Nghiên cứu thiết kế chế tạo loạt bộ điều khiển lọc bụi túi từ chíp rỗng phục vụ trong ngành xi măng

B CễNG THNG
VIN NGHIấN CU C KH

BO CO
TI NGHIấN CU KHOA HC CễNG NGH
CP B NM 2007







Tờn ti:
Nghiên cứu thiết kế chế tạo loạt bộ điều khiển lọc bụi
túi từ chíp rỗng phục vụ trong ngành xi măng
Mó s: 99-07.RD/H-KHCN


C quan ch qun: B Cụng Thng
C quan ch trỡ ti: Vin Nghiờn cu C khớ

Ch nhim ti: TS Phan ng Phong

6912
01/7/2008

H Ni -2007

B CễNG THNG
VIN NGHIấN CU C KH

BO CO
TI NGHIấN CU KHOA HC CễNG NGH
CP B NM 2007







Tờn ti:
Nghiên cứu thiết kế chế tạo loạt bộ điều khiển lọc
bụi túi từ chíp rỗng phục vụ trong ngành xi măng
Mó s: 99-07.RD/H-KHCNN




TH TRNG N V CH NHIM TI



PHAN THCH H PHAN NG PHONG

H ni - 2007
Mục lục


Chơng 1 - Nghiên cứu tổng quan về lọc bụi và thiết bị lọc bụi.
1.1. Tình hình nghiên cứu thiết bị lọc bụi túi ở nớc ngoài. 1
1.2. Tình hình nghiên cứu thiết bị lọc bụi túi ở trong nớc 5
1.3. Tổng quan về bụi và thiết bị lọc bụi túi 5
1.3.1 Vật liệu gây bụi. 5
1.3.2 Thiết bị lọc bụi 7
1.4. Đề xuất bài toán 9
1.5. Kết luận chơng 9
Chơng 2 - Thiết kế, chế tạo thiết bị điều khiển lọc bụi túi từ chíp rỗng.
2.1. Tổng quan 10
2.2. Hệ thống điều khiển lọc bụi túi vải 10
2.3. Thiết kế chế tạo bộ điều khiển cho lọc bụi túi 22
2.3.1 Thiết kế nguyên lý 22
2.3.2 Thiết kế mạch điều khiển 22
2.4. Phần mềm điều khiển. 26
2.5. Các tính năng của phần mềm điều khiển 26
2.6. Kết luận chơng 27
Chơng 3 Kết quả khảo nghiệm.
3.1. Hình ảnh lắp đặt tủ điện điều khiển lọc bụi 28
3.1.1 Hình ảnh về lắp đặt các thiết bị điện tử trên bo mạch 28
3.1.2 Hình ảnh về bo mạch đã đợc lắp đặt hoàn chỉnh 28

3.1.3 Hình ảnh về hộp điều khiển đã đợc tích hợp thành module 29
3.1.4 Hình ảnh lắp đặt tủ điện 29
3.2. Quá trình chạy khảo nghiệm
3.2.1 Kết quả thử nghiệm không tải 29
3.2.2 Kết quả khảo nghiệm có tải 31
Chơng 4 Các kết luận.
Các kết quả chính của đề tài 33
Các phụ lục
- Tài liệu tham khảo
- Biên bản nghiệm thu, chạy thử
- Bản vẽ thiết kế
- Các tài liệu khác
T
rang

1
Chơng 1
Nghiên cứu tổng quan về lọc bụi
và thiết bị lọc bụi.

1.1. Tình hình nghiên cứu thiết bị lọc bụi túi ở nớc ngoài.
Thiết bị lọc bụi túi là một thiết bị phổ biến trong các dây chuyền sản xuất
công nghiệp gây bụi và ô nhiễm nh: xi măng, nghiền sàng và phân loại đá, dây
chuyền mài nghiền trong sản xuất công nghiệp đã có nhiều nhà sản xuất trên
thế giới quan tâm đến công nghệ làm sạch môi trờng và đã cho ra đời các sản
phẩm về lọc bụi túi với chất lợng cao, ổn định. Có thể kể ra đây một số hãng
nổi tiếng cung cấp dây chuyền thiết bị đồng bộ trong ngành công nghiệp nặng
trong đó có các thiết bị lọc bụi túi phục vụ trong ngành xi măng nh: FCB,
FL.SMITH, DISA GROUP, DCE
Đối với các thiết bị lọc bụi túi đợc cung cấp từ các hãng trên thì giá trị

cho phần thiết bị sản xuất trong nớc là kết cấu thép và các thiết bị phi tiêu
chuẩn. Với thiết bị này họ thuê lại các nhà sản xuất trong nớc với giá thành
thấp. Còn các thiết bị quan trọng nh: Tủ điều khiển và các thiết bị khí nén và
công nghệ thì họ giữ quyền cung cấp dẫn đến khối lợng thiết bị Việt Nam chế
tạo lớn nhng giá trị nhỏ và mỗi khi thiết bị gặp sự cố sẽ không chủ động trong
việc cung cấp sản phẩm để sửa chữa, thay thế và giá thành cho phần sửa chữa
thay thế từ nớc ngoài rất cao.
Các thiết bị lọc bụi túi trên thế giới thờng đợc chế tạo chuyên dùng do
một hãng tự phát triển từ chíp rỗng và không chuyển giao công nghệ cho nhà chế
tạo khác. Hớng sản xuất thiết bị điện điều khiển dạng này mang tính chuyên
môn hoá cao và tiết kiệm vì họ chỉ sử dụng các thiết bị phù hợp về đầu ra, đầu
vào, cấu hình xác định và tích hợp thiết bị. Có thể kể ra một số nhà sản xuất thiết
bị điều khiển chuyên dùng cho lọc bụi túi là tập đoàn DISA ý, Cty ASCO
Pháp, Cty DCE - Anh.
Dới đây là một số hình ảnh về bộ điều khiển và thiết bị lọc bụi túi của
một số hãng nớc ngoài.









2


H×nh 1.1 - Bé ®iÒu khiÓn läc bé tói cña h·ng ASCO – Ph¸p

3

Hình 1.2- Cấu trúc bộ điều khiển lọc bộ túi.
A- Đầu vào cấp nguồn điều khiển E- Khoá áp suất.
B - Đầu vào tín hiệu điều khiển. F- Van điện từ.
C- Đầu vào áp suất. G - Đầu cắm bộ sensor chênh áp
D- Lỗ dự phòng. H- Thùng tích áp


4

Hình 1.3 - Thiết bị lọc bụi túi của hãng FLSMITH
1. Hớng bụi khí vào
2. Vách ngăn
3. Phễu chứa bụi
4. Màn chắn để khuyếch tán không khí
5. Không khí đi qua túi vải
6. Không khí sạch
7. Lối khí ra
8. Nơi thu bụi
9. Bụi rơi vào phễu chứa

5
1.2. Tình hình nghiên cứu cứu thiết bị lọc bụi túi ở trong nớc.
Trong những năm qua, nhiều cơ sở trong nớc đã chế tạo, tích hợp các
thiết bị lọc bụi túi phục vụ cho các dây chuyền sản xuất trong nớc. Một vài cơ
sở đã đi tiên phong trong lĩnh vực này nh: Viên Nghiên cứu Cơ khí, Viện Máy
và Dụng cụ cắt, Công ty Cơ khí xây dựng COMA, Tổng Công ty Máy và thiết bị
Công nghiệp Tuy nhiên, các thiết bị này đợc thiết kế, chế tạo theo mẫu có
sẵn, đặc biệt đối với thiết bị điều khiển thì đợc chế tạo dới dạng tích hợp các

mô đun điều khiển và phần mềm phát triển có sẵn thành một hệ điều khiển cho
lọc bụi. Hớng nghiên cứu này có u điểm là dự án đem lại kết quả ngay, nhng
cũng có nhợc điểm là giá thành cao và một số thiết bị lọc bụi đòi hỏi chế độ
điều khiển phức tạp thì cha thực hiện đợc. Ví dụ nh việc chế tạo hệ thống
điều khiển lọc bụi túi tại vị trí máy nghiền than trong dây chuyền sản xuất xi
măng kết nối với hệ thống thiết bị đo (sensor) phòng nổ của nhà máy.
Trong nớc, từ nay đến năm 2020 có ít nhất 09 nhà máy xi măng với công
suất lớn hơn 1,2 triệu tấn/năm sẽ xây dựng và có rất nhiều nhà máy xi măng với
công suất từ 200.000 tấn/năm đến 1,2 triệu tấn/năm đang xây dựng. Ngoài ra,
các nhà máy xi măng công suất 8,8 vạn tấn/năm nhập từ Trung Quốc đang có
nhu cầu cải tạo nhằm hoàn thiện hơn phần xử lý bụi để đảm bảo môi trờng theo
yêu cầu, vì vậy nhu cầu cung cấp các hệ thống lọc bụi là rất lớn. Nếu chủ động
đợc việc chế tạo thiết bị điều khiển lọc bụi thì chúng ta có thể hoàn toàn làm
chủ đợc thiết bị lọc bụi với giá thành giảm từ 10 đến 25% kéo theo nhiều công
ăn việc làm cho ngời lao động trong nớc.
Nhằm nghiên cứu chuyên sâu và phát triển một hệ thiết bị điều khiển lọc
bụi túi phục vụ nhu cầu ngành sản xuất xi măng trong nớc, nhóm đề tài đề xuất
sẽ nghiên cứu tích hợp hệ thống điều khiển lọc bụi túi từ chíp rỗng áp dụng cho
các dây chuyền sản xuất trong nớc.
Hệ thống điều khiển lọc bụi túi từ chíp rỗng đáp ứng đợc rất nhiều các
thuật toán điều khiển phức tạp với tốc độ xử lý và tính toán đáp ứng thời gian
thực. Mặt khác, việc kết nối và mở rộng hệ thống cũng nh
việc thay đổi thuật
toán phù hợp với sự thay đổi thiết bị phần cứng rất dễ dàng bằng việc thay đổi
chơng trình phần mềm thông qua thiết bị lập trình.
1.3. Tổng quan về bụi và thiết bị lọc bụi túi.
1.3.1. Vật liệu gây bụi.
1.3.1.1 Khái niệm.
Bụi là những phần tử vật chất có kích thớc nhỏ bé khuyếch tán trong môi
trờng không khí. Tác hại của bụi phụ thuộc vào các yếu tố: kích cỡ bụi, nồng độ

bụi và nguồn gốc bụi.
Độ trong sạch của không khí là một trong những tiêu chuẩn quan trọng
cần đợc khống chế trong các không gian điều hoà và thông gió. Đặc biệt là
trong các phân xởng sản xuất, nhà máy công nghiệp v.v
1.3.1.2 Phân loại bụi.
- Theo nguồn gốc của bụi

6
+ Hữu cơ: Do các sản phẩm nông nghiệp và thực phẩm nh thuốc
lá, bông vải, bụi gỗ, các sản phẩm nông sản, da, lông súc vật.
+ Vô cơ: Có nguồn gốc từ kim loại khoáng chất
- Theo kích cỡ hạt bụi
Bụi có kích cỡ càng bé tác hại càng lớn do khả năng xâm nhập sâu, tồn tại
trong không khí lâu và khó xử lý. Theo kích cỡ bụi đợc phân thành các dạng
chủ yếu sau:
+ Siêu mịn: Là những hạt bụi có kích thớc nhỏ hơn 0,001àm. Loại
bụi này là tác nhân gây mùi trong không gian thông gió và điều hoà không khí.
+ Rất mịn: 0,001 ữ 1 àm
+ Mịn : 1 ữ 10 àm
+ Thô : >10 àm
- Theo hình dáng hạt bụi
Theo hình dạng hạt bụi có thể phân thành các dạng bụi sau
+ Dạng mảnh.
+ Dạng sợi.
+ Dạng khối.
1.3.1.3 Tác hại của bụi
Bụi có nhiều tác hại đến sức khoẻ và chất lợng sản phẩm
- Đối với sức khoẻ của con ngời bụi ảnh hởng đến đờng hô hấp, thị
giác và ảnh hởng đến cuộc sống sinh hoạt khác của con ngời. Đặc biệt đối với
đờng hô hấp, hạt bụi càng nhỏ ảnh hởng của nó càng lớn, với cỡ hạt 0,5 ữ 10

àm chúng có thể thâm nhập sâu vào đờng hô hấp nên còn gọi là bụi hô hấp.
Mức độ bụi cho phép trong không khí phụ thuộc vào bản chất của bụi và thờng
đợc đánh giá theo hàm lợng ôxit silic (SiO
2
).
- Nhiều sản phẩm đòi hỏi phải đợc sản xuất trong môi trờng hết sức
trong sạch. Ví dụ nh công nghiệp thực phẩm, công nghiệp chế tạo thiết bị
quang học, điện tử
Nồng độ:
- Nồng độ bụi cho phép trong không khí thờng cho theo nông độ ôxit
silic (SiO
2
)
Nồng độ cho phép của bụi trong không khí
Hàm lợng SO
2
(%) Nồng độ bụi cho phép
của không khí trong khu
làm việc
Nồng độ bụi cho phép
của không khí tuần hoàn
Z>10
2ữ10
Z
b
< 2 mg/m
3

2ữ4
Z

b
0,6 mg/m
3

<1,2

7
<2
Bụi amiăng
4ữ6
2
<1,8
1.3.2. Thiết bị lọc bụi.
Thiết bị lọc bụi có nhiều loại, tuỳ thuộc vào nguyên lý tách bụi, hình thức
bên ngoài, chất liệu hút bụi v.v mà ngời ta chia ra các loại thiết bị lọc bụi nh
sau:
Buồng lắng bụi dạng hộp.
Thiết bị lọc bụi kiểu xiclon.
Thiết bị lọc bụi kiểu quán tính.
Thiết bị lọc bụi kiểu lới lọc.
Thiết bị lọc bụi kiểu thùng quay.
Thiết bị lọc bụi kiểu sủi bọt
Thiết bị lọc bụi bằng vật liệu rỗng
Thiết bị lọc bụi kiểu tĩnh điện.
Thiết bị lọc bụi kiểu túi vải.
ở đây ta chỉ đi sâu vào nghiên cứu thiết bị lọc bụi túi vải.
1.3.2.1 Các thông số đặc trng của thiết bị lọc bụi
Các thông số đặc trng cho một thiết bị lọc bụi bao gồm: Hiệu quả lọc
bụi, phụ tải không khí và trở lực của thiết bị lọc bụi.
- Hiệu quả lọc bụi

b
: Là tỷ lệ phần trăm lợng bụi đợc xử lý so với
lợng bụi có trong không khí ban đầu.

b
= %100.
Z
ZZ
%100.
G
GG
'
b
''
b
'
b
'
b
''
b
'
b

=


Trong đó:
G
b

, G

b
là lợng bụi vào ra thiết bị trong một đơn vị thời gian, g/s.
Z
b

, Z
b

là nồng độ bụi trong không khí vào ra thiết bị, g/m
3
.
- Phụ tải không khí: Lu lợng không khí tính cho 1m
2
diện tích bề mặt
lọc.
L
f
=
F
L
m
3
/h.m
2

Trong đó:
L Lu lợng lu thông không khí, m

3
/h
F Diện tích bề mặt lọc bụi, m
2


8
- Trở lực: Một trong các chỉ tiêu quan trọng của thiết bị lọc bụi là trở lực
cục bộ do bộ lọc gây ra đối với dòng không khí đi qua nó. Trở lực của bộ lọc
đợc tính theo công thức.
2
.
.p
2

=
N/m
2

Trong đó:
- hệ số trở lực cục bộ của bộ lọc.
- khối lợng riêng của không khí qua bộ lọc, kg/m
3
.
- tốc độ không khí qua bộ lọc, m/s.
Ngoài ra đối với các bộ lọc bụi còn có các chỉ tiêu đánh giá khác nữa nh:
Mức tiêu hao năng lợng, giá cả, mức độ gọn nhẹ v.v
1.3.2.2 Thiết bị lọc bụi túi
Thiết bị lọc bụi kiểu túi vải đợc sử dụng rất phổ biến cho các loại bụi
mịn, khô khó tách khỏi không khí nhờ lực quán tính và ly tâm. Để lọc ngời ta

cho không khí có lẫn bụi đi qua các túi vải mịn, túi vải sẽ ngăn các hạt bụi lại và
không khí đi thoát qua.
Qua một thời gian lọc, lợng bụi bám lại bên trong nhiều, khi đó hiệu quả
lọc bụi cao đạt 90-95% nhng trở lực khi đó lớn p = 600ữ800Pa, nên sau một
thời gian làm việc phải định kỳ rũ bụi bằng tay hoặc khí nén để tránh nghẽn
dòng khí đi qua thiết bị. Đối với dòng khí ẩm cần sấy khô trớc khi qua lọc bụi
tránh hiện tợng bết dính trên bề mặt vải lọc làm tăng trở lực và năng suất lọc.
Thiết bị lọc bụi kiểu túi vải có năng suất lọc khoảng 150ữ180m
3
/h trên 1m
2
diện
tích bề mặt vải lọc. Khi nồng độ bụi khoảng 30ữ80 mg/m
3
thì hiệu quả lọc bụi
khá cao 96-99%. Nếu nồng độ bụi trong không khí cao trên 5000mg/m
3
thì cần
lọc sơ bộ bằng thiết bị lọc khác trớc khi đa sang bộ lọc bụi túi vải.

Hình 1.4 - Cấu tạo lọc bụi kiểu túi vải.
Khôn
g
khí ra
Khôn
g
khí vào

9
Bộ lọc bụi kiểu túi vải có nhiều dạng khác nhau, dới đây trình bày kiểu

lọc bụi túi vải thờng đợc sử dụng. Hình trên là cấu tạo của thiết bị lọc bụi túi
vải kiểu đơn giản. Hỗn hợp không khí và bụi đi vào cửa 1 và chuyển động xoáy
đi xuống túi vải 2, không khí lọt qua túi vải và đi ra cửa thoát gió 5. Bụi đợc các
túi vải ngăn lại và rơi xuống phễu 3 và định kỳ xả nhờ van 4.
Để rũ bụi ngời ta thờng sử dụng các cánh gạt bụi hoặc khí nén chuyển
động ngợc chiều với khí lọc, các lớp bụi bám trên vải sẽ rời khỏi bề mặt bên
trong túi vải.
1.4. Đề xuất bài toán.
Qua những phân tích và đánh giá về các thiết bị lọc bụi thì lọc bụi túi có
những u điểm nổi bật về hiệu suất lọc bụi cũng nh giá thành của sản phẩm. Vì
nhóm đề tài sẽ đi theo hớng thiết kế và chế tạo bộ điều khiển cho lọc bụi túi. Bộ
điều khiển này sẽ đáp ứng các yêu cầu của bài toán sau.
- Thiết kế bộ điều khiển lọc bụi túi từ chíp rỗng.
- Tích hợp tủ điện điều khiển với hệ thống điều khiển có thể mở rộng.
- Chạy khảo nghiệm để hoàn thiện hệ thống
- Modul hoá các sản phẩm chế tạo để tạo ra 03 gam sản phẩm với khả năng
lắp lẫn cao và phục vụ cho nhiều ngành công nghiệp.
Hệ thống lọc bụi túi có khả năng lọc từ 15 đến 800 m
3
khí bụi/phút, nồng
độ bụi vào đến 350 mg/m
3
khí. Không khí sau khi qua hệ thống lọc bụi có nồng
độ bụi sau khi lọc < 6 mg/m
3
, hiệu suất lọc đạt trên 95%. Hệ thống có điều khiển
rũ bụi qua cảm biến chênh áp và điều khiển rũ bụi theo chơng trình đặt.
5. Kết luận chơng.
Trong chơng này nhóm đề tài đã giải quyết đợc vấn đề sau:
- Tìm hiểu tình hình sử dụng, ứng dụng các thiết bị điều khiển cho các loại

lọc bụi túi trên thế giới và trong nớc.
- Tìm hiểu về thiết bị cũng nh nguyên lý hoạt động của lọc bụi túi vải.
- Chọn hớng nghiên cứu và phát triển thiết bị điều khiển lọc bụi túi nhằm
làm chủ đợc công nghệ cũng nh phát triển nó trở thành sản phẩm có tính năng
mở và khả năng lắp lẫn cao, với chất lợng tơng đơng với thiết bị nhập ngoại,
tiến tới thay thế dần các bộ điều khiển nhập khẩu từ nớc ngoài. Đa nó thành
sản phẩm phổ biến trong ngành công nghiệp lọc bụi.


10
Chơng 2
Thiết kế, chế tạo thiết bị điều khiển
Lọc bụi túi từ chíp rỗng

2.1. Tổng quan.
Sự phát triển của ngành công nghệ vi điện tử với xu hớng giảm kích
thớc và tăng khả năng hoạt động của thiết bị điện tử. Khoa học vật liệu mới đã
giúp cho ngành sản xuất Chíp bán dẫn có một bớc tiến dài, nhờ đó mà một Chíp
điện tử có thể tích hợp vào vi mạch hàng chục, thậm chí hàng trăm triệu
tranzitor. Ngoài ra, thành tựu của công nghệ hiện đại không chỉ tăng số lợng
tranzitor trong Chíp mà còn xây dựng các phần tử theo nguyên lý hoàn toàn mới,
trong đó chú ý đến yếu tố cấu trúc phần tử trong Chíp.
Các khối chức năng cơ bản của thiết bị điện tử hiện đại bao gồm: bộ nhân
vi xử lý, bộ nhớ và phần I/O (khối này đảm bảo sự liên hệ giữa các thiết bị ngoại
vi và cơ cấu chấp hành, khối này thờng phải yêu cầu tốc độ cao nhờ cấu trúc
hoặc các thuận toán đặc biệt).
Tuy nhiên, hiện nay một thiết bị đợc tích hợp rất nhiều chức năng khác
nhau vì vậy cần mở rộng các vi mạch vì vậy sẽ tăng kích thớc thiết bị. Để khắc
phục nhợc điểm này các nhà sản xuất Chíp đã phát triển hệ thống Chíp thế hệ
thứ 2 gọi là hệ thống trên vi mạch SoC (System on Chip) với các xu hớng sau:

- Chế tạo vi mạch với các đặc tính, chức năng cho trớc. Hớng này mang
lại lợi ích cao nếu sản xuất hàng loạt vì vốn đầu t ban đầu lớn.
- Chế tạo vi mạch bao gồm các khối logic chuẩn hoá (macro cell), nhân vi
xử lý, bộ nhớ và các phần tử logic có khả năng định lại cấu hình. Do đó, ngời sử
dụng có thể định lại cấu hình cho phù hợp với ứng dụng cụ thể của mình. Đây là
xu hớng đợc dự báo là sẽ phát triển mạnh trong tơng lai và đợc gọi tên là
công nghệ FPGA (Field Programming Gate Aray).
- Một xu hớng nữa cũng rất đợc quan tâm đó là sử dụng một nhân vi xử
lý có sẵn tích hợp với hệ FPGA hoặc các khối chức năng chuẩn hoá bên trong
một Chip.
Để theo kịp với sự phát triển nhanh của công nghệ vi điện tử đặc biệt là
việc ứng dụng công nghệ mới trong các thiết bị truyền thống trong nớc nhiều
đơn vị, tổ chức đã tiến hành nghiên cứu và bớc đầu đã thành công trong việc
làm chủ công nghệ. Viện Nghiên cứu Cơ khí với thế mạnh là đơn vị đầu ngành
trong lĩnh vực chế tạo máy cũng không nằm ngoài trào lu tiếp thu khoa học
công nghệ mới nhằm cải tạo nâng cao hiệu quả của các sản phẩm truyền thống.
2.2. Hệ thống điều khiển lọc bụi túi vải.
Khả năng lọc phụ thuộc vào diện tích vải lọc. Thông thờng thì cứ 1m
2
vải
lọc thì tơng ứng với 1m
3
khí bụi với nồng độ bụi trớc khi lọc 350mg/m
3
và có
nồng độ bụi sau khi lọc < 6mg/m
3
. Kích thớc bụi tỷ lệ nghịch với diện tích vải
lọc với cùng đảm bảo nồng độ bụi đầu ra nh nhau. Số lợng van khí nén tuỳ

11
thuộc vào kết cấu cơ khí của hệ thống lọc bụi làm sao đảm bảo cho hệ thống giũ
bụi đạt đợc thời gian nhanh nhất. ở đây ta chọn 1 van khí nén tơng ứng với 11
xơng túi.
Tại bo mạch điều khiển chính thông qua cổng truyền thông RS485 ta có
thể kết nối thêm các môdul phụ để thay đổi số lợng van khí nén từ 1 đến 88
đảm bảo khả năng lọc từ 15 đến 800m
3
khí bụi/phút. Do mỗi bo mạch ta bố trí
11 đầu ra van điện từ vì vậy số bo mạch sẽ đợc mở rộng là 10 bo mạch.
Sơ đồ khối của bo mạch chính có cấu trúc nh sau:














Hình 2.1 Sơ đồ khối bo mạch chính
Sơ đồ khối của bo mạch mở rộng sẽ có cấu trúc:

Hình 2.2 Sơ đồ khối bo mạch mở rộng

Khối
điều khiển
trung tâm

Khối
đầu vào

- 220V AC
- DTC control
- Chênh áp
- Thời gian đặt
Khối
đầu ra

- Điều khiển quạt
hút bụi.
- Điều khiển động
cơ vit tải bụi.
- Đầu ra cảnh báo
- Điều khiển các
van đi

ệ
n từ
Khối truyền
thông

- RS232, RS485

Bộ chuyển
đổi
Khối
đầu ra

- Điều khiển quạt
hút bụi.
- Điều khiển động
cơ vit tải bụi.
- Đầu ra cảnh báo
- Điều khiển các
van điện từ
Khối truyền
thông

- RS232, RS485

12
Sơ đồ kết nối các bo mạch nh sau:
CPU
Module
cơ sở
RS485

Bộ
chuyển
đổi
RS485
Module
mở rộng 1
Module
mở rộng 9
Bộ
chuyển
đổi
IN OUT
T/h đo
chênh áp
Đ/k van
điện từ
T/h đo
chênh áp
Đ/k van
điện từ
IN OUT
T/h đo
chênh áp
Đ/k van điện từ, đ/c quạt
hút, đ/c vít tải, cảnh báo
T/h đặt
thời gian

Hình 2.3 Sơ đồ kết nối các bo mạch

13
Với số lợng bo mạch mở rộng là 9, vì vậy để tránh lãng phí tài nguyên
CHIP mỗi module cơ sở sẽ sử dụng CHIP vi xử lý có khả năng điều khiển 88 van
và các module này sẽ đợc mở rộng qua cổng RS485.
Module mở rộng có nhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu chênh áp đo đợc
(analog) thành tín hiệu truyền thông và thông qua cổng RS485 để đa về module
cơ sở để sử lý.
Module cơ sở có nhiệm vụ thu thập dữ liệu (tín hiệu chênh áp) từ các
module mở rộng. Sau đó tính toán với tham số đặt cũng nh tham số về chu kỳ
thời gian rung, rũ để đa ra các tín hiệu đóng mở van điện từ phù hợp cho mỗi
module mở rộng.
Mỗi khi mở rộng thêm 01 module ta sẽ phải tiến hành viết lại chơng trình
và nạp lại cho vi xử lý thông qua cổng RS232.
2.2.1 Vi xử lý LPC2138.
ở đây CHIP đợc sử dụng cho module cơ sở là ARM của NXP (Philips
cũ) có ký hiệu LPC2138. Vi điều khiển LPC2138 đợc hình thành dựa trên CPU
32 bit ARM7TDMI với đáp ứng thời gian thực với bộ nhớ tốc độ cao 512 kB.
- Bộ đếm thời gian 32 bit.
- 8 kênh biến đổi ADC 10bit với thời gian biến đổi chỉ là 2,44à trên một
kênh.
- Kênh biến đổi DAC 10bit.
- Kênh PWM và có 47 đờng GPIO, có chân vào ngắt.
Đặc tính chung của họ vi xử lý LPC213x.
- Sử dụng chíp 16/32bit ARM7TDMI-S đợc đóng gói trong hộp DIN
mỏng LQFP64 hoặc HVQFN.
- Ram 8/16/32 kB, bộ nhớ flash 32/64/128/256/512 kB, xung nhịp 60 MHz.
- Tiết kiệm năng lợng.
- Nhiều giao kiểu truyền thông khác nhau bao gồm 2 khối không đồng bộ

UART (16C550), 2 I
2
C-bus (400kbit/s), SPI, SSP với bộ đệm và các biến chứa dài.
- Bộ điều khiển vector ngắt đợc định dạng tính chất và địa chỉ.
- Điện áp 5V tại các chân I/O.
- Có tới 9 mức u tiên cho đầu ra ngắt.
- Tốc độ xung lớn nhất của CPU là 60 MHz.
- Trên chip cũng tích hợp bộ dao động tinh thể có khoảng dao động từ 1
MHz đến 30 MHz và có thể mở rộng lên tới 50 MHz.
- Có chế độ tiết kiệm năng lợng.
Sau đây ta đi tìm hiểu về sơ cấu trúc chip LPC2138.

14


H×nh 2.4 – S¬ ®å cÊu tróc chÝp LPC2138








15
Sơ đồ bố trí chân.

Hình 2.5 Sơ đồ bố trí chân của chíp LPC2138
Ký hiệu Chân Loại Miêu tả
P0.0 đến P0.31

I/O
Port 0: Port 0 là port vào ra 32 bit đợc điều
khiển một cách riêng biệt. Tất cả 32 chân
của Port 0 có thể đợc sử dụng nh là bit số
hai chiều trong khi P0.31 là chỉ là bit ra số.
Hoạt
động của Port 0 phụ thuộc vào sự lựa chọn
chức năng thông qua việc nối với các khối.
Chân P0.24 không đợc sử dụng.
O TXD0-Tín hiệu ra cho UART0
P0.0/TXD0/
PWM1
19
O PWM1-Điều chế độ rộng xung đầu ra 1
I RXD0-Bộ truyền đầu ra cho UART0
O PWM3-Điều chế độ rộng xung đầu ra 3
P0.1/RXD0/
PWM3/EINTO
21
I EINT0-Đầu vào ngắt mở rộng 0

16
I/O SCL0- Đầu vào/đầu ra xung I2C0
P0.2/SCL0/CAP0.0 22
I
CAP0.0-Thành lập đầu vào cho bộ thời gian
0, kênh 0.
I/O SDA0 - I2C0 dữ liệu vào/ra.
P0.3/SDA0/

MAT0.0/EINT1
26
O

MAT0.0-đầu ra cho bộ thời gian 0
I/O
SCK0 - Chuỗi xung SPI0, SPI1 ra từ Master
hoặc vào từ Slave
I

CAP0.1- Đầu vào cho bộ thời gian 0, kênh 1.
P0.4/SCK0/
CAP0.1/AD0.6
27
I
AD0.6 ADC 0, đầu vào 6. Đây là đầu
vào tơng tự
I/O
MISO0-Chế độ Master, Slave Vdd=3,6V
cho SPI0. Dữ liệu đầu vào cho SPI master
hoặc dữ liệu đầu ra từ SPI slave
O MAT0.1 - Đầu ra cho bộ thời gian 0, chân 1.
P0.5/MISO0/
MAT0.1/AD0.7
29
I
AD0.7 - ADC 0, đầu vào 7. Đây là đầu vào
tơng tự.
I/O
MOSI0 - Master ra, Slave in cho SPI0. Dữ

liệu ra từ SPI master hoặc vào từ SPI slave.
I CAP0.2 - Đầu vào bộ thời gian 0, kênh 2.
P0.6/MOSI0/
CAP0.2/AD1.0
30
I
AD1.0 ADC 1, đầu vào 0 là đầu vào
nalog.
I
SSEL0 Slave lựa chọn cho SPI0. Lựa
chọn giao diện SPI nh là slave.
O

PWM2 Đầu ra điều chế độ rộng xung 2
P0.7/SSEL0/
PWM2/EINT2
31
I EINT2 Đầu vào ngắt 2
O TXD1 Truyền đầu ra UART1.
O

PWM4 Đầu ra điều chế độ rộng xung 4
P0.8/TXD1/
PWM4/AD1.1
33
I
AD1.1 ADC 1, đầu vào 1. Đây là đầu
vào tơng tự.
I RXD1 Nhận đầu vào UART1.
O

PWM6 Đầu ra điều chế độ rộng xung 6.
P0.9/RXD1/
PWM6/EINT3
34
I EINT3 Đầu vào mở rộng ngắt 3.
O RTS1 Yêu cầu gửi ra cho UART1.
I

CAP1.0 Đầu vào bộ thời gian 1, kênh 0.
P0.10/RTS1/
CAP1.0/AD1.2
35
I
AD1.2 ADC 1, đầu vào 2. Đây là đầu
vào analog.
I CTS1 Xoá gửi đầu vào cho UART1.
I

CAP1.1 Đầu vào cho bộ thời gian 1, kênh
1.
P0.11/CTS1/
CAP1.1/SCL1
37
I/O SCL1 I2C1 xung vào/ra.
P0.12/DSR1/
MAT1.0/AD1.3
38
I
DSR1 - Dữ liệu đợc đặt sẵn sàng cho

ART1.

17
O

MAT1.0 Đầu ra cho bộ thời gian 1, kênh
0.
I
AD1.3 ADC 1, đầu vào 3. Đây là đầu
vào tơng tự.
O
DTR1 Dữ liệu mở rộng sẵn sàng đầu ra
cho UART1.
O
MAT1.1 Đầu ra cho bộ thời gian 1, kênh
1.
P0.13/DTR1/
MAT1.1/AD1.4
39
I
AD1.4 ADC 1, đầu vào 4. Đây là đầu
vào tơng tự.
I
DCD1 - Xác định dữ liệu đầu vào cho
UART1.
I

EINT1 Đầu vào ngắt mở rộng 1.
P0.14/DCD1/
EINT1/SDA1

41
I/O SDA1 I2C1 dữ liệu vào/ra cho I2C-bus.
I RI1 Chỉ thị đầu vào cho UART1.
I

EINT2 Đầu vào ngắt mở rộng 2.
P0.15/RI1/
EINT2/AD1.5
45
I
AD1.5 ADC 1, đầu vào 5. Đây là đầu
vào tơng tự.
I EINT0 Đầu vào ngắt mở rộng 0.
O

MAT0.2 Đầu ra cho bộ thời gian 0, kênh
2.
P0.16/EINT0/
MAT0.2/CAP0.2
46
I
CAP0.2 Đầu vào cho bộ thời gian 0, kênh
2.
I
CAP1.2 Đầu vào cho bộ thời gian 1, kênh
2.
I/O

SCK1 Xung nối tiếp cho SSP. Xung ra
từ master hoặc xung vào từ Slave.

P0.17/CAP1.2/
SCK1/MAT1.2
47
O
MAT1.2 Đầu vào cho bộ thời gian 1, kênh
2.
I
CAP1.3 Đầu vào cho bộ thời gian 1, kênh
3.
I/O

MISO1 Master trong Slave ngoài cho
SSP dữ liệu vào từ SPI master or dữ liệu ra
từ SSP slave.
P0.18/CAP1.3/
MISO1/MAT1.3
53
O
MAT1.3 Đầu vào cho bộ thời gian 1, kênh
3.
O
MAT1.2 Đầu vào cho bộ thời gian 1, kênh
2.
I/O

MOSI1 Master trong Slave ngoài cho
SSP dữ liệu vào từ SPI master or dữ liệu ra
từ SSP slave.
P0.19/MAT1.2/
MOSI1/CAP1.2

54
I
CAP1.2 Đầu vào cho bộ thời gian 1, kênh
2.
P0.20/MAT1.3/
SSEL1/EINT3
55
O
MAT1.3 Đầu vào cho bộ thời gian 1, kênh
3.

18
I

SSEL1 Slave lựa chọn cho SSP Lựa
chọn giao tiếp SSP nh là slave.
I EINT3 Đầu vào ngắt mở rộng 3.
O PWM5 Đầu ra điều chế độ rộng xung 5
I

AD1.6 ADC 1, đầu vào 6. Đây là đầu
vào tơng tự.
P0.21/PWM5/
AD1.6/CAP1.3
1
I
CAP1.3 Đầu vào cho bộ thời gian 1, kênh
3
I
AD1.7 ADC 1, đầu vào 7. Đầu vào

tơng tự này luôn đợc nối với chân của nó.
Chỉ có ở loại LPC2134/36/38.
I
CAP0.0 Đầu vào cho bộ thời gian 0, kênh
0.
P0.22/AD1.7/
CAP0.0/MAT0.0
2
O
MAT0.0 Đầu ra tơng ứng cho bộ thời
gian 0, kênh 0.
P0.23 58 I/O Chân dùng cho đầu vào/ra số.
I
AD0.4 ADC0, đầu vào 4. Đầu vào tơng
tự này luôn đợc nối với chân của nó.
P0.25/AD0.4/
AOUT
9
O
AOUT Đầu ra DAC. Không có ở loại
LPC2131
P0.26/AD0.5 10 I
AD0.5 ADC 0, đầu vào 5.
Đầu vào tơng tự này luôn đợc nối với chân
của nó.
I
AD0.0 ADC 0, đầu vào 0. Đầu vào
tơng tự này luôn đợc nối với chân của nó.
I
CAP0.1 Đầu vào cho bộ thời gian 0, kênh

1.
P0.27/AD0.0/
CAP0.1/MAT0.1
11
O
MAT0.1 Đầu ra tơng ứng cho bộ thời
gian 0, kênh 1.
I
AD0.1 ADC 0, đầu vào 1. Đầu vào
tơng tự này luôn đợc nối với chân của nó.
I
CAP0.2 Đầu vào cho bộ thời gian 0, kênh
2.
P0.28/AD0.1/
CAP0.2/MAT0.2
13
O
MAT0.2 Đầu ra tơng ứng cho bộ thời
gian 0, kênh 2.
I
AD0.2 ADC 0, đầu vào 2. Đầu vào
tơng tự này luôn đợc nối với chân của nó.
I
CAP0.3 Đầu vào cho bộ thời gian 0, kênh
3.
P0.29/AD0.2/
CAP0.3/MAT0.3
14
O
MAT0.3 Đầu ra tơng ứng cho bộ thời

gian 0, kênh 3.
I
AD0.3 ADC 0, đầu vào 3. Đầu vào
tơng tự này luôn đợc nối với chân của nó.
I EINT3 Đầu vào cho ngắt ngoài 3.
P0.30/AD0.3/
EINT3/CAP0.0
15
I CAP0.0 Đầu vào cho bộ thời gian 0, kênh

19
0.
P0.31 17 O
Chỉ dùng cho đầu ra số.
Chú ý
: chân này không đợc kéo xuống mức
thấp khi chân RESET ở mức thấp hoặc cổng
JTAG bị vô hiệu
P1.0 to P1.31

I/O
Cổng 1: Đây là cổng vào/ra hai chiều 32-
bit,
trực tiếp điều khiển từng bít riêng biệt. Sự
hoạt động của các tại chân cổng dựa trên
lựa chọn chức năng các chân thông qua
khối kết nối chân. Chân 1 tới chân 15
không sử dụng.
P1.16/TRACEPKT0 16 O
TRACEPKT0 Gói Trace, bit 0.

Cổng vào/ra tiêu chuẩn với nguồn cấp nội.
P1.17/TRACEPKT1 12 O
TRACEPKT1 Gói Trace, bit 1.
Cổng vào/ra tiêu chuẩn với nguồn cấp nội.
P1.18/TRACEPKT2 8 O
TRACEPKT2 Gói Trace, bit 2.
Cổng vào/ra tiêu chuẩn với nguồn cấp nội.
P1.19/TRACEPKT3 4 O
TRACEPKT3 Gói Trace, bit 3.
Cổng vào/ra tiêu chuẩn với nguồn cấp nội.
P1.20/TRACESYNC 48 O
TRACESYNC Đồng bộ Trace.
Cổng vào/ra tiêu chuẩn với nguồn cấp nội.
Mức thấp tại chân TRACESYNC trong khi
chân RESET ở mức thấp sẽ cho phép
chân P1.25:16 hoạt động nh cổng Trace
sau khi reset.
P1.21/PIPESTAT0 44 O
PIPESTAT0 Trạng thái đờng dẫn, bit 0.
Cổng vào/ra tiêu chuẩn với nguồn cấp nội.
P1.22/PIPESTAT1 40 O
PIPESTAT1 Trạng thái đờng dẫn, bit 1.
Cổng vào/ra tiêu chuẩn với nguồn cấp nội.
P1.23/PIPESTAT2 36 O
PIPESTAT2 Trạng thái đờng dẫn, bit 2.
Cổng vào/ra tiêu chuẩn với nguồn cấp nội.
P1.24/TRACECLK 32 O
TRACECLK Đồng hồ Trace. Cổng
vào/ra tiêu chuẩn với nguồn cấp nội.
P1.25/EXTIN0 28 I

EXTIN0 Đầu vào Trigger ngoài.
Cổng vào/ra tiêu chuẩn với nguồn cấp nội.
P1.26/RTCK 24 I/O
RTCK Đầu ra tín hiệu kiểm tra đồng hồ
phản hồi. Tín hiệu thêm vào tại cổng
JTAG. Trợ giúp gỡ lỗi đồng bộ khi tần số
bộ xử lí thay đổi. Chân 2 chiều với nguồn
cấp nội. Mức thấp tại chân RTCK trong
khi chân RESET ở mức thấp sẽ cho phép
chân P1.31:26 hoạt động nh cổng gỡ lỗi
sau khi reset.

P1.27/TDO 64 O
TDO Kiểm tra dữ liệu ra cho giao diện
JTAG.

20
P1.28/TDI 60 I
TDI Kiểm tra dữ liệu vào cho giao diện
JTAG.
P1.29/TCK 56 I
TCK Kiểm tra dữ đồng hồ cho giao diện
JTAG.
P1.30/TMS 52 I
TMS Kiểm tra lựa chọn chế độ cho giao
diện JTAG.
P1.31/TRST 20 I
TRST Kiểm tra dữ liệu ra cho giao diện
JTAG.

RESET 57 I
Đầu vào thiết lập lại hệ thống từ bên ngoài:
mức thấp ở chân này sẽ thiết lập lại thiết bị,
các cổng vào/ra và ngoại biên đợc đa về
trạng thái mặc định, bộ xử lí hoạt động
bắt đầu từ địa chỉ 0.
XTAL1 62 I
Đầu vào bộ khuếch đại dao động và các
mạch đồng hồ bên trong.
XTAL2 61 O Đầu ra từ bộ khuếch đại dao động.
RTXC1 3 I Đầu vào mạch tạo dao động RTC.
RTXC2 5 O Đầu ra từ mạch tạo dao động RTC.
VSS
6, 8,
25,
42,
50
I Ground: 0(V)
VSSA 59 I
Nối đất tín hiệu analog: 0(V). Nguồn này
tơng tự nh nguồn VSS nhng đợc tách
biệt để giảm thiểu lỗi và nhiễu.
VDD
23,
43,
51
I
Nguồn cấp 3.3V: cấp nguồn cho lõi và các
đầu vào/ra
VDDA 7 I

Nguồn cấp 3.3 V analog: Nguồn này tơng
tự nh nguồn VDD nhng đợc tách biệt để
giảm thiểu lỗi và nhiễu. Điện áp này cấp
nguồn PLL trên chip.
VREF 63 I
Điện áp liên hệ ADC:
Nguồn này tơng tự nh nguồn VDD nhng
đợc tách biệt để giảm thiểu lỗi và nhiễu.
Mức ở chân này đợc sử dụng nh là mối
liên hệ bộ chuyển đổi A/D và D/A.
VBAT 49 I Nguồn cấp RTC: 3.3 V cấp cho RTC.
2.2.2 Khối biến đổi tín hiệu tơng tự sang tín hiệu số 24 bit.
Sơ đồ nguyên lý của khối biến đổi nh sau:
- IC Ref1004C-2.5 có tác dụng tạo ra trên chân REFIN điện áp ổn định
2,5V theo nh yêu cầu của chế độ hoạt động của ADS1211
- IC INA118P là mạch khuếch đại dụng cụ, có tác dụng khuếch đại tín
hiệu tơng tự từ sensor đo chênh áp đến ADS1211.

21
- Bộ biến đổi ADS1211P 24 bit: có dải biến đổi rộng, chính xác, độ phân
giải cao. IC này chuyên đợc dùng cho những quá trình điều khiển và đo lờng
phức tạp, yêu cầu đáp ứng nhanh. ADS1211 có 4 kênh đầu vào đa hợp lập trình
đợc. Sơ đồ chân và sơ đồ khối của ADS1211 nh sau:

Hình 2.6 - Sơ đồ khối ADS1211

Hình 2.7 Sơ đồ chân của ADS1211
2.2.3 Bộ đệm dữ liệu 74LS245
74LS245 là bộ đệm dữ liệu 2 chiều. Trong mạch này 74LS245 dùng để
đệm dữ liệu nhập vào từ các phím điều khiển

2.2.4 Bộ giải mã địa chỉ 74LS138
Bộ giải mã này có tác dụng chọn tích cực đồng hồ thời gian thực, bàn
phím hay hiển thị LCD.
2.2.5 Bộ chốt dữ liệu 8 bit 74LS574

22
IC 74LS574 có nhiệm vụ chốt dữ liệu xuất ra hiển thị LCD.
Sơ đồ chân chức năng của IC này nh sau:
2.2.6 Đồng hồ thời gian thực BQ3285.
CMOS BQ3285 đợc dùng để cung cấp thời gian về ngày, tháng, năm cho
việc bảo dỡng lọc bụi. Điều khiển IC này thông qua bus địa chỉ/dữ liệu và một
số chân chức năng khác. Sau đây là sơ đồ chân của BQ3285.
2.2.7 Bộ điều khiển truyền dữ liệu cổng COM MAX232
MAX232 là bộ đệm dữ liệu cổng COM của hãng MAXIM có tác dụng tạo
ra mức tín hiệu tơng thích 12V với giao tiếp RS232
Sơ đồ chân và mạch hoạt động điển hình của IC này nh sau:
2.2.8 Các linh kiện khác
Trong mạch nguyên lý cũng sử dụng một số linh kiện điện tử khác để
nâng cao khả năng ổn định điện áp, chống nhiễu của hệ thống cũng nh việc các
thiết bị dùng cho việc kết nối đơn giản.
- Tụ lọc nguồn 1àF
- Các đầu nối cổng COM J1, J3, J6.
- Các tinh thể thạch anh tạo dao động.
- Các connector J2, J4, J6, J9.
- Các rơle công suất đầu ra.
2.3. Thiết kế chế tạo bộ điều khiển cho lọc bụi túi.
ở mục này ta sẽ đi tiến hành thiết kế chi tiết bộ điều khiển lọc bụi túi từ
chip rỗng. Hệ thống lọc bụi túi có khả năng lọc từ 15 đến 110 m
3
khí bụi/phút,

nồng độ bụi vào đến 350 mg/m
3
khí. Không khí sau khi qua hệ thống lọc bụi có
nồng độ bụi sau khi lọc < 6 mg/m
3
, hiệu suất lọc đạt trên 95%. Hệ thống có điều
khiển rũ bụi qua cảm biến chênh áp và điều khiển rũ bụi theo chơng trình đặt.
2.3.1 Thiết kế nguyên lý.
- Trung tâm bộ điều khiển là CHIP LPC2138.
- 02 đầu vào cho Remote Start/Stop và DownTimeCycle.
- 02 đầu vào đo áp suất.
- 02 đầu ra điều khiển động cơ quạt và động cơ vít tải bụi.
- 11 đầu ra rơle.
- 01 đờng ra cảnh báo (rơle) cho các tình huống nh quá áp, thời gian
chạy liên tục lâu (phục vụ bảo dỡng định kỳ,).
2.3.2 Thiết kế mạch điều khiển.