Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế hệ thống tự động điều chỉnh nhiệt độ lò sấy nông sản thực phẩm

Chia sẻ: Tranvanhung Tranvanhung | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:61

Thêm vào BST

Báo xấu

165
lượt xem 47
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đồ án này có kết cấu nội dung gồm 2 chương. Chương 1: Tổng quan về hệ thống lò sấy nông sản thực phẩm. Chương 2: Thiết kế, tính toán và mô phỏng hệ thống tự động điều chỉnh lò sấy nông sản thực phẩm. Mời các bạn cùng tham khảo.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế hệ thống tự động điều chỉnh nhiệt độ lò sấy nông sản thực phẩm

MỤC LỤC MỤC LỤC.................................................................................. ..............................................2 DANH MỤC HÌNH ẢNH.............................................................................................. ...........4 DANH MỤC BẢNG BIỂU............................................................................................ ..........5 TÓM TẮT....................................................................................................................... ..........6 DANH MỤC HÌNH ẢNH ................................................................................................................. 2 DANH SÁCH BẢNG BIỂU ............................................................................................................. 3 TÓM TẮT ......................................................................................................................................... 4 MỞ ĐẦU .......................................................................................................................................... 5 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÒ SẤY ................................................................. 7 NÔNG SẢN THỰC PHẨM .............................................................................................................. 7 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................................... 60
DANH MỤC HÌNH ẢNH 2
DANH SÁCH BẢNG BIỂU 3
TÓM TẮT Đề tài nêu phương pháp thiết kế hệ thống tự động điều chỉnh nhiệt độ lò sấy nông sản thực phẩm, hệ thống được thực hiện trên phần mềm mô phỏng Matlab qua đó khảo sát và đánh giá hệ thống điều chỉnh nhiệt độ lò sấy nông sản thực phẩm. Qua thời gian nghiên cứu, thiết kế, tính toán và mô phỏng hệ thống điều chỉnh nhiệt độ lò nhiệt với quá trình hiệu chỉnh của bộ điều khiển PID để ứng dụng thiết thực, phục vụ hiệu quả trong hệ thống điều khiển. Tuy nhiên có nhiều hạn chế trong việc ứng dụng và xây dựng mô hình hệ thống. Với đề tài này đã sử dụng nhiều phương pháp để nghiên cứu và đánh giá và được ứng dụng rất nhiều và thiết thực trong việc học tập nghiên cứu cũng như trong sản xuất. ABSTRACT The topic of the system design method automatically adjusts the temperature of the drying of agricultural products, the system is implemented on Matlab simulation software through which to monitor and evaluate the temperature control system of agricultural drying food. Throughout the study, design, calculation and simulation of the furnace temperature control system with the calibration process of the PID controller for practical, effective service in the control system. However, there are many limitations in the application and modeling of the system. This subject has used many methods to study and evaluate and is applied a lot and practical in studying research as well as in production. 4
MỞ ĐẦU Ngày nay, với sự phát triển của khoa học kĩ thuật, sự đa dạng của các linh kiện điện tử số, các thiết bị điều khiển tự động, các công nghệ cũ đang dần dần được thay thế bằng các công nghệ hiện đại.Với sự bùng nổ của những tiến bộ khoa họckĩ thuật trong các lĩnh vực điện, điện tử, tin học trong những năm gần đây đã dẫn đến sự biến đổi sâu sắc cả về lý thuyết lẫn thực tế của các lĩnh vực điều khiển lập trình vi điều khiển, hệ thống tự động điều khiển, vi xử lý, PLC…đang được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp, các dây chuyền sản xuất. Hệ thống điều khiển tự động cho các hệ thống dây chuyền trong các nhà máy công nghiệp không thể thiếu được. Nó quyết định rất nhiều đến sự phát triển của xã hội như trong công cuộc công nghiệp hoá hiện đại hoá để từng bước bắt kịp sự phát triển trong khu vực và thế giới về mọi mặt Kinh tế và Xã hội. Do đó, việc tự động hoá quá trình sấy công nghiệp là sự lựa chọn hàng đầu nhằm góp phần bảo quản nguyên liệu, tăng năng suất tạo ra sản phẩm có chất lượng cao, đảm bảo an toàn thực phẩm, tăng khả năng cạnh tranh mạnh mẽ trên thị trường. Kinh tế xã hội phát triển nhu cầu đối với các dịch vụ hàng hóa trong nước cũng như xuất khẩu ngày càng tăng, đòi hỏi về chất lượng cao hơn và mặt hàng nông sản (Ngô, gạo, cà phê, ca cao, hồ tiêu) cũng là một trong các mặt hàng trong số đó. Vì vậy, các nhà máy chế biến không còn là bán tự động mà phải được tự động hóa hoàn toàn mới đáp ứng được yêu cầu đặt ra. Thực hiện việc cải tạo nâng cấp một hệ thống máy móc đầu tiên là thay thế hệ thống điều khiển có thể lập trình được nhằm làm giảm sức lao động, cho mạch điều khiển của hệ thống gọn nhẹ, hoạt động chính xác đáng tin cậy hơn và quan trọng nhất là dễ dàng thay đổi chương trình điều khiển khi có yêu cầu. Từ đó em lựa chọn đề tài “ Thiết kế hệ thống tự động điều chỉnh nhiệt độ lò sấy nông sản thực phẩm” Mục tiêu của đề tài là em xây dựng được đầy đủ phương pháp luận để khảo sát, đánh giá, nghiên cứu, thiết kế được bộ điều khiển cho lò sấy nông sản 5
thực phẩm. Trong quá trình thực hiện đề tài này em đã tìm hiểu, trao đổi và tổng hợp các kiến thức mà mình đã được học trong thời gian được học, cũng như tham khảo các tài liệu liên quan khác để hoàn thành đề tài được giao. Cấu trúc của đồ án gồm hai chương, mỗi chương em sẽ trình bày cụ thể các vấn đề nghiên cứu khác nhau: Chương 1: Tổng quan về hệ thống lò sấy nông sản thực phẩm Chương 2: Thiết kế, tính toán và mô phỏng hệ thống tự động điều chỉnh lò sấy nông sản thực phẩm Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô thuộc bộ môn Điều khiển và Tự động hóa , đặc biệt là thầy giáo PGS.TS. Nguyễn Hoa Lư đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và tạo điều kiện tốt nhất giúp em hoàn thành đồ án tốt nghiệp được thuận lợi. Em xin chân thành cảm ơn! Nghệ an, ngày tháng 5 năm 2018 Người thực hiện Bùi Thị Trinh 6
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÒ SẤY NÔNG SẢN THỰC PHẨM 1.1 . Giới thiệu chung về lò sấy nông sản thực phẩm Các sản phẩm nông sản của nước ta hiện nay đang rất được quan tâm và luôn là trang nóng trên các tin tức đặc biệt là lúa gạo, cà phê, ngô, khoai, sắn, các loại hoa quả sấy… sản lượng hàng năm thu hoạch về rất lớn, sau khi thu về các nhà máy chế biến đã thực hiện chế biến nông sản để đưa ra thị trường phục vụ cho đời sống hằng ngày, để đưa sản phẩm có chất lượng cao thì khâu sấy nông sản là khâu quan trọng quyết định chất lượng của sản phẩm này có đạt chuẩn không. Sấy nông sản phải điều chỉnh nhiệt độ thế nào cho phù hợp để sản phẩm đạt tiêu chuẩn. Sấy khô thực phẩm bằng các lò sấy nông sản là quá trình sấy khô thực phẩm bằng cách sử dụng công nghệ khí nóng đối lưu tuần hoàn, rút nước từ từ trong thực phẩm cho đến khi khô hoàn toàn. Sấy khô là một trong những phương pháp làm khô thực phẩm để giúp vận chuyển dễ dàng và bảo quản sản phẩm được lâu hơn.  Một số hình ảnh về thiết bị sấy và lò sấy. 7
Hình 1. 1. Hệ thống lò sấy nông sản thực phẩm Hình 1. 2. Hệ thống sấy cơm dừa tầng sôi 8
Hình 1. 3. Hệ thống sâý nông sản thực phẩm dạng tháp 9
Hình 1. 4. Máy sấy thùng quay, sấy liên tục Hiện nay trên thị trường có nhiều loại máy sấy khô nông sản khác nhau phổ biến nhất là các máy sấy khô nông sản bằng khí nóng đối lưu tuần hoàn, tiếp nữa là các máy ứng dụng công nghệ sấy vi sóng, công nghệ hơi nước bão hòa, ứng dụng hồng ngoại…  Ưu điểm của các loại máy sấy thực phẩm công nghiệp: • Bảo toàn nguyên vẹn màu sắc và hương vị nguyên liệu: hầu như nguyên vẹn so với sản phẩm tươi sống trước sấy. • Thời gian cho một mẻ sấy ngắn: hệ thống hút ẩm, rút nước ra khỏi sản phẩm nhanh, hạn chế sự thất thoát thoát nhiệt. • Kích thước: lớn, phù hợp cho quy mô sấy công nghiệp, mỗi mẻ sấy khoảng 500kg 1 tấn nguyên liệu tươi sống. • Có thể được thiết kế linh hoạt: tùy theo nhu cầu sử dụng và đặc trưng 10
sản phẩm của khách hàng. • Giá thành hợp lý: giúp làm giảm thiểu chi phí giá vốn cho sản phẩm sấy. • Sử dụng được cho đa dạng các loại thực phẩm: như nông sản, thủy hải sản, dược liệu, cho đến các loại vật liệu cần sấy ở nhiệt độ lớn như sấy sơn, sấy keo, sấy khuôn, gỗ… • Sử dụng công nghệ cao: giúp giảm thiểu mức điện năng tiêu thụ • Khay sấy: đa dạng, có thể dễ dàng thay đổi, điều chỉnh theo yêu cầu sử dụng của khách hàng  Phạm vi ứng dụng của các loại máy sấy thực phẩm Hiện nay, hầu như tất cả các loại nông sản đều có thể áp dụng quy trình sấy công nghiệp để cho ra sản phẩm sấy khô đạt tiêu chuẩn cho ra thị trường. Không dừng lại ở nông sản, các sản phẩm thủy hải sản cũng có thể được sấy bằng hệ thống các máy sấy nông sản kể trên. Ngoài ra, phạm vi ứng dụng của chúng cũng vô cùng đa dạng, ví như: Các sản phẩm nông sản sấy khô có thể kể đến như: cà phê sấy, cà rốt sấy, táo tàu sấy, ớt sấy, nấm sấy, thịt gấc sấy… Các loại ngũ cốc dạng hạt: thóc lúa, gạo, ngô và các loại đậu như đậu đen, đậu xanh, đậu nành… Các nông sản dạng lát mỏng: như khoai mỳ, sắn, khoai lang, khoai tây… Thủy hải sản như: tôm khô, cá khô, mực khô… Thức ăn cho gia súc: cám, bột các loại. Sản phẩm dược liệu, làm thuốc: hoa hồng, hoa nhài, và các vị thuốc khác. Các sản phẩm phục vụ ngành công nghiệp chế biến sản xuất: như bột mỳ, bột sữa, bột ngũ cốc… Ngoài ra còn rất nhiều loại sản phẩm đặc thù khác cũng được sấy khô: nhằm giúp bảo quản chúng được lâu hơn. 1.2. Tổng quan về sản phẩm nông sản và quá trình sấy nông sản Hiện nay, ở nước ta có nhiều khu vực có diện tích đất chủ yếu là đồi núi do đó phần lớn người nông dân sử dụng những vùng đồi này để trồng Ngô, sắn... 11
Hàng năm vào vụ thu hoạch của những người nông dân lượng ngô được thu về tới hàng triệu tấn, ngô thu về tồn tại ở dạng bắp sau đó về vẽ (số lượng ít) hoặc dùng máy để tách lõi với hạt ra lúc này ngô chưa được khô, chưa đạt tiêu chuẩn độ ẩm, không làm khô kịp thời thì ngô có thể bị mốc làm ảnh hưởng tới sức khỏe của người hoặc gia súc, gia cầm sử dụng. Để làm khô các hạt ngô sau khi tách khỏi lõi thường sử dụng các biện pháp sau:  Phương pháp thủ công là phơi. + Nhược điểm phương pháp này: • Phụ thuộc vào thời tiết. • Số lượng không lớn. • Độ ẩm của ngô không đều.  Phương pháp bán thủ công: Phương pháp này sử dụng lò sấy thủ công kết hợp với con người. + Mô tả sơ qua về lò sấy bán tự động này, nhiệt để sấy được đốt từ bên ngoài bằng nhiên liệu là lõi ngô và được thổi vào bên trong lò sấy nhờ động cơ quạt. + Lò sấy bên trên là sàn đổ ngô khi sấy quá trình đảo bằng sức người. Nếu lò cỡ lớn thì thực hiện một mẻ sấy là khoảng 15 tấn thời gian mất khoảng 120 phút. + Đóng mở các động cơ điện vẫn sử dụng là cầu dao, hoặc Áp tô mát. + Ưu điểm phương pháp này. • Vốn đầu tư ban đầu để xây dựng lò sấy ít. • Quy trình sấy đơn giản. + Nhược điểm. • Tốn nhiều công sức. • Độ ẩm của ngô không đều. • Thời gian sấy lâu. • Số lượng ít. Do yêu cầu đòi hỏi về độ ẩm tiêu chuẩn của ngô sau khi phơi hoặc sấy và 12
để khắc phục những nhược điểm của hai phương pháp trên, tôi xây dựng hệ thống lò sấy tự động điều khiển sấy để tạo nhiều hiệu quả, năng suất cho người sản xuất. + Ưu điểm của lò sấy tự động. • Không tốn nhiều nhân công. • Thời gian sấy nhanh. • Số lượng lớn. • Độ ẩm của ngô đều và đạt tiêu chuẩn. • Có kho chứa ngô thành phẩm và ngô thu về. Hiện nay, cũng đã xuất hiện một số nhà máy sấy tự động nhưng các nhà máy này chưa chuẩn hóa quá trình hoạt động của các cơ cấu chấp hành và nhiệt độ của lò, hệ thống điều khiển còn gặp nhiều sự cố trong quá trình làm việc. Xuất phát từ các vấn đề này cũng như em tìm hiểu để xây dựng hệ thống điều khiển nhiệt độ lò sấy nhằm ổn định nhiệt, nâng cao chất lượng sản phẩm sấy đảm bảo tiêu chuẩn đầu vào nguyên liệu của các công đoạn sản xuất, chế biến. 1.2.1. Tổng quan hệ lò sấy nông sản 13
Hình 1. 5. Mô hình tổng quan hệ thống lò sấy ngô 1.2.2. Sơ đồ thu ngô, tách ngô và sấy ngô 14
Hình 1. 6. Lược đồ tổng quan hệ thống lò sấy ngô 1.2.3. Các giai đoạn trong quá trình thu ngô và tách Ngô, sấy ngô và các thông số khi sấy a. Giai đoạn thu ngô và tách ngô Khi ngô đã đến giai đoạn thu hoạch ngô được thu về ở dạng bắp sau đó được tách hạt và lõi Ngô ra nhờ các máy tách, Ngô hạt được chuyển đến các nhà máy để sấy khô ở giai đoạn này không nằm trong phạm vi của quy trình sấy. b. Giai đoạn chuyển ngô hạt lên các khoang chứa Ngô hạt được đổ xuống sàn và sử dụng các xích tải để kéo ngô đến gầu tải, từ gầu tải này ngô được đưa lên xích tải trên và kéo đổ vào các khoang chứa, bên phần khoang chứa được chia làm hai khoang. Khi khoang thứ nhất chưa báo đầy là mức cao “H” thì SL được cấp nguồn và mở nắp ngô được ưu tiên đổ vào khoang thứ nhất, nếu khoang thứ nhất báo đầy thì (SL) ở khoang thứ hai được cấp nguồn và mở nắp, ngô được đổ vào khoang thứ hai. c. Giai đoạn sấy Ngô 15
Ngô được đưa về các khoang chứa khi đủ sản lượng sấy thì ta tiến hành sấy, Ngô được sấy liên hoàn cho đến khi đạt tiêu chuẩn độ ẩm. Khi bắt đầu thực hiện sấy ngô được xả ra từ khoang chứa thứ hai nhờ hệ thống xích tải, gầu tải Ngô được đưa vào lò sấy qua khoang nóng với nhiệt độ sấy (35 độ C) rồi qua khoang làm nguội Ngô, trong khi đi qua khoang nóng và khoang làm nguội, Ngô được đảo nhờ hệ thống cánh đảo trong lò sấy, ngô qua lò sấy được đưa về khoang chứa thứ ba nhờ hệ thống xích tải, gầu tải. Ngô ở khoang chứa 1 và khoang chứa 2 đã được sấy hết chu trình sấy đã thực hiện xong vòng sấy đầu tiên, tiếp tục vòng sấy tiếp theo lúc này ngô lại được xả ra từ khoang chứa thứ 3 và qua lò sấy đổ vào khoang chứa thứ 4 và chu trình sấy thực hiện liên hoàn như vậy cho tới khi hệ thống báo đủ tiêu chuẩn độ ẩm khi đó ngô được chuyển về khoang chứa thành phẩm. Khi Ngô ở khoang chứa 1 và khoang chứa 2 đã được xả hết để sấy thì ta có thể đưa ngô từ bên ngoài vào khoang chứa để tiếp tục sấy hoặc dự trữ. d. Giai đoạn xử lý mạt Ngô khi sấy Trong quá trình sấy lượng mạt ở ngô được bong ra ngoài rất nhiều do đó lượng mạt này phải được tách khỏi hạt xuất phát từ vấn đề đó nên lượng mạt phải được tách trong lúc sấy. Ở dàn sấy của lò đặt một hệ thống thổi mạt là động cơ quạt để thổi mạt và động cơ này hoạt động cùng với lò sấy. Ngô sau khi qua lò sấy đưa về các khoang chứa thì được hệ thống thổi mạt thổi hết mạt ra bên ngoài để đảm bảo môi trường không bị bụi lượng mạt thổi ra phải được đưa qua các ống dẫn đến nơi mà không gây ô nhiễm. 1.2.4. Phương án thiết kế tự động hoá dây truyền hệ thống sấy nông sản a. Giới thiệu sản phẩm Các sản phẩm truyền thống để sấy là cà phê, ngô, sắn... nhưng ở dây truyền lò sấy này chỉ thực hiện sấy là ngô. - Ngô có hai loại. + Ngô giống. 16
+ Ngô sấy để chế biến. Với hai loại ngô này thì nhiệt độ sấy sẽ khác nhau do đó lò sấy này thực hiện sấy Ngô để chế biến nên nhiệt độ sấy của lò là 40 độ C – 80 độ C. Hình 1. 7. Xích tải ngang  Giới thiệu phương pháp tính toán chọn công suất động cơ xích tải: Tính chọn công suất động cơ truyền động thiết bị vận tải liên tục thường theo công suất cản tĩnh. Chế độ quá độ không tính đến vì số lần đóng cắt ít, không ảnh hưởng đến chế độ tải của động cơ truyền động. Phụ tải của thiết bị vận tải liên tục thường ít thay đổi trong quá trình làm việc nên không cần thiết phải kiểm tra theo điều kiện phát nóng và quá tải. Trong điều kiện làm việc nặng nề của thiết bị, cần kiểm tra theo điều kiện mở máy. Sau đây là một phương pháp tính chọn công suất động cơ truyền động băng tải. Trên (Hình 1.3) cho thấy: Một lực bất kì theo phương thẳng đứng đặt trên mặt nghiêng, có thể phân thành hai thành phần. ur uur uur f = fn + ft uur f n : vuông góc với mặt nghiêng uur ft : song song với mặt nghiêng 17
Hình 1. 8. Xích tải ngang nghiêng  Khi tính toán chọn công suất động cơ truyền động xích tải, thường tính theo các thành phần sau: • Công suất P1 để dịch chuyển vật liệu. • Công suất P2 để khắc phục tổn thất do ma sát trong các ổ đỡ. • Công suất P3 để nâng tải (Nếu là xích tải nghiêng). • Lực cần thiết để dịch chuyển vật liệu là: F1 = L.m.cos β .K1.g = .L1.K1.g (1.1) Vì thành phần pháp tuyến: Tạo ra lực cản (ma sát) trong các ổ đỡ. ur F = L.m.cos β .g (1.2) n Trong đó: β Góc nghiêngcủa băng tải L Chiều dài xích tải M Khối lượng vật liệu trên một mắt xích tải K1 Hệ số tính tới lực cản khi dịch chuyển vật liệu K1 =0,05 Công suất cần thiết để dịch chuyển vật liệu là: P1 = F1.V = m.L.K1.V .g (1.3) • Lực cản do các loại ma sát sinh ra khi xích tải chuyển động không tải sẽ là: F2 = 2.L.mb .cos β .K 2 .g = 2.L. b .K 2 .g (1.4) Trong đó: K 2 Hệ số tính đến lực cản khi không tải 18
mb Khối lượng xích tải trên một mét chiều dài • Công suất cần thiết để khắc phục lực cản ma sát P2 = F2 .V = 2.L.mb .K 2 .V .g (1.5) • Lực cần thiết để nâng vật: F3 = L.m.sin β .g (1.6) • Trong biểu thức trên lấy dấu cộng khi biểu thức đi lên và lấy dấu trừ khi biểu thức đi xuống. • Công suất nâng bằng: P3 = F3 .V = m.H .V .g (1.7) • Công thức tĩnh của sức tải: P = P1 + P2 + P3 = n.l.K1 + 2.l.mb .K 2 m.H .g .v (1.8) • Công suất động cơ truyền động xích tải được tính theo biểu thức sau: Pdc = K 3 .P / η (1.9) Trong đó: F3 hệ số dữ trữ về công suất (K3=1,2 ÷ 1,25 ) η : Hiệu suất truyền động b. Gầu tải Động cơ gầu tải để kéo ngô lên khoang chứa và lò sấy  Chức năng: • Gầu tải đóng vai trò vận chuyển ngô từ xích tải lên các khoang chứa và lò sấy. Nó tạo nên tính liên tục của quá trình sản xuất. Gầu tải được truyền động bởi các động cơ không đồng bộ 3 pha thông qua các cơ cấu truyền động. Tốc độ của gầu tải của từng công đoạn sản xuất khác nhau phụ thuộc vào yêu cầu kỹ thuật sản xuất và đảm bảo không xảy ra dồn ứ sản phẩm. • Chiều cao của gầu tải H = 4m • Tính chọn công suất, tốc độ động cơ: - Động cơ truyền động cơ cấu nâng hạ gầu tải đóng vai trò quan trọng trong hệ thống tuy nhiên động cơ gầu tải chỉ mang tải đều và làm việc chế độ dài hạn. Do đó ta chọn công suất động cơ P = 4.5 kw 19
Hiệu suất η = 0.85 Tốc độ n = 350 v/p c. Mô hình các cơ cấu lò sấy, lò đốt Chức năng của lò sấy: Lò sấy có vai trò như là một buồng nhiệt để cho Ngô đi qua với nhiệt độ vừa đủ, làm cho ngô khô một cách từ từ đảm bảo được tiêu chuẩn độ ẩm cho phép.  Phương pháp sấy kiểu tháp Hình 1. 9. Mô hình lò sấy kiểu tháp - Mô tả lò sấy: Lò sấy hình tròn đường kính 3m. - Lò có hai khoang chính là: • Khoang nóng đây chính là khoang để thực hiện sấy Ngô và nhiệt độ sấy được lấy từ lò nhiệt nhờ động cơ quạt hút. • Khoang lạnh là khoang làm nguội ngô sau khi đã qua khoang sấy. Gió để thổi làm nguội Ngô được lấy từ ngoài nhờ động cơ quạt. • Bên trong lò sấy có các cánh đảo và đặt hai cảm biến (sensor) nhiệt độ để khống chế nhiệt độ khi sấy, nhiệt độ sấy là nhiệt độ gần với nhiệt độ của thiên 20