MỞ ĐẦU Ngày nay, hệ thống điều khiển tự động cho các hệ thống dây chuyền trong các nhà máy công nghiệp không thể thiếu được. Nó quyết định rất nhiều đến sự phát triển của xã hội như trong công cuộc công nghiệp hoá hiện đại hoá để từng bước bắt kịp sự phát triển trong khu vực và thế giới về mọi mặt Kinh tế và Xã hội. Do đó, việc tự động hoá quá trình sấy công nghiệp là sự lựa chọn hàng đầu nhằm góp phần bảo quản nguyên liệu, tăng năng suất tạo ra sản phẩm có chất lượng cao, đảm bảo an toàn thực phẩm, tăng khả năng cạnh tranh mạnh mẽ trên thị trường. Kinh tế xã hội phát triển nhu cầu đối với các dịch vụ hàng hóa trong nước cũng như xuất khẩu ngày càng tăng, đòi hỏi về chất lượng cao hơn và mặt hàng nông sản (Ngô, gạo, cà phê, ca cao, hồ tiêu) cũng là một trong các mặt hàng trong số đó.
Vì vậy, các nhà máy chế biến không còn là bán tự động mà phải được tự động hóa hoàn toàn mới đáp ứng được yêu cầu đặt ra. Lý do chọn đề tài: Thực hiện việc cải tạo nâng cấp một hệ thống máy móc đầu tiên là thay thế hệ thống điều khiển có thể lập trình được nhằm làm giảm sức lao động, cho mạch điều khiển của hệ thống gọn nhẹ, hoạt động chính xác đáng tin cậy hơn và quan trọng nhất là dễ dàng thay đổi chương trình điều khiển khi có yêu cầu. Qua khảo sát nhà máy sấy Ngô tại Sơn La có hệ thống sấy bán tự động, nhiệt độ để sấy được đốt từ bên ngoài bằng nhiên liệu là lõi ngô và được thổi vào bên trong lò sấy nhờ động cơ quạt. Không sử dụng hệ điều khiển nhiệt tự động, nhiệt độ sấy không ổn định, dẫn tới khi sấy chất lượng sản phẩm sấy đạt thấp.
Mặt khác do nhiệt độ sấy được lấy từ nhiên liệu đốt nên mất rất nhiều thời gian thì nhiệt độ với đạt theo mong muốn. Chính vì thế việc thiết kế xây dựng lò sấy tự động ổn định nhiệt độ để nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm sấy là hết sức cần thiết. Xuất phát từ thực tế trên, học viên đã đề xuất thực hiện đề tài luận văn thạc sĩ “Nghiên cứu xây dựng hệ điều khiển nhiệt độ lò sấy nông sản” 2. Mục tiêu của đề tài là: “Nghiên cứu xây dựng hệ điều khiển nhiệt dộ lò sấy nông sản”: - Xây dựng được đầy đủ phương pháp luận để phân tích, tổng hợp, thiết kế được bộ điều khiển cho lò sấy nông sản.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.vn/ 2 - Thiết kế, chế tạo lắp ráp được bộ điều khiển PID điều khiển hệ thống nhiệt độ lò sấy nông sản. - Kiểm chứng kết quả bằng mô phỏng và thực nghiệm tại phòng thí nghiệm. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: - Đối tượng nghiên cứu: + Thiết bị sấy nông sản. + Ứng dụng lý thuyết điều khiển vào thực tế.
- Phạm vi nghiên cứu: - Điều khiển nhiệt độ lò sấy nông sản. - Mô phỏng kiểm chứng bằng các phần mềm mô phỏng. Dự kiến kết quả đạt được: - Viết được mô hình toán của đối tượng. - Xây dựng được thuật toán điều khiển theo chỉ tiêu chất lượng cao.
- Thiết kế và lắp ráp được bộ điều khiển PID điều khiển nhiệt độ hệ thống lò sấy nông sản tại phòng thí nghiệm. Qua đó để đánh giá độ tin cậy, hoạt động ổn định của phần cứng cũng như chương trình phần mềm khi hoạt động trong thực tế. Nội dung chính của luận văn: Chƣơng 1: Tổng quan và hệ thống sấy nông sản. Tổng quan về sản phẩm nông sản và quá trình sấy nông sản 2.
Phương án thiết kế tự động hoá dây chuyền hệ thống sấy nông sản. Chƣơng 2: Xây dựng mô hình toán của lò sấy nông sản. Giới thiệu chung về lò điện trở. Các phương pháp xây dựng mô hình toán học.
Mô tả toán học lò điện trở. Chƣơng 3: Xây dựng thuật toán điều khiển của lò sấy nông sản. Giới thiệu về các bộ điều chỉnh PID và một số luật hiệu chỉnh. Phân tích các luật điều khiển.
Các phương pháp thiết kế bộ điều khiển bộ PID. Chƣơng 4: Xây dựng hệ điều khiển của lò sấy nông sản. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www. Phương pháp nghiên cứu: - Gắn lý thuyết với đối tượng thực tế.
- Dùng máy tính với các phần mềm mô phỏng. Các công cụ, thiết bị cần thiết cần thiết cho nghiên cứu: - Máy tính, phần mềm mô phỏng Matlab và Simulink. - Đối tượng thực tế - Phòng thí nghiệm Tự động hoá. Học viên xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô thuộc bộ môn Điều khiển tự động và bộ môn Tự động hóa xí nghiệp công nghiệp trường Đại học Kỹ thuật - Công nghiệp Thái Nguyên, đặc biệt là thầy giáo TS.
Nguyễn Hồng Quang đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ học viên trong suốt quá trình làm luận văn. Thái Nguyên, ngày 05 tháng 5 năm 2014 Học viên Triệu Sỹ Trƣờng Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG SẤY NÔNG SẢN 1. Tổng quan về sản phẩm nông sản và quá trình sấy nông sản (Ngô). Các sản phẩm nông sản của nước ta hiện nay đang rất được quan tâm và luôn là trang nóng trên các tin tức đặc biệt là lúa gạo, cà phê, ngô… sản lượng hàng năm thu hoạch về rất lớn, sau khi thu về đã có những nhà máy chế biến nhưng tập trung nhiều là các nhà máy chế biến gạo, cà phê còn các nhà máy chế biến sản lượng Ngô thì ít cụ thể như nhà máy sấy ngô sau khi thu hoạch.
Tây Bắc là khu vực có diện tích đất chủ yếu là đồi núi do đó phần lớn người nông dân sử dụng những vùng đồi này để trồng Ngô, sắn. Hàng năm vào vụ thu hoạch Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.vn/ 4 của những người nông dân lượng ngô được thu về tới hàng triệu tấn, ngô thu về tồn tại ở dạng bắp sau đó về vẽ (số lượng ít) hoặc dùng máy để tách lõi với hạt ra lúc này ngô chưa được khô, chưa đạt tiêu chuẩn độ ẩm, không làm khô kịp thời thì ngô có thể bị mốc làm ảnh hưởng tới sức khỏe của người hoặc gia súc, gia cầm sử dụng. Để làm khô các hạt ngô sau khi tách khỏi lõi thường sử dụng các biện pháp sau: - Phương pháp thủ công là phơi. - Nhược điểm phương pháp này.
+ Phụ thuộc vào thời tiết. + Số lượng không lớn. + Độ ẩm của ngô không đều. - Phương pháp bán thủ công: Phương pháp này sử dụng lò sấy thủ công kết hợp với con người.
- Mô tả sơ qua về lò sấy bán tự động này, nhiệt để sấy được đốt từ bên ngoài bằng nhiên liệu là lõi ngô và được thổi vào bên trong lò sấy nhờ động cơ quạt. - Lò sấy bên trên là sàn đổ ngô khi sấy quá trình đảo bằng sức người. Nếu lò cỡ lớn thì thực hiện một mẻ sấy là khoảng 15 tấn thời gian mất khoảng 120 phút. - Đóng mở các động cơ điện vẫn sử dụng là cầu dao, hoặc Áp tô mát.
- Ưu điểm phương pháp này. + Vốn đầu tư ban đầu để xây dựng lò sấy ít. + Quy trình sấy đơn giản. - Nhược điểm.
+ Tốn nhiều công sức. + Độ ẩm của ngô không đều. + Thời gian sấy lâu. Do yêu cầu đòi hỏi về độ ẩm tiêu chuẩn của ngô sau khi phơi hoặc sấy và để khắc phục những nhược điểm của hai phương pháp trên tôi xây dựng hệ thống lò sấy tự động điều khiển các lò sấy này được xây dựng trên cơ sở thực tế và xuất phát từ lò sấy bán tự động.
- Ưu điểm của lò sấy tự động. + Không tốn nhiều nhân công. + Thời gian sấy nhanh. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.vn/ 5 + Số lượng lớn.
+ Độ ẩm của ngô đều và đạt tiêu chuẩn. + Có kho chứa ngô thành phẩm và ngô thu về. Trên địa bàn khu vực Tây Bắc cũng đã xuất hiện một số nhà máy sấy tự động nhưng các nhà máy này chưa chuẩn hóa quá trình hoạt động của các cơ cấu chấp hành và nhiệt độ của lò, hệ thống điều khiển còn gặp nhiều sự cố trong quá trình làm việc. Xuất phát từ các vấn đề này cũng như từ thực tế tôi xây dựng hệ thống điều khiển nhiệt độ lò sấy nhằm ổn định nhiệt, nâng cao chất lượng sản phẩm sấy đảm bảo tiêu chuẩn đầu vào nguyên liệu của các công đoạn sản xuất, chế biến.
Tổng quan hệ lò sấy ngô. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www. Mô hình tổng quan hệ thống lò sấy ngô. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.
Sơ đồ thu ngô và tách ngô, sấy ngô. Tách hạt và Hạt ngô đưa đến Nếu đủ sản lượng Ngô thu về lõi ngô các khoang chứa sấy của lò Sấy sản phẩm Ngô qua khoang nóng (350C) Ngô được đưa về Qua khoang làm khoang chứa mát bằng quạt thành phẩm Sản phẩm Độ ẩm Sấy thời gian Qua hệ thống Hoàn thành tiêu chuẩn đạt 15 phút kiểm tra thổi mạt độ ẩm tiêu chuẩn Hình 1. Lược đồ tổng quan hệ thống lò sấy Ngô 1. Các giai đoạn trong quá trình thu ngô và tách Ngô, sấy ngô và các thông số khi sấy.
Giai đoạn thu ngô và tách ngô. Khi ngô đã đến giai đoạn thu hoạch ngô được thu về ở dạng bắp sau đó được tách hạt và lõi Ngô ra nhờ các máy tách, Ngô hạt được chuyển đến các nhà máy để sấy khô ở giai đoạn này không nằm trong phạm vi của quy trình sấy. Giai đoạn chuyển ngô hạt lên các khoang chứa. Ngô hạt được đổ xuống sàn và sử dụng các xích tải để kéo ngô đến gầu tải, từ gầu tải này ngô được đưa lên xích tải trên và kéo đổ vào các khoang chứa, bên phần khoang chứa được chia làm hai khoang.
Khi khoang thứ nhất chưa báo đầy là mức cao „„H‟‟ thì SL được cấp nguồn và mở nắp ngô được ưu tiên đổ vào khoang thứ nhất, nếu khoang thứ nhất báo đầy thì (SL) ở khoang thứ hai được cấp nguồn và mở nắp, ngô được đổ vào khoang thứ hai. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www. Giai đoạn sấy Ngô. Ngô được đưa về các khoang chứa khi đủ sản lượng sấy thì ta tiến hành sấy, Ngô được sấy liên hoàn cho đến khi đạt tiêu chuẩn độ ẩm.