Đồ án Ứng dụng điều khiển thích nghi trong điều khiển lò sấy

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO  
TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG  
ISO 9001:2015  
ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI TRONG  
ĐIỀU KHIỂN LÒ SẤY  
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY  
NGÀNH ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG  
HẢI PHÒNG - 2020  
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO  
TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG  
ISO 9001:2015  
ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI TRONG  
ĐIỀU KHIỂN LÒ SẤY  
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY  
NGÀNH ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG  
Sinh viên: Phạm Thành Đạt  
Người hướng dẫn: Th.S Nguyễn Văn Dương  
HẢI PHÒNG - 2020  
Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam  
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc  
----------------o0o-----------------  
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO  
TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG  
NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP  
Sinh viên : Phạm Thành Đạt MSV: 1412103001.  
Lớp  
: DT1801- Ngành Điện Tử Truyền Thông.  
Tên đề tài : Ứng dụng điều khiển thích nghi trong điều khiển lò sấy.  
i
NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI  
1. Nội dung và các yêu cầu cần giải quyết trong nhiệm vụ đề tài tốt nghiệp  
(về lý luận, thực tiễn, các số liệu cần tính toán và các bản vẽ).  
.............................................................................................................................  
.............................................................................................................................  
.............................................................................................................................  
.............................................................................................................................  
.............................................................................................................................  
.............................................................................................................................  
.............................................................................................................................  
.............................................................................................................................  
.............................................................................................................................  
.............................................................................................................................  
.............................................................................................................................  
2. Các số liệu cần thiết để thiết kế, tính toán  
.............................................................................................................................  
.............................................................................................................................  
.............................................................................................................................  
.............................................................................................................................  
.............................................................................................................................  
.............................................................................................................................  
.............................................................................................................................  
.............................................................................................................................  
.............................................................................................................................  
.............................................................................................................................  
.............................................................................................................................  
3. Địa điểm thực tập tốt nghiệp..........................................................................  
ii  
CÁC CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP  
Người hướng dẫn thứ nhất:  
Họ và tên  
Học hàm, học vị  
:
:
Nguyễn Văn Dương  
Thạc Sỹ.  
Trường Đại Học Dân Lập hải phòng  
Cơ quan công tác  
:
Nội dung hướng dẫn :  
Toàn bộ đề tài  
Người hướng dẫn thứ hai:  
Họ và tên  
:
:
:
Học hàm, học vị  
Cơ quan công tác  
Nội dung hướng dẫn:  
Đề tài tốt nghiệp được giao ngày ..... tháng.... năm 2019.  
Yêu cầu phải hoàn thành xong trước ngày ...... tháng....... năm 2020  
Đã nhận nhiệm vụ Đ.T.T.N  
Sinh viên  
Đã giao nhiệm vụ Đ.T.T.N  
Cán bộ hướng dẫn Đ.T.T.N  
Phạm Thành Đạt  
Th.S Nguyễn Văn Dương  
Hải Phòng, ngày........tháng........năm 2020  
HIỆU TRƯỞNG  
GS.TS.NGƯT TRẦN HỮU NGHỊ  
iii  
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM  
Độc lp - Tdo - Hạnh phúc  
PHIU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DN TT NGHIP  
Họ và tên giảng viên: .....................................................................................  
Đơn vị công tác:  
........................................................................ .............  
Họ và tên sinh viên:  
.......................................... Chuyên ngành: .....................  
Nội dung hướng dn: .......................................................... ...........................  
....................................................................................................................................  
1. Tinh thần thái độ của sinh viên trong quá trình làm đề tài tốt nghip  
....................................................................................................................................  
....................................................................................................................................  
....................................................................................................................................  
2. Đánh giá chất lượng của đồ án/khóa luận (so vi nội dung yêu cầu đã đề ra  
trong nhim vụ Đ.T. T.N trên các mặt lý luận, thc tiễn, tính toán số liệu…)  
....................................................................................................................................  
....................................................................................................................................  
....................................................................................................................................  
....................................................................................................................................  
3. Ý kiến ca giảng viên hướng dn tt nghip  
Được bo vệ  
Không được bo vệ  
Điểm hướng dn  
Hải Phòng, ngày … tháng … năm ......  
Giảng viên hướng dn  
(Ký và ghi rõ họ tên)  
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM  
Độc lp - Tdo - Hạnh phúc  
PHIU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN CHẤM PHN BIN  
Họ và tên giảng viên: ..............................................................................................  
Đơn vị công tác:  
Họ và tên sinh viên:  
Đề tài tốt nghip:  
........................................................................ ................  
...................................... Chuyên ngành: ..........................  
......................................................................... ............  
............................................................................................................................  
....................................................................................................................  
1.Phn nhận xét của giáo viên chấm phn bin  
........................................................................................................................  
........................................................................................................................  
........................................................................................................................  
........................................................................................................................  
........................................................................................................................  
2. Nhng mặt còn hạn chế  
........................................................................................................................  
........................................................................................................................  
........................................................................................................................  
........................................................................................................................  
3. Ý kiến ca giảng viên chấm phn bin  
Được bo vệ  
Không được bo vệ  
Điểm hướng dn  
Hải Phòng, ngày … tháng … năm ......  
Giảng viên chấm phn bin  
(Ký và ghi rõ họ tên)  
MỤC LỤC  
LỜI CẢM ƠN  
Trong khoảng 50 năm gần đây, lý thuyết điều khiển thích nghi đã được  
hình thành như một môn khoa học, từ tư duy đã trở thành hiện thực nghiêm túc,  
từ cách giải quyết những vấn đề cơ bản trở thành bài toán tổng quát, từ những  
vấn đề về sự tồn tại và khả năng có thể giải quyết đến những ứng dụng có tính  
bền vững và chất lượng.  
Với ý nghĩa và lợi ích to lớn của điều khiển thích nghi, sự cấp bách cần  
nghiện cứu, ứng dụng điều khiển thíchh nghi và sản xuất thực tiễn sản xuất, em  
đã lựa chọn đề tài nghiên “Ứng dụng hệ thống thích nghi trong điều khiển nhiệt  
lò sấy”.  
Chương 1. Tổng quan về lò sấy.  
Chương 2. Hệ thống điều khiển thích nghi .  
Chương 3. Tính toán thiết kế bộ điều khiển PID thích nghi cho lò sấy.  
Tuy nhiên do khả năng và trình độ có hạn nên còn nhiều thiếu sót, rất  
mong được sự chỉ bảo, giúp đỡ tận tình của các thầy cô cũng như sự góp ý của  
bạn bè để bản đồ án này được hoàn thiện hơn.  
Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến các thầy cô, bạn bè trong khoa Điện –  
Điện tử trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng, đặc biệt là thầy Nguyễn Văn  
Dương, là giảng viên trực tiếp hướng dẫn, đã rất nhiệt tình chỉ bảo để em hoàn  
thành đề tài tốt nghiệp này.  
1
 
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ LÒ SẤY  
1.1. GIỚI THIỆU TỔNG QUAN  
Sấy là một trong những khâu quan trọng trong dây chuyền công nghệ,  
được sử dụng ở nhiều ngành chế biến nông – lâm – hải sản là phương pháp bảo  
quản sản phẩm đơn giản, an toàn và dễ dàng. Sấy không đơn thuần là tách nước  
ra khỏi vật liệu ẩm mà là quá trình công nghệ phức tạp, đòi hỏi vật liệu sau khi  
sấy phải đảm bảo chất lượng theo chỉ tiêu nào đó với mức chi phí năng lượng  
(điện năng, nhiệt năng) tối thiểu.  
Quá trình sấy là quá trình làm khô các vật thể, các vật liệu, các sản phẩm  
bằng phương pháp làm bay hơi nước ra khỏi VLS. Do vậy, quá trình sấy khô  
một vật thể diễn biến như sau: Vật thể được gia nhiệt để đưa nhiệt độ lên đến  
nhiệt độ bão hòa ứng với áp suất của hơi nước trên bề mặt vật thể, vật thể được  
cấp nhiệt để làm bay hơi ẩm.  
1.1.1. Phân loại các thệ thống sấy (HTS)  
1.1.1.1. HTS tự nhiên  
Quá trình phơi vật liệu ngoài trời, không có sử dụng thiết bị. VLS được  
sấy bằng cách phơi nắng lấy nguồn nhiệt trực tiếp từ mặt trời để làm khô vật liệu  
cần sấy. Do vậy, HTS này được sử dụng rộng rãi trong chế biến nông sản.  
- Ưu điểm  
Công nghệ đơn giản, chi phí đầu tư và vận hành thấp.  
Không đòi hỏi cung cấp năng lượng lớn và nhân công lành nghề.  
Có thể sấy lượng ln vụ mùa với chi phí thấp.  
- Nhược điểm  
Kiểm soát điều kin sy rất kém  
2
     
Tốc độ sy chậm hơn so với vi sy bng thiết bị, do đó chất lượng sn  
phẩm cũng kém và dao động hơn.  
Quá trình sấy phthuộc vào thời tiết và thời gian trong ngày.  
Đòi hỏi nhiều nhân công.  
Hình 1.1: Mô hình sấy bằng năng lượng mặt trời  
1.1.1.2. HTS nhân tạo  
Được thực hiện trong các thiết bị sấy và căn cứ vào phương pháp cung  
cấp nhiệt, có thể chia ra các loại: Sấy đối lưu, sấy bức xạ, sấy tiếp xúc, sấy thăng  
hoa, sấy bằng điện trường dòng cao tần, sấy điện trở...  
-
Sấy đối lưu  
Không khí nóng hoặc khói lò được dùng làm TNS có nhiệt độ, độ ẩm, tốc  
độ phù hợp, chuyển động chảy trùm lên vật sấy làm cho ẩm trong vật sấy bay  
hơi rồi đi theo TNS. Không khí có thể chuyển động cùng chiều, ngược chiều  
hoặc cắt ngang dòng chuyển động của sản phẩm.  
Sấy đối lưu có thể thực hiện theo mẻ (gián đoạn) hay liên tục. Trên hình  
vẽ dưới là sơ đồ nguyên lý sấy đối lưu bằng dòng không khí nóng.  
3
Hình 1.2: Sơ đồ hệ HTS đối lưu  
1: Quạt, 2: Calorifer,3: Buồng sấy  
Sấy buồng: cấu tạo chủ yếu của sấy buồng là buồng sấy. Trong buồng sấy  
bố trí các thiết bị đỡ vật liệu gọi chung là thiết bị truyền tải (TBTT). Nếu dung  
lượng buồng sấy bé và TBTT là các khay sấy thì được gọi là tủ sấy. Nếu dung  
lượng lò sấy lớn và TBTT là xe goòng với các thiết bị chứa vật liệu thì được gọi  
là HTSB kiểu xe goòng.  
Hình 1.3: HTS buồng  
Sấy hầm: là HTS mà thiết bị sấy là một hầm dài, VLS vào đầu này và ra  
đầu kia của hầm. TBTT trong HTS thường là các xe goòng với các khay chứa  
VLS hoặc băng tải. Đặc điểm chủ yếu của sấy hầm là bán liên tục và liên tục.  
4
Hình 1.4: Các hình thức chuyển động của TNS trong hầm sấy  
a. HTS cùng chiều  
b. HTS ngược chiu  
d.HTS ct ngang-  
c. HTS kết hợp cùng – ngược chiu  
Sấy tháp: Đây là HTS chuyên dùng để sấy VLS dạng hạt như thóc, ngô,  
lúa mỳ.. HTS này có thể hoạt động liên tục hoặc bán liên tục. TBS trong HTS là  
một tháp sấy, trong đó người ta đặt một loạt các kênh dẫn xen kẽ với một loạt  
các kênh thải.VLS đi từ trên xuống và tác nhân sấy (TNS) từ kênh dẫn xuyên  
qua VLS thực hiện quá trình trao đổi nhiệt - ẩm với vật liệu rồi đi vào môi  
trường.  
Hình 1.5: HTS kiểu xe goòng và kiểu băng tải  
Sấy thùng quay: Là một HTS chuyên dụng để sấy các VLS dạng cục, hạt,  
thiết bị sấy ở đây là một hình trụ tròn đặt nghiêng một góc nào đó. Trong thùng  
5
sấy có bố trí các cánh xáo trộn hoặc không. Khi thùng sấy quay, VLS dịch  
chuyển từ đầu này đến đầu kia vừa bị xáo trộn và thực hiện quá trình trao đổi  
nhiệt - ẩm với dòng TNS.  
Hình 1.6: HTS thùng quay  
Sấy khí động: Có nhiều dạng khí động thiết bị sấy trong HTS có thể là  
một ống tròn hoặc phễu, trong đó TNS có nhiệt độ thích hợp với tốc độ cao vừa  
làm nhiệm vụ trao đổi nhiệt - ẩm vừa làm nhiệm vụ đưa VLS từ đầu này đến đầu  
kia của thiết bị sấy.  
Hình 1.7: HTS khí động kiểu đứng  
Sấy tầng sôi: Là HTS chuyên dụng để sấy hạt, thiết bị sấy ở đây là một  
buồng sấy, trong đó vật liệu nằm trên ghi có đục lỗ, TNS có nhiệt độ cao và tốc  
độ thích hợp đi xuyên qua ghi và làm cho VLS chuyển động bập bùng trên mặt  
ghi như hình ảnh các bọt nước sôi để thực hiện quá trình trao đổi nhiệt - ẩm.  
6
Hình 1.8: HTS tần sôi trong nhà máy đường  
Sấy phun: Là HTS dùng để sấy các dung dịch huyền thù như trong công  
nghệ sản xuất sữa bột. Thiết bị sấy trong HTS phun là một hình chóp trụ, phần  
chóp quay xuống dưới. Dung dịch huyền thù được bơm cao áp đưa vào thiết bị  
tạo sương mù. TNS có nhiệt độ thích hợp đi vào thiết bị sấy thực hiện quá trình  
trao đổi nhiệt - ẩm với sương mù VLS và thải vào môi trường.  
1.1.2. Các dạng lò sấy  
1.1.2.1. Lò sấy gia nhiệt bằng khói lò  
Trong các HTS, khói lò có thể được dùng hoặc với tư cách là TNS hoặc tư  
cách là nguồn cung cấp nhiệt lượng để đốt nóng không khí trong các calorifer  
khí – khói. Khói lò gồm khí khô và hơi nước vốn có trong nhiên liệu và do phản  
ứng cháy với hydro sinh ra. Hơn nữa khói lò bao giờ cũng chứa một lượng nhất  
định tro bay theo và những chất độc hại như lưu huỳnh vốn có trong nhiên liệu.  
Do đó, khói lò chỉ dùng làm TNS trong các trường hợp VLS không sợ bám bẩn  
như thức ăn gia súc hoặc vật liệu xây dựng.  
7
 
Hình 1.9: Sơ đồ nguyên lý của HTS dùng khói lò làm TNS  
1. Buồng đốt, 2. Buồng hoà trộn, 3. Thiết bị sấy  
Ưu điểm sấy bằng khói lò:  
-
Có thể điều chỉnh nhiệt độ dung môi chất sấy trong một khoảng rất  
rộng, có thể sấy ở nhiệt độ rất cao 900-10000C và ở nhiệt độ thấp 70-900C hoặc  
thậm chí 40-500C  
-
-
-
-
Cấu trúc hệ thống đơn giản, dễ chế tạo, lắp đặt.  
Đầu tư vốn ít vì không phải dùng calorife.  
Giảm tiêu hao điện năng, do giảm trở lực hệ thống.  
Nâng cao được hiệu quả sử dụng nhiệt của thiết bị.  
1.1.2.2. Lò sấy gia nhiệt bằng hơi nước  
Nước được đun nóng thành hơi thông qua lò hơi, hơi quá nhiệt được đưa  
vào thiết bị trao đổi nhiệt sau đó được quạt gió làm đối lưu không khí làm cho  
hệ thống trao đổi nhiệt thông qua tiếp xúc với vật liệu cần sấy.  
Lò hơi: Là thiết bị sản xuất hơi nước có áp suất và nhiệt độ nhất định. Lò  
hơi dùng để cung cấp hơi quá nhiệt có áp suất và nhiệt độ cao, cung cấp nhiệt  
công nghiệp hay dân dụng thường là hơi bão hòa có áp suất thấp (<13 at). Trong  
8
đề tài này phần cấp nguồn nhiệt cung cấp chính cho lò sấy chính là lò hơi với áp  
suất xác định.  
Lò sấy đặt thiết bị trao đổi nhiệt là những ống nhiệt đường chạy gấp khúc  
được đặt trong lò. Ống nhiệt có cấu tạo gồm một đường ống được hàn kín hai  
đầu, bên trong chứa chất lỏng (hơi nước) thực hiện quá trình chuyển pha là sôi  
và ngưng. Ống nhiệt được chia thành ba phần.  
Phần sôi: Phần này được đốt nóng bằng các nguồn nhiệt khác nhau, chất  
lỏng trong ống sẽ sôi và tạo thành hơi bão hòa.  
Phần đoạn nhiệt: Hơi bão hòa sẽ chuyển động qua phần đoạn nhiệt lên  
phần ngang. Ở phần này không xảy ra quá trình trao đổi nhiệt.  
Phần ngưng: Hơi bão hòa sẽ chuyển động qua phần ngưng trao đổi nhiệt  
với môi trường xung quanh và được ngăn lại. Chất lỏng ngưng sẽ quay trở lại  
phần sôi nhờ lực trọng trường.  
1.1.2.3. Lò sấy gia nhiệt bằng nhiệt điện trở  
Lò sấy sử dụng năng lượng điện – nhiệt để gia nhiệt của lò sấy. Dòng điện  
đi qua điện trở của dây dẫn đấu trong mạch điện phát nóng, sau đó được quạt gió  
đối lưu tới vật liệu cần sấy.  
Do dễ thực hiện và có hiệu suất chuyển đổi khá cao, sấy bằng điện trở  
ngày càng được nghiên cứu ứng dụng phổ biến trong các ngành kinh tế quốc  
dân. Các đối tượng cần được sấy trong sản xuất nông nghiệp thường là nước,  
không khí, sản phẩm nông nghiệp, thực phẩm, thức ăn gia súc, gỗ…  
Ưu điểm cơ bản của phương pháp đốt nóng bằng điện là:  
-
Thao tác và tác động nhanh, dễ điều khiển khống chế theo yêu cầu  
đặc biệt của các công nghệ khác nhau.  
-
Bỏ qua giai đoạn chuẩn bị (tích nhiệt), tiết kiệm thời gian và công  
sức.  
9
-
Dễ thực hiện tối ưu hoá các quá trình công nghệ nhiệt, nâng cao  
năng suất, hiệu quả và chất lượng sản phẩm trong trồng trọt, chăn nuôi và chế  
biến.  
Dựa vào đặc điểm và mối quan hệ giữa vật cần đốt nóng và phần tử phát  
nhiệt, phân biệt làm hai kiểu đốt nóng trực tiếp (đối tượng cần đốt nóng cho  
dòng điện đi qua trực tiếp phát nhiệt) và đốt nóng gián tiếp (đối tượng phát nóng  
riêng biệt - dòng điện không đi qua vật cần đốt nóng).  
Nhiệt lượng phát ra từ các phần tử điện trở phát nhiệt bằng điện được tính  
theo công thức:  
Q = I2Rt  
(1.1)  
trong đó:  
Q - nhiệt lượng toả ra, J I - dòng điện chạy qua sợi đốt kiểu điện trở, A R -  
điện trở của phần tử phát nhiệt, t - thời gian làm việc, s  
Thiết bị chuyển đổi điện năng thành nhiệt năng bằng điện trở thông  
thường gồm có ba bộ phận chủ yếu như phần tử đốt nóng, vỏ cách điện và thiết  
bị điều khiển.  
a)  
Phần tử phát nhiệt bằng kim loại  
Phần tử phát nóng bằng kim loại có cấu trúc hở hoặc kín trong vỏ bọc  
bằng gốm, thạch anh hoặc kim loại. Vật liệu điện trở phải có nhiệt độ làm việc  
dài hạn cao, ổn định, có điện trở suất cao, hệ số thay đổi vì nhiệt thấp, tốc độ  
ôxy hoá bề mặt sợi đốt chậm, chống chịu hoá chất, chất cách điện và dầu mỡ.  
Vật liệu làm phần tử phát nhiệt không quá đắt, dễ chế tạo.  
Nhóm vật liệu sau đây cho trong bảng 1.1 đáp ứng tốt các yêu cầu trên  
được sử dụng khá phổ biến.  
10  
Bảng 1.1 - Nhóm vật liệu chế tạo phần tử đốt nóng  
Điện trở  
suất ở nhiệt  
độ 200C,  
Nhiệt độ cho phép  
STT  
Ký mã hiệu  
Giới hạn  
Tối ưu  
mm2/m  
X25H20 (Crôm -  
1
2
3
4
1
900  
800  
900  
Sắt tăng cường)  
X15H60 (Crôm  
1,1  
1000  
1100  
1150  
ba)  
X20H80 (Crôm  
1,11  
1,27  
1000  
1000  
hai)  
X20H80 (Crôm  
hai Titan)  
Nhiệt độ nóng chảy của Crôm là 1390 - 14000C, khối lượng riêng 8,2 ÷  
8,4g/cm3, hệ số nhiệt độ, 0,09x10-3 đến 0,35x10-3 (mác X25H20).  
Nhóm vật liệu hai hợp kim Sắt - Crôm - Nhôm (Phekhral) với thành phần  
Fe: 70 - 75%, Cr: 12 - 15%, Al: 3,5 - 5,5% có nhiệt độ làm việc đến 7000C.  
Nhóm Kantal có thành phần Fe: 72%, Cr: 20%, Al: 5%, Co: 3% có nhiệt độ cho  
phép đến 13000C.  
Nhóm vật liệu thứ ba, hợp kim Constant chứa Đồng - Niken - Constant  
phù hợp cho dải nhiệt độ thấp dưới 100 ÷ 3500C.  
Nhóm Molipden và nhóm Volfram có nhiệt độ làm việc đến 20000C và  
30000C.  
11  
Tải về để xem bản đầy đủ
pdf 86 trang yennguyen 30/03/2022 5320
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Đồ án Ứng dụng điều khiển thích nghi trong điều khiển lò sấy", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên

File đính kèm:

  • pdfdo_an_ung_dung_dieu_khien_thich_nghi_trong_dieu_khien_lo_say.pdf