QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI
Nguyên lý làm việc
Trong quá trình vận hành các công trình, sự cố như tắc bơm và tắc đường ống có thể xảy ra, ảnh hưởng đến an toàn và hiệu quả của hệ thống Để đảm bảo hoạt động trơn tru, cần thường xuyên thu gom rác thải nhằm ngăn chặn tình trạng tắc lọc.
1.2.1 Mương lắng cát a Định nghĩa
Tấm lọc rác tinh và mương lắng cát được lắp đặt để loại bỏ rác thải có kích thước nhỏ, nhằm bảo vệ bơm và giảm thiểu tối đa lượng rác vào ngăn bơm Để duy trì hiệu quả của tấm lọc, lượng rác tinh này cần được vệ sinh định kỳ Nước thải sau đó sẽ chảy tự nhiên qua bể cân bằng nhờ vào trọng lực.
Hình 1.1: Mương lắng cát Cấu tmo cla mương lắng cát gồm có:
- Tấm lọc rác thô: dùng để gio lmi các lomi rác lin từ bên ngoài vào để đưa ra nưic mịn hơn;
Tấm lọc rác tinh được sử dụng để loại bỏ các lomi bùn và rác lmi nhỏ, giúp nâng cao chất lượng nước trước khi đưa vào bơm để bơm vào bể cân bằng.
- Phao đo mức nưic: phao này dùng để đo mức nưic có trong mương lắng cát. c Nguyên lý hoạt động
Khi bắt đầu hoạt động, trong bể lắng cát sẽ chưa có nước, khiến phao V1_P1 hạ xuống Điều này làm cho mạch điện trong phao hở ra, từ đó gửi tín hiệu đến van mở nước, cho phép nước từ bên ngoài chảy vào bể lắng cát.
Khi nước trong bể đầy, phao V1_P1 sẽ nổi lên, kích hoạt mạch điện trong phao và đóng lại Tín hiệu này sẽ được gửi đến van tự động, khiến van đóng lại để ngăn nước tràn ra ngoài.
Phao V1_P1 điều khiển van tự động V1_V1 để dẫn nước thải vào mương lắng cát Cảm biến gắn liền với phao cung cấp tín hiệu số 0 hoặc 1; khi tín hiệu là 0, van tự động mở, còn khi tín hiệu là 1, van sẽ tự động đóng Điều này có nghĩa là van sẽ duy trì trạng thái mở cho đến khi mực nước trong mương lắng cát dâng cao, khiến phao V1_P1 nổi lên và ngắt mạch điện, dẫn đến việc van đóng lại.
1.2.2 Bể cân bằng a Định nghĩa
Bể cân bằng là một hệ thống quan trọng trong xử lý nước thải, với dàn ống sục khí được bố trí dưới đáy nhằm khuấy trộn và đồng nhất các thành phần như BOD, COD, pH, N, P và nhiệt độ Do tính chất nước thải thay đổi theo từng giờ sản xuất và từng công đoạn, bể cân bằng giúp điều hòa nồng độ và lưu lượng nước thải, giảm kích thước và duy trì chế độ làm việc ổn định cho các công trình xử lý phía sau, từ đó tránh sự cố quá tải Ngoài ra, bể cân bằng còn có chức năng giảm thiểu dao động hàm lượng các chất bẩn trong nước thải, ngăn chặn lượng nước thải có nồng độ chất độc hại cao đi trực tiếp vào các công trình xử lý sinh học.
Cấu tmo cla bể cân bằng gồm có:
- Hai phao để đo mức nưic thấp (V2_P2) và mức nưic cao (V2_P3) trong bể cân bằng;
- Hai máy bơm nưic (V2_B1 và V2_B2) : dùng để bơm nưic từ bể cân bằng lên bồn định lượng;
Máy sục khí V2_MSK1 có chức năng quan trọng trong việc trộn lẫn nước với các thành phần như BOD, COD, pH, N, P và nhiệt độ, nhằm nâng cao hiệu quả xử lý nước.
Hình 1.2: Bể cân bằng c Nguyên lý hoạt động
Khi nước từ bể lắng cát chảy vào bể cân bằng, mực nước trong bể này sẽ được giám sát bởi hai phao: phao mức thấp và phao mức cao.
Hai phao V2_P2 và V2_P3 có nhiệm vụ điều khiển máy sục khí V2_MSK1 và máy bơm V2_B1, V2_B2.
Phao V2_P2 là cảm biến mức thấp, khi mực nước trong bể xuống dưới mức này, mạch điện trong phao sẽ hở ra, không gửi tín hiệu, dẫn đến việc máy bơm V2_B1, V2_B2 và máy sục khí V2_MSK1 không hoạt động Ngược lại, khi mực nước đạt hoặc vượt mức phao V2_P2, mạch điện đóng lại, tín hiệu Digital được gửi đi khởi động máy bơm V2_B1 và máy sục khí V2_MSK1; nếu mực nước giảm, máy bơm và sục khí sẽ ngừng hoạt động 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 được gửi đi khởi động cả hai bơm V2_B1 và V2_B2, hoạt động luân phiên để tăng tuổi thọ bơm Hệ thống này đảm bảo không có tình trạng nước tràn do nước chảy qua bể cân bằng được kiểm soát bởi V1_P1.
1.2.3 Bồn định lượng a Bồn định lượng: Là nơi điều tiết nưic chảy vào bể trung hòa, làm cho nưic chảy vào bồn trung hòa không vượt mức cho phép. b Cấu tạo của bồn định lượng
Bồn định lượng có thiết kế hai ngăn, giúp ngăn chặn tình trạng nước chảy qua bồn trung hòa quá mức Nước thừa được bơm lên sẽ tự động chảy xuống bể cân bằng, đảm bảo hiệu suất hoạt động ổn định Nguyên lý hoạt động của bồn này dựa trên việc kiểm soát lưu lượng nước, mang lại sự hiệu quả trong quá trình xử lý nước.
Nước thải từ bể cân bằng được bơm lên bồn định lượng qua một trong hai bơm V2_B1 hoặc V2_B2, sau đó chảy tự nhiên xuống bể trung hòa Nếu lượng nước bơm lên ngăn thứ nhất tràn sang ngăn thứ hai, nước thải sẽ tự động chảy trở lại bể cân bằng từ ngăn thứ hai.
1.2.4 Bể trung hòa pH a Tổng quan
Bể trung hòa đóng vai trò quan trọng trong việc xử lý và cân bằng tính axit/bazo của nước thải, giúp duy trì độ pH ở mức cho phép Mục tiêu chính của bể này là ngăn chặn hiện tượng ăn mòn và hư hại vật liệu của hệ thống ống dẫn và công trình thoát nước, đồng thời đảm bảo độ pH an toàn cho nguồn nước tiếp nhận như sông, suối, ao hồ và nước thải công nghiệp có tính axit Cấu tạo của bể trung hòa được thiết kế đặc biệt để thực hiện hiệu quả chức năng này.
Gồm các bộ phận chính như sau:
Hình1.3 : Cấu tmo cla bể trung hòa pH
- 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).
- 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 máy khuấy (V3_MK1): được đặt trong bể trung hoà và có tác dụng khuấy đều khi cho axit/bazo vào nưic thải trong quá trình trung hoà pH
- Phao để đo mức nưic cao (V3_P5) và mức nưic thấp trong bể (V3_P4)
- Sensors đo pH: có nhiệm vụ kiểm tra độ pH trong bể.
Van tự động V3_V2 có nhiệm vụ trung hòa nước thải qua bể lắng bằng cách điều khiển máy khuấy V3_MK1 và hai bơm V2_B1, V2_B2 Khi mực nước trong bể trung hòa xuống dưới mức cảm biến V3_P4, hai bơm sẽ hoạt động luân phiên để bơm nước lên bồn định lượng, sau đó nước sẽ chảy tự nhiên qua bể trung hòa, trong khi van V3_V2 ở trạng thái đóng.
Kết luận
Chương này cung cấp cái nhìn tổng quan về sơ đồ công nghệ và nguyên lý hoạt động của hệ thống nhà máy xử lý nước thải, mô tả ngắn gọn quy trình vận hành từng bước trong hệ thống Qua đó, người đọc có thể nắm bắt được các đặc tính và điều kiện cần thiết, từ đó phục vụ cho việc tính toán và lựa chọn cảm biến cũng như các cơ cấu chấp hành trong chương 2.
CÁC CẢM BIẾN VÀ CƠ CẤU CHẤP HÀNH SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG
Các cảm biến
Các cảm biến được sử dụng trong chương này được lựa chọn phù hợp với hệ thống, nhằm giúp người đọc hiểu rõ hơn về từng loại cảm biến.
2.1.1 Cảm biến đo độ pH a Giới thiệu chung
Nước thải chứa nhiều thành phần hóa học có tính axit hoặc bazo, do đó việc lắp đặt cảm biến đo độ pH trong hệ thống xử lý là cần thiết Cụ thể, tại bể trung hòa nước thải, cần giám sát và kiểm soát độ pH để đảm bảo nó đạt khoảng 6.5 - 7.5 trước khi thải ra nguồn tiếp nhận hoặc sử dụng cho công nghệ tiếp theo Cấu tạo và sơ đồ nguyên lý của hệ thống này rất quan trọng để tối ưu hóa quá trình xử lý nước thải.
Điện cực pH được cấu tạo từ hai lớp thủy tinh, với thân điện cực làm bằng thủy tinh không dẫn điện và đầu điện cực có dạng hình bầu Cấu trúc này cho phép ion lithium trao đổi với các ion hydro trong chất lỏng tiếp xúc Một điện thế cỡ mV được sinh ra giữa diện tích của bầu thủy tinh pH và dung dịch lỏng bên ngoài, và độ linh của điện thế này phụ thuộc vào giá trị pH của dung dịch Sự khác biệt về điện thế giữa lớp bên ngoài và lớp thủy tinh bên trong điện cực có thể được đo bằng điện cực bmc/bmc chloride.
Hình 2.1 : Cấu tmo điện cực đo pH.
Nguyên lý làm việc của thiết bị đo 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 sẽ được cảm biến ghi nhận và chuyển đổi thành giá trị pH Để bảo trì, cần rửa bầu thủy tinh và hiệu chuẩn thiết bị với dung dịch mẫu có pH = 4, 7, 10.
Ta chọn cảm biến Hach DPD1R1 vii đặc điểm kỹ thuật:
- Có bù trừ nhiệt tự động bằng NTC 300Ohm;
- Dòng nưic tmi điểm làm việc không quá 3m/s;
Cầu muối là một phần quan trọng trong quá trình đo lường, bao gồm ba bộ phận chính: điện cực đo bằng 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 đp qua khâu khuếch đmi: 0 - 10V d Cách lắp đặt đầu đo pH
Cảm biến đo pH DPD1R1 là một loại cảm biến kỹ thuật số, cần kết hợp với bộ điều khiển kỹ thuật số Hach (SC200, SC1000) để hiển thị và thu thập dữ liệu đo pH.
Cảm biến đo pH DPD1R1 được thiết kế với đầu kết nối plug-in, giúp việc kết nối và sử dụng trở nên dễ dàng Đối với những trường hợp cần khoảng cách xa, sản phẩm có hỗ trợ cáp digital mở rộng và termination box, cho phép tăng khoảng cách kết nối lên tới 100 mét.
Hình 2.2 minh họa cách lắp đặt đầu đo trên đường ống, sử dụng thiết kế convertiable cảm biến đo pH DPD1R1 Đầu dò được gắn trên ống nối T với ren trong 1” NPT, đảm bảo tính chính xác và hiệu quả trong quá trình đo lường.
Hình 2.3: Lắp đặt cảm biến DPD1R1 trong bể
Khi lắp tmi bể hở, cảm biến đo pH DPD1R1 có thể được lắp kèm theo phao cầu và gậy nối, gikp đầu dò nổi trên mặt nưic.
2.1.2 Cảm biến đo mức bùn a Giới thiệu chung
Cảm biến báo mức chất rắn DMNG xoay Kansai là thiết bị chuyên dụng để đo lường mức độ của các loại chất rắn như bột cám, cát, đá, và bùn Thiết bị này thường được sử dụng trong các bồn chứa, silo và tank để theo dõi mức xi măng một cách chính xác.
Cảm biến báo mức DMNG xoay được thiết kế và sản xuất bởi TMI Nhật Bản, thuộc hãng Kansai Sản phẩm này có trọng lượng nhẹ, hoạt động ổn định và độ tin cậy cao, phù hợp cho nhiều ứng dụng trong ngành công nghiệp.
Hình 2.4: Cảm biến đo mức độ bùn Kansai.
Cảm biến đo mức độ bùn Kansai được thiết kế với cấu trúc bên trong bao gồm một lò xo gắn vào bốn vị trí khác nhau, mỗi vị trí tương ứng với một lựa chọn lực xoay Chức năng này cho phép motor điều chỉnh cách quay một cách linh hoạt, rất hữu ích khi hoạt động trong môi trường có chất rắn và lực cản nhỏ.
Khi hoạt động, cảm biến báo mức rắn sử dụng một motor để quay trục và cánh liên tục Khi có vật tác động vào cánh, cánh sẽ ngừng quay, tạo ra lực tác động vào công tắc bên trong, khiến motor dừng lại Đồng thời, một công tắc khác sẽ phát tín hiệu báo trạng thái mức chất rắn.
Nguồn cấp: 200 đến 220 VAC, hoặc 100 đến 110 VAC, 50 hoặc 60 Hz.
Tốc độ cánh xoay: 0.83 rpm (50 Hz), 1 rpm (60Hz).
Chiều quay cánh xoay: Theo chiều kim đồng hồ.
Nhiệt độ homt động: 0-50 độ C.
Chiều dài cáp: Đi kèm dây dài 500mm.
IP: 55 chống bụi và chống nưic, 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 nhong thông số quan trọng nhất được sử dụng để xác định chất lượng nưic uống Độ đục được xem như một đặc điểm để nhận diện các tác nhân gây bệnh có trong nưic uống Trong nưic tự nhiên, đo độ đục được thực hiện để đánh giá chất lượng nưic nói chung và khả năng tương thích cla nó trong các ứng dụng liên quan đến sinh vật thuỷ sinh. Việc giám sát và xử lý nưic thải hoặc đp từng chỉ cần dựa trên sự kiểm soát độ đục Hiện nay, việc đo độ đục ở cuối cla quá trình xử lý nưic 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 sử dụng cảm biến, hệ điều chỉnh lưu lượng, hệ điều áp và van đối áp Nước đầu vào được bơm liên tục vào khoang chứa mẫu của cảm biến Thiết bị áp dụng phương pháp đo lường độ đục Nephelometric theo tiêu chuẩn châu Âu ISO 7027 và DIN EN 27027, với nguồn sáng hồng ngoại chiếu vào mẫu nước Cường độ ánh sáng truyền qua mẫu sẽ được cảm biến ghi nhận, từ đó máy tính toán và xuất ra giá trị độ đục với độ chính xác cao ±2% và ngưỡng đo từ 0-1000 NTU, điện áp đầu ra qua khâu khuếch đại là 0-10V Công nghệ này mang lại nhiều lợi điểm vượt trội.
Khi kiểm soát chu trình lọc bằng cảm biến độ đục quá trình lọc sẽ đmt được các lợi ích sau:
- Tăng lưu lượng nưic xử lý;
- Giảm thiểu lượng nưic rửa lọc;
- Tăng tuổi thọ vật liệu lọc;
- Kiểm soát hoàn toàn được chất lượng nưic và tối ưu hóa lưu lượng nưic xử lý;
- Chất lượng nưic xử lý tốt do khả năng đáp ứng vii tính chất nưic đầu vào;
- Công nghệ hiện đmi, truyền thông bằng SCADA, vận hành, cảnh báo lỗi;
- Giảm chi phí nhân công vận hành. d Các thức lắp đặt, kích thước
- Vị trí lắp đặt: cách vị trí lấy gần hơn 2-3m, nưic mẫu sẽ được bơm về thiết bị;
- Là dmng thiết bị indoor, cần có hộc tl chứa khi lắp ngoài trời;
- Hộc tl chứa cần trống tối thiểu 20cm phía trên để thao tác;
- Lưu lượng nưic 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, việc cung cấp khí cho các bể điều hòa và bể hiếu khí là rất quan trọng Bể điều hòa tập trung các nguồn nước thải để đảm bảo hoạt động liên tục và ổn định, giúp điều hòa lưu lượng và nồng độ nước thải, tránh tình trạng quá tải cho hệ thống xử lý Nước thải trong bể điều hòa được sục khí liên tục để tránh hiện tượng yếm khí dưới đáy bể Đối với bể xử lý hiếu khí bằng bùn lơ lửng, vi sinh vật hiếu khí sẽ tiếp nhận oxy và chuyển hóa chất hữu cơ thành thức ăn, từ đó giảm tải ô nhiễm trong nước thải Để đảm bảo quá trình nitrate hóa, cần tính toán chính xác lượng khí cấp vào bể Aerotank nhằm duy trì nồng độ oxy hòa tan luôn ở mức tối ưu.
Thiết bị cung cấp khí cho hệ thống.
Gồm: máy thổi khí Longtech-Đài Loan; đĩa/ống phân phối khí Longtech –Đài loan hoặc
Tính toán lượng khí cần cung cấp(m3/phkt) dựa vào nhong số liệu sau:
Công suất xử lý(m3/ngày đêm)/Thể tích bể cần sục khí(Dài x Rộng x Cao).
Hình 2.6: Hình dáng và sơ đồ nguyên lí máy thổi khí Tính toán lựa chọn máy thổi khí Longtech –Đài Loan
Lượng không khí cần cung cấp cho quá trình xử lý nưic thải tính theo công thức:
Vii Q – lưu lượng nưic thải tính toán (mtt 3/h);
D – Lượng không khí cần thiết để xử lý 1 m nưic thải (m khí/ m nưic thải); 3 3 3
H S p Áp lực cla máy thổi khí tính theo công thức :
Vii H – Độ ngập cla thiết bị phân tán khí trong nưic (m);s
Công suất cla máy thổi khí được tính theo công thức sau:
Vii Q – Tổng lưu lượng khí cấp cho bể xử lý (mK 3/h): n – Hệ số sử dụng hou ích cla máy thổi khí (lấy khoảng 0,5 – 0,75).
Dựa trên các tính toán kỹ thuật, chúng tôi đã lựa chọn máy thổi khí Longtech với các thông số phù hợp như lưu lượng khí, áp lực, công suất điện năng và kích thước chi tiết của máy, dựa trên 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/phkt.
Số lượng đĩa cần dùng = Lưu lượng máy thổi khí/lưu lượng đĩa thổi khí 30/0,1 = 300 cái.=
Việc lựa chọn thiết bị phân tán khí cần phù hợp với quy mô công trình, đảm bảo cường độ khí phân tán cao hơn giá trị tối thiểu để loại bỏ cặn bẩn ra khỏi các lỗ, nhưng phải thấp hơn giá trị tối đa để tránh tốc độ nổi không ổn định Đối với đĩa phân phối khí bọt mịn, kích thước bọt khí nên từ 1 – 6mm, trong khi đối với hệ ống đục lỗ và đĩa khí thô, kích thước bọt khí nên từ 2 – 10mm.
Lựa chọn máy khuấy chìm GM17A1T (GM17A471T1-4V2KA0) 1.1 Kw.
Máy khuấy chìm Faggiolati là thiết bị quan trọng trong hệ thống xử lý nước thải, hoạt động với động cơ và cánh quạt giúp khuấy trộn chất lỏng, hòa tan các hợp chất lắng và ngăn ngừa hiện tượng phân tầng Thiết bị này được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy và hồ nuôi trồng thủy sản, đảm bảo hiệu quả trong quá trình xử lý và cải thiện chất lượng nước.
Hình2.7 Một số hình ảnh về máy khuấy chìm :
Thông sôố kỹỹ thu tậ c a máỹ khuấốỹ chìm GM17A1T (GM17A471T1-4V2KA0) 1.1 Kwủ
Công suất cánh khuấy : 0.42 kw Đường kính cánh khuấy : 176 mm
Số cánh qumt : 2 cánh Điện áp : 380V (3phase) 50Hz
Sức đẩy : 120 N Cấp độ bảo vệ: IP68 Chuẩn cách điện Lip H (chịu nhiệt đến 180oC
Thân máy: Gang EN-GJL-250 Cánh qumt: Inox AISI 316
Trục: SUS AISI 420 Seal cơ khí trên: ceramic/graphite Seal cơ khí dưii: silicon carbide
Cấu tmo máy khuấy chìm GM17A1T (GM17A471T1-4V2KA0) :
Gồm 6 bộ phận cơ bản:
Hình 2.8 Sơ đồ cấu tmo máy khuấy chìm Faggiolati GM17A471T1-4V2AK0 :
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 phù hợp với nhiều ứng dụng khuấy trộn chất lỏng khác nhau, bao gồm cả nước thải có chứa rác và hạt rắn Với khả năng chống ăn mòn và chống nước tuyệt đối, máy đảm bảo độ bền và tuổi thọ cao trong quá trình sử dụng.
Máy khuấy chìm GIKP hoạt động để khuấy trộn nước thải trong môi trường không gây lắng đọng, giúp đồng nhất các thành phần trong nước thải Điều này tạo điều kiện thuận lợi cho vi sinh vật kỵ khí, thiếu khí hoặc hiếu khí phát triển bằng cách sử dụng nguồn oxy nội tại Nhờ vào hệ thống vi sinh vật này, nước thải có hàm lượng nitơ và photpho cao sẽ được xử lý đến nồng độ thích hợp trước khi xả thải ra bên ngoài.
Thiết bị đóng cắt điện tự động là một giải pháp đơn giản để kiểm soát mức chất lỏng, có khả năng truyền tải hai tín hiệu chính: mức thấp và mức cao Thiết bị này được thiết kế để nhận tín hiệu từ công tắc phao, từ đó có thể gửi cảnh báo khi mức chất lỏng đạt ngưỡng thấp hoặc cao, đồng thời khởi động hoặc dừng động cơ máy bơm.
Công tắc phao được phân loại dựa trên nguyên lý hoạt động thành hai loại chính: loại mở khi phao nổi lên và tắt khi phao chìm xuống, và loại mở khi phao chìm xuống và tắt khi phao nổi lên.
Nguyên lý hoạt động của hệ thống là khi nước đạt đến mức đầy trong bồn chứa, phao sẽ nổi lên, kích hoạt công tắc bên trong phao Điều này làm cho hai tiếp điểm được kết nối, cho phép bơm hoạt động hiệu quả.
Khi máy bơm hoạt động, nước sẽ được bơm từ từ lên bể chứa trên cao Khi mực nước tăng lên, phao sẽ hạ dần xuống, khiến viên bi trong phao rời khỏi tiếp điểm, làm hai tiếp điểm bị ngắt Do đó, máy bơm sẽ không hoạt động cho đến khi nước trong bể chứa được tích trữ đầy đủ.
Hình 2.9 : Sơ đồ nguyên lý công tắc pha d Máy bơm chìm nước thải
Máy bơm chìm nưic là dòng máy bơm có cấu tmo khá đặc biệt, đặt chìm dưii nưic để có thể đẩy nưic ngầm từ bên dưii lên.
Máy bơm chìm nưic có 2 lomi, mỗi lomi có cấu tmo khác nhau:
Máy bơm chìm nưic dmng ly tâm
Máy bơm nước Lomi hoạt động dựa trên lực ly tâm do cánh quạt của máy bơm chìm tạo ra, giúp đẩy nước ra khỏi ống bơm và nâng nước lên cao.
Máy bơm chìm nước dạng ly tâm hoạt động bằng cách hút nước từ bên dưới qua ống bơm và đẩy nước ra khỏi thân bơm, giúp vận chuyển nước lên bề mặt đất.
Kết luận
Chương này giúp bạn đọc hiểu rõ hơn về trang thiết bị trong hệ thống, bao gồm cách chọn lựa, sử dụng và kết quả đạt được Các thiết bị được lựa chọn dựa trên tiêu chuẩn và yêu cầu cụ thể của hệ thống, từ đó người dùng có thể tự do chọn thiết bị phù hợp để đảm bảo hệ thống hoạt động hiệu quả nhất.
LỰA CHỌN BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC VÀ THIẾT KẾ TRANG BỊ ĐIỆN
Giii thiệu về bộ điều khiển dùng trong hệ thống
Mỗi mối nối trong hệ thống đều có hình ảnh biểu thị điều kiện chuyển đổi trạng thái Khi điều kiện này được xác nhận là "True", hệ thống sẽ cho phép chuyển sang trạng thái tiếp theo Ví dụ, ngôn ngữ lập trình LD (Ladder Diagram) sử dụng các mối nối này để quản lý các trạng thái trong hệ thống.
Ngôn ngữ bậc thang, hay còn gọi là ngôn ngữ lập trình đồ họa, tương tự như cách mà các kỹ sư điện thiết kế và kết nối các bảng mạch điều khiển logic, bao gồm rơ-le, công-tắc-tơ và khởi đồng từ.
3.2 Giới thiê su mô st số PLC của h|ng MITSUBISHI ELECTRIC
Với nhu cầu ngày càng tăng về PLC trong công nghiệp, các nhà sản xuất đang nghiên cứu và phát triển nhiều loại PLC khác nhau để đáp ứng yêu cầu điều khiển cho các ứng dụng và quy mô đa dạng Các PLC này được thiết kế dựa trên nhiều đặc điểm như nguồn cấp điện, số lượng đầu vào và đầu ra, bộ xử lý, ngôn ngữ lập trình, khả năng xử lý số liệu, tốc độ xử lý cao, khả năng mở rộng với các module vào/ra và các chức năng chuyên dụng, cùng khả năng kết nối mạng.
3.3 Lựa chọn thiết bị cho hệ thống
MELSEC FX có nhiều phiên bản khác nhau, phụ thuộc vào bộ nguồn và công nghệ đầu ra Người dùng có thể lựa chọn giữa các bộ nguồn cung cấp 100 – 220 V AC, 24 V DC hoặc 12 – 24 V.
DC, ngõ ra là relay hoặc transistor.
Vii yêu cầu cla hệ thống cần sử dụng :
- 18 đầu vào digital, 2 đầu vào analog;
Vậy ta cần sử dụng bộ điều khiển phải đáp ứng đl 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.
3.4 Giới thiệu về bộ điều khiển dùng trong hệ thống
3.4.1 FX3U-64MR/ES-A a Bố trí của FX3U
Hình 3.3: Sơ đồ FX3U-64MR/ES-A
Hình 3.4: Kích thưic cla modul fx3u-64mr/es-a b Đặc tính kĩ thuật FX3U-64MT/ES-A:
- Bộ nhi EEPROM dung lượng lin, lên tii 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 gioa PCs và HMI;
- Sử dụng ngôn ngo lập trình chuẩn (Ladder);
- Có khe cắm thẻ nhi dmng cassetes;
- Tích hợp điều khiển vị trí;
– Bộ nhi 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 3.5: Sơ đồ chân cla 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 tmo ra nguồn 24V để sử dụng;
Để chọn số chân sử dụng cho COM chân, nếu chỉ sử dụng đầu ra từ Y0 đến Y3, cần nối COM1 xuống 0V khi sử dụng kiểu sink và nối lên 24V khi sử dụng kiểu source.
Modul FX3U-64MR/ES-A dung nguồn nuôi 220VAC
Tín hiệu vào có thể được chọn giữa hai loại: Source (PNP) và Sink (NPN) Đối với Source (PNP), cấp nguồn 24VDC vào hai chân 24V và 0V, nối chân S/S với 0V; khi các ngõ vào X nối với +24V thì tín hiệu được kích hoạt Ngược lại, với Sink (NPN), chân S/S được nối với chân 24V, và khi các ngõ vào X nối với 0V thì tín hiệu cũng sẽ được kích hoạt Đầu ra của hệ thống là relay, và nguồn cấp cho cơ cấu chấp hành có thể là 24VDC hoặc 220VAC, tùy thuộc vào yêu cầu của ứng dụng.
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
Hình 3.6: FX3U-4AD-ADP a Sơ đồ kích thước:
[1] trực tiếp gắn lỗ: 2 lỗ φ4.5 (0.18 ") (lắp vít: M4 vít);
[3] ĐIỆN LED (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 đkng vii thiết bị đầu cuối [24+] và[24-];
[7] LED A / D (màu đỏ): Đèn flash (tốc độ cao) trong A / D chuyển đổi;
[9] DIN rail rpnh lắp ráp (35 mm (1,38 ") rộng). b Sơ đồ chân: c Sơ đồ kết nối modul ANALOG
* 1 Đối FX3U series PLC (AC lomi điện), các nguồn cung cấp điện phục vụ 24V DC cũng có sẵn;
* 2 [FG] thiết bị đầu cuối và các [mass] thiết bị đầu cuối được kết nối trong nội bộ.
* 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 vii các đầu vào dòng điện , ngắn mmch [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 thưic bên ngoài, phần tên, và Terminal Layout:
[1] DIN rail gắn rpnh (DIN rail: DIN46277);
[3] khóa trượt bộ chuyển đổi đặc biệt. Được sử dụng để kết nối vii bộ điều hợp đặc biệt thêm vào phía bên trái cla đặc biệt này adapter.
[4] bộ chuyển đổi đặc biệt kết nối bao gồm:
Tháo nắp này để kết nối vii 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 vii FX3GC / FX3UC Dòng PLC.
Thắp sáng trong khi 24 V DC được cung cấp đkng vii thiết bị đầu cuối '24 + 'và '24 -'.
[7] Terminal block (lomi châu Âu):
Kết nối điện áp analog / tín hiệu hiện tmi, và 24 V cung cấp điện DC;
Bộ chuyển đổi đặc biệt được sử dụng để kết nối với đơn vị chính PLC, giúp tối ưu hóa hiệu suất và khả năng tương tác giữa các thiết bị.
[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 cla
Phân chia vào đầu vào đầu ra
3 V1_P1 – X002 : phao đo mực nưic số 1
4 V2_P2 – X003 : phao đo mực nưic số 2
5 V2_P3 – X004 : phao đo mực nưic số 3
6 V3_P4 – X005 : phao đo mực nưic số 4
7 V3_P5 – X006 : phao đo mực nưic số 5
8 V4_SB1 – X007 : sensor đo mức bùn thấp
9 V4_SB2 – X010 : sensor đo mức bùn cao
10 V5_P6L – X011 : phao đo mức nưic thấp
11 V5_P6M – X012 : phao đo mực nưic trung bình
12 V5_P6H – X013 : phao đo mực nưic cao
13 V6_P7 – X014 : phao đo mực nưic số 7 :
14 V6_P8 – X015 : phao đo mức nưic số 8
15 P_AX – X016 : phao đo mức axit
16 P_BZ – X017 : phao đo mức bazo
17 P_PAC – X020 : phao đo mức PAC
18 P_CLO – X021 : phao đo mức clo
-Output access : gồm 29 đầu ra.
1 K_TONG – Y000 : cuộn dây contactor tổng
Lựa chọn và tính toán thiết bị cho mmch động lực
5 V2_MSK1 – Y004 : cuộn dây contactor máy sục khí 1
7 V3_MK1 –Y006 : cuộn dây contactor máy khuấy 1
8 V3_MK2 – Y007 : cuộn dây contactor máy khuấy 2
9 V3_MK3 – Y010 : cuộn dây contactor máy khuấy 3
10 V3_AX1 –Y011 : cuộn dây contactor máy bơm axit1
11 V3_AX2 – Y012 ; cuộn dây contactor máy bơm axit 2
12 V3_BZ1 – Y013 : cuộn dây contactor máy bơm bazo 1
13 V3_BZ2 – Y014: cuộn dây contactor máy bơm bazo 2
14 V4_MK4 – Y015 : cuộn dây contactor máy khuấy 4
15 V4_MK5 – Y016 cuộn dây contactor máy khuấy 5
16 V4_BB – Y017 : cuộn dây contactor máy bơm bùn
17 V4_PAC1 – Y020 ; cuộn dây contactor máy bơm PAC 1
18 V4_PAC2 –Y021 : cuộn dây contactor máy bơm PAC 2
20 V5_BNS – Y023 : cuộn dây contactor máy bơm nưic smch
21 V5_MSK2 – Y024 ; cuộn dây contactor máy sục khí 2
22 V5_MK6 – Y025 : cuộn dây contactor máy khuấy 6
24 V6_CLO – Y027 : cuộn dây contactor máy bơm clo
25 V6_MK7 – Y030 : cuộn dây contactor máy khuấy 7
26 CCAX – Y031: cuộn dây contactor cung cấp axit
27 CCBZ – Y032: cuộn dây contactor cung cấp bazo
28 CCPAC – Y033: cuộn dây contactor cung cấp PAC
29 CCCL – Y034: cuộn dây contactor cung cấp Clo
3.5 Lựa chọn và tính toán thiết bị cho mạch động lực
3.5.1 Relay a Tổng quan: Rơ le (relay) là một công tắc chuyển đổi homt động bằng điện Nói là một công tắc vì rơ le có 2 trmng thái ON và OFF Rơ le ở trmng thái ON hay OFF phụ thuộc vào có dòng điện chmy qua rơ le hay không.
Hình bên là kí hiệu cla rơ le trong kỹ thuật Còn về ý nghĩa kí hiệu thì phần tiếp theo sẽ giải thích.
Hình 3.7 relay b Nguyên tắc hoạt động:
Khi dòng điện chạy qua rơ le, nó sẽ đi qua cuộn dây bên trong và tạo ra một từ trường Từ trường này tác động lên đòn bẩy, dẫn đến việc đóng hoặc mở các tiếp điểm điện, từ đó thay đổi trạng thái của rơ le Số lượng tiếp điểm điện có thể thay đổi từ 1 đến nhiều, tùy thuộc vào thiết kế của rơ le.
Rơ le có hai mạch độc lập hoạt động, trong đó một mạch điều khiển cuộn dây của rơ le, quyết định dòng điện có qua cuộn dây hay không, tức là điều khiển trạng thái ON hoặc OFF của rơ le Mạch còn lại kiểm soát dòng điện cần điều chỉnh, xác định liệu dòng điện có đi qua rơ le dựa trên trạng thái ON hoặc OFF của nó.
Dòng điện qua cuộn dây để điều khiển rơ le thường dao động từ 30mA đến 100mA với điện áp 12V Hầu hết các con chip không thể cung cấp dòng điện này, vì vậy cần sử dụng một BJT để khuếch đại dòng nhỏ ở ngõ ra IC thành dòng lớn hơn, đáp ứng yêu cầu cho rơ le hoạt động hiệu quả.
Chk ý Tuy vậy, IC 555 có dòng điện ngõ ra có thể lên tii 200mA, vì thế vii IC 555 thì không: cần một BJT để khuếch đmi dòng.
Hình ảnh minh họa cách hoạt động của rơ le VII với cuộn dây và các tiếp điểm điện Khi dòng điện chạy qua cuộn dây, nó tạo ra một lực đẩy, làm mở các tiếp điểm điện, từ đó ngăn chặn dòng điện cần kiểm soát đi qua rơ le Ngược lại, dòng điện chạy qua cuộn dây không ảnh hưởng đến dòng điện cần kiểm soát.
Trên rơ le có 3 kí hiệu là: NO, NC và COM.
COM (chân chung) là chân luôn được kết nối với một trong hai chân còn lại Việc kết nối của nó với chân nào phụ thuộc vào trạng thái hoạt động của rơ le.
NO ( ormally pen): Khi rơ le ở trmng thái ON (có dòng chmy qua cuộn dây) thì chânN O
COM sẽ được nối vii chân này.
Kết nối COM và NC để có dòng điện điều khiển khi rơ le ở trạng thái OFF, và khi rơ le ON, dòng điện sẽ bị ngắt Ngược lại, hãy nối COM và NO Để chọn rơ le phù hợp, cần xem xét các thông số kỹ thuật và ứng dụng cụ thể.
Bmn cần phải quan tâm đến kích thưic và kiểu chân để chọn một rơ le phù hợp vii mmch điện cla mình.
Bmn cần phải quan tâm đến điện áp điều khiển cuộn dây cla rơ le Có thể là 5V, 12V hoặc 24V Mmch bmn thiết kế cung cấp điện áp nào?
Bmn phải quan tâm đến điện trở cla cuộn dây Vì điều này sẽ ảnh hưởng đến dòng cần cung cấp cho cuộn dây homt động I = U / R.
Ví dụ, khi chọn một rơ le với điện áp hoạt động 12V và cuộn dây có điện trở 400 Ohm, dòng điện cần thiết là 30mA Dòng điện này có thể được IC 555 cung cấp, nhưng hầu hết các IC khác không đủ khả năng, do đó cần sử dụng một BJT để khuếch đại dòng điện.
Ngoài ra, bmn cần tìm rơ le có số tiếp điểm đóng mở phù hợp.Trong hệ thống này sử dụng lmi relay 24V DC , dòng homt động là 1A
3.5.2 Công tắc tơ a Định nghĩa:
Công tắc tơ là khí cụ điện dùng để đóng ngắt thường xuyên các mmch 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, nó sẽ tạo ra từ thông F và sinh ra lực hót điện từ F Lực hót điện từ này lớn hơn lực phản lực, khiến nắp của nam châm điện bị kéo về phía mmch từ tĩnh Kết quả là 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 lomi sau:
Công tắc tơ đóng ngắt tiếp điểm bằng điện từ;
Công tắc tơ đóng ngắt tiếp điểm bằng thly lực;
Công tắc tơ đóng ngắt tiếp điểm bằng khí nén;
Công tắc tơ không tiếp điểm.
Theo dmng dòng điện trong mmch:
Công tắc tơ điện một chiều dùng để đóng ngắt mmch điện một chiều Nam châm điện cla nó là nam châm điện một chiều;
Công tắc tơ điện xoay chiều dùng để đóng ngắt mmch điện xoay chiều Nam châm điện cla nó là nam châm điện xoay chiều.
Trong thực tế, có lomi công tắc tơ được sử dụng để đóng ngắt mạch điện xoay chiều, tuy nhiên, nam châm điện CLA lại là nam châm điện một chiều Các yêu cầu cơ bản của tắc công tơ Điê jn bao gồm áp định mức Uđm.
Là điê jn áp cla mmch điê jn tương ứng mà tiếp điểm chính phải đóng/cắt, có các cấp: + 110V, 220V, 440V mô jt chiều và 127V, 220V, 380V, 500V xoay chiều.
Cuô jn hkt có thể làm viê jc bình thường ở điê jn áp trong giii hmn từ 85% đến 105%Uđm.
Dòng điê jn định mức Iđm
Dòng điện đi qua tiếp điểm chính trong chế độ làm việc gián đoạn - lâu dài, có nghĩa là trong chế độ này, thời gian công tắc tơ ở trạng thái đóng không được kéo dài quá 8 giờ.
Công tắc tơ hm áp có các cấp dòng thông dụng từ 10A đến 600A Khi lắp đặt công tắc tơ trong môi trường có nhiệt độ cao, dòng điện định mức nên được chọn thấp hơn 10% để đảm bảo hiệu suất làm mát Đối với các ứng dụng dài hạn, nên lựa chọn dòng điện định mức nhỏ hơn mức tối đa để đảm bảo an toàn và hiệu quả cho hệ thống động cơ.
=> Chọn lomi công tắc tơ có U = 220V, I = 150Ađm đm
3.5.3 LỰA CHỌN ÁPTÔMÁT a Định nghĩa
Aptomat là thiết bị điện tự động có chức năng ngắt mạch điện, bảo vệ khỏi quá tải, ngắn mạch và sụt áp Ngoài ra, aptomat còn được sử dụng trong kỹ thuật để thực hiện việc đóng cắt không thường xuyên cho các mạch điện hoạt động ở chế độ bình thường.
Hình 3.8: aptomat b Chức năng của aptomat
Aptomat (MCB hay MCCB) được thiết kế với hai hoặc ba cấp tiếp điểm, bao gồm tiếp điểm chính, tiếp điểm phụ và tiếp điểm 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 sẽ mở trước, sau đó là tiếp điểm phụ, và cuối cùng là tiếp điểm hồ quang Điều này giúp hồ quang chỉ xảy ra tại tiếp điểm hồ quang, bảo vệ tiếp điểm chính và ngăn chặn hư hại Việc sử dụng tiếp điểm phụ cũng nhằm mục đích ngăn ngừa hồ quang lan rộng và gây hư hại cho tiếp điểm chính Một aptomat cần đáp ứng các yêu cầu nhất định để đảm bảo hiệu suất và độ an toàn trong quá trình sử dụng.
Bản vẽ sơ đồ hệ thống
Chương này cung cấp thông tin về cách lựa chọn bộ điều khiển CPU, modul mở rộng đầu vào analog, và các thiết bị bảo vệ như relay, aptomat, và contactor, giúp người đọc hiểu rõ hơn về các thành phần quan trọng trong hệ thống điều khiển.
Kết luận
THIẾT KẾ SƠ ĐỒ THUẬT TOÁN VÀ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN
Sơ đồ thuật toán
Chương này giúp người đọc hiểu rõ hơn về cách điều khiển hệ thống thông qua lưu đồ thuật toán và chương trình điều khiển Mỗi người có thể viết chương trình điều khiển theo cách riêng của mình, miễn là hệ thống hoạt động đúng theo mong muốn của người sử dụng.
Kết luận
Chương này giúp người đọc hiểu rõ hơn về cách điều khiển hệ thống thông qua lưu đồ thuật toán và chương trình điều khiển Mỗi cá nhân có thể viết chương trình điều khiển theo cách riêng, miễn là hệ thống hoạt động đúng theo mong muốn của người sử dụng.
