BTL KỸ THUẬT ĐKTĐ HCMUT

ĐẠI HỌC QUỐC GIA
ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HỒ CHÍ MINH


BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN
MÔN KĨ THUẬT ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

HỆ THỐNG SẤY KHÔ HẠT NGÔ

Danh sách thành viên:

Nguyễn Thành Hải
Đặng Quốc Đại
Lê Khắc Nam
Nguyễn Nguyên Long
Nhóm 13

Giáo viên hướng dẫn:

ThS. Võ Anh Huy

2013075
2012901
2013817
2013660
L05

TP. HCM, Ngày 13 tháng 12 năm 2023


MỤC LỤC

MỤC LỤC..................................................................................................................... 2
PHẦN NỘI DUNG........................................................................................................7
I. Phương pháp thực hiện.......................................................................................7
1. Tự động hóa trong cơng nghiệp.....................................................................7
2. Phương pháp Ziegler Nichols.........................................................................8
3. Bộ điều khiển PID...........................................................................................8
4. Thu thập thơng tin bài tốn..........................................................................10
5. Các u cầu sấy ngơ và ứng dụng mơ hình hóa q trình sấy...................12
5.1. Các u cầu sấy ngơ.................................................................................12
5.2. Ứng dụng mơ hình hóa q trình sấy.......................................................13
II. Thiết kệ hệ thống điều khiển...........................................................................15
1. Bộ điều khiển (Controllers)..........................................................................15
1.1. Tổng quan................................................................................................15
1.2. Cấu tạo của bộ điều khiển nhiệt độ..........................................................17
1.3. Nguyên lý hoạt động của bộ điều khiển nhiệt độ.....................................17
1.4. Các chế độ điều khiển của bộ điều khiển.................................................18
1.4.1. Điều khiển PID...................................................................................18
1.4.2. Kiểm soát điều khiển ON/OFF (bật/tắt).............................................19
1.4.3. Kiểm soát nhiệt độ theo tỷ lệ..............................................................19
1.5. Các kiểu điều khiển của bộ điều khiển.....................................................19
1.5.1. Bộ điều khiển nhiệt độ theo chương trình..........................................19
1.5.2. Bộ điều khiển nhiệt độ kết nối với máy tính thơng qua truyền thông
RS485..........................................................................................................20
1.5.3. Bộ điều khiển nhiệt độ dạng DIN Rail...............................................20


1.6. Ưu điểm của bộ điều khiển nhiệt độ.........................................................21
1.7. Ứng dụng của bộ điều khiển....................................................................21
2. Cơ sở lý thuyết...............................................................................................22
3. Thiết kế bộ điều khiển...................................................................................25

3.1. Cấu tạo của hệ thống................................................................................25
3.1.1. Cảm biến nhiệt độ (can nhiệt)............................................................25
3.1.2. Bộ điều khiển nhiệt độ lò sấy, bộ hiển thị nhiệt độ............................25
3.1.3. Bộ điều khiển trung tâm.....................................................................26
3.1.4. Phần mềm giám sát nhiệt độ lò sấy....................................................26
3.2. Ngun tắc hoạt động của hệ thống.........................................................27
3.3. Mơ hình tốn học lò nhiệt........................................................................28
3.2. Giải pháp đề xuất.....................................................................................29
4. Kết quả...........................................................................................................33
III. Kết quả............................................................................................................. 36
KẾT LUẬN.................................................................................................................39
TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................40


TỔNG QUAN
“Hệ thống sấy khơ hạt ngơ” trình bày kết quả thiết kế bộ điều khiển PID để phân
tích nhiệt độ và độ ổn định bằng các kỹ thuật khác nhau. Lý thuyết điều khiển được sử
dụng để sấy hạt ngô, nhằm cải thiện chất lượng hạt ngô, ngăn chặn sự phát triển của
nấm mốc và sự thối rữa của hạt ẩm bên cạnh côn trùng. Mọi hoạt động gây hư hạt hạt
mạnh lên và phát triển nhanh hơn trong điều kiện hạt ấm và ẩm tạo điều kiện cho nấm
phát triển. Bài viết gồm 3 phần bao gồm cơ sở lý thuyết, các đặc điểm của hệ thống
PID và mô phỏng lại các hàm cũng như các thông số đã thiết lập bằng phần mềm
MATLAB.
LỜI NĨI ĐẦU
Q trình sấy khô hạt ngô không chỉ là một bước quan trọng trong chuỗi sản xuất
thực phẩm mà cịn đóng vai trị vơ cùng to lớn và thiết yếu. Việc duy trì và kiểm soát
chặt chẽ hàm lượng nước trong hạt là một yếu tố không thể bỏ qua. Sấy khô không chỉ
nhằm ngăn chặn sự nảy mầm của hạt giống mà cịn giúp giảm hàm lượng nước xuống
mức khơng cho phép vi khuẩn và nấm mốc phát triển, từ đó tránh được sự hỏng hóc
của sản phẩm.

Hiểu biết rõ ràng về q trình sấy khơ như một phương pháp điều chỉnh hạt
thơng qua việc loại bỏ nước đến mức có thể đạt được sự cân bằng với môi trường xung
quanh, không chỉ bảo tồn hình dáng bên ngồi của hạt mà cịn duy trì các đặc tính dinh
dưỡng quan trọng, bao gồm chất lượng dinh dưỡng và khả năng sinh trưởng của hạt
giống.
Việc duy trì sự ổn định về mặt ngoại hình của sản phẩm khơng chỉ tạo ra ấn
tượng tích cực đối với người tiêu dùng mà còn giữ được giá trị dinh dưỡng, góp phần
quan trọng vào việc bảo vệ và duy trì khả năng sống của hạt giống. Điều này không
chỉ làm tăng giá trị thẩm mỹ mà cịn đảm bảo tính bền vững của chuỗi cung ứng thực
phẩm, đóng góp vào sự an tồn và chất lượng của nguồn lương thực dành cho con
người, đặc biệt là trong bối cảnh đòi hỏi nâng cao tiêu chuẩn vệ sinh và an toàn thực
phẩm trong thế giới ngày nay.


Vì lý do trên nên vơ cùng cấp thiết trong việc thiết kế và điều chỉnh tính ổn định
của bộ điều khiển PID để đảm bảo có được hạt ngơ chất lượng có thể bảo quản trong
thời gian dài hơn, loại bỏ các tạp chất trong hạt ngô khi thu hoạch để có thể bảo quản
được hạt ngơ với khoảng thời gian lớn hơn 30 ngày.
Hiện nay, quá trình sấy khô hạt ngô được thực hiện theo cách thủ công khá đơn
giản, đặt hạt ngô trên mặt đất và chờ thời gian từ khoảng 3 đến 4 ngày tùy thuộc vào
số lượng hạt ngô đem phơi hoặc điều kiện của thời tiết. Bên cạnh đó, hạt ngơ khi đặt
dưới đất sẽ tiếp xúc với các yếu tố có hại như vi khuẩn, nấm mốc và côn trùng phát
triển dày đặc trong điều kiện môi trường như điều kiện môi trường trong khu vực tỉnh
Meta – Colombia, với độ ẩm tương đối khoảng 65 – 70%. Điều này ảnh hưởng đến
chất lượng của hạt ngơ, vì để có thể lưu trữ và bảo quản tốt thì hạt ngơ cần có độ ẩm
thấp hơn 14%, độ ẩm tương đối của môi trường lưu trữ không được lớn hơn 50%,
nhiệt độ không quá 18ºC và phải được đặt trong các túi có trọng lượng nhất định trên
các cột gỗ.
Mơ hình hóa và mơ phỏng máy tính cho q trình sấy khơ hạt ngơ đang được sử
dụng trong nghiên cứu hiện nay. Nhiều mô hình đã được đề xuất để mơ tả các q

trình truyền nhiệt và truyền khối lượng trong các loại máy sấy hạt ngô cơ bản: máy sấy
lớp cố định, luồng chéo, luồng đồng thời và luồng đối lưu. Các mô hình này cung cấp
khung cơ bản để hiểu và mơ tả cách mà nhiệt độ, độ ẩm, và các yếu tố khác như lưu
lượng khơng khí và tốc độ sấy khơ có thể ảnh hưởng đến hạt ngơ trong q trình sấy
khơ. Mơ hình này có thể giúp dự đốn hiệu suất và tối ưu hóa q trình sấy khơ, cũng
như thiết kế và điều chỉnh các máy sấy để đạt được kết quả mong muốn. Công cụ mô
phỏng máy tính này giúp nghiên cứu hiểu rõ hơn về cách các thay đổi trong điều kiện
sấy khơ có thể ảnh hưởng đến chất lượng và hiệu suất của quá trình này, cũng như
cung cấp các thông tin quan trọng để cải thiện quy trình sấy khơ hạt ngơ trong các ứng
dụng thực tế.
Theo S. Rafiee và các cộng sự [1], các điều kiện sấy khô ảnh hưởng đến chất
lượng của hạt đậu nành khơ. Do đó, việc mơ tả chính xác tốc độ sấy khô là cần thiết.
Trong nghiên cứu này, một phương trình hình thức yếu tố hữu hạn và giải pháp
phương trình truyền chuyển độ ẩm qua sự kết hợp được trình bày để cải thiện việc mơ


phỏng q trình sấy khơ của hạt giống có cấu trúc khơng đối xứng. Mơ hình truyền
chuyển độ ẩm Fick được giải quyết. Trong giai đoạn thực nghiệm, hạt đậu nành được
sấy khô, ở dạng lớp mỏng, ở nhiệt độ khơng khí từ 30, 40, 50, 60 và 70 ° C, được thực
hiện ba lần, với tốc độ khơng khí sấy cố định là 1 m/s.
Đối với C. W.Cao và các cộng sự [2], Trường Đại học Nông nghiệp Trung Quốc
đã đặt sự quan tâm lớn nhất vào việc nghiên cứu về sấy khơ hạt ngơ trong mơ hình hóa
tốn học và mơ phỏng máy tính của q trình sấy khô hạt ngô. Kể từ năm 1988, việc
mô phỏng các máy sấy hạt ngô dạng luồng cùng, luồng chéo và trộn đã được nghiên
cứu. Phần mềm được phát triển đã được sử dụng trong việc phân tích hiệu suất của các
máy sấy, thiết kế và tối ưu hóa các máy sấy hạt ngô mới và quản lý các máy sấy hiện
có.
Tài liệu này trình bày việc thiết kế và phân tích tính ổn định của một bộ điều
khiển PID, cho phép q trình sấy khơ hạt ngơ tn thủ các tiêu chuẩn về chất lượng
và sức khỏe. Điều này dựa trên cơ sở tham chiếu từ các loại ngô khác nhau có thể

được tìm thấy.
Bởi vì tầm quan trọng của ngô đối với nền kinh tế của các vùng phụ thuộc chủ
yếu vào việc trồng ngơ, việc có quy trình sấy khơ giúp giảm chi phí, gia tăng thời gian
bảo quản hạt ngô và tăng sản lượng các hạt ngô chuẩn với chất lượng và sự an toàn
cao là rất quan trọng.


PHẦN NỘI DUNG
I. Phương pháp thực hiện
1. Tự động hóa trong công nghiệp
Những năm gần đây, khái niệm tự động hóa, được định nghĩa là ứng dụng tự
động hóa để kiểm sốt các quy trình cơng nghiệp, đã phát triển nhanh chóng vì nó có
thể cải thiện hoạt động của quy trình sản xuất, bên cạnh chất lượng hàng hóa được sản
xuất, đảm bảo cho các công ty đạt được mục tiêu. mục tiêu của họ với hiệu suất tối ưu.
Việc tự động hóa trong ngành cho đến những năm 70 chỉ được thực hiện trên cơ
sở rơle, sử dụng cái được gọi là logic có dây, nhưng từ những năm này, Tự động hóa
có thể lập trình (PLC) bùng nổ, chuyển sang logic được lập trình.
Các phiên bản và mẫu PLC đầu tiên đắt tiền, khó lập trình, bộ nhớ tương đối ít và
hầu như khơng có các yếu tố ngoại vi. Vào những năm 80, những công nghệ này đã
được cải thiện cả về giá cả lẫn lợi ích, nhưng ngay cả việc lập trình cũng khó thực
hiện, điều đó có nghĩa là chỉ một nhóm nhỏ chuyên gia được đào tạo để đưa nó vào sử
dụng và bảo trì.
Một hệ thống tự động được tạo thành từ các phần tử hoặc công cụ được sử dụng
để đo các biến số vật lý, thực hiện các hành động điều khiển và truyền tín hiệu. Trong
tất cả các quy trình, điều cần thiết là phải kiểm sốt và duy trì một số lượng nhất định
khơng đổi.
Từ điển của Học viện Real Spanish Academy định nghĩa Tự động là môn học
liên quan đến các phương pháp và thủ tục với mục đích là thay thế người vận hành con
người bằng người vận hành nhân tạo trong việc thực hiện một nhiệm vụ thể chất hoặc
tinh thần đã được lập trình trước đó.

Một trong những khía cạnh quan trọng của cơng việc hiện tại bao gồm tự động
hóa dựa trên bộ điều khiển PID được triển khai trong PLC, vì điều này, nó đã được
chọn để sử dụng phương pháp loại tiến hóa, được chia thành ba giai đoạn: Phân tích,
Thiết kế và Thử nghiệm. Phương pháp này cũng cho phép bạn quay lại giai đoạn trước
đó nếu phát hiện thấy bất kỳ sự không nhất quán hoặc lỗi nào hoặc nếu muốn cải thiện
một số khía cạnh của hệ thống.


Hệ thống giao diện giữa người dùng và nhà máy dựa trên các bảng điều khiển có
đầy đủ đèn báo, dụng cụ đo lường và nút ấn đang được thay thế bằng các hệ thống kỹ
thuật số thực hiện bảng điều khiển trên màn hình máy tính hoặc màn hình cảm ứng.
Việc điều khiển trực tiếp được thực hiện bởi bộ điều khiển tự động kỹ thuật số và/hoặc
máy tự động lập trình và chúng được kết nối với máy tính thực hiện chức năng đối
thoại với người vận hành.
2. Phương pháp Ziegler Nichols
Phương pháp Ziegler-Nichols là một phương pháp được sử dụng trong điều khiển
tự động để đạt được các thông số điều khiển cho hệ thống. Phương pháp này được đặt
tên theo hai kỹ sư điều khiển tự động người Mỹ, John G. Ziegler và Nathaniel B.
Nichols.
Phương pháp Ziegler-Nichols đề xuất một quy trình thử nghiệm để xác định các
thông số quan trọng của bộ điều khiển PID (Proportional-Integral-Derivative) còn
được gọi với cái tên khác là điều khiển tuyến tính, gồm có hằng số tỷ lệ ( K p ), hằng số
tích phân ( K i), và hằng số đạo hàm ( K d ). Các bước thử nghiệm này thường bao gồm
tăng dần độ trễ thời gian (gain) cho đến khi hệ thống trở nên không ổn định, sau đó sử
dụng dữ liệu này để tính tốn các hằng số PID.
Phương pháp Ziegler-Nichols thường được áp dụng trong các hệ thống điều
khiển tự động để cải thiện hiệu suất và ổn định của hệ thống.
Đặc điểm của phương pháp:
1. Là phương pháp thực nghiệm để xác định các tham số của bộ điều khiển PID
2. Rất thuận tiện khi mơ hình tốn học của đối tượng chưa biết trước

3. Đáp ứng nhận được có độ quá điều chỉnh khoảng 25%
3. Bộ điều khiển PID
Bộ điều khiển PID là một bộ điều khiển rất phổ biến trong công nghiệp. Phương
pháp thông dụng để chỉnh định bộ điều khiển này là giải thuật Ziegler-Nichols. Tuy
nhiên, do ảnh hưởng của nhiễu và sai số của thiết bị đo mà phương pháp này khó có
thể đạt được giá trị tối ưu cho các hệ số K p , K d và K i của bộ điều khiển PID.


Mọi hệ thống điều khiển PID hầu hết đều bao gồm các thành phần sau:
+ Thiết bị điều khiển (bộ điều khiển PID, PLC…)
+ Cơ cấu điều khiển (van gia nhiệt hoặc động cơ, biến tần…)
+ Thiết bị phản hồi (cảm biến nhiệt độ, cảm biến áp suất, cảm biến lưu lượng…)
Mọi thiết bị trong hệ thống này đều có sự liên kết chặt chẽ với nhau tạo nên một
vòng điều khiển khép kín.
Thơng số PID
Điều khiển PID có 3 khâu: Khâu tỉ lệ, khâu tích phân và khâu vi phân.
Khâu tỉ lệ (P – controller) làm thay đổi giá trị đầu ra tỉ lệ với giá trị sai số hiện
tại. Khâu tỉ lệ với chức năng làm thay đổi giá trị đầu ra đến giá trị mong muốn. Tuy
nhiên trong thực tế thì sẽ khơng bao giờ đặt được đến giá trị mong muốn. Nó ln có
sai lệch một chút so với giá trị mong muốn.
Khâu tích phân (I – controller) cộng dồn các sai số trong quá khứ. Khâu này tỉ lệ
với biên độ sai số và thời gian xảy ra sai số. Với khâu tích phân nó cho thời gian đáp
ứng của hệ thống nhanh hơn.
Khâu vi phân (D – controller) là vi phân của sai lệch. Nó đưa ra tín hiệu điều
khiển tỉ lệ với tốc độ thay đổi sai số. Nói đơn giản là nếu tốc độ thay đổi của hệ thống
quá nhanh thì khâu vi phân sẽ giảm tốc độ đó xuống. Nói chung khâu vi phân sẽ làm
dao động của hệ thống tắt dần theo thời gian.
Nếu bỏ tích phân và vi phân đi thì vẫn có thể điều khiển được. Tuy nhiên sẽ có
sai số khi điều khiển tỉ lệ. Thêm vào khâu tích phân cho ra hệ thống giảm sai số. Thêm
vào khâu vi phân sẽ tăng thời gian đáp ứng và giảm dao động.

Sau đây, bài báo cáo sẽ trình bày các yếu tố liên quan cho sự phát triển của hệ
thống này, phần đầu là thu thập thông tin, bao gồm đặc điểm của q trình bảo quản,
sau đó phân tích quy trình sấy ngơ để giới thiệu những đặc điểm, ưu điểm mà bộ điều
khiển có trong ngành, đặc biệt là bộ điều khiển PID và kết thúc với việc thiết kế bộ
điều khiển dựa trên phương pháp Ziegler Nichols.


4. Thu thập thơng tin bài tốn
Đầu tiên, việc thu thập thông tin được thực hiện, bao gồm tất cả các chủ đề liên
quan đến nền tảng lý thuyết cần thiết cho việc phát triển dự án, bằng cách này, chúng
ta có điểm khởi đầu để chuyển sang giai đoạn tiếp theo.
Khi đã biết các khía cạnh cần thiết để xác định các đặc tính của bộ điều khiển
PID, nó sẽ được tiến hành thiết kế.
Khi bảo quản bao ngô, nên đặt bao tải trên các pallet hoặc pallet gỗ để có thể xử
lý tốt hơn và tránh để bao bì tiếp xúc với mặt đất.
Kích thước của bao tải nơi bảo quản ngô là cao 80 cm, rộng40 cmvà dài 30 cm, và
kích thước của kho là 5 m× 5,5 m, nơi không gian được phân bố như trong hình 1.
Những thơng sốt này rất quan trọng để tính tốn dung lượng lưu trữ.

Hình 1: Kích thước của kho lưu trữ
Kho lưu trữ được chia làm hai phần, chừa lại một hành lang rộng một mét như
Hình 1, khơng gian được bố trí thơng thống. Trong trường hợp này, kích thước của 1
phịng lưu trữ được tính theo phương trình (1)
S1= b(1)
⇒ S1=4,8 ×2=9,6 m2

Trong đó:


S1 – diện tích của 1 phịng

a=4,8 m – chiều dài của phòng
b=2 m – chiều rộng của phòng

Để biết diện tích của mỗi túi ngơ, sử dụng phương trình (2).
S2=c × d
⇒ S2 =0,8 ×0,4=0,32 m2

Trong đó:
S2 – diện tích của 1 bao ngơ
c=0,8 m – chiều cao của bao ngô
d=0,4 m – chiều rộng của bao ngô

Số bao ngô trong một tiết diện gọi là n, được sử dụng phương trình (3) để trính tốn:
n=

S1
(3)
S2

n=

9,6
=30
0,32

Có 30 chiếc bao trong một phần của căn phịng, ngồi ra cịn có phần khác có
cùng kích thước, như vậy sẽ có 60 bao trong phòng. Nếu các bao được cất giữ trong
phòng ở độ cao 3 m và mỗi bao có độ dày 30 cm thì có 10 bao được cất, cái này chồng
lên cái kia, như vậy chúng ta có các thông số:
B – tổng số bao trong kho

X=

300
=10 bao – số bao chồng lên nhau.
30

Y =60 – số bao ở hai phịng hay số bao của kho (khơng tính chồng lên nhau)

Để tính tổng số túi, sử dụng phương trình (4).
B= X × Y (4 )
⇒ B=10 × 6=600


Tổng kết, có thể cất giữ 600 bao ngơ, mỗi bao chứa 50 kg , tổng cộng 30tấn được
lưu trữ trong căn phịng này.
Sau khi thực hiện các tính tốn trên thì các điều kiện vật lý của khơng gian lưu
trữ đã rõ ràng, các dữ liệu quan trọng cho việc thiết kế bộ điều khiển PID. Ngồi ra
cịn có số liệu liên quan đến số số bao ngô sẽ được hưởng lợi từ bộ điều khiển sẽ được
thiết kế.
5. Các u cầu sấy ngơ và ứng dụng mơ hình hóa q trình sấy
5.1. Các u cầu sấy ngơ
Sấy nhân tạo tạo ra sự biến đổi chính của hạt mà chúng ta gọi là sau thu hoạch và
đến lượt nó là quy trình cần được chú ý nhiều hơn để không ảnh hưởng đến chất lượng
của hạt. Mục tiêu cơ bản của nó là đảm bảo rằng trong q trình bảo quản, hạt giữ
được các đặc tính của nó càng lâu càng tốt.
Để làm được điều này, quá trình sấy hạt phải đáp ứng bốn yêu cầu:
 Giảm hàm lượng nước trong hạt.
 Tránh sự nảy mầm của hạt.
 Bảo toàn chất lượng tối đa của hạt.
 Đạt được độ ẩm không cho phép vi khuẩn và nấm phát triển và làm chậm đáng

kể sự phát triển của ve và cơn trùng.
Nó có thể được thực hiện bằng khơng khí tự nhiên hoặc khơng khí nóng, tuy
nhiên, nhiệt độ mà hạt đạt được trong quá trình sấy là điều cần thiết để xác định xem
nó có duy trì được chất lượng ban đầu hay không. Tất cả các phương pháp sấy khơ ngũ
cốc đều sử dụng đặc tính của khơng khí để hấp thụ độ ẩm từ các vật thể có chứa nước.
Điều kiện cơ bản để sấy hạt là mối quan hệ giữa độ ẩm của sản phẩm và độ ẩm
tương đối của khơng khí. Độ ẩm của khơng khí phải thấp hơn độ ẩm cuối cùng yêu
cầu. Một điều kiện quan trọng khác là nhiệt độ của không khí vì như chúng ta biết
khơng khí nóng làm hạt khơ nhanh hơn khơng khí lạnh.
Hầu như khơng thể làm khơ hạt hồn tồn vì hạt giữ được trung bình 10% độ ẩm.
Trong nhiều trường hợp, loại bỏ lượng nước cuối cùng này có thể làm hỏng hạt. Máy


sấy dòng chảy liên tục được sử dụng phổ biến nhất trong thương mại hiện nay. Trong
đó, hạt được đưa vào và thải ra liên tục hoặc không liên tục, với các phần sấy và làm
mát luôn đầy. Các hoạt động sấy và làm mát được thực hiện đồng thời và không bị
gián đoạn. Hạt chạy qua chúng từ trên xuống dưới và có thể được phân loại theo loại
dịng chảy.
 Máy sấy dòng hỗn hợp, còn gọi là máy sấy "trestle", bộ phận chính trong khu
vực sấy và làm mát là một bộ ống dẫn hình chữ V ngược, qua đó khơng khí
nóng hoặc lạnh lưu thơng.
 Dịng chảy ngang hay cịn gọi là “cột” có những cột thẳng hoặc những đường
gân để hạt chuyển động nhờ trọng lực; Các cột được hình thành bởi các bức
tường bằng tấm đục lỗ, khơng khí nóng (hoặc lạnh) đi qua theo chiều ngang
hoặc vng góc với độ dày của cột.
Trong giai đoạn sấy khô, mối tương quan giữa các biến số của quy trình để giải
thích các hiện tượng liên quan và cho phép đưa ra kết luận nhằm tối ưu hóa mức tiêu
thụ năng lượng trong các quy trình này. Để đáp ứng mục tiêu này, dự án đề xuất một
cách tiếp cận có hệ thống đối với vấn đề cho phép hạn chế dần dần cách giải thích theo
kinh nghiệm.

5.2. Ứng dụng mơ hình hóa q trình sấy
Mơ hình hóa và mơ phỏng máy tính q trình sấy hạt hiện đang được sử dụng
rộng rãi trong nghiên cứu. Nhiều mơ hình đã được đề xuất để mơ tả q trình truyền
nhiệt và truyền khối trong các loại máy sấy đối lưu cơ bản: tầng cố định, dòng chảy
chéo, dòng chảy đồng thời và dòng chảy ngược dòng.
W.Jittanitt (1) đã nghiên cứu ảnh hưởng của việc sấy khô hạt lúa mì, gạo và ngơ
trong hai giai đoạn, sử dụng khả năng nảy mầm làm thước đo chất lượng. Giai đoạn
đầu tiên được nghiên cứu ở nhiệt độ khơng khí từ 40 – 80 ℃ , giai đoạn 2 nhiệt độ
18−30℃ , độ ẩm tương đối 60-70%.

GS Mittal (2) và một người khác mô tả việc phát triển và xác nhận mơ hình mơ
phỏng q trình sấy ngơ trong điều kiện Ontario. Họ dự đoán đặc điểm độ ẩm của hạt


ở các độ sâu khác nhau. Để nghiên cứu hiệu suất của hệ thống, các bản ghi thời gian
hàng giờ từ Toronto và London đã được sử dụng trong giai đoạn 1965-1978.
Qiang Liu (3) và những người khác đã phát triển một quy trình đơn giản hóa để
tính tốn cơng suất của máy sấy ngũ cốc theo mẻ và dòng ngang bằng cách đưa ra một
số giả định đơn giản hóa nhất định trong các phương trình truyền khối và truyền nhiệt.
Việc tính tốn chỉ u cầu một máy tính cầm tay và biểu đồ đo tâm lý.
Dữ liệu công suất máy sấy được tính tốn bằng quy trình mới nằm trong khoảng
± 10 % so với dữ liệu thu được bằng thực nghiệm hoặc tính tốn bằng mơ phỏng máy

tính. Phương pháp này cung cấp một quy trình đơn giản và nhanh chóng để dự đốn
ảnh hưởng của nhiệt độ sấy và tốc độ dịng khí đến cơng suất máy sấy.
Trên thực tế, các điều kiện tiên quyết dẫn đến việc xây dựng kiến thức dựa trên
mơ hình động được biết là hiếm khi tương thích với tốc độ tính tốn của máy vi tính.
Sau đó, những nỗ lực đáng kể đã được thực hiện ở bốn cấp độ: liên kết chất lượng và
mơ hình sấy khơ; các giả định để đơn giản hóa độ phức tạp của các phương trình; cách
tiếp cận ngăn cách để hạn chế số lượng phương trình; phương pháp bước linh hoạt mới

để tích hợp số; phương pháp tích hợp cụ thể mới cho trạng thái ổn định có tính đến sự
tuần hồn khơng khí và tối ưu hóa độ ẩm cuối cùng. So sánh giữa mô phỏng và kết quả
công nghiệp đã cho thấy sự phù hợp tốt. Các nhà sản xuất máy sấy ngũ cốc quan trọng
nhất của Pháp đã mua phần mềm này.


II. Thiết kệ hệ thống điều khiển
1. Bộ điều khiển (Controllers)
1.1. Tổng quan
Trong q trình kiểm sốt các biến số như nhiệt độ, áp suất, lưu lượng hoặc mức
chất lỏng, cần phải duy trì các giá trị mong muốn của chúng để đảm bảo sự ổn định và
an toàn của quá trình này. Điều này được thực hiện bằng cách sử dụng các thiết bị (bộ
điều khiển) được thiết kế để phát triển một hành động đối với các độ lệch được quan
sát thấy trong giá trị của các điều kiện nói trên và yêu cầu ghép nối với cơ chế đo
lường và truyền tín hiệu (Cảm biến/Bộ truyền) của biến số q trình, và đó sẽ là nguồn
thơng tin cho hành động khắc phục cùng với một cơ chế thực thi khác của hành động
điều chỉnh do bộ điều khiển quyết định.

Hình 1: Các loại cảm biến nhiệt độ
Một bộ điều khiển tự động sẽ so sánh giá trị thực tế của đầu ra của một nhà máy
với đầu vào tham chiếu (giá trị mong muốn), xác định độ lệch và tạo ra tín hiệu điều
khiển sẽ giảm độ lệch về 0 hoặc về một giá trị nhỏ. Cách thức bộ điều khiển tự động
tạo ra tín hiệu điều khiển được gọi là hành động điều khiển.


Hình 2: Một số bộ điều khiển nhiệt độ
Điểm khác nhau
Điểm giống nhau

- Có khả năng đọc

được tín hiệu nhiệt độ
dạng nhiệt điện trở
RTD và can nhiệt
thermocouple
- Có thể xuất tín hiệu
Output 4-20mA
- Có thể hiển thị giá
trị nhiệt độ đo được

Bộ điều khiển nhiệt độ

Bộ hiển thị nhiệt độ

- Có khả năng điều chỉnh
nhiệt độ theo tín hiệu hồi tiếp
PID
- Tín hiệu ngõ ra relay và 420mA điều khiển các thiết bị
ngoại vi
- Tích hợp cả chương trình
điều khiển và hiển thị

- Bộ hiển thị đa năng có thêm
nhiều tuỳ chọn ngõ ra relay
và số led hiển thị
- Chỉ có thể đọc tín hiệu, xuất
tín hiệu 4-20mA tới PLC,
DCS
- Chức năng chính chỉ là hiển
thị giá trị đo của nhiệt độ
truyền về từ cảm biến

Bảng 1: So sánh bộ điều khiển nhiệt độ và hiển thị nhiệt độ
Hầu hết tất cả các bộ điều khiển công nghiệp đều sử dụng điện hoặc áp suất của
chất lỏng như khơng khí làm nguồn năng lượng. Các bộ điều khiển cũng có thể được
phân loại theo loại năng lượng mà chúng sử dụng trong hoạt động của mình, chẳng
hạn như lốp xe, thủy lực hoặc điện tử.
Để điều khiển các quá trình cơng nghiệp, các hệ thống điều khiển phân tán, máy
tính điều khiển hoặc sự kết hợp của cả hai được kết nối thơng qua các giao diện thích
hợp. Mặc dù các hệ thống được thiết kế để đạt được kết quả tốt nhất, cho dù trong sự
ổn định của quá trình hay để tối ưu hóa nó, thì yếu tố điều khiển cuối cùng vẫn cần
thiết để kiểm sốt dịng chảy của chất lỏng.


1.2. Cấu tạo của bộ điều khiển nhiệt độ
3 thành phần chính cấu tạo nên một bộ điều khiển nhiệt độ là:
Cảm biến: Với khả năng cảm nhận các biến đổi vật lý, hóa học, sinh học của
mơi trường, cảm biến trên đồng hồ điều khiển nhiệt có chức năng chính là đo lường
giá trị thực nhiệt độ, độ ẩm, lưu lượng,… và kiểm soát chúng. Những dữ liệu này được
cảm biến biến đổi thành các tín hiệu để gửi về bộ điều khiển.
Bộ điều khiển: Là nơi mà sẽ tiếp nhận và xử lý tín hiệu được truyền đi từ cảm
biến. Sau khi tiếp nhận tín hiệu, bộ điều khiển tiếp tục xuất tín hiệu đã qua xử lý đến
thiết bị điều khiển.
Thiết bị điều khiển: Tiếp nhận tín hiệu chỉ đạo từ bộ điều khiển và thực hiện
chính xác như những gì đã được lập trình trước đó.
Bộ điều khiển nhiệt tuy có kích thước nhỏ gọn nhưng lại đóng vai trị là đầu não
của q trình điều khiển. Cảm biến được xem là mắt và thiết bị điều khiển coi như là
chân tay của con người khi vận hành. 3 thành phần này phối hợp nhịp nhàng với nhau
để giúp bộ điều khiển nhiệt hoạt động một cách chính xác nhất.

Hình 3: Thành phần cơ bản của bộ điều khiển nhiệt độ

1.3. Nguyên lý hoạt động của bộ điều khiển nhiệt độ
Về nguyên lý, bộ điều khiển nhiệt độ trước tiên sẽ đo nhiệt độ môi trường (biến
q trình), sau đó so sánh nó với giá trị nhiệt độ mong muốn (giá trị cài đặt). Sự khác
biệt giữa các giá trị này gọi là lỗi (độ lệch). Dựa vào lỗi này, bộ điều khiển sẽ quyết
định mức độ sưởi ẩm hay làm mát cần thiết để đưa nhiệt độ về giá trị mong muốn.
Hồn tất q trình này, bộ điều khiển sẽ gửi đi tín hiệu đầu ra (giá trị thao tác) tác động
đến sự thay đổi cần thiết. Tín hiệu đầu ra thường được kết nối với lò sưởi, van điều
khiển, quạt hoặc một số "phần tử điều khiển cuối cùng" thực sự bơm hoặc loại bỏ nhiệt
khỏi quá trình.


Hình 4: Nguyên lý của bộ điều khiển nhiệt độ
1.4. Các chế độ điều khiển của bộ điều khiển.
1.4.1. Điều khiển PID
Một bộ điều khiển nhiệt độ có chức năng tự điều khiển PID giúp điều chỉnh nhiệt
một cách tự động mà không cần can thiệp bởi con người khi cài đặt.
Điều khiển PID là dạng điều khiển chuyên cung cấp theo tỉ lệ dẫn xuất kết hợp
với tích phân. Nó kiểm sốt tương ứng với 2 điều chỉnh bổ sung. Một phần giúp các
đơn vị tự động bù đắp với hệ thống, mặt khác lại tạo nên sự kết hợp nhuần nhuyễn
giữa các bộ phận trong bộ điều khiển.
Dạng điều khiển PID được áp dụng chủ yếu trong các hệ thống có dung lượng
truyền lớn và tần suất thay đổi thường xuyên. Vời thời điểm như thế, bộ điều khiển sẽ
giúp bù đắp lại lượng năng lượng gây ra do những thay đổi.

Hình 5: Chế độ điều khiển PID


1.4.2. Kiểm sốt điều khiển ON/OFF (bật/tắt)
Có thể dễ dàng nhận thấy đây là chế độ điều khiển đơn giản nhất, được sử dụng
từ khá lâu và hiện nay vẫn còn được ứng dụng khá nhiều trong các ngành khác nhau.

Ưu điểm của chế độ này là điều khiển đơn giản, dễ hiểu. Tuy nhiên nó lại có
nhược điểm là độ chính xác khơng cao, độ q nhiệt lớn gây tổn thất năng lượng.

Hình 6: Chế độ điều khiển bật tắt
Nguyên lí hoạt động của chế độ ON/OFF: Bộ điều khiển sẽ tác động đầu ra nếu
nhiệt độ môi trường đo vượt qua giá trị đặt (Có thể tác động khi nằm trong phạm vi dải
trễ mà chưa cần tới giá trị đặt - nếu như người dùng có cài đặt dải trễ). Và thơng
thường thì chế độ ON/OFF sẽ tương ứng với loại đầu ra điều khiển là dạng Rơle.
1.4.3. Kiểm soát nhiệt độ theo tỷ lệ
Đây là chức năng hữu ích nhất của một bộ điều khiển nhiệt độ. Với chức năng
này, bộ điều khiển sẽ kiểm soát theo tỷ lệ loại bỏ chu kỳ liên quan đến bật/tắt điều
khiển. Nói một cách dễ hiểu hơn tức là khi nhiệt độ môi trường gần đến điểm đặt, điều
khiển tỷ lệ sẽ làm giảm lượng năng lượng cung cấp cho A/C.
1.5. Các kiểu điều khiển của bộ điều khiển.
1.5.1. Bộ điều khiển nhiệt độ theo chương trình
Loại điều khiển nhiệt độ này sẽ làm việc theo chương trình đã được cài đặt trước,
duy trì mức nhiệt trong khoảng thời gian đặt hẹn và chuyển sang mức nhiệt khác.
Người sử dụng có thể lập trình đến 16 phân đoạn nhiệt khác nhau với chương trình bắt
đầu từ nhiệt độ mơi trường hoặc từ 0°C tùy vào mục đích sử dụng.


Hình 7: Điều khiển nhiệt độ theo thời gian lập trình sẵn
1.5.2. Bộ điều khiển nhiệt độ kết nối với máy tính thơng qua truyền thơng RS485
Đối với bộ điều khiển nhiệt độ được tích hợp cổng truyền thơng RS485 thì thơng
qua phần mềm kết nối với máy tính, các thông số giá trị, alarm, phần trăm ngõ ra của
đồng hồ sẽ được hiển thị và đồng thời có thể cài đặt được.
Người dùng quản lý và giám sát các giá trị này dưới dạng file excel, biểu đồ dạng
cột, dạng đồ thị. Và quan trọng nhất, hồn tồn có thể thay đổi các thông số của bộ
cảm biến nhiệt độ ngay trên phần mềm.

Hình 8: Phần mềm điều khiển kết nối với thiết bị điều chỉnh nhiệt độ
1.5.3. Bộ điều khiển nhiệt độ dạng DIN Rail
Loại điều khiển nhiệt lắp trực tiếp trên thanh Rail chia thành 2 loại: loại tích hợp
nút nhấn ngay trên bộ điều khiển và loại u cầu màn hình rời bên ngồi với dây dài
1m.