đồ án kỹ thuật cơ khí xây dựng bài toán và phương án thiết kế hệ thống mice

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Chương I
Khảo sát lò sấy đứng
TRONG DÂY CHUYỀN GẠCH ỐP LÁT
Giới thiệu khái quát dây chuyền sản xuất gạch ốp lát của nhà máy
gạch ốp lát Hà Nội
Chóng ta sẽ giới thiệu các công đoạn điển hình trong dây chuyền sản xuất
gạch ốp lát. Qua tham quan thực tế dây chuyền sản xuất của nhà máy gạch ốp
lát Hà Nội, có thể tóm tắt quy trình của dây chuyền như trong sơ đồ 1.1
Nguyên tắc hoạt động của dây chuyền:
Các dạng nguyên vật liệu thô sau khi qua các công đoạn sơ chế và tinh
chế thành dạng bột tinh (các thông số về độ Èm, lượng nước đã đạt yêu cầu ) sẽ
đưa sang khâu cân và phối trộn. Tại đây các nguyên vật liệu được phối trộn theo
một tỷ lệ nhất định tuỳ thuộc vào yêu cầu đối với sản phẩm định sản xuất. Sau
đó vật liệu đã phối trộn theo ống phun được đưa sang bộ phận tạo sản phẩm thô,
bao gồm các phần như tạo hình dạng, sấy sơ bộ. Tiếp theo là đến phần tráng
men và in hoa để tạo mẫu mã cho sản phẩm. Một dây chuyền tự động có nhiệm
vụ đưa sản phẩm thô đến bộ phận tạo sản phẩm tinh. Bộ phận này có nhiệm vụ
nung sản phẩm với nhiệt độ cao và tinh chế chúng bằng cách mài, đánh bóng.
Sản phẩm sau khi qua bước này được đưa đến công đoạn kiểm tra, phân loại và
bốc xếp. Những sản phẩm đạt chỉ tiêu về chất lượng sẽ được đóng gói, vận
chuyển đến các kho hàng bằng chế độ tự động hoặc bán tự động. Dây chuyền
sản xuất được tự động hoá cao nhờ áp dụng công nghệ mới của điều khiển vào
quá trình sản xuất.
Trong dây chuyền sản xuất này, ở công đoạn IV, gạch sau khi được Ðp
có độ Èm cao (6% ), để thực hiện việc tráng men và in hoa, cần phải được đưa
vào lò sấy đứng để gạch có nhiệt độ và độ Èm thích hợp (50
0
C; 0,5% ). Dưới
đây chúng ta sẽ khảo sát về lò sấy đứng.

1
I
Khâu chuẩn bị nguyên
vật liệu
II
hệ thống cân và trộn
nguyên liệu
III
hệ thống máy ép gạch
IV
hệ thống tự động đ!a
gạch vào lò sấy đứng
V
hệ thống tự động đ!a
sản phẩm vào lò nung
con lăn
VI
khâu hoàn thành sản
phẩm
VII
hệ thống kt phân loại
và bốc xếp gạch ốp lát
VIII
gạch đã đóng gói và cất
trong kho
TRNG I HC BCH KHOA H NI
N TT NGHIP
Hỡnh 1.1: S khi dõy chuyn sn xut sn phm
2
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
I.1- MÔ TẢ CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CƠ BẢN VÀ NGUYÊN TẮC ĐIỀU
KHIỂN LÒ SẤY ĐỨNG
1- Các thông số kỹ thuật cơ bản của lò sấy đứng
• Các thông số về kích thước của lò:
+ Chiều rộng tác dụng của lò: 2m.
+ Chiều dài tác dụng của lò: 4m.
+ Chiều cao tác dụng của lò: 8m.
* Dải nhiệt độ sấy của lò trong quá trình sấy: từ 20
0
C- 140
0
C.
* Thời gian cấp nhiệt trong quá trình sấy: 1h.
* Vật liệu sấy là gạch mộc.
* Yêu cầu gạch sau khi sấy phải có độ Èm 0,5% và nhiệt độ khoảng 50
0
C.
Công suất cung cấp cho lò trong quá trình sấy :
Để làm bay hơi hoàn toàn 1Kg cần cung cấp lượng nhiệt 539Kcal. Để sấy
khô 1Kg sản phẩm có độ Èm 6% thì cần cung cấp nhiệt lượng 32,34Kcal.
Trong 1h có 6.361,2Kg vật sấy đi vào lò sấy, để sấy khô chúng ta cần cung cấp
nhiệt lượng 205.721Kcal.
Thông thường hiệu suất của lò sấy chính là công suất của buồng phát
nhiệt.
Theo dự kiến nhiệt độ buồng phát nhiệt là 500
0
C, trong khi đó nhiệt độ
tác nhân sấy theo yêu cầu công nghệ là 140
0

C. Do đó để có được nhiệt độ tác
nhân sấy theo yêu cầu đặt ra thì phải cung cấp một lượng không khí có nhiệt độ
bằng nhiệt độ của môi trường (20
0
C ) phù hợp nào đó để hoà trộn vói nhiệt độ
buồng phát nhiệt. Theo số liệu người ta đã tính được thì cần phải cung cấp một
lượng không khí là 4000m
3
/ h.
Vì nhiệt độ của tác nhân sấy để sấy sản phẩm trong lò sấy nhỏ nên người
ta chọn phương pháp trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng bức bằng gió nóng, chuyển
động bởi hệ thống quạt ly tâm. Đây là phương pháp thường được dùng trong lò
công nghiệp.
Từ lưu lượng gió yêu cầu (4000m
3
/ h ) ta chọn loại quạt N4, công suất
cung cấp cho quạt là 2,2Kw (đây là loại quạt đã được tiêu chuẩn hoá ).
3
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
2- Hoạt động của quá trình sấy
Theo hình 2-1.1 và hình 2-1.2, bên trong lò được chia làm hai phần chính
đối ngược nhau và được nối với nhau bằng phần thứ ba, trong đó quạt VP (quạt
chính ) làm việc. Mỗi phần được chia làm ba khu vực tách rời là kênh cung cấp,
kênh tuần hoàn và kênh giữa (hay kênh chính ).
4
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Hình 2.1:Bố trí các van bên trong lò sấy đứng
5

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Hình2.2: Đường đi của khí bên trong lò sấy đứng
6
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Quạt VP làm việc theo kiểu ngược dòng, hệ đường ống chính được chia
làm hai đường ống tách rời. Một trong hai đường ống cung cấp khí cho buồng
đốt khí trực tiếp để tạo tác nhân sấy và sau đó cung cấp cho kênh đi xuống. Khí
tuần hoàn với độ Èm cao và nhiệt độ thấp chạy qua nhánh khác của đường ống
để cung cấp khí cho kênh đối diện, ở đó vật liệu được đưa vào. Van SD được
đặt sau quạt chính tách luồng khí từ quạt và dẫn vào một trong hai nhánh của
đường ống, (còn gọi là van làm chệch hướng, như trên hình 2-1.2 ).
Van SM trộn không khí từ buồng phát nhiệt tới và khí tuần hoàn trước
khi dẫn luồng khí này tới kênh tương ứng. Các kênh này được trang bị các van
đặc biệt kiểu lưới, chúng được đặt theo mặt phẳng thẳng đứng. Các lưới này của
van có nhiều hình thù đặc biệt và truyền khí theo luồng mỏng song song với các
lớp gạch làm tăng sự trao đổi nhiệt và cho phép đạt hiệu quả cao nhất.
Không khí sau khi qua các rọ và thực hiện quá trình trao đổi nhiệt được
hút ra các cửa tương ứng đặt tại phía cuối kênh dẫn rọ quay, sau đó dẫn đến
quạt chính bằng kênh chính.
Quạt thứ hai là VS, nhờ vào đường ống hút được đặt trong lỗ hút một
phần khí thải và định lượng nó bằng các van cửa SCS (van phụ ) chuyển tới ống
dẫn khí thải để thải đi. Phần khác của lượng khí thải hút từ phía dưới của lò sấy,
khí này mang nhiều hơi nước nên được hút hết ra ngoài qua van chính SCP đặt
ở phần chính của ống dẫn khí thải.
Khí lạnh được bổ sung để hoà trộn vào kênh cung cấp qua cửa SEA đặt ở
phía dưới quạt chính.
Nh vậy kênh tuần hoàn chỉ có khí nóng để làm nóng sơ bộ và sấy gạch,
kênh cung cấp gồm hỗn hợp khí nóng và khí lạnh qua van cửa SVE. Khí này

sau khi làm mát gạch được hút trở về kênh chính qua van cửa cho khí lần hai
vào SVA hoặc được hút xuống cửa dưới của ống dẫn khí thải cũng góp phần để
sấy gạch sơ bộ. Độ mở của các van được xây dựng bằng thực nghiệm.
I.2- NHIỆM VỤ VÀ NGUYÊN TẮC LÀM VIỆC CỦA LÒ SẤY ĐỨNG
1- Nhiệm vụ của lò sấy đứng
Lò sấy đứng thực hiện quá trình đốt nhiên liệu dầu hoặc gas với không
khí để sinh ra nhiệt năng. Năng lượng này dùng để sấy gạch để gạch ra có nhiệt
độ và độ Èm thích hợp. Do tính chất hấp thụ nhiệt của vật liệu mà việc cấp
nhiệt phải theo một quá trình nhất định trong một khoảng thời gian nhất định
đến khi đạt yêu cầu. Nói cách khác là tương ứng với từng vị trí của lò, nhiệt độ
phải thích hợp với từng mục đích cụ thể. Với toàn bộ quá trình này, ta lập ra
7
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
mối quan hệ giữa nhiệt độ theo thời gian và vị trí được một đường cong gọi là
đường cong công nghệ.
Nh vậy để khống chế nhiệt độ tại một vị trí nào đó thậm chí tại một thời
điểm nào đó, cần phải khống chế được nhiên liệu cung cấp để đốt. Đồng thời
với việc cung cấp nhiên liệu cũng phải cung cấp lượng khí thích hợp, giả sử nếu
không cung cấp đủ không khí thì sẽ dẫn đến hiệu suất đốt thấp
2- Nguyên tắc làm việc của lò sấy đứng
Gạch liên tục được chuyển tới đầu vào của lò sấy đứng nhờ băng chuyền,
chúng được xếp lần lượt vào các rọ, các rọ chuyển động theo thứ tự và đi tới
đầu ra của lò.
Việc trao đổi nhiệt cần thiết cho quá trình sấy dựa trên nguyên lý của sự
đối lưu bằng khí nóng, khí chuyển động bởi hai quạt ly tâm và được đốt đến
nhiệt độ cần thiết bởi một buồng đốt khí trực tiếp. Quá trình sấy của lò có thể
được chia làm ba giai đoạn chính là làm nóng sơ bộ, sấy và làm ổn định:
- Làm nóng sơ bộ (20
0

C-140
0
C ): Trong giai đoạn này, gạch được đốt
nóng từ từ bằng khí “tuần hoàn” thổi theo nhiều dòng mỏng song song với các
tầng hay là các viên gạch. Sau giai đoạn này gạch được làm nóng lên đến nhiệt
độ nào đó và giảm hơi nước đáng kể.
- Giai đoạn sấy (140
0
C ): Khí nóng từ mỏ đốt được điều chỉnh nhiệt độ
và lưu lượng đi vào các rọ và sấy theo cách phù hợp. Sau giai đoạn sấy, gạch
được sấy nóng đến nhiệt độ cao, độ Èm đạt đến mức yêu cầu.
- Giai đoạn làm ổn định (140
0
C- 50
0
C ): Gạch sau khi được sấy nóng
được làm giảm nhiệt độ từ từ đến mức yêu cầu cho tráng men nhờ hỗn hợp của
khí nóng và khí lạnh.
3- Nguyên tắc điều khiển nguồn nhiệt
Nguồn nhiệt cho hoạt động sấy được lấy từ một buồng đốt. Buồng này đốt
dầu, có thể là gas, và không khí dưới dạng hỗn hợp, tức là dầu và không khí
được phun vào nhờ áp lực tạo ra hỗn hợp kiểu khí “mù” làm cho quá trình đốt
nhanh và đốt hết nhiên liệu. Nhiệt sinh ra làm nóng không khí. Không khí nóng
được đẩy vào kênh tuần hoàn, một phần vào kênh cung cấp. Khí nóng từ các
kênh này được hút vào các rọ quay và trao đổi nhiệt với gạch, thực hiện quá
trình sấy.
8
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Nhiệt lượng phải được cung cấp đủ mức cần thiết tại từng vị trí. Mức này

được tự động điều khiển nhờ bộ vi xử lý trung tâm (CPU). Tại từng vị trí của lò
sấy có đặt các đầu đo nhiệt độ. Đầu đo cảm biến từ nhiệt thành điện, qua xử lý
số liệu rồi đưa về CPU. Tại đây CPU so sánh vói giá trị định trước do người sử
dụng yêu cầu (số liệu này được đưa vào qua các phím điều khiển). Từ sự so
sánh này, CPU đưa ra tín hiệu điều khiển để đóng hay mở thêm các van dầu
(hay khí gas) để cấp nhiên liệu cho phù hợp.
9
τ(h)
Vïng 2 Vïng 3
Vïng 1
τ
I
τ
II
τ
III
T
0
C

140

50

20
0 0.3 0.7 1
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
CHƯƠNG II
XÂY DỰNG BÀI TOÁN VÀ PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG

ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ LÒ SẤY ĐỨNG
Từ việc khảo sát các công nghệ điển hình trong dây chuyền sản xuất gạch
ốp lát Hà Nội, nhiệm vụ tiếp theo của bản đồ án này là đưa ra phương án xây
dựng bài toán và thiết kế hệ thống điều khiển nhiệt độ lò sấy đứng.
2.1- Thành lập bài toán
Theo nh chương một đã trình bày về các thông số cơ bản của lò sấy cùng
các tính chất của vật liệu sấy, bài toán đặt ra cho hệ thống điều khiển nhiệt độ lò
nh sau:
+ Cho đường cong công nghệ của quá trình sấy của lò sấy( nó được xây
dựng từ đường cong lý thuyết dựa vào thành phần vật liệu, yêu cầu gia nhiệt và
thời gian cấp nhiệt… lập ra đường cong lý thuyết và được xác lập băng thực
nghiệm hay bằng quá trình sản xuất ban đầu thành đường cong công nghệ) như
hình 2.1
Hình 2.1: Sơ đồ công nghệ của quá trình sấy
Trong đó: t
0
- Nhiệt độ bề mặt vật liệu sấy
τ- Thời gian sấy
* Yêu cầu bài toán đặt ra :
10
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
- Xác định nhiệt độ của lò sấy, mà cụ thể là nhiệt độ từng vùng trong lò sấy.
- Xây dựng các hệ điều khiển sao cho nhiệt độ mỗi vùng là ổn định với một
nhiệt độ do yêu cầu công nghệ đặt ra.
- Xử lý các sự cố có thể xảy ra khi hệ thống đang làm việc, nh sự cố về
nguồn cung cấp, sự cố về hệ thống điều khiển.
- Do một nguyên nhân nào đó mà trong quá trình chuyển động của rọ sấy
đưa gạch vào lò sấy nhờ hệ thống băng xích mà hệ thống băng xích này lại bị
kẹt thì phải khắc phục như thế nào?

- Nếu khi gạch mộc đưa vào mà độ Èm vượt quá mức cho phép thì phải
làm thế nào? và làm thế nào để kiểm tra được độ Èm của gạch trước khi đưa
vào lò sấy?
Vì trong bản đồ án này ta chỉ quan tâm đến bài toán kỹ thuật về điều
khiển nhiệt độ lò sấy đứng. Cho nên có thể coi tốc độ đưa gạch vào của băng
truyền và tốc độ chuyển động của băng xích đưa rọ sấy vào lò là không đổi,
đồng thời độ Èm của gạch đưa vào là đúng yêu cầu.
Từ các yêu cầu đặt ra ở trên ta phải tìm một phương án thích hợp để thiết
kế hệ thống điều khiển nhiệt độ đáp ứng được các yêu cầu đặt ra của bài toán
2.2- Phương án giải quyết bài toán
Trước tiên để đưa ra một phương án giải quyết bài toán ta cần quan tâm
tới một số vấn đề nh sau:
- Trong những lò nhiệt độ thấp dạng truyền nhiệt đối lưu chiếm vai trò chủ
yếu, vì vậy cấu trúc lò khác với lò có nhiệt độ trung bình và cao.
- Trong lò nhiệt độ trung bình, vai trò truyền nhiệt đối lưu không lớn lắm và
khi không có đối lưu cưỡng bức có thể bỏ qua.
- Ở các lò có nhiệt độ cao trong mọi trường hợp phần truyền nhiệt đối lưu
chiếm tỉ lệ nhỏ nên không cần tính.
2.2.1- Chọn phương pháp đo nhiệt độ lò
Có hai phương pháp đo nhiệt độ: Đo nhiệt độ bằng phương pháp tiếp xúc
và phương pháp không tiếp xúc.
- Phương pháp tiếp xúc: Thường sử dụng nhiệt kế điện trở và nhiệt kế cặp
nhiệt. Phương pháp này thường được dùng để đo nhiệt độ thấp ( thường là
<600
0
C ÷700
0
C), và nhiệt độ trung bình.
11
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
- Phương pháp không tiếp xúc: Thường sử dụng đo nhiệt độ cao. Đây là
phương pháp dựa trên định luật bức xạ của vật đen tuyệt đối, tức là vật hấp thụ
năng lượng theo mọi hướng với khả năng lớn nhất.
Việc lựa chọn phương pháp đo và cảm biến đo phụ thuộc phần lớn vào
dải nhiệt độ đo và sai sè do yêu cầu công nghệ đặt ra. Nh vậy từ việc mô tả các
thông số của lò, cũng nh mục đích yêu cầu của bài toán ta lựa chọn phương
pháp đo nhiệt độ của lò bằng phương pháp tiếp xúc với thiết bị đo là cặp nhiệt
điện.
Phương pháp đo nhiệt độ sử dụng cặp nhiệt điện hiện nay trong công
nghiệp là rất phổ biến.
+ Nguyên lý của cặp nhiệt điện là dựa trên hiện tượng nhiệt điện, tức là
nếu hai dây dẫn có bản chất khác nhau được nối với nhau ở hai đầu và nếu nhiệt
độ hai dây dẫn này là khác nhau thì trong vòng dây dẫn sẽ xuất hiện dòng điện
và được gọi là dòng nhiệt điện.
+ Cấu tạo của cặp nhiệt điện gồm hai dây hàn với nhau ở một đầu và được
luồn vào ống để có thể đo được nhiệt độ cao hơn, với nhiệt độ thấp hơn, vỏ
nhiệt điện có thể làm bằng thép không rỉ. Để cách điện giữa hai dây, một trong
hai dây được luồn vào ống sứ nhỏ. Nếu vỏ bằng kim loại cả hai đều được đặt
trong ống sứ.
Tuy nhiên khi đo sức điện động nhiệt điện bằng miliVônmet sẽ gây sai
sè, do đó để khắc phục sai số người ta thường sử dụng mạch cầu để bù. Sơ đồ
có dạng nh hình 2.2.
Hình 2.2: Sơ đồ mạch cầu bù nhiệt độ
Lúc đó dòng điện chạy qua chỉ thị có dạng:
Trong đó:
12
dcdT
RRR
E

I
++
=
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
E- Sức điện động
R
d
- điện trở dây
R
T
- Điện trở cặp nhiệt ngẫu
R
dc
- Điện trở của miliVônmet
Điện áp rơi trên miliVonmet sẽ là:
Các cặp nhiệt điện tiêu chuẩn:
* Cặp nhiệt điện Crômen- Copen (XK):
- Cặp nhiệt điện này có dây dương là Cromen: là hợp kim 89% Niken +
9,8% Crom + 1% Fe + 0,2% Mn.
- Dây âm là Copen: là hợp kim (53÷ 54)% Cu + (47÷ 46)% Ni
- Có đặc tuyến tương đối phi tuyến.
Nếu nhiệt độ thay đổi từ 0÷ 100
0
C thì ε = 0,069 mV/ 1
0
C còn nếu thay
đổi từ 500÷ 600
0
C thì ε = 0,082 mV/ 1

0
C.
Giới hạn đo:
+ Nếu nhiệt độ đo ngắn hạn thì nhiệt độ cực đại t
max
= 800
0
C
+ Nếu nhiệt độ đo dài hạn thì nhiệt độ cực đại t
max
= 600
0
C
Ở đây dây đẫn bù của Cromen- Copen được chế tạo bằng chính bản thân
nhiệt điện Cromen- Copen.
* Cặp nhiệt điện Cromen- Alumen (XA)
- Cặp nhiệt điện này có dây dương là Cromen
- Dây âm là Alumen: Là hợp kim có 90% Ni+ 2% Al+ 2,5% Mn+ 1% Si+
0,5% Fe
- Đặc tuyến có thể xem là tuyến tính
- Giới hạn đo:
+ Đo ngắn hạn: Nhiệt độ cực đại t
max
= 1300
0
C
+ Đo dài hạn nhiệt độ cực đại t
max
= 1100
0

C
13
( )
dcdT
dc
Td
RRR
R
ERRIEU
++
=+−=
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Ở đây dây dẫn bù có hai loại là :
+ Một loại thường được chế tạo từ bản thân Cromen và Alumen
+ Một loại khác dây dương là đồng và dây âm là Constantan( là hợp kim chứa
60% Cu+ 40% Ni)
* Cặp nhiệt điện Platinorodo- Platin (Π Π, P
t

R
h
)
- Cặp nhiệt này có dây dương là hợp kim chứa 90% P
t
+ 10% R
h
Dây âm chứa 100% P
t

- Đặc tuyến là phi tuyến
- Độ nhạy:
+ Nếu đo trong khoảng nhiệt độ từ 0÷1000C thì ε = 0,0064 mV/ 1
0
C
+ Nếu đo nhiệt độ trong khoảng 900÷ 1000
0
C thì ε = 0,01 mV/ 1
0
C
- Giới hạn đo :
+ Đo ngắn hạn thì nhiệt độ cực đại t
max
= 800
0
C
+ Đo dài hạn thì nhiệt độ cực đại t
max
= 800
0
C
Ở đây sử dụng dây đẫn bù với dây dương là đồng nguyên chất, dây âm là
hợp kim với 99,4% Cu+ 0,6% Ni
Trong bản đồ án này do nhiệt độ lò không cao khoảng 500
0
C, và yêu cầu
của bài toán đặt ra là độ chính xác không cao và tuổi thọ của thiết bị nên ở đây
ta chọn loại cặp nhiệt là Cromen- Alumen.
2.3.2- Phương pháp điều khiển nhiệt độ lò:
Như phần trên ta đã trình bày, nguồn nhiệt cung cấp cho hoạt động

sấy ở đây được lấy từ một buồng đốt. Buồng đốt này đốt gas và không khí dưới
dạng hỗn hợp, gas được lấy từ bể chứa gas sau khi qua các van điều áp được
đưa tới mỏ đốt. Nhiệt sinh ra làm nóng không khí. Không khí nóng được đẩy
vào kênh tuần hoàn, một phần vào kênh cung cấp. Khí nóng từ các kênh này
được hút vào các rọ quay và trao đổi nhiệt với gạch, thực hiện quá trình sấy.
Biểu đồ chỉ thị nhiệt độ giúp nhà công nghệ nắm được quá trình sấy và có
thể chủ động điều chỉnh được quá trình này( thay đổi nhiệt độ ở các vùng bằng
cách thay đổi độ mở các van tương ứng) sao cho phù hợp với mục đích sấy. Sau
khi điều chỉnh độ mở các van đã hợp lý, việc điều chỉnh nhiệt độ đến mức yêu
cầu sẽ được điều chỉnh tự động nhờ CPU.
Ở đây CPU căn cứ vào nhiệt độ đặt: WORK SET POINT( Tw) và STOP
SET POINT( Ts) để so sánh với nhiệt độ khí buồng đốt T0( BURNER AIR).
14
Main
ON/ OFF CONTROLLED
ON/ OFF CONTROL
Temperature
sensor
Amplifier
ADC
ADC IN
MICRO-
COMPUTER
Data

bus
MAINS- DEMO BOX
From main
HEATER
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trong CPU sẽ luôn so sánh T0 và Tw để cung cấp đầu và khí cho quá trình đốt.
Thực chất là quay CAM để đóng mở đường dầu hồi và van không khí. Nếu quá
trình này bất thường nhiệt độ tăng quá hoặc giảm đến nhiệt độ Ts thì CPU cho
dừng buồng đốt.
Việc đốt và quá trình điều chỉnh tại một điểm được trình bày bằng các
hình dưới đây:
Hình 2.3- Quá trình đốt và điều chỉnh nhiệt độ tại một điểm
15
rơle= on
rơle= off
T= in 21h
cmp t,
t1+ w
cmp t,
t1- w
>
<
TRNG I HC BCH KHOA H NI
N TT NGHIP
Hỡnh 2.4- iu khin Rle m van
Chỳ thớch:
T
1
: Nhit t
W: rng vựng nhit cho phộp( sai lch cho phộp)
T: Nhit thc ti thi im kim tra
Nh vy t s phõn tớnh cỏc c im trờn ta cú th mụ t s khi h
thng iu khin nhit lũ nh sau:
16

Buồng
phát nhiệt

KĐ
KĐ
đệm
Lọc
thông
A/ D
VXL
Hệ điều

chỉnh

KĐ
Lọc
thông
KĐ
đệm
KĐ
đệm
Lọc
thông

KĐ
Lọc
thông

KĐ
KĐ

đệm
Vùng 1
Vùng 2
Vùng 3
CT
Phím
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Hình 2.5: Sơ đồ thống điều khiển nhiệt độ lò
Theo nh sơ đồ trên ta thấy trên các vùng của lò sấy có đặt các đầu đo
nhiệt độ, các đầu đo này được nối với khối xử lý trung tâm và chỉ thị trên màn
hình.
Khối xử lý trung tâm có nhiệm vụ thu nhận các tín hiệu đo từ cặp nhiệt
tại các vị trí khác nhau trên lò, các tín hiệu này sau khi qua bộ biến đổi A/ D
được đưa về bộ điều khiển, tại đây bộ điều khiển có nhiệm vụ tính toán, so sánh
và đưa ra tín hiệu điều khiển phù hợp cho quá trình sấy, thực chất là đóng mở
Rơle để đóng mở các van tương ứng. Căn cứ vào các yêu cầu, chỉ tiêu, nhiệm
vụ cụ thể mà ta rót ra các phương án thiết kế hệ thống điều khiển nhiệt độ khác
nhau cho từng hệ thống thực tế nào đó.
Nh vậy để đạt được số chỉ nhiệt độ tại các điểm đo có hai yếu tố:
+ Nguồn nhiệt phải đủ mức cần thiết. Mức này được tự động điều chỉnh nhờ bộ
xử lý trung tâm.
17
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
+ Sự đóng mở các van tại vị trí sao cho hợp lý tức là lượng khí nóng, khí lạnh
và việc thu hồi nhiệt tạo ra sự chênh lệch áp suất để đối lưu…
* Các ưu điểm của phương pháp này là:
- Tín hiệu xử lý là tín hiệu số nên có độ chính xác cao.
- Việc tính toán nhiệt độ được thực hiện bằng phần mềm nên có tính linh hoạt

và mềm dẻo hơn.
- Vi xử lí được sử dụng là 80C31, đây là loại vi xử lí đã được thương phẩm
hoá trên thị trường VIỆT NAM và dễ tìm kiếm. Các vi mạch phụ trợ cũng đa
dạng và dễ tìm kiếm.
- Họ vi xử lí 8051 (trong đó có cả 8031) có tập lệnh tương đối phong phú, trợ
giúp nhiều lệnh cho người lập trình, giúp cho việc lập trình được đơn giản và dễ
hiểu.
- Bé vi xử lí này thuận tiện cho các hệ thống vừa và nhỏ.
18
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
CHƯƠNG III
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
NHIỆT ĐỘ LÒ SẤY ĐỨNG
Sau khi đã phân tích mục đích cũng nh yêu cầu của hệ thống lò sấy, ta có
thể thiết kế hệ thống này bao gồm các module nh sau:
+ Module điều khiển trung tâm của hệ thống.
+ Module thu nhận và xử lý tín hiệu từ cặp nhiệt điện.
+ Module chỉ thị và phím điều khiển hệ thống, chương trình đang chạy có thể
cho dừng lại bởi một sự cố, một nguồn ngắt ( ngắt cứng hay ngắt mềm).
+ Module cung cấp nguồn cho hệ thống.
Trước khi đi vào thiết kế cụ thể từng phần, chúng ta tiến hành giới thiệu
một số thiết bị chính sử dụng trong hệ thống.
Ở đây ta chỉ thiết kế hệ thống điều khiển nhiệt độ của lò sấy, do đó ta chỉ
giới thiệu về một số thiết bị chính mà ta cần quan tâm.
3-1- Giới thiệu về vi xử lí sử dụng trong mạch.
A- Vi xử lí 80C31
1- Giới thiệu chung về bộ vi xử lí 80C31.
Họ vi xử lý MCS- 51 là họ vi xử lý điển hình được đưa ra bởi hãng
INTEl trong đó thì bộ vi xử lý 8051 lại là đại diện tiêu biểu nhất. Bên cạnh

những thông số chung của họ vi xử lý MCS- 51 thì bộ vi xử lý 8051 có bộ nhớ
chương trình (ROM) tương đối lớn, đến 4K byte, được tích hợp ngay trên chip,
và do đó có thể hình thành trọn vẹn một máy tính. Bộ nhớ ROM bên trong của
8051/52 và 8751/52 khi chế tạo cũng như khi lập trình đều cho phép bảo vệ
chống đọc ra.
- Bé vi xử lý 80C51 là bộ điều khiển 8 bit có bộ nhớ chương trình và bộ
nhớ dữ liệu riêng biệt, có thể mở rộng tới 64Kbyte bộ nhớ chương trình và 64
Kbyte bộ nhớ dữ liệu.
- Bé vi xử lý 8031 thực chất cũng là bộ vi xử lý 8051 được chế taọ theo
công nghệ CMOS nhưng nó không có bộ nhớ ROM bên trong, do đó để 8031
có thể làm việc ta phải đấu thêm một bộ nhớ ROM bên ngoài.
Các đặc trung cơ bản của MCS- 51 cũng như của 8031 (8051).
19
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
- Đơn vị xử lý trung tâm 8 bit đã được tối ưu hoá để đáp ứng các chức năng
điều khiển.
- Khối logic xử lý theo bit thuận tiện cho việc thực hiện các phép toán dạng
Boole.
- Bộ tạo dao động giữ nhịp bên trong (đến 12MHz).
- Tập lệnh rất phong phó.
- Giao diện nối tiếp có khả năng hoạt động song công, đồng bộ (UART) có
thể được tính địa chỉ một cách riêng biệt.
- Có 16 (32) đường dẫn vào/ ra hai hướng và từng đường dẫn có thể được
định địa chỉ một cách riêng biệt.
- Có năm nguồn ngắt với hai mức ưu tiên.
- Dung lượng của bộ nhớ dữ liệu RAM bên ngoài có thể lên đến 64 Kbyte.
- Dung lượng của bộ nhớ chương trình ROM bên ngoài có thể lên đến 64
Kbyte.
- Dung lượng bộ nhớ RAM trong là 128 byte.

- Hai bộ đếm định thời timer/ counter 16 bit.
- Bus và khối định thời tương thích với các khối ngoại vi cho bé vi xử lý khác
của hãng như 8085/ 8088.
- Một cổng truyền tuần tự.
- Bốn cổng vào ra song song đa năng.
- Bên cạnh bộ nhớ RAM trong 8031 còn có vùng chứa các thanh ghi có chức
năng đặc biệt (SFR) được tích hợp ngay trên chip cũng có dung lượng bộ nhớ
bằng dung lượng bộ nhớ của RAM.
- Mặc dù vậy các thanh ghi đặc biệt cũng bao gồm cả thanh ghi A
(acccumulator), thanh ghi phô B, và thanh ghi từ trạng thái chương trình
Program Status Word (PSW).
Như vậy ở đây chúng ta thấy việc phân chia độc lập hai khối bộ nhớ
chương trình và bộ nhớ dữ liệu là sử dụng cấu trúc Harvard.
2-Cấu trúc của bộ vi xử lý 80C31.
• Sơ đồ cấu trúc của bộ vi xử lý 8031.
CPU( Central Processing Unit): là đơn vị xử lý quan trọng nhất của bộ vi xử
lý bao gồm các thành phần sau:
- Thanh ghi tích lũy A( accumulator).
- Thanh ghi phô B dùng cho phép nhân và phép chia.
20
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
- Đơn vị số học ALU( Arithmetic Logic Unit).
- Thanh ghi từ trạng thái chương trình PSW( Program Status Word).
- Bốn băng thanh ghi.
- Con trỏ ngăn xếp SP( Stack Pointer) cũng như con trỏ dữ liệu để định địa chỉ
cho bộ nhớ dữ liệu bên ngoài.
Ngoài ra ở đây còn có: bộ đếm chương trình PC (Program Counter), bộ
giải mã lệnh, bộ điều khiển thời gian và logic.
Đơn vị xử lý trung tâm nhận trực tiếp xung nhịp từ bộ tạo dao động được

lắp thêm vào, linh kiện phụ trợ có thể là một khung dao động bằng vật liệu gốm
hoặc một bộ cộng hưởng bằng thạch anh. Ngoài ra còn có khả năng đưa một tín
hiệu giữ nhịp từ bên ngoài vào.
Chương trình đang chạy có thể cho dừng lại nhờ một khối logic ngắt ở
bên trong. Các nguồn ngắt có thể là: các biến cố ở bên ngoài, sự tràn bộ đếm/
định thời (do cờ tràn được đặt lên) hoặc cũng có thể là giao diện nối tiếp .
21
Quản lý bus
ĐK
ngắt
Timer 2
Timer 0
CPU
Bộ dao
động
Port 0
Cổng nối
tiếp
SFR
RAM
RAM
FF
00
7F
00
Timer1
Port 2
Port 1
Port 3
PSEN ALEXTAL 1,2

Mở rộng trong
8032
Các ngắt ngoài
Các sự kiện cần đếm
Nguồn
ngắt
trong
Đ/c thấp Đ/c
/Dữ liệu cao
RAM
Timer2
TRNG I HC BCH KHOA H NI
N TT NGHIP
S cu trỳc ca mt b vi iu khin 8 bit
Bộ vi x lý 8051/8052 cũn cú mt b nh chng trỡnh bờn trong vi
dung lng 4/ 8 Kbyte trong khi bộ vi x lý ca 8031/8032 li nhn c
chng trỡnh iu hnh ca nú t mt b nh chng trỡnh bờn ngoi. B vi x
lý tiờu chun cú 128 byte RAM bờn trong cú th xp xp cỏc d liu v
thụng tin iu khin.
bộ vi x lý 8032/ 52, b nh ny ó c m rng lờn n 256 byte.
Cỏc bộ vi x lý 8031/ 51 cũn cha hai b nh thi (timer/ counter ) 16
bit, chỳng cng cú th c s dng nh l mt b m cỏc s kin, trong khi
22
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
các bộ vi xử lý 8032/ 52 lại có thêm một bộ định thời thứ ba. Bộ này có thể sử
dụng trong các chế độ hoạt động khác nhau tuỳ theo cách lựa chọn trong phần
mềm. Chính vì vậy mà các bộ vi xử lý này được sử dụng một cách rất đa năng
Theo như sơ đồ trên thì ta thấy họ các MCS- 51 có bốn cổng song song 8
bit, hoạt động độc lập với nhau. Ở các bé vi xử lý 8051/52, các cổng này có thể

được sử dụng cho những mục đích điều khiển rất đa dạng.
Khi các bộ vi xử lý 8031/32 làm việc với bộ nhớ chương trình ở bên
ngoài, cổng P0 dùng để truyền nửa dưới của các địa chỉ nhớ được sử dụng
giống như dùng cho các dữ liệu 8 bit (địa chỉ dữ liệu thấp). Sau đó, qua cổng P2
sẽ diễn ra quá trình xuất ra nửa trên của các địa chỉ 8 bit( địa chỉ dữ liệu cao).
Cổng P1 và P3 có chứa mỗi cổng vào/ ra 8 bit có thể sử dụng được cho những
mục đích điều khiển khác nhau. Ở cổng P3 còn có thêm các đường dẫn điều
khiển dùng cho việc trao đổi dữ liệu với bên ngoài, để đấu nối giao điện nối tiếp
cũng như các đường dẫn ngắt bên ngoài.
Giao diện nối tiếp có chứa một bộ truyền và một bộ nhận không đồng bộ,
làm việc độc lập với nhau. Bằng cách đấu nối các bộ đệm thích hợp, ta có thể
hình thành một cổng nối tiếp RS- 232 đơn giản. Tốc độ truyền qua cổng nối tiếp
có thể đặt được trong một vùng rộng và được Ên định bằng một bộ định thời.
Dưới đây là sơ đồ bố trí chân linh kiện của bộ vi xử lý 8031( 8051)
Hình 3.1: Sơ đồ bố trí chân linh kiện vi xử lí 8031
Giải thích sơ đồ chân linh kiện:
23
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Chân Kí hiệu Chức năng
1
đến
8
P1.0
đến
P1.7
Cổng giả hai hướng( quasi- bidirectional) P1
tù do sử dụng
9 RESET Lối vào Reset, khi hoạt động( activ) ở mức cao
10

đến
17
P3. 0
đến
P3.7
Cổng giả hai hướng P3
Sắp xếp tất cả các đường dẫn với chức năng đặc biệt
18
19
20
XTAL2
XTAL1
Vss
Lối ra của bộ dao động thạch anh bên trong
Lối vào của bộ dao động thạch anh bên trong
Nối mass
21
đến
28
P2. 0
đến
P2. 7
Cổng giả hai hướng P2
Chức năng đặc biệt: các đường dẫn địa chỉ
A8 đến A15
29
30
31
/PSEN
ALE

/EA
Program Store Enable, xuất ra các xung dọc dùng cho
bộ nhớ chương trình bên ngoài
Address Latch Enable, xuất ra các xung điều khiển để
lưu trữ trung gian các địa chỉ
External Access; Khi được nối với mass là để làm
việc với ROM bên ngoài
32
đến
39
P0. 7
đến
P0. 1
Cổng hai hướng cực máng hở P0 hoặc bus dữ liệu hai
hướng dùng cho ROM, RAM và thiết bị ngoại vi bên
ngoài. Cũng chuyển giao cả 8 bit phía dưới của địa
chỉ
40
Vcc
Nguồn nuôi dương, +5V
Lối vào / EA (chân 31) đóng vai trò quyết định xem liệu bộ vi xử lý làm
việc với bộ nhớ chương trình bên trong hay bên ngoài. Ở loại không có bộ nhớ
ROM, chân này phải được nối với mass. Loại thông thường có thể làm việc tuỳ
24
7F
30
2F

28

27
20
1 F
18
17
10
F
08
07

00




80 bytes of RAM
(“scratch pad”)
16 bytes of
bit- addressable
RAM
Bank 3
Bank 2
Bank 1
Bank 0
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
theo cách lựa chọn với ROM bên trong hay bên ngoài. Khi đang ở chế độ làm
việc với bộ nhớ ROM trong, loại có chứa bộ nhớ ROM có thể truy nhập tự động
lên bộ nhớ chương trình bên ngoài.

3- Tổ chức bộ nhớ
a- Bộ nhớ RAM trong:
Bộ nhí RAM trong (128 byte) của 8031 chứa các thanh ghi và các bit địa chỉ
thanh ghi có chức năng nh là bộ nhớ RAM đa năng được minh hoạ bằng hình
sau đây:
Theo nh sơ đồ trên ta thấy bộ nhớ RAM trong có 128 byte, trong đó:
32 byte đầu tiên được chia thành bốn dải thanh ghi, mỗi dải thanh ghi
gồm 8 thanh ghi riêng biệt được đánh số từ R0 đến R7. Bốn dải thanh ghi này
được đánh địa chỉ từ 00
H
đến FF
H
. Sau một lần đặt lại (reset ), ngăn xếp bắt
đầu ở địa chỉ 08 và tăng dần lên phía trên với mỗi lần gọi chương trình con. Để
có thể sử dụng các thanh ghi cao hơn, con trỏ ngăn xếp phải được đặt lên một
giá trị thích hợp ở chỗ bắt đầu của một chương trình.
16 byte tiếp theo thuộc vùng địa chỉ có thể truy nhập tới từng bit được
đánh địa chỉ từ 20
H
đến 2F
H
80 byte tiếp theo được sử dụng tự do và vùng ngăn xếp. Ở tất cả những
SFR được bổ xung, nửa byte địa chỉ giá trị của nó có giá trị bằng 0 hoặc là 8
( các địa chỉ byte 80h, 88h vv cho đến F8 ) là địa chỉ được theo bit. Bởi vì
phần lớn các SFR bao gồm từ nhưng bit riêng lẻ với các chức năng độc lập, nên
sẽ rất thuận lợi khi cần đặt và đọc ra các bit điều khiển riêng lẻ.
25