KHẢO SÁT HỆ THỐNG SẤY TẦNG SÔI SẤY THÁP, THIẾT KẾ CHẾ TẠO BỘ PHẬN ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ TRÊN SILO BẢO QUẢN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

KHẢO SÁT HỆ THỐNG SẤY TẦNG SÔI - SẤY THÁP, THIẾT KẾ CHẾ TẠO BỘ PHẬN ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ TRÊN SILO
BẢO QUẢN

Họ tên sinh viên: TRẦN THANH TRUNG
PHẠM TẤN VINH
Ngành: CƠ ĐIỆN TỬ
Niên khóa: 2008 -2012

Tháng 06 năm 2012


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

KHẢO SÁT HỆ THỐNG SẤY TẦNG SÔI - SẤY THÁP, THIẾT KẾ CHẾ TẠO BỘ PHẬN ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ TRÊN SILO
BẢO QUẢN

Họ tên sinh viên: TRẦN THANH TRUNG
PHẠM TẤN VINH
Ngành: CƠ ĐIỆN TỬ
Niên khóa: 2008 -2012

Tháng 06 năm 2012

KHẢO SÁT HỆ THỐNG SẤY TẦNG SÔI - SẤY THÁP, THIẾT KẾ CHẾ TẠO BỘ PHẬN ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ TRÊN SILO
BẢO QUẢN

TÁC GIẢ

TRẦN THANH TRUNG – PHẠM TẤN VINH

Khóa luận tốt nghiệp được đệ trình đáp ứng yêu cầu
cấp bằng Kỹ sư ngành Cơ Điện Tử

Giáo viên hướng dẫn:
TS. NGUYỄN VĂN HÙNG – KS NGUYỄN TRUNG TRỰC

Tháng 06 năm 2011


LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành chương trình đại học và viết luận văn này, chúng tôi đã nhận được
sự hướng dẫn giúp đỡ và góp ý kiến nhiệt tình của quý thầy cô trường Đại Học Nông
Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh.
Trước hết, chúng tôi xin chân thành cảm ơn đến quý thầy cô trường Đại Học
Nông Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh, đặc biệt là những thầy cô đã tận tình dạy bảo
chúng tôi trong suốt thời gian học tập tại trường.
Chúng tôi xin cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Cơ Điện Tử đã giúp đỡ chúng tôi
nhiệt tình trong thời gian thực hiện đề tài.
Chúng tôi xin gửi lời biết ơn đến thầy Nguyễn Văn Hùng và thầy Nguyễn Trung
Trực đã tận tình hướng dẫn chúng tôi trong suốt quá trình làm luận văn tốt nghiệp.
Nhân đây, chúng tôi xin chân thành cảm ơn đến Ban Giám Hiệu trường Đại Học
Nông Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh cùng quý thầy cô Khoa Cơ Khí đã tạo rất nhiều

điều kiện để chúng tôi học tập và hoàn thành luận văn tốt nghiệp.
Cuối cùng, chúng tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè đã động viên, ủng
hộ và luôn tạo điều kiện thuận lợi trong suốt quá trình hoàn thành luận văn.
Mặc dù tôi đã có nhiều cố gắn hoàn thiện luận văn bằng tất cả sự nhiệt tình và
năng lực của mình, tuy nhiên không thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận
được những đóng góp quý báu của thầy cô.

Thành Phố Hồ Chí Minh, ngày 27 tháng 06 năm 2012
Sinh viên thực hiện

TRẦN THANH TRUNG – PHẠM TẤN VINH

 

i


TÓM TẮT
Trong các điều kiện khác nhau không đổi như độ ẩm không khí, tốc độ gió…,
việc nâng cao nhiệt độ sẽ làm tăng nhanh tốc độ làm khô do lượng nước trong nguyên
liệu giảm xuống càng nhiều. Nhưng tăng nhiệt độ cũng ở giới hạn cho phép vì nhiệt độ
làm khô cao sẽ làm ảnh hưởng lớn đến chất lượng sản phẩm, dễ làm cho nguyên liệu
bị chín và gây nên sự tạo màng cứng ở lớp bề ngoài cản trở tới sự chuyển động của
nước từ lớp bên trong ra bề mặt ngoài. Nhưng với nhiệt độ làm khô quá thấp, dưới giới
hạn cho phép thì quá trình làm khô sẽ chậm lại dẫn đến sự thối rữa, hủy hoại nguyên
liệu. Nhiệt độ sấy thích hợp được xác định phụ thuộc vào độ dày bán thành phẩm, kết
cấu tổ chức của thịt quả và đối với các nhân tố khác. Khi sấy ở những nhiệt độ khác
nhau thì nguyên liệu có những biến đổi khác nhau. Từ thực tiễn đó chúng tôi thực hiện
nghiên cứu đề tài “ Khảo sát máy sấy tầng sôi - tầng tháp, thiết kế - chế tạo bộ phận
điều khiển nhiệt độ trên Silo bảo quản.

Với việc đi khảo sát máy sấy tầng sôi – sấy tháp tại nhà máy xay sát Vĩnh Bình
thuộc tỉnh An Giang tìm hiểu nguyên lý cấu tạo và hoạt động…của máy sấy tầng sôi –
sáy tháp. Tiến hành giám sát và khảo sát nhiệt độ trên Silo bảo quản.
Kết quả chúng em đã giám sát và điều khiển được nhiệt độ trong một Silo bảo
quản, với việc đọc nhiệt độ bằng cảm biến nhiệt độ Thermocouple tại hai điểm cung
cấp nhiệt và nhiệt độ trong lò của Silo bảo quản.
Do thời gian thực hiện, cũng như mức độ rộng lớn của đề tài nên chúng em dù đã
cố gắng hết sức nhưng cũng chắt không thể tránh khỏi những thiếu sót. Chúng em rất
mong nhận được sự đóng góp ý của thầy cô và bạn bè để đề tài của chúng em được
hoàn thiện hơn.

 

ii


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ...............................................................................................................i
TÓM TẮT ................................................................................................................... ii
MỤC LỤC .................................................................................................................. iii
DANH SÁCH CÁC HÌNH ..........................................................................................v
DANH SÁCH CÁC BẢNG ...................................................................................... vii
Chương 1 MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1
1.1. Đặt vấn đề : ........................................................................................................1
1.2. Mục đích ...........................................................................................................2
Chương 2 TỔNG QUAN ........................................................................................................ 3
2.1 Sơ lược về các hệ thống sấy và Silo bảo quản....................................................3
2.1.1. Mấy sấy tĩnh vỉ ngang .................................................................................3
2.1.2. Máy sấy tháp ...............................................................................................4
2.1.3. Máy sấy tầng sôi ..........................................................................................5

2.1.4. Silo bảo quản ...............................................................................................7
2.2. Giới thiệu chung ................................................................................................8
2.2.1. PLC S7- 200 ................................................................................................8
2.2.2. Giới thiệu về thermocouple .......................................................................10
2.2.2.1. Hiệu ứng seebeck ...................................................................................10
2.2.2.2. Cách đo hiệu điện thế .............................................................................11
2.2.2.3. Bù nhiệt của môi trường .........................................................................12
2.2.2.4. Các loại thermocouple ............................................................................13
2.2.2.5. Một số nhiệt độ chuẩn ............................................................................14
2.2.3 Giới thiệu AD595 .......................................................................................14
2.2.4. Vi điều khiển PIC 16F877A ......................................................................17
2.2.5. Giao diện Visual Basic 6.0 ........................................................................18
2.2.6. Khả năng ứng dụng của Visual Basic. ......................................................18
2.2.7 Chuẩn RS-232 ............................................................................................19
2.2.8 Max232 .......................................................................................................21
 

iii


Chương 3 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ....................................... 23
3.1. Nội dụng ..........................................................................................................23
3.2.Phương pháp nghiên cứu ..................................................................................23
3.2.1. Phương tiện thực hiện ...............................................................................23
Chương 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ........................................................................... 24
4.1. Khảo sát thực tế ...............................................................................................24
4.1.1. Cấu tạo tầng sôi - sấy tháp ........................................................................24
4.1.2. Nguyên lý hoạt động .................................................................................26
4.1.3. Mạch điều khiển động cơ ..........................................................................27
4.1.4. Thiết kế - chế tạo bộ phận điều khiển nhiệt độ trên Silo sấy ....................28

4.2. Các khối điều khiển ........................................................................................29
4.3. Khảo nghiệm sơ bộ ..........................................................................................35
4.3.1.Kết quả khảo nghiệm sơ bộ điều khiển mô hình Silo bảo quản. ................35
4.3.2. Khảo nghiệm sơ bộ về độ chính xác của Thermocouple ..........................36
Chương 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ................................................................................ 38
5.1.Kết quả đạt được: ..............................................................................................38
5.2. Hướng phát triển đề tài: ...................................................................................38
TÀI LIỆU THAM KHẢO..........................................................................................39
PHỤ LỤC ...................................................................................................................40
Phụ lục 1 Các sơ đồ mạch điện ...............................................................................40
Phụ lục 2 Một số đoạn Code ...................................................................................42

 

iv


DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 2.1 Máy sấy tĩnh vỉ ngang ......................................................................................3
Hình 2.2 Các bộ phận chính của máy sấy tháp ...............................................................5
Hình 2.3 Máy sấy tầng sôi (www.vinanhatrang.vn ).......................................................7
Hình 2.4 Silo bảo quản nông sản .....................................................................................8
Hình 2.5 Mô hình tổng quát của một PLC S7-200 .........................................................9
Hình 2.6 Sơ đồ kết nối PLC ..........................................................................................10
Hình 2.8 Sơ đồ khối AD595 ..........................................................................................15
Hình 2.8 Hiệu chỉnh AD595 ..........................................................................................15
Hình 2.9 Lỗi độ lệch của nhiệt độ .................................................................................15
Hình 2.10 Giao diện Visual Basic .................................................................................18
Hình 2.11 Truyền ký tự RS232 .....................................................................................20
Hình 2.12: Sơ đồ chân RS232 .......................................................................................21

Hình 2.13 Sơ đồ chân MAX232 ....................................................................................22
Hình 2.14 Sơ đồ khối RS232 .........................................................................................22
Hình 4.1 Sơ đồ máy sấy tầng sôi-sấy tháp ....................................................................24
Hình 4.2 Tháp sấy..........................................................................................................25
Hình 4.3 Sấy tầng sôi....................................................................................................25
Hình 4.4 Cấp liệu cho hệ thống sấy tầng sôi- sấy tháp .................................................26
Hình 4.5 Mạch động lực ................................................................................................27
Hình 4.6 Mạch điều khiển .............................................................................................27
Hình 4.7 Sơ đồ kết nối khối Silo bảo quản....................................................................29
Hình 4.8 Sơ đồ khối của hệ thống .................................................................................29
Hình 4.9 Giao diện Visual Basic kết nối máy tính ........................................................30
Hình 4.10: Sơ đồ khối chương trình trong Visual Basic ...............................................30
Hình 4.11 Sơ đồ nối dây trong mạch PIC .....................................................................31
Hình 4.12 Phần cứng trên PLC......................................................................................31
Hình 4.13 Sơ đồ khối chương trình điều khiển của PIC. ..............................................32
Hình 4.14 Sơ đồ khối chương trình xử lý trên PLC. .....................................................33
 

v


Hình 4.15 Mô hình thực tế.............................................................................................34
Hình 4.16 Biểu đồ kết quả đo nhiệt độ trong Silo .........................................................35
Hình 4.17 Biểu đồ so sánh nhiệt độ đo của đồng hồ và Thermocouple ........................36
Hình 6.1 Khối xử lý trung trâm .....................................................................................40
Hình:6.2 Sơ đồ mạch bù trừ, khuyếch đậi tín hiệu thermocouple .................................41
Hình 6.3: Sơ đồ nguyên lý mạch Max232 .....................................................................41
Hình 6.4 Sơ đồ đấu dây PLC .........................................................................................42

 

vi


DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 2.7: Bảng nhiệt độ chuẩn......................................................................................14
Bảng 2.2 Bảng nhiệt độ của Thermocouple ứng với điện áp đầu ra AD595 ................16
Bảng 2.3: Các đầu nối và chức năng RS232 .................................................................21
Bảng 4.1 Kết quả đo giá trị nhiệt độ trong Silo:...........................................................35
Bảng 4.2 So sánh nhiệt độ đo đồng hồ và Thermocouple .............................................36
Bảng 6.1 Bảng khai báo kết nối PLC ............................................................................42

 

vii


Chương 1
MỞ ĐẦU
1.1. Đặt vấn đề :
Sấy là quá trình tách ẩm ra khỏi vật liệu bằng phương pháp nhiệt. Nhiệt
được cung cấp cho vật liệu ẩm bằng dẫn nhiệt, đối lưu bức xạ hoặc bằng năng
lượng điện trường có tần số cao. Mục đích của quá trình sấy là làm giảm khối lượng
vật liệu, tăng độ bền và bảo quản sản phẩm được lâu hơn.
Trong quá trình sấy, nước được cho bay hơi ở nhiệt độ bất kỳ do sự chênh
lệch độ ẩm tại bề mặt và bên trong vật liệu (khuếch tán ẩm) hoặc sự chênh lệch áp suất
hơi riêng phần của nước tại bề mặt vật liệu và môi trường xung quanh. Sấy là một quá
trình không ổn định, độ ẩm của vật liệu sấy thay đổi theo cả không gian và thời gian.
Thông thường, quá trình sấy được khảo sát về hai mặt: tĩnh lực học và động
lực học. Tĩnh lực học sẽ xác định mối quan hệ giữa các thông số đầu và cuối của vật

liệu sấy và tác nhân sấy dựa trên phương trình cân bằng vật chất - năng lượng, từ đó
xác định được thành phần vật liệu, lượng tác nhân sấy và lượng nhiệt cần thiết. Ðộng
lực học khảo sát mối quan hệ giữa sự biến thiên độ ẩm vật liệu theo thời gian và các
thông số của quá trình như tính chất, kích thước của vật liệu, các điều kiện thủy động
lực học của tác nhân sấy. Trong các phương pháp làm khô cơ học, hóa lý,nhiệt thì quá
trình sấy bằng nhiệt thường được sử dụng nhất và là một kỹ thuật quan trọng được ứng
dụng rộng rãi trong rất nhiều ngành công - nông nghiệp như hóa chất, dược phẩm, chế
biến nông – hải sản, vật liệu xây dựng. Đó không chỉ là một quá trình tách ẩm đơn
thuần mà còn là một quá trình công nghệ. Nó đòi hỏi vật liệu sau khi sấy phải đảm bảo
chất lượng cao, tiêu tốn ít năng lượng vì chỉ phí vận hành thấp. Do đó, cần phải dựa
vào tính chất vật liệu, lượng sản phẩm để chọn ra chế độ và phương pháp sấy tối ưu
cũng như tùy vào năng suất, hiệu quả kinh tế mà chọn hệ thống sấy cho phù hợp.
Thông thường các hệ thống sấy được điều khiến giám sát bằng tay qua việc
khảo sát thực tế em nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển giám sát hoàn toàn tự
động nhầm nâng cao chất lượng của sản phẩm sấy.
 

1


1.2. Mục đích
 Khảo sát hệ thống sấy tầng sôi- sấy tháp nhằm thiết lập các phương án
giám sát và điều khiển.
 Thiết kế bộ phận giám sát và điều khiển nhiệt độ ứng dụng để nâng cao
mức độ tự động hóa của hệ thống sấy.
 Ứng dụng điều khiển trên mô hình Silo bảo quản.

 

2

Chương 2
TỔNG QUAN
2.1 Sơ lược về các hệ thống sấy và Silo bảo quản
2.1.1. Mấy sấy tĩnh vỉ ngang
Cấu tạo và nguyên lý làm việc: Thiết bị sấy tĩnh vỉ ngang hoạt động theo
nguyên lý sấy đối lưu cưỡng bức. Thiết bị có kết cấu đơn giản. Được ứng dụng rộng
rãi để sấy hạt ngô và các nông sản khác như thốc, đậu đổ...

Hình 2.1 Máy sấy tĩnh vỉ ngang
1: Buồng sấy

2: Sàn sấy

3: Quạt sấy

4: Buồng hòa khí

5: Lò đốt

6: Lò đốt

7: Ghi lò

8: Đồng hồ đo nhiệt

Hạt ngô hoặc các hạt nông sản khác như thóc, đậu đỗ… được đổ trên sàn
sấy 2, không khí từ lò đốt 5 được quạt 3 đẩy vào phía dưới buồng sấy 1, rồi xuyên qua
lớp hạt làm hạt nóng lên, bay hơi ẩm và khô dần. Không khí nóng bị mất nhiệt,nhận

ẩm, giảm nhiệt độ và thoát lên trên để ra ngoài. Nguồn nhiệt để sấy có được nhờ than
đá hoặc phế thải nông nghiệp được đốt cháy trong lò đốt 5 cung cấp. Không khí nóng
từ lò đốt có nhiệt độ cao nên được đi qua buồng hoà khí 4 để hoà trộn với không khí

 

3


môi trường, tạo ra một hỗn hợp không khí nóng có nhiệt độ phù hợp để sấy các nông
sản khác nhau.
Nhiệt độ không khí nóng được thể hiện qua đồng hồ đo nhiệt độ 8. Nhiệt độ
sấy được điều chỉnh theo yêu cầu công nghệ sấy của từng loại hạt nhờ điều chỉnh cửa
ở buồng hoà khí.
Ưu nhược điểm của máy sấy tĩnh vỉ ngang
 Ưu điểm:
 Kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, giá thành thấp.
 Dễ thao tác phù hợp với trình độ lao động của các địa phương.
 Nhược điểm:
 Độ đồng đều về độ ẩm của sản phẩm không cao nếu trong quá trình
sấy không đảo.
 Khó cơ giới hoá.
2.1.2. Máy sấy tháp
Tháp chứa gồm các tầng ghép lại với nhau theo chiều cao nhằm mục đích
tăng sức chứa hạt và giảm diện tích lắp đặt đồng thời tăng khả năng tiếp xúc không khí
sấy với hạt. Ngoài ra do có cơ cấu tháo liệu dạng trục rải nên độ giảm ẩm của khối hạt
như nhau.Hạt sau khi sấy có độ đồng đều cao, sai lệch ẩm độ hạt nhỏ hơn 0.5%, tỷ lệ
rạn nứt hạt khi sấy thấp (1.2%). Khi không cung cấp nhiệt, cụm thiết bị chuyển sang
chế độ làm mát. Các máy sấy tháp có ưu điểm là chất lượng sấy cao hơn như tăng độ
đồng đều độ ẩm của lúa sau khi sấy và tiết kiệm được nhiều lao động thủ công hơn. 

Tuy nhiên,về phương diện kinh tế, chi phí sấy của máy sấy tháp cao gấp 3 lần máy sấy
vỉ ngang.
.

 

4


Hình 2.2 Các bộ phận chính của máy sấy tháp
1. Lò đốt than đá
2. Van cánh bướm
3. Quạt sấy
4. Quạt làm mát
5. Tháp chứa quạt sấy gồm
5.1 Tầng chứa hạt
5.2 Tầng chứa hạt số 1
5.3 Tầng chứa hạt số 2
5.4 Tầng làm mát hạt
5.5 Tầng tháo hạt
5.6 Khung chân
5.7 Gàu tải
6. Gàu tải
2.1.3. Máy sấy tầng sôi
Sấy tầng sôi là quá trình sấy đối lưu với lớp vật liệu ở trạng thái sôi (hay
lỏng giả). Sấy tầng sôi ở nhiệt độ cao là một trong những biện pháp hữu hiệu để làm
 

5

giảm ẩm độ của khối hạt một cách nhanh chóng, vốn rất dễ hư hỏng trong điều kiện
thời tiết ẩm ướt của khí hậu nhiệt đới. Lúa tươi được sấy tầng sôi ở nhiệt độ 80 và 90 

C trong 2.5 và 3.0 phút, sau đó ủ ở 75 oC và 80 oC trong khoảng 1 giờ và tiếp tục được

o

sấy nhẹ 35oC xuống ẩm độ 14%. Thời gian sấy thực tế sử dụng máy sấy tĩnh là từ 8-10
giờ đối với lúa ướt nếu. Do đó trong trường hợp nông hộ cần giảm ẩm hạt cấp tốc
trong mùa mưa đến khoảng 15-16%, có thể sử dụng máy sấy tầng sôi như một máy sấy
gọn.
So với máy sấy khác máy sấy tầng sôi có những ưu điểm và nhược điểm
như sau:
 Ưu điểm:
 Năng suất sấy cao.
 Vật liệu sấy khô đều.
 Có thể tiến hành sấy liên tục.
 Hệ thống thiết bị sấy tương đối đơn giản.
 Dễ điều chỉnh nhiệt độ vật liệu ra khỏi buồng sấy.
 Có thể điều chỉnh thời gian sấy.
 Có thể cơ khí hoá và tự động hoá hoàn toàn.
 Nhược điểm:
 Khó khống chế chế độ làm việc ổn định, do vật liệu bị đảo trộn mạnh
nên dễ vỡ vụn, tạo bụi, bào mòn thành thiết bị và tiêu tốn năng lượng lớn
 Trở lực lớp sôi lớn.
 Tiêu hao nhiều điện năng để thổi khí tạo lớp sôi.
 Yêu cầu cỡ hạt nhỏ và tương đối đồng đều.

 

6


Hình 2.3 Máy sấy tầng sôi (www.vinanhatrang.vn )
2.1.4. Silo bảo quản
Silo là một dạng kết cấu bằng thép hay bê tông có dạng hình chữ nhật hay
hình tròn thường được sử dụng để bảo quản cho các loại hạt nông sản như lúa, bắp, lúa
mì,...Các cụm silo lúa hiện đại được trang bị hệ thống lấy mẫu để kiểm định chất
lượng lúa đầu vào, thiết bị làm sạch và sấy khô lúa, hệ thống nạp lúa vào và tháo lúa ra
bằng cơ giới.
Bên cạnh đó, silo cũng được trang bị hệ thống theo dõi tự động nhiệt độ của
lúa trong các hộc của silo và hệ thống thông thoáng để làm mát hạt trong quá trình bảo
quản. Nhờ vậy, chất lượng của lúa được bảo đảm trong nhiều tháng, đến 1 năm hoặc
lâu hơn nữa nếu được xử lý xông trùng cho hạt trước khi được nạp vào hay xử lý định
kỳ. Đặc điểm: Kho có dạng hình trụ, hình vuông hoặc hình 6 cạnh. Được xây bằng
gạch, bê tông cốt thép hay bằng thép, Silo có quy mô lớn được cơ giới hóa và tự động
hóa.

 

7


 

 
 

Hình 2.4 Silo bảo quản nông sản

 

2.2. Giới thiệu chung
2.2.1. PLC S7- 200
Các thành phần của một PLC S7-200 thường có các module phần cứng như
sau:
 Module nguồn.
 Module đơn vị xử lý trung tâm.
 Module bộ nhớ chương trình và dữ liệu.
 Module đầu vào.
 Module đầu ra.
 Module phối ghép (để hỗ trợ cho vấn đề truyền thông nội bộ).
 Module chức năng (để hỗ trợ cho vấn đề truyền thông mạng).

 

8


Hình 2.5 Mô hình tổng quát của một PLC S7-200
Địa chỉ các vùng nhớ của S7-200 CPU 224
 Đầu vào( input): I0.0 đếm I0.7; I1.0 đến I1.5; I2 đến I2.7
 Đầu ra( output): Q0.0 đến Q0.7; Q1.0 đến Q1.1
 Bộ đệm ảo đầu vào: I0.0 đến I15.7( 128 đầu vào)
 Bộ đệm ảo đầu ra: Q0.0 đến Q15.7( 128 đầu ra)
 Đầu vào tương tự: AIW0 đến AIW62
 Đầu ra tương tự: AQW0 đến AQW62
 Vùng nhớ V: VB0 đến VB5119
 Vùng nhớ L( địa phương) LB đến LB63
 Vùng nhớ M: M0.0 đến M31.7

 Vùng nhớ SM: SM0.0 đến 549.7, SM0.0 đến SM29.7
 Vùng nhớ Timer: T0 đến T255
 Vùng nhớ Counter: C0 đến C255
 Vùng nhớ bộ đếm tốc độ cao: HC0 đến HC5
 Vùng nhớ trạng thái( Logic tuần tự): S0.0 đến S31.7
 Vùng nhớ thanh ghi tổng: AC0 đến AC3
 Khả năng quản lý Label: 0 đến 255
 Khả năng quản lý chương trình con: 0 đến 63
 Khả năng mở rộng chương trình ngắt: 0 đến 127
 Cấu hình vào ra của S7-200 CPU224 AC/DC/Relay

 

9


Hình 2.6 Sơ đồ kết nối PLC
Các module mở rộng của S7-200 CPU224
2.2.2. Giới thiệu về thermocouple
2.2.2.1. Hiệu ứng seebeck
Năm 1821, Thomas Seebeck đã khám phá ra rằng nếu nối hai dây kim loại
khác nhau ở hai đầu và gia nhiệt một đầu nối thì sẽ có dòng điện chạy trong mạch đó.

Nếu mạch bị hở một đầu thì thì hiệu điện thế mạch hở (hiệu điện
thế Seebeck) là một hàm của nhiệt độ mối nối và thành phần cấu thành nên hai kim
loại. Khi nhiệt độ thay đổi một lượng nhỏ thì hiệu điện thế Seebeck cũng thay đổi
tuyến tính tính theo công thức sau:

eAB = T với  là hệ số Seebeck

 

10


2.2.2.2. Cách đo hiệu điện thế
Không thể đo trực tiếp hiệu điện
thế Seebeck bởi vì khi nối volt kế với
thermocouple thì vô tình chúng ta lại tạo thêm
một mạch mới. Ví dụ như ta nối thermocouple
loại T(đồng-constantan).
Khi đó, ta có mạch tương đương sau:

Cái mà chúng ta muốn đo là hiệu điện thế v1 nhưng khi nối volt kế vào
thermocouple thì chúng ta lại tạo ra hai mối nối kim loại nữa: J2 và J3. Do J3 là mối nối
của đồng với đồng nên không phát sinh ra hiệu điện thế, còn J2 là mối nối giữa đồng
với constantan nên tạo ra hiệu điện thế v2. Vì vậy kết quả đo được là hiệu của v1 và v2.
Điều này nói lên rằng chúng ta không thể biết nhiệt độ tại J1 nếu chúng ta không biết
nhiệt độ tại J2, tức là để biết được nhiệt độ tại đầu đo thì chúng ta cũng cần phải biết
nhiệt độ môi trường nữa.

Một trong những cách để xác định nhiệt độ tại J2 là ta tạo ra một mối nối vật
lý rồi nhúng nó vào nước đá, tức là ép nhiệt độ của nó về 0C và thiết lập tại J2 như là
một mối nối tham chiếu.Lúc này cả hai mối nối tại volt kế đều là đồng đồng nên không
xuất hiện hiệu điện thế Seebeck. Số đọc v trên volt kế là hiệu của v1 và v2
 

11

v = (v1 – v2)   (tJ1 – tJ2)
Nếu ta dùng ký hiệu TJ1 để chỉ nhiệt độ theo độ Celsius thì:
TJ1 (C) + 273,15 = tJ1
Do đó v trở thành:
v = v1 – v2 =  [(TJ1 + 273,15) (TJ2 + 273,15)]
=  (TJ1 – TJ2) =  (TJ1 – 0)  v = TJ1
Bằng cách thêm hiệu điện thế của mối nối tại 0C, giá trị hiệu điện thế đọc
được lúc này là so với mốc 0C. Phương pháp này rất chính xác nên điểm 0C được
xem như điểm tham chiếu chuẩn trong rất nhiều bảng tra giá trị điện áp ra của
thermocouple.

Nếu hai đầu nối của volt kế không cùng nhiệt độ thì hai hiệu điện thế sinh
ra không triệt tiêu lẫn nhau, và do đó xuất hiện sai lệch. Trong các phép đo lường cần
chính xác, người ta gắn chúng trên một khối đẳng nhiệt.Khối này cách điện nhưng dẫn
nhiệt rất tốt nên xem như J3 và J4 có cùng nhiệt độ (bằng bao nhiêu thì không quan
trọng bởi vì hai hiệu điện thế sinh ra luôn đối nhau nên luôn triệt tiêu nhau không phụ
thuộc giá trị của nhiệt độ).
2.2.2.3. Bù nhiệt của môi trường
Như trên đã phân tích, khi dùng thermocouple thì giá trị hiệu điện thế thu
được bị ảnh hưởng bởi hai loại nhiệt độ: nhiệt độ cần đo và nhiệt độ tham chiếu. Cách
gán 0C cho nhiệt độ tham chiếu thường chỉ làm trong thí nghiệm để rút ra các giá trị
của thermocouple và đưa vào bảng tra. Thực tế sử dụng thì nhiệt độ tham chiếu thường
là nhiệt độ của môi trường tại nơi mạch hoạt động nên không thể biết nhiệt độ này là
bao nhiêu và do đó vấn đề bù trừ nhiệt độ được đặt ra để sao cho ta thu được hiệu điện
thế chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ cần đo mà thôi.
 

12

Bù trừ nhiệt độ không có nghĩa là ta ước lượng trước nhiệt độ môi trường
rồi khi đọc giá trị hiệu điện thế thì trừ đi giá trị mà ta đã ước lượng.Cách làm này hoàn
toàn không thu được kết quả gì bởi hai lý do:
 Nhiệt độ môi trường không phải là đại lượng cố định mà thay đổi theo
thời gian theo một qui luật không biết trước.
 Nhiệt độ môi trường tại những nơi khác nhau có giá trị khác nhau.
Bù nhiệt môi trường là một vấn đề thực tế và phải xét đến một cách nghiêm
túc. Có nhiều cách khác nhau, về phần cứng lẫn phần mềm, nhưng nhìn chung đều
phải có một thành phần cho phép xác định nhiệt độ môi trường rồi từ đó tạo ra một giá
trị để bù lại giá trị tạo ra bởi thermocouple.
2.2.2.4. Các loại thermocouple
Về nguyên tắc thì người ta hoàn toàn có thể tạo ra một thermocouple cho
giá trị ra bất kỳ bởi vì có rất nhiều tổ hợp của hai trong số các kim loại và hợp kim.
Tuy nhiên để có một thermocouple dùng được cho đo lường thì người ta
phải xét đến các vấn đề như: độ tuyến tính, tầm đo, độ nhạy, … và do đó chỉ có một số
loại dùng trong thực tế như sau :
 Loại J: kết hợp giữa sắt với constantan, trong đó sắt là cực dương và
constantan là cực âm. Hệ số Seebeck là 51V/C ở 20C.
 Loại T: kết hợp giữa đồng với constantan, trong đó đồng là cực dương
và constantan là cực âm. Hệ số Seebeck là 40V/C ở 20C.
 Loại K: kết hợp giữa chromel với alumel, trong đó chromel là cực
dương và alumel là cực âm. Hệ số Seebeck là 40V/C ở 20C.
 Loại E: kết hợp giữa chromel với constantan, trong đó chromel là cực
dương và constantan là cực âm. Hệ số Seebeck là 62V/C ở 20C.
 Loại S, R, B : dùng hợp kim giữa platinum và rhodium, có 3 loại : S)
cực dương dùng dây 90% platinum và 10% rhodium, cực âm là dây thuần platinum. R)
cực dương dùng dây 87% platinum và 13% rhodium, cực âm dùng dây thuần platinum.
B) cực dương dùng dây 70% platinum và 30% rhodium, cực âm dùng dây 94%
platinum và 6% rhodium. Hệ số Seebeck là 7V/C ở 20C.

 

13


2.2.2.5. Một số nhiệt độ chuẩn
Sau khi đã thiết kế mạch xong thì người ta cần một số nhiệt độ chuẩn dùng
cho cân chỉnh. Bảng sau đây đưa ra một số loại nhiệt độ chuẩn:
Loại

Nhiệt độ

Điểm sôi của oxygen

-183,0 C

-297,3F

Điểm thăng hoa của CO2

- 78,5 C

-109,2F

0 C

32 F

Điểm tan của nước

0,01C

32 F

Điểm sôi của nước

100,0 C

212 F

Điểm tan của axit benzoic

122,4 C

252,3F

Điểm sôi của naphthalene

218 C

424,4F

Điểm đông đặc của thiếc

231,9 C

449,4F

Điểm sôi của benzophenone

305,9 C

582,6F

Điểm đông đặc của cadmium

321,1 C

610 F

Điểm đông đặc của chì

327,5 C

621,5F

Điểm đông đặc của kẽm

419,6 C

787,2F

Điểm sôi của sulfur

444,7 C

832,4F

Điểm đông đặc của nhôm

660,4 C

1220,7F

Điểm đông đặc của bạc

961,9 C

1763,5F

Điểm đông đặc của vàng

1064,4 C

1948 F

Điểm đông đá

Bảng 2.7: Bảng nhiệt độ chuẩn
2.2.3 Giới thiệu AD595
AD595 là một bộ khuếch đại vì sai hoàn chỉnh được thiết kế để bù trù nhiệt
độ cho Thermocouple sẽ thay thế cho các mạch bù trừ nhiệt độ khác.

 

14


Hình 2.8 Sơ đồ khối AD595
Nguyên tắc và giới hạn của AD595: Để bù trừ nhiệt độ từ TC AD595 phải

tạo ra 1 tín hiệu vi sai nó phải là 0 ở

và đầu ra của Thermocouple sẽ được tham

chiếu với nhiệt độ của chíp. Điện dương của +T sẽ tỷ lệ thuận với nhiệt đ

, nó có

thể làm giảm tín hiệu này bằng cách tải với nó với 1 điện trở từ +T tới COM. Hoặc
tăng nó với 1 điện trở kéo lên khi đó điện áp tại cực +T sẽ lớn hơn tại cực +C.
Lưu ý: Việc hiệu chỉnh +T nên thực hiện bằng cách đo điện áp và theo dõi
nó tại cực –T để tránh gây ra sự mất ổn định từ các bộ khuếch đại phản hồi.

Hình 2.8 Hiệu chỉnh AD595
Sự ổn định về nhiệt độ: Mỗi AD594/AD595 được kiểm nghiệm cho các
lỗi về nhiệt độ với Thermocouple đo ở 0 ° C. Các tác động tổng hợp của bù tiếp giáp,
độ lệch của bộ khuếch đại bù trừ và tính ổn định đối với nhiệt độ môi trường xung
quanh.

Hình 2.9 Lỗi độ lệch của nhiệt độ

 

15