TÓM TẮT

Tên đề tài: “ĐIỀU KHIỂN ỔN ĐỊNH NHIỆT ĐỘ LÒ SẤY TRÁI CÂY DÙNG BỘ ĐIỀU KHIỂN PID”

Nhóm thực hiện đề tài: “Điều khiển ổn định nhiệt độ lò sấy trái cây dùng bộ điều khiển PID” sử dụng PLC (Programmable Logic Controller) để tự động hóa quy trình vận hành máy, giúp giảm sức lao động, tăng hiệu quả sản xuất và đảm bảo chất lượng sản phẩm. Việc nghiên cứu và phát triển một hệ thống điều khiển nhiệt độ cho lò sấy trái cây, nhằm duy trì nhiệt độ ổn định trong suốt quá trình sấy. Việc sử dụng nhiệt độ chính xác và ổn định là yếu tố quan trọng trong quá trình bảo quản và chế biến trái cây, đảm bảo chất lượng sản phẩm và thời gian sấy hiệu quả.

Hệ thống điều khiển này sử dụng bộ điều khiển PID (Proportional-Integral-Derivative) để tự động điều chỉnh nhiệt độ của lò sấy, giúp giảm thiểu sai số và phản hồi nhanh chóng đối với các thay đổi nhiệt độ trong môi trường sấy. Mô hình hệ thống điều khiển PID được thiết kế với ba thành phần cơ bản: phần điều khiển tỷ lệ (P), phần điều khiển tích phân (I), và phần điều khiển vi phân (D), mỗi phần này đóng vai trò quan trọng trong việc ổn định nhiệt độ và nâng cao hiệu suất sấy.

Trong quá trình nghiên cứu, các thông số của bộ điều khiển PID được tối ưu hóa thông qua các phương pháp như phương pháp thử và sai hoặc thuật toán tìm kiếm tối ưu. Các yếu tố như độ trễ hệ thống, biến đổi nhiệt độ và độ chính xác của cảm biến nhiệt độ đều được xem xét kỹ lưỡng để đảm bảo tính hiệu quả và ổn định của hệ thống.

Kết quả của nghiên cứu này là một hệ thống điều khiển tự động có thể duy trì nhiệt độ lò sấy ở mức ổn định, từ đó cải thiện hiệu quả sấy và chất lượng sản phẩm trái cây sau khi chế biến. Hệ thống này có thể ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp chế biến thực phẩm, đặc biệt là trong việc sấy các loại trái cây nhiệt đới.

Nghiên cứu không chỉ có giá trị về mặt lý thuyết mà còn mang tính ứng dụng cao, góp phần nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm, đồng thời giảm thiểu sự lãng phí năng lượng trong quá trình sấy. Hệ thống điều khiển PID được ứng dụng trong nghiên cứu này hứa hẹn sẽ là một giải pháp hiệu quả cho ngành công nghiệp chế biến thực phẩm, đặc biệt là sấy trái cây, giúp tiết kiệm thời gian, giảm chi phí và nâng cao chất lượng sản phẩm.

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

1.Tên đề tài:

“ Điều khiển ổn định nhiệt độ lò sấy trái cây dùng bộ điều khiển PID”

2. Các số liệu, tài liệu ban đầu:

- Ứng dụng PLC vào việc điều khiển và giám sát nhiệt độ sấy sử dụng thuật toán PID.

3. Nội dung chính của đồ án:

- Chương 1: Tổng quan về đề tài

- Chương 2: Cơ sở lý thuyết

- Chương 3: Thiết kế và thi công mô hình

- Chương 4:Thiết kế và lập trình hệ thống         

- Chương 5: Thử nghiệm - Nhận xét - Đánh giá

4. Kết quả dự kiến đạt được:
- Hoàn thiện sản phẩm
- Hoàn thiện báo cáo
- Hoàn thiện lập trình hệ thống

LỜI NÓI ĐẦU

Sau hơn bốn năm học tập và rèn luyện tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật – Đại học Đà Nẵng, đồ án tốt nghiệp kỹ sư là cột mốc quan trọng, đánh dấu sự kết thúc của một hành trình tích lũy kiến thức và mở ra những cơ hội thực tế trong tương lai. Đây là dịp để chúng em hệ thống hóa, tổng hợp và áp dụng những kiến thức đã tiếp thu, đồng thời rèn luyện tư duy, kỹ năng phân tích và khả năng giải quyết vấn đề trong thực tiễn.

Trong quá trình thực hiện đồ án, chúng em đã phải đối mặt với không ít khó khăn và thách thức, đặc biệt là khi kiến thức còn nhiều hạn chế. Tuy nhiên, nhờ sự hướng dẫn tận tình và tâm huyết của các thầy cô, chúng em đã từng bước vượt qua các trở ngại này. Dù bận rộn với công tác giảng dạy và nghiên cứu, các thầy cô vẫn dành thời gian quý báu để định hướng, giải đáp thắc mắc và hỗ trợ chúng em. Sự chỉ bảo tận tâm và lòng nhiệt huyết của các thầy cô không chỉ giúp chúng em hoàn thiện đồ án mà còn truyền cảm hứng và động lực để chúng em tiếp tục cố gắng.

Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Ban Giám hiệu và toàn thể thầy cô của Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật – Đại học Đà Nẵng, đặc biệt là các thầy cô Khoa Điện - Điện Tử và Bộ môn Công nghệ Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa. Đặc biệt, chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy Võ Khánh Thoại, người đã trực tiếp hướng dẫn, hỗ trợ và động viên chúng em trong suốt quá trình thực hiện đồ án.

Chúng em cũng xin chân thành cảm ơn gia đình và người thân, những người luôn là điểm tựa tinh thần vững chắc, tiếp thêm sức mạnh để chúng em vượt qua mọi khó khăn. Đồng thời, chúng em muốn bày tỏ sự cảm ơn đến bạn bè, những người đã đồng hành, chia sẻ và hỗ trợ trong suốt quá trình học tập và thực hiện đồ án.

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

MỤC LỤC

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN...................................

NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI PHẢN BIỆN.............................................

TÓM TẮT..........................................................................................

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP....................................................

LỜI NÓI ĐẦU................................................................................... i

CAM ĐOAN..................................................................................... ii

MỤC LỤC....................................................................................... iii

DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ............................................. vi

DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT........................... viii

MỞ ĐẦU.......................................................................................... 1

Chương 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI.................................................... 3

1.1         Tổng quan đề tài...................................................................... 3

1.2         Một số loại máy sấy khô hiện nay.............................................. 5

1.3         Một số thiết bị gia nhiệt của lò sấy............................................. 8

1.3.1 Cụm điện trở gia nhiệt......................................................... 8

1.3.2 Phân loại lò điện trở............................................................ 9

1.3.3. Thiết bị đo nhiệt độ dòng khi đối lưu................................... 9

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT.................................................... 10

2.1.       Tổng quan về bộ điều khiển PID............................................. 10

2.1.1 Bộ điều khiển PID............................................................. 10

2.1.2. Mô tả hiệu chỉnh PID....................................................... 10

2.2.       Lý thuyết điều khiển mờ......................................................... 13

2.2.1 Giới thiệu về điều khiển mờ............................................... 13

2.2.2. Cơ sở toán học của Logic mờ............................................ 14

2.3.       Tổng quan về PLC S7-1200.................................................... 15

2.4.       Thành phần PLC S7-1200....................................................... 16

2.5.       Tổng quan về TIA Portal........................................................ 19

2.5.1 Giới thiệu SIMATIC STEP 7 BASIC.................................. 19

2.5.2 Kết nối qua giao thức TCP/IP............................................. 19

2.5.3 Cách tạo một project.......................................................... 19

2.5.4 TAG của PLC / TAG local................................................. 21

2.5.5 Làm việc với một trạm PLC Quy định địa chỉ IP cho module CPU................................................................................................. 23

2.6.       Giới thiệu về WinCC.............................................................. 25

Chương 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH......................... 27

3.1.       Xây dựng mô hình hệ thống.................................................... 27

3.1.1 Thiết kế cơ khí.................................................................. 28

3.1.2 Thiết kế hệ thống gia nhiệt................................................. 29

3.1.3 Thiết kế hệ thống điều khiển.............................................. 29

3.1.4 Quy trình hoạt động.......................................................... 29

3.1.5 Ưu điểm của thiết kế......................................................... 29

3.2.       Thiết bị sử dụng trong hệ thống............................................... 30

3.2.1 Cảm biến nhiệt độ............................................................. 30

3.2.2 SSR - Solid State Relay..................................................... 31

3.2.3 Aptomat........................................................................... 32

3.2.4 Nguồn tổ ong 24V-10A..................................................... 33

3.2.5 Relay trung gian................................................................ 33

3.3.       Sơ đồ kết nối thiết bị.............................................................. 34

3.3.1 Sơ đồ đấu dây mạch động lực của hệ thống......................... 34

3.3.2 Sơ đồ đấu dây PLC........................................................... 34

3.4.       Thi công mô hình................................................................... 35

Chương 4: THIẾT KẾ VÀ LẬP TRÌNH HỆ THỐNG..................... 36

4.1.       Sơ đồ cấu trúc của hệ thống.................................................... 36

4.2.       Phương pháp xác định thông số bộ điều khiển PID.................... 36

4.3.       Các phương pháp điều khiển nhiệt độ...................................... 38

4.3.1 Phương pháp điều khiển ON-OFF...................................... 38

4.3.2 Phương pháp điều khiển bằng khâu vi tích phân tỉ lệ PID..... 39

4.3.3 Phương pháp sử dụng bộ điều khiển PID mờ ổn định nhiệt độ cho tủ sấy......................................................................................... 40

4.4.       Phân tích quy trình công nghệ sấy........................................... 40

4.5.       Phân tích và lựa chọn bộ điều khiển tối ưu............................... 41

4.6.       Thuật toán điều khiển hệ thống................................................ 42

4.7.       Bảng định địa chỉ (PLC tags).................................................. 44

4.8.       Thiết kế giao diện điều khiển và giám sát Wincc....................... 45

4.9.       Lập trình hệ thống.................................................................. 45

Chương 5: THỬ NGHIỆM – NHẬN XÉT – ĐÁNH GIÁ................. 55

5.1.       Mục tiêu thực nghiệm........................................................... 55

5.2.       Thiết bị thực nghiệm............................................................ 55

5.3.       Bảng thực nghiệm và đánh giá.............................................. 55

5.4.       Sản phẩm sau khi thử nghiệm:............................................. 56

5.5.       Nhận xét............................................................................... 56

5.6.       Đánh giá............................................................................... 57

KẾT LUẬN – HƯỚNG PHÁT TRIỂN............................................ 58

DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ

Bảng 2.1: Ảnh hưởng của các thông số độ lợi của bộ điều khiển PID khi tăng thông số độc lập................................................................................ 13

Bảng 2. 2: Thông số kĩ thuật các loại CPU.......................................... 16

Bảng 2. 3: Danh sách module hỗ trợ PLC........................................... 17

Bảng 4. 1: Bảng phân công PLC Tag.................................................. 44

Bảng 5. 1: Số liệu thực nghiệm mô hình hệ thống................................ 55

Hình 1.1: Máy sấy khô........................................................................ 3

Hình 1.2: Máy sấy khô có thể sấy đa dạng các loại nguyên liệu.............. 4

Hình 1.3: Mít sấy bằng công nghệ nhiệt gió thường được sấy để phục vụ mô hình sản xuất nhỏ.................................................................................. 5

Hình 1.4: Sầu riêng sấy khô bằng công nghệ sấy thăng hoa mang lại chất lượng vượt trội........................................................................................... 6

Hình 1.5: Hoa quả sấy bơm nhiệt thường là các loại chứa nhiều nước và đường cao như xoài.................................................................................... 7

Hình 1.6: Hoa quả sấy chân không thường là các loại cao cấp như dâu tây................................................................................................................. 7

Hình 1.7: Hoa quả sấy lạnh thường là các loại nhạy cảm với nhiệt cao hoặc chứa thành phần dễ caramel hóa như vải, nhãn,…......................................... 8

Hình 1.8: Cảm biến pt100................................................................... 9

Hình 2.1: Mô tả hiệu chỉnh