3.1.6. M¹ch c«ng suÊt.
Nh− ta ®· biÕt, kh«ng khÝ ®−îc thæi b»ng qu¹t vµo buång ®èt trong
buång ®èt cã phÇn tö ®èt nãng sö dông ®iÖn. ë ®©y kh«ng xÐt ®Õn tèc ®é cña
qu¹t giã nªn nhiÖt ®é cña lß sÊy sÏ thay ®æi theo nhiÖt l−îng to¶ ra cña phÇn tö
®èt nghÜa lµ thay ®æi theo dßng ®iÖn ch¹y qua phÇn tö ®èt. V× vËy muèn ®iÒu
khiÓn nhiÖt ®é ta ph¶i ®iÒu khiÓn ®−îc ®é lín dßng ®iÖn ®i qua phÇn tö ®èt
nãng.
Cã nhiÒu c¸ch ®Ó ®iÒu khiÓn nh−ng ph−¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn b»ng 2
Thyristor nèi song song ng−îc ®−îc sö dông nhiÒu. Nh−ng nguyªn t¾c lµm
viÖc cña 2 Thyristor nèi song song ng−îc t−¬ng tù nh− Triac nªn ng−êi ta
th−êng thay 2 Thyristor nèi song song ng−îc b»ng Triac. Khi cã xung ®iÒu
khiÓn t¸c ®éng vµo cùc cæng cña Triac th× Triac sÏ më cho dßng ®i qua, ta cã
thÓ ®iÒu khiÓn gãc më cña Triac ®¶m b¶o ®iÖn ¸p cung cÊp cho phÇn tö ®èt
trong lß sÊy thay ®æi tõ 0 tíi gi¸ trÞ lín nhÊt. Vµ trong hệ thống điều khiển ta
phải cã tÝn hiệu đồng pha và tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn. Trong s¬ ®å nguyªn lý tõ
®iÖn ¸p h×nh sin ta t¹o ra ®−îc mét xung vu«ng trªn ch©n P3.2 (INT0) ®ång
pha víi sãng h×nh sin. Xung vu«ng này sẽ được đưa đến vi điều khiển để xử
lý. Xung vu«ng nµy sÏ g©y ra ng¾t trong vi ®iÒu khiÓn. Với ngắt này vi điều
khiển đã cã thể biết thời điểm bắt đầu một chu kỳ sin. ta thấy gãc mở α chÝnh
là thời gian trễ của xung ®iÒu khiÓn so víi gèc h×nh sin. Để tạo ra được góc
mở α, sau khi dïng ngắt ph¸t hiện gốc h×nh sin ta chỉ cần nạp cho Timer của
vi điều khiển một gi¸ trị tương ứng với gãc mở. ViÖc ®iÒu khiÓn gãc më cho
Triac sÏ ®−îc lËp tr×nh trong vi ®iÒu khiÓn.
3.2. S¬ ®å nguyªn lý vµ s¬ ®å m¹ch in cña hÖ thèng.
§Ó vÏ m¹ch nguyªn lý vµ m¹ch in chóng t«i sö dông phÇn mÒm orcad
9.2. §©y lµ mét phÇn mÒm rÊt tiÖn dông cho viÖc thiÕt kÕ m¹ch.
PhÇn mÒm orcad gåm 2 phÇn chÝnh: Capture CIS (ThiÕt kÕ m¹ch
nguyªn lý) vµ Layout plus (T¹o m¹ch in).
Víi viÖc lµm m¹ch in, v× m¹ch cã nhiÒu d©y nèi nªn chóng t«i sö dông
m¹ch in 2 líp. S¬ ®å nguyªn lý vµ s¬ ®å m¹ch in cña hÖ thèng nh− sau:
+5V
+5V
R13
3K
U7
Temp
J5
3K INT0
R15
1
INT0
3 2 1
6 5
N J6 E I B M A C
AC1 AC2
2 1
75
2
4
CON3
1uF
CON2
4N35
Nguon
+5V
+5V
D3 BRIDGE
U6 L7805/TO220
1
3
1
1
VIN
VOUT
J4 CON1
+
R11
C15 100uF
D N G
C16 104
22K
C18 104
AC1
2
C17 3 1000uF
LED D4
2
-
+5V
4
P A N E I B U T
+5V
R3 20K
VO
AC2
RS_LCD
RW_LCD
Enable_LCD
+5V
P3.5 P3.4 D1 D3 D5 D7
+5V
P3.6 D0 D2 D4 D6
J1 CON16A Female 2 4 6 8 10 12 14 16
1 3 5 7 9 11 13 15
J7
R18
R17
Q3
+5V
U8
1 2
1
6 5
TRIAC
CON2
T O D U T N A H P
2
4
P1.5
4N35
+5V
o r t n e i D
o e k
1 2 3 4 5 6 7 8 9
C21 104
C22 104
C23 104
J2 CON9
3.2.1. S¬ ®å nguyªn lý.
H×nh 3.13 - S¬ ®å nguyªn lý m¹ch nguån, LCD vµ c«ng suÊt.
+5V
0 4
U1
ADC0804
U2
Temp
6 7
C C V
+IN -IN
9
Vref
VREF/2
R2
C2
10K
4 19
CLKIN CLKR
D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7
DB0 DB1 DB2 DB3 DB4 DB5 DB6 DB7
18 17 16 15 14 13 12 11
21 22 23 24 25 26 27 28
39 38 37 36 35 34 33 32
P0.0/AD0 P0.1/AD1 P0.2/AD2 P0.3/AD3 P0.4/AD4 P0.5/AD5 P0.6/AD6 P0.7/AD7
DB0 DB1 DB2 DB3 DB4 DB5 DB6 DB7
P2.0/A8 P2.1/A9 P2.2/A10 P2.3/A11 P2.4/A12 P2.5/A13 P2.6/A14 P2.7/A15
150p
5
RD_ADC WR_ADC CS_ADC
+5V
2 3 1
RD WR CS
INT0
20
INTR D N G A
D N G
+5V
VCC/VREF
SDA SCL RD_ADC WR_ADC CS_ADC
C1 104
P1.5
0 1
8
+5V
Q0 Q1
RxD TxD INT0 INT1 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7
R1 630
10 11 12 13 14 15 16 17
1 2 3 4 5 6 7 8
11.0592M
P1.0/T2 P1.1/T2-EX P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7
P3.0/RXD P3.1/TXD P3.2/INT0 P3.3/INT1 P3.4/T0 P3.5/T1 P3.6/WR P3.7/RD
D1
Y1
30 29
19 18
XTAL1 XTAL2
ALE/PROG PSEN
1N4148
C3 10uF
R4
2.5V
SW1
+5V
Vref
RST
33 C4
31 9
D N G
EA/VPP RST
AT89C52
C5 33
R5 100
10K
D2 5.1V
0 2
RST
+5V
R6 4.7K
U3
74148 Dip 16
J3 SIP 8
6 1
1
Q0 Q1
C C V
SW2
+5V
9 7 6
Q0 Q1 Q2
Key 1
Key 3
Key 1
SW3
15 14
INT1
EO GS
Key 2
C11
C12
Key 1 Key 2 Key 3 Key 4 Key 5 Key 6 Key 7 Key 8
104
104
10 11 12 13 1 2 3 4
2 3 4 5 6 7 8 9
1 2 3 4 5 6 7 8
D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7
SW4
R7 10K
Key 3
5
D N G
EI
SW5
8
Key 2
Key 4
Key 4
R8 1K
C13
C14
104
104
+5V
+5V
C6 104
C7 1uF
+5V
6 1
4.7k R9
U5
U4 MAX232 DIP 16
8
1
C1+
2
4.7k R10
5
C C V
V+
SDA
C8 1uF
1 2 3
CS0 C S1 V S2
3 4
6
V-
C1- C2+
SCL
6
SCL
C9 1uF
5
7
PP
C2-
D N G 24C16
RS232
C10 1uF
P1
4
TxD
11 10
14 7
T1IN T2IN
T1OUT T2OUT
RxD
Serial Eprom
12 9
13 8
R1IN R2IN
R1OUT R2OUT
D N G
5 1
5 9 4 8 3 7 2 6 1
CONNECTOR DB9 Male
H×nh 3.14 - S¬ ®å nguyªn lý cña hÖ thèng ®iÒu khiÓn
sÊy n«ng s¶n d¹ng h¹t (m¹ch chÝnh).
3.2.2. S¬ ®å m¹ch in.
H×nh 3.15 - S¬ ®å m¹ch in.
3.3. Mét sè thµnh phÇn kh¸c
3.3.1. Nguån nu«i.
Nguån nu«i cho hÖ thèng bé xö lý lµ thµnh phÇn kh«ng thÓ thiÕu ®−îc
bëi v× kh«ng cã mét hÖ thèng ®iÖn tö hoÆc thiÕt bÞ ®iÖn nµo cã thÓ ho¹t ®éng
mµ kh«ng cã nguån nu«i. Cã nhiÒu c¸ch kh¸c nhau ®Ó thiÕt kÕ mét nguån
nu«i tuú thuéc vµo tõng m¹ch ®iÖn cô thÓ. Tr−íc hÕt lµ thiÕt bÞ sÏ ho¹t ®éng
theo kiÓu s¸ch tay hay ®Ó bµn ®Ó quyÕt ®Þnh dïng nguån nu«i b»ng pin hay
chØnh l−u tõ ®iÖn ¸p l−íi.
§èi víi hÖ thèng nµy chóng t«i sö dông nguån tõ l−íi ®iÖn.
* Nguån nu«i tõ l−íi ®iÖn: Sö dông bé n¾n tõ m¹ng l−íi ®iÖn còng lµ mét
kh¶
n¨ng lùa chän ®Ó cã mét nguån nu«i thay thÕ cho pin. Nh÷ng bé phËn quan
träng cña nguån nu«i lÊy tõ l−íi ®iÖn lµ bé chØnh l−u vµ khèi läc.
• Bé chØnh l−u cã thÓ l¾p r¸p tõ c¸c ®i«t riªng lÎ (Nh− lo¹i 1N4007) hoÆc
sö dông lo¹i ®· l¾p s½n thµnh mét cÇu hoµn chØnh.
• Bé æn ®Þnh ®iÖn ¸p.
Khi cã t¶i th× ®iÖn ¸p nguån th−êng tôt xuèng. C¸c bé æn ®Þnh ®iÖn ¸p
®ãng mét vai trß quan träng ®èi víi ho¹t ®éng cña vi m¹ch ®iÒu khiÓn v× nã
cho phÐp t¹o ra mét ®iÖn ¸p æn ®Þnh dïng cho bé xö lý vµ m¹ch liªn quan
ngay c¶ khi ®iÖn ¸p lèi vµo cã thÓ thay ®æi. Ngµy nay c¸c nhµ s¶n xuÊt ®·
cung cÊp nhiÒu lo¹i vi m¹ch æn ®Þnh ®iÖn ¸p víi gi¸ rÊt rÎ. Ng−êi ta cã xu
h−íng lùa chän bé æn ®Þnh ®iÖn ¸p lo¹i 78xx víi 3 ch©n ra. Bé æn ®Þnh ®iÖn ¸p
kiÓu nµy ®−îc rÊt nhiÒu nhµ s¶n xuÊt cung cÊp vµ còng cã nhiÒu d¹ng ®ãng vá
kh¸c nhau. §Ó cÊp ®iÖn ¸p nguån nu«i cho bé xö lý 8051 ta chän bé æn ®Þnh
®iÖn ¸p lo¹i 7805 ®Ó nhËn ®−îc ®iÖn ¸p +5V ë lèi ra. C¸c vi m¹ch 7805 th«ng
th−êng cã thÓ chÞu ®−îc dßng ®iÖn lèi ra ®Õn 1A vµ cã thÓ ®−îc nu«i b»ng
®iÖn ¸p lèi 1 chiÒu trong kho¶ng 9 ®Õn 20V. V× vËy trong m¹ch nguån, ®iÖn
¸p 220V sÏ ®−îc chØnh l−u b»ng cÇu chØnh l−u vµ cho qua bé æn ®Þnh ®iÖn ¸p
7805 vµ ®Çu ra cña 7805 ta sÏ ®−îc ®iÖn ¸p 5V.
3.3.2. Bé nhí ®Æc biÖt.
ë mét sè tr−êng hîp bé nhí cña vi xö lý kh«ng ®ñ ®Ó l−u gi÷ ch−¬ng
tr×nh nªn ta ph¶i sö dông thªm bé nhí ngoµi. Ch−¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn nµy chØ
lµ mét øng dông nhá nªn kh«ng cÇn sö dông thªm bé nhí ngoµi nµy. Nh−ng
trong m¹ch vÉn thiÕt kÕ thªm bé nhí ngoµi (Serial Eprom - 24C16) ®Ó sö dông
cho phÇn ph¸t triÓn sau nµy.
3.3.3. RS232 vµ MAX232.
§Ó mét thiÕt bÞ giao tiÕp víi m¸y tÝnh ta cÇn th«ng qua cæng COM trªn m¸y
tÝnh, v× vËy trªn m¹ch cÇn cã ch©n c¾m RS232. Cæng COM trªn m¸y lµm viÖc víi
®iÖn ¸p -12V ®Õn +12V mµ vi ®iÒu khiÓn l¹i lµm viÖc víi ®iÖn ¸p trong kho¶ng 0 -
5V. V× vËy cÇn cã bé phËn ®Ó t−¬ng thÝch chóng vµ ®ã lµ MAX 232.Trong khu«n
khæ cña ®Ò tµi kh«ng sö dông ®Õn viÖc giao tiÕp víi m¸y tÝnh nªn ë ®©y chóng t«i kh«ng giíi thiÖu nhiÒu.
Ch¦¥ng 4
Tæng hîp hÖ thèng ®iÒu chØnh nhiÖt ®é khÝ sÊy
Mét hÖ thèng ®iÒu khiÓn tù ®éng ®Òu ®−îc x©y dùng theo s¬ ®å khèi h×nh 4.1
X E U Y Bé ®iÒu khiÓn §èi t−îng
Z
H×nh 4.1 - S¬ ®å khèi hÖ thèng ®iÒu khiÓn tù ®éng.
X: TÝn hiÖu vµo.
Y: TÝn hiÖu ra.
U: TÝn hiÖu ®iÒu khiÓn t¸c ®éng lªn ®èi t−îng.
E: Sai lÖch ®iÒu khiÓn.
Z: TÝn hiÖu ph¶n håi.
Muèn tæng hîp bé ®−îc ®iÒu khiÓn cho ®èi t−îng ®Ó hÖ kÝn cã ®−îc chÊt
l−îng nh− mong muèn th× tr−íc tiªn ph¶i hiÓu vÒ ®èi t−îng, tøc lµ ph¶i cã mét
m« h×nh to¸n häc m« t¶ ®èi t−îng. Ta kh«ng thÓ ®iÒu khiÓn ®èi t−îng khi
kh«ng hiÓu biÕt hoÆc hiÓu sai lÖch vÒ nã. KÕt qu¶ tæng hîp bé ®iÒu khiÓn phô
thuéc rÊt nhiÒu vµo m« h×nh m« t¶ ®èi t−îng.
4.1. M« h×nh to¸n häc m« t¶ ®èi t−îng.
Th«ng th−êng ®Ó x©y dùng m« h×nh m« t¶ ®èi t−îng ng−êi ta sö dông
hai ph−¬ng ph¸p: ph−¬ng ph¸p lý thuyÕt vµ ph−¬ng ph¸p thùc nghiÖm.
Ph−¬ng ph¸p lý thuyÕt lµ ph−¬ng ph¸p lËp m« h×nh dùa trªn c¸c ®Þnh
luËt cã s½n vÒ quan hÖ vËt lý bªn trong vµ quan hÖ giao tiÕp cña m«i tr−êng
bªn ngoµi. C¸c quan hÖ nµy ®−îc m« t¶ theo quy luËt lý - ho¸, quy luËt c©n
b»ng,… d−íi d¹ng nh÷ng ph−¬ng tr×nh to¸n häc. VÝ dô ®èi t−îng lµ c¸c lo¹i
®éng c¬, m¸y biÕn ¸p, m¸y ph¸t ®iÖn, m¹ch khuÕch ®¹i, m¹ch tÝch ph©n, vi
ph©n.
Ph−¬ng ph¸p thùc nghiÖm lµ dùa trªn c¬ së quan s¸t tÝn hiÖu ra y(t) cña
®èi t−îng khi ®Æt vµo ®èi t−îng mét tÝn hiÖu ®Çu vµo u(t). Ph−¬ng ph¸p nµy
cÇn ®é chÝnh x¸c cao nªn th−êng ¸p dông trong phßng thÝ nghiÖm.
Trong ®Ò tµi nµy ®èi t−îng ë ®©y lµ nhiÖt ®é dßng khÝ. Khi cã nguån cÊp
cho sîi ®èt, nhiÖt ®é cña sîi ®èt lµm nãng nguån kh«ng khÝ do qu¹t thæi tíi.
Trong khu«n khæ ®Ò tµi thùc hiÖn trong phßng thÝ nghiÖm nªn ta thùc hiÖn
theo ph−¬ng ph¸p thùc nghiÖm b»ng c¸ch: l¾p m¹ch ®iÒu khiÓn vµo ®èi t−îng,
khëi ®éng qu¹t giã ®Ó cho nã ho¹t ®éng ë mét tèc ®é æn ®Þnh. Sau ®ã ®ãng
trùc tiÕp nguån ®iÖn 220V lªn sîi ®èt. Theo nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn Triac th×
®iÖn ¸p trªn t¶i thay ®æi tõ 0 ®Õn 220V t−¬ng øng víi gãc më thay ®æi tõ π vÒ
00 nghÜa lµ thêi gian kÝch xung sÏ thay ®æi tõ 10 - 0ms (do tÇn sè ®iÖn ¸p xoay
chiÒu ®Æt vµo Triac lµ 50Hz nªn chu kú lµ 1/50 = 0.02s = 20ms, suy ra nöa chu kú tøc lµ tõ 0 ®Õn π lµ 10ms). Sau ®ã dïng ®ång hå bÊm gi©y ®Ó ®o tÝn hiÖu
®Çu ra. Nh− ta ®· biÕt, nÕu tÝn hiÖu ®Çu vµo lµ hµm 1(t) th× tÝn hiÖu ®Çu ra lµ
hµm qu¸ ®é h(t). ë ®©y tÝn hiÖu ®Çu vµo lµ hµm 10*1(t) nªn tÝn hiÖu ®Çu ra lµ
y(t). TÝn hiÖu ra thu ®−îc khi lµm thùc nghiÖm ®−îc thÓ hiÖn trong b¶ng sau:
Thêi NhiÖt Thêi NhiÖt Thêi NhiÖt
gian(s) ®é(0C) gian(s) ®é(0C) gian(s) ®é(0C)
2.155 1 22.20 20 64.8 31
3.378 2 24.55 21 71.1 32
6.47 5 26.82 22 77.14 33
8 7 29.71 23 85.125 34
9.79 9 33.27 24 93.12 35
11.76 11 37.11 25 98.97 36
13.38 13 41.76 26 107.82 37
15.19 15 46.75 27 116.03 38
16.89 16 51.14 28 125.89 39
18.68 17 54.55 29 138.55 39
24.41 19 57.87 30
H×nh 4.2 - B¶ng gi¸ trÞ ®o ®−îc khi lµm thùc nghiÖm.
Dùa trªn sè liÖu ®o ®−îc b¶ng trªn ta vÏ ®−îc hµm qu¸ ®é thùc nghiÖm
45
40
35
30
25
20
nh− sau:
ộ đ t ệ i h N
15
10
5
0
Thời gian
0
100
50
150
H×nh 4.3 - Hµm qu¸ ®é thùc nghiÖm y(t).
Dùa vµo ®å thÞ trªn, nÕu dÞch chuyÓn gèc to¹ ®é th× hµm y(t) ë ®©y gièng
hµm qu¸ ®é h(t) cña kh©u qu¸n tÝnh bËc mét. MÆt kh¸c theo kÕt qu¶ nghiªn
cøu cña mét sè ®Ò tµi th× nhiÖt lµ qu¸ tr×nh cã trÔ nªn hµm truyÒn cña ®èi
t−îng sÏ lµ kh©u qu¸n tÝnh bËc nhÊt cã trÔ. Víi viÖc ®o trªn ta kh«ng thÓ biÕt
chÝnh x¸c ®−îc thêi gian trÔ lµ bao nhiªu nªn lÊy thêi gian trÔ τ b»ng c¸ch lÊy
nhiÖt ®é thay ®æi tõ 0 - 10 b»ng thêi gian thay ®æi tõ 1 - 20 (tøc lµ thêi gian tõ
0 - 10 = 3,378 - 2,155 = 1,223s) => τ = 2,155 - 1,223 = 0.8(s). Nh− vËy hµm
)( sG
=
truyÒn ®¹t cña ®èi t−îng cã d¹ng:
e sτ− =
e s.8,0−
1
k Ts +
k +1 Ts
§Ó x¸c ®Þnh T vµ k ta lµm nh− sau:
t−
* Khi tÝn hiÖu vµo lµ hµm 1(t)
sG )( s
k
1(
). Tõ H(s) = chuyÓn ®æi Laplace ng−îc ta cã h(t) = k(1- e T
1e −− )
≈ 0,632.k Vµ nh− vËy ë thêi ®iÓm T th× h(T)=
Nãi c¸ch kh¸c, t¹i ®óng thêi ®iÓm T hµm sè h(t) sÏ ®¹t ®−îc 63,2% gi¸
trÞ cùc ®¹i.
Ta ®i ®Õn x¸c ®Þnh T nh− sau:
• KÎ ®−êng tiÖm cËn víi h(t) t¹i t = ∞ ®Ó cã k = h(∞)
• X¸c ®Þnh ®iÓm cã tung ®é b»ng 0,632.k cña h(t).
• Hoµnh ®é cña ®iÓm võa x¸c ®Þnh chÝnh lµ tham sè T cÇn t×m.
* Khi tÝn hiÖu vµo lµ hµm A*1(t).
Do tÝn tuyÕn tÝnh cña ®èi t−îng, ®¸p øng y(t) t¹i thêi ®iÓm T còng cã gi¸
trÞ ®óng b»ng 63,2% gi¸ trÞ cùc ®¹i y(∞) cña nã. Nh− vËy thuËt to¸n trªn vÉn
y
)
®−îc ¸p dông khi tÝn hiÖu vµo lµ hµm A*1(t) nh− sau:
(∞ A
• KÎ tiÖm cËn víi y(t) t¹i t ->∞ ®Ó cã y(∞), sau ®ã suy ra: k =
• X¸c ®Þnh ®iÓm cã tung ®é b»ng 0,632.y(∞) cña y(t).
• Hµnh ®é cña ®iÓm cÇn x¸c ®Þnh chÝnh lµ tham sè T cÇn t×m.
Víi ®å thÞ trªn y(∞) = 39 => k = 39/10 = 3,9.
Sau kho¶ng thêi gian T, tÝn hiÖu ®Çu ra y(t) sÏ ®¹t ®−îc gi¸ trÞ xÊp xØ b»ng
63,2% gi¸ trÞ cùc ®¹i y(∞) cña nã, tøc lµ khi ®ã nã cã gi¸ trÞ: 0,632.y(∞) =
24,468.
8,0
−
=> T = 36(s)
Nh− vËy hµm truyÒn cña ®èi t−îng lµ: G(s) =
e s
s
1
9,3 36 +
