Đồ Án Thiết kế và chế tạo mô hình điều khiển máy khuấy trộn

MỤC LỤC
Lời cảm ơn i
Tóm tắt đề tài ii
Mục lục iii

Chöông 1 TỔNG QUAN 1
1.1 Giới thiệu về hề hệ thống khuấy trộn 1
1.2 Giới thiệu một số hệ thống khuấy trộn trong công nghiệp 2
1.3 Các chỉ tiêu đánh giá quá trình khuấy trộn 2
1.3.1 Mức độ khuấy trộn 2
1.3.2 Cường độ khuấy 2
1.3.3 Hiệu quả khuấy 3

Chương 2 NHIỆM VỤ CỦA LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 4

Chương 3 THIẾT KẾ HỆ CƠ CỦA MÔ HÌNH 5
3.1 Tính tốn trục khuấy-trộn 5
3.1.1 Xác định vận tới hạn thứ nhất bằng đồ thị 7
3.1.2 Tính tốn trục khuấy-trộn congxon 8
3.1.2.1 Sơ đồ chịu lực 8
3.1.2.2 Tính trục theo bền 10
3.1.2.3 Tính trục theo độ cứng 13
3.1.2.4 Kiểm tra trục theo độ cứng 16
3.1.2.5 Khoảng cách tối ưu giữa hai ổ đỡ 16
3.1.2.6 Tính tốn trục theo ổn định ngang 16
3.1.3 Tính các ổ đỡ trục khuấy 17
3.2 Tính bền cơ cấu khuấy 17
3.2.1 Tính bền cơ cấu khuấy cánh thẳng 17
3.2.1.1 Tính chiều dày cánh của cơ khuấy 18
3.2.1.2 Xác định khoảng cách từ điểm đặt lực tới trục quay 19

Chương 4 BƠM THỦY LỰC 21
4.1 Bơm có lưu lượng riêng không dương (bơm ly tâm) 21
4.2 Bơm có lưu lượng riêng dương (bơm thể tích) 22

Chương 5 CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ 24
5.1 Thang nhiệt độ 25
5.2 Nhiệt độ đo được và nhiệt độ cần đo 27
5.2.1 Nhiệt độ đo được 27
5.2.2 Đo nhiệt độ trong lòng vật rắn 27
5.3 Đo nhiệt độ bằng điện trở 27
5.3.1 Độ nhạy nhiệt 27
5.3.2 Điện trở kim loại 29
5.3.2.1 Chọn kim loại 29
5.3.2.2 Chế tạo nhiệt kế 30
5.3.3 Nhiệt điện trở 32
5.3.3.1 Đặc điểm chung 32
5.3.3.2 Độ dẫn của nhiệt điện trở 32
5.3.3.3 Quan hệ điện trở-nhiệt độ 33
5.3.4 Điện trở Silic 35
5.4 Đo nhiệt độ bằng cặp nhiệt 36
5.4.1 Đặc trưng chung-độ nhạy nhiệt 36
5.4.2 Các hiệu ứng nhiệt điện 38
5.4.2.1 Hiệu ứng Peltier 38
5.4.2.2 Hiệu ứng Thomson 39
5.4.2.3 Hiệu ứng Seebeck 40
5.4.3 Phương pháp chế tạo và sơ đồ đo 40
5.4.3.1 Chế tạo cặp nhiệt và vỏ bảo vệ 40
5.4.3.2 Sơ đồ đo 41
5.4.3.3 Phương pháp đo 42
5.4.4 Các loại cặp nhiệt thường dùng trong thực tế 44
5.5 Đo nhiệt độ bằng Diot và Tranzitor 45
5.5.1 Đặc điểm chung-độ nhạy nhiệt 45
5.5.2 Quan hệ điện áp-nhiệt độ 46
5.6 Cảm biến quang trong đo nhiệt độ 47

Chương 6 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO MỨC CHẤT LƯU 52
6.1 Phương pháp thủy tĩnh 53
6.2 Phương pháp điện 55
6.2.1 Cảm biến độ dẫn 55
6.2.2 Cảm biến tụ điện 55
6.3 Các phương pháp dùng bức xạ 58
6.3.1 Phương pháp đo bằng hấp thụ tia  58
6.3.2 Phương pháp đo bằng sóng siêu âm 58

Chương 7 LÝ THUYẾT MỜ TRONG ĐIỀU KHIỂN 61
7.1 Khái niệm về tập mờ 62
7.1.1 Định nghĩa 62
7.1.2 Độ cao, miền xác định và miền tin cậy của tập mờ 63
7.1.2.1 Định nghĩa 1 63
7.1.2.2 Định nghĩa 2 64
7.1.2.3 Định nghĩa 3 64
7.2 Các phép tốn trên tập mờ 64
7.2.1 Phép hợp hai tập mờ 64
7.2.2 Phép giao hai tập mờ 65
7.2.3 Phép bù của một tập mờ 65
7.3 Biến ngôn ngữ và giá trị của nó 65
7.4 Luật hợp thành mờ 68
7.4.1 Mệnh đề hợp thành 68
7.4.2 Mô tả mệnh đề hợp thành mờ 69
7.4.3 Luật hợp thành mờ 70

Chương 8 THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 72
8.1 Sơ đồ khối mạch điều khiển 72
8.1.1 Giới thiệu cảm biến đo mức 61F-GN 72
8.1.2 Rơ-le 24VDC 73
8.1.3 Cảm biến nhiệt độ MF-904 73
8.1.4 Các thông số của các thiết bị 73
8.1.5 Sơ đồ khối và nguyên tắc hoạt động của mô hình 75
8.2 Vi xử lý trong điều khiển 77
8.2.1 Tóm tắt phần cứng AT8951 78
8.2.1.1 Cấu hình chân ra 78
8.2.1.2 Các đặc trưng của mạch dao động 81
8.2.1.3 Chế độ nghỉ 82
8.2.1.4 Chế độ nguồn giảm 83
8.2.2 Các mạch vi xử lý ứng dụng trong mô hình 83
Tài liệu tham khảo
Phụ lục: Bài Thí Nghiệm Ứng Dụng Vi Xử Lý Trong Điều Khiển Mô Hình Máy Trộn


PHỤ LỤC
BÀI THÍ NGHIỆM: ỨNG DỤNG VI XỬ LÝ TRONG ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH MÁY TRỘN
1 MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM
- Nắm bắt sơ lược được kết cấu và nguyên lý hoạt động của một hệ thống máy trộn đơn giản.
- Biết và sử dụng thành thạo các port xuất nhập và ứng dụng timer của microcontroller AT8951.
- Làm quen với các thiết bị điều khiển tự động.
2 DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM
- Mô hình máy trộn gồm các thiết bị:
ã Hai bơm từ A và B bơm dung dịch vào bình khuấy, một bơm từ C có nhiệm vụ hút hỗn hợp từ bình khuấy ra bể C, có lưu lượng 24l/ph.
ã Hai cảm biến mức 61F-GN.
ã Một cảm biến nhiệt độ MF-904.
ã Một động cơ khuấy 24VDC.
ã Một Rơ-le nhiệt.
ã Một mạch điều khiển.
ã Một thùng khuấy hình trụ với thể tích 20l, cao 400mm đường kính 250mm.
- Một bộ nạp vi xử lý.
3 NỘI DUNG THÍ NGHIỆM
3.1 Mô tả ví dụ ứng dụng:
Khi hệ thống máy trộn bắt đầu hoạt động, bơm A sẽ hút dung dịch thứ nhất từ bể A vào bình khuấy với một dung lượng tùy từng theo yêu cầu cụ thể. Sau khi cấp vào bình khuấy một dung lượng đúng theo yêu cầu, bơm A sẽ ngừng hoạt động và tiếp theo bơm B sẽ hút dung dịch thứ hai từ bể B vào bình khuấy cũng với một dung lượng tùy từng yêu cầu cụ thể. Khi đã cung cấp vào bình khuấy hai dung dịch có tỷ lệ đúng theo yêu cầu, động cơ khuấy và rơ-le nhiệt bắt đầu hoạt động cho đến khi hỗn hợp trong bình khuấy được nung nóng tới một nhiệt độ thích hợp. Khi đó cả động cơ khuấy và rơ-le nhiệt đều ngừng hoạt động. Tiếp theo bơm C sẽ hút hỗn hợp vừa tạo thành từ bình khuấy ra bể C và kết thúc một quá trình khuấy.
3.2 Nguyên lý hoạt động
Ta thực hiện quá trình định lượng các dung dịch dựa vào cảm biến mức 61F-GN, đây là loại cảm biến đo mức theo ngưỡng hoạt động dựa trên nguyên tắc dẫn diện giữa các que đo. Khi thay đổi chiều dài các que đo ta có thể thay đổi được dung lượng của các dung dịch.
Một cách khác để thay đổi dung lượng các chất lỏng là định thì cho các bơm. Ta đã biết lưu lượng của bơm là 24l/ph và chiều cao của bình khuấy là 400mm. Do việc định thì cho bộ vi xử lý là hồn tồn dễ dàng.
Để có thể điều chỉnh nhiệt độ trong bình ta dựa vào cảm biến nhiệt độ, đây là loại cảm biến hoạt động dựa trên nguyên lý của cặp nhiệt điện. Như ta đã biết tín hiệu ra của loại cảm biến này có điện áp rất nhỏ cỡ vài mV, do vậy ta cần có một mạch khuyếch đại mới có thể sử dụng được các tín hiệu này. Điều này đã được bộ cảm biến MF-904 đảm nhận, nó không chỉ đóng vai trò khuyếch đại mà còn hiển thị nhiệt độ và xử lý nhiệt độ một cách đơn giản.
3.3 Thực hành
- Quan sát cấu tạo của mô hình máy trộn.
- Viết chương trình điều khiển trên máy tính theo hai cách đo mức đã nêu và nạp vào AT8951.
- Cho hệ thống hoạt động.
3.4 Báo cáo thí nghiệm
- Nêu lên ưu nhược điểm của hệ thống.
- Dựa vào kết quả thí nghiệm so sánh hai giải thuật điều khiển trên.