QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI
Sơ đồ công nghệ
Hình 1.1: Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải
Nguyên lý làm việc
Nước thải từ dây chuyền sản xuất và hoạt động sinh hoạt của công nhân được thu gom và dẫn qua bộ lọc rác thô nhờ trọng lực Rác thải lớn như cát, đá vụn, gỗ, giấy, giẻ và nylon được giữ lại để ngăn ngừa sự cố trong quá trình vận hành, như tắc bơm và đường ống dẫn Việc này đảm bảo an toàn và thuận lợi cho toàn bộ hệ thống Các loại rác thải này sẽ được lấy lên thường xuyên để tránh tắc nghẽn bộ lọc.
1.2.1 Vùng 1, vùng xử lý nước thô
Vùng 1 được cấu tạo gồm 2 bộ phận chính là: Bộ lọc rác thô và mương lắng cát
1.2.1.1 Bộ lọc rác thô : Là bộ lọc xử lý các loại rác lớn trước khi đưa vào mương lắng cát để tránh bị tắc nghẽn ở mương lắng cát
Tại mương lắng cát, tấm lọc rác tinh được lắp đặt để giữ lại các rác thải có kích cỡ nhỏ, hạn chế tối đa rác thải theo vào ngăn bơm và tăng cường khả năng bảo vệ bơm.
Cấu tạo của mương lắng cát gồm có:
Tấm lọc rác thô: dùng để giữ lại các loại rác lớn từ bên ngoài vào để đưa ra nước mịn
Tấm lọc rác tinh được sử dụng để loại bỏ bùn và rác nhỏ, giúp nâng cao chất lượng nước trước khi được bơm vào bể cân bằng.
Phao đo mức nước: phao này dùng để đo mức nước có trong mương lắng cát
Hình 1.2: Cấu tạo của mương lắng cát b) Nguyên lý hoạt động
Khi bắt đầu hoạt động, trong mương lắng cát chưa có nước, khiến phao V1.P1 trong bể hạ thấp Điều này làm cho mạch điện trong phao hở ra, từ đó gửi tín hiệu đến van cấp nước, mở ra để nước từ bên ngoài chảy vào bể lắng cát.
Khi bể nước đầy, phao V1.P1 sẽ nâng lên, kích hoạt mạch điện và đóng lại Tín hiệu này sẽ dẫn đến việc van tự động đóng, ngăn chặn nước tràn ra ngoài.
Phao V1.P1 có chức năng điều khiển van tự động V1.V1 để dẫn nước thải vào mương lắng cát Cảm biến trong hệ thống gửi tín hiệu Digital 0 hoặc 1; khi tín hiệu là 0, van tự động mở, còn khi tín hiệu là 1, van tự động đóng Điều này có nghĩa là van sẽ mở liên tục cho đến khi mức nước trong mương lắng cát tăng lên, khiến phao V1.P1 nổi lên và tạo ra tín hiệu ngắt mạch điện, dẫn đến việc van đóng lại.
1.2.2 Vùng 2, vùng cân bằng các chất trong nước thải
Vùng 2 là một cái bể cân bằng, tại bể cân bằng, một dàn ống sục khí được bố trí dưới đáy với mục đích là khuấy trộn, tại đây nước thải được trộn lẫn, làm đồng đều các thành phần (BOD, COD, pH, N, P, Nhiệt độ…) Do tính chất nước thải thay đổi theo từng giờ sản xuất và tùy vào tính chất nước thải của từng công đoạn nên bể cân bằng rất cần thiết trong việc điều hòa nồng độ và lưu lượng nước thải, làm giảm kích thước và tạo chế độ làm việc ổn định liên tục cho các công trình phía sau, tránh sự cố quá tải Ngoài ra bể cân bằng còn có mục đích là giảm bớt sự dao động hàm lượng các chất bẩn trong nước thải, làm giảm và ngăn cản lượng nước thải có nồng độ các chất độc hại cao đi trực tiếp vào các công trình xử lý sinh học
1.2.2.1 Cấu tạo của bể cân bằng
Hình 1.3: Cấu tạo của bể cân bằng
Cấu tạo của bể cân bằng gồm có:
Hai phao để đo mức nước thấp (V2.P2) và mức nước cao (V2.P3) trong bể cân bằng
Hai máy bơm nước (V2.B1 và V2.B2) : dùng để bơm nước từ bể cân bằng lên bồn định lượng
Máy sục khí V2.MSK1 có chức năng trộn lẫn nước với các tạp chất như BOD, COD, pH, N, P và nhiệt độ, giúp quá trình xử lý nước trở nên hiệu quả hơn.
Khi nước trong bể lắng cát chảy vào bể cân bằng, mực nước sẽ được đo bằng hai phao mức thấp và phao mức cao Hai phao V2.P2 và V2.P3 có vai trò quan trọng trong việc điều khiển máy sục khí V2.MSK1 cùng với máy bơm V2.B1 và V2.B2.
Phao V2.P2 là cảm biến mức thấp, khi mực nước trong bể xuống thấp hơn phao, mạch điện hở ra, không có tín hiệu gửi đi, dẫn đến hai máy bơm V2.B1, V2.B2 và máy sục khí V2.MSK1 không hoạt động Ngược lại, khi mực nước bằng hoặc cao hơn phao V2.P2, mạch điện đóng lại, tín hiệu Digital từ V2.P2 kích hoạt máy bơm V2.B1 và máy sục khí V2.MSK1 Phao V2.P3 là cảm biến mức cao, khi mực nước thấp hơn phao này, mạch điện hở ra không gửi tín hiệu Khi mực nước bằng hoặc cao hơn phao V2.P3, tín hiệu Digital từ phao này sẽ khởi động cả hai bơm V2.B1 và V2.B2, hoạt động luân phiên để tăng tuổi thọ bơm Hệ thống đảm bảo không có tình trạng tràn nước nhờ vào việc kiểm soát lượng nước vào từ mương lắng cát qua V1.P1.
1.2.3 Vùng 3, vùng tạo nước thải trung hoà
Vùng 3 được cấu tạo gồm 2 bộ phận: Bồn định lượng và bể trung hoà
Bể điều tiết nước đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm soát lưu lượng nước chảy vào bể trung hòa, đảm bảo rằng nước không vượt mức cho phép Cấu tạo của bể này bao gồm hai ngăn, giúp ngăn chặn tình trạng tràn nước vào bồn trung hòa, với nước thừa sẽ tự động chảy trở lại bể cân bằng Nguyên lý hoạt động của hệ thống bắt đầu từ việc bơm nước thải từ bể cân bằng lên bồn định lượng qua một trong hai bơm V2.B1 hoặc V2.B2, sau đó nước sẽ chảy tự nhiên xuống bể trung hòa Nếu nước trong ngăn thứ nhất tràn sang ngăn thứ hai, nước thải sẽ được tự động dẫn trở lại bể cân bằng, đảm bảo sự ổn định trong quá trình xử lý nước thải.
Bể xử lý cân bằng tính axit/bazo trong nước thải đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì độ pH ở mức cho phép, nhằm ngăn chặn hiện tượng ăn mòn và bảo vệ hệ thống ống dẫn cũng như công trình thoát nước Mục tiêu chính của bể là đảm bảo chất lượng nước trước khi thải ra các nguồn tiếp nhận như sông, ngòi, ao hồ, đặc biệt là đối với nước thải công nghiệp có tính axit.
Gồm các bộ phận chính như sau:
Bồn chứa axit: gồm có 2 máy bơm axit (V3.AX1, V3.AX2), 1 máy khuấy
(V3.MK2), 1 phao đo mức axit có trong bồn (P7.AX), 1 đèn báo (L.AX)
Bồn chứa bazo: gồm có 2 máy bơm bazo (V3.BZ1, V3.BZ2), 1 máy khuấy
(V3.MK3), 1 phao đo mức bazo có trong bồn (P8.BZ), 1 đèn báo (L.BZ)
Một máy khuấy (V3.MK1): được đặt trong bể trung hoà và có tác dụng khuấy đều khi cho axit/bazo vào nước thải trong quá trình trung hoà pH
Phao để đo mức nước cao (V3.P5) và mức nước thấp trong bể (V3.P4)
Sensors đo pH: có nhiệm vụ kiểm tra độ pH trong bể
Một van tự động (V3.V4): có nhiệm vụ đưa nước thải đã được trung hoà qua bể lắng
Hình 1.4: Cấu tạo của bể trung hoà
Phao V3.P4 (cảm biến mức thấp) và phao V3.P5 (cảm biến mức cao) điều khiển máy khuấy V3.MK1, bơm V2.B1, V2.B2, và van tự động V3.V4 Khi mực nước trong bể trung hoà giảm xuống dưới mức của phao V3.P4, hai bơm V2.B1 và V2.B2 sẽ hoạt động luân phiên để bơm nước lên bồn định lượng, sau đó nước sẽ chảy tự nhiên qua bể trung hoà, trong khi van V3.V2 ở trạng thái đóng.
Khi mực nước đạt mức phao V3.P5 hoặc cao hơn, hai bơm V2.B1 và V2.B2 sẽ ngừng hoạt động Lúc này, quá trình trung hòa pH sẽ được thực hiện Phao V3.P5 kết hợp với thiết bị đo pH chuyên dụng với thang đo 14 để điều khiển các thiết bị V3.MK1, V3.MK2, V3.MK3 cùng với các bơm AX và BZ.
Khi pH trong nước thấp hơn 6,5, bơm bazo sẽ hoạt động để bơm bazo từ bồn vào bể Đồng thời, máy khuấy trong bể cũng sẽ hoạt động cho đến khi pH trong nước đạt mức cho phép.
Kết luận
Việc xử lý nước thải công nghiệp yêu cầu tuân thủ các tiêu chuẩn kỹ thuật và chất lượng nước đầu ra theo quy định môi trường Để đạt được điều này, nhà máy cần áp dụng quy trình công nghệ phù hợp Chương 1 đã trình bày chi tiết về các bộ phận, cấu tạo và nguyên lý hoạt động của quy trình công nghệ xử lý nước thải, tạo nền tảng cho các chương tiếp theo.
CÁC CẢM BIẾN VÀ CƠ CẤU CHẤP HÀNH SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG
Các cảm biến
2.1.1 Cảm biến đo độ pH a) Giới thiệu chung
Nước thải được thu từ nhiều nguồn khác nhau, do đó, việc chứa các thành phần hóa học có tính axit hoặc bazo là điều không thể tránh khỏi Để đảm bảo chất lượng nước, cần lắp đặt cảm biến đo độ pH trong các hệ thống xử lý, đặc biệt là trong bể trung hòa nước thải Việc giám sát và kiểm soát độ pH thông qua các công nghệ xử lý là cần thiết để đưa pH về khoảng 6.5 - 7.5 trước khi thải ra nguồn tiếp nhận hoặc sử dụng cho quy trình công nghệ tiếp theo.
Điện cực pH được cấu tạo từ hai loại thủy tinh, trong đó thân điện cực làm bằng thủy tinh không dẫn điện và đầu điện cực hình bầu được làm từ thủy tinh chứa oxit silica, lithium, canxi và các nguyên tố khác cho phép ion lithium xuyên qua Cấu trúc này cho phép ion lithium trao đổi với ion hydro trong dung dịch, tạo thành lớp thủy hợp Sự trao đổi này tạo ra một điện thế mV giữa đầu thủy tinh pH và dung dịch bên ngoài, với độ lớn điện thế phụ thuộc vào giá trị pH của dung dịch Độ chênh lệch điện thế giữa lớp bên ngoài và lớp thủy hợp bên trong điện cực có thể được đo bằng điện cực bạc/bạc cloride.
Hình 2.1: Cấu tạo điện cực đo pH
Nguyên lý làm việc của cảm biến pH dựa trên nồng độ ion H+ Khi có sự chênh lệch giữa điện cực đo và dung dịch, ion H+ sẽ di chuyển vào điện cực để cân bằng pH Sự chênh lệch điện áp giữa điện cực mẫu và điện cực đo được cảm biến xác định và chuyển đổi thành giá trị pH Do đó, việc chọn cảm biến đo độ pH là rất quan trọng.
Ta chọn cảm biến Hach DPD1R1 với đặc điểm kỹ thuật:
Có bù trừ nhiệt tự động bằng NTC 300Ohm
Dòng nước tại điểm làm việc không quá 3m/s
Cầu muối là thành phần quan trọng trong quá trình đo lường, bao gồm ba bộ phận chính: điện cực đo dạng bầu kính, điện cực nối đất làm từ titan và điện cực mẫu.
Vỏ cảm biến làm bằng nhựa Ryton có khả năng chống ăn mòn bởi hóa chất
Đầu cảm biến chịu được áp suất 6.9bar ở 70 C.Điện áp đầu ra đã qua khâu khuếch đại: 0 - 10V
2.1.2 Cảm biến đo mức bùn a) Giới thiệu chung
Cảm biến báo mức chất rắn dạng xoay Kansai là thiết bị chuyên dụng để đo mức các loại chất rắn như bột cám, cát, đá, và bùn trong các bồn chứa, silo, và tank, đặc biệt là trong báo mức xi măng Sản phẩm này được thiết kế và sản xuất tại Nhật Bản bởi hãng Kansai, nổi bật với trọng lượng nhẹ, hoạt động ổn định và độ tin cậy cao.
Hình 2.2: Cảm biến đo mức độ bùn Kansai
Cảm biến đo mức độ bùn Kansai bao gồm bốn bộ phận chính: nguồn, trục, cánh quay và phần truyền động Cấu tạo bên trong của cảm biến này có một lò xo được gắn vào bốn vị trí khác nhau, mỗi vị trí tương ứng với một lựa chọn lực xoay và mô men xoắn của motor cánh quay Chức năng này đặc biệt hữu ích khi sử dụng trong môi trường chất rắn với lực cản nhỏ.
Cảm biến báo mức chất rắn hoạt động nhờ vào một motor bên trong, giúp trục và cánh xoay liên tục Khi có vật tác động vào cánh xoay, cánh sẽ dừng lại, tạo ra lực tác động vào công tắc nội bộ, khiến motor ngừng quay Đồng thời, công tắc này sẽ phát tín hiệu báo trạng thái mức chất rắn Việc lựa chọn cảm biến đo mức bùn là rất quan trọng để đảm bảo hiệu suất hoạt động.
Ta sử dụng cảm biến đo mức bùn của hãng Kansai với các thông số sau:
Nguồn cấp: 200 đến 220 VAC, hoặc 100 đến 110 VAC, 50 hoặc 60 Hz
Tiếp điểm: 250V AC 3A.Tốc độ cánh xoay: 0.83 rpm (50 Hz), 1 rpm (60Hz)
Chiều quay cánh xoay: Theo chiều kim đồng hồ.Công suất tiêu thụ: 1.5 W
Nhiệt độ hoạt động: 0-50 độ C.Momen xoắn: 170 – 270 N.m x 10-4
Chiều dài cáp: Đi kèm dây dài 500mm
IP: 55 chống bụi và chống nước, sử dụng trong các môi trường ẩm cao, vật liệu xây dựng, cát, đá
Tín hiệu ngõ ra: Tiếp điểm relay NO và NC
2.1.3 Cảm biến đo độ đục a) Giới thiệu chung Độ đục là một trong những thông số quan trọng nhất được sử dụng để xác định chất lượng nước uống Độ đục được xem như một đặc điểm để nhận diện các tác nhân gây bệnh có trong nước uống Trong nước tự nhiên, đo độ đục được thực hiện để đánh giá chất lượng nước nói chung và khả năng tương thích của nó trong các ứng dụng liên quan đến sinh vật thuỷ sinh Việc giám sát và xử lý nước thải hoặc đã từng chỉ cần dựa trên sự kiểm soát độ đục Hiện nay, việc đo độ đục ở cuối của quá trình xử lý nước thải là cần thiết để xác minh rằng các giá trị nằm trong tiêu chuẩn quy định b) Cấu tạo và sơ đồ nguyên lý
Cảm biến đo độ đục hoạt động dựa trên nguyên lý Nephelometric theo tiêu chuẩn châu Âu ISO 7027 & DIN EN 27027, bao gồm các thành phần như sensor, hệ điều chỉnh lưu lượng, hệ điều áp và van đối áp Nước đầu vào được bơm liên tục vào khoang chứa mẫu, nơi một nguồn sáng hồng ngoại chiếu vào Cường độ ánh sáng truyền qua mẫu nước được ghi nhận bởi cảm biến, từ đó máy tính toán và xuất ra giá trị độ đục với độ chính xác cao ±2% trong khoảng đo 0-1000 NTU và điện áp đầu ra khuếch đại là 0-10V Công nghệ này mang lại nhiều lợi ích trong việc đo lường chất lượng nước.
Khi kiểm soát chu trình lọc bằng cảm biến độ đục quá trình lọc sẽ đạt được các lợi ích sau:
Tăng lưu lượng nước xử lý;
Giảm thiểu lượng nước rửa lọc;
Tăng tuổi thọ vật liệu lọc;
Kiểm soát hoàn toàn được chất lượng nước và tối ưu hóa lưu lượng nước xử lý;
Chất lượng nước xử lý tốt do khả năng đáp ứng với tính chất nước đầu vào;
Công nghệ hiện đại, truyền thông bằng SCADA, vận hành, cảnh báo lỗi;
Giảm chi phí nhân công vận hành d) Cách thức lắp đặt và kích thước
Vị trí lắp đặt: cách vị trí lấy gần hơn 2-3m, nước mẫu sẽ được bơm về thiết bị
Là dạng thiết bị indoor, cần có hộc tủ chứa khi lắp ngoài trời
Hộc tủ chứa cần trống tối thiểu 20cm phía trên để thao tác
Lưu lượng nước lấy mẫu cần thiết 6 -60l/h, áp suất < 13.8 bar, nhiệt độ < 50°C.
Các thiết bị sử dụng trong hệ thống
Trong hệ thống xử lý nước thải, khí được cung cấp cho bể điều hòa và bể hiếu khí Bể điều hòa tập trung nước thải từ một nguồn duy nhất, giúp duy trì hoạt động liên tục và ổn định cho hệ thống, đồng thời tránh quá tải Nước thải trong bể này được sục khí liên tục để ngăn ngừa hiện tượng yếm khí Bể xử lý sinh học hiếu khí với bùn hoạt tính lơ lửng là yếu tố quyết định hiệu quả xử lý nước thải, khi mà vi khuẩn hiếu khí sẽ tiếp nhận oxy và chuyển hóa chất hữu cơ thành thức ăn Trong môi trường hiếu khí, vi sinh hiếu khí tiêu thụ chất hữu cơ, tăng sinh khối và giảm ô nhiễm Để đảm bảo quá trình Nitrate hóa diễn ra hiệu quả, cần tính toán chính xác lượng khí cấp vào bể, duy trì nồng độ oxy hòa tan luôn lớn hơn 2mg/l.
Thiết bị cung cấp khí cho hệ thống bao gồm máy thổi khí Longtech từ Đài Loan và đĩa/ống phân phối khí Longtech hoặc Jager từ Đức Để tính toán lượng khí cần cung cấp (m3/phút), cần dựa vào các số liệu như công suất xử lý (m3/ngày đêm) và thể tích bể cần sục khí (Dài x Rộng x Cao).
Hình 2.3: Hình dáng và sơ đồ nguyên lý máy thổi khí
Cấu tạo gồm: 1 – Ống giảm thanh đầu vào (ống hút)
3 – Thân máy thổi khí Heywel RSS-80
8 – Khung đế máy thổi khí
9 – Ống giảm thanh đầu ra (Ống đẩy)
10- Khớp nối mềm (Chống rung mặt bích)
Tính toán lựa chọn máy thổi khí Longtech –Đài Loan:
Lượng không khí cần cung cấp cho quá trình xử lý nước thải tính theo công thức:
Với: Qtt – lưu lượng nước thải tính toán (m3/h);
D – Lượng không khí cần thiết để xử lý 1 m 3 nước thải (m 3 khí/ m 3 nước thải); p = 98066,5(1 +
) Áp lực của máy thổi khí tính theo công thức :
Với H s – Độ ngập của thiết bị phân tán khí trong nước (m);
Công suất của máy thổi khí được tính theo công thức sau: N = (
) Với: Q k – Tổng lưu lượng khí cấp cho bể xử lý (m 3 /h): n – Hệ số sử dụng hữu ích của máy thổi khí (lấy khoảng 0,5 – 0,75)
Dựa trên các tính toán kỹ thuật, chúng tôi đã chọn Model máy thổi khí Longtech với các thông số phù hợp về lưu lượng khí, áp lực, công suất điện năng và kích thước chi tiết, được xác định thông qua catalog của nhà sản xuất.
Để tính toán số lượng đĩa hoặc ống phân phối khí cần thiết, chúng ta có thể sử dụng đĩa phân phối khí bọt mịn với lưu lượng từ 0.02 đến 0.2 m³/phút.
Số lượng đĩa cần dùng = Lưu lượng máy thổi khí/lưu lượng đĩa thổi khí = 30/0,1 = 300 cái
Khi lựa chọn thiết bị phân tán khí, cần xem xét quy mô công trình để đảm bảo cường độ khí phân tán lớn hơn giá trị tối thiểu, giúp tách cặn bẩn ra khỏi các lỗ, đồng thời nhỏ hơn giá trị tối đa để giữ vận tốc nổi ở mức an toàn, tối ưu thời gian tiếp xúc giữa khí và nước Đối với đĩa phân phối khí bọt mịn, kích thước bọt khí nên nằm trong khoảng 1 – 6mm, trong khi đó, hệ ống đục lỗ và đĩa khí thô có kích thước bọt khí từ 2 – 10mm.
2.2.2 Máy khuấy chìm a) Giới thiệu chung
Hình 2.4: Một số hình ảnh về máy khuấy chìm
Máy khuấy chìm GM17A1T (GM17A471T1-4V2KA0) 1.1 Kw của Faggiolati là thiết bị lý tưởng cho các hệ thống xử lý nước thải cơ bản, với động cơ có đầu trục và cánh quạt giúp khuấy trộn chất lỏng, hòa tan các hạt lắng và ngăn chặn sự phân tầng Thiết bị này được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy và hồ nuôi trồng thủy sản, đảm bảo hiệu suất cao trong quá trình xử lý nước.
Thông số kỹ thuật của máy khuấy chìm GM17A1T (GM17A471T1- 4V2KA0) 1.1
Công suất cánh khuấy : 0.42 kw
Đường kính cánh khuấy : 176 mm
Cấp độ bảo vệ: IP68
Chuẩn cách điện Lớp H (chịu nhiệt đến 180 o C )
Thân máy: Gang EN-GJL-250
Seal cơ khí trên: ceramic/graphite
Seal cơ khí dưới: silicon carbide c) Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
Cấu tạo máy khuấy chìm GM17A1T (GM17A471T1-4V2KA0) :
Hình 2.5: Sơ đồ cấu tạo máy khuấy chìm Faggiolati GM17A471T1-4V2AK0
Gồm 6 bộ phận cơ bản: 1 Trục chính của máy khuấy chìm vật liệu Inox AISI 420
2 Động cơ đồng bộ 4 cực, lớp bảo vệ H (180 độ C)
3 Phốt cơ khí làm kín phía trên máy khuấy chìm Faggiolati
4 Phốt làm kín phía dưới
5 Housing: Cast Iron EN-GJL-250
Máy khuấy chìm Faggiolati được thiết kế để xử lý nhiều loại chất lỏng, đặc biệt là nước thải có chứa rác và hạt rắn, nhờ vào khả năng chống ăn mòn và chống nước tuyệt đối, đảm bảo tuổi thọ lâu dài Nguyên lý hoạt động của máy là khuấy trộn nước thải, tạo ra môi trường đồng nhất, ngăn ngừa lắng đọng và hỗ trợ sự phát triển của vi sinh vật kỵ khí, thiếu khí hoặc hiếu khí Hệ thống vi sinh vật này giúp xử lý nước thải có hàm lượng nitơ và photpho cao, đưa nồng độ về mức an toàn trước khi xả thải ra môi trường.
2.2.3 Công tắc phao a) Giới thiệu chung
Thiết bị đóng cắt điện tự động này hoạt động dựa trên mức độ chất lỏng, có khả năng truyền tải hai loại tín hiệu là mức thấp và mức cao Mạch của thiết bị có thể được thiết kế để kích hoạt hoặc ngăn chặn các quá trình dựa trên tín hiệu từ công tắc phao Quy trình chính của thiết bị bao gồm việc gửi cảnh báo khi mức chất lỏng thấp hoặc cao, đồng thời điều khiển việc khởi động hoặc dừng động cơ máy bơm.
Công tắc phao được phân loại dựa trên nguyên lý hoạt động, bao gồm hai loại: loại mở khi nổi lên và tắt khi chìm xuống, và loại mở khi chìm xuống và tắt khi nổi lên Sơ đồ và nguyên lý làm việc của các loại công tắc này rất quan trọng để hiểu rõ chức năng và ứng dụng của chúng.
Hình 2.6: Sơ đồ nguyên lý công tắc pha
Nguyên lý hoạt động của hệ thống phao là khi nước đạt mức giới hạn, phao sẽ nâng lên, viên bi trong phao kết nối với công tắc, cho phép máy bơm hoạt động Khi bơm hoạt động, nước được hút lên bể chứa trên cao, làm cho phao hạ xuống và viên bi rời khỏi tiếp điểm, ngắt kết nối Máy bơm sẽ ngừng hoạt động cho đến khi bể chứa đạt đủ lượng nước cần thiết.
2.2.4 Máy bơm chìm nước thải a) Giới thiệu chung
Máy bơm chìm nước là thiết bị bơm đặc biệt, được thiết kế để hoạt động dưới nước nhằm đẩy nước ngầm lên bề mặt Có hai loại máy bơm chìm nước, trong đó máy bơm chìm nước dạng ly tâm sử dụng lực ly tâm từ cánh quạt để đẩy nước ra khỏi ống bơm, giúp đưa nước lên cao.
Máy bơm chìm nước dạng tích cực hoạt động dựa trên nguyên lý tạo môi trường chân không trong ống bơm, giúp đẩy nước ra khỏi thân bơm Nhờ đó, nước được vận chuyển từ dưới lòng đất lên bề mặt một cách hiệu quả.
Hình 2.7 : Sơ đồ cấu tạo máy bơm chìm nước dạng li tâm b) Lựa chọn máy bơm
Ta lựa chọn máy bơm CNP có các đặc điểm:
Máy bơm CNP có thiết kế nhỏ gọn, dễ dàng di chuyển
Đầu inox 304 chống ăn mòn, có thể bơm được chất lỏng có nhiệt độ từ -10 o C đến
Hút được với độ cao lên đến 100 m
Mức bảo vệ động cơ là IP55, ngăn chặn sự xâm nhập của bụi và nước Motor
T FC đóng kín và được làm mát bằng quạt
Có khả năng bơm được các dung dịch ăn mòn
Đông cơ máy chạy mượt mà, không gây tiếng ồn, an toàn khi sử dụng
Máy bơm ly tâm hút nước thải có khả năng chạy liên tục 24h, tự động ngắt máy khi nhiệt độ cao
Thống số máy bơm CNP :
2.2.5 Van điện từ solenoid a) Giới thiệu chung
Van điện từ, hay còn gọi là van solenoid, là một trong những loại van phổ biến nhất hiện nay Chúng được sử dụng để kiểm soát dòng chảy của chất khí hoặc chất lỏng dựa trên nguyên lý đóng mở nhờ vào lực tác động của cuộn dây điện từ.
Hình 2.8: Van điện từ solenoid b) Cấu tạo
Van Solenoid là thiết bị hoạt động điện cơ Được vận hành và điều chỉnh bởi dòng điện thông qua tác dụng lực của điện từ
Hình 2.9: Cấu tạo của van điện từ solenoid Van điện từ được cấu tạo từ các bộ phận:
1 Thân van: Làm bằng đồng hoặc inox, nhựa…
2 Môi chất: khí ( khí nén, gas, v,v) hay chất lỏng (nước, dầu)
3 Ống rỗng ( lưu chất chưa qua)
4 Vỏ ngoài cuộn hít (để bảo vệ cuộn điện)
5 Cuộn từ (Cuộn dây từ)
6 Dây điện được nối kết với nguồn điện bên ngoài
7 Trục van làm kín bình thường lò xo ở số 8 sẽ tác động ép kín, làm cho van ở trạng thái đóng)
9 Khe hở để lưu chất đi qua c) Nguyên lý làm việc
Về cơ bản thì nguyên lý hoạt động của van Solenoid hoạt động theo 1 nguyên lý chung như sau:
Có 1 cuộn dây, trong đó có 1 lõi sắt và 1 lò xo nén vào lõi sắt, trong khi đó, lõi sắt lại tỳ lên đầu 1 giăng bằng cao su Bình thường nếu không có điện thì lò xo ép vào lõi sắt, van sẽ ở trạng thái đóng Nếu chúng ta cấp điện, tức là cho dòng điện chạy qua, cuộn dây sinh từ trường sẽ tác động làm hút lõi sắt ra Từ trường này có lực đủ mạnh để thắng được lò xo, lúc này van mở ra.
Kết luận chương 2
Việc nắm vững thông tin về các thiết bị trong hệ thống là rất quan trọng để xây dựng nhà máy hiệu quả và tiết kiệm chi phí Trong chương 2, chúng tôi đã trình bày cấu tạo và chức năng của các thiết bị cảm biến và cơ cấu chấp hành trong hệ thống xử lý nước thải công nghiệp Những kiến thức này sẽ là cơ sở cho việc nghiên cứu và phát triển nội dung các chương tiếp theo.
LỰA CHỌN BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC VÀ THIẾT KẾ TRANG BỊ ĐIỆN
Giới thiệu PLC
Thiết bị điều khiển lập trình đầu tiên (programmable controller) được ra đời vào năm 1968 bởi Công ty General Motor - Mỹ, nhưng còn đơn giản và cồng kềnh, gây khó khăn cho người sử dụng Để cải tiến, hệ thống điều khiển lập trình cầm tay (programmable controller handle) xuất hiện vào năm 1969, đánh dấu bước phát triển quan trọng trong kỹ thuật điều khiển lập trình Trong giai đoạn này, PLC chủ yếu thay thế hệ thống Relay và dây nối trong điều khiển cổ điển Các nhà thiết kế đã phát triển tiêu chuẩn lập trình mới với dạng giản đồ hình thang (The diagroom format) Đến đầu thập niên 1970, PLC còn tích hợp khả năng vận hành với các thuật toán hỗ trợ và dữ liệu cập nhật, cùng với sự phát triển của màn hình CRT, giúp việc giao tiếp và lập trình trở nên thuận tiện hơn.
Từ năm 1975 đến nay, sự phát triển của phần cứng và phần mềm đã thúc đẩy hệ thống PLC với nhiều chức năng mở rộng, cho phép tăng số lượng cổng vào/ra lên đến 8.000 và dung lượng bộ nhớ chương trình vượt quá 128.000 từ Các nhà thiết kế đã phát triển kỹ thuật kết nối nhiều hệ thống PLC riêng lẻ thành một hệ thống chung, nâng cao khả năng hoạt động của từng hệ thống Hơn nữa, tốc độ xử lý và chu kỳ quét của hệ thống cũng được cải thiện, giúp PLC xử lý hiệu quả các chức năng phức tạp với số lượng cổng vào/ra lớn.
Trong tương lai hệ thống PLC không chỉ giao tiếp với các hệ thống khác thông qua CIM Computer Intergrated Manu acturing) để điều khiển các hệ thống: Robot,
Các nhà thiết kế đang phát triển các loại PLC với chức năng điều khiển thông minh, được gọi là siêu PLC (super PLC), nhằm đáp ứng nhu cầu tương lai trong lĩnh vực Cad/Cam.
PLC, viết tắt của Bộ điều khiển lập trình, là thiết bị cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua ngôn ngữ lập trình Người dùng có thể lập trình để thực hiện nhiều trình tự sự kiện, được kích hoạt bởi các tín hiệu đầu vào hoặc thông qua các hoạt động có độ trễ như thời gian định thì hoặc sự kiện đếm Khi sự kiện được kích hoạt, PLC sẽ bật hoặc tắt thiết bị điều khiển bên ngoài, được gọi là thiết bị vật lý Bộ điều khiển lập trình sẽ liên tục lặp lại trong chương trình, đảm bảo hoạt động ổn định và hiệu quả.
Bộ PLC được phát triển để khắc phục những nhược điểm của bộ điều khiển dùng dây nối (Relay), cho phép người sử dụng lập trình tín hiệu vào và ra tại các thời điểm cụ thể.
- Lập trình dể dàng , ngôn ngữ lập trình dể học ;
- Gọn nhẹ, dể dàng bảo quản , sửa chữa;
- Dung lượng bộ nhớ lớn để có thể chứa được những chương trình phức tạp;
- Hoàn toàn tin cậy trog môi trường công nghiệp;
- Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như : máy tính , nối mạng , các module mở rộng;
- Giá cả cá thể cạnh tranh được
Trong hệ thống PLC, phần cứng CPU và chương trình là yếu tố cốt lõi cho quá trình điều khiển Chức năng của bộ điều khiển được xác định bởi chương trình được nạp vào bộ nhớ của PLC Việc điều khiển sẽ được thực hiện dựa trên chương trình này, cho phép dễ dàng thay đổi hoặc mở rộng chức năng của quy trình công nghệ chỉ bằng cách điều chỉnh chương trình trong bộ nhớ Điều này giúp việc thay đổi hay mở rộng trở nên thuận tiện mà không cần can thiệp vật lý như đối với các bộ dây nối hay Relay.
Những ưu điểm kỹ thuật của bộ điều khiển PLC :
Chỉ tiêu so sánh Role Mạch số Máy tính PLC
Giá thành từng chức năng Khá thấp Thấp Cao Thấp
Kích thước vật lý Lớn Rất gọn Khá gọn Rất gọn
Tốc độ điều khiển Chậm Rất nhanh Khá nhanh Nhanh
Khả năng chống nhiễu Rất tốt Tốt Khá tốt Tốt
Chỉ tiêu so sánh Role Mạch số Máy tính PLC
Mất thời gian thiết kế và lắp đặt
Mất thời gian để thiết kế
Lập trình phức tạp và tốn thời gian
Lập trình và lắp đặt đơn giản
Khả năng điều khiển các tác vụ phức tạp
Không có Có Có Có
Thay đổi, nâng cấp và điều khiển Rất khó Khó Khá đơn giản Rất đơn giản
Công tác bảo trì Kém Kém Kém Tốt
Bảng so sánh cho thấy bộ điều khiển lập trình PLC sở hữu nhiều ưu điểm về cả phần cứng lẫn phần mềm, đáp ứng hầu hết các yêu cầu tiêu chí Hơn nữa, PLC có khả năng kết nối mạng và các thiết bị ngoại vi cao, tạo điều kiện thuận lợi cho việc điều khiển.
Tất cả các PLC đều có thành phần chính là :
Một bộ nhớ chương trình RAM bên trong ( có thể mở rộng thêm một số bộ nhớ ngoài PROM );
Một bộ vi xử lý có cổng giao tiếp dùng cho việc ghép nối với PLC ;
Hình 3.1: Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển
Một bộ PLC hoàn chỉnh thường đi kèm với đơn vị lập trình, có thể là bằng tay hoặc máy tính Các đơn vị lập trình đơn giản thường được trang bị đủ RAM để lưu trữ chương trình hoàn chỉnh hoặc bổ sung Nếu là đơn vị xách tay, RAM thường là loại CMOS có pin dự phòng, và chương trình chỉ được truyền sang bộ nhớ PLC khi đã được kiểm tra và sẵn sàng sử dụng Đối với các PLC lớn, việc lập trình thường được thực hiện trên máy tính để hỗ trợ viết, đọc và kiểm tra chương trình Các đơn vị lập trình kết nối với PLC qua các cổng như RS232, RS422, RS458, và nhiều hơn nữa.
Khối điều khiển trung tâm (CPU) gồm ba phần: bộ xử lý, hệ thống bộ nhớ và hệ thống nguồn cung cấp
Hình 3.2: Sơ đồ khối tổng quát của CPU a) Đơn vị xử lí trung tâm
CPU là bộ phận điều khiển các hoạt động bên trong PLC, thực hiện việc đọc và kiểm tra chương trình lưu trữ trong bộ nhớ Sau đó, CPU sẽ thực hiện từng lệnh theo thứ tự, đóng hoặc ngắt các đầu ra Các trạng thái đầu ra này được truyền tới các thiết bị liên kết để thực hiện Tất cả các hoạt động này phụ thuộc vào chương trình điều khiển được lưu trong bộ nhớ Hệ thống Bus cũng đóng vai trò quan trọng trong việc kết nối và truyền dữ liệu giữa các thành phần của PLC.
Hệ thống Bus là tuyến dùng để truyền tín hiệu, hệ thống gồm nhiều đường tín hiệu song song :
- Address Bus : Bus địa chỉ dùng để truyền địa chỉ đến các Module khác nhau
- Data Bus : Bus dùng để truyền dữ liệu
- Control Bus : Bus điều khiển dùng để truyền các tín hiệu định thì và điểu khiển đồng bộ các hoạt động trong PLC
Trong PLC, thông tin được trao đổi giữa bộ vi xử lý và các module vào ra thông qua Data Bus Address Bus và Data Bus đều có 8 đường, cho phép truyền dữ liệu đồng thời tại cùng một thời điểm.
8 bit của 1 byte một cách đồng thời hay song song
Khi một module đầu vào nhận địa chỉ trên Bus Địa Chỉ, nó sẽ truyền tất cả trạng thái đầu vào của mình lên Bus Dữ Liệu Nếu một địa chỉ byte của 8 đầu ra xuất hiện trên Bus Địa Chỉ, module đầu ra tương ứng sẽ nhận dữ liệu từ Bus Dữ Liệu Bus Điều Khiển sẽ truyền các tín hiệu điều khiển để theo dõi chu trình hoạt động của PLC Các địa chỉ và số liệu được chuyển lên các Bus tương ứng trong một khoảng thời gian hạn chế.
Hệ thống Bus chịu trách nhiệm trao đổi thông tin giữa CPU, bộ nhớ và các thiết bị I/O CPU nhận một xung Clock có tần số từ 1 đến 8 MHz, quyết định tốc độ hoạt động của PLC và cung cấp các yếu tố về định thời cũng như đồng hồ của hệ thống.
PLC thường yêu cầu bộ nhớ trong các trường hợp :
Làm bộ định thời cho các kênh trạng thái I/O
Bộ đệm trạng thái trong PLC cho phép thực hiện các chức năng như định thời, đếm và ghi các Relay Mỗi lệnh chương trình được lưu trữ tại một vị trí riêng trong bộ nhớ, với mỗi vị trí được đánh số và gọi là địa chỉ bộ nhớ Bộ vi xử lý sử dụng bộ đếm địa chỉ để trỏ đến từng địa chỉ ô nhớ, tăng giá trị bộ đếm lên một trước khi xử lý lệnh tiếp theo Quá trình này cho phép nội dung ô nhớ tương ứng xuất hiện ở đầu tiên, được gọi là quá trình đọc.
Bộ nhớ bên trong PLC được cấu thành từ các vi mạch bán dẫn, với khả năng lưu trữ từ 2.000 đến 16.000 dòng lệnh, tùy thuộc vào loại vi mạch Trong hệ thống PLC, các loại bộ nhớ như RAM và PROM đều được áp dụng để tối ưu hóa hiệu suất hoạt động.
RAM (Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên) có khả năng nạp, thay đổi và xóa nội dung bất kỳ lúc nào, nhưng sẽ mất dữ liệu nếu nguồn điện bị ngắt Để khắc phục tình trạng này, các PLC được trang bị pin khô, cung cấp năng lượng dự trữ cho RAM từ vài tháng đến vài năm Thực tế, RAM thường được sử dụng để khởi tạo và kiểm tra chương trình Hiện nay, CMOS RAM ngày càng được ưa chuộng nhờ vào khả năng tiêu thụ điện năng thấp và tuổi thọ cao.
Lựa chọn thiết bị cho hệ thống
MELSEC FX cung cấp nhiều phiên bản khác nhau, tùy thuộc vào nguồn cung cấp và công nghệ đầu ra Người dùng có thể lựa chọn giữa các bộ nguồn 100 – 220 V AC, 24 V DC để phù hợp với nhu cầu sử dụng.
12 – 24 V DC, ngõ ra là relay hoặc transistor
Với yêu cầu của hệ thống cần sử dụng :
- 18 đầu vào digital, 2 đầu vào analog;
Vậy ta cần sử dụng bộ điều khiển phải đáp ứng đủ đầu vào và đầu ra
Vậy nhóm quyết định chọn bộ điều khiển FX3U-64MR/ES-A và dùng thêm modul mở rộng FX3U-4AD để có đầu vào là analog.
Giới thiệu về bộ điều khiển dùng trong hệ thống
3.4.1 FX3U-64MR/ES-A a) Bố trí của FX3U
Hình 3.5: Sơ đồ FX3U-64MR/ES-A
Hình 3.6: Kích thước của modul fx3u-64mr/es-a b) Đặc tính kĩ thuật FX3U-64MT/ES-A:
Bộ nhớ EEPROM dung lượng lớn, lên tới 64000 dòng lệnh(steps);
Tốc độ xử lý cao;
Có khả năng mở rộng module vào/ra, các module chức năng đặc biệt, module ADP;
Tích hợp đồng hồ thời gian thực;
Tích hợp giao diện truyền thông nối tiếp giữa PCs và HMI;
Sử dụng ngôn ngữ lập trình chuẩn (Ladder);
Có khe cắm thẻ nhớ dạng cassetes;
Tích hợp điều khiển vị trí;
Bộ CPU với 64 I/O: 32 đầu vào và 32 đầu ra transistor (Sink);
Bộ nhớ chương trình: 64.000 Steps;
Tích hợp đồng hồ thời gian thực
Tích hợp cổng thông RS232C, RS 485;
Cáp kết nối: FX-USB-AW, USB-SC09, USB-SC09;
Truyền thông USB, RS232S, RS485
Hình 3.7:Sơ đồ chân của FX3U-64MR/ES-A Giải thích sơ đồ chân:
S/S: chân này nối về 0V nếu ta dùng kiểu nối source và nối lên 24V nếu ta dùng kiểu nối sink;
L.N đầu vào ta cấp nguồn xoay chiều 220V/AC;
0V/24V: khi ta cấp nguồn 220V/AC thì trong PLC sẽ tạo ra nguồn 24V để sử dụng; X0-X37 đầu vào digital;
COM chân được sử dụng để chọn số chân hoạt động; ví dụ, nếu chỉ cần sử dụng đầu ra từ Y0 đến Y3, ta sẽ kết nối COM1 xuống 0V khi sử dụng kiểu sink, hoặc nối lên 24V khi áp dụng kiểu source.
Modul FX3U-64MR/ES-A hoạt động với nguồn nuôi 220VAC Tín hiệu vào có thể được cấu hình theo hai chế độ: Source (PNP) yêu cầu cấp nguồn 24VDC vào chân 24V và 0V, với chân S/S nối với 0V; khi các ngõ vào X được kết nối với +24V thì tín hiệu sẽ ở trạng thái on Chế độ Sink (NPN) yêu cầu nối chân S/S với chân 24V, và khi các ngõ vào được kết nối, tín hiệu sẽ hoạt động tương ứng.
X nối vơi 0V thì on Đầu ra là relay, tùy thuộc vào cơ cấu chấp hành mà bạn cấp nguồn 24VDC hoặc 220VAC cho cơ cấu chấp hành
Vì đầu vào ta sử dụng chân tín hiệu analog nên ta sử dụng thêm modul kêt nối thêm, ta sử dụng modul FX3U-4AD-ADP
3.4.2 FX3U-4AD-ADP: a) Sơ đồ kích thước:
Hình 3.9: Sơ đồ kích thước của FX3U-4AD-ADP
Hình 3.10: Sơ đồ kích thước của FX3U-4AD-AD
[1] trực tiếp gắn lỗ: 2 lỗ φ4.5 (0.18 ") (lắp vít: M4 vít);
[3] ĐIỆN L D (màu xanh): sáng trong khi 5V DC điện được cung cấp từ PLC;
[4] Terminal block để cung cấp điện (24V DC) (M3 thiết bị đầu cuối vít);
[5] khối Terminal cho đầu vào analog;
Thắp sáng trong khi 24V DC điện được cung cấp đúng với thiết bị đầu cuối [24+] và[24];
[7] L D A / D (màu đỏ): Đèn lash (tốc độ cao) trong A / D chuyển đổi;
[9] DIN rail rãnh lắp ráp (35 mm (1,38 ") rộng) b) Sơ đồ chân:
Hình 3.11: Sơ đồ chân của FX3U-4AD-ADP c) Sơ đồ kết nối modul ANALOG
1 - Đối FX3U series PLC (AC loại điện), các nguồn cung cấp điện phục vụ 24V DC cũng có sẵn
Hình 3.12: Sơ đồ kết nối Analog
Thiết bị đầu cuối FG và các thiết bị đầu cuối mass được kết nối trong nội bộ Không có thiết bị đầu cuối FG cho CH1, do đó khi sử dụng CH1, người dùng cần kết nối trực tiếp đến các thiết bị đầu cuối mass.
3- Sử dụng một dây lá chắn xoắn 2 lõi cho dòng đầu vào tương tự, và tách nó ra từ đường dây điện khác hoặc các dòng cảm ứng;
4- Đối với các đầu vào dòng điện , ngắn mạch [V] thiết bị đầu cuối và các [I +] thiết bị đầu cuối;
5- Nếu có điện áp gợn trong điện áp đầu vào hoặc có tiếng ồn ở bên ngoài hệ thống dây điện, kết nối một tụ điện khoảng 0,1 đến 0.47μF 25 V
Kích thước bên ngoài, phần tên, và Terminal Layout:
Hình 3.13: Kích thước bên ngoài, phần tên, và Terminal Layout
[1] DIN rail gắn rãnh (DIN rail: DIN46277);
[3] khóa trượt bộ chuyển đổi đặc biệt Được sử dụng để kết nối với bộ điều hợp đặc biệt thêm vào phía bên trái của đặc biệt này adapter
[4] bộ chuyển đổi đặc biệt kết nối bao gồm:
Tháo nắp này để kết nối với bộ điều hợp đặc biệt bổ sung về phía bên trái;
[5] gắn lỗ trực tiếp: 2 lỗ φ4.5 (0.18 ") (lắp vít: M4 vít);
Không được sử dụng khi kết nối với FX3GC / FX3UC Dòng PLC
Thắp sáng trong khi 24 V DC được cung cấp đúng với thiết bị đầu cuối '24+'và '24'
[7] Terminal block (loại châu Âu):
Kết nối điện áp analog / tín hiệu hiện tại, và 24 V cung cấp điện DC;
Bộ chuyển đổi đặc biệt được sử dụng để kết nối với đơn vị chính PLC hoặc các bộ chuyển đổi khác, giúp tối ưu hóa khả năng truyền tải và xử lý dữ liệu trong hệ thống.
[10] bộ chuyển đổi đặc biệt ấn móc;
[11] kết nối bộ chuyển đổi đặc biệt Được sử dụng để kết nối truyền thông hoặc tương tự hợp đặc biệt về phía bên trái của
Bảng phân kênh các thiết bị vào ra
STT Địa chỉ Ký hiệu Chú thích
1 X0 START Nút nhấn khởi động (thường mở)
2 X1 STOP Nút dừng hệ thống
3 X2 V1.P1 Cảm biến đo mực nước cao vùng 1
4 X3 V2.P2 Cảm biến đo mực nước thấp vùng 2
5 X4 V2.P3 Cảm biến đo mực nước cao vùng 2
6 X5 V3.P4 Cảm biến đo mực nước thấp vùng 3
7 X6 V3.P5 Cảm biến đo mực nước cao vùng 3
8 X7 V4.SB1 Cảm biến đo mức bùn thấp vùng 4
9 X10 V4.SB2 Cảm biến đo mức bùn cao vùng 4
10 X11 V5.P6L Cảm biến đo mực nước thấp vùng 5
11 X12 V5.P6M Cảm biến đo mực nước trung bình vùng 5
12 X13 V5.P6H Cảm biến đo mực nước cao vùng 5
13 X14 V6.P7 Cảm biến đo mực nước thấp vùng 6
14 X15 V6.P8 Cảm biến đo mực nước cao vùng 6
15 X16 P.AX Cảm biến đo mức axit
16 X17 P.BZ Cảm biến đo mức bazo
17 X20 P.PAC Cảm biến đo mức PAC
18 X21 P.CLO Cảm biến đo mức Clo
19 V3.DPH Cảm biến đo độ Ph trong bể trung hòa (Analog)
20 V4.DDUC Cảm biến đo độ đục trong bể lắng (Analog)
STT Địa chỉ Ký hiệu Chú thích
1 Y0 K_TONG Cuộn dây contactor tổng cấp điện hệ thống
2 Y1 V1.V1 Cuộn dây contactor van tự động vùng 1
3 Y2 V2.B1 Cuộn dây contactor máy bơm 1 nằm ở vùng số 2
4 Y3 V2.B2 Cuộn dây contactor máy bơm 2 nằm ở vùng số 2
5 Y4 V2.MSK1 Cuộn dây contactor máy sục khí 1 nằm ở vùng số 2
6 Y5 V3.V2 Cuộn dây contactor van 2 nằm ở vùng số 3
7 Y6 V3.MK1 Cuộn dây contactor máy khuấy 1 nằm ở vùng số 3
8 Y7 V3.MK2 Cuộn dây contactor máy khuấy 2 nằm ở vùng số 3
9 Y10 V3.MK3 Cuộn dây contactor máy khuấy 3 nằm ở vùng số 3
10 Y11 V3.AX1 Cuộn dây contactor máy bơm axit1 nằm ở vùng số 3
11 Y12 V3.AX2 Cuộn dây contactor máy bơm axit2 nằm ở vùng số 3
12 Y13 V3.BZ1 Cuộn dây contactor máy bơm bazo1 nằm ở vùng số 3
13 Y14 V3.BZ2 Cuộn dây contactor máy bơm bazo2 nằm ở vùng số 3
14 Y15 V4.MK4 Cuộn dây contactor máy khuấy 4 nằm ở vùng số 4
15 Y16 V4.MK5 Cuộn dây contactor máy khuấy 5 nằm ở vùng số 4
16 Y17 V4.BB Cuộn dây contactor máy bơm bùn nằm ở vùng số 4
17 Y20 V4.PAC1 Cuộn dây contactor máy bơm PAC1 nằm ở vùng số 4
18 Y21 V4.PAC2 Cuộn dây contactor máy bơm PAC2 nằm ở vùng số 4
19 Y22 V5.V3 Cuộn dây contactor van 3 nằm ở vùng số 5
20 Y23 V5.BNS Cuộn dây contactor máy bơm nằm ở vùng số 5
21 Y24 V5.MSK2 Cuộn dây contactor máy sục khí 2 nằm ở vùng số 5
22 Y25 V5.MK6 Cuộn dây contactor máy khuấy 6 nằm ở vùng số 5
23 Y26 V6.V4 Cuộn dây contactor van 4 nằm ở vùng số 6
24 Y27 V6.CLO Cuộn dây contactor máy bơm clo nằm ở vùng số 6
25 Y30 V6.MK7 Cuộn dây contactor máy khuấy 7 nằm ở vùng số 6
26 Y31 L.AX Cuộn dây contactor đèn báo mức axit trong bể chứa axit
27 Y32 L.BZ Cuộn dây contactor đèn báo mức axit trong bể chứa bazo
28 Y33 L.CLO Cuộn dây contactor đèn báo mức axit trong bể chứa clo
29 Y34 L.PAC Cuộn dây contactor đèn báo mức axit trong bể chứa PAC
Lựa chọn và tính toán thiết bị cho mạch động lực
3.6.1 Relay a) Tổng quan: Rơ le (relay) là một công tắc chuyển đổi hoạt động bằng điện Nói là một công tắc vì rơ le có 2 trạng thái ON và OFF Rơ le ở trạng thái ON hay OFF phụ thuộc vào có dòng điện chạy qua rơ le hay không Hình bên là kí hiệu của rơ le trong kỹ thuật Còn về ý nghĩa kí hiệu thì phần tiếp theo sẽ giải thích
Hình 3.14: Relay b) Nguyên tắc hoạt động:
Khi dòng điện chạy qua rơ le, nó kích hoạt cuộn dây bên trong, tạo ra một từ trường hút Từ trường này tác động lên đòn bẩy nội bộ, dẫn đến việc mở hoặc đóng các tiếp điểm điện, từ đó thay đổi trạng thái của rơ le Số lượng tiếp điểm điện thay đổi có thể là một hoặc nhiều, tùy thuộc vào thiết kế của rơ le.
Rơ le hoạt động với hai mạch độc lập: một mạch điều khiển cuộn dây, cho phép dòng điện chạy qua để bật (ON) hoặc tắt (OFF) rơ le, và một mạch kiểm soát dòng điện cần quản lý, xác định xem dòng điện có đi qua rơ le hay không dựa trên trạng thái của nó.
Dòng điện điều khiển rơ le thường vào khoảng 30mA với điện áp 12V, có thể lên tới 100mA Hầu hết các con chip không đủ khả năng cung cấp dòng này, vì vậy cần sử dụng một BJT để khuếch đại dòng nhỏ từ ngõ ra IC thành dòng lớn hơn, đáp ứng yêu cầu cho rơ le hoạt động.
Chú ý: Tuy vậy, IC 555 có dòng điện ngõ ra có thể lên tới 200mA, vì thế với IC 555 thì không cần một BJT để khuếch đại dòng
Rơ le hoạt động thông qua cuộn dây và các tiếp điểm điện; khi dòng điện chạy qua cuộn dây, nó sẽ hút một đòn bẩy để mở các tiếp điểm điện, ngăn dòng điện cần kiểm soát đi qua rơ le Điều này cho thấy dòng điện trong cuộn dây không liên quan đến dòng điện cần kiểm soát Rơ le được đánh dấu bằng ba ký hiệu: NO (Normally Open), NC (Normally Closed) và COM (Common).
COM (chân chung) luôn được kết nối với một trong hai chân còn lại, và việc nó kết nối với chân nào phụ thuộc vào trạng thái hoạt động của rơ le.
NC (Normally Closed): Nghĩa là bình thường nó đóng Nghĩa là khi rơ le ở trạng thái OFF, chân COM sẽ nối với chân này;
NO (Normally Open): Khi rơ le ở trạng thái ON (có dòng chạy qua cuộn dây) thì chân COM sẽ được nối với chân này
Để điều khiển dòng điện khi rơ le ở trạng thái OFF, bạn cần kết nối COM và NC Khi rơ le chuyển sang ON, dòng điện sẽ bị ngắt; ngược lại, nếu bạn muốn dòng điện hoạt động khi rơ le ON, hãy nối COM và NO Việc chọn rơ le phù hợp là rất quan trọng để đảm bảo hoạt động hiệu quả.
Bạn cần phải quan tâm đến kích thước và kiểu chân để chọn một rơ le phù hợp với mạch điện của mình
Bạn cần phải quan tâm đến điện áp điều khiển cuộn dây của rơ le Có thể là 5V, 12V hoặc 24V Mạch bạn thiết kế cung cấp điện áp nào?
Bạn phải quan tâm đến điện trở của cuộn dây Vì điều này sẽ ảnh hưởng đến dòng cần cung cấp cho cuộn dây hoạt động I = U / R
Khi chọn rơ le với điện áp hoạt động 12V và cuộn dây có điện trở 400 Ohm, dòng điện cần thiết là 30mA Mặc dù IC 555 có khả năng cung cấp dòng này, nhưng nhiều IC khác không đáp ứng được, do đó cần sử dụng một BJT để khuếch đại dòng điện.
Ngoài ra, bạn cần tìm rơ le có số tiếp điểm đóng mở phù hợp.Trong hệ thống này sử dụng lại relay 24V DC , dòng hoạt động là 1A
3.6.2 C ng tắc tơ a) Định nghĩa:
Công tắc tơ là khí cụ điện dùng để đóng ngắt thường xuyên các mạch điện động lực, từ xa bằng tay hay tự động
Công tắc tơ có tiếp điểm có thể được đóng ngắt bằng các phương pháp điện từ, thủy lực hoặc khí nén, trong đó công tắc tơ điện từ là phương pháp phổ biến nhất.
Khi dòng điện được đưa vào cuộn dây của nam châm điện, sẽ tạo ra từ thông F và sinh ra lực hót điện từ F đt Lực hót điện từ lớn hơn lực phản lực, khiến nắp của nam châm điện bị hót về phía mạch từ tĩnh và các tiếp điểm thường mở của công tắc tơ được đóng lại.
Theo nguyên lý truyền động người ta chia công tắc tơ thành các loại sau:
Công tắc tơ đóng ngắt tiếp điểm bằng điện từ;
Công tắc tơ đóng ngắt tiếp điểm bằng thủy lực;
Công tắc tơ đóng ngắt tiếp điểm bằng khí nén;
Công tắc tơ không tiếp điểm
Theo dạng dòng điện trong mạch:
Công tắc tơ điện một chiều dùng để đóng ngắt mạch điện một chiều Nam châm điện của nó là nam châm điện một chiều;
Công tắc tơ điện xoay chiều dùng để đóng ngắt mạch điện xoay chiều Nam châm điện của nó là nam châm điện xoay chiều
Ngoài ra, có loại công tắc tơ dùng để điều khiển mạch điện xoay chiều, nhưng sử dụng nam châm điện một chiều Các yêu cầu cơ bản của tắc c ng tơ bao gồm điện áp định mức Uđm, là điện áp của mạch mà tiếp điểm chính cần đóng/cắt, với các cấp điện áp như 110V, 220V, 440V cho dòng một chiều và 127V, 220V, 380V, 500V cho dòng xoay chiều.
Cuộn hút có thể làm việc bình thường ở điện áp trong giới hạn từ 85 đến
Dòng điện định mức Iđm là dòng điện đi qua tiếp điểm chính trong chế độ làm việc gián đoạn - lâu dài, với thời gian công tắc tơ ở trạng thái đóng không vượt quá 8 giờ.
Công tắc tơ hạ áp có các cấp dòng thông dụng: 10, 20, 25, 40, 60, 75, 100, 150, 250,
300, 600A) Nếu đặt công tắc tơ trong tủ điện thì dòng điện định mức phải lấy thấp hơn
10 vì làm mát kém, khi làm việc dài hạn thì chọn dòng điện định mức nhỏ hơn nữa d) Tính chọn công tắc tơ dùng trong hệ thống
Hình 3.15: Hình ảnh công tác tơ U đm = 380V, I đm = 100 A Động cơ sử dụng trong hệ thống có các thông số sau:
P đm = 30kW, U đm = 380V, hệ số công suất là 0.85
Ta nhân hệ số dự trữ dòng điện K I = 1.4
Chọn loại công tắc tơ có Uđm = 380V, I đm = 100 A
3.6.3 Lựa chọn Aptomat a) Định nghĩa
Aptomat là thiết bị điện có chức năng tự động ngắt mạch điện để bảo vệ khỏi quá tải, ngắn mạch và sụt áp Ngoài ra, trong kỹ thuật, aptomat còn được sử dụng để đóng cắt các mạch điện trong điều kiện hoạt động bình thường một cách không thường xuyên.
Hình 3.16: Aptomat b) Chức năng của aptomat
Aptomat (MCB hay MCCB) thường được thiết kế với hai hoặc ba cấp tiếp điểm, bao gồm tiếp điểm chính, phụ và hồ quang Khi đóng mạch, tiếp điểm hồ quang sẽ đóng trước, tiếp theo là tiếp điểm phụ và cuối cùng là tiếp điểm chính Ngược lại, khi cắt mạch, tiếp điểm chính mở trước, sau đó là tiếp điểm phụ và cuối cùng là tiếp điểm hồ quang Cấu trúc này giúp hồ quang chỉ cháy trên tiếp điểm hồ quang, bảo vệ tiếp điểm chính và ngăn ngừa hư hại Việc sử dụng tiếp điểm phụ cũng nhằm mục đích tránh tình trạng hồ quang lan rộng, làm ảnh hưởng đến tiếp điểm chính.
Chế độ làm việc định mức của aptomat yêu cầu phải là chế độ dài hạn, cho phép dòng điện định mức chạy qua aptomat trong thời gian không giới hạn.
Bản vẽ sơ đồ hệ thống
(Đã vẽ trong bản vẽ)
Kết luận
Chương 3 khái quát cho ta hiểu biết thêm về plc đồng thời dựa vào nhu cầu thực tế đưa ra cách tính toán số liệu hợp lí nhằm mục đích lựa chọn bộ điều khiển CPU, modul mở rộng đầu vào analog cũng như các thiết bị relay, aptomat, contactor nhằm đáp yêu cầu trong việc vận hành và bảo vệ hệ thống khi hoạt động.
