tổng quan về công nghệ trong dây chuyền tráng nhựa. viết chương trình điều khiển và giám sát dùng vdk 8051

ðồ án môn Trang Bị ðiện
1

PHỤ LỤC
Phụ lục ………………………………………………………………… 1
Lời nói ñầu…………………………………………………………… 2
Chương1: Tổng quan về công nghệ gia nhiệt………………………… 3
1.1. Khái niệm về gia nhiệt…………………………………………… 3
1.2. Cấu trúc chung của dây chuyền sản xuất nhựa……………………. 5
1.3. Quy trình sản xuất sản phẩm nhựa………………………………… 6
1.4. Giới thiệu về lò ñiện trở…………………………………………… 7
1.5. Những yêu cầu ñối với vật liệu làm dây ñốt 7
1.6. Tính toán dây ñốt 9
Chương 2: Thiết kế hệ thống gia nhiệt cho dây chuyền sản xuất nhựa 14
2.1. Thiết kế hệ thống gia nhiệt 14
2.2. Tính toán dây ñốt 15
2.3. Thiết kế hệ thống ghép nối 16
Chương 3: Viết chương trình và giao diện ñiều khiển và giám sát cho các ñối
tượng gia nhiệt…………………………………………………………. 24
3.1. Giao diện chương trình …………………………………………… 24
3.2. Code lệnh …………………………………………………………. 24
3.3. Chương trình cho vi xử lý 8051 ………………………………… 36
Chương 4: Mô phỏng lò nhiệt trên Matlab ……………………………. 40
4.1. Bộ ñiều khiển PID tương tự ………………………………………. 40
4.2. Bộ ñiều khiển mờ …………………………………………………. 44
Tài liệu tham khảo …………………………………………………… 50

ðồ án môn Trang Bị ðiện
2

LỜI NÓI ðẦU
Trang bị ñiện ñiện tử cho máy công nghiệp dùng chung là một môn học
ñã ñược ñưa vào giảng dạy ñối với sinh viên ngành ñiện tự ñộng ở hầu khắp
các trường ñại học trên cả nước. Với môn học này sinh viên sẽ ñược trang bị
một cách tổng quát những kiến thức cơ sở về các trang thiết bị máy móc, cơ
cấu ñược sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, ñồng thời các kiến thức cơ sở
và chuyên ngành cũng ñược hệ thống lại một cách tổng quát và chuyên sâu
ñiều này là rất cần thiết và hữu ích giúp cho sinh viên có thể có ñược những
hình dung căn bản về các hệ thống dây chuyền công nghệ trong công nghiệp
tạo ñiều kiện thuận lợi cho việc học tập và sau này khi ra ngoài thực tế sản
xuất.
Trong thiết kế môn học “Tổng quan về công nghệ gia nhiệt trong các dây
chuyền công nghiệp nhựa“ này cũng không nằm ngoài mục ñích trên. Dưới
sự hướng dẫn của thầy giáo TS.Hoàng Xuân Bình là chủ nhiệm bộ môn
ðiện Tự ðộng Công Nghiệp ñồng thời cũng là giáo viên phụ trách giảng dạy
môn học Trang Bị ðiện – ðiện Tử cùng các thầy cô giáo trong bộ môn với
sự giúp ñỡ của bạn bè và tài liệu tham khảo em ñã hoàn thành các yêu cầu
ñược giao trong ñề tài. Không thể tránh khỏi những thiếu sót và nhầm lẫn,
rất mong nhận ñược sự chỉ bảo tận tình và chu ñáo của thầy cô cùng các bạn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Trong phạm vi ñề tài này gồm có 3 nhiệm vụ chính cần hoàn thành bao
gồm:
1. Tổng quan về gia nhiệt trong các dây chuyền sản xuất sản phẩm nhựa.
2. Thiết kế hệ thống gia nhiệt cho dây chuyền.
3. Viết chương trình ñiều khiển quá trình gia nhiệt cho nhiều ñối tượng gia
nhiệt.

Giờ ta xét từng vấn ñề một qua các chương như sau.
ðồ án môn Trang Bị ðiện
3

CHƯƠNG 1:
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ GIA NHIỆT TRONG CÁC
DÂY CHUYỀN CÔNG NGHIỆP NHỰA
1.1. Khái niệm về gia nhiệt trong dây chuyền công nghiệp nhựa:
Gia nhiệt là một công ñoạn vô cùng quan trọng trong dây chuyền công
nghiệp nhựa. ðể có ñược những sản phẩm nhựa muôn hình muôn vẻ, với
nhiều màu sắc thì yêu cầu nguyên liệu nhựa trước khi ñưa vào khuôn mẫu
phải ñược chế biến sẵn. Với nguyên liệu nhựa ở dạng nóng chảy ta có thể
tiến hành pha chế màu sắc cũng như những phụ gia khác làm tăng chất
lượng sản phẩm ñồng thời khi ñưa nhiên liệu vào khuôn hình ta sẽ ñược
những sản phẩm như ý muốn. Trên thực tế thì nguyên liệu nhựa ñược sản
xuất ở những nơi cách xa nhà máy sản xuất sản phẩm nhựa do vậy mà
nguyên liệu nhựa ban ñầu thường ở là những hạt nhựa nguyên liệu dạng rắn.
Hạt nhựa thuận tiện cho việc vận chuyển và bảo quản, chính vì vậy mà cần
phải có một công ñoạn làm nóng chảy các hạt nhựa ñể có thể ñưa vào khuôn,
công ñoạn ñó ñược gọi là gia nhiệt.
Việc gia nhiệt cho các hạt nhựa không thể tiến hành gia nhiệt một cách
cục bộ mà phải ñược tiến hành trong một khoảng thời gian nhất ñịnh và từ từ
làm cho nhựa chuyển thành dạng lỏng ñều. Trong quá trình này các phụ gia
cần thiết khác cũng ñược trộn ñều.
Rõ ràng ñây là một công ñoạn không thể thiếu trong các dây chuyền công
nghệ nhựa và nó cũng ảnh hưởng có tính quyết ñịnh tới chất lượng sản
phẩm.
Quá trình gia nhiệt thường ñược thực hiện bởi các vòng ñiện trở nhiệt
trong các lò ñiện trở nhiệt. Thời gian tiến hành gia nhiệt hoàn toàn cho nhựa
nguyên liệu thường kéo dài trong khoảng thời gian từ 3-5 giờ.

ðồ án môn Trang Bị ðiện
4

* ðặc ñiểm của quá trình gia nhiệt:
- Thời gian quá ñộ lớn
- ðặc tính gia nhiệt: theo hình 8-1B trang 170 [1]

Hình 1-1. ðồ thị nhiệt ñộ và công suất lò nhiệt.
Trong ñó:

0
τ
là nhiệt ñộ gia nhiệt cần thiết của vật cần gia nhiệt,

mt
τ
là nhiệt ñộ của môi trường xung quanh,
p – là công suất của lò nhiệt.
Ban ñầu khi bắt ñầu gia nhiệt từ
mt
τ
là nhiệt ñộ môi trường ñến giá trị
nhiệt ñộ gia nhiệt hoàn toàn
0
τ
quá trình này thường kéo dài từ 3 – 5 giờ.
Khi nhiệt ñộ gia nhiệt ñã ñạt tới giá trị
0
τ

thì ñể tiết kiệm năng lượng và
tránh tình trạng nguyên liệu bị gia nhiệt quá nhiệt ñộ cho phép gây cháy,
hỏng nguyên liệu người ta tiến hành cắt ñiện cấp cho bộ phận gia nhiệt.
ðồng thời thiết bị làm mát cũng ñược ñưa vào hoạt ñộng. Do quán tính mà
nhiệt ñộ gia nhiệt chưa giảm ngay và vẫn tiếp tục tăng cho tới giá trị gia
nhiệt khoảng 102%
0
τ
thì nhiệt ñộ gia nhiệt mới bắt ñầu giảm. Khi nhiệt ñộ
τ

p
p p
o
τ

τ

mt
τ

0
t
ðồ án môn Trang Bị ðiện
5

gia nhiệt giảm còn 98%
0
τ
thì lại cấp ñiện trở lại cho bộ phận gia nhiệt. Như

vậy nhìn vào quá trình gia nhiệt ta thấy rằng nhiệt ñộ gia nhiệt thay ñổi dạng
răng cưa xung quanh giá trị
0
τ
và giá trị gia nhiệt vẵn ñược giữ ổn ñịnh
trong khoảng cho phép.
1.2. Cấu trúc chung của dây chuyền sản xuất nhựa:
Thể hiện trên hình 1-2.

Hình 1-2. Cấu trúc chung của dây chuyền sản xuất các sản phẩm
nhựa.
Trong ñó:
(1): là Silô chứa liệu;
(2): là ñường ống dẫn liệu;
(3): là bơm hút nguyên liệu;
(4): là ñường ống dẫn liệu;
(5): là Silô cấp liệu;
ðồ án môn Trang Bị ðiện
6

(6): bộ phận lường hạt;
(7): quạt gió làm mát ñộng cơ chính;
(8): ñộng cơ chính truyền ñộng cho 2 bơm trục vít;
(9): hộp số và bộ phận phối lực;
(10): Xilanh nhiệt và trục vít xoắn;
(11): Các vòng gia nhiệt;
(12): ñầu hình;
(13): cảm biến nhiệt;
Ngoài ra trong một dây chuyền sản xuất nhựa sẽ còn có nhiều bộ phận khác
cấu thành nên hệ thống tùy theo chức năng của từng hệ thống.

1.3. Quy trình sản xuất sản phẩm nhựa:
Hạt PVC cùng với phụ gia vừa ñủ trộn ñều với nhau rồi ñược ñưa vào Silô
chứa liệu (1), bơm hút (3) sẽ tải liệu ñổ vào phễu cấp liệu ñặt trên máy ép
ñùn thông qua 1 băng tải lò xo (2) ñặt trong ống dẫn liệu. Sau khi ñược gia
nhiệt hoàn toàn tại máy ép ñùn (10), ñộng cơ chính (8) hoạt ñộng lại trục vít
xoắn quay thì cho thiết bị lường gạt (6) hoạt ñộng ñẩy nguyên liệu xuống
cửa hút của bơm trục vít. Tại Xilanh nhiệt (10) nguyên liệu ñược gia nhiệt
tạo thành 1 hỗn hợp nóng chảy. Trục vít xoắn vừa gia nhiệt cho hỗn hợp này
vừa trộn ñều rồi ñẩy ñến cổ ñùn rồi tới ñầu hình. Tại ñây hình dạng của sản
phẩm sẽ phụ thuộc vào khuôn mẫu của ñầu hình.
Quá trình gia nhiệt ñược tiến hành từ 1 ñến vài giờ ñồng hồ, phụ thuộc
vào nguyên liệu và dung tích của máy ép ñùn.
Việc gia nhiệt ñược thực hiện bằng các vòng gia nhiệt tại máy ép ñùn.
Thực chất ñây là các vòng ñiện trở nhiệt ôm lấy thân máy.



ðồ án môn Trang Bị ðiện
7

1.4. Giới thiệu về lò ñiện trở:
Lò ñiện trở nhiệt là thiết bị biến ñổi ñiện năng thành nhiệt năng thông qua
dây ñốt (dây ñiện trở). Từ dây ñốt, qua bức xạ, ñối lưu và truyền nhiệt dẫn
nhiệt, nhiệt năng ñược truyền tới vật cần gia nhiệt.
Phân loại lò ñiện trở:
a) Theo nhiệt ñộ làm việc của lò gồm có:
+ Lò nhiệt ñộ thấp (t
0
< 650
0

C),
+ Lò có nhiệt ñộ làm việc trung bình (t
0
= 650
0
C + 1200
0
C),
+ Lò nhiệt ñộ cao (t
0
> 1200
0
C).
b) Theo nơi dùng gồm có:
+ Lò dùng trong công nghiệp,
+ Lò dùng trong phòng thí nghiệm,
+ Lò dùng trong gia ñình v.v…
c) Theo các ñặc tính làm việc gồm có:
+ Lò làm việc liên tục,
+ Lò làm việc gián ñoạn.
d) Theo kết cấu lò gồm có:
+ Lò buồng,
+ Lò giếng,
+ Lò chụp,
+ Lò bể v.v…
e) Theo mục ñích sử dụng gồm có:
+ Lò tôi, lò ram, lò ủ, lò nung, lò nấu chảy v.v…
1.5. Những yêu cầu ñối với vật liệu làm dây ñốt:
Lò ñiện trở dây ñốt làm nhiệm vụ biến ñổi ñiện năng thành nhiệt năng
thông qua hiệu ứng Joule. Dây ñốt cần phải làm từ các vật liệu thỏa mãn các

yêu cầu sau:
ðồ án môn Trang Bị ðiện
8

- ðộ bền cơ khí cao,
- Chịu ñược nhiệt ñộ cao,
- Có ñiện trở suất lớn (vì ñiện trở suất nhỏ sẽ dẫn ñến dây dài, khó bố trí
trong lò hoặc tiết diện dây phải nhỏ, không bền),
- Hệ số nhiệt ñiện trở nhỏ (tức là dây ñốt ít biến ñổi theo nhiệt ñộ, ñảm bảo
công suất lò),
- Chậm già hoá theo thời gian.
* Vật liệu làm dây ñốt có thể là:
+ Hợp kim: Cr-Ni, Cr-Al… với lò nhiệt ñộ làm việc dưới 1200
0
C;
+ Hợp chất: SiC, Mói
2
… với lò nhiệt ñộ làm việc 1200
÷
1600
0
C;
+ ðơn chất: Mo, W, C (graphit)… với lò nhiệt ñộ làm việc cao hơn 1600
0
C;
Theo (Bảng 8.1 [1] trang 171) cho ta một vài thông số cơ bản của vật liệu
làm dây ñốt lò ñiện trở:
Thành phần hoá học (%) (còn lại
là Fe và các chất khác)
Vật

liệu
Cr Ni Al SiC SiO
2

Nhiệt ñộ
làm việc
max (
0
C)

Hệ số
nhiệt ñiện
trở (
α
.10
-
3
ñộ
-1
)
ñiện trở
suất
10
-6

m
Ω

Cr-Ni
Cr-Ni

Cr-Al
Cr-Al
SiC
Graphit

Mo
Ti
W
20-23
15-18
12-15
23-27

75-78
55-61



3-5
4-6




94,4

3,6
1100
1000
850
1200
1500
2800
2000
2500
2800
0,035
0,1




5,1
4,0
4,3
1,15
1,10
1,26
1,25
1000-2000

8-13
0,052
0,15
0,05
Bảng 1.1: Thông số cơ bản của vật liệu làm dây ñốt lò ñiện trở

ðồ án môn Trang Bị ðiện
9

1.6. Tính toán dây ñốt:
Theo quyển [1] ta có các công thức tính toán như sau:
Xuất phát từ năng suất lò, ta tính ra công suất lò tiêu thụ từ lưới ñiện.
* Năng suất lò:
t
M
A = , [
s
kg
] (1-1)
trong ñó: M – khối lượng vật gia nhiệt (kg);
t – thời gian gia nhiệt (s).
* Nhiệt lượng hữu ích cần cấp cho vật gia nhiệt:
Q
hi
= M. c. (t
2
o
– t
1
o
), [J] (1-2)
trong ñó:
c - nhiệt dung riêng trung bình của vật gia nhiệt trong khoảng nhiệt ñộ
)(
21
oo

tt ÷ , [J/kg.ñộ];
t
1
o
, t
2
o
- là nhiệt ñộ lúc ñầu và lúc gia nhiệt của vật gia nhiệt [
o
C].
* Công suất hữu ích của lò:
P
hi
= ),.(.
12
oo
hi
ttcA
t
Q
−= [W] (1-3)
* Công suất lò:
P
lò
=
η
hi
P
, [W] (1-4)
trong ñó:

η
hiệu suất của lò.
Thường lò ñiện trở có hiệu suất
η
= 0,6
÷
0,8.
* Công suất ñặt của thiết bị:
P = k.P
lò
, [W] (1-5)
trong ñó:
ðồ án môn Trang Bị ðiện
10

k – là hệ số dự trữ, tính ñến tình trạng ñiện áp lưới bị tụt thấp, do dây già
hoá mà ñiện trở tăng lên.
k = 1,2
÷
1,3 ñối với lò làm việc liên tục,
k = 1,4
÷
1,5 ñối với lò làm việc theo chu kỳ.
* Từ công suất P, có thể tính gần ñúng mật ñộ công suất dây ñốt một pha.
ðó là khả năng cấp nhiệt của dây ñốt trong một ñơn vị thời gian trên một
ñơn vị diện tích bề mặt dây.
dd
dd
Fm

P
W
.
= , ][
2
m
W
(1-6)
trong ñó:
m – là số pha,
F
dd
– diện tích bề mặt của dây ñốt một pha [m
2
]. Từ công suất lò ta có thể
tính ñược kích thước dây ñốt cần trang bị cho lò. Vời lò có số pha ñối xứng,
công xuất một pha sẽ là:
P
ph
=
m
P
, [W] (1-7)
Ta có: P
ph
= W
dd
.F
dd
= W

dd
.LC
 L=
CW
P
dd
(1-8)
trong ñó:
L – chiều dài dây ñốt [m];
C – chu vi tiết diện dây ñốt [m].
* Trên quan hệ giữa các thông số ñiện thì:

S
L
U
R
U
P
ph
ph
ph
ph
.
22
ρ
==

ρ
ph
ph

P
SU
L
2
= âafdasfsda (1-9)
ðồ án môn Trang Bị ðiện
11

trong ñó:
S – là diện tích tiết diện dây ñốt [m
2
].
* Từ (18) và (19) có:
dd
ph
ph
W
U
P
CS
1
.
2
2
ρ
= (1-10)
Vế trái (1-10) à các thông số về kích thước dây ñốt. Thừa số ñầu vế phải
là các thông số về ñiện. Thừa số sau của vế phải nói lên quan hệ nhiệt của
dây.
Dây ñốt dùng trong lò ñiện trở có tiết diện tròn hay chữ nhật và kích cỡ

như bảng sau. Theo bảng 8-2 tài liệu tham khảo [1].
Kích thước dây ñốt (m.m) Nhiệt ñộ làm việc
trong lò (C
o
)
Dây tròn
(ñường kính d)
Dây chữ nhật
(kích thước a x b),
)( m
b
a
=
<300
300 – 600
600 – 800
800 – 1000
1000 – 1100
1100 - 1200
1
2
3 – 4
4 – 5
6 – 7
7 – 8
8 x 1
10 x 1
15 x 15
20 x 2
25 x 2

25 x 3
Bảng 1.2: Kích thước dây ñốt
Với dây tròn: C =
d.
π

S =
2
.
4
1
d
π

Thay vào (1-10) có:
ðồ án môn Trang Bị ðiện
12

3
22
2
4
phdd
ph
UW
P
d
π
ρ
= , [m] (1-11)

Với dây chữ nhật: C = 2(a+b) = 2a(m+1)
S = ab = ma
2
Thay vào (6-10) và rút ra ta ñược:

3
2
3
)1(2
phdd
ph
UWmm
P
a
+
=
ρ
, [m] (1-12)
Với b = ma; thường m = 5
÷
15
Chiều dài dây dẫn sẽ tìm theo công thức (1-9)
Bố trí dây trong lò, dây có thể uốn xoắn tròn (hình 1-3a) ñối với dây tròn
hoặc uốn dích dắc (hình 1-3b) ñối với dây chữ nhật hay tròn.
Hình 1-3. Kích thước uốn dây tròn và chữ nhật.
Khi uốn xoắn tròn, ñường kính uốn là tuỳ theo ñộ bền cơ của dây ñốt.
Thường D = (4
÷
10)d. Bước xoắn S
≥

2d.
Khi uốn dích dắc, kích thước cũng tuỳ thuộc ñộ bền cơ của dây ñốt.
Thường A
≥
100a, S
≥
2b. ðối với dây tròn S
≥
5d.
Trong các lò có nhiệt ñộ làm việc dưới 700
o
C, việc truyền nhiệt từ dây
ñốt ñến vật gia nhiệt chủ yếu là do hiện tượng dẫn nhiệt và ñối lưu. Trong
các lò có nhiệt ñộ cao hơn 700
o
C thì việc truyền nhiệt chủ yếu do bức xạ.
ðồ án môn Trang Bị ðiện
13

ðể dễ dàng nghiên cứu phân tích ta giả thiết rằng tổn thất qua vỏ lò bằng
0 và dây ñốt là một lá mỏng bao kín vật gia nhiệt, nghĩa là coi diện tích tỏa
nhiệt của dây bằng diện tích xung quanh vật gia nhiệt. Trong ñiều kiện ñó,
phương trình trao ñổi nhiệt bức xạ giữa dây ñốt (lý tưởng) và vật gia nhiệt sẽ
là:
dd
vdd
qdS
F
TT
CP ])

100
()
100
[(
44
−=
ε
, [W] (1-13)
trong ñó:
P - là công suất lò, [W];
C
S
- là khả năng bức xạ của vật ñen tuyệt ñối;
C
S
= 5,7 W/m
2
, (K)
4
;
T
dd
– là nhiệt ñộ dây ñốt, [K];
T
V
– là nhiệt ñộ vật gia nhiệt, [K];

qd
ε
- là hệ số bức xạ nhiệt quy ñổi;

1
11
1
−+
=
Vdd
qd
εε
ε

trong ñó:
dd
ε
và
V
ε
là các hệ số bức xạ nhiệt (ñộ ñen) của vật liệu làm dây
ñốt và vật liệu làm vật gia nhiệt.
Từ (6-13) ta có thể xác ñịnh mật ñộ công suất dây ñốt:
],)
100
()
100
[(
44
Vdd
qdS
dd
dd

TT
C
F
P
W −==
ε
][
2
m
W
(1-14)
Hay: W
dd
=
Sqd
W
ε

với: ],)
100
()
100
[(
44
Vdd
SS
TT
CW −= ][
2
m

W
(1-15)
W
S
gọi là mật ñộ công suất trao ñổi nhiệt giữa 2 vật ñen tuyệt ñối. Giá trị
W
S
phụ thuộc vào nhiệt ñộ của vật gia nhiệt.

ðồ án môn Trang Bị ðiện
14

CHƯƠNG 2:
THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIA NHIỆT CHO DÂY CHUYỀN
Trong dây chuyền sản xuất nhựa thì phần lớn các quá trình gia nhiệt
thường ñược thực hiện trên máy ép ñùn.
Máy ép ñùn là nơi tạo ra các sản phẩm nhựa từ các hạt nhựa và phụ gia.
Vỏ máy ñược cấu tạo bởi hai lớp kim loại, bên trong ñược thiết kế bằng kim
loại chống mài mòn cao. Trên thân máy có các rãnh ñể nắp các vòng gia
nhiệt. Gồm có 16 băng nhiệt: theo [9]
+ Trên xilanh: 9 băng nhiệt,
+ Cổ nối: 1 băng nhiệt;
+ ðầu hình: 5 băng nhiệt;
+ Trục vít: 1 băng nhiệt.
Trên thân các băng nhiệt có lỗ ñể cắm các sensor nhiệt và các ñầu dây cấp
nguồn cho ñiện trở nhiệt.
Nguồn ñiện cấp cho các ñiện trở nhiệt là 220V. Các băng gia nhiệt ñược
bảo vệ bằng cầu chì
Nhiệt ñộ nóng chảy của nhựa là 180
o

C.
2.1. Thiết kế hệ thống gia nhiệt:
Sơ ñồ khối: Hình 2.1.






Hình 2.1: Sơ ñồ khối hệ thống gia nhiệt
Bộ phận
ghép nối
giữa máy
tính với hệ
thống
Máy tính
Hệ thống gia
nhiệt
ðồ án môn Trang Bị ðiện
15

Dùng máy tính với các tài nguyên như cổng LPT hoặc cổng COM ñể ñiều
khiển và giám sát hệ thống gia nhiệt thông qua bộ phận ghép nối.
2.2. Tính toán dây ñốt:
* Dựa vào phần lý thuyết trình bày trên mục 1.6 ta ñi tính toán dây ñốt cho
lò nhiệt.
* Chọn vật liệu làm dây ñốt là Cr-Ni có tiết diện tròn có thông số cho như ở
bảng 1.1: d = 1mm, ñiện trở suất
ρ
= 1.15*10

-6

m
Ω
.
S = ==
−62
10**
4
1
**
4
1
ππ
d 0,785*10
-6
(m
2
).
C =
00314,0001,0*14,3*
=
=
d
π
(m).
* Xuất phát từ năng suất lò, ta tính ra công suất lò tiêu thụ từ lưới ñiện. Năng
suất lò:
t
M

A = , [
s
kg
]
trong ñó: M = 100 (kg);
t = 2 giờ = 7200 (s).
 0138,0
7200
100
==A (
s
kg
)
* Nhiệt lượng hữu ích cần cấp cho vật gia nhiệt:
Q
hi
= M. c. (t
2
o
– t
1
o
), [J]
trong ñó:
c = 7368 J/kg.ñộ theo bảng 1.114: nhiệt dung riêng trong bình của một số
vật liệu rắn [3] (trang 162).
t
1
o
= 30

o
C; t
2
o
= 180
o
C.
Q
hi
= 100*7368*(180 – 30 ) = 110531520 (J)
* Công suất hữu ích của lò:
P
hi
= 6,15351
7200
110531520
==
t
Q
hi
(W)
ðồ án môn Trang Bị ðiện
16

* Công suất lò:
P
lò
= 5,19189
8,0
6,15351

==
η
hi
P
W
trong ñó:
η
= 0,8.
* Công suất ñặt của thiết bị:
P = k.P
lò
= 1,3*19189,5 = 24946,35 W
trong ñó: k = 1,3.
* Với lò có số pha ñối xứng, công xuất một pha sẽ là: (m = 3)
P
ph
= 45,8315
3
35,24946
==
m
P
W.
* Ta có thể tính ñược ñộ dài thanh dẫn là:
m
P
SU
L
ph
ph

973,3
45.8315*10*1.15
10*0,785*220
*
*
6-
-62
2
===
ρ

2.3. Thiết kế hệ thống ghép nối:
* Mạch ñộng lực ñược ñiều khiển bằng Triac:
Dùng TCA785 ñể ñiều khiển dòng chảy qua Triac, tương ứng dòng qua
ñiện trở nhiệt cũng thay ñổi và nhiệt lượng sinh ra cũng thay ñổi.
Dưới ñây là sơ ñồ mạch ñiều khiển Triac dùng TCA785 ñể ñiều khiển hệ
thống gia nhiệt. Hình vẽ 2.2.
ðồ án môn Trang Bị ðiện
17


Hình 2.2: Dùng triac ñiều khiển gia nhiệt.
ðầu vào ñiều khiển TCA785 ñược ñiều khiển bằng cổng COM qua bộ
phận ghép nối. Bằng việc thay ñổi ñiện áp nối vào ñiều khiển ở chân số 11
của TCA785 từ 0 – 5V ta có thể thay ñổi ñược góc mở của Triac từ 0 – 180
0
.
Dưới ñây là sơ ñồ mạch ñiều khiển TCA785 ghép nối với cổng COM
(hình 2.3).
ðồ án môn Trang Bị ðiện

18


Hình 2.3: Sơ ñồ mạch ñiều khiển TCA785 ghép nối với cổng COM.
Sơ ñồ trên hình 2.3 là sơ ñồ ghép nối với 1 kênh là Xilanh. Với các kênh
trục vít, ñầu hình, cổ nối ghép nối tương tự.
Ta có thể dùng sơ ñồ sử dụng vi xử lý 8051 ñể ñiều khiển thiết bị gia nhiệt
bằng cách nhận tín hiệu ñặt từ máy tính xuất ra các cổng P0, P1, P2, P3 rồi
qua 4 con DAC AD7524 xuất tín hiệu ñiều khiển vào 4 con TCA 785. Sơ ñồ
này thuận tiện hơn sơ ñồ 2.3 nên ta sẽ dùng cho ñồ án này.
ðồ án môn Trang Bị ðiện
19

GND
DTR
TxD
RxD
DCD
RI
CTS
RTS
DSR
COM
R1IN
T2OUT
Vcc
V+
R1OUT
T2IN
C2+

C2-
GND
V-
C1-
C1+
Max 232
Vcc Vcc
RST
GND
RxD
TxD
XTAL2
XTAL1
Vcc
P0
P1
P2
P3
1uF
10K
AT89S51
1uF
1uF
11.0592 MHz
DB0
DB1
DB2
DB3
DB4
DB5

DB6
DB7
Vdd
REF
RFB
OUT1
OUT2
/CS
GND
AD 7524
/WR
A (0-5V)
5V

Hình 2.4: Sơ ñồ mạch ñiều khiển dùng 8051
Nguồn 5V ñược tạo từ mạch sau:
7805
Vcc
1000uF
220V

Hình 2.5: Mạch tạo nguồn Vcc = 5V
* Hoạt ñộng của sơ ñồ 2.2 và 2.3:
ðầu ra A của khuếch ñại thuật toán nối với chân 11 của TCA785.
Sử dụng chân DTR ñể xuất tín hiệu ñiều khiển chọn kênh ñiều khiển. Ta
có 4 kênh ñiều khiển là: kênh xilanh, trục vít, ñầu hình, cổ nối.
Sử dụng chân TxD ñể ñiều khiển giá trị gia nhiệt cho các kênh. Dữ liệu từ
chân TxD khi có lệnh xuất ra từ giao diện ñiều khiển ñược truyền tới chân
RRI của CDP6402, ñây là một IC dùng ñể chuyển từ dữ liệu nối tiếp thành
dạng dữ liệu song song. Tín hiệu ra ở cổng COM là 12V do vậy mà ta phải

ñưa nó qua ñiện trở 10K và diode zenne 4.7V ñể chuyển tín hiệu về dạng
tương thích với ñầu vào 5V của CDP6402. Dữ liệu song song sẽ ñược truyền
qua các chân dữ liệu của ADC7524. ðây là IC chuyển ñổi tín hiệu từ số sang
ðồ án môn Trang Bị ðiện
20

tương tự. Tại ñây khi có tín hiệu thấp ở chân /WR thì tín hiệu sẽ ñược
chuyển sang dạng tương tự ở chân ñầu ra A có giá trị từ 0 – 5V.
Tín hiệu từ chân A này sẽ ñược ñưa tới chân số 11 của TCA785.
Tín hiệu ở chân DTR dùng ñể lựa chọn chíp. Tương tự tín hiệu này cũng
ñược chuyển tới các chân A, B, C của CDP6402. ðầu ra của CDP6402 ñược
ñưa tới 74HC138. ðây là một IC giải mã ñịa chỉ. Với mỗi tổ hợp logic ở 3
chân A, B, C ta sẽ có 1 ñầu ra Y
i
ở mức thấp. Tín hiệu thấp ở chân Y
i
này
ñược ñưa tới chân /WR của CDP6402 ñể chọn chế ñộ hoạt ñộng.
* Mạch giám sát nhiệt ñộ từ các kênh ñưa về máy tính:
Trong sơ ñồ này sử dụng IC LM34 ñể cảm biến nhiệt ñộ ñưa về máy tính.
Tín hiệu ra của LM34 là chân số 1, có ñộ phân dải là 10mV do vậy ñược ñưa
tới mạch khuếch ñại bằng khuếch ñại thuật toán ñể tín hiệu ñưa về có thể
tương thích với các IC phía sau và giảm ảnh hưởng của nhiễu.
Trên hình 2.6 thể hiện mạch cảm biến nhiệt ñộ.

Hình 2.6: Mạch cảm biến nhiệt ñộ lấy từ các kênh.
ðồ án môn Trang Bị ðiện
21

Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật của họ LM34

Ta có 2 cách ñể ñưa nhiệt ñộ từ cảm biến về máy tính ñể phục vụ cho quá
trình ñiều khiển, ta dùng cách 2 là ghép nối qua cổng COM.
Cách thứ nhất là dùng sơ ñồ ghép nối với cổng LPT ñể lấy tín hiệu nhiệt
ñộ từ các kênh về máy tính ñể tiến hành giám sát quá trình gia nhiệt và ñiều
khiển.
SEL
PE
BUSY
ACK
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
STOBE
25
24
23
22
21
20
19
18
SELIN
INIT
ERR
AF

LPT
ADC 0809
CLK
Vref(+)
Vref(-)
START
ALE
A
B
C
Vcc
GND
OE
EOC
2-1
2-2
2-3
IN0
2-4
2-5
2-6
2-7
2-8
IN1
IN2
IN3
IN4
IN5
IN6
IN7

GND
SENSOR
SENSOR
SENSOR
SENSOR
5V
5V
0V
0V

Hình 2.7: Ghép nối với LPT

ðồ án môn Trang Bị ðiện
22

+ Hoạt ñộng của mạch hình 2.7:
Các tín hiệu ñưa về từ cảm biến LM314 từ 4 kênh ñược ñưa về ñầu vào
analog IN0, IN1, IN2, IN3 của IC ADC0809. ADC0809 là một IC chuyển
ñổi tín hiệu tương tự sang số, gồm có 8 ñầu vào số ñược lựa chọn bằng các
chân ñịa chỉ A, B, C và có 8 ñầu ra số song song D0, , D7.
Các chân từ D0 – D7 của ADC ñược ñưa về các chân D0– D7 của cổng LPT
Hai chân 1 và 14 (Strobe, AF) của cổng LPT ñược nối với các chân chọn ñịa
chỉ A, B của ADC0809 ñể chọn ñầu vào Ini (i = 0 – 3).
Cách thứ hai là dùng ghép nối qua cổng COM ñưa tín hiệu về chân RxD
ñể phục vụ cho quá trình ñiều khiển. Vì thế ta phải dùng con vi xử lý 89S51
ñể ñiều khiển tín hiệu ñưa về của 4 kênh cần gia nhiệt. Sơ ñồ như sau:
ADC 0809
CLK
Vref(+)
Vref(-)

START
ALE
A
B
C
Vcc
GND
OE
EOC
2-1
2-2
2-3
IN0
2-4
2-5
2-6
2-7
2-8
IN1
IN2
IN3
IN4
IN5
IN6
IN7
GND
DTR
TxD
RxD
DCD

RI
CTS
RTS
DSR
COM
R1IN
T2OUT
Vcc
V+
R1OUT
T2IN
C2+
C2-
GND
V-
C1-
C1+
Max 232
Vcc
Vcc
RST
GND
RxD
TxD
XTAL2
XTAL1
Vcc
P0.0
P0.1
P2.0

P2.1
P2.2
P2.3
1uF
10K
AT89S51
1uF
1uF
11.0592 MHz
P2.4
P2.5
P2.6
P2.7
P2.7
P2.6
P2.5
P2.4
P2.3
P2.2
P2.1
P2.0
SENSOR
SENSOR
SENSOR
SENSOR

Hình 2.8: Ghép nối với cổng COM
Tín hiệu từ cảm biến ñưa về chân INO – IN3 ñược chọn ñịa chỉ từ P0.0 và
P0.1 của vi xử lý 8051, lúc ñó dữ liệu ñược ñưa về chân P2 của 8051 và
truyền qua chân TxD ñến cổng COM

ðể thực hiện ñược ñiều này ta phải có mạch nạp chương trình cho vi xử lý
8051, mạch này có thể mua ở ngoài thị trường và dùng chương trình ISP-30a
ñể nạp cho 8051. Sơ ñồ mạch nạp như sau:
ðồ án môn Trang Bị ðiện
23


Hình 2.9: Sơ ñồ mạch nạp cho 8051














ðồ án môn Trang Bị ðiện
24

CHƯƠNG 3:
VIẾT CHƯƠNG TRÌNH VÀ GIAO DIỆN ðIỀU KHIỂN VÀ GIÁM
SÁT CHO CÁC ðỐI TƯỢNG GIA NHIỆT
3.1. Giao diện chương trình:
Sử dụng phần mềm Visal Basic 6.0 ñể thiết kế giao diện ñiều khiển cho 4

ñối tượng cần gia nhiệt


Hình 3.1: Giao diện ñiều khiển
3.2. Code lệnh:
Dim dk1 As Byte, dk2 As Byte, dk3 As Byte, dk4 As Byte
Dim t1 As Integer, t2 As Integer, t3 As Integer, t4 As Integer
Dim t_ph1 As Integer, t_ph2 As Integer, t_ph3 As Integer, t_ph4 As Integer
Dim t11 As Integer, t22 As Integer, t33 As Integer, t44 As Integer

Private Sub Command1_Click()
Call vepic1
End Sub

Private Sub Command2_Click()
ðồ án môn Trang Bị ðiện
25

Call vepic2
End Sub

Private Sub Command3_Click()
Call vepic3
End Sub

Private Sub Command4_Click()
Call vepic4
End Sub

Private Sub Command5_Click()

If Text1 >= 0 And Text1 <= 250 Then
t1 = Text1
Else
MsgBox "Nhap lai nhiet do dat", 64, "Thong bao"
Text1 = " "
End If
If dk1 = 0 Then
dk1 = 1
Command5.Caption = "Stop"
Timer1.Enabled = True
Timer2.Enabled = True
Picture1.Line (0, 0)-(t11, t_ph1)
Else
dk1 = 0
Command5.Caption = "Gia nhiet"
Timer1.Enabled = False
Timer2.Enabled = False
End If
End Sub

Private Sub Command6_Click()
If Text3 >= 0 And Text3 <= 250 Then
t2 = Text3
Else
MsgBox "Nhap lai nhiet do dat", 64, "Thong bao"
Text3 = " "
End If
If dk2 = 0 Then