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 các dây chuyền sản xuất và hoạt động sinh hoạt của công nhân được thu gom và dẫn chảy tự nhiên qua bộ lọc rác thô nhờ trọng lực Rác thải lớn như cát, đá vụn, gỗ, giấy, giẻ, nylon được giữ lại để ngăn ngừa sự cố trong quá trình vận hành, như tắc bơm và đường ống, đảm bảo an toàn và thuận lợi cho hệ thống Việc lấy rác thải này lên thường xuyên là cần thiết để tránh tắc 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 nhỏ, giúp hạn chế tối đa rác thải 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 có chức năng lọc các loại bùn và rác nhỏ, giúp cải thiện chất lượng nước trước khi nước 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
Khi hoạt động bắt đầu, mương lắng cát chưa có nước, dẫn đến phao V1.P1 trong bể hạ thấp, làm mạch điện trong phao hở ra Điều này gửi tín hiệu đến van, mở ra để nước từ bên ngoài chảy vào bể lắng cát.
Khi bể nước đầy, phao V1.P1 sẽ nổi lên và đóng mạch điện, gửi tín hiệu để van tự động đóng lại, ngăn không cho nước tràn ra ngoài.
Phao V1.P1 có vai trò điều khiển van tự động V1.V1, cho phép nước thải chảy vào mương lắng cát Hệ thống sử dụng cảm biến để 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 mực nước trong mương lắng cát tăng lên, làm cho phao V1.P1 nổi lên và 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 bởi hai phao mức thấp và phao mức cao Hai phao V2.P2 và V2.P3 có chức năng 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 giảm xuống dưới mức của phao, mạch điện sẽ hở, không có tín hiệu gửi đi, dẫn đến việc hai 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 sẽ đóng lại, tín hiệu Digital từ V2.P2 sẽ khởi động máy bơm V2.B1, và nếu mực nước giảm, máy bơm sẽ ngừng hoạt động Đồng thời, máy sục khí V2.MSK1 cũng sẽ được khởi động và ngừng khi mực nước giảm Phao V2.P3 là cảm biến mức cao, khi mực nước thấp hơn phao này, mạch điện sẽ hở ra, không có tín hiệu gửi đi Khi mực nước đạt hoặc cao hơn phao V2.P3, mạch điện kín, tín hiệu Digital từ V2.P3 sẽ khởi động cả hai bơm V2.B1 và V2.B2, hoạt động luân phiên để kéo dài tuổi thọ bơm Hệ thống đảm bảo không xảy ra tình trạng nước tràn nhờ vào việc kiểm soát lượng nước vào từ mương lắng cát bằng trọng lực 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 quá mức cho phép Cấu tạo của bể này bao gồm hai ngăn, giúp ngăn chặn tình trạng nước chảy qua bồn trung hòa quá nhiều; nước thừa sẽ tự động chảy trở lại bể cân bằng Nguyên lý hoạt động của hệ thống này là nước thải từ bể cân bằng sẽ được bơm lên bồn định lượng bằng một trong hai bơm V2.B1 hoặc V2.B2, sau đó nước sẽ chảy tự nhiên xuống bể trung hòa.
Nước được bơm lên ngăn thứ nhất sẽ tràn sang ngăn thứ hai, và từ đó, nước thải sẽ tự động chảy trở lại bể cân bằng.
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, giúp ngăn ngừa hiện tượng ăn mòn và bảo vệ vật liệu của hệ thống ống dẫn cũng như công trình thoát nước Mục tiêu chính của bể này là đảm bảo rằng nước thải, đặc biệt là từ các nguồn công nghiệp có tính axit, không gây hại cho các nguồn nước tiếp nhận như sông, ngòi, ao hồ.
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 hoạt động của máy khuấy V3.MK1, bơm V2.B1, V2.B2, và van tự động V3.V4 Khi mức nước trong bể trung hòa giảm xuống dưới mức cảm biến 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 hòa, trong khi van V3.V2 sẽ ở trạng thái đóng.
Khi mực nước đạt hoặc vượt mức phao V3.P5 (do cảm biến V3.V2 tác động), hai bơm V2.B1 và V2.B2 sẽ ngừng hoạt động Tiếp theo, quá trình trung hòa pH sẽ được thực hiện Phao V3.P5 kết hợp với thiết bị đo pH chuyên dụng có thang đo 14 để điều khiển các thiết bị V3.MK1, V3.MK2, V3.MK3 cùng với các bơm AX và BZ.
Kết luận
Xử lý nước thải công nghiệp yêu cầu kỹ thuật cao và chất lượng nước đầu ra phải tuân thủ 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 từ nhiều nguồn khác nhau thường chứa các thành phần hóa học có tính axit hoặc bazo, do đó việc lắp đặt cảm biến đo độ pH trong các hệ thống xử lý là rất cần thiết Tại bể trung hòa nước thải, việc giám sát và kiểm soát độ pH được thực hiện thông qua các công nghệ xử lý nhằm đưa độ pH về khoảng 6.5 - 7.5 trước khi thải ra nguồn tiếp nhận hoặc sử dụng cho các công nghệ xử lý tiếp theo.
Điện cực pH được cấu tạo từ hai loại thủy tinh: một loại không dẫn điện cho thân điện cực và một loại có hình bầu cho đầu điện cực, được làm từ thủy tinh chứa oxit silica, lithium, canxi cùng các nguyên tố khác cho phép ion lithium xuyên qua Cấu trúc này cho phép ion lithium trao đổi với ion hydro trong chất lỏng, tạo thành lớp thủy hợp Sự khác biệt điện thế giữa đầu thủy tinh pH và dung dịch bên ngoài, phụ thuộc vào giá trị pH, 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 ghi nhận và chuyển đổi thành giá trị pH Việc chọn cảm biến đo độ pH phù hợp là rất quan trọng để đảm bảo độ chính xác trong các phép đo.
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 được thiết kế đặc biệt để theo dõi mức độ của các loại chất rắn như bột cám, cát, đá, và bùn trong các bồn chứa, silo và tank, bao gồm cả báo mức xi măng Sản phẩm này được sản xuất tại Nhật Bản bởi hãng Kansai, nổi bật với trọng lượng nhẹ, khả năng hoạt động ổn định và độ tin cậy cao Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của cảm biến này cho phép nó thực hiện nhiệm vụ giám sát mức chất rắn một cách hiệu quả.
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 Bên trong cảm biến, có một lò xo kết nối với bốn vị trí, mỗi vị trí tương ứng với một lựa chọn về lực xoay và momen xoắn của motor cánh quay Chức năng này rất hữu ích khi sử dụng trong môi trường chất rắn với lực cản nhỏ.
Nguyên lý hoạt động của cảm biến báo mức chất rắn dựa vào một motor chuyển động, giúp trục và cánh xoay liên tục Khi có vật tác động vào cánh xoay, cánh sẽ ngừng lại, tạo ra lực tác động vào công tắc bên trong, khiến motor dừng quay Đồng thời, một công tắc khác sẽ kích hoạt tín hiệu báo trạng thái mức chất rắn Việc lựa chọn cảm biến đo mức bùn cần được thực hiện cẩn thận để đảm bảo hiệu quả và độ chính xác.
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 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 của cảm biến Thiết bị này đo lường độ đục theo tiêu chuẩn châu Âu ISO 7027 và DIN EN 27027, với nguồn sáng hồng ngoại chiếu vào khoang chứa nước để xác định cường độ ánh sáng dẫn truyền.
Cảm biến sẽ ghi nhận 19 mẫu nước và dựa trên giá trị cường độ ánh sáng bị giảm để xác định độ đục của nước Thiết bị này có độ chính xác cao ±2% với ngưỡng đo từ 0-1000 NTU và điện áp đầu ra đã qua khuếch đại là 0-10V Công nghệ này mang lại nhiều lợi ích vượt trội 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 nhằm đảm bảo hoạt động liên tục và ổn định Bể điều hòa tập trung nước thải từ nhiều nguồn, giúp điều chỉnh lưu lượng và nồng độ nước thải, tránh quá tải cho hệ thống xử lý Nước thải trong bể này được sục khí liên tục để ngăn ngừa hiện tượng yếm khí Bể xử lý sinh học hiếu khí bằng bùn hoạt tính là phần quan trọng nhất trong quá trình xử lý, nơi vi khuẩn hiếu khí chuyển hóa chất hữu cơ thành thức ăn, giảm ô nhiễm Để đảm bảo hiệu quả của quá trình Nitrate hóa, cần cung cấp đủ oxy cho bể Aerotank.
20 cần phải tính toán chính xác lượng khí cấp vào bể nhằm duy trì DO trong bể đảm bảo nống độ oxy hòa tan luôn >2mg/l
Thiết bị cung cấp khí cho hệ thống bao gồm máy thổi khí Longtech từ Đài Loan và đĩa hoặc 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 lựa chọn Model máy thổi khí Longtech với các thông số phù hợp về lưu lượng khí, áp lực máy, công suất điện năng và kích thước chi tiết, theo catalog của nhà sản xuất.
Để tính toán số lượng đĩa hoặc ống phân phối khí cần thiết, có thể sử dụng đĩa phân phối khí bọt mịn với lưu lượng từ 0.02 đến 0.2 m³/phút Việc lựa chọn đúng loại đĩa sẽ giúp tối ưu hóa hiệu quả phân phối khí trong hệ thống.
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 phải nhỏ hơn giá trị tối đa để giữ vận tốc nổi không quá lớn, đảm bảo 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 gắn đầu trục và cánh quạt, máy giúp khuấy trộn chất lỏng hiệu quả, hòa tan các hạt lắng và ngăn ngừa hiện tượng phân tầng Sản phẩm này được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy và hồ nuôi trồng thủy sản.
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 khác nhau, đặc biệt là nước thải có chứa rác và hạt rắn Với khả năng chống ăn mòn và nước, máy đảm bảo tuổi thọ lâu dài Nguyên lý hoạt động của máy giúp khuấy trộn nước thải, tạo ra môi trường đồng nhất, ngăn ngừa lắng đọng và khuyến khích sự phát triển của vi sinh vật kỵ khí, thiếu khí và hiếu khí Nhờ vào hệ thống vi sinh vật này, nước thải có hàm lượng nitơ và photpho cao được xử lý đến nồng độ an toàn trước khi 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: mức thấp và mức cao Mạch của thiết bị có thể được thiết kế để ngăn chặn hoặc khởi động một số quá trình bằng cách tiếp nhận tín hiệu từ công tắc phao Quy trình chung của thiết bị là gửi cảnh báo khi mức chất lỏng thấp hoặc cao, đồng thời có thể khởi động hoặc dừng động cơ máy bơm.
Công tắc phao được phân loại dựa trên nguyên lý hoạt động thành 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 công tắc phao rất quan trọng để hiểu cách thức hoạt động của thiết bị này.
Hình 2.6: Sơ đồ nguyên lý công tắc pha
Nguyên lý hoạt động của hệ thống này dựa trên việc sử dụng phao để kiểm soát mức nước Khi nước đạt đến mức tối đa, phao sẽ nâng lên, kết nối viên bi trong phao với công tắc, cho phép máy bơm hoạt động Nước sẽ được bơm lên bể chứa trên cao, khiến phao hạ xuống và viên bi rời khỏi tiếp điểm, ngắt kết nối và dừng hoạt động của máy bơm Quá trình này tiếp tục cho đến khi bể chứa đầy đủ nước.
2.2.4 Máy bơm chìm nước thải a) Giới thiệu chung
Máy bơm chìm nước là thiết bị đặc biệt được thiết kế để hoạt động dưới nước, giúp đẩy nước ngầm lên bề mặt Có hai loại máy bơm chìm nước, mỗi loại có cấu tạo riêng Loại máy bơm chìm nước dạng ly tâm hoạt động dựa trên lực ly tâm do cánh quạt tạo ra, giúp đẩy nước ra khỏi ống bơm và đưa nước lên cao.
Máy bơm chìm nước dạng tích cực hoạt động bằng cách tạo ra môi trường chân không trong ống bơm, giúp đẩy nước ra khỏi thân máy 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 điện phổ biến dùng để kiểm soát dòng chảy của chất khí hoặc lỏng Nguyên lý hoạt động của van này dựa vào việc mở hoặc đóng dòng chảy nhờ lực tác động từ 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 tìm hiểu thông tin về thiết bị trong hệ thống là rất quan trọng để xây dựng nhà máy hiệu quả và tiết kiệm chi phí Chương 2 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 thông tin này sẽ hỗ trợ cho việc nghiên cứu và xây dựng nội dung cho 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) ra đời năm 1969, đánh dấu bước tiến lớn 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 dựa trên dạng giản đồ hình thang (The diagroom format) Đầu thập niên 1970, PLC còn tích hợp khả năng vận hành với thuật toán hỗ trợ và xử lý dữ liệu cập nhật Sự phát triển của màn hình CRT đã cải thiện đáng kể giao tiếp giữa người điều khiển và hệ thống lập trình.
Sự phát triển của phần cứng và phần mềm từ năm 1975 đã thúc đẩy sự tiến bộ mạnh mẽ của hệ thống PLC, với khả năng mở rộng đáng kể như 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 cũng đã phát triển kỹ thuật kết nối nhiều hệ thống PLC riêng lẻ thành một hệ thống chung, nâng cao hiệu suất của từng hệ thống Đồng thời, tốc độ xử lý và chu kỳ quét của hệ thống được cải thiện, cho phép 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 hiện 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.
PLC, viết tắt của Programmable Logic Controller, là thiết bị điều khiển lập trình có khả năng thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic.
Ngôn ngữ lập trình cho phép người sử dụng lập trình các trình tự sự kiện, được kích hoạt bởi các tác nhân kích thích như ngõ vào hoặc qua các hoạt động có độ trễ như thời gian định thì và các sự kiện được đếm Khi sự kiện được kích hoạt, nó 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.
Bộ điều khiển PLC được phát triển để khắc phục nhược điểm của bộ điều khiển dùng dây nối (bằng Relay), cho phép người sử dụng lập trình tín hiệu đầu vào và đầu 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 PLC, phần cứng CPU và chương trình là yếu tố cốt lõi cho quá trình điều khiển hệ thống Chương trình xác định chức năng mà bộ điều khiển cần thực hiện và được nạp vào bộ nhớ của PLC Việc điều khiển sẽ dựa vào chương trình này, cho phép thay đổi hoặc mở rộng chức năng của quy trình công nghệ một cách dễ dàng chỉ bằng cách điều chỉnh chương trình trong bộ nhớ mà không cần can thiệp vật lý như 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 có nhiều ưu điểm về phần cứng và phần mềm, đáp ứng hầu hết các yêu cầu Ngoài ra, PLC còn có khả năng kết nối mạng và tích hợp thiết bị ngoại vi cao, giúp việc điều khiển trở nên dễ dàng hơn.
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 bao gồm cả đơn vị lập trình, có thể là bằng tay hoặc qua máy tính Các đơn vị lập trình này thường được trang bị đủ RAM để lưu trữ thông tin cần thiết.
Chương trình PLC có thể được lưu trữ dưới dạng hoàn thiện hoặc bổ sung Đối với các đơn vị lập trình xách tay, RAM thường sử dụng loại CMOS với pin dự phòng Chương trình chỉ được chuyển 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 thông qua các cổng như RS232, RS422, RS458, và nhiều loại khác.
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 bằng cách đọc và kiểm tra chương trình lưu trữ trong bộ nhớ Sau đó, CPU thực hiện từng lệnh theo thứ tự, đóng hoặc ngắt các đầu ra Các trạng thái ngõ ra này được phát tới các thiết bị liên kết để thực thi, và toàn bộ hoạt động thực thi phụ thuộc vào chương trình điều khiển 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 hệ thống PLC, dữ liệu được truyền 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 tải thông tin đồng thời.
8 bit của 1 byte một cách đồng thời hay song song
Khi một module đầu vào nhận địa chỉ từ Address Bus, nó sẽ truyền tất cả trạng thái đầu vào của mình qua Data Bus Nếu một địa chỉ byte của 8 đầu ra xuất hiện trên Address Bus, module đầu ra tương ứng sẽ nhận dữ liệu từ Data Bus Control Bus sẽ gửi các tín hiệu điều khiển để theo dõi chu trình hoạt động của PLC Các địa chỉ và số liệu được truyền lên các Bus tương ứng trong một khoảng thời gian hạn chế.
Hệ thống Bus đóng vai trò quan trọng trong việc trao đổi thông tin giữa CPU, bộ nhớ và các thiết bị I/O CPU nhận xung Clock với tần số từ 1 đến 8 MHz, điều này ảnh hưởng đến tốc độ hoạt động của PLC và cung cấp các yếu tố về định thời và đồng hồ cho toàn bộ 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 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 tất cả các vị trí được đánh số, tương ứng với địa chỉ trong bộ nhớ Địa chỉ của từng ô nhớ được quản lý bởi bộ đếm địa chỉ trong bộ vi xử lý, và bộ vi xử lý sẽ tăng giá trị của bộ đếm này lên một trước khi thực hiện lệnh tiếp theo Khi có địa chỉ mới, nội dung của ô nhớ tương ứng sẽ được đưa ra, quá trình này gọi là quá trình đọc.
Lựa chọn thiết bị cho hệ thống
MELSEC FX có nhiều phiên bản khác nhau, phù hợp với từng loại nguồn cấp và công nghệ ngõ ra Người dùng có thể lựa chọn giữa các nguồn cung cấp như 100 – 220 V AC hoặc 24 V DC.
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
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 xác định số chân hoạt động, ví dụ, nếu chỉ cần sử dụng đầu ra từ Y0 đến Y3, thì cần nối COM1 xuống 0V cho kiểu sink hoặc nối lên 24V cho kiểu source.
Modul FX3U-64MR/ES-A hoạt động với nguồn nuôi 220VAC Tín hiệu vào có thể được lựa chọn theo hai chế độ: Source (PNP) với nguồn 24VDC kết nối vào hai chân 24V và 0V, đồng thời nối chân S/S với 0V; khi các ngõ vào X kết nối với +24V thì tín hiệu sẽ được kích hoạt Chế độ Sink (NPN) yêu cầu nối chân S/S với chân 24V, và tín hiệu sẽ được kích hoạt khi các ngõ vào kết nối với 0V.
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
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 Lưu ý rằng không có thiết bị đầu cuối FG cho CH1; khi sử dụng CH1, cần kết nối trực tiếp với 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, giúp tối ưu hóa hiệu suất và khả năng tương tác của 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 sẽ đi qua cuộn dây bên trong, tạo ra một từ trường hút Từ trường này tác động lên đòn bẩy bên trong, dẫn đến việc đóng hoặc mở 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, xác định trạng thái ON hoặc OFF của rơ le, và một mạch kiểm soát dòng điện đi qua rơ le, phụ thuộc vào trạng thái của mạch điều khiển.
Dòng điện điều khiển rơ le thường khoảng 30mA với điện áp 12V, có thể lên tới 100mA Hầu hết các con chip không đủ khả năng cung cấp dòng này, do đó cần sử dụng một BJT để khuếch đại dòng nhỏ từ ngõ ra IC thành dòng lớn hơn, phục vụ cho việc điều khiển rơ le.
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 và mở các tiếp điểm điện, ngăn chặn dòng điện cần kiểm soát đi qua rơ le Điều này cho thấy dòng điện trong cuộn dây không ảnh hưởng đến dòng điện cần điều khiển Trên rơ le có ba ký hiệu quan trọng: NO (Normally Open), NC (Normally Closed) và COM (Common).
COM (chân chung) luôn được kết nối với một trong hai chân còn lại, và sự kết nối này 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
Khi cần điều khiển dòng điện khi rơ le ở trạng thái OFF, hãy kết nối COM và NC Ngược lại, khi rơ le ở trạng thái ON, dòng điện sẽ bị ngắt, do đó cần nối COM và NO Để đảm bảo hiệu quả, việc chọn rơ le phù hợp là rất quan trọng.
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 một 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 hầu hết các IC khác không đáp ứng được yêu cầu, vì vậy 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
Việc điều khiển đóng ngắt công tắc tơ có thể thực hiện thông qua các phương pháp như điện từ, thủy lực hoặc khí nén, trong đó công tắc tơ điện từ là phương pháp được sử dụng phổ biến nhất.
Khi dòng điện được cung cấp cho cuộn dây của nam châm điện, nó tạo ra từ thông F và sinh ra lực hót điện từ F đt Lực hót điện từ này lớn hơn lực phản lực, khiến nắp nam châm điện bị hút về phía mạch từ tĩnh, dẫn đến việc 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
Công tắc tơ không chỉ được sử dụng để đóng ngắt mạch điện xoay chiều mà còn có loại 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 mà tiếp điểm chính phải đóng hoặc 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 qua tiếp điểm chính trong chế độ làm việc gián đoạn và lâu dài, với thời gian công tắc tơ đóng không 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
49 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 tự động có chức năng cắt mạch để 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 hoạt động ở chế độ bình thường.
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 Cách thức này giúp hồ quang chỉ cháy trên tiếp điểm hồ quang, từ đó đảm bảo an toàn và bảo vệ hệ thống.
Để dẫn điện hiệu quả, cần sử dụng 50 tiếp điểm chính và bổ sung tiếp điểm phụ nhằm ngăn ngừa hiện tượng hồ quang gây hư hại cho tiếp điểm chính Aptomat cần đáp ứng đầy đủ các yêu cầu kỹ thuật để đảm bảo an toàn và hiệu suất hoạt động.
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
