Xây dựng và điều khiển giám sát hệ thống nấu sữa thực vật tự động

Abstract

Temperature has significant influences on many processes in physics, chemistry, biology, and human life. Controlling precisely temperature is therefore a basic but essential issue in automation control. This paper presents a method of building, controlling and monitoring a plant-based milk cooking system. Solidworks software was used to design 3D model for the system, from which to process mechanically the hardware, install electrical devices, and design a SCADA system. The tangent line method for system identification and the Internal Model Control (IMC) method are used to configure the PID controller applied to the temperature control of the system. Experimental results show that the plant-based milk’s temperature was stable at the set value (90°C) after 45 minutes with a steady-state error of approximately 2°C. This result is equivalent to the simulation result from the kinetic model with the setting time of 45 minutes and the steady-state error of about 1°C. The product after cooking and cooling is completely usable. Therefore, the built model basically meets the technological process requirements of an automatic plant-based milk cooking system.

Tóm tắt

Nhiệt độ ảnh hưởng then chốt đến nhiều quá trình vật lý, hóa học, sinh học và nhiều mặt trong đời sống của con người. Điều khiển nhiệt độ chính xác là bài toán cơ sở và rất quan trọng trong lĩnh vực điều khiển tự động. Bài viết trình bày phương pháp xây dựng, điều khiển và giám sát hệ thống nấu sữa thực vật tự động. Phần mềm Solidworks được ứng dụng để thiết kế mô hình 3D cho hệ thống, từ đó tiến hành gia công phần cứng, lắp đặt thiết bị, xây dựng chương trình điều khiển và giám sát (SCADA). Phương pháp kẻ tiếp tuyến để nhận dạng hệ thống và phương pháp điều khiển mô hình nội (IMC-internal model control) được sử dụng để chỉnh định bộ điều khiển PID áp dụng vào điều khiển nhiệt độ của hệ thống. Kết quả thực nghiệm cho thấy nhiệt độ sữa ổn định tại giá trị đặt (90^oC) sau 45 phút với sai số xác lập trong khoảng 2^oC. Kết quả này tương đương với kết quả mô phỏng từ mô hình động học với thời gian xác lập 45 phút và sai số xác lập khoảng 1^oC. Sản phẩm sau khi nấu và làm nguội hoàn toàn sử dụng được. Như vậy, mô hình đã xây dựng cơ bản đáp ứng được các yêu cầu quy trình công nghệ của một hệ thống nấu sữa thực vật tự động.