Link tải luận văn miễn phí cho ae Kết Nối
Nghiên cứu vấn đề điều khiển lò nhiệt. Đi sâu xây dựng chương trình giám sát nhiệt độ lò nhiệt trong phòng thí nghiệm sử dụng card PCI 1710
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU ........................................................................................................ 1
CHƢƠNG 1. VẤN ĐỀ ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT LÒ NHIỆT..................... 2
1.1. TỔNG QUAN VỀ LÒ NHIỆT ĐIỆN TRỞ..................................................... 2
1.1.1. Giới thiệu chung về lò điện trở ..................................................................... 2
1.1.2. Cấu tạo của lò điện trở .................................................................................. 2
1.1.3. Ƣu nhƣợc điểm của lò điện so với các lò sử dụng nhiên liệu....................... 3
1.1.5. Hệ thống điều khiển lò nhiệt......................................................................... 5
1.2.CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐO NHIỆT ĐỘ........................................................... 6
1.2.1. Đo nhiệt độ bằng phƣơng pháp tiếp xúc ....................................................... 6
1.2.2. Đo nhiệt độ cao bằng phƣơng pháp tiếp xúc................................................. 7
1.2.3. Đo nhiệt độ bằng phƣơng pháp không tiếp xúc............................................ 8
1.3. CÁC LOẠI CẢM BIẾN ĐO NHIỆT ĐỘ........................................................ 8
1.3.1. Nhiệt điện trở ................................................................................................ 8
1.3.2. Cảm biến cặp nhiệt ngẫu............................................................................. 14
1.3.3. Cảm biến quang đo nhiệt độ ....................................................................... 16
1.4. MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN LÒ NHIỆT ................................ 20
1.4.1. Mô tả toán học của lò nhiệt trong phòng thí nghiệm.................................. 20
1.4.2. Phƣơng pháp điều khiển on – off............................................................... 21
1.4.3. Phƣơng pháp điều khiển PID ...................................................................... 23
1.5. GIỚI THIỆU MỘT SỐ LOẠI CẢM BIẾN THƢỜNG DÙNG TRONG
CÔNG NGHIỆP ĐỂ ĐO NHIỆT ĐỘ................................................................... 27
1.5.1. Máy đo nhiệt độ siêu nhỏ............................................................................ 27
1.5.2. Thiết bị đo nhiệt độ lò ................................................................................. 27
1.5.3. Thiết bị đo nhiệt độ chuyên nghiệp P400/P410.......................................... 28
1.5.4. Đồng hồ đo nhiệt độ.................................................................................... 28
CHƢƠNG 2. GIỚI THIỆU CARD PCI 1710 ...................................................... 292.1. CARD PCI-1710 VÀ CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT ................................. 29
ề card PCI - 1710........................................................... 29
2.1.2. Bus PCI Plug and Play ................................................................................ 29
2.1.3. Những kiểu đầu vào và việc thiết lập những phạm vi linh hoạt ................. 29
2.1.4. Vùng nhớ FIFO trên bảng mạch (First In First Out) .................................. 29
2.1.5. Bộ đếm lập trình đƣợc trên bảng mạch....................................................... 30
.................................................................................. 31
CHƢƠNG 3. XÂY DỰNG CHƢƠNG TRÌNH GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ LÒ
NHIỆT SỬ DỤNG CARD PCI 1710 ................................................................... 33
3.1. SƠ ĐỒ KHỐI CỦA MẠCH ĐO NHIỆT ĐỘ................................................ 34
3.1.1. Khối nguồn cấp ........................................................................................... 34
3.1.2. Khối nguồn dòng......................................................................................... 34
3.1.3. Khối khuếch đại .......................................................................................... 36
3.1.4. Khối PCI-1710 ............................................................................................ 36
3.2. SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ.................................................................................... 36
3.2.1. Mạch nguồn dòng........................................................................................ 36
3.2.2. Mạch khuếch đại ......................................................................................... 37
3.2.3. Mạch điều khiển.......................................................................................... 38
3.2.4. Mạch động lực............................................................................................. 41
3.2. GIAO TIẾP PHẦN MỀM MATLAB VỚI CARD PCI-1710....................... 43
3.3. THUẬT TOÁN .............................................................................................. 51
3.4. GIAO DIỆN CHƢƠNG TRÌNH GIÁM SÁT ............................................... 52
3.4.1. Mô hình lò nhiệt trên simulink.................................................................... 52
3.4.2. Giao diện chƣơng trình ............................................................................... 58
KẾT LUẬN........................................................................................................... 60
TÀI KIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 61
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phi1
LỜI NÓI ĐẦU
Trong nhiều lĩnh vực sản xuất công nghiệp hiện nay, nhất là ngành
công nghiệp luyện kim, chế biến thực phẩm…Vấn đề đo và khống chế nhiệt
độ đặc biệt đƣợc chú trọng đến vì nó là một yếu tố quyết định đến chất lƣợng
của sản phẩm. Nắm đƣợc tầm quan trọng của vấn đề trên em đã chọn đề tài
tốt nghiệp:
“ Nghiên cứu vấn đề điều khiển lò nhiệt. Đi sâu xây dựng chương trình
giám sát nhiệt độ lò nhiệt trong phòng thí nghiệm sử dụng card PCI 1710. ”
Đồ án của em đƣợc trình bày trong 3 chƣơng:
Chƣơng 1. Vấn đề điều khiển và giám sát lò nhiệt
Chƣơng 2. Giới thiệu về card PCI 1710
Chƣơng 3. Xây dựng chƣơng trình giám sát nhiệt độ lò nhiệt sử dụng
card PCI 1710
Mặc dù em đã rất cố gắng để hoàn thành đồ án của mình nhƣng không
thể tránh khỏi những thiếu sót em mong thầy cô cùng các bạn đóng gớp ý
kiến để em có thể hoàn thiện đề tài của mình hơn.
Sinh viên thực hiện
Bùi Vũ Cƣờng2
CHƢƠNG 1. VẤN ĐỀ ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT LÒ
NHIỆT
1.1. TỔNG QUAN VỀ LÒ NHIỆT ĐIỆN TRỞ
1.1.1. Giới thiệu chung về lò điện trở
Lò điện là một thiết bị điện biến điện năng thành nhiệt năng dùng trong
các quá trình công nghệ khác nhau nhƣ nung hay nấu luyện các vật liệu, các
kim loại và các hợp kim khác nhau v.v...
Lò điện đƣợc sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực kỹ thuật :
+ Sản xuất thép chất lƣợng cao
+ Sản xuất các hợp kim phe-rô
+ Nhiệt luyện và hoá nhiệt luyện
+ Nung các vật phẩm trƣớc khi cán, rèn dập, kéo sợi
+ Sản xuất đúc và kim loại bột
Trong các lĩnh vực công nghiệp khác :
+ Trong công nghiệp nhẹ và thực phẩm, lò điện đƣợc dùng để sấy,
mạ vật phẩm và chuẩn bị thực phẩm
+ Trong các lĩnh vực khác, lò điện đƣợc dùng để sản xuất các vật
phẩm thuỷ tinh, gốm sứ, các loại vật liệu chịu lửa v.v...
Lò điện không những có mặt trong các ngành công nghiệp mà ngày càng
đƣợc dùng phổ biến trong đời sống sinh hoạt hàng ngày của con ngƣời một
cách phong phú và đa dạng: Bếp điện, nồi nấu cơm điện, bình đun nƣớc điện,
thiết bị nung rắn, sấy điện v.v...
1.1.2. Cấu tạo của lò điện trở
Lò điện trở thƣờng gồm 3 phần chính là: vỏ lò, lớp lót và dây nung.
a. Vỏ lò
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phi3
Vỏ lò điện trở là một khung cứng vững, chủ yếu chịu trọng tải trong quá
trình làm việc của lò. Mặt khác vỏ lò cũng dùng để giữ lớp cách nhiệt và đảm
bảo sự kín của lò.
Đối với các lò làm việc với khí bảo vệ cần thiết vỏ lò phải hoàn toàn kín,
còn đối với các lò điện trở bình thƣờng , sự kín của vỏ lò chỉ cần giảm tổn
thất nhiệt và tránh sự lùa của không khí lạnh vào lò.
Khung vỏ lò cần làm cứng vững đủ để chịu trọng tải của lớp lót, phụ tải lò
và các cơ cấu cơ khí gắn trên vỏ lò.
b. Lớp lót
Lớp lót lò điện trở thƣờng gồm 2 phần vật liệu chịu lửa và cách nhiệt.
Phần vật liệu chịu lửa có thể xây bằng gạch tiêu chuẩn, gạch hình hoặc
gạch hình đặc biệt tùy theo hình dáng kích thƣớc của buồng lò. Cũng có khi
ngƣời ta đầm bằng các loại bột chịu lửa và các chất kết dính gọi là các khối
đầm. Khối đầm có thể tiến hành ngay trong lò và cũng có thể tiến hành ngoài
nhờ các khuôn.
Phần cách nhiệt thƣờng nằm giữa vỏ lò và phần chịu lửa. Mục đích chủ
yếu của phần này là để giảm tổn thất nhiệt. Riêng đối với đáy phần cách nhiệt
đòi hỏi phải có độ bền cơ học nhất định. Phần cách nhiệt có thể xây bằng gạch
cách nhiệt hay các lớp cách nhiệt.
c. Dây nung
Dây nung là bộ phận phát nhiệt của lò, làm việc trong những điều kiện
khắc nhiệt do đó phải đảm bảo đƣợc các yêu cầu cần thiết.Theo đặc tính của
vật liệu dùng làm dây nung ngƣời ta chia dây nung làm 2 loại: dây nung kim
loại và dây nung phi kim loại. Để đảm bảo yêu cầu của dây nung trong hầu
hết các lò điện trở công nghiệp, dây nung kim loại đƣợc chế tạo bằng hợp kim
Crôm – Nhôm và Crôm – Niken là hợp kim có điện trở suất lớn.
1.1.3. Ƣu nhƣợc điểm của lò điện so với các lò sử dụng nhiên liệu
a. Ưu điểm4
+ Có khả năng tạo đƣợc nhiệt độ cao
+ Đảm bảo tốc độ nung lớn và năng suất cao
+ Đảm bảo nung đều và chính xác do dễ điều chỉnh chế độ điện và
nhiệt độ
+ Kín
+ Có khả năng cơ khí hoá và tự động hoá quá trình chất dỡ nguyên
liệu và vận chuyển vật phẩm.
b. Nhược điểm
+ Năng lƣợng điện đắt
+ Yều cầu có trình độ cao khi sử dụng.
1.1.4. Nguyên lý làm việc của lò điện trở
Lò điện trở làm việc dựa trên cơ sở khi có một dòng điện chạy qua một
dây dẫn hay vật dẫn thì ở đó sẽ toả ra một lƣợng nhiệt theo định luật JunLenxơ[8]:
2
Q I R t . . (1.1)
Q - Lƣợng nhiệt tính bằng Jun (J)
I - Dòng điện tính bằng Ampe (A)
R - Điện trở tính bằng (Ω )
t - Thời gian tính bằng giây (s)
Từ công thức trên ta thấy điện trở R có thể đóng vai trò :
+ Vật nung: Trƣờng hợp này gọi là nung trực tiếp
+ Dây nung: Khi dây nung đƣợc nung nóng nó sẽ truyền nhiệt cho
vật nung bằng bức xạ, đối lƣu, dẫn nhiệt hay phức hợp. Trƣờng hợp này gọi
là nung gián tiếp.Trƣờng hợp thứ nhất ít gặp vì nó chỉ dùng để nung những
vật có hình dạng đơn giản ( tiết diện chữ nhật, vuông và tròn ).
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phi5
Trƣờng hợp thứ hai thƣờng gặp nhiều trong thực tế công nghiệp. Cho nên
nói đến lò điện trở không thể không đề cập đến vật liệu để làm dây nung, bộ
phận phát nhiệt của lò.
1.1.5. Hệ thống điều khiển lò nhiệt
Nhiệt độ là một đại lƣợng vật lý,nó hiện diện khắp nơi cả trong sản
xuất lẫn sinh hoạt hàng ngày. Quá trình đo và kiểm soát nhiệt độ trong sản
xuất công nghiệp đóng vai trò to lớn trong hệ thống điều khiển tự động, góp
phần quyết định chất lƣợng sản phẩm.Khi thu thập dữ liệu cho quá trình điều
khiển và giám sát trong nhà máy thì nhiệt độ là một thông số không thể bỏ
qua.
Tùy theo yêu cầu và tính chất của quá trình điều khiển mà ta sử dụng
phƣơng pháp điều khiển thích hợp.Tính chính xác và ổn định nhiệt độ cũng
đặt ra vấn đề cần giải quyết.
Hệ thống điều khiển nhiệt độ thƣờng đƣợc chia làm hai loại:
+ Hệ thống điều khiển hồi tiếp (feedback control system): thƣờng
xác định và giám sát kết quả điều khiển,so sánh với tín hiệu đặt và tự động
điều chỉnh lại cho đúng.
+ Hệ thống điều khiển tuần tự (sequence control system): thực hiện
từng bƣớc điều khiển tùy theo hoạt động điều khiển trƣớc khi xác định tuần
tự.
Một hệ thống muốn đạt đƣợc độ chính xác cần thiết cần thiết phải thực
hiện hồi tiếp, tín hiệu phản hồi về so sánh với tín hiệu vào và sai lệch sẽ đƣợc
đƣa tới bộ điều chỉnh đầu ra. Hệ thống điều khiển này có nhiều ƣu điểm đƣợc
sử dụng nhiều trên thực tế trong các hệ thống điều khiển tự động. Dạng tổng
quát của hệ thống điều khiển đƣợc mô tả trên nguyên tắc nhƣ hình sau[4]:6
Hình 1.1. Nguyên tắc điều khiển hồi tiếp
1.2. CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐO NHIỆT ĐỘ
Nhiệt độ là một trong những thông số quan trọng nhất ảnh hƣởng đến đặc
tính của vật chất nên trong các quá trình kỹ thuật cũng nhƣ trong đời sống
hằng ngày rất hay gặp yêu cầu đo nhiệt độ. Ngày nay hầu hết các quá trình
sản xuất công nghiệp, các nhà máy đều có yêu cầu đo nhiệt độ.
Tùy theo nhiệt độ đo có thể dùng các phƣơng pháp khác nhau, thƣờng
phân loại các phƣơng pháp dựa vào dải nhiệt độ cần đo. Thông thƣờng nhiệt
độ đo đƣợc chia thành ba dải: nhiệt độ thấp, nhiệt độ trung bình và cao.
Ở nhiệt độ trung bình và thấp: phƣơng pháp thƣờng đo là phƣơng pháp
tiếp xúc nghĩa là các chuyển đổi đƣợc đặt trực tiếp ở ngay môi trƣờng cần đo.
Đối với nhiệt độ cao: đo bằng phƣơng pháp không tiếp xúc, công cụ đặt ở
ngoài môi trƣờng đo.
1.2.1. Đo nhiệt độ bằng phƣơng pháp tiếp xúc
Phƣơng pháp đo nhiệt độ trong công nghiệp thƣờng đƣợc sử dụng là các
nhiệt kế tiếp xúc. Có hai loại nhiệt kế tiếp xúc, gồm: nhiệt kế nhiệt điện trở và
nhiệt kế nhiệt ngẫu .
Ngoài ra đối với các ứng dụng đơn giản, dải nhiệt độ cỡ -5500 C ÷ 20000
C hiện nay ngƣời ta thƣờng ứng dụng các IC bán dẫn ứng dụng tính chất nhạy
nhiệt của các điốt, tranzito để đo nhiệt độ.
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phi7
Cấu tạo của nhiệt kế nhiệt điện trở và cặp nhiệt ngẫu cũng nhƣ cách lắp
ghép chúng phải đảm bảo tính chất trao đổi nhiệt tốt giữa chuyển đổi với môi
trƣờng đo:
+ Đối với môi trƣờng khí và nƣớc: chuyển đổi đƣợc đặt theo hƣớng
ngƣợc lại với dòng chảy.
+ Với vật rắn khí: đặt nhiệt kế sát vào vật, nhiệt lƣợng sẽ truyền từ vật
sang chuyển đổi và dễ gây tổn hao vật, nhất là với vật dẫn nhiệt kém. Do vậy
điện tiếp xúc giữa vật đo và nhiệt kế càng lớn càng tốt.
+ Khi đo nhiệt độ của các chất ở dạng hạt (cát, đất...): cần cắm sâu
nhiệt kế vào môi trƣờng cần đo và thƣờng dùng nhiệt điện trở có cáp nối ra
ngoài.
1.2.2. Đo nhiệt độ cao bằng phƣơng pháp tiếp xúc
Ở môi trƣờng nhiệt độ cao từ 1600 0C trở lên, các cặp nhiệt ngẫu không
chịu đƣợc lâu dài, vì vậy để đo nhiệt độ ở các môi trƣờng đó ngƣời ta dựa trên
hiện tƣợng quá trình quá độ đốt nóng của cặp nhiệt. Quá trình quá độ khi đốt
nóng cặp nhiệt có phƣơng trình[8]:
( ) .(1 ) (1.2)
t
f t T e
Trong đó: θ: Lƣợng tăng nhiệt độ của đầu nóng trong thời gian t.
∆T: Hiệu nhiệt độ của môi trƣờng đo và cặp nhiệt.
τ: Hằng số thời gian của cặp nhiệt ngẫu.
Dựa trên quan hệ này có thể xác định đƣợc nhiệt độ của đối tƣợng đo mà
không cần nhiệt độ đầu công tác của cặp nhiệt ngẫu phải đạt đến nhiệt độ ấy.
Bằng cách nhúng nhiệt ngẫu vào môi trƣờng cần đo trong khoảng 0,4 ÷ 0,6 s
ta sẽ đƣợc phần đầu của đặc tính quá trình quá độ của nhiệt ngẫu và theo đó
tính đƣợc nhiệt độ của môi trƣờng.8
Nếu nhiệt độ đầu công tác của cặp nhiệt ngẫu trong thời gian nhúng vào
môi trƣờng cần đo đạt nhiệt độ vào khoảng một nửa nhiệt độ môi trƣờng thì
nhiệt độ tính đƣợc có sai số không quá hai lần sai số của nhiệt kế nhiệt ngẫu
đo trực tiếp. Phƣơng pháp này thƣờng dùng để đo nhiệt độ của thép nấu chảy.
1.2.3. Đo nhiệt độ bằng phƣơng pháp không tiếp xúc
Đây là phƣơng pháp dựa trên định luật bức xạ của vật đen tuyệt đối, tức
là vật hấp thụ năng lƣợng theo mọi hƣớng với khả năng lớn nhất. Bức xạ nhiệt
của mọi vật thể đặc trƣng bằng mật độ phổ E nghĩa là số năng lƣợng bức xạ
trong một dơn vị thời gian với một đơn vị diện tích của vật xảy ra trên một
đơn vị của độ dài sóng. Quan hệ giữa mật độ phổ bức xạ của vật đen tuyệt đối
với nhiệt độ và độ dài sóng đƣợc biểu diễn bằng công thức [8]:
0 5 1 2/( )
E C e 1 ( 1) C T (1.3)
Trong đó : C1, C2 – hằng số, - độ dài sóng, T – nhiệt độ tuyệt đối.
C1=37,03.10-17 Jm2/s; C2=1,432.10-2 m.độ.
1.3. CÁC LOẠI CẢM BIẾN ĐO NHIỆT ĐỘ
1.3.1. Nhiệt điện trở
Nguyên lý hoạt động của các loại nhiệt điện trở chủ yếu là dựa trên sự
thay đổi giá trị điện trở của các loại vật liệu dẫn điện và bán dẫn khi có sự
thay đổi nhiệt độ của chúng. Chính vì vậy mà ngƣời ta sử dụng nhiệt điện trở
làm phần tử cảm biến nhiệt độ; tuy nhiên tùy theo yêu cầu sử dụng mà ngƣời
ta có thể dùng nhiệt điện trở kim loại hay nhiệt điện trở bán dẫn[8].
a. Nhiệt điện trở kim loại
Đối với nhiệt điện trở kim loại thì việc chế tạo nó thích hợp hơn cả là sử
dụng các kim loại nguyên chất nhƣ: platin, đồng, niken. Để tăng độ nhạy cảm
nên sử dụng các kim loại có hệ số nhiệt điện trở càng lớn càng tốt. Tuy nhiên
Với yêu cầu của đề tài ở đây dùng 1 IC TRIAC để làm van động lực, còn
việc điều khiển việc mở van sử dụng optotriac MOC3020 và TCA785.
Phƣơng pháp điều khiển tuyến tính (góc mở).
TCA785 là một IC chuyên dung để điều khiển
thyristor,triac,transistor…Các xung điều khiển có thể điều chỉnh trong khoảng
rộng từ 0-180 độ. Vi mạch TCA 785 là vi mạch phức hợp thực hiện đƣợc 4
chức năng của một mạch điều khiển: điện áp đồng bộ, tạo điện áp răng cƣa
đồng bộ, so sánh và tạo xung ra.
Nguyên lý hoạt động: Tín hiệu đồng bộ đƣợc đƣa vào chân 5.Tại đây bộ
phận nhận biết điểm không sẽ phát tín hiệu điểm không về khối thanh ghi
đồng bộ.Khối thanh ghi đồng bộ điều khiển phát tín hiệu xung răng cƣa đồng
bộ với tín hiệu nguồn xoay chiều.Điện áp xung răng cƣa đƣợc so sánh điện áp
điều khiển đặt vào chân 11.Khi điện áp xung răng cƣa lớn hơn điện áp điều
khiển khối so sánh phát ra tín hiệu điều khiển về khối logic.Tại đây đầu ra
tƣơng ứng Q1,Q2 sẽ phát xung điều khiển các van công suất.
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
Nghiên cứu vấn đề điều khiển lò nhiệt. Đi sâu xây dựng chương trình giám sát nhiệt độ lò nhiệt trong phòng thí nghiệm sử dụng card PCI 1710
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU ........................................................................................................ 1
CHƢƠNG 1. VẤN ĐỀ ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT LÒ NHIỆT..................... 2
1.1. TỔNG QUAN VỀ LÒ NHIỆT ĐIỆN TRỞ..................................................... 2
1.1.1. Giới thiệu chung về lò điện trở ..................................................................... 2
1.1.2. Cấu tạo của lò điện trở .................................................................................. 2
1.1.3. Ƣu nhƣợc điểm của lò điện so với các lò sử dụng nhiên liệu....................... 3
1.1.5. Hệ thống điều khiển lò nhiệt......................................................................... 5
1.2.CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐO NHIỆT ĐỘ........................................................... 6
1.2.1. Đo nhiệt độ bằng phƣơng pháp tiếp xúc ....................................................... 6
1.2.2. Đo nhiệt độ cao bằng phƣơng pháp tiếp xúc................................................. 7
1.2.3. Đo nhiệt độ bằng phƣơng pháp không tiếp xúc............................................ 8
1.3. CÁC LOẠI CẢM BIẾN ĐO NHIỆT ĐỘ........................................................ 8
1.3.1. Nhiệt điện trở ................................................................................................ 8
1.3.2. Cảm biến cặp nhiệt ngẫu............................................................................. 14
1.3.3. Cảm biến quang đo nhiệt độ ....................................................................... 16
1.4. MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN LÒ NHIỆT ................................ 20
1.4.1. Mô tả toán học của lò nhiệt trong phòng thí nghiệm.................................. 20
1.4.2. Phƣơng pháp điều khiển on – off............................................................... 21
1.4.3. Phƣơng pháp điều khiển PID ...................................................................... 23
1.5. GIỚI THIỆU MỘT SỐ LOẠI CẢM BIẾN THƢỜNG DÙNG TRONG
CÔNG NGHIỆP ĐỂ ĐO NHIỆT ĐỘ................................................................... 27
1.5.1. Máy đo nhiệt độ siêu nhỏ............................................................................ 27
1.5.2. Thiết bị đo nhiệt độ lò ................................................................................. 27
1.5.3. Thiết bị đo nhiệt độ chuyên nghiệp P400/P410.......................................... 28
1.5.4. Đồng hồ đo nhiệt độ.................................................................................... 28
CHƢƠNG 2. GIỚI THIỆU CARD PCI 1710 ...................................................... 292.1. CARD PCI-1710 VÀ CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT ................................. 29
ề card PCI - 1710........................................................... 29
2.1.2. Bus PCI Plug and Play ................................................................................ 29
2.1.3. Những kiểu đầu vào và việc thiết lập những phạm vi linh hoạt ................. 29
2.1.4. Vùng nhớ FIFO trên bảng mạch (First In First Out) .................................. 29
2.1.5. Bộ đếm lập trình đƣợc trên bảng mạch....................................................... 30
.................................................................................. 31
CHƢƠNG 3. XÂY DỰNG CHƢƠNG TRÌNH GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ LÒ
NHIỆT SỬ DỤNG CARD PCI 1710 ................................................................... 33
3.1. SƠ ĐỒ KHỐI CỦA MẠCH ĐO NHIỆT ĐỘ................................................ 34
3.1.1. Khối nguồn cấp ........................................................................................... 34
3.1.2. Khối nguồn dòng......................................................................................... 34
3.1.3. Khối khuếch đại .......................................................................................... 36
3.1.4. Khối PCI-1710 ............................................................................................ 36
3.2. SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ.................................................................................... 36
3.2.1. Mạch nguồn dòng........................................................................................ 36
3.2.2. Mạch khuếch đại ......................................................................................... 37
3.2.3. Mạch điều khiển.......................................................................................... 38
3.2.4. Mạch động lực............................................................................................. 41
3.2. GIAO TIẾP PHẦN MỀM MATLAB VỚI CARD PCI-1710....................... 43
3.3. THUẬT TOÁN .............................................................................................. 51
3.4. GIAO DIỆN CHƢƠNG TRÌNH GIÁM SÁT ............................................... 52
3.4.1. Mô hình lò nhiệt trên simulink.................................................................... 52
3.4.2. Giao diện chƣơng trình ............................................................................... 58
KẾT LUẬN........................................................................................................... 60
TÀI KIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 61
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phi1
LỜI NÓI ĐẦU
Trong nhiều lĩnh vực sản xuất công nghiệp hiện nay, nhất là ngành
công nghiệp luyện kim, chế biến thực phẩm…Vấn đề đo và khống chế nhiệt
độ đặc biệt đƣợc chú trọng đến vì nó là một yếu tố quyết định đến chất lƣợng
của sản phẩm. Nắm đƣợc tầm quan trọng của vấn đề trên em đã chọn đề tài
tốt nghiệp:
“ Nghiên cứu vấn đề điều khiển lò nhiệt. Đi sâu xây dựng chương trình
giám sát nhiệt độ lò nhiệt trong phòng thí nghiệm sử dụng card PCI 1710. ”
Đồ án của em đƣợc trình bày trong 3 chƣơng:
Chƣơng 1. Vấn đề điều khiển và giám sát lò nhiệt
Chƣơng 2. Giới thiệu về card PCI 1710
Chƣơng 3. Xây dựng chƣơng trình giám sát nhiệt độ lò nhiệt sử dụng
card PCI 1710
Mặc dù em đã rất cố gắng để hoàn thành đồ án của mình nhƣng không
thể tránh khỏi những thiếu sót em mong thầy cô cùng các bạn đóng gớp ý
kiến để em có thể hoàn thiện đề tài của mình hơn.
Sinh viên thực hiện
Bùi Vũ Cƣờng2
CHƢƠNG 1. VẤN ĐỀ ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT LÒ
NHIỆT
1.1. TỔNG QUAN VỀ LÒ NHIỆT ĐIỆN TRỞ
1.1.1. Giới thiệu chung về lò điện trở
Lò điện là một thiết bị điện biến điện năng thành nhiệt năng dùng trong
các quá trình công nghệ khác nhau nhƣ nung hay nấu luyện các vật liệu, các
kim loại và các hợp kim khác nhau v.v...
Lò điện đƣợc sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực kỹ thuật :
+ Sản xuất thép chất lƣợng cao
+ Sản xuất các hợp kim phe-rô
+ Nhiệt luyện và hoá nhiệt luyện
+ Nung các vật phẩm trƣớc khi cán, rèn dập, kéo sợi
+ Sản xuất đúc và kim loại bột
Trong các lĩnh vực công nghiệp khác :
+ Trong công nghiệp nhẹ và thực phẩm, lò điện đƣợc dùng để sấy,
mạ vật phẩm và chuẩn bị thực phẩm
+ Trong các lĩnh vực khác, lò điện đƣợc dùng để sản xuất các vật
phẩm thuỷ tinh, gốm sứ, các loại vật liệu chịu lửa v.v...
Lò điện không những có mặt trong các ngành công nghiệp mà ngày càng
đƣợc dùng phổ biến trong đời sống sinh hoạt hàng ngày của con ngƣời một
cách phong phú và đa dạng: Bếp điện, nồi nấu cơm điện, bình đun nƣớc điện,
thiết bị nung rắn, sấy điện v.v...
1.1.2. Cấu tạo của lò điện trở
Lò điện trở thƣờng gồm 3 phần chính là: vỏ lò, lớp lót và dây nung.
a. Vỏ lò
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phi3
Vỏ lò điện trở là một khung cứng vững, chủ yếu chịu trọng tải trong quá
trình làm việc của lò. Mặt khác vỏ lò cũng dùng để giữ lớp cách nhiệt và đảm
bảo sự kín của lò.
Đối với các lò làm việc với khí bảo vệ cần thiết vỏ lò phải hoàn toàn kín,
còn đối với các lò điện trở bình thƣờng , sự kín của vỏ lò chỉ cần giảm tổn
thất nhiệt và tránh sự lùa của không khí lạnh vào lò.
Khung vỏ lò cần làm cứng vững đủ để chịu trọng tải của lớp lót, phụ tải lò
và các cơ cấu cơ khí gắn trên vỏ lò.
b. Lớp lót
Lớp lót lò điện trở thƣờng gồm 2 phần vật liệu chịu lửa và cách nhiệt.
Phần vật liệu chịu lửa có thể xây bằng gạch tiêu chuẩn, gạch hình hoặc
gạch hình đặc biệt tùy theo hình dáng kích thƣớc của buồng lò. Cũng có khi
ngƣời ta đầm bằng các loại bột chịu lửa và các chất kết dính gọi là các khối
đầm. Khối đầm có thể tiến hành ngay trong lò và cũng có thể tiến hành ngoài
nhờ các khuôn.
Phần cách nhiệt thƣờng nằm giữa vỏ lò và phần chịu lửa. Mục đích chủ
yếu của phần này là để giảm tổn thất nhiệt. Riêng đối với đáy phần cách nhiệt
đòi hỏi phải có độ bền cơ học nhất định. Phần cách nhiệt có thể xây bằng gạch
cách nhiệt hay các lớp cách nhiệt.
c. Dây nung
Dây nung là bộ phận phát nhiệt của lò, làm việc trong những điều kiện
khắc nhiệt do đó phải đảm bảo đƣợc các yêu cầu cần thiết.Theo đặc tính của
vật liệu dùng làm dây nung ngƣời ta chia dây nung làm 2 loại: dây nung kim
loại và dây nung phi kim loại. Để đảm bảo yêu cầu của dây nung trong hầu
hết các lò điện trở công nghiệp, dây nung kim loại đƣợc chế tạo bằng hợp kim
Crôm – Nhôm và Crôm – Niken là hợp kim có điện trở suất lớn.
1.1.3. Ƣu nhƣợc điểm của lò điện so với các lò sử dụng nhiên liệu
a. Ưu điểm4
+ Có khả năng tạo đƣợc nhiệt độ cao
+ Đảm bảo tốc độ nung lớn và năng suất cao
+ Đảm bảo nung đều và chính xác do dễ điều chỉnh chế độ điện và
nhiệt độ
+ Kín
+ Có khả năng cơ khí hoá và tự động hoá quá trình chất dỡ nguyên
liệu và vận chuyển vật phẩm.
b. Nhược điểm
+ Năng lƣợng điện đắt
+ Yều cầu có trình độ cao khi sử dụng.
1.1.4. Nguyên lý làm việc của lò điện trở
Lò điện trở làm việc dựa trên cơ sở khi có một dòng điện chạy qua một
dây dẫn hay vật dẫn thì ở đó sẽ toả ra một lƣợng nhiệt theo định luật JunLenxơ[8]:
2
Q I R t . . (1.1)
Q - Lƣợng nhiệt tính bằng Jun (J)
I - Dòng điện tính bằng Ampe (A)
R - Điện trở tính bằng (Ω )
t - Thời gian tính bằng giây (s)
Từ công thức trên ta thấy điện trở R có thể đóng vai trò :
+ Vật nung: Trƣờng hợp này gọi là nung trực tiếp
+ Dây nung: Khi dây nung đƣợc nung nóng nó sẽ truyền nhiệt cho
vật nung bằng bức xạ, đối lƣu, dẫn nhiệt hay phức hợp. Trƣờng hợp này gọi
là nung gián tiếp.Trƣờng hợp thứ nhất ít gặp vì nó chỉ dùng để nung những
vật có hình dạng đơn giản ( tiết diện chữ nhật, vuông và tròn ).
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phi5
Trƣờng hợp thứ hai thƣờng gặp nhiều trong thực tế công nghiệp. Cho nên
nói đến lò điện trở không thể không đề cập đến vật liệu để làm dây nung, bộ
phận phát nhiệt của lò.
1.1.5. Hệ thống điều khiển lò nhiệt
Nhiệt độ là một đại lƣợng vật lý,nó hiện diện khắp nơi cả trong sản
xuất lẫn sinh hoạt hàng ngày. Quá trình đo và kiểm soát nhiệt độ trong sản
xuất công nghiệp đóng vai trò to lớn trong hệ thống điều khiển tự động, góp
phần quyết định chất lƣợng sản phẩm.Khi thu thập dữ liệu cho quá trình điều
khiển và giám sát trong nhà máy thì nhiệt độ là một thông số không thể bỏ
qua.
Tùy theo yêu cầu và tính chất của quá trình điều khiển mà ta sử dụng
phƣơng pháp điều khiển thích hợp.Tính chính xác và ổn định nhiệt độ cũng
đặt ra vấn đề cần giải quyết.
Hệ thống điều khiển nhiệt độ thƣờng đƣợc chia làm hai loại:
+ Hệ thống điều khiển hồi tiếp (feedback control system): thƣờng
xác định và giám sát kết quả điều khiển,so sánh với tín hiệu đặt và tự động
điều chỉnh lại cho đúng.
+ Hệ thống điều khiển tuần tự (sequence control system): thực hiện
từng bƣớc điều khiển tùy theo hoạt động điều khiển trƣớc khi xác định tuần
tự.
Một hệ thống muốn đạt đƣợc độ chính xác cần thiết cần thiết phải thực
hiện hồi tiếp, tín hiệu phản hồi về so sánh với tín hiệu vào và sai lệch sẽ đƣợc
đƣa tới bộ điều chỉnh đầu ra. Hệ thống điều khiển này có nhiều ƣu điểm đƣợc
sử dụng nhiều trên thực tế trong các hệ thống điều khiển tự động. Dạng tổng
quát của hệ thống điều khiển đƣợc mô tả trên nguyên tắc nhƣ hình sau[4]:6
Hình 1.1. Nguyên tắc điều khiển hồi tiếp
1.2. CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐO NHIỆT ĐỘ
Nhiệt độ là một trong những thông số quan trọng nhất ảnh hƣởng đến đặc
tính của vật chất nên trong các quá trình kỹ thuật cũng nhƣ trong đời sống
hằng ngày rất hay gặp yêu cầu đo nhiệt độ. Ngày nay hầu hết các quá trình
sản xuất công nghiệp, các nhà máy đều có yêu cầu đo nhiệt độ.
Tùy theo nhiệt độ đo có thể dùng các phƣơng pháp khác nhau, thƣờng
phân loại các phƣơng pháp dựa vào dải nhiệt độ cần đo. Thông thƣờng nhiệt
độ đo đƣợc chia thành ba dải: nhiệt độ thấp, nhiệt độ trung bình và cao.
Ở nhiệt độ trung bình và thấp: phƣơng pháp thƣờng đo là phƣơng pháp
tiếp xúc nghĩa là các chuyển đổi đƣợc đặt trực tiếp ở ngay môi trƣờng cần đo.
Đối với nhiệt độ cao: đo bằng phƣơng pháp không tiếp xúc, công cụ đặt ở
ngoài môi trƣờng đo.
1.2.1. Đo nhiệt độ bằng phƣơng pháp tiếp xúc
Phƣơng pháp đo nhiệt độ trong công nghiệp thƣờng đƣợc sử dụng là các
nhiệt kế tiếp xúc. Có hai loại nhiệt kế tiếp xúc, gồm: nhiệt kế nhiệt điện trở và
nhiệt kế nhiệt ngẫu .
Ngoài ra đối với các ứng dụng đơn giản, dải nhiệt độ cỡ -5500 C ÷ 20000
C hiện nay ngƣời ta thƣờng ứng dụng các IC bán dẫn ứng dụng tính chất nhạy
nhiệt của các điốt, tranzito để đo nhiệt độ.
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phi7
Cấu tạo của nhiệt kế nhiệt điện trở và cặp nhiệt ngẫu cũng nhƣ cách lắp
ghép chúng phải đảm bảo tính chất trao đổi nhiệt tốt giữa chuyển đổi với môi
trƣờng đo:
+ Đối với môi trƣờng khí và nƣớc: chuyển đổi đƣợc đặt theo hƣớng
ngƣợc lại với dòng chảy.
+ Với vật rắn khí: đặt nhiệt kế sát vào vật, nhiệt lƣợng sẽ truyền từ vật
sang chuyển đổi và dễ gây tổn hao vật, nhất là với vật dẫn nhiệt kém. Do vậy
điện tiếp xúc giữa vật đo và nhiệt kế càng lớn càng tốt.
+ Khi đo nhiệt độ của các chất ở dạng hạt (cát, đất...): cần cắm sâu
nhiệt kế vào môi trƣờng cần đo và thƣờng dùng nhiệt điện trở có cáp nối ra
ngoài.
1.2.2. Đo nhiệt độ cao bằng phƣơng pháp tiếp xúc
Ở môi trƣờng nhiệt độ cao từ 1600 0C trở lên, các cặp nhiệt ngẫu không
chịu đƣợc lâu dài, vì vậy để đo nhiệt độ ở các môi trƣờng đó ngƣời ta dựa trên
hiện tƣợng quá trình quá độ đốt nóng của cặp nhiệt. Quá trình quá độ khi đốt
nóng cặp nhiệt có phƣơng trình[8]:
( ) .(1 ) (1.2)
t
f t T e
Trong đó: θ: Lƣợng tăng nhiệt độ của đầu nóng trong thời gian t.
∆T: Hiệu nhiệt độ của môi trƣờng đo và cặp nhiệt.
τ: Hằng số thời gian của cặp nhiệt ngẫu.
Dựa trên quan hệ này có thể xác định đƣợc nhiệt độ của đối tƣợng đo mà
không cần nhiệt độ đầu công tác của cặp nhiệt ngẫu phải đạt đến nhiệt độ ấy.
Bằng cách nhúng nhiệt ngẫu vào môi trƣờng cần đo trong khoảng 0,4 ÷ 0,6 s
ta sẽ đƣợc phần đầu của đặc tính quá trình quá độ của nhiệt ngẫu và theo đó
tính đƣợc nhiệt độ của môi trƣờng.8
Nếu nhiệt độ đầu công tác của cặp nhiệt ngẫu trong thời gian nhúng vào
môi trƣờng cần đo đạt nhiệt độ vào khoảng một nửa nhiệt độ môi trƣờng thì
nhiệt độ tính đƣợc có sai số không quá hai lần sai số của nhiệt kế nhiệt ngẫu
đo trực tiếp. Phƣơng pháp này thƣờng dùng để đo nhiệt độ của thép nấu chảy.
1.2.3. Đo nhiệt độ bằng phƣơng pháp không tiếp xúc
Đây là phƣơng pháp dựa trên định luật bức xạ của vật đen tuyệt đối, tức
là vật hấp thụ năng lƣợng theo mọi hƣớng với khả năng lớn nhất. Bức xạ nhiệt
của mọi vật thể đặc trƣng bằng mật độ phổ E nghĩa là số năng lƣợng bức xạ
trong một dơn vị thời gian với một đơn vị diện tích của vật xảy ra trên một
đơn vị của độ dài sóng. Quan hệ giữa mật độ phổ bức xạ của vật đen tuyệt đối
với nhiệt độ và độ dài sóng đƣợc biểu diễn bằng công thức [8]:
0 5 1 2/( )
E C e 1 ( 1) C T (1.3)
Trong đó : C1, C2 – hằng số, - độ dài sóng, T – nhiệt độ tuyệt đối.
C1=37,03.10-17 Jm2/s; C2=1,432.10-2 m.độ.
1.3. CÁC LOẠI CẢM BIẾN ĐO NHIỆT ĐỘ
1.3.1. Nhiệt điện trở
Nguyên lý hoạt động của các loại nhiệt điện trở chủ yếu là dựa trên sự
thay đổi giá trị điện trở của các loại vật liệu dẫn điện và bán dẫn khi có sự
thay đổi nhiệt độ của chúng. Chính vì vậy mà ngƣời ta sử dụng nhiệt điện trở
làm phần tử cảm biến nhiệt độ; tuy nhiên tùy theo yêu cầu sử dụng mà ngƣời
ta có thể dùng nhiệt điện trở kim loại hay nhiệt điện trở bán dẫn[8].
a. Nhiệt điện trở kim loại
Đối với nhiệt điện trở kim loại thì việc chế tạo nó thích hợp hơn cả là sử
dụng các kim loại nguyên chất nhƣ: platin, đồng, niken. Để tăng độ nhạy cảm
nên sử dụng các kim loại có hệ số nhiệt điện trở càng lớn càng tốt. Tuy nhiên
Với yêu cầu của đề tài ở đây dùng 1 IC TRIAC để làm van động lực, còn
việc điều khiển việc mở van sử dụng optotriac MOC3020 và TCA785.
Phƣơng pháp điều khiển tuyến tính (góc mở).
TCA785 là một IC chuyên dung để điều khiển
thyristor,triac,transistor…Các xung điều khiển có thể điều chỉnh trong khoảng
rộng từ 0-180 độ. Vi mạch TCA 785 là vi mạch phức hợp thực hiện đƣợc 4
chức năng của một mạch điều khiển: điện áp đồng bộ, tạo điện áp răng cƣa
đồng bộ, so sánh và tạo xung ra.
Nguyên lý hoạt động: Tín hiệu đồng bộ đƣợc đƣa vào chân 5.Tại đây bộ
phận nhận biết điểm không sẽ phát tín hiệu điểm không về khối thanh ghi
đồng bộ.Khối thanh ghi đồng bộ điều khiển phát tín hiệu xung răng cƣa đồng
bộ với tín hiệu nguồn xoay chiều.Điện áp xung răng cƣa đƣợc so sánh điện áp
điều khiển đặt vào chân 11.Khi điện áp xung răng cƣa lớn hơn điện áp điều
khiển khối so sánh phát ra tín hiệu điều khiển về khối logic.Tại đây đầu ra
tƣơng ứng Q1,Q2 sẽ phát xung điều khiển các van công suất.
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
You must be registered for see links