Giới thiệu khái quát dây chuyền sản xuất gạch ốp lát của nhà máy gạch ốp lát Hà Nội

Trờng đại học bách khoa hà nội

Đồ án tốt nghiệp

Chơng 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
Chúng 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 nh trong sơ đồ 1.1
I
Khâu chuẩn bị nguyên
Nguyên tắc hoạt động
vật liệu

của dây chuyền:

Các dạng nguyên vật liệu thô sau khi qua các công đoạn V chế và tinh chế
sơ
hệ thống tự động đưa
thành dạng bột tinh (các thông số về độ ẩm, lợng nớc đÃphẩmyêu cầu nungđa sang
sản đạt vào lò ) sẽ
con lăn
khâu cân và phối trộn. Tại đây các nguyên vật liệu đợc phối trộn theo một tỷ lệ
nhất định tuỳ thuộc vào yêu cầu đối với sản phẩm định sản xuất. Sau đó vật liệu
đà phối trộn theo ống phun đợc đa sang bộ phận tạo sản phẩm thô, bao gồm các
phần nh tạo hình dạng, sấy sơ bộ. Tiếp theo là đến phần tráng men và in hoa để
tạo mẫu mà cho sản phẩm. Một dây chuyền tự động có nhiệm vụ đa sản phẩm thô

II
VI
đến bộ phận tạo sản phẩm tinh. Bộ phận này có nhiệm vụ nung sản phẩm với
hệ thống cân và trộn
khâu hoàn thành sản
nhiệt độ cao và tinh chế chúng bằng cách mài, đánh bóng. Sản phẩm sau khi qua
nguyên liệu
phẩm
bớc này đợc đa đến công đoạn kiểm tra, phân loại và bốc xếp. Những sản phẩm
đạt chỉ tiêu về chất lợng sẽ đợc đóng gói, vận chuyển đến các kho hàng bằng chế
độ tự động hoặc bán tự động. Dây chuyền sản xuất đợc 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 đợc ép có độ
ẩm cao (6% ), để thực hiện việc tráng men và in hoa, cần phải đợc đa vào lò sấy
đứng để gạch có nhiệt độ và độ ẩm thích hợp (50 0C; 0,5% ). Dới đây chúng ta sẽ
VII
khảo sát về lò sấy đứng.
III
hệ thống máy ép gạch

hệ thống kt phân loại
và bốc xếp gạch ốp lát

IV
hệ thống tự động đưa
gạch vào lò sấy đứng

VIII
gạch ®· ®ãng gãi vµ cÊt
trong kho

1


Trờng đại học bách khoa hà nội

Đồ án tốt nghiệp

Hình 1.1: Sơ đồ khối dây chuyền sản xuất sản phẩm
I.1- Mô tả các thông số kỹ thuật cơ bản và nguyên tắc điều
khiển lò sấy đứng

2


Trờng đại học bách khoa hà nội

Đồ án tốt nghiệp

1- Các thông số kỹ thuật cơ bản của lò sấy đứng
ã Các thông số về kích thớc 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 200C- 1400C.

*

Thời gian cấp nhiệt trong quá trình sấy: 1h.

*

Vật liệu sấy là gạch mộc.

*

Yêu cầu gạch sau khi sấy phải có độ ẩm 0,5% và nhiệt độ khoảng 500C.

Công suất cung cấp cho lò trong quá trình sấy:
Để làm bay hơi hoàn toàn 1Kg cần cung cấp lợng nhiệt 539Kcal. Để sấy
khô 1Kg sản phẩm có độ ẩm 6% thì cần cung cấp nhiệt lợng 32,34Kcal. Trong 1h
có 6.361,2Kg vật sấy đi vào lò sấy, để sấy khô chúng ta cần cung cấp nhiệt lợng
205.721Kcal.
Thông thờng hiệu suất của lò sấy chính là công suất của buồng phát nhiệt.
Theo dự kiến nhiệt độ buồng phát nhiệt là 5000C, trong khi đó nhiệt độ tác
nhân sấy theo yêu cầu công nghệ là 1400C. Do đó để có đợc nhiệt độ tác nhân sấy
theo yêu cầu đặt ra thì phải cung cấp một lợng không khí có nhiệt độ bằng nhiệt
độ của môi trờng (200C ) phù hợp nào đó để hoà trộn vói nhiệt độ buồng phát
nhiệt. Theo số liệu ngời ta đà tính đợc thì cần phải cung cấp một lợng không khí
là 4000m3/ h.
Vì nhiệt độ của tác nhân sấy để sấy sản phẩm trong lò sấy nhỏ nên ngời ta
chọn phơng pháp trao đổi nhiệt đối lu cỡng bức bằng gió nóng, chuyển động bởi
hệ thống quạt ly tâm. Đây là phơng pháp thờng đợc dùng trong lò công nghiệp.
Từ lu lợng gió yêu cầu (4000m3/ h ) ta chọn loại quạt N4, công suất cung
cấp cho quạt là 2,2Kw (đây là loại quạt đà đợc tiêu chuÈn ho¸ ).

3

Trờng 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 đợc chia làm hai phần chính
đối ngợc nhau và đợc nối với nhau bằng phần thứ ba, trong đó quạt VP (quạt
chính ) làm việc. Mỗi phần đợc chia làm ba khu vực tách rời là kênh cung cấp,
kênh tuần hoàn và kênh giữa (hay kênh chÝnh ).

4


Trờng đại học bách khoa hà nội

Đồ án tốt nghiệp

Hình 2.1:Bố trí các van bên trong lò sấy đứng

5


Trờng đại học bách khoa hà nội

Đồ án tốt nghiệp

Hình2.2: Đờng đi của khí bên trong lò sấy đứng

6

Trờng đại học bách khoa hà nội

Đồ án tốt nghiệp

Quạt VP làm việc theo kiểu ngợc dòng, hệ đờng ống chính đợc chia làm
hai đờng ống tách rời. Một trong hai ®êng èng cung cÊp khÝ cho buång ®èt khÝ
trùc tiếp để tạo tác nhân sấy và sau đó cung cấp cho kênh đi xuống. Khí tuần hoàn
với độ ẩm cao và nhiệt độ thấp chạy qua nhánh khác của ®êng èng ®Ĩ cung cÊp
khÝ cho kªnh ®èi diƯn, ë đó vật liệu đợc đa vào. Van SD đợc đặt sau quạt chính
tách luồng khí từ quạt và dẫn vào một trong hai nhánh của đờng ống, (còn gọi là
van làm chệch hớng, nh trên hình 2-1.2 ).
Van SM trộn không khí từ buồng phát nhiệt tới và khí tuần hoàn trớc khi
dẫn luồng khí này tới kênh tơng ứng. Các kênh này đợc trang bị các van đặc biệt
kiểu lới, chúng đợc đặt theo mặt phẳng thẳng đứng. Các lới này của van có nhiều
hình thù đặc biệt và trun khÝ theo lng máng song song víi c¸c líp 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 đợc hút
ra các cửa tơng 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 đờng ống hút đợc đặt trong lỗ hút một phần khí
thải và định lợng nã b»ng c¸c van cưa SCS (van phơ ) chun tới ống dẫn khí thải
để thải đi. Phần khác của lợng khí thải hút từ phía dới của lò sấy, khí này mang
nhiều hơi nớc nên đợc hút hết ra ngoài qua van chính SCP đặt ở phần chính của
ống dẫn khí thải.
Khí lạnh đợc bổ sung để hoà trộn vào kênh cung cấp qua cửa SEA đặt ở
phía dới 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 đợc hút trở về kênh chính qua van cửa cho khí lần hai vào SVA
hoặc đợc hút xuống cửa dới của ống dẫn khí thải cũng góp phần để sấy gạch sơ
bộ. Độ mở của các van đợc 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 lợng này dùng để sấy gạch để gạch ra có nhiệt độ và
độ ẩm 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 tơng ứng với từng vị trí của lò, nhiệt độ phải thích hỵp
7


Trờng đại học bách khoa hà nội

Đồ án tốt nghiệp

với từng mục đích cụ thể. Với toàn bộ quá trình này, ta lập ra mối quan hệ giữa
nhiệt độ theo thời gian và vị trí đợc một đờng cong gọi là đờng 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 đợc nhiên liệu cung cấp để đốt. Đồng thời với
việc cung cấp nhiên liệu cũng phải cung cấp lợng 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 đợc chuyển tới đầu vào của lò sấy đứng nhờ băng chuyền,
chúng đợc xếp lần lợt 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 cđa sù
®èi lu b»ng khÝ nãng, khÝ chun ®éng bởi hai quạt ly tâm và đợc đốt đến nhiệt độ

cần thiết bởi một buồng đốt khí trực tiếp. Quá trình sấy của lò có thể đợc chia làm
ba giai đoạn chính là làm nóng sơ bộ, sấy và làm ổn định:
- Làm nóng sơ bộ (200C-1400C ): Trong giai đoạn này, gạch đợc 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 đợc làm nóng lên đến nhiệt độ nào đó và
giảm hơi nớc đáng kể.
- Giai đoạn sấy (1400C ): Khí nóng từ mỏ đốt đợc điều chỉnh nhiệt độ và lu
lợng đi vào các rọ và sấy theo cách phù hợp. Sau giai đoạn sấy, gạch đợc sấy nóng
đến nhiệt độ cao, độ ẩm đạt đến mức yêu cầu.
Giai đoạn làm ổn định (1400C- 500C ): Gạch sau khi đợc sấy nóng đợc
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 đợc lấy từ một buồng đốt. Buồng này đốt dầu,
có thể là gas, và không khí dới dạng hỗn hợp, tức là dầu và không khí đợc 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 đợc đẩy vào
kênh tuần hoàn, một phần vào kênh cung cấp. Khí nóng từ các kênh này đợc hút
vào các rọ quay và trao đổi nhiệt với gạch, thực hiện quá trình sấy.
Nhiệt lợng phải đợc cung cấp đủ mức cần thiết tại từng vị trí. Mức này ®ỵc
tù ®éng ®iỊu khiĨn nhê bé vi xư lý trung tâm (CPU). Tại từng vị trí của lò sấy có
8


Trờng đại học bách khoa hà nội

Đồ án tốt nghiệp

đặt các đầu đo nhiệt độ. Đầu đo cảm biến từ nhiệt thành điện, qua xử lý số liệu rồi
đa về CPU. Tại đây CPU so sánh vói giá trị định trớc do ngời sử dụng yêu cầu (số

liệu này đợc đa vào qua các phím điều khiển). Từ sự so sánh này, CPU đa ra tín
hiệu điều khiển để đóng hay mở thêm các van dầu (hay khí gas) để cấp nhiên liệu
cho phù hợp.

Chơng II
9


Trờng đại học bách khoa hà nội

Đồ án tốt nghiệp

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 đa ra phơng 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 chơng một đà 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 đờng cong công nghệ của quá trình sấy của lò sấy( nó đợc xây dựng
từ đờng cong lý thuyết dựa vào thành phần vật liệu, yêu cầu gia nhiệt và thời gian
cấp nhiệt lập ra đờng cong lý thuyết và đợc xác lập băng thực nghiệm hay bằng
quá trình sản xuất ban đầu thành đờng cong công nghệ) nh hình 2.1

T0C

I

III

II

140

50
Vùng 2

Vùng 1

20
0

0.3

Vùng 3

0.7

(h)
1

Hình 2.1: Sơ đồ công nghệ của quá trình sấy
Trong đó:

t0- Nhiệt độ bề mặt vật liệu sấy

- Thời gian sấy
* Yêu cầu bài toán đặt ra :

- Xác định nhiệt độ của lò sấy, mà cụ thể là nhiệt độ từng vùng trong lò sÊy.

10


Trờng đại học bách khoa hà nội

Đồ án tốt nghiệp

- 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 sù cè vỊ
ngn cung cÊp, sù cè vỊ hƯ thèng điều khiển.
Do một nguyên nhân nào đó mà trong quá trình chuyển động của rọ sấy đa
gạch vào lò sấy nhờ hệ thống băng xích mà hệ thống băng xích này lại bị kẹt thì
phải khắc phục nh thế nào?
Nếu khi gạch mộc đa vào mà độ ẩm vợt quá mức cho phép thì phải làm thế
nào? và làm thế nào để kiểm tra đợc độ ẩm của gạch trớc khi đa 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 đa gạch vào của băng truyền và
tốc độ chuyển động của băng xích đa rọ sấy vào lò là không đổi, đồng thời độ ẩm
của gạch đa vào là đúng yêu cầu.
Từ các yêu cầu đặt ra ở trên ta phải tìm một phơng án thích hợp ®Ĩ thiÕt kÕ
hƯ thèng ®iỊu khiĨn nhiƯt ®é ®¸p øng đợc các yêu cầu đặt ra của bài toán
2.2- Phơng án giải quyết bài toán
Trớc tiên để đa ra một phơng 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 lu 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 lu không lớn lắm và khi

không có đối lu cỡng bức có thể bỏ qua.
- ở các lò có nhiệt độ cao trong mọi trờng hợp phần truyền nhiệt đối lu chiếm tỉ
lệ nhỏ nên không cần tính.
2.2.1- Chọn phơng pháp đo nhiệt độ lò
Có hai phơng pháp đo nhiệt độ: Đo nhiệt độ bằng phơng pháp tiếp xúc và
phơng pháp không tiếp xúc.
- Phơng pháp tiếp xúc: Thờng sử dụng nhiệt kế điện trở và nhiệt kế cặp nhiệt.
Phơng pháp này thờng đợc dùng để đo nhiệt độ thấp ( thờng là <6000C ữ7000C),
và nhiệt độ trung bình.
Phơng pháp không tiếp xúc: Thờng sử dụng đo nhiệt độ cao. Đây là phơng
pháp dựa trên định luật bức xạ của vật đen tuyệt đối, tức là vật hấp thụ năng lợng
theo mọi hớng với khả năng lớn nhất.
11


Trờng đại học bách khoa hà nội

Đồ án tốt nghiệp

Việc lựa chọn phơng pháp đo và cảm biến đo phụ thuộc phần lớn vào dải
nhiệt độ đo và sai số 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 phơng pháp đo nhiệt
độ của lò bằng phơng pháp tiếp xúc với thiết bị đo là cặp nhiệt điện.
Phơng 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 tợng nhiệt điện, tức là nếu
hai dây dẫn có bản chất khác nhau đợc 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 đợc
gọi là dòng nhiệt điện.

+
Cấu tạo của cặp nhiệt điện gồm hai dây hàn với nhau ở một đầu và đợc
luồn vào ống để có thể đo đợc 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
đợc luồn vào ống sứ nhỏ. Nếu vỏ bằng kim loại cả hai đều đợc đặt trong ống sứ.
Tuy nhiên khi đo sức điện động nhiệt điện bằng miliVônmet sẽ gây sai số,
do đó để khắc phục sai số ngời ta thờng 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:
I=

E
RT + Rd + Rdc

Trong đó:
E- Sức điện động
Rd- điện trở dây
RT- Điện trở cặp nhiệt ngẫu
Rdc- Điện trở của miliV«nmet
12


Trờng đại học bách khoa hà nội

Đồ án tốt nghiệp

Điện áp rơi trên miliVonmet sẽ là:
U = E I ( Rd + RT ) = E

Rdc
RT + Rd + Rdc

Các cặp nhiệt điện tiêu chuẩn:
*

Cặp nhiệt điện Crômen- Copen (XK):

Cặp nhiệt điện này có dây dơng là Cromen: là hỵp kim 89% Niken + 9,8%
Crom + 1% Fe + 0,2% Mn.
-

Dây âm là Copen: là hợp kim (53ữ 54)% Cu + (47ữ 46)% Ni

-

Có đặc tuyến tơng đối phi tuyến.

Nếu nhiệt độ thay đổi từ 0ữ 1000C thì = 0,069 mV/ 10C còn nếu thay đổi
từ 500ữ 6000C thì = 0,082 mV/ 10C.
Giới hạn đo:
+ Nếu nhiệt độ đo ngắn hạn thì nhiệt độ cực đại tmax= 8000C
+ Nếu nhiệt độ đo dài hạn thì nhiệt độ cực đại tmax= 6000C
ở đây dây đẫn bù của Cromen- Copen đợc chế tạo bằng chính bản thân
nhiệt điện Cromen- Copen.
*

Cặp nhiệt điện Cromen- Alumen (XA)

- Cặp nhiệt điện này có dây dơng là Cromen
- Dây âm là Alumen: Là hỵp kim cã 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 tmax= 13000C
+ Đo dài hạn nhiệt độ cực đại tmax= 11000C
ở đây dây dẫn bù có hai loại là :
+ Một loại thờng đợc chế tạo từ bản thân Cromen và Alumen
+ Một loại khác dây dơng là đồng và dây âm là Constantan( là hợp kim chứa 60%
Cu+ 40% Ni)
13


Trờng đại học bách khoa hà nội

Đồ án tốt nghiệp

* Cặp nhiệt điện Platinorodo- Platin ( , Pt Rh)
- Cặp nhiệt này có dây dơng là hợp kim chứa 90% Pt + 10% Rh
Dây âm chứa 100% Pt
Đặc tuyến là phi tuyến
Độ nhạy:
+
Nếu đo trong khoảng nhiệt độ từ 0ữ1000C thì = 0,0064 mV/ 10C
+
Nếu đo nhiệt độ trong khoảng 900ữ 10000C thì = 0,01 mV/ 10C
- Giới hạn đo :
+ Đo ngắn hạn thì nhiệt độ cực đại tmax= 8000C
+ Đo dài hạn thì nhiệt độ cực đại tmax= 8000C

ở đây sử dụng dây đẫn bù với dây dơng 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 5000C, 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- Phơng pháp điều khiển nhiệt độ lò:
Nh phần trên ta đà trình bày, nguồn nhiệt cung cấp cho hoạt động
sấy ở đây đợc lấy từ một buồng đốt. Buồng đốt này đốt gas và không khí dới
dạng hỗn hợp, gas đợc lấy từ bể chứa gas sau khi qua các van điều áp đợc đa tới
mỏ đốt. Nhiệt sinh ra làm nóng không khí. Không khí nóng đợc đẩy vào kênh
tuần hoàn, một phần vào kênh cung cấp. Khí nóng từ các kênh này đợc 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 đợc quá trình sấy và có
thể chủ động điều chỉnh đợc quá trình này( thay đổi nhiệt độ ở các vùng bằng
cách thay đổi độ mở các van tơng ứng) sao cho phù hợp với mục đích sấy. Sau khi
điều chỉnh độ mở các van đà hợp lý, việc điều chỉnh nhiệt độ đến mức yêu cầu sẽ
đợc 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 nhiƯt ®é khÝ bng ®èt T0( BURNER AIR).
Trong CPU sÏ luôn so sánh T0 và Tw để cung cấp đầu và khí cho quá trình đốt.
Thực chất là quay CAM để đóng mở đờng dầu hồi và van không khí. Nếu quá
trình này bất thờng nhiệt độ tăng quá hoặc giảm đến nhiệt độ Ts thì CPU cho
dừng buồng đốt.
14


Trờng đại học bách khoa hà nội

Đồ án tốt nghiệp

Việc đốt và quá trình điều chỉnh tại một điểm đợc trình bày bằng các hình
dới đây:

Temperature

sensor

Amplifier

ADC IN

ADC

MICRO-

Data
bus

COMPUTER

HEATER
ON/ OFF CONTROL
Main
ON/ OFF CONTROLLED

MAINS- DEMO BOX

From main

Hình 2.3- Quá trình đốt và điều chỉnh nhiệt độ tại một điểm

15


Trờng đại học bách khoa hà nội

Đồ án tốt nghiệp

T= in 21h

cmp t,
t1+ w

cmp t,
t1- w

>

<
KĐ

rơle= off

rơle= on

Lọc
thông

KĐ
đệm

Buồng
phát nhiệt
Hình 2.4- Điều khiển Rơle để mở van

A/ D

Chú thích:
T1: Nhiệt độ đặt
W: Độ rộng vùng nhiệt độ cho phép( sai lệch cho phép)
T: Nhiệt độ thực tại thời điểm kiểm tra
CT
Nh vậy từ sự phân tính các đặc điểm trên ta có thể mô tả sơ đồ khối hệ
Hệ điều
KĐ
Lọc
thống điều khiển nhiệt độ lò nh KĐ
sau:
VXL
đệm
thông
Phím
Vùng 1
chỉnh

Vùng 2
Vùng 3

KĐ

Lọc
thông

KĐ

Lọc
thông

KĐ

đệm

KĐ

đệm

16


Trờng 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 đợc 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 đợc đa
về bộ điều khiển, tại đây bộ điều khiển có nhiệm vụ tính toán, so sánh và đa ra tín
hiệu điều khiển phù hợp cho quá trình sấy, thực chất là đóng mở Rơle để đóng mở

các van tơng ứng. Căn cứ vào các yêu cầu, chỉ tiêu, nhiệm vụ cụ thể mà ta rút ra
các phơng án thiết kế hệ thống điều khiển nhiệt độ khác nhau cho từng hệ thống
thực tế nào đó.
Nh vậy để đạt đợc số chỉ nhiệt độ tại các điểm đo có hai yếu tố:
+ Nguồn nhiệt phải đủ mức cần thiết. Mức này đợc tự động điều chỉnh nhờ bộ xử
lý trung t©m.
17


Trờng đại học bách khoa hà nội

Đồ án tốt nghiệp

+ Sự đóng mở các van tại vị trí sao cho hợp lý tức là lợng khí nóng, khí lạnh và
việc thu hồi nhiệt tạo ra sự chênh lệch áp suất để đối lu
*
Các u điểm của phơng pháp này là:
- Tín hiệu xử lý là tín hiệu số nên có độ chính xác cao.
- Việc tính toán nhiệt độ đợc thực hiện bằng phần mềm nên có tính linh hoạt và
mềm dẻo hơn.
- Vi xử lí đợc sử dụng là 80C31, đây là loại vi xử lí đà đợc thơng phẩm hoá trên
thị trờng 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 tơng đối phong phú, trợ
giúp nhiều lƯnh cho ngêi lËp tr×nh, gióp cho viƯc lËp tr×nh đợc đơn giản và dễ
hiểu.
- Bộ vi xử lí này thuận tiện cho các hệ thống vừa và nhỏ.

18

Trờng đại học bách khoa hà nội

Đồ án tốt nghiệp

Chơng III
Thiết kế hệ thống điều khiển
nhiệt độ lò sấy đứng
Sau khi đà phân tích mục đích cũng nh yêu cầu cđa hƯ thèng lß sÊy, ta cã
thĨ thiÕt kÕ hƯ 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, chơng trình đang ch¹y cã thĨ cho
dõng l¹i bëi mét sù cè, mét ngn ng¾t ( ng¾t cøng hay ng¾t mỊm).
+ Module cung cấp nguồn cho hệ thống.
Trớc 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 chØ thiÕt kÕ hƯ thèng ®iỊu khiĨn nhiƯt ®é của lò sấy, do đó ta chỉ
giới thiệu về một số thiết bị chính mà ta cần quan tâm.
3-1- Giới thiƯu vỊ vi xư lÝ sư dơng trong m¹ch.
A- Vi xư lÝ 80C31
1-

Giíi thiƯu chung vỊ bé vi xư lÝ 80C31.
Hä vi xư lý MCS- 51 lµ hä vi xư lý điển hình đợc đa 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 xư lý MCS- 51 th× bé vi xư lý 8051 có bộ nhớ chơng trình
(ROM) tơng đối lớn, đến 4K byte, đợc 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 nh khi lập trình đều cho phép bảo vệ chống đọc ra.

- Bộ vi xử lý 80C51 là bộ điều khiển 8 bit có bộ nhớ chơng trình và bộ nhớ
dữ liệu riêng biệt, có thể mở rộng tới 64Kbyte bộ nhớ chơng trình và 64 Kbyte bộ
nhớ dữ liƯu.
- Bé vi xư lý 8031 thùc chÊt cịng lµ bộ vi xử lý 8051 đợc chế taọ theo công
nghệ CMOS nhng 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 nh của 8031 (8051).
- Đơn vị xử lý trung tâm 8 bit đà đợc tối u hoá để đáp ứng các chức năng điều
khiển.
19


Trờng đại học bách khoa hà nội

Đồ án tốt nghiệp

- Khèi logic xư lý theo bit thn tiƯn cho viƯc thực hiện các phép toán dạng
Boole.
- Bộ tạo dao động giữ nhịp bên trong (đến 12MHz).
- Tập lệnh rất phong phú.
- Giao diện nối tiếp có khả năng hoạt động song công, đồng bộ (UART) có thể
đợc tính địa chỉ một cách riêng biệt.
- Có 16 (32) đờng dẫn vào/ ra hai hớng và từng đờng dẫn có thể đợc định địa chỉ
một cách riêng biệt.
- Có năm nguồn ngắt với hai mức u tiên.
- Dung lợng của bộ nhớ dữ liệu RAM bên ngoài có thể lên đến 64 Kbyte.
- Dung lợng của bộ nhớ chơng trình ROM bên ngoài có thể lên đến 64 Kbyte.
- Dung lợng bộ nhớ RAM trong là 128 byte.
- Hai bộ đếm định thời timer/ counter 16 bit.
- Bus và khối định thời tơng thích với các khối ngoại vi cho bộ vi xư lý kh¸c cđa

h·ng nh 8085/ 8088.
- Mét cỉng trun 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) đợc tích hợp ngay trên chip cũng có dung lợng bộ nhớ bằng
dung lợng bộ nhớ của RAM.
- Mặc dù vậy các thanh ghi đặc biệt cũng bao gồm cả thanh ghi A
(acccumulator), thanh ghi phơ B, vµ thanh ghi tõ trạng thái chơng trình Program
Status Word (PSW).
Nh vậy ở đây chúng ta thấy việc phân chia độc lập hai khối bộ nhớ chơng
trình và bộ nhớ dữ liệu là sử dơng cÊu tróc Harvard.
2-CÊu tróc cđa bé vi xư lý 80C31.
ã 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 phÇn sau:
- Thanh ghi tÝch lịy A( accumulator).
- Thanh ghi phụ B dùng cho phép nhân và phép chia.
- Đơn vÞ sè häc ALU( Arithmetic Logic Unit).
- Thanh ghi tõ trạng thái chơng trình PSW( Program Status Word).
- Bốn băng thanh ghi.
20


Trờng đại học bách khoa hà nội

Đồ án tốt nghiệp

- Con trỏ ngăn xếp SP( Stack Pointer) cũng nh con trỏ dữ liệu để định địa chỉ
cho bộ nhớ dữ liệu bên ngoài.
Ngoài ra ở đây còn có: bộ đếm chơng trình PC (Program Counter), bộ giải

mà lệnh, bộ điều khiển thời gian và logic.
Đơn vị xử lý trung tâm nhận trực tiếp xung nhịp từ bộ tạo dao động đợc lắp
thêm vào, linh kiện phụ trợ có thể là một khung dao động bằng vật liệu gốm hoặc
một bộ cộng hởng bằng thạch anh. Ngoài ra còn có khả năng đa một tín hiệu giữ
nhịp từ bên ngoài vào.
Chơng 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 đợc đặt lên) hoặc cũng cã thĨ lµ giao diƯn nèi tiÕp .

21


Trờng đại học bách khoa hà nội

Đồ án tốt nghiệp

Sơ ®å cÊu tróc cđa mét bé vi ®iỊu khiĨn 8 bit
Các sự kiện cần đếm

ĐK
ngắt

FF
00

Timer22
Timer

RAM
RAM

SFR

Timer1

Nguồn
ngắt
trong

Timer 0

Các ngắt ngoài

7F

RAM

00

XTAL 1,2

PSEN ALE

Port 3

Port 1

Quản lý bus

Port 2

Bộ dao
động

Port 0

CPU

Cổng
tiếp

nối

Đ/c thấp Đ/c
/Dữ liệu cao
Më réng trong
8032

Bé vi xư lý 8051/8052 cßn cã mét bộ nhớ chơng trình bên trong với dung lợng 4/ 8 Kbyte trong khi bé vi xư lý cđa 8031/8032 lại nhận đợc chơng trình điều
hành của nó từ một bộ nhớ chơng trình bên ngoài. Bộ vi xử lý tiêu chuẩn có 128
byte RAM bên trong để có thể xắp xếp các dữ liệu và thông tin điều khiển.
ở bộ vi xử lý 8032/ 52, bộ nhớ này đà đợc mở rộng lên đến 256 byte.
Các bộ vi xử lý 8031/ 51 còn chứa hai bộ định thời (timer/ counter ) 16 bit,
chúng cũng có thể đợc sử dụng nh là một bộ đếm các sự kiện, trong khi ở các bộ
vi xử lý 8032/ 52 lại có thêm một bộ định thời thứ ba. Bộ này có thể sư dơng
22


Trờng đại học bách khoa hà nội

Đồ án tốt nghiệp

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 đợc sử dụng một cách rất đa năng
Theo nh sơ đồ trên thì ta thấy họ các MCS- 51 có bốn cổng song song 8 bit,
hoạt ®éng ®éc lËp víi nhau. ë c¸c bé vi xư lý 8051/52, các cổng này có thể đợc
sử dụng cho những mục đích điều khiển rất đa dạng.
Khi các bộ vi xử lý 8031/32 làm việc với bộ nhớ chơng trình ở bên ngoài,
cổng P0 dùng để truyền nửa dới của các địa chỉ nhớ đợc sử dụng giống nh 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 đợc cho những mục đích điều khiển
khác nhau. ở cổng P3 còn có thêm các đờng dẫn điều khiển dùng cho việc trao
đổi dữ liệu với bên ngoài, để đấu nối giao điện nối tiếp cũng nh các đờng 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 đợc trong một vùng rộng và đợc ấn định bằng một bộ định thời.
Dới đây là sơ đồ bè trÝ ch©n linh kiƯn cđa bé vi xư 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


Trờng đại học bách khoa hà nội

Đồ án tốt nghiệp

Chân
1
đến
8
9
10
đến
17
18
19
20
21
đến
28
29

Kí hiệu
P1.0
đến
P1.7
RESET
P3. 0
đến
P3.7
XTAL2
XTAL1
Vss
P2. 0
đến

P2. 7

30

ALE

31

/EA

External Access; Khi đợc nối với mass là để làm việc
với ROM bên ngoài

32
đến
39

P0. 7
đến
P0. 1

Cổng hai hớng cực máng hở P0 hoặc bus dữ liệu hai hớng dùng cho ROM, RAM và thiết bị ngoại vi bên
ngoài. Cũng chuyển giao cả 8 bit phía dới của địa chỉ

40

Vcc

Nguồn nuôi dơng, +5V

/PSEN

Chức năng
Cổng giả hai hớng( quasi- bidirectional) P1
tự do sử dụng
Lối vào Reset, khi hoạt động( activ) ở mức cao
Cổng giả hai hớng P3
Sắp xếp tất cả các đờng dẫn với chức năng đặc biệt
Lối ra của bộ dao động thạch anh bên trong
Lối vào của bộ dao động thạch anh bên trong
Nối mass
Cổng giả hai hớng P2
Chức năng đặc biệt: các đờng dẫn địa chỉ
A8 ®Õn A15
Program Store Enable, xuÊt ra c¸c xung däc dïng cho
bộ nhớ chơng trình bên ngoài
Address Latch Enable, xuất ra các xung điều khiển để
lu trữ trung gian các địa chỉ

Lối vào / EA (chân 31) đóng vai trò quyết định xem liệu bộ vi xử lý làm
việc với bộ nhớ chơng trình bên trong hay bên ngoài. ở loại không có bộ nhớ
ROM, chân này phải đợc nối với mass. Loại thông thờng có thể làm việc tuỳ theo
cách lựa chọn với ROM bên trong hay bên ngoài. Khi ®ang ë chÕ ®é lµm viƯc víi
24


Trờng đại học bách khoa hà nội

Đồ án tốt nghiệp

bộ nhí ROM trong, lo¹i cã chøa bé nhí ROM cã thể truy nhập tự động lên bộ
nhớ chơng trình bên ngoµi.
3- Tỉ chøc bé nhí
a- Bé nhí RAM trong:
Bé nhí RAM trong (128 byte) cđa 8031 chøa c¸c thanh ghi và các bit địa chỉ
thanh ghi có chức năng nh là bộ nhớ RAM đa năng đợc minh hoạ bằng hình sau
đây:
7F
30
2F
28
27
20
1F
18
17
10
F

08
07

80 bytes of RAM
(scratch pad)
16 bytes of
bit- addressable
RAM
Bank 3
Bank 2
Bank 1

Bank 0

Theo nh sơ đồ trên ta thấy bộ nhớ RAM trong có 128 byte, trong đó:
00
32 byte đầu tiên đợc chia thành bốn dải thanh ghi, mỗi dải thanh ghi gồm
8 thanh ghi riêng biệt đợc đánh số từ R0 đến R7. Bốn dải thanh ghi này đợc 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 chơng trình con. Để có thể sử dụng các
thanh ghi cao hơn, con trỏ ngăn xếp phải đợc đặt lên một giá trị thích hợp ở chỗ
bắt đầu của một chơng trình.
16 byte tiếp theo thuộc vùng địa chỉ có thể truy nhập tới từng bit đợc đánh
địa chỉ từ 20H đến 2FH
80 byte tiếp theo đợc sử dụng tự do và vùng ngăn xếp. ở tất cả những SFR
đợc 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 đợc theo bit. Bởi vì phần lớn các
SFR bao gồm từ nhng 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.
b- Các thanh ghi có chức năng đặc biệt SFR ( Special Function Registers)
25