Báo cáo tốt nghiệp Đinh Văn Hùng - TĐH46

Khoa Cơ Điện Trờng đại học NNI
55
** Nhiệm vụ từng khối:
+ Khối nhiệt độ là khối tạo nguồn nhiệt của sản phẩm. Do mô hình chỉ có
tính tợng trng mô phỏng sự làm việc của dây chuyền nên khối nhiệt ở đây đợc
tạo bằng các đèn sợi đốt.
+ Khối cảm biến có tác dụng đo nhiệt độ sản phẩm và khuếch đại tín hiệu,
để đa vào PLC xử lý và đa quyết định điều khiển các cơ cấu chấp hành có trong
dây chuyền khâu tinh lọc.
+ Khối PLC có tác dụng thu thập tín hiệu từ cảm biến, sau đó xử lý và đa
quyết định điều khiển đến các cơ cấu chấp hành trong dây chuyền.
+ Khối cơ cấu chấp hành là các thiết bị chấp hành có trong dây chuyền
thực hiện các thao tác vận hành dây chuyền. Khối này gồm các động cơ, các van.

3.3.2. Thiết kế và phân tích nguyên lý hoạt động từng khối
1- Khối nhiệt độ
Nh đã đề cập ở trên thì khối nhiệt độ sẽ đợc mô phỏng bằng nhiệt độ của
các bóng đèn điện áp 220V - 100W. Các đèn sẽ tạo nguồn nhiệt để trong một hộp
coi nh vùng nhiệt độ sản phẩm. Việc điều khiển cấp nhiệt là việc đóng cắt các đèn
sợi đốt để tăng hoặc hạ nhiệt độ sản phẩm.
2 Khối cảm biến
Cảm biến đợc định nghĩa nh một thiết bị dùng để biến đổi các đại lợng
vật lý và các đại lợng không điện cần đo thành các đại lợng điện có thể đo đợc


a. Thiết kế cảm biến nhiệt
Trong tất cả các đại lợng vật lý, nhiệt độ là một trong những đại lợng
đợc quan tâm nhiều nhất. Đo nhiệt độ là một phơng thức đo lờng không điện,
đo nhiệt độ đợc chia thành nhiều dải nhiệt độ khác nhau nh sau:
+ Đo nhiệt độ thấp
+ Đo nhiệt độ trung bình
+ Đo nhiệt độ cao
.
Báo cáo tốt nghiệp Đinh Văn Hùng - TĐH46

Khoa Cơ Điện Trờng đại học NNI
57
- Có nhiều cách đo nhiệt độ khác nhau, trong đó có thể liệt kê các phơng
pháp chính nh sau:
+ Phơng pháp quang dựa trên sự phân bố bức xạ nhiệt độ do dao động
nhiệt (hiệu ứng Doppler).
+ Phơng pháp cơ dựa trên sự giãn nở của vật rắn, của chất lỏng hoặc chất
khí (với áp suất không đổi), hoặc dựa trên tốc độ âm.
+ Phơng pháp điện dựa trên sự phụ thuộc của điện trở vào nhiệt độ, hiệu
ứng seebeck, hoặc dựa trên sự thay đổi tần số dao động của thạch anh.
Việc đo nhiệt độ đợc tiến hành nhờ các dụng cụ hỗ trợ chuyên biệt nh:
+ Caởp nhieọt ngẫu
+ Nhiệt kế điện thế kim loại
+ Nhiệt điện trở kim loại
+ Nhiệt điện trở bán dẫn
+ Cảm biến thạch anh
Việc sử dụng các IC cảm biến nhiệt để đo nhiệt độ là một phơng pháp
thông dụng đợc sử dụng trong các ứng dụng mô phỏng thông thờng, nên ở đây
tôi chọn phơng án sử dụng IC này.
Sơ đồ nhìn từ dới chân thiết bị
+ V
+
và V
-
là hai đầu nguồn đặt của cảm biến
+ ADJ là chân chuẩn điều kiện làm việc đầu ra của cảm biến.
*Tính chất cơ bản của LM335:
- LM335 có độ biến thiên theo nhiệt độ là: 10mV / 1
0
C
- Độ chính xác cao, tính năng cảm biến nhiệt độ rất nhạy, ở nhiệt độ 25
0
C nó
có sai số không quá 1%. Với khoảng đo từ 0
0
C 128
0
C, tín hiệu ngõ ra tuyến tính
liên tục với những thay đổi của tín hiệu ngõ vào.
- Thông số kỹ thuật:
+ Tiêu tán công suất thấp
+ Dòng làm việc từ 450
m A - 5mA
.
B¸o c¸o tèt nghiƯp §inh V¨n Hïng - T§H46

Khoa C¬ §iƯn Tr−êng ®¹i häc NNI

ë 5
0
C th× ®iƯn ¸p ngâ ra lµ V
out
= 2,78 (V)

ë 100
0
C th× ®iƯn ¸p ngâ ra V
out
=3,73 (V)
Kho¶ng biÕn thiªn ®iƯn ¸p t−¬ng øng lµ 1V víi kho¶ng nhiƯt ®é tõ 0
0
C – 100
0
C
**
Thiết kế cụ thể mạch cảm biến dùng LM335
+ S¬ ®å m¹ch nh− sau: H×nh 3.2. S¬ ®å m¾c kh«ng chn hãa
§iƯn ¸p ®Ỉt ë ®©y lµ +5V. §©y lµ s¬ ®å m¾c lµm viƯc ë chÕ ®é ch−a chn
hãa tøc lµ kh«ng ë 25
0
C. Ngoµi ra ta cßn cã c¸ch m¾c ®Ĩ chn hãa ®iỊu kiƯn
chn nh− sau.

LM335
.

0
C,
I
R
= 1mA thì V
0
= 2,98 (V) vậy ta có:
450
m A < (5-2,98)/R < 5mA
Nên 424 < R < 4,7K
Từ đó ta chọn R = 1K
b
**Thiết kế mạch khuếch đạiĐể tạo khoảng so sánh tín hiệu lấy ra ứng với điều kiện làm việc của môi
trờng ta cần một mạch khuếch đại khoảng biến thiên của tín hiệu ra. Đây là mạch
so sánh tín hiệu ra của cảm biến với tín hiệu đặt điện áp ứng với điệu kiện làm việc
nhiệt độ môi trờng ngoài. Vì khoảng biến thiên điện áp của bộ cảm biến là 1V với
khoảng biến thiên nhiệt độ từ 0
0
C - 100
0
C. Trong khi đó, yêu cầu mạch đầu vào của
PLC có mức điện áp từ 0V - 10V, vì vậy ta sử dụng mạch khuếch đại tín hiệu điện
LM335
.
Báo cáo tốt nghiệp Đinh Văn Hùng - TĐH46

Khoa Cơ Điện Trờng đại học NNI

V
1
) . R
5
/(R
3
+ R
5
) V
1

Vì : V
+
= V
-

suy ra R
4
.V
2
/(R
2
+ R
4
) = (V
0
V

C
V
0
: là điện áp ngõ ra của OA và V
0
= K(V
2
V
1
)
K : là hệ số khuếch đại
Nh vậy ta xét ở nhiệt độ 0
0
C thì V
2
= V
1
; V
0
= 0V
= > R
4
/(R
2
+ R
4
) = R
5
/(R
3

< 20mA, nên dòng hồi tiếp I
f
<< 20mA
= > I
f
= (V
0
V
1
)/(R
3
+ R
5
) << 20mA
= > R
3
+ R
5
>> (V
0
V
1
)/20mA
Mà V
0max
=10V
V
1
= 2,73V
= > R

.