KHẢO NGHIỆM MÁY SẤY THÍ NGHIỆM CHÂN KHÔNG ỨNG DỤNG TRONG SẤY GỖ THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ SẤY

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

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

KHẢO NGHIỆM MÁY SẤY THÍ NGHIỆM CHÂN KHÔNG
ỨNG DỤNG TRONG SẤY GỖ - THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ
HÌNH ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ SẤY

Họ và Tên Sinh Viên: NGUYỄN THÀNH CHUNG
THIÊN SANH XUÂN
Ngành: CƠ ĐIỆN TỬ
`

Niên khóa: 2009-2013


Tháng 06 năm 2013


KHẢO NGHIỆM MÁY SẤY THÍ NGHIỆM CHÂN KHÔNG ỨNG
DỤNG TRONG SẤY GỖ - THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH ĐIỀU
KHIỂN NHIỆT ĐỘ SẤY

TÁC GIẢ

NGUYỄN THÀNH CHUNG – THIÊN SANH XUÂN

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

Giáo viên hướng dẫn:
Th.S TRẨN THỊ KIM NGÀ
PGS.TS NGUYỄN VĂN HÙNG

Tháng 06 năm 2013
i


LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên em xin cảm ơn gia đình em đã sinh ra, nuôi dưỡng và dạy dỗ em có được
ngày hôm nay, lời biết ơn trân trọng nhất.
Xin cảm ơn quý thầy cô trong và ngoài trường ĐH Nông Lâm Tp.HCM nói chung
và các thầy cô Khoa Cơ Khí-Công Nghệ nói riêng, người đã hết lòng truyền đạt kinh
nghiệm sống, học tập cũng như cách làm việc trong suốt quá trình theo học tại trường.
Xin cảm ơn đến các Thầy Cô hướng dẫn,Thầy PGS.TS Nguyễn Văn Hùng, Cô
Th.S Trần Thị Kim Ngà. Thầy Cô đã tận tình hướng dẫn và truyền đạt những kinh
nghiệm về mọi mặt trong suốt quá trình làm luận văn tốt nghiệp.
Xin cảm ơn các Thầy Cô và các Anh Chị khoa Lâm Nghiệp đã tận tình giúp đỡ em
trong quá trình nghiên cứu, khảo nghiệm để hoàn thành luận văn.
Cuối cùng mình xin cảm ơn các bạn Cơ – Điện Tử K35 và các bạn trong CLB Cán
Bộ Đoàn Ngôi sao xanh, các bạn thân hữu gần xa đã giúp đỡ chúng em trong suốt thời
gian thực hiện đề tài.
TPHCM, ngày tháng 06 năm 2013
Sinh viên thực hiện

NGUYỄN THÀNH CHUNG
THIÊN SANH XUÂN

ii

TÓM TẮT
-

Đề tài nghiên cứu “ Khảo nghiệm máy sấy thí nghiệm chân không ứng dụng

trong sấy gỗ - Thiết kế, chế tạo mô hình điều khiển nhiệt độ sấy” được thực hiện tại
trường Đại Học Nông Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh, thời gian từ tháng 2 đến tháng 6
năm 2013.
Đề tài đã khảo nghiệm với 2 mẫu gỗ d = 30 mm, d = 50 mm ở nhiệt độ 60 oC
Khảo nghiệm: Loại gỗ tràm
+ Nhiệt độ sấy dao động từ 25 oC  72 oC
+ Đã khảo nghiệm được khoảng 2 mẻ, ta thấy gỗ sau khi sấy chân không có chất
lượng như màu sắc gỗ sáng hơn, độ ẩm giảm từ 10%  12%, các khuyết tật của gỗ
như: độ cong vênh, nứt nẻ dưới 35%
- Ngoài ra còn thiết kế, chế tạo mô hình điều khiển nhiệt độ sấy ứng dụng PID.

iii


MỤC LỤC
Chương 1 MỞ ĐẦU.....................................................................................................1
1.1 Đặt vấn đề..........................................................................................................1
1.2 Mục đích:...........................................................................................................1
Chương 2 TỔNG QUAN.............................................................................................2
2.1

Đối tượng gỗ sấy:............................................................................................2

2.1.1 Đối tượng:....................................................................................................2

2.1.2 Khái niệm về sấy gỗ......................................................................................2
2.1.3 Tầm quan trọng của gỗ:.................................................................................3
2.2

Máy sấy chân không:.....................................................................................3

2.2.1 Định nghĩa:...................................................................................................3
2.2.2

Các loại máy sấy chân không:...................................................................4

2.3

Các giai đoạn vận tốc sấy :.............................................................................7

2.4

Xả ẩm:.............................................................................................................8

2.4.1. Quá trình khuếch tán nội (trong lòng vật liệu sấy)........................................8
2.4.2. Quá trình khuếch tán ngoại...........................................................................8
2.5

Tổng quan về bộ điều khiển sử dụng PID.....................................................9

2.5.1

Thành phần tỉ lệ (P):..................................................................................9

2.5.2

Thành phần tích phân (I)..........................................................................10

2.5.3 Thành phần vi phân (D)..............................................................................12
2.5.4 Các phương pháp xác định tham số KP, KI, KD cho hệ thống điều khiển sử
dụng thuật toán PID..............................................................................................13
2.6

Các phương pháp điều khiển số..................................................................16

2.6.1

Điều khiển On - Off.................................................................................16

2.6.2

Điều khiển bằng khâu tỉ lệ.......................................................................16

2.6.3

Điều khiển bằng khâu vi phân tỉ lệ PD.....................................................16

2.6.4

Điều khiển bằng khâu vi tích phân tỉ lệ PID............................................16

2.7

Tra cứu các linh kiện điện tử.......................................................................17

2.7.1

Tìm hiểu contactor quang – solid state relay............................................17

2.7.2

Cảm biến nhiệt độ LM35.........................................................................18

2.7.3

Tìm hiểu vi điều khiển PIC 16f877A.......................................................18

iv


Chương 3 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU................................21
3.1 Thời gian trí thực hiện đề tài...........................................................................21
3.2 Đối tượng và các thiết bị nghiên cứu...............................................................21
3.2.1 Đối tượng nghiên cứu...................................................................................21
3.2.2 Thiết bị nghiên cứu:.....................................................................................21
3.3 Các bước thực hiện:........................................................................................22
Chương 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN..................................................................24
4.1

Khảo sát máy sấy chân không.....................................................................24

4.1.1 Sơ đồ nguyên lý:.........................................................................................24
4.1.2 Buồng sấy:...................................................................................................26
4.1.3 Tháp giải nhiệt:............................................................................................28
4.2

Mạch điều khiển hệ thống:..........................................................................29

4.3

Quy trình sấy gỗ chân không:......................................................................30

4.4

Kết quả khảo nghiệm sấy gỗ chân không và mục đích khảo nghiệm:......30

4.4.1 Chọn điều kiện sấy:.....................................................................................30
4.4.2 Chọn thời gian sấy.......................................................................................30
4.5

Thiết kế, chế tạo mô hình điều khiển nhiệt độ sấy gỗ ứng dụng PID...........36
4.5.1

Sơ đồ khối bộ điều khiển nhiệt độ...........................................................36

4.5.2

Thiết kế mạch nguồn...............................................................................36

4.5.3

Mạch cảm biến.........................................................................................37

4.5.4

Mạch kích sử dụng SSR cho đối tượng điều khiển..................................37

4.5.5

Mạch hiển thị nhiệt độ.............................................................................38

4.5.6

Mạch nút nhấn.........................................................................................38

4.5.7

Khối trung tâm xử lí Pic 16f877a.............................................................39

4.5.8

Mạch điều khiển tổng hợp.......................................................................40

4.6

Giải thuật chương trình vi xử lí...................................................................41

4.7

Phương pháp chọn các tham số PID dùng trong bộ điều khiển................43

4.8

Khảo nghiệm sơ bộ.......................................................................................44

Chương 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ......................................................................45
5.1 Kết quả đạt được:.............................................................................................45
5.2 Đề nghị.............................................................................................................. 45

v


TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................46
PHỤ LỤC...................................................................................................................47

vi


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
W:
dτ:
F:
k:

Lượng nước khuếch tán
Thời gian khuếch tán
Diện tích bề mặt khuếch tán
Hệ số khuếch tán

dc
:
dx

Gradien độ ẩm.

Pbm:

Áp suất hơi nước bề mặt

Pkk:

Áp suất riêng phần của hơi nước trong không khí

Dτ:

Thời gian bay hơi, giờ

B:

Hệ số bay hơi

U(t):

Tín hiệu điều khiển

e(t):

Tín hiệu vào của bộ điều khiển

Ti :

Hằng số thời gian tích phân

P:

Công suất tiêu thụ

L:

Chiều dài

h:

Chiều cao

ĐB1:

Đèn báo điện 1

ĐB2 :

Đèn báo điện 2

ĐB3 :

Đèn báo điện 3

ĐB4 :

Đèn báo điện 4

ĐB5 :

Đèn báo điện 5

vii


DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 2.1 Mẫu gỗ tràm....................................................................................................2
Hình 2.2 Sơ đồ hệ thống sấy phun chân không.............................................................4
Hình 2.3 Sơ đồ máy sấy gỗ chân không.........................................................................5
Hình 2.4: Sơ đồ máy sấy chân không SPT – 200...........................................................6
Hình 2.5 Đường cong sấy W=f(t)..................................................................................7
Hình 2.6 Đường cong vận tốc sấy..................................................................................7
Hình 2.7 Đồ thị đặc tính thành phần tỉ lệ.....................................................................10
Hình 2.8 Đồ thị đặc tính thành phần tích phân.............................................................11
Hình 2.9 Đồ thị đặc tính thành phần vi phân...............................................................13
Hình 2.10 Khâu quán tính bậc 1 hoặc bậc cao.............................................................14
Hình 2.11 Xấp xỉ về dạng quán tính bậc 1 có trễ.........................................................15
Hình 2.12 Dạng điều hòa.............................................................................................15
Hình 2.13 Contactor quang và solid state relay............................................................17
Hình 2.14 Cảm biến LM35..........................................................................................18
Hình 2.15 Vi điều khiển pic 16F877A........................................................................19
Hình 2.16 Sơ đồ chân pic 16F877A.............................................................................19
Hình 3.1 Đồng hồ đo áp suất.......................................................................................21
Hình 3.2 Cân điện tử....................................................................................................22
Hình 4.1: Sơ đồ máy sấy chân không...........................................................................24
Hình 4.2 Hệ thống máy sấy gỗ chân không.................................................................25
Hình 4.3 Sơ đồ buồng sấy............................................................................................26
Hình 4.4 Buồng sấy.....................................................................................................27
Hình 4.5 Đưa mẫu vào buồng sấy...............................................................................27
Hình 4.6 Tháp giải nhiệt..............................................................................................28
Hình 4.7 Sơ đồ mạch điều khiển hệ thống sấy.............................................................29
Hình 4.8 Biểu đồ giảm ẩm của d = 30 mm..................................................................32

Hình 4.9 Biểu đồ giảm ẩm của d = 50 mm..................................................................34

viii


Hình 4.10 Sơ đồ nguyên lí mạch nguồn 5V.................................................................36
Hình 4.11 Sơ đồ nguyên lí mạch cảm biến..................................................................37
Hình 4.12 Sơ đồ nguyên lí của solid state relay..........................................................37
Hình 4.14 Sơ đồ nguyên lí khối nút nhấn.....................................................................38
Hình 4.15 Sơ đồ nguyên lí mạch trung tâm xử lí.........................................................39
Hình 4.17 Mô hình thực tế..........................................................................................42
Hình 4.18 Biểu đồ kết quả đo nhiệt độ trong mô hình ở nhiệt độ 50 oC.......................44

ix


DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 1: bảng số liệu trong quá trình sấy gỗ với D = 30 mm.......................................31
Bảng 2: Bảng số liệu độ ẩm của mẫu d = 30 mm........................................................32
Bảng 3: bảng số liệu trong quá trình sấy gỗ với D = 50 mm.......................................33
Bảng 4: Bảng số liệu độ ẩm của mẫu d = 50 mm........................................................34
Bảng 4.1 Kết quả đo giá trị nhiệt độ trong mô hình.....................................................44

x


Chương 1
MỞ ĐẦU
1.1 Đặt vấn đề
Sấy gỗ là một bộ phận quan trọng của lĩnh vực gia công thuỷ nhiệt gỗ. Ý nghĩa của

quá trình gia công thuỷ nhiệt gỗ trong công nghiệp chế biến gỗ nói riêng và trong nền
kinh tế quốc dân rất to lớn. Hiện nay, với yêu cầu chất lượng ngày càng cao của thị
trường gỗ thì công đoạn sấy càng trở nên quan trọng trong công nghiệp chế biến gỗ.
Một yêu cầu quan trọng đó là sản phẩm gỗ phải đạt được độ ẩm tiêu chuẩn và đồng
đều không cong vênh nứt nẻ. Nhất là đối với thị trường xuất khẩu gỗ hiện nay thì vấn
đề chất lượng càng trở nên quan trọng.
Nhằm phục vụ trong quá trình nghiên cứu, học tập và giới thiệu cho sinh viên về
hệ thống sấy trong chân không. Được sự đồng ý của khoa cơ khí – công nghệ và sự
hướng dẫn của PGS-TS Nguyễn Văn Hùng và Th.S Trần Thị Kim Ngà chúng em tiến
hành thực hiện đề tài “ Khảo nghiệm máy sấy thí nghiệm chân không ứng dụng trong
sấy gỗ - Thiết kế, chế tạo mô hình điều khiển nhiệt độ sấy”.
1.2 Mục đích:


Khảo sát và khảo nghiệm máy sấy gỗ chân không nhằm tìm ra được chế độ sấy

gồm nhiệt độ và chu kì xả ẩm và từ đó để làm cơ sở thiết kế chế tạo mô hình điều
khiển nhằm điều khiển nhiệt độ cho một số hệ thống sấy khác.

1


Chương 2
TỔNG QUAN
2.1
Đối tượng gỗ sấy:
2.1.1 Đối tượng:
- Gỗ tràm

Hình 2.1 Mẫu gỗ tràm

2.1.2 Khái niệm về sấy gỗ.


Sấy gỗ là quá trình khử ẩm từ gỗ bằng cách làm chất ẩm trong gỗ bay

hơi. Trong kỹ thuật đôi khi người ta nén vật liệu để đẩy ẩm ra, nhưng đối với gỗ người
ta không dùng phương pháp này.


Hàm lượng nước chứa trong gỗ được đặc trưng bằng độ ẩm của gỗ, là

hàm lượng nước chứa trong gỗ quy về một đơn vị khối lượng gỗ.


Mục đích công nghệ của sấy gỗ là làm thay đổi, giảm độ ẩm cho phù hợp

với môi trường sử dụng và yêu cầu công nghệ gia công gỗ.


Sự thay đổi độ ẩm của gỗ dẫn đến sự thay đổi hình dạng, kích thước gỗ.

Vì vậy độ ẩm của chi tiết gỗ trong kết cấu hay công trình cần phải ổn định hình dạng,
kích thước trong môi trường sử dụng.

2.1.3 Tầm quan trọng của gỗ:

Gỗ phải được sấy trong bất kỳ một quá trình gia công, chế biến gỗ nào (sản
xuất đồ mộc, sản xuất gỗ dán, ván nhân tạo, sản xuất kết cấu xây dựng từ gỗ, chế biến
song mây tre, làm hàng thủ công mỹ nghệ...).
2



Sử dụng gỗ tươi, hoặc gỗ sấy có độ ẩm chưa đạt yêu cầu sẽ dẫn đến giảm thời

gian sử dụng sản phẩm, hoặc hủy bỏ (hàng sơn mài xuất khẩu bị nứt, hàng song mây
tre bị mốc, chi tiết đồ mộc bị cong vênh, co rút, giản nở không lắp lẫn được, hoặc lắp
xong bị nứt, bị hỏng...; Kết cấu xây dựng bị mục, mọt...).

Vì vậy nhiệm vụ chủ yếu của sấy gỗ là giảm đều độ ẩm toàn chồng gỗ, trong
thanh gỗ đem sấy theo tiết diện và chiều dài lúc đảm bảo chất lượng vật liệu.
2.2
Máy sấy chân không:
2.2.1 Định nghĩa:
+ Sấy là quá trình tách ẩm từ vật liệu chứa nước hoặc bay hơi. Trong quá trình sấy
diễn ra 2 quá trình:



Quá trình truyền nhiệt: Nhiệt lượng dùng để tách ẩm được truyền từ nguồn

nhiệt đến vật liệu cần sấy qua các kiểu dẫn truyền, đối lưu hoặc bức xạ.

Quá trình truyền khối: Ẩm lượng trong vật liệu sấy sẽ được truyền ra ngoài
qua quá trình bốc hơi nhờ sự chênh lệch về ẩm độ giữa vật liệu sấy và môi trường
xung quanh.

Quá trình vận chuyển nhiệt và ẩm khi sấy xảy ra từ từ và độ ẩm vật liệu sẽ giảm
do bốc hơi ẩm vào môi trường tác nhân sấy xung quanh. Việc hạ thấp độ ẩm của vật

liệu chỉ có thể thực hiện cho đến khi không còn có thể đẩy ẩm ra ngoài.

2.2.2 Các loại máy sấy chân không:

3


a) Hệ thống sấy phun chân không:

Hình 2.2 Sơ đồ hệ thống sấy phun chân không
Trong đó:
1.
2.
3.
4.
5.

Thùng chứa
Bơm
Bộ lọc
Thùng trung gian
Bơm

6.
7.
8.
9.
10.
11.

Thiết bị gia nhiệt
Buồng sấy phun
Vít tháo sản phẩm
Bơm chân không
Thiết bị thu hồi sản phẩm
Van

 Nguyên lý hoạt động của hệ thống:
Trong hệ thống sấy phun chân không này, dịch lỏng được gia nhiệt sơ bộ ở thùng
chứa được bơm bơm qua bộ lọc 2, sang thùng trung gian 4, sau đó được bơm cao áp 5
đẩy qua thiết bị trao đổi nhiệt 6 và phun vào buồng chân không 7. Ở đấy ẩm được bốc
hơi trong diều kiện chân không, sản phẩm được làm khô hoặc kết tinh rơi xuống và
được vít tải 8 tải ra ngoài. Những hạt vật liệu khô nhỏ bị cuốn theo hơi ẩm được tách
bằng xyclon 10, còn hơi ẩm được hút qua thiết bị ngưng tụ và bơm chân không ra
ngoài.
b) Máy sấy gỗ chân không:

4


Hình 2.3 Sơ đồ máy sấy gỗ chân không
1: Bản lề cửa.
6: Ống dẫn khí
2: Nắp buồng sấy
7: Bộ ngưng tụ hơi nước
3: Buồng sấy.
8: Bơm chân không
4: Tủ điều khiển
9: Van điện từ
5: Đồng hồ đo áp suất

10: Đế buồng sấy

Nguyên lý hoạt động:
Gỗ xẻ theo quy cách được xếp vào xe goòng và đưa vào buồng sấy, giữa các lớp gỗ
sấy là các thanh kê. Trong buồng sấy có bố trí các bộ phận gia nhiệt, các quạt gió và bộ
phận cảm biến nhiệt độ. Bên ngoài buồng sấy bố trí bơm hút chân không, bộ ngưng tụ
ẩm và tủ điều khiển. khi sấy bộ phận gia nhiệt sẽ đốt nóng không khí trong buồng sấy,
nhờ quạt gió không khí nóng sẽ được phân bố đều trong buồng sấy và làm cho gỗ nóng
lên. Nhiệt độ được khống chế bởi cảm biến, thời gian gia nhiệt được cài đặt định thì
nhờ bộ cài đặt thời gian. Khi thời gian gia nhiệt hết, thông qua bộ điều khiển thời gian,
rơle điều khiển bơm chân không và van điện từ đóng mạch cho bơm chân không hoạt
động, thông qua bộ cảm biến áp suất, áp suất trong buồng sấy được duy trì ở mức độ
cố định. Khi thời gian hút chân không hết bộ định thì thời gian lại ngắt mạch bơm chân
không và van điện từ đồng thời tác động lên rơle điều khiển nguồn nhiệt đóng mạch.
Cứ thế các chu kì gia nhiệt hút chân không được lặp lại nhiều lần cho đến khi gỗ sấy
đạt được ẩm độ mong muốn.
c) Máy sấy chân không SPT – 200:

5


Hình 2.4: Sơ đồ máy sấy chân không SPT – 200
1. Động cơ
2. Bơm chân không .

7. Chân không kế
8. Van đóng mở chân không giữa buồng sấy và bơm
chân không.
9. Van đóng mở không khí bên ngoài
10. Nút điều chỉnh nhiệt độ

11. Hoạt chất hút ẩm cilicagel

3. Hệ thống ống dẫn
4. Buồng sấy
5. Công tắc
6. Đèn báo
 Nguyên lý hoạt động:
Vật liệu sấy được đưa vào buồng sấy của máy sấy SPT – 200 và được gia nhiệt đến
một nhiệt độ nhất định làm cho vật liệu bốc hơi ẩm, buồng sấy kín hơi ẩm được thông
ra ngoài qua hệ thống ống dẫn (3). Nhờ động cơ (1) dẫn động cho bơm chân không
kiểu vòng chất lỏng (2) để tạo ra một độ chân không thích hợp rút hơi ẩm từ buồng sấy
(4) ra ngoài. Trong quá trình vận chuyển ra ngoài hơi ẩm đi qua một lớp hoạt chất
cilicagel (11) làm cho một phần lớn ẩm được giữ lại ở đây để không khí khô ( không
hòa tan) đi vào nhằm bảo vệ bơm chân không.
 Thông số kỹ thuật máy chân không SPT – 200
– Máy do BaLan sản suất năm 1987
– Điện thế sử dụng
: 220V, 50hz
– Công suất điện trở cung cấp nhiệt
: 1200W
– Khoảng nhiệt độ có thể thay đổi được
: 0  200 oC
6


– Độ chính xác khi hiệu chỉnh nhiệt độ
: 2oC
– Áp suất chân không
: 0.075 bar
2.3 Các giai đoạn vận tốc sấy :


Đường cong vận tốc sấy : Hiển thị quan hệ giữa vận tốc sấy và độ ẩm của sản
phẩm sấy, được xác định bằng thực nghiệm.

Hình 2.5 Đường cong sấy W=f(t)

Hình 2.6 Đường cong vận tốc sấy

Quá trình sấy đến độ ẩm cân bằng gồm các giai đoạn chính :

Giai đoạn đốt nóng sản phẩm sấy, tương ứng với đoạn AB.

Giai đoạn vận tốc sấy không đổi (đẳng tốc), đoạn BK1 .

Giai đoạn vận tốc sấy giảm dần, tương ứng với đoạn K1C.

Điểm K1 gọi là điểm tới hạn, tương ứng với độ ẩm tới hạn W th, tại đó xuất hiện
ẩm tự do.

Việc xác định hai giai đoạn sấy có ý nghĩa quan trọng để thiết lập chế độ sấy
phù hợp với từng giai đoạn sấy và từng loại sản phẩm sấy.
2.4 Xả ẩm:
Quá trình xả ẩm ra khỏi vật liệu trong quá trình sấy được chia ra làm hai quá trình:
2.4.1. Quá trình khuếch tán nội (trong lòng vật liệu sấy)
Quá trình khuếch tán nội là quá trình chuyển dịch ẩm từ các lớp bên trong ra lớp bề
mặt của vật ẩm. Động lực của quá trình này là do sự chênh lệch nồng độ ẩm giữa các
lớp bên trong và các lớp bề mặt. Qua nghiên cứu ta thấy rằng ẩm dịch chuyển từ nơi
có phân áp suất cao đến nơi có phân áp suất thấp. Như ta đã biết do nhiệt độ tăng nên
phân áp suất giảm. Do đó tùy thuộc vào phương pháp sấy và thiết bị sấy mà dòng ẩm
dịch chuyển dưới tác dụng của nồng độ ẩm và dòng ẩm dịch chuyển dưới tác dụng của

nhiệt độ có thể cùng chiều hoặc ngược chiều với nhau.
7


Ta có thể biểu thị tốc độ khuếch tán nội bằng phương trình sau:
dW
dc
 k .F .
d
dx

Trong đó:

W – Lượng nước khuếch tán, kg;
dτ – Thời gian khuếch tán, giờ;
F – Diện tích bề mặt khuếch tán, m2;
k - Hệ số khuếch tán;
dc
- Gradien độ ẩm.
dx

Nếu hai dòng ẩm dịch chuyển cùng chiều với nhau sẽ làm thúc đẩy quá trình thoát ẩm,
rút ngắn thời gian sấy. Nếu hai dòng ẩm dịch chuyển ngược chiều nhau sẽ kìm hãm sự
thoát ẩm, kéo dài thời gian sấy.
2.4.2. Quá trình khuếch tán ngoại
Quá trình khuếch tán ngoại là quá trình dịch chuyển ẩm từ lớp bề mặt của vật liệu
sấy vào môi trường không khí xung quanh. Động lực của quá trình này là do sự chênh
phân áp suất hơi trên bề mặt của vật ẩm và phân áp suất hơi trong môi trường không
khí.
Lượng nước bay hơi trong quá trình khuếch tán ngoại thực hiện được dưới điều kiện

áp suất hơi nước trên bề mặt (Pbm) lớn hơn áp suất riêng phần của hơi nước trong
không khí (Pkk). Sự chênh lệch đó là P  Pbm  Pkk . Lượng hơi nước bay hơi tỷ lệ
thuận với P , với bề mặt bay hơi và thời gian làm khô ta có:
dW  B ( Pbm  Pkk ).F .d
Tốc độ bay hơi nước được biểu diễn như sau:
dW
 B.( Pbm  Pkk ).F
d

Trong đó: W – Lượng nước bay hơi, kg
F – Diện tích bề mặt bay hơi, m2
dτ – Thời gian bay hơi, giờ
B – Hệ số bay hơi.
2.5 Tổng quan về bộ điều khiển sử dụng PID
Một hệ thống điều khiển PID nói chung đều có mô hình tổng quan dưới dạng:

8


Quá trình điều khiển theo mô hình trên là một quá trình khép kín. Giá trị setpointSP là giá trị đặt trước mà hệ thống phải làm việc xung quanh giá trị đó tùy thuộc vào
yêu cầu chất lượng của hệ thống. Việc đảm bảo tính ổn định cũng như chất lượng của
hệ thống thực chất là đưa hệ thống luôn bám sát SP với độ sai lệch nhỏ nhất và thời
gian quá độ nhanh nhất.
Bộ điều khiển PID gồm 3 thành phần: tỉ lệ (P), vi phân (D), tích phân (I). Mỗi thành
phần có tác động khác nhau tới quá trình điều khiển của hệ thống. Cụ thể:
2.5.1 Thành phần tỉ lệ (P):
Tín hiệu điều khiển u(t) tỉ lệ với tín hiệu sai lệch e(t)
Phương trình sai phân mô tả động học: u(t) =
Trong đó:
u(t): Tín hiệu ra của bộ điều khiển

e(t): Tín hiệu vào
KP: Hệ số khếch đại của bộ điều khiển
 Hàm truyền đạt trong miền ảnh Laplace:
W(p) = U(p)/E(p) = KP
 Hàm truyền đạt trong miền tần số :
W(j ) = KP
 Hàm quá độ là hàm mô tả tác động tín hiệu vào 1(t):
h(t) = KP.1(t)
 Hàm quá độ xung:
W(t) =

9


 Đồ thị đặc tính:

Hình 2.7 Đồ thị đặc tính thành phần tỉ lệ
Từ các đặc tính trên ta thấy quy luật tỉ lệ phản ứng như nhau đối với tín hiệu ở mọi dải
tần số, góc lệch pha giữa tín hiệu vào và ra bằng 0, tín hiệu ra sẽ tác động ngay khi có
tín hiệu vào. Như vậy thành phàn tỉ lệ (P) có tác dụng làm giảm sai lệch tĩnh, thời gian
tác động nhanh.
2.5.2 Thành phần tích phân (I)
Tín hiệu điều khiển u(t) tỉ lệ với tích phân của tín hiệu sai lệch e(t)
Phương trình vi phân mô tả động học:
Trong đó:

U(t): Tín hiệu điều khiển
e(t): Tín hiệu vào của bộ điều khiển
Ti: Hằng số thời gian tích phân

 Hàm truyền đạt trong miền ảnh Laplace:
W1(p) =
 Hàm truyền trong miền tần số:
W(j )=
 Hàm quá độ:
h(t) =
 Hàm quá độ xung:
W(t) =

10


 Đồ thị đặc tính:

Hình 2.8 Đồ thị đặc tính thành phần tích phân
Từ đồ thị đặc tính ta nhận thấy luật điều khiển tích phân tác động kém với các
tín hiệu có tần số cao.
Trong tất cả các giải tần số, tín hiệu ra phản ứng chậm pha so với tín hiệu vào
một góc 900, điều này có nghĩa là luật tích phân chậm, do vậy hệ thống dễ bị dao động,
phụ thuộc vào hằng số thời gian tích phân Ti.
+ Ưu điểm: Bộ tích phân loại bỏ được sai lệch dư của hệ thống, ít chịu ảnh hưởng tác
động của nhiễu cao tần.
+ Nhược điểm: Bộ điều khiển tác động chậm nên tính ổn định của hệ thống kém.
2.5.3 Thành phần vi phân (D)
Tín hiệu ra của bộ điều khiển tỉ lệ với vi phân tín hiệu sai lệch e(t)
Phương trình vi phân mô tả động học:
U(t) =
Trong đó:

e(t): Tín hiệu vào của bộ điều khiển

U(t): Tín hiệu điều khiển
Td: Hằng số thời gian vi phân

 Hàm truyền đạt trong miền ảnh Laplace:
11


W(p) =
 Hàm truyền đạt trong miền tần số:
W(j ) = Td.j = Td.
 Hàm quá độ:
h(t) = Td
 Hàm quá độ xung:
W(t) =
 Đồ thị đặc tính:

Hình 2.9 Đồ thị đặc tính thành phần vi phân
Từ đồ thị đặc tính ta nhận thấy luật điều khiển vi phân tác động mạnh với các
tín hiệu có tần số cao.
Trong tất cả các giải tần số, tín hiệu ra phản ứng sớm pha so với tín hiệu vào
một góc 900, điều này có nghĩa luật điều khiển vi phân tác động nhanh. Do vậy hệ
thống sẽ bị tác động bởi nhiễu cao tần, làm việc kém ổn định trong môi trường có
nhiễu tác động.
+ Ưu điểm: Luật điều khiển vi phân có đặc tính tác động nhanh, đây là một đặc tính
mà trong điều khiển tự động thường rất mong muốn.
+ Nhược điểm: Khi trong hệ thống dùng bộ điều khiển có luật vi phân thì hệ thống
dễ bị tác động bởi nhiễu cao tần, đây là loại nhiễu thường tồn tại trong công nghiệp.
12

2.5.4 Các phương pháp xác định tham số KP, KI, KD cho hệ thống điều khiển sử
dụng thuật toán PID
Cấu trúc:

Hàm truyền đạt:
 W(p) =
Mô hình:

+ KP: Thay đổi trực tiếp giá trị tín hiệu ra => thay đổi sai lệch tĩnh, đáp ứng nhanh, bị
ảnh hưởng bởi nhiễu ở mọi tần số.
+ KI: Sai lệch tĩnh bằng 0 khi hệ thống được kích thích bằng tín hiệu hằng, giảm độ
quá điều chỉnh.
+ KD: Phản ứng nhanh với sự thay đổi của e(t), tăng độ quá điều chỉnh, nhạy cảm với
nhiễu tần số cao.
1.
a)
-

Xác định tần số bằng thực nghiệm: công thức Ziegler - Nichols
Ziegler - Nichols 1
Đối tượng là khâu quán tính bậc 1 hoặc bậc cao

13