Thiết kế môn học tự Động hoá quá trình sản xuất fms & cim

Đề bài: Thiết kế và điều khiển cho hệ thống xử lý nước thải tự độngQuy trình xử lý nước thải tự động - Nước thải được bơm lên từ bể nước thải bằng bơm 1 và bơm 2 + Bơm 1 và bơm 2 sẽ luân

k/jlkjhgflkjhsaSANMBNMN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

KHOA CƠ KHÍ

BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ

THIẾT KẾ MÔN HỌC

TỰ ĐỘNG HOÁ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT FMS & CIM

Giảng viên hướng dẫn : TS.Nguyễn Thanh Lịch

Nhóm sinh viên thực hiện : Hoàng Văn Thanh- 201301609 Hoàng Xuân Thắng- 201301611

Lê Hồng Quân- 201301603

Lê Mình Quang- 201311599 Đặng Thăng Long- 201301578

Đề bài: Thiết kế và điều khiển cho hệ thống xử lý nước thải tự động

Quy trình xử lý nước thải tự động

- Nước thải được bơm lên từ bể nước thải bằng bơm 1 và bơm 2

+ Bơm 1 và bơm 2 sẽ luân phiên bơm sau một khoảng thời gian nhất định (2h) Nước thải được bơm thông qua một trong hai bơm sẽ được bơm qua màng lọc thô và đi vào bể chứa thô (bể 1)

+ Khi cảm biến mức cao bể chứa thô (bể 1) đầy thì ngừng 2 bơm

+ Khi cảm biến mức thấp bể chứa thô (bể 1) ngừng tác động thì cho bơm 1

và bơm 2 luân phiên hoạt động

- Nước thải được bơm 3 đưa qua màng lọc RO

+ Nước thải sau khi qua màng RO sẽ đi vào bể chứa sau RO (bể 2)

+ Cảm biến độ mặn sẽ đo độ mặn của bể 2:

- Nếu độ mặn thực tế bé hơn độ mặn thiết lập thì mở van 2 cho nước thải vào bể an toàn (bể 3) Khi cảm biến mức cao bể 3 tác động thì khóa van 2

- Nếu độ mặn thực tế lớn hơn hoặc bằng độ mặn thiết lập thì mở van 1cho nước thải vào bể chưa đạt tiêu chuẩn (bể 4) Khi cảm biến mức cao bể 4 tác động thì khóa van 1 và bật bơm 4 để bơm lượng nước thải trở lại màng lọc RO Khi cảm biến mức thấp dừng tác động thì ngừng bơm 4

- Chất thải khi qua màng RO sẽ tự động đi vào bể cặn (bể 5)

Yêu cầu:

o Thuyết minh yêu cầu công nghệ và yêu cầu điều khiển

o Tính chọn thiết bị tự động hóa

o Thiết kế sơ đồ điện - điều khiển

o Xây dựng lưu đồ thuật toán điều khiển

o Xây dựng chương trình điều khiển đáp ứng yêu cầu công nghệ nêu trên sử dụng PLC Mitsubitshi FX5U

o Xây dựng giao diện giám sát điều khiển thể hiện được quy trình hoạt động của hệ thống sử dụng GT Designer 3 và mô phỏng dựa trên GT Simulator 3

Chương 1 Yêu cầu công nghệ và yêu cầu điều khiển

của hệ thống

1.1.Yêu cầu công nghệ của hệ thống xử lý nước thải tự động

 Nước thải được bơm lên từ bể nước thải bằng bơm 1 và bơm 2

+ Bơm 1 và bơm 2 sẽ luân phiên bơm sau một khoảng thời gian nhất định (2h) Nước thải được bơm thông qua một trong hai bơm sẽ được bơm qua màng lọc thô và đi vào bể chứa thô (bể 1)

+ Khi cảm biến mức cao bể chứa thô (bể 1) đầy thì ngừng 2 bơm

+ Khi cảm biến mức thấp bể chứa thô (bể 1) ngừng tác động thì cho bơm 1

và bơm 2 luân phiên hoạt động

 Nước thải được bơm 3 đưa qua màng lọc RO

+ Nước thải sau khi qua màng RO sẽ đi vào bể chứa sau RO (bể 2)

+ Cảm biến độ mặn sẽ đo độ mặn của bể 2:

- Nếu độ mặn thực tế bé hơn độ mặn thiết lập thì mở van 2 cho nước thải vào bể an toàn (bể 3) Khi cảm biến mức cao bể 3 tác động thì khóa van 2

- Nếu độ mặn thực tế lớn hơn hoặc bằng độ mặn thiết lập thì mở van 1cho nước thải vào bể chưa đạt tiêu chuẩn (bể 4) Khi cảm biến mức cao bể 4 tác động thì khóa van 1 và bật bơm 4 để bơm lượng nước thải trở lại màng lọc RO Khi cảm biến mức thấp dừng tác động thì ngừng bơm 4

- Chất thải khi qua màng RO sẽ tự động đi vào bể cặn (bể 5)

1.2.Yêu cầu điều khiển của hệ thống xử lý nước thải tự động

1.2.1 Điều khiển quá trình:

Hệ thống cần có khả năng điều khiển các thiết bị và quy trình trong quá trình xử lý nước thải Điều này bao gồm việc điều khiển các bơm, van, màng lọc, máy nghiền,các thiết bị khử trùng và các thiết bị khác để đảm bảo quá trình xử lý diễn ra đúng theo kế hoạch và đạt được hiệu suất mong muốn

1.2.2 Điều chỉnh thông số quá trình:

Hệ thống cần có khả năng điều chỉnh các thông số quan trọng trong quá trình xử lý nước thải, như nồng độ oxy hòa tan, pH, lưu lượng nước thải và thời gian xử lý Điều này thường được thực hiện thông qua việc điều chỉnh các van điều khiển, bơm và các thiết bị điều khiển khác để duy trì các thông số quá trình ở mức tối ưu

1.2.3 Điều khiển mức và lưu lượng:

Trong hệ thống xử lý nước thải, việc kiểm soát mức nước thải và lưu lượng vào/ra

là quan trọng Điều khiển mức có thể được thực hiện thông qua sử dụng van điều khiển hoặc thiết bị đo mức tự động để điều chỉnh quá trình xử lý Điều khiển lưu lượng thường dựa trên thông số đo lưu lượng và sử dụng các bộ điều khiển để điều chỉnh van hoặc tốc độ bơm

1.2.4 Điều khiển thời gian và chu kỳ:

Trong một số quá trình xử lý nước thải, yêu cầu điều khiển thời gian và chu kỳ là quan trọng Điều này có thể bao gồm việc điều khiển thời gian xử lý, thời gian hoạtđộng của các thiết bị và chu kỳ làm việc của các đơn vị xử lý

1.2.5 Điều khiển và giám sát từ xa:

Đối với hệ thống xử lý nước thải lớn và phân tán, yêu cầu điều khiển và giám sát

từ xa là quan trọng Điều này đòi hỏi sử dụng mạng và giao thức truyền thông phù hợp để kết nối và điều khiển các thiết bị và hệ thống từ xa

Chương 2 Chọn thiết bị cho hệ thống xử lý nước thải

tự động 2.1 Aptomat MCCB LS Electric GCS 3 pha

Hình 2.1.Aptomat MCCB LS Electric GCS 3 pha

 Thông số kỹ thuật :

Điện áp định mức (Rated Voltage): 690V AC

Dòng định mức (Rated Current): Có sẵn trong các dải dòng từ 16A đến 2500A.Dòng ngắn mạch định mức (Rated Short-Circuit Breaking Capacity): Có sẵn trong các giá trị dòng ngắn mạch từ 25kA đến 150kA

Số cực (Number of Poles): MCCB LS Electric GCS có 3 cực, tương ứng với ba pha của hệ thống điện ba pha

Điện áp làm việc (Operating Voltage): 690V AC

Loại cách ly (Isolation Type): Cách ly đôi cực

Loại cắt (Tripping Type): MCCB LS Electric GCS có khả năng cắt cả quá tải và ngắn mạch.

Tiêu chuẩn tuân thủ (Compliance Standards): MCCB LS Electric GCS tuân thủ cáctiêu chuẩn an toàn và quy định, ví dụ như tiêu chuẩn IEC 60947-2

MCCB LS Electric GCS là một loại MCCB chất lượng cao, được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống điện công nghiệp và dân dụng để bảo vệ và điều khiển các mạchđiện Nó cung cấp khả năng ngắt dòng ngắn mạch đáng tin cậy và bảo vệ chống quá tải, đồng thời tuân thủ các tiêu chuẩn an toàn và quy định

 Ưu điểm:

o Đa dạng sản phẩm: MCCB LS Electric GCS 3 pha có nhiều dòng

sản phẩm đáp ứng mọi yêu cầu từ dân dụng đến công nghiệp

o Giá thành thấp: LS Electric GCS thường được sử dụng phổ biến do

o Khả năng chịu nhiệt: LS Electric GCS làm từ các nguyên vật liệu

chống cháy cho độ bền cao, khả năng chịu nhiệt tốt

o Khó di chuyển: Do có công suất lớn, nên khá nặng và kích thước to

lớn cồng kềnh khó di chuyển

o Chi phí đầu tư ban đầu: Đòi hỏi doanh nghiệp cần bỏ mốt tiền lớn

để đầu tư

2.2.Cầu giao MCB 2P BD-63R

Hình 2.2.Cầu giao MCB 2P BD-63R

 Thông số kỹ thuật:

Loại: MCB 2P (2 poles)

Điện áp định mức (Rated Voltage): 240V AC cho hệ thống dòng thấp

Dòng định mức (Rated Current): 50-63A

Dòng ngắn mạch định mức (Rated Short-Circuit Breaking Capacity): 10kA

Số cực (Number of Poles): MCB 2P có 2 cực, điều này cho phép bảo vệ hai pha của hệ thống điện

Tiêu chuẩn tuân thủ (Compliance Standards): Tuân thủ các tiêu chuẩn an toàn và quy định liên quan, như IEC 60898 hoặc IEC 60947

 Ưu điểm:

o Có khả năng bảo vệ hệ thống khỏi quá tải và ngắn mạch

o Đáp ứng được các yêu cầu về dòng điện định mức khác nhau

o Trọng lượng nhẹ, dễ dàng lắp đặt

 Nhược điểm:

o Không có khả năng tự động tái kết nối sau khi cắt điện

o Giá thành có thể cao hơn so với một số sản phẩm khác trên thị trường.

2.3 Contactor Khởi động từ 3 Pha Hyundai 3P HGC12

Hình 2.3.Contactor 3 Pha Hyundai 3P HGC12

 Thông số kỹ thuật:

Tên sản phẩm: Khởi động từ Hyundai 3 pha HGC 12A

Model: HGC

Số cực: 3P- 3Pha

Dòng tiếp điểm: 12A

Tiếp điểm phụ: 1NO + 1NC

Sử dụng cùng với Relay nhiệt Hyundai HGT

Xuất sứ: Hàn Quốc

 Ưu điểm:

o Kích thước nhỏ gọn: Contactor HGC12 có kích thước nhỏ, giúp tận

dụng không gian hẹp để lắp đặt và thao tác

o Bảo vệ an toàn: Contactor này được thiết kế để bảo vệ hệ thống điện

khỏi quá tải và ngắn mạch

o Chất lượng: Sản phẩm của Hyundai đạt giải thưởng thiết kế quốc tế iF

Award, cho thấy chất lượng và hiệu suất cao

 Nhược điểm:

o Tiếng ồn: Contactor hoạt động bằng cơ chế chuyển đổi cơ khí, có thể tạo

ra tiếng ồn và rung động trong quá trình hoạt động

o Kích thước lớn: Contactor có kích thước lớn hơn so với các linh kiện

điện tử khác, đòi hỏi không gian lắp đặt rộng và có thể gây khó khăn trong việc cài đặt và bảo trì khi lắp đặt trong các thiết bị có không gian hạn chế

2.4 Relay nhiệt Schneider LRD3357

Hình 2.4.Relay nhiệt Schneider LRD3357

 Thông số kỹ thuật:

Dòng định mức: 32A

Dải dòng điều chỉnh: 23A - 32A

Phạm vi điều chỉnh nhiệt độ: 5°C - 60°C

Tiếp điểm chính: 1NC (Normally Closed) và 1NO (Normally Open)

Điện áp hoạt động: 24V AC/DC

Tiêu chuẩn tuân thủ: IEC 60947-4-1

 Ưu điểm:

o Bảo vệ an toàn và hiệu quả: Relay nhiệt LRD3357 được thiết lập lại tự

động bằng tay và có cài đặt đơn giản Nó bảo vệ động cơ an toàn và bao gồm toàn bộ phạm vi xếp hạng động cơ lên đến 150 A

o Kích thước nhỏ gọn: Với kích thước 123x55x123mm, nó giúp tận dụng

không gian hẹp để lắp đặt và thao tác

o Chất lượng đáng tin cậy: Sản phẩm của Schneider Electric tuân thủ các

quy định về tác động môi trường và có hiệu suất cao

 Nhược điểm:

o Thời gian phát nóng: Relay nhiệt hoạt động dựa trên quán tính nhiệt, nên

cần thời gian để phát nóng và hoạt động Không thích hợp để bảo vệ ngắn mạch

o Tiếng ồn: Relay nhiệt hoạt động bằng cơ chế chuyển đổi cơ khí, có thể tạo

ra tiếng ồn và rung động trong quá trình hoạt động

2.5 Cầu chì công nghiệp RT18-32X

Hình 2.5.Cầu chì CN RT18-32X

Chất liệu: Nhựa FBT chống cháy

Dòng điện tối đa: 5A,10A, 32A

Điện áp tối đa: 500V

Loại cầu chì sử dụng: Có kích thước 10x38 mm

Trọng lượng của hộp cầu chì: 60g

Kích thước:7.7x1.7x6cm

Màu sắc: Màu xám

Model: RT18-32(X)

 Ưu điểm:

o Kích thước nhỏ gọn: Cầu chì RT18-32X có kích thước nhỏ, giúp tận dụng

không gian hẹp để lắp đặt và thao tác

o Bảo vệ an toàn: Cầu chì này được thiết kế để bảo vệ hệ thống điện khỏi quá

tải và ngắn mạch

o Chất lượng đáng tin cậy: Sản phẩm của Schneider Electric tuân thủ các

quy định về tác động môi trường và có hiệu suất cao

 Nhược điểm:

o Thời gian phát nóng: Cầu chì hoạt động dựa trên quán tính nhiệt, nên cần

thời gian để phát nóng và hoạt động Không thích hợp để bảo vệ ngắn mạch

o Tiếng ồn: Cầu chì hoạt động bằng cơ chế chuyển đổi cơ khí, có thể tạo ra

tiếng ồn và rung động trong quá trình hoạt động

2.6 Nguồn tổ ong Mean Well LRS 150-24

Hình 2.6.Nguồn tổ ong Mean Well LRS 150-24

 Thông số kỹ thuật:

Điện áp đầu vào: 85 – 264VAC,240 – 370VDC

Hiệu suất làm việc : 89%

 Ưu điểm:

o Giá thành rẻ và hiệu suất chuyển đổi cao: Nguồn tổ ong LRS 150-24 có

giá cả phải chăng và hiệu suất chuyển đổi tốt

o Thiết kế nhỏ gọn và tiện lợi: Với kích thước 1U siêu nhỏ gọn, nó dễ dàng

lắp đặt và thích hợp cho các ứng dụng có không gian hạn chế

o Hoạt động ở nhiệt độ cao: Nguồn này có thể hoạt động ở nhiệt độ từ -30°C

đến 70°C

 Nhược điểm:

o Thời gian phát nóng: Nguồn tổ ong hoạt động dựa trên chế độ dao động

xung, nên cần thời gian để phát nóng và hoạt động Không thích hợp để bảo

vệ ngắn mạch

o Tiếng ồn: Hoạt động bằng cơ chế chuyển đổi cơ khí, có thể tạo ra tiếng ồn

và rung động trong quá trình hoạt động

2.7 Cảm biến độ mặn Model C4E

o Độ chính xác cao: Cảm biến độ mặn hiện đại có thể cung cấp độ chính

xác cao trong việc đo lường độ mặn của nước

o Độ tin cậy cao: Cảm biến độ mặn thường được thiết kế để hoạt động trong

môi trường khắc nghiệt và có thể chịu được nhiệt độ, áp suất và hóa chất khắc nghiệt

o Dễ sử dụng: Cảm biến độ mặn thường dễ cài đặt và sử dụng, và có thể

được kết nối với các hệ thống PLC và các thiết bị khác một cách dễ dàng

o Chi phí thấp: Cảm biến độ mặn có giá cả phải chăng và có thể được sử

dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau

 Nhược điểm:

o Yêu cầu bảo trì: Cảm biến độ mặn cần được bảo trì định kỳ để đảm bảo

độ chính xác và hiệu suất hoạt động

o Có thể bị ảnh hưởng bởi các yếu tố môi trường: Độ chính xác của cảm

biến độ mặn có thể bị ảnh hưởng bởi các yếu tố môi trường như nhiệt độ,

áp suất và sự hiện diện của các chất gây nhiễu

o Phạm vi đo hạn chế: Một số cảm biến độ mặn có phạm vi đo hạn chế và

có thể không phù hợp cho tất cả các ứng dụng

2.8 Cảm biến mức nước điện dung DLS-35-31

Loại sản phẩm cảm biến DLS-35N-31 là dạng thiết bị cảm ứng đa năng cho các

môi trường chất lỏng (nước, dung môi ở môi trường hóa chất…) và khối lượng

chất rắn lớn Công dụng chính của loại sản phẩm này dùng để cảm ứng mức cho các loại vật chất nêu trên Như là dùng để cảm ứng mức nước, cảm ứng thực phẩm…

Hình 2.8 Cảm biến mức nước điện dung

 Thông số kỹ thuật:

Điện áp hoạt động: 7-34V

Năng lượng tiêu thụ: max 5mA

Tối đa dòng điện chuyển mạch(NPN,PNP): 300mA

Khả năng chống rò rỉ: 1MΩ/200VDC

Chống nước: IP68

Nhiệt độ làm việc: -40°C đến 85°C

 Ưu điểm:

o Sử dụng rất phổ biến để đo mức chất lỏng và chất rắn số lượng lớn như

xi măng, cát, dầu diesel

o Dễ dàng nắp đặt, có thể gắn trực tiếp vào bể chứa, bồn nước, phiễu và silo.

o Thiết lập cài đặt bằng bút từ.

o Đèn hiển thị gồm 1 đèn LED để hiển thị trạng thái hoặc báo hiệu xác lập

một tình trạng nào đó

o Vỏ và đầu dò của cảm biến được chế tạo bằng thép không gỉ, có độ

chống mài mòn cao phù hợp với nhiều môi trường

o Độ ổn định tương đối cao, độ nhạy có thể tuỳ chỉnh theo nhu cầu đáp ứng

của từng trường hợp cụ thể

 Nhược điểm:

o Thời gian phát nóng: Cảm biến điện dung hoạt động dựa trên nguyên lý

thay đổi điện dung khi có sự tác động của môi chất Do đó, cần thời gian

để phát nóng và hoạt động Không thích hợp để bảo vệ ngắn mạch

o Tiếng ồn: Hoạt động bằng cơ chế chuyển đổi cơ khí, có thể tạo ra tiếng

ồn và rung động trong quá trình hoạt động

2.9 Van điện từ kiểu cổng (Gate Valve Solenoid Valve)

Hình 2.9 Van điện từ kiểu cổng

 Thông số kỹ thuật:

Kích thước: Thường có các kích thước chuẩn từ 1/2 inch đến 12 inch hoặc lớn hơn,tùy thuộc vào yêu cầu của hệ thống đường ống

Áp suất hoạt động: Thường từ 0 psi đến hàng nghìn psi, tùy thuộc vào áp suất làm việc của hệ thống.

Điện áp hoạt động: Thông thường từ 12VDC, 24VDC, 110VAC, 220VAC, tùy thuộc vào nguồn điện hiện có và yêu cầu cụ thể

Kiểu kết nối: Thường là mặt bích hoặc ren, để dễ dàng kết nối với đường ống hoặc

o Đóng mở nhanh chóng: Van điện từ có thể hoạt động nhanh chóng khi

được kích hoạt bằng dòng điện

o Kích thước nhỏ gọn: Thiết kế nhỏ gọn, dễ dàng lắp đặt và thích hợp cho

các ứng dụng có không gian hạn chế

o Hiệu suất cao: Van này có khả năng kiểm soát hiệu quả dòng chảy chất lỏng hoặc khí

 Nhược điểm:

o Tiếng ồn: Hoạt động bằng cơ chế chuyển đổi cơ khí, có thể tạo ra tiếng ồn và

rung động trong quá trình hoạt động

o Tốn không gian lắp đặt: Van điện từ kiểu cổng thường tốn không gian hơn

so với các loại kết nối khác

o Chi phí cao và thời gian lắp đặt lâu hơn: So với một số loại van khác, van

điện từ kiểu cổng có chi phí cao hơn và thời gian lắp đặt lâu hơn

Tóm lại, van điện từ kiểu cổng là một lựa chọn phổ biến trong các hệ thống công nghiệp, nhưng cần xem xét kỹ về các yếu tố như tiếng ồn, không gian lắp đặt và chi phí trước khi sử dụng

Tuổi thọ cơ học: > 5 triệu lần

Chất liệu vỏ: nhựa chống cháy ở nhiệt độ cao

 Ưu điểm:

o Khả năng tự phục hồi: Nút nhấn LA38-11BN có khả năng tự phục hồi

trạng thái ban đầu khi thả tay ra

o Tuổi thọ cơ học cao: Có tuổi thọ cơ học hơn 5 triệu lần nhấn.

o Chất liệu vỏ chống cháy: Sử dụng chất liệu vỏ chống cháy ở nhiệt độ cao.

o Dễ dàng thay thế tiếp điểm khi hư: Có thể tháo rời phần tiếp điểm và phần

lỗ lắp đặt một cách tiện lợi khi sử dụng hoặc bảo dưỡng