Chương 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ
1.6. Nguồn cung cấp năng lượng cho hệ thống thiết bị điều khiển tự động
Các thiết bị tự động thuộc hệ điều khiển bằng khí nén thường dùng không khí nén từ các máy nén khí (air - compressor). Nhưng không khí nén lấy trực tiếp từ máy nén khí không thể dùng ngay cho các thiết bị tự động vì có độ ẩm và nhiêt độ cao, bị bẩn do bụi và dầu mỡ, không đảm bảo độ bền và độ tin cậy cho thiết bị, cho nên phải thiết kế một hệ thống cung cấp khí nén cho phép giảm độ ẩm và dầu mỡ đến một giới hạn rất nhỏ loại trừ hiện tượng tạo thành các hạt dầu và nước trong các ống dẫn và các chi tiết cơ khí của các thiết bị ở các điều kiện nhiệt độ khác nhau. Các điều kiện vận hành thực tế phải đảm bảo độ sạch của khí nén khỏi bị bụi và nhiệt độ của không khí nén phải ở trong phạm vi cho phép. Để cung cấp khí nén liên tục cho hệ thống cần dự kiến đến khả năng chuyển tạm thời sang nguồn khí nén dữ trữ khi có sự cố ngắn hạn. Không khí nén dùng trong các hệ thống điều khiển thường có các thông số sau đây:
- Nhiệt độ: 15 – 50 oc
- Áp suất danh định: 1, 4kg/cm2
- Độ ẩm ứng với nhiệt độ sương - 40oc (tương ứng với độ ẩm tuyệt đối 0, 177 g/cm3)
Để đảm bảo các chỉ tiêu thông số nói trên, áp suất không khí nén khi ra khỏi máy nén thường phải vào khoảng 5 - 8 kg/cm2.
Việc chuẩn bị khí nén cho hệ thống thiết bị tự động thường được tiến hành theo quy trình sau:
- Làm sạch không khí hút từ ngoài vào khỏi bụi và các tạp chất. nén điến áp suất cần thiết (5 - 8 kg/cm2);
- Làm nguội khi nén đến nhiệt độ định trước;
- Làm sạch khí nén khỏi hơi dầu mỡ;
- Sấy khô;
- Lọc không khí đã được sấy;
- Tích tụ khí nén trong bình góp;
- Phân phối khí nén cho các thiết bị;
- Lọc lại một lần nữa trước khi đưa vào thiết bị;
- Điều áp đến áp suất sử dụng của thiết bị.
Trên hình 1.16 là một hệ thống thiết bị chuẩn bị không khí nén cung cấp cho hệ thống thiết bị tự động.
Từ bình chứa, khí nén với nhiệt độ 60oc được đưa vào bộ trao đổi nhiệt 2 (dùng nước) làm nguội đến 20oc. sau đó được dẫn vào bộ tách dầu và nước kiểu ly tâm 3. Khí nén từ bộ tách này được đưa đến bộ lọc 4 gồm 2 ngăn làm việc theo chu kỳ (mỗi ngăn dùng 1 - 1, 5 tháng). Khí nén đã được lọc được đưa tiếp đến bộ phận làm khô bằng cách làm lạnh đến nhiệt độ sương (- 40oc), sau đó đến bộ lọc bụi tinh 6 cho phép lọc với độ sạch cao các bụi cơ học:
Kích thước bụi, micromet 0, 3 0, 4 0, 5 0, 6 - 1 Độ lọc sạch % 97, 5 98, 1 99, 2 100 Sau khi lọc, khí nén được dẫn vào bình chứa đệm 7, từ đó đưa đến các nơi sử dụng.
1
2
3
4 4
5 5
6 7
Nước làm nguội Không khí nén
( còn ẩm )
Không khí khô
Hình 1.16. Sơ đồ công nghệ sấy không khí nén dùng cho hệ thống tự động 1. Bình chứa đệm đầu vào (sau máy nén khí)
2. Bộ trao đổi nhiệt
3. Tách dầu và nước kiểu ly tâm 4. Bộ lọc hai ngăn
5. Bộ sấy khô bằng cách làm lạnh đến nhiệt độ sương ( - 40 độ C) 6. Lọc bụi tinh
7. Bình chứa đệm đầu ra (trước khi sử dụng ) 1.6.2. Nguồn cung cấp điện
Trong phần này chỉ đề cập đến những tiêu chuẩn về điện có liên quan đến hệ thống điều khiển và các thiết bị tự động. Trong xí nghiệp hiện nay, nguồn điện được sử dụng là hệ thống 3 pha có điện áp 380/220v có nối đất. Để cung cấp điện cho các thiết bị tự động, người ta chọn các điện áp chuẩn cũng giống như điện áp mạng cung cấp để thêm các thiết bị phụ. Khi cần những nguồn có điện áp riêng, không chuẩn, phải dùng các biến áp hạ áp, hoặc khi dùng điện một chiều thì có các nguồn chỉnh lưu hay bộ nguồn riêng.
Độ sai lệch điện áp cho phép đối với các thiết bị trong hệ thống điều khiển tự đông như sau:
Bảng 1.5. Sai lệch điện áp cho phép theo tiêu chuẩn chung Thiết bị sử dụng
Độ sai lệch điên áp cho phép
- % + %
Các dụng cụ đo, điều chỉnh (trong trường hợp không có chỉ định riêng)
5 5
Các động cơ chấp hành 5 10
Các đèn báo 2, 5 5
Các 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 liên tục, điều khiển vận hành thuận lợi và an toàn. Yêu cầu độ tin cậy về cung cấp điện đối với quá trình sản xuất và đối tượng công nghệ được chia thành 3 cấp:
- Cấp một: dành cho các thiết bị ngừng cung cấp điện sẽ gây tổn thất lớn về kinh tế, nguy hiển cho người, có thể gây cháy nổ.
- Cấp hai: dành cho các thiết bị mà việc ngừng cấp điện sẽ gây thiệt hại cho kế hoach sản xuất hoăc vận chuyển.
- Cấp ba: Các trường hợp còn lại.
Độ tin cậy về cung cấp điện cho các hệ thống tự động cũng phải cùng cấp độ với cung cấp điện cho đối tượng công nghiệp tương ứng. Mạng điện cần đảm bảo cung cấp điện liên tục cho 100% phụ tải, khi cần thiết phải có hệ thống cấp điện dự trữ.
Trên mạng cần phải có các thiết bị, khí cụ điện đóng/cắt, bảo vệ khỏi đoản mạch và quá tải. Các dây dẫn được tính chọn sao cho không bị dòng điện chạy qua nung nóng. Tổn hao điện áp trên đường dây dẫn đôi, đối với dòng xoay chiều cũng như một chiều có thể tính theo:
) / . cos . )](
10 /(
2
[ Un i l f
u
Trong đó:
- Độ dẫn riêng của vật liệu làm dây dẫn m/(om. mm2) Un - Điện áp danh định của mạng (V),
i - Tổng các dòng điện tính toán trên đoạn dây (A),
cos - Hệ số công suất (đối với dòng điện một chiều cosφ =1) L - Độ dài đoạn dây (m),
F - Tiết diện dây dẫn (mm2),
Ngoài ra, các dây dẫn cần phải đủ bền về cơ học, chịu được tác động của môi trường tại chỗ đặt. Bảng sau đây dẫn ra dòng dòng tải cho phép lâu dài của một số dây dẫn.
Bảng 1.6. Dòng tải cho phép đối với một số dây dẫn điện
Đặc trưng dây dẫn Dòng tải cho phép, A trên thiết diện dây, [mm2] 0. 5 0.75 1 1. 5 2. 5 4 6 10 16 Dây đồng vỏ nhựa
Dây nhôm vỏ nhựa Cáp đồng
Cáp nhôm
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