Trong phần này chỉ đề cập đến những tiờu chuẩn về điện cú liờn quan đến hệ thống điều khiển và cỏc thiết bị tự động. Trong xớ nghiệp hiện nay, nguồn điện được sử dụng là hệ thống 3 pha cú điện ỏp 380/220v cú nối đất. Để cung cấp điện cho cỏc thiết bị tự động, người ta chọn cỏc điện ỏp chuẩn cũng giống như điện ỏp mạng cung cấp để thờm cỏc thiết bị phụ. Khi cần những nguồn cú điện ỏp riờng, khụng chuẩn, phải dựng cỏc biến ỏp hạ ỏp, hoặc khi dựng điện một chiều thỡ cú cỏc nguồn chỉnh lưu hay bộ nguồn riờng.
Độ sai lệch điện ỏp cho phộp đối với cỏc thiết bị trong hệ thống điều khiển tự đụng như sau:
Bảng 1.5. Sai lệch điện ỏp cho phộp theo tiờu chuẩn chung
Thiết bị sử dụng Độ sai lệch điờn ỏp cho phộp
- % + %
Cỏc dụng cụ đo, điều chỉnh (trong trường hợp khụng cú chỉ định riờng)
5 5
Cỏc động cơ chấp hành 5 10
Cỏcđốn bỏo 2, 5 5
Cỏc thiết bị điều khiển(rơle, khởi động từ v. v.. ) 5 10
Để hệ thống điều khiển làm việc tin cậy cần chọn sơ đồ cung cấp điện hợp lý,
đảm bảo nguồn điện liờn tục, điều khiển vận hành thuận lợi và an toàn. Yờu cầu độ tin cậy về cung cấp điện đối với quỏ trỡnh sản xuất và đối tượng cụng nghệ được chia thành 3 cấp:
- Cấp một: dành cho cỏc thiết bị ngừng cung cấp điện sẽ gõy tổn thất lớn về kinh tế, nguy hiển cho người, cú thể gõy chỏy nổ.
- Cấp hai: dành cho cỏc thiết bị mà việc ngừng cấp điện sẽ gõy thiệt hại cho kế hoach sản xuất hoăc vận chuyển.
- Cấp ba: Cỏc trường hợp cũn lại.
Độ tin cậy về cung cấp điện cho cỏc hệ thống tự động cũng phải cựng cấp độ với cung cấp điện cho đối tượng cụng nghiệp tương ứng. Mạng điện cần đảm bảo cung cấp điện liờn tục cho 100% phụ tải, khi cần thiết phải cú hệ thống cấp điện dự trữ.
Trờn mạng cần phải cú cỏc thiết bị, khớ cụ điện đúng/cắt, bảo vệ khỏi đoản mạch và quỏ tải. Cỏc dõy dẫn được tớnh chọn sao cho khụng bị dũng điện chạy qua nung núng. Tổn hao điện ỏp trờn đường dõy dẫn đụi, đối với dũng xoay chiều cũng như một chiều cú thể tớnh theo:
) / . cos . )]( 10 /( 2 [ Un i l f u Trong đú:
- Độ dẫn riờng của vật liệu làm dõy dẫn m/(om. mm2) Un - Điện ỏp danh định của mạng (V),
i
- Tổng cỏc dũng điện tớnh toỏn trờn đoạn dõy (A),
cos - Hệ số cụng suất (đối với dũng điện một chiều cosφ =1) L - Độ dài đoạn dõy (m),
F - Tiết diện dõy dẫn (mm2),
Ngoài ra, cỏc dõy dẫn cần phải đủ bền về cơ học, chịu được tỏc động của mụi trường tại chỗ đặt. Bảng sau đõy dẫn ra dũng dũng tải cho phộp lõu dài của một số dõy dẫn.
Bảng 1.6. Dũng tải cho phộp đối với một số dõy dẫn điện
Đặc trưng dõy dẫn Dũng tải cho phộp, A trờn thiết diện dõy, [mm2]
0. 5 0.75 1 1. 5 2. 5 4 6 10 16 Dõy đồng vỏ nhựa Dõy nhụm vỏ nhựa Cỏp đồng Cỏp nhụm 11 - - 15 - - 17 - - 23 - 23 30 24 30 23 41 32 41 31 50 39 50 38 80 60 80 60 100 75 100 75 1.7. Cơ sở thiết kế hệ thống tự động húa – QTCN.
Tuỳ thuộc cụng nghệ yờu cầu, ứng với mỗi quỏ trỡnh cụng nghệ người ta xõy dựng hệ điều khiển tương ứng. Việc xõy dựng tuỳ thuộc vào chỉ tiờu chất lượng đạt ra. Tuy nhiờn cú thể núi rằng tất cả cỏc hệ đều phải dựa trờn cơ sở:
- Cú con người phục vụ, thao tỏc, điều phối giỏm sỏt
Trong quỏ trỡnh hoạt động của hệ, cỏc khõu cúquan hệ mật thiết với nhau.
Con người cựng với thiết bị tớnh làm nhiệm vụ đảm bảo cho hệ thống làm việc theo yờu cầu cụng nghệ đặt ra. Đảm bảo toỏn học, chương trỡnh sẽ xỏc định đỳng cỏc luật điều khiển, chiến lược điển khiển cho hệ thống, thụng qua cỏc thiết bị kỹ thuật để thực hiện, đảm bảo hệ thống làm việc theo yờu cầu cụng nghệ mong
muốn.
1.7.1. Cỏc nguyờn tắc cơ bản để phõn loại hệ TĐH - QTCN
Cỏc nguyờn tắc phõn loại hệ thống TĐH - QTCN rất khỏc nhau, vớ dụ như theo mức độ tự động hoỏ đối với thiết bị được điều khiển, mức độ sử dụng thiết bị…khụng cú ranh giới rừ ràng cho việc phõn loại này, tuy nhiờn một sự phõn loại tổng quỏt hiện nay trờn cơ sở cỏc tớnh chất của hệ thống:
- Theo mức độ của hệ thống điều khiển
- Theo đặc tớnh của quỏ trỡnh cụng nghệ, quỏ trỡnh sản xuất
- Theo mức độ thụng tin trong hệ thống
- Theo chức năng của hệ thống điều khiển Theo mức độ của hệ thống điều khiển ta cú:
- Tự động húa quỏ trỡnh cụng nghệ
- Tự động hoỏ quỏ trỡnh sản xuất
- Tự động hoỏ nhà mỏy
Theo đặc tớnh điều khiển của quỏ trỡnh cụng nghệ ta cú: - Hệ liờn tục
- Hệ số
- Hệ số - liờn tục hỗn hợp
Tổ chức húa Vận hành
điều phối
Thụng tin vào Sơ khảo , xử lý
thụng tin Thụng tin ra Đảm bảo kỷ thuật(mỏy tớnh) Đảm bảo chương trỡnh toỏn học
Theo mức độ thụng tin trong hệ thống: Mức độ thụng tin trong hệ thống tức là tổng cỏc thụng số cần đo lường, kiểm tra, ghi nhận của quỏ trỡnh. Theo tổng số thụng số của QTCN cú thể chia hệ thống tự động hoỏ:
- Nhỏ: 0 – 40
- Hệ cũn nhỏ: 41 – 160 - Hệ trung bỡnh: 161 – 650 - Hệ khỏ lớn: 651 – 2500 - Hệ lớn: từ 2500 trở lờn
Theo chức năng hệ thống TĐH - QTCN sử dụng giải quyết cỏc nhiệm vụ cơ bản: điều khiển, kiểm tra, trao đổi, thụng tin và hỗ trợ.
1.7.2. Nguyờn tắc thiết kế hệ thốngTĐH QTCN
Trong cỏc hệ thống điều khiển cỏc quỏ trỡnh phức tạp việc thiết kế phải dựa trờn một số nguyờn tắc sau:
- Nguyờn tắc của bài toỏn mới: Luật điều khiển phải đạt được việc nõng cao tớnh hiệu quả kinh tế của quỏ trỡnh cụng nghệ. Mỗi bài toỏn (nhiệm vụ) đặt ra phải trờn quan điểm nõng cao hiệu quả kinh tế, sự chớnh xỏc của mụ hỡnh toỏn học, định hỡnh được tiờu chuẩn tối ưu cho quỏ trỡnh, nõng cao cả về số lượng và chất lượng sản xuất.
- Nguyờn tắc hợp tỏc giữa con người và mỏy trong hệ thống: Hệ thống TĐH
- QTCN phải như là hệ thống hoạt động kiểu người - mỏy, trong đú con người điều khiển cỏc vấn đề mà con người đặt ra, những nhiệm vụ khú khăn trong quỏ trỡnh đó được quyết định.
- Nguyờn tắc trỡnh tự một cỏch hệ thống: Đảm bảo khi tiếp cận hệ thống phải đảm bảo trỡnh tự theo cỏc luật điều khiển quỏ trỡnh
- Nguyờn tắc nõng cấp khụng ngừng: Phải luụn làm cho hệ thống cú tớnh chất cú thể nõng cấp được, cú thể tiếp tục nõng cao chất lượng của điều khiển quỏ trỡnh.
- Nguyờn tắc khụng phụ thuộc vào thiết bị kỹ thuật, tức là đảm bảo thụng tin về toỏn học cho hệ thống khi thay đổi cỏc thiết bị kỹ thuật.
- Nguyờn tắc mụ đun hoỏ: Nhằm đảm bảo cho hệ thống cú thể phỏt triển,
mở rộng và thuận lợi cho sửa chữa.
Hệ thống TĐH – QTCN là hệ thống tớch hợp và cú yờu cầu cao về chất lượng sản phẩm đầu ra vỡthế khi thiết kế hệ TĐH QTCN cần phải dựa vào cỏc cơ sở khoa học, nguyờn tắc cơ bản gắn liền với cỏc điều kiện thực tế để thực thi một cỏch cú hiệu quả nhất.
Kết luận chương.
Hệ thống TĐH - QTCN là hệ thống tớch hợp và hoàn thiện nhờ cú nú mà hệ thống sản xuất mới cú thể hoạt động nhịp nhàng với cỏc chỉ tiờu điều khiển tối ưu nhất nhằm mang lại hiệu quả kinh tế to lớn. Từ việc nghiờn cứu vai trũ chức năng của hệ TĐH QTCN đến xem xột cấu trỳc của hệ một cỏch bài bản giỳp cho cỏc em sinh viờn thấy rừ được bản chất của hệ từ đú cú được cỏc phương ỏn điều khiển, điều hành hệ thống một cỏch hợp lý. Việc chỉ rừ hay phõn tớch được cỏc hệ con đảm bảo trong hệ thống TĐH là việc làm bắt buộc đối với sinh viờn chuyờn ngành điện, điều khiển tự động húa. Việc làm này giỳp cho cỏc
em hoạch định được toàn bộ quỏ trỡnh cụng nghệ hay định được cỏch thức để giải bài toỏn điều khiển một cỏch phự hợp nhất. Cỏc thiết bị TĐH với cỏc ký hiệu đầy đủ và chi tiết đảm bảo cỏc tiờu chuẩn quốc tế như OCT - 36 - 27 – 77
của Nga, tiờu chuẩn ANSI/ISA S5.1 của Mỹ sẽ giỳp cho sinh viờn dễ dàng tiếp cận một cỏch bài bản cú hiệu quả cỏc quỏ trỡnh cụng nghệ đang tồn tại và phỏt triển tại Việt Nam. Trờn cơ sở nội dung của chương 1 sinh viờn dễ dàng nghiờn cứu phõn tớch được cỏc sơ đồ quỏ trỡnh cụng nghệ ở chương kế tiếp cũng như cỏc sơ đồ cụng nghệ trong thực tế sản xuất.
Cõu hỏi chương 1.
1- Phõn biệt cỏc khỏi niệm điều khiển tự động và tự động húa và khỏi niệm TĐH QTCN và TĐH QTSX.
2. Vẽ phõn tớch mụ hỡnh phõn cấp điều khiển hỡnh thỏp.
3. Vẽ phõn tớch mụ hỡnh cấu trỳc phõn cấp điều khiển kiểu song song. 4. Vẽ phõn tớch mụ hỡnh cấu trỳc phõn cấp điều khiển kiểu bus.
5. Vẽ phõn tớch cấu trỳc hệ lớn –hệ con .
6. Trỡnh bày nội dung đảm bảo toỏn học trong TĐH QTCN. 7. Trỡnh bày nội dung đảm bảo kỹ thuật trong TĐH QTCN. 8. Trỡnh bày nội dung đảm bảo thụng tin trong TĐH QTCN.
9. Vẽ phõn tớch mụ hỡnh mỏy tớnh làm việc như đơn vị điều khiển trung tõm, chế độ điều khiển trực tiếp, chế độ cố vấn.
10. Nờu cỏc yờu cầu cơ bản khi thiết kế hệ thống tự động húa. 11. Đọc cỏc phõn tớch cỏc ký hiệu trờn bản vẽ quỏ trỡnh cụng nghệ.
Chương 2
TỰ ĐỘNG HểA MỘT SỐ QUÁ TRèNH CễNG NGHỆ
2.1. Tự động húa quỏ trỡnh xử lý nước sạch (nước nấu bia)
2.1.1. Đặc điểm cụng nghệ và thiết bị
1) Khỏi quỏt chung về xử lý nước nấu bia.
Xử lý nước trong cụng nghiệp bao gồm hai hỡnh thức: xử lý nước sạch (nước đầu vào) và xử lý nước thải (nước đầu ra ). Xử lý nước đầu vào cú vai trũ cung cấp nước đó được xử lý đảm bảo chất lượng quy định của quy trỡnh cụng nghệ để sử dụng. Xử lý nước thải nhằm đảm bảo cho nước thải ra mụi trường đạt cỏc yờu cầu sạch, khụng chứa cỏc chất độc hại và thõn thiện với mụi trường. Tất cả cỏc hệ thống xử lý nước nhỡn chung đều cú sự giống nhau về nguyờn tắc, nước chưa được xử lý sẽ được xử lý bằng cỏch được đưa qua một hệ thống xử lý nước, đầu ra của hệ thống xử lý nước đú thường cú cỏc thiết bị đo để đảm bảo chắc chắn nước đầu ra đó được xử lý đỳng theo yờu cầu. Như vậy, hệ thống xử lý nước cũng cú đầu vào và đầu ra. Đầu vào của hệ thống xử lý nước là nước chưa được xử lý. Đầu ra của hệ thống xử lý nước là nước đạt tiờu chuẩn theo yờu cầu sử dụng.
Trong quỏ trỡnh sản xuất bia, nước được sử dụng rộng rói trong mọi khõu, từ cỏc cụng đoạn chớnh như nấu, lọc ... đến cỏc khõu vệ sinh. Trong thành phần bia,
nước cũng chiếm một lượng lớn (80 – 90%), gúp phần hỡnh thành nờn hương vị
của bia. Bởi vậy, nước dựng trong sản xuất bia phải cú chất lượng tốt, đỏp ứng
được cỏc chỉ tiờu quan trong cơ bản. Nước sử dụng để nấu bia phải đạt tiờu
chuẩn sau: - Khụng màu, khụng mựi, khụng vị - Độđục NTV 0,7 - pH : 6,5- 7,5 - Kiềm tổng (oF) 2 - Độ cứng tổng(oF) 2 - Hàm lượng Ca2+(mg/l): 30-60 - Hàm lượng Mg2+(mg/l) < 20 - Hàm lượng Na+(mg/l): 23-28 - Hàm lượng K+(mg/l) 4 - Hàm lượng NH4+(mg/l) 0.5 - hàm lượng Fe(mg/l) 0,05 - hàm lượng Mn(mg/l) 0,05
- hàm lượng Cl2dư(mg/l): 0 mg/l - Hàm lượng NO 3 (mg/l) 15 - Hàm lượng NO2 mg/l) 0,1 - Hàm lượng SO24 mg/l) 3 - Al(mg/l): 0
- Hàm lượng kim loại nặng: Theo quy định của Bộ Y tế - Vi sinh vật: Theo quy định của Bộ Y tế
Nước sử dụng của nhà mỏy được lấy từ nước ngầm hoặc nước sinh hoạt sau
đú qua một hệ thống xử lý nước đểđạt đến tiờu chuẩn.
2) Một số hệ thống xử lý nước
a) Hệ thống xử lý nước cấp nhà mỏy bia Sài Gũn- Hà Nội
Hệ thống gồm cú 2 bầu lọc tinh, 2 tank lọc cỏt, 2 tank lọc than, 1 tank lọc Anion và 1 tank lọc Cation. Như vậy sẽ cú 2 dóy lọc cỏt và than làm việc độc lập, dóy này làm việc thỡ dóy kia nghỉ và ngược lại nhưng hệ thống chỉ cú 1 tank lọc Anion và 1 tank lọc Cation nờn khi 2 tank này cần hoàn nguyờn thỡ hệ thống cũng dừng làm việc, nước đầu ra sẽ bị ngưng.
Hỡnh 2.1. Hệ thống xử lý nước cấp nhà mỏy bia Sài Gũn –Hà Nội b) Hệ thống xử lý nước sản xuất nhà mỏy bia SABECO Sụng Lam
Hệ thống gồm 1 bỡnh lọc cỏt, 1 bỡnh lọc than, 1 bỡnh lọc Anion, 1 bỡnh lọc Cation. Trong hệ thống này mỗi khi 1 trong cỏc tank cần rửa ngược, tỏi sinh
ngược, tỏi sinh, hoàn nguyờn, cỏc tank sau tank đú thỡ dừng hoạt động, lỳc này nước đầu ra của hệ thống khụng cú.
Hỡnh 2.2.Hệ thống xử lý nước sản xuất nhà mỏy bia SABECO Sụng Lam
3) Quy trỡnh cụng nghệ xử lý nước nấu bia
Do yờu cầu về chất lượng nước nấu bia, do vậy cỏc hệ thống xử lý nước nấu núi chung thường xử dụng nguồn nước đầu vào từ giếng khoan hay dựng nước cấp thành phố sau đú qua hệ thống lọc để đạt tiờu chuẩn sử dụng. Thụng thường hệ thống lọc nước qua cỏc khõu lọc cỏt, than hoạt tớnh, hệ thống làm mềm nước.
-Khõu lọc cỏt:
Cỏt thạch anh được sử dụng để lọc cỏc thành phần lơ lửng cú kớch thước hạt nhỏ khụng cú khả năng kết tủa khi để lắng tự nhiờn. Trong quỏ trỡnh lọc, trờn bề mặt cỏt thạch anh sẽ tạo ra lớp màng lọc hỗ trợ cho quỏ trỡnh lọc, đặc biệt khi hydroxớt sắt III kết tủa trờn bề mặt cỏt thạch anh sẽ giỳp hấp phụ Asen khi nguồn nước cú nguy cơ bị nhiễm Asen. Cỏt thạch anh là tỏc nhõn rất tốt trong việc giữ cỏc kết tủa dạng bụng cú độ nhớt cao rất khú tỏch và khú lọc. Sử dụng cỏt thạch Tank lọc Cỏt Tank lọc Than Tank lọc Anion Tank lọc Canion Nước đầu
vào Nước đầu ra
anh cú nhiều ưu điểm, khụng tham gia phản ứng với cỏc tỏc nhõn hoỏ học cú trong nước và khụng làm ảnh hưởng đến chất lượng nước. Cỏt thạch anh cú thể sử dụng lõu dài, cú thể rửa lọc thường xuyờn khi bề mặt lọc lắng cặn thành những lớp dày. Cỏt thạch anh cú kớch thước hạt nhỏ, nờn cú bề mặt riờng lớn nờn hiệu quả lọc cao. Sau một thời gian làm việc nhất định cỏt này phải được rửa sạch hay thay thế. Thời gian rửa hay thay thế phụ thuộc vào chất lượng nước đầu vào.
- Khõu lọc thanhoạt tớnh:
Than hoạt tớnh là vật liệu vụ cơ cú khả năng hấp thu rất tốt cỏc hợp chất màu, mựi làm cho nước sau khi lọc trong hơn và khụng cú mựi lạ. Ngoài ra than hoạt tớnh cũn cú khả năng hấp thu cỏc hợp chất hữu cơ như dư lượng thuốc bảo