhóm thực hiện:  Đề ra mục tiêu và hƣớng đi cụ thể.

 Thiết kế hệ thống đáp ứng đƣợc các yêu cầu đã đề ra.  Nghiên cứu các tài liệu liên quan.  Hoàn thành từng thành phần riêng lẻ.  Tích hợp thành một hệ thống hoàn chỉnh.

 Viết chƣơng trình điều khiển, giám sát.2 Đối tƣợng nghiên cứu:  PLC S7-200 Siemens.  Biến tần TECO.s Nguyễn Tấn Đời 2 do an CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN  Màn hình HMI DELTA BO7S411 với phần mềm DOPSOFT.  Cảm biến PT100.  Các động cơ 1 pha và 3 pha.s Nguyễn Tấn Đời 3 do an CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHƢƠNG 2.1 Quy trình sấy đậu nành 2.1 Yêu cầu về chọn hạt Đậu nành là nguyên liệu chính trong việc sản xuất sữa đậu nành, nó quyết định tỉ lệ thu hồi protein và chất lƣợng sản phẩm đặc biệt là giá trị cảm quan.

Do đó trong sản xuất, đậu nành phải lựa chọn đúng tiêu chuẩn:  Chính thành thục về mặt sinh học và loại bỏ những hạt non  Chọn những hạt nguyên, không sâu, không mọt, không mùi hôi thối  Độ ẩm từ 10-14%  Tạp chất không quá 3% khối lƣợng 2.2 Rửa và tách vỏ  Mục đích Quá trình này nhằm loại bỏ các tạp chất có trong đậu nành hay bám trên bề mặt đậu nhƣ bụi, đất, đá và đồng thời loại bỏ các sinh vật bám trên vỏ. Mặt khác làm tăng khả năng tiêu hóa và loại bỏ mùi đậu, vị đắng và các chất gây ảnh hƣởng xấu đến màu sắc của sản phẩm có trong vỏ.  Cách tiến hành Cho đậu nành vào nƣớc sạch vừa rửa vừa tách lớp vỏ đậu. Lớp vỏ sau khi tách sẽ nổi lên trên mặt nƣớc sau đó tách ra ngoài.

Trong quá trình này sẽ làm giảm khổi lƣợng do tách vỏ nhƣng làm cho hạt đậu sáng hơn và tăng chất lƣợng sau này.3 Gia nhiệt  Mục đích  Diệt một số sinh vật có hại  Phân hủy các chất có hại trong đậu  Khử mùi tanh và cải thiện mùi vị của sữa đậu nành  Cách tiến hành Cho khối lƣợng đậu vào lò sấy, nguồn nhiệt đƣợc cung cấp từ điện trở nhiệt trong lò.s Nguyễn Tấn Đời 4 do an CHƢƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG Thời gian sấy 10-15 phút nhiệt độ sấy 80-850C. Trong thời gian sấy phải theo dõi nhiệt độ xem nguyên liệu đƣợc khuấy đều hay không.2 Cảm biến nhiệt độ Nguyên lý cơ bản của cảm biến nhiệt độ: hấp thu nhiệt độ từ môi trƣờng, tại đây tùy theo cơ cấu của cảm biến sẽ biến đại lƣợng nhiệt này thành một đại lƣợng điện nào đó.Cảm biến nhiệt gồm các loại chính sau: a. Cặp nhiệt điện (Thermocouple) Hình 2. Cặp nhiệt điện.

Cấu tạo: gồm 2 chất liếu kim loại khác nhau hàn dính một đầu Nguyên lý: Nhiệt độ thay đổi cho ra sức điện động thay đổi (mV) Ƣu điểm: độ bền nhiệt độ cao Khuyết điểm: nhiều ảnh tố ảnh hƣởng làm sai số. Độ nhạy ko cao Dải đo: -100 ~ 14000C b. Nhiệt điện trở (Resitance temperature detector –RTD). Nhiệt điện trở Cấu tạo của RTD gồm có dây kim loại làm từ: Đồng, Nikel, Platium…đƣợc quấn theo tùy hình dáng của đầu đo.s Nguyễn Tấn Đời 5 do an CHƢƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG Nguyên lý hoạt động: Khi nhiệt độ thay đổi điện trở giửa hai đầu kim loại này sẽ thay đổi và tùy vào chất liệu kim loại sẽ có độ tuyến tính trong khoảng nhiệt độ nhất định.

Ƣu điểm: có độ chính xác cao hơn cặp nhiệt điện, dễ sử dụng hơn. Khuyết điểm: dải đo bé hơn cặp nhiệt điện, giá thành cao hơn Dải đo: -200-7000C Nhiệt điện trở là một loại điện trở biến đổi theo nhiệt độ nên ta không thể đọc nhiệt độ trực tiếp trên chúng. Do vậy muốn đọc nhiệt độ ta phải thông qua các bộ chuyển đổi tín hiệu sang dòng hoặc áp.Khi sử dụng các bộ chuyển đổi tín hiệu ta có thể tăng khả năng chính xác của cảm biến khi đọc nhiệt độ.Ở đây ta sử dụng bộ chuyển đổi tín hiệu sang dòng 4-20 mA. Bộ chuyển đổi tín hiệu nhiệt độ PT100 sang 4-20mA.

 Cách đấu nối cảm biến PT100- 3 dây vào bộ chuyển tín hiệu nhiệt độ Hình 2. Cách đấu dây tín hiệu.3 Giới thiệu chung về PLC của hãng SIEMENS PLC (Programmable Logic Controller) là bộ điều khiển lập trình, PLC đƣợc xếp vào trong họ máy tính, đƣợc sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp và thƣơng GVHD: Th.s Nguyễn Tấn Đời 6 do an CHƢƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG mại. PLC có đầy đủ chức năng và tính toán nhƣ vi xử lý. Ngoài ra, PLC có tích hợp thêm một số hàm chuyên dùng nhƣ bộ điều khiển PID, dịch chuyển khối dữ liệu, khối truyền thống… PLC có những ƣu điểm:  Có kích thƣớc nhỏ, đƣợc thiết kế và tăng bền để chịu đƣợc rung động, nhiệt, ẩm và tiếng ồn, đáng tin cậy.

 Rẻ tiền đối với các ứng dụng điều khiển cho hệ thống phức tạp.  Dễ dàng và nhanh chóng thay đổi cấu trúc của mạch điều khiển.  PLC có các chức năng kiểm tra lỗi, chẩn đoán lỗi.  Có thể nhân đôi các ứng dụng nhanh và ít tốn kém.

Một PLC gồm có những phần cơ bản sau:  Bộ nguồn: cung cấp nguồn thiết bị và các module mở rộng đƣợc kết nối vào.  CPU: thực hiện chƣơng trình và dữ liệu để điều khiển tự động các tác vụ hoặc quá trình.  Các ngõ vào/ra: gồm có các ngõ vào/ra số, vào/ra tƣơng tự. Các ngõ vào dùng để quan sát tín hiệu từ bên ngoài đƣa vào (cảm biến, công tắc), ngõ ra dùng để điều khiển các thiết bị ngoại vi trong quá trình.

 Các cổng/module truyền thông (CP: Communication Professor): dùng để nối CPU với các thiết bị khác để kết nối thành mạng, xử lý thực hiện truyền thông giữa các trạm trong mạng.  Các loại module chức năng (FM: Function Module). Ví dụ các module điều khiển vòng kín, các module thực hiện logic mờ… GVHD: Th.s Nguyễn Tấn Đời 7 do an CHƢƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG 2.1 PLC SIMATIC S7-200 CPU 224 S7-200 là thiết bị điều khiển logic khả trình loại nhỏ của hãng SIEMENS có cấu trúc theo kiểu Module và có các module mở rộng. Các module này đƣợc sử dụng cho nhiều ứng dụng lập trình khác nhau.

Thành phần cơ bản của S7-200 là khối vi xử lý CPU-224. 5 Sơ đồ kết nối PLC Hình ảnh về PLC S7 – 200 CPU 224: Hình 2. PLC S7-200 CPU 224 Đặc điểm của CPU 224:  Nguồn cung cấp: 24 VDC.  Ngõ ra số: 10 DO DC.

 14 ngõ vào và 10 ngõ ra.  Có khả năng thêm 7 modul mở rộng.s Nguyễn Tấn Đời 8 do an CHƢƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG  Dung lƣợng bộ nhớ chƣơng trình: 12KB.  Dung lƣợng bộ nhớ dữ liệu: 8KB.  Điều khiển PID: Có.

 Phần mềm: Step 7 Micro/WIN.  Tốc độ xử lý một lệnh logic Boole: 0.  6 bộ đếm tốc độ cao tốc độ 20 Khz.  bộ phát xung nhanh kiểu PTO và PWM.

 Bộ đếm lên/xuống: Có.  Ngắt phần cứng: 4.  Số đầu vào/ra có sẵn: 14DI / 10DO.  Số đầu vào, ra số cực đại (sử dụng Module mở rộng): 168.

 Số đầu vào/ra tƣơng tự (sử dụng Module Analog mở rộng): 28AI/14AO.  Kích thƣớc: Rộng x Cao x Sâu: 120.  Số đầu ra đƣợc tích hợp sẵn: 10 (Transistor).