GIỚI THIỆU NHÀ MÁY XỬ LÝ NƯỚC
Công nghệ xử lý nước sạch
Nước sạch là yếu tố quan trọng trong đời sống và sản xuất hàng ngày Để đảm bảo cung cấp đủ lưu lượng và chất lượng nước, các nhà máy nước cần tuân thủ các yêu cầu nghiêm ngặt Chất lượng nước chủ yếu phụ thuộc vào quy trình và công nghệ xử lý Quy trình xử lý nước sạch bao gồm 5 công đoạn chính.
Hình 1.1 Công nghệ xử lý nước sạch
Giai đoạn 1: Thu nước thô
Nguồn nước thô từ hồ chứa được dẫn vào công trình thu qua các họng thu đục lỗ, giúp loại bỏ vật nổi và lơ lửng, bảo vệ thiết bị và nâng cao hiệu quả làm sạch Nước tự chảy qua ống về bể sơ lắng, nơi tạo điều kiện cho quá trình tự làm sạch, oxy hóa và điều hòa lưu lượng Sau đó, nước từ bể sơ lắng chảy qua song chắn rác vào trạm nước thô để loại bỏ cặn rác, trước khi được bơm vào trạm xử lý.
Giai đoạn 2: Xử lý hóa học, ổn định chất lượng nước
Mục đích của giai đoạn này là biến đổi tính chất, chất lượng, số lượng và kích thước các thành phần trong nguồn nước thô, đặc biệt là các chất ô nhiễm, từ dạng phức tạp khó xử lý sang dạng đơn giản dễ xử lý Điều này tạo điều kiện thuận lợi cho giai đoạn xử lý tiếp theo Nguồn nước thô từ trạm được bơm vào thiết bị hòa trộn, nơi thực hiện các công đoạn như châm hóa chất điều chỉnh pH, hóa chất keo tụ PAC và hóa chất trợ keo tụ Polymer.
Giai đoạn 3: Xử lý hóa lý cao tải tích hợp là bước quan trọng nhất trong hệ thống xử lý nước Sau khi nước được hòa trộn hóa chất, nó sẽ đi vào thiết bị lắng Lamella cao tải tích hợp Tại đây, nước được dẫn qua ngăn phản ứng thủy lực, nơi các hạt cặn nhỏ và hóa chất va chạm, kết dính với nhau, tạo ra bông cặn lớn hơn Sau đó, nước được phân phối đều xuống vùng lắng, nơi các hạt cặn tiếp tục va chạm và tăng kích thước Bùn sẽ trượt xuống đáy phễu và được xả định kỳ vào bể chứa bùn Cuối cùng, nước sẽ được dẫn đến thiết bị lọc trọng lực tự rửa, qua lớp vật liệu lọc chuyên dụng, đảm bảo độ đục của nước đạt yêu cầu cho nguồn nước sinh hoạt.
Nước sạch được tạo ra từ thiết bị lọc được châm hóa chất khử trùng, thường là dung dịch Javel điện phân, trước khi dẫn vào bể chứa nước lưu trữ Mục tiêu của việc châm hóa chất này là tiêu diệt hoàn toàn vi khuẩn có trong nguồn nước và duy trì hàm lượng clo dư theo quy định, nhằm ngăn chặn vi khuẩn tái xâm nhập trong quá trình lưu trữ và sử dụng.
Giai đoạn 5: Lưu trữ và cấp vào mạng sử dụng
Nước sau khi được xử lý đạt yêu cầu hóa lý và vi sinh sẽ được dẫn vào bể lưu trữ trước khi được bơm vào mạng sử dụng Bể lưu trữ được tính toán kỹ lưỡng nhằm đảm bảo khả năng điều tiết và dự phòng cho nhà máy trong giờ cao điểm hoặc khi xảy ra sự cố Hệ thống bơm cấp 2 được thiết kế và lắp đặt để đảm bảo hoạt động ổn định, đồng thời giảm chi phí vận hành.
Các thiết bị sử dụng trong hệ thống cung cấp nước
Trạm bơm là thiết bị tiêu thụ điện năng lớn nhất trong nhà máy nước, ảnh hưởng đáng kể đến chi phí vận hành Nó có vai trò quan trọng trong việc bơm nước từ sông đến công trình thu nước, vận chuyển hóa chất đến khu vực xử lý, và cung cấp nước sạch đã qua xử lý đến các địa điểm tiêu thụ.
Việc sử dụng biến tần trong vận hành không chỉ giúp tiết kiệm từ 10 đến 20% chi phí điện năng mà còn tối ưu hóa áp lực nước Do lưu lượng nước sử dụng thay đổi liên tục trong ngày, biến tần cho phép điều chỉnh áp lực một cách chính xác và linh hoạt, giảm thiểu tổn hao năng lượng so với việc vận hành động cơ ở công suất tối đa.
1.2.2 Các thiết bị xử lý nước
Hệ thống thiết bị đo, giám sát chất lượng nước bao gồm:
- Thiết bị đo và giám sát lưu lượng nước thô :
- Thiết bị đo và giám sát độ đục nước thô
- Thiết bị đo và giám sát độ pH nước
- Thiết bị đo và giám sát độ clo dư nước sạch
- Thiết bị đo và giám sát độ đục nước sạch :
- Thiết bị đo và giám sát mức nước bể chứa
- Thiết bị đo và giám sát áp lực nước mạng
- Thiết bị báo mức nước trạm nước thô, hệ hóa chất
- Thiết bị xử lý bùn
- Thiết bị xử lý nước
- Thiết bị lắng Lamella cao tải tích hợp
- Thiết bị lọc trọng lực tự rửa
- Thiết bị hòa trộn nhanh
1.2.3 Các thiết bị trên đường ống
Van 1 chiều: có tác dụng chỉ cho nước chảy theo 1 chiều nhất định, thường đặt trên đường ống đẩy sau máy bơm, trên các nhánh lấy nước yêu cầu nước chỉ chảy theo
Van giảm áp thường được lắp đặt gần các trạm bơm hoặc tại những khu vực dễ xảy ra sức va thủy lực, nhằm giảm áp lực do sức thủy lực gây ra trong trường hợp có sự cố.
Van không khí được sử dụng để xả và thu không khí trong hệ thống ống, thường được đặt ở vị trí cao để tự động xả khí tích tụ, giúp bảo vệ ống khỏi hư hại và duy trì dòng chảy liên tục Khi không có không khí, nước đầy trong van nâng van phao lên, bít kín lỗ thoát khí Khi không khí lẫn vào nước và tích tụ đủ lượng, nước trong van hạ xuống, quả cầu sẽ hạ theo và mở lỗ thoát khí để xả không khí ra ngoài Ngoài ra, van không khí cũng có khả năng thu khí vào ống khi áp lực giảm hoặc khi dòng chảy bị gián đoạn do tác động của thủy lực.
Van xả bùn là thiết bị quan trọng trong hệ thống ống dẫn, được sử dụng để loại bỏ nước và bùn trong quá trình tẩy rửa hoặc khi cần xả khô một đoạn ống để sửa chữa Thông thường, van xả bùn được lắp đặt ở vị trí thấp trong mạng lưới và trong giếng thăm, nhằm thuận tiện cho việc quản lý và vận hành.
Thiết bị đo lưu lượng, hay còn gọi là đồng hồ đo nước, được sử dụng để xác định lượng nước tiêu thụ của một đối tượng Đồng hồ đo lưu lượng tổng được lắp đặt tại nhà máy nước, trên ống đẩy của bơm cấp II, nhằm kiểm soát tổng lượng nước phát ra trên toàn mạng lưới Trong trạm cấp nước, còn có đồng hồ đo lưu lượng cho từng công đoạn xử lý, trong khi đồng hồ đo lưu lượng khu vực được đặt trên các phần của mạng lưới để theo dõi lưu lượng và chế độ làm việc Các đồng hồ khu vực thường có khả năng đo cả hai chiều Hiện nay, nhiều loại đồng hồ điện từ được trang bị bộ truyền số liệu, cho phép ghi lại lưu lượng trong thời gian dài và hiển thị số liệu trên màn hình máy tính, hoặc đọc từ xa qua hệ thống máy tính trên các xe chuyên dụng Các loại đồng hồ đo lưu lượng bao gồm đồng hồ đo nước lưu tốc, đồng hồ đo nước kiểu venturi và kiểu màng.
Hệ thống điều khiển và giám sát hoạt động liên tục, cho phép theo dõi các thông số quan trọng trực tuyến thông qua các thiết bị đo đạc Tất cả thiết bị công nghệ được quản lý, điều khiển và lưu trữ bằng hệ thống máy tính hiện đại cùng phần mềm SCADA Hệ thống này còn tích hợp với các phần mềm thống kê, truyền tín hiệu về máy tính trung tâm, nhằm đáp ứng tối đa yêu cầu về giám sát và quản lý vận hành.
MÁY BƠM VÀ BÀI TOÁN ĐIỀU KHIỂN ÁP SUẤT
Giới thiệu các loại bơm
Nguyên lý hoạt động của máy bơm cấp nước dựa trên việc hút và đẩy chất lỏng, biến cơ năng từ động cơ thành năng lượng chuyển động của dòng chất lỏng Máy bơm tiêu tốn nhiều năng lượng nhất trong hệ thống cấp nước, dẫn đến chi phí quản lý máy bơm chiếm tỷ lệ lớn trong tổng kinh phí vận hành hệ thống.
Chuyển động của chất lỏng trong buồng bơm của máy bơm phụ thuộc vào hình dạng và kích thước của các bộ phận dẫn dòng, độ nhám của thành dẫn, độ nhớt của chất lỏng, cũng như động năng truyền tải lên chất lỏng.
Hệ số tỉ tốc (n s) của bánh xe công tác được xác định bằng số vòng quay của bánh xe mô hình tương tự với bánh xe công tác của máy bơm đang nghiên cứu Mô hình này có lưu lượng Q = 1 m³/s và cột áp H = 1m.
Trong đó: n : Số vòng quay của bơm đang xét ( rpm)
Q : lưu lượng của máy bơm đang xét ứng với điểm làm việc có hiệu suất lớn nhất ( m3/s)
H: Áp lực của bơm được đánh giá tại điểm làm việc với hiệu suất tối ưu nhất (m) Hệ số tỷ tốc có ý nghĩa quan trọng, vì từ công thức trên, có thể nhận thấy rằng máy bơm có trị số ns nhỏ sẽ ảnh hưởng đến hiệu suất hoạt động của nó.
Máy bơm có lưu lượng nhỏ và cột áp lớn khi trị số ns trong khoảng 36 – 72, trong khi máy bơm có trị số ns lớn (126 - 270) sẽ có lưu lượng lớn và cột áp nhỏ Nếu lưu lượng và cột áp của máy bơm bằng nhau, máy bơm với trị số ns lớn hơn sẽ có kích thước nhỏ hơn và chi phí thấp hơn Hệ số tỷ tốc cao có khả năng giảm kích thước và giá thành chế tạo máy bơm, nhưng đồng thời cũng làm giảm chiều cao hút của máy bơm.
Luật tương tự trong máy bơm giúp nghiên cứu mối quan hệ giữa tốc độ quay (n) và các thông số làm việc khác như lưu lượng (Q), độ cao (H) và công suất (N) khi thay đổi tốc độ.
Bảng 2.1 Luật quan hệ tương tự trong bơm
Từ bảng quan hệ tương tự trên ta có:
Lưu lượng của máy bơm cấp nước, ký hiệu là Q, là lượng chất lỏng mà máy bơm cung cấp trong một đơn vị thời gian Đơn vị đo lưu lượng có thể là m3/h, L/ph hoặc L/s.
Cột áp là độ gia tăng năng lượng mà một đơn vị trọng lượng chất lỏng nhận được khi đi qua máy bơm, thể hiện khả năng đẩy cao của bơm theo thiết kế Đơn vị đo cột áp là mét (m), và nó phụ thuộc vào công suất cũng như thiết kế của máy bơm Tùy thuộc vào từng ứng dụng, việc lựa chọn bơm có cột áp phù hợp là rất quan trọng Công thức tính cột áp cũng cần được nắm rõ để đảm bảo hiệu suất làm việc của máy bơm.
E r , E v là năng lƣợng đơn vị của chất lỏng khi ra và khi vào máy bơm ( m )
r , v : hệ số vận tốc dòng chảy khi vào và khi ra khỏi bơm
P r , V r , Z r là áp suất vận tốc và cao độ dòng chảy khi ra khỏi bơm
P v , V v , Z v là áp suất vận tốc và cao độ dòng chảy khi vào máy bơm
là khối lƣợng riêng của chất lỏng bơm ( kg/m3 ) g là gia tốc trọng trường ( m/s2)
Cột áp của bơm bao gồm 2 thành phần động năng và thế năng g
Thành phần thế năng gọi là cột áp tĩnh : Ht v r v r t Z Z g
. Thành phần động năng gọi là cột áp động: g
Cột áp toàn phần của máy bơm : d t H
Hình 2.1 Sơ đồ xác định cột áp của bơm
Công suất hữu ích của bơm là tổng năng lượng mà dòng chảy nhận được khi đi qua bơm trong một đơn vị thời gian.
H là cột áp toàn phần của máy bơm ( m )
G – lưu lượng trọng lượng ( kg/s)
Q – lưu lượng thể tích của máy bơm ( m3/s )
là trọng lƣợng riêng của chat lỏng ( kg/m3) g là gia tốc trọng trường ( m/s2)
Công suất trên trục của máy bơm là tổng năng lượng mà đầu bơm tiêu thụ để bơm chất lỏng với lưu lượng Q và đạt được cột áp toàn phần H.
là hiệu suất của máy bơm ( %)
Hiệu suất của máy bơm: máy bơm nhận đƣợc từ bên ngoài công suất trên trục
Một phần công suất của máy bơm bị tiêu hao trong quá trình chuyển động, trong khi phần còn lại là công suất hiệu quả P h được truyền trực tiếp cho chất lỏng Hiệu suất của máy bơm được tính bằng tỉ số giữa công suất hữu ích và công suất trên trục Điện năng tiêu thụ của máy bơm được xác định bởi công suất của động cơ dẫn động, với công thức P 2 dc = K P 2.
P 2 Trong đó: dc là hiệu suất của động cơ ( %)
P 2 dc là công suất trên trục của động cơ
T là thời gian bơm hoạt động ( giờ )
K là hệ số dự trữ công suất ( 1.05 – 1.5 )
Tốc độ quay của bơm, được định nghĩa là số vòng quay trong một đơn vị thời gian, ảnh hưởng đến kích thước và chi phí của động cơ Tốc độ càng cao giúp giảm kích thước động cơ và chi phí, nhưng cần đảm bảo không xảy ra hiện tượng xâm thực trên bánh xe công tác và trong buồng bơm Đường kính bơm, biểu thị kích thước của bơm, khác nhau tùy thuộc vào loại bơm: đối với bơm trục đứng và bơm chìm, đường kính được tính từ đường kính của đẩy, trong khi với các loại bơm khác, đường kính được xác định từ cửa hút Công thức xác định đường kính bơm cần được áp dụng để đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu.
Trong đó: D : Đường kính bơm ( mm)
Q: Lưu lượng bơm ( m3/s ) v: Vận tốc dòng chảy tại cửa hút hoặc cửa xả ( m/s) Đường đặc tính của bơm: Các thông số lưu lượng Q, cột áp H, công suất N và hiệu suất n thay đổi theo các chế độ làm việc của bơm với số vòng quay n không đổi hoặc thay đổi Các quan hệ H = f 1 (Q), N = f 2 (Q), hiệu suất = f 3 (Q) biểu thị đặc tính làm việc của bơm, được biểu diễn dưới dạng giải tích gọi là các phương trình đặc tính hoặc biểu diễn bằng các đồ thị gọi là đường đặc tính của máy bơm Đường đặc tính ứng với số vòng quay làm việc không đổi gọi là đường đặc tính làm việc và ứng với nhiều số vòng quay khác nhau gọi là đường đặc tính tổng hợp Đường đặc tính
Hàm H = f1(Q) thể hiện khả năng hoạt động của máy bơm, được gọi là đường đặc tính cơ bản Từ đó, thông qua tính toán, có thể suy ra các đường đặc tính N = f2(Q) Các đường đặc tính này giúp nắm bắt tổng quát các đặc điểm làm việc của bơm, cho phép mở rộng phạm vi hoạt động và sử dụng hợp lý các chế độ làm việc khác nhau của bơm.
Hình dạng đường đạc tính thực nghiệm thường có 3 dạng sau:
- Dạng dốc đứng và dạng dốc vừa ( đường đặc tính ổn định )
- Dạng lồi ( đặc tính không ổn định vì với mỗi giá trị cột áp H có thể có hai trị số lưu lượng )
2.1.3 Phân loại và phạm vi sử dụng
Máy bơm thường được phân loại theo cấu tạo và nguyên lý làm việc
Bơm cánh là bộ phận chính của bơm, bao gồm bánh xe công tác với các cánh dẫn dòng, có vai trò quan trọng trong việc trao đổi năng lượng với chất lỏng Các loại bơm cánh phổ biến bao gồm bơm ly tâm, bơm hướng trục và bơm xoáy.
Bơm ly tâm
Bơm ly tâm là một loại máy thủy lực sử dụng cánh dẫn, trong đó bánh công tác (cánh quạt) chuyển đổi năng lượng cơ học thành năng lượng thủy động cho dòng chảy.
4 thông số: lưu lượng (Q), cột áp (H), trọng lượng riêng của chất lỏng (ρ) và gia tốc trọng lực nơi đặt máy (g)
- Theo cột áp của bơm : Bơm cột áp thấp: H < 20m; Bơm cột áp trung bình: H 0÷60m; Bơm cột áp cao: H > 60m
Bơm cột áp thấp chỉ có một bánh xe công tác gắn trên trục bơm, trong khi bơm nhiều cấp được lắp từ hai bánh xe công tác trở lên Cột áp do bơm tạo ra được tính bằng tổng cột áp của tất cả các bánh xe công tác.
- Theo cách dẫn chất lỏng vào bánh xe : Bơm nước vào một phía Bơm nước vào hai phía
- Theo vị trí trục bơm: Bơm trục đứng, Bơm trục ngang
Theo hệ số tỷ tốc, bơm được phân loại thành các loại sau: bơm tỷ tốc thấp với hệ số tỷ tốc từ 36 đến 72; bơm tỷ tốc trung bình có hệ số tỷ tốc từ 72 đến 126; bơm tỷ tốc cao với hệ số tỷ tốc từ 126 đến 270; và bơm chéo với hệ số tỷ tốc từ 270 đến 240.
2.2.2 Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động
Hình 2.4 Sơ đồ cấu tạo bơm ly tâm
1 - Bánh xe công tác ; 2- Trục ; 3- Đĩa trước ; 4- Đĩa sau ; 5- Cánh bánh xe công tác ; 6 – Buồng xoắn ; 7 - Ống hút ; 8 - Ống đẩy
Trước khi máy bơm ly tâm hoạt động, cần mồi bơm để đảm bảo thân bơm và ống hút chứa đầy chất lỏng Khi bơm hoạt động, bánh công tác quay, tạo ra lực ly tâm khiến chất lỏng văng ra ngoài và vào ống đầy có áp suất cao, quá trình này được gọi là quy trình đầy bơm Đồng thời, tại lối vào của bánh công tác, một vùng chân không được tạo ra, giúp chất lỏng từ bể chứa lớn tiếp tục được hút vào qua ống hút, gọi là giai đoạn hút Giai đoạn hút và đẩy diễn ra liên tục, tạo ra dòng chảy ổn định qua bơm Bộ phận dẫn hướng giúp dẫn chất lỏng từ bánh công tác ra ống đầy, đảm bảo chất lỏng chảy qua ống một cách ổn định và điều hòa.
Hình 2.5 Trang bị một tổ máy bơm ly tâm 1- Lưới chắn rác 2 - Ống hút 3 – Chân không kế 4 – Côn thu 5 – Áp kế
6 – Van 1 chiều 7 – Van 8 - Ống đẩy 9 – Đồng hồ đo lưu lượng 10 – Máy bơm 11 – Khớp nối trục 12 – Động cơ điện
Trang bị một tổ bơm:
Lưới chắn rác là một tấm lưới hình trụ có đáy, được thiết kế với bề mặt đục lỗ hoặc khe dọc, nhằm ngăn chặn rác và các dị vật không bị cuốn vào thân bơm khi nước chảy qua.
- Ống hút: có nhiệm vụ dẫn chất lỏng từ bể hút vào máy bơm
Chân không kế được lắp đặt gần máy bơm, kết hợp với áp kế trên ống đẩy để xác định cột áp toàn phần của máy bơm và theo dõi tình trạng ống hút.
Côn thu là bộ phận kết nối giữa ống hút và đầu nối ống hút của máy bơm, giúp đảm bảo dòng chảy vào bánh xe công tác với vận tốc đều và theo tiết diện vào Để ngăn ngừa tình trạng tụ khí, đầu nối ống hút của máy bơm cần sử dụng côn lệch với góc thu hướng xuống dưới.
- Áp kế : Lắp đặt sát cửa ra của máy bơm để xác định áp suất dƣ của chất lỏng sau khi ra khỏi bơm
Van một chiều đóng vai trò quan trọng trong hệ thống bơm, nằm giữa máy bơm và van hai chiều Khi máy bơm ngừng hoạt động, van một chiều sẽ ngay lập tức đóng lại, ngăn chặn nước từ ống đẩy chảy ngược về bể hút Điều này giúp tránh hiện tượng quay ngược của tổ máy và giảm áp lực cho bơm khi xảy ra hiện tượng nước va đập trên ống đẩy.
Van hai chiều được lắp đặt trên ống đẩy để ngắt hoặc đưa bơm vào làm việc trong hệ thống chung Ngoài ra, van này còn được sử dụng để điều chỉnh lưu lượng của máy bơm.
Ống đẩy được sử dụng để dẫn nước từ máy bơm đến bể chứa hoặc hệ thống cấp nước Đường đặc tính lý thuyết của bơm được xác định với số vòng quay trên trục bơm không thay đổi.
Đường đặc tính thực tế của máy bơm thể hiện mối quan hệ giữa cột áp, công suất và hiệu suất với lưu lượng, phụ thuộc vào cấu tạo của bơm Các loại máy bơm khác nhau sẽ có đường đặc tính khác nhau Đặc biệt, đường đặc tính của bơm ly tâm được chia thành ba loại hình dạng: dạng thoải, dạng dốc và dạng lồi Độ dốc của đường đặc tính có thể được xác định theo tỷ số nhất định.
H max là cột áp bơm tại điểm hiệu suất tối đa max Đối với trường hợp H ít thay đổi nhưng Q thay đổi nhiều, đường đặc tính có dạng thoải với độ dốc k từ 0 đến 12% Trong khi đó, đường đặc tính dạng dốc có độ dốc k từ 25 trở lên.
30) % ứng dụng cho trường hợp H thay đổi tương đối nhiều còn Q ít thay đổi Ðường đặc tính dạng lồi có điểm Hmax khi Q ≠ 0 Bơm làm việc không ổn định
Đường đặc tính của máy bơm ly tâm rất quan trọng, bao gồm các dạng như thoải, dốc và lồi Nó được sử dụng để chọn máy bơm phù hợp với yêu cầu sử dụng, cũng như để nghiệm thu bơm mới, bơm đã sửa chữa hoặc thực hiện kiểm tra định kỳ.
Để tính toán điều chỉnh lưu lượng máy bơm, cần xác định áp lực yêu cầu của hệ thống Để vận chuyển một lưu lượng nước (Q) vào hệ thống đường ống, năng lượng cung cấp phải đủ để khắc phục chiều cao bơm nước hình học (H hh) cùng với tổn thất áp lực trên ống hút (H h) và ống đẩy (H d) Năng lượng cần thiết được xác định theo một công thức cụ thể.
Trong bài viết này, các ký hiệu được sử dụng bao gồm: H là áp lực yêu cầu (m), H hh là chiều cao bơm nước hình học (m), H h là tổng tổn thất áp lực trên ống hút (m), H d là tổng tổn thất áp lực trên ống đẩy (m), và h là tổng tổn thất áp lực trên hệ thống (m) Công thức tính tổng tổn thất áp lực trên hệ thống được xác định là h = S Q², trong đó S là hệ số sức cản toàn phần của hệ thống và Q là lưu lượng chất lỏng vận chuyển qua hệ thống (m³/s).
Bài toán điều khiển áp suất
2.3.1 Sơ đồ một biến tần điều khiển nhiều bơm
Sử dụng biến tần điều khiển trơn cho động cơ bơm giúp điều chỉnh công suất tiêu thụ của động cơ theo nhu cầu phụ tải Động cơ thứ hai sẽ hoạt động ở chế độ chạy nền để đáp ứng khi phụ tải tăng cao trong tương lai Để đo áp lực nước cung cấp cho hệ thống, một cảm biến áp suất được lắp đặt tại đầu ra cấp nước của Nhà máy.
Nhiều dòng biến tần mới chuyên dụng cho máy bơm đã tích hợp sẵn chức năng điều khiển cascade, do đó không cần sử dụng PLC.
Ƣu điểm: Giá thành đầu tƣ thấp nhất
- Không luân phiên đƣợc thời gian sử dụng đều cho các bơm
- Chƣa tiết kiệm điện nhiều
- Chưa có phương án điều khiển tương đương khi có sự cố về biến tần
Sơ đồ điều khiển bình đẳng được áp dụng để khắc phục nhược điểm trong việc lưu trữ các thông số, sự kiện và thời gian trong quá trình hoạt động.
Hình 2.10 Sơ đồ cascade bình đẳng
Theo sơ đồ, động cơ được điều khiển bởi biến tần có khả năng thay đổi, giúp thời gian hoạt động giữa các bơm được cân bằng Tuy nhiên, nhược điểm của sơ đồ này là yêu cầu các bơm phải có cùng công suất và cùng hãng, dẫn đến chi phí lắp đặt cao và khó khăn trong việc sửa chữa.
2.3.2 Sơ đồ nhiều biến tần
Sơ đồ này kết hợp hai sơ đồ trước đó, trong đó PLC và HMI được sử dụng để điều phối hoạt động của các bơm và kiểm soát trạng thái của hệ thống một cách hiệu quả.
Nguyên lý ổn định áp suất sử dụng hệ thống điều khiển Master/Slaves, cho phép lựa chọn bơm master và thứ tự các bơm slave một cách linh hoạt Các bơm phụ không cần hoạt động với 100% công suất, mà có thể điều chỉnh theo tần số của chương trình điều khiển, mang lại ưu điểm về linh hoạt trong vận hành, sửa chữa và tiết kiệm năng lượng Số lượng bơm nền và thứ tự hoạt động có thể được cài đặt để đảm bảo thời gian hoạt động giữa các bơm là cân bằng Hệ thống vẫn duy trì hoạt động bình thường ngay cả khi một biến tần gặp sự cố, và các bơm không nhất thiết phải có cùng công suất hay cùng hãng Tuy nhiên, nhược điểm của phương án này là chi phí đầu tư cao hơn.
2.3.3 Nhận dạng đối tƣợng điều khiển
Nhận dạng hệ thống là phương pháp xây dựng hệ thống dựa trên các dữ liệu đầu vào và đầu ra thực nghiệm Theo định nghĩa của IEC, nhận dạng là quy trình suy luận mô hình toán học để biểu diễn đặc tính tĩnh và đặc tính quá độ của một hệ thống từ phản ứng của nó đối với một tín hiệu đầu vào cụ thể.
Hình 2.12 Sơ đồ khối: tín hiệu vào, tín hiệu ra
Tín hiệu tác động trong hệ thống điều khiển là tần số đặt, trong khi tín hiệu cần điều khiển là áp suất nước ở đầu đường ống Để thực hiện điều này, cần xây dựng mô hình cho hệ thống bơm, đồng thời xem xét các tín hiệu nhiễu, chủ yếu là trở lực của đường ống.
Những bước cơ bản trong xây dựng mô hình thực nghiệm bao gồm:
Để bắt đầu, cần thu thập thông tin ban đầu về quá trình, bao gồm các biên quá trình quan trọng, các phương trình mô hình được xây dựng từ phân tích lý thuyết, cùng với các điều kiện biên và giả thiết liên quan.
- Lựa chọn phương pháp nhận dạng: ( trực tuyến/ ngoại tuyến, vòng hở/ vòng kín, chủ động/ bị động ), thuật toán ƣớc lƣợng tham số
- Tiến hành lấy số liệu thực nghiệm cho từng cặp biến vào – ra trên cơ sở phương pháp nhận dạng đã chọn
- Quyết định về dạng mô hình, đƣa ra cơ sở ban đầu về cấu trúc mô hình
- Xác định các tham số của mô hình trên cơ sở thuật toán đã chọn
Mô phỏng, kiểm chứng và đánh giá mô hình phải tuân thủ các tiêu chuẩn đã được xác định, sử dụng nhiều tập dữ liệu khác nhau Nếu kết quả chưa đạt yêu cầu, cần quay lại và thực hiện lại từ đầu.
Phương pháp được lựa chọn cho việc nhận dạng là “Nhận dạng chủ động dựa trên đáp ứng quá độ” vì tính đơn giản và dễ thực hiện Đối tượng được xem xét ban đầu có thể là một khâu quán tính bậc nhất có độ trễ.
Tín hiệu sử dụng trong quá trình kiểm tra là tín hiệu dạng bậc thang, với một tần số cụ thể được đặt cho biến tần Sau đó, áp suất đầu ra của đường ống sẽ được đo liên tục khi tần số được thay đổi nhiều lần Dựa vào đồ thị áp suất thu được, chúng ta có thể hình dung mô hình đối tượng và từ đó lựa chọn phương pháp phù hợp để xác định các tham số của mô hình.
Cấu trúc điều khiển phản hồi
Hình 2.13 Cấu trúc điều khiển phản hồi
Bộ điều khiển PID là một hàm truyền được sử dụng để tính toán giá trị đầu ra điều khiển dựa trên sự sai lệch giữa giá trị đặt và giá trị thực trong hệ thống điều khiển phản hồi Mô hình chuẩn của hàm truyền bộ PID có dạng cụ thể.
K d i c s Ảnh hưởng của từng tham số tới đáp ứng của quá trình được miêu tả dưới bảng sau (7) :
Bảng 2.2 Ảnh hưởng của các thông số của bộ PID tới đáp ứng của hệ thống
Chỉ tiêu chất lƣợng Thay đổi tham số
Thời gian đáp ứng Giảm Giảm ít Giảm ít
Thời gian quá độ Thay đổi ít Giảm Giảm Độ quá điều chỉnh Tăng Tăng Giảm ít
Hệ số tắt dần Thay đổi ít Tăng Giảm
Sai lệch tĩnh Giảm Triệt tiêu Thay đổi ít
Tín hiệu điều khiển Tăng Tăng Tăng Độ dự trữ ổn định Giảm Giảm Tăng
Bền vững với nhiễu đo
Giảm Thay đổi ít Giảm
Tùy thuộc vào mô hình hàm truyền của đối tượng, việc lựa chọn bộ điều khiển phù hợp là rất quan trọng, có thể là bộ điều khiển PID với đầy đủ 3 thành phần tỉ lệ, tích phân và vi phân, hoặc các loại bộ điều khiển khác như PI, PD.
Bộ điều khiển PI được áp dụng cho các quá trình có đặc tính quán tính bậc nhất và không có độ trễ, với mục tiêu chính là đảm bảo chất lượng điều khiển trong trạng thái ổn định Trong trường hợp này, đặc tính bám tín hiệu trong quá trình quá độ không được đặt lên hàng đầu Nếu đối tượng điều khiển đã có sẵn khâu tích phân, thành phần tích phân trong bộ điều khiển có thể được bỏ qua.
TÍNH TOÁN LỰA CHỌN THIẾT BỊ
Mô tả công nghệ
Trạm bơm có công suất thiết kế 7000 m3/ngày đêm và cột áp 45 mét, hoạt động với ba chế độ: chạy trực tiếp không qua biến tần với khởi động sao tam giác, chạy qua biến tần không sử dụng PID, và chạy qua biến tần có sử dụng PID.
- Có cấp nguồn cho hệ thống chiếu sáng nhà bơm
- Trạm bơm cấp 2 luôn có một số bơm nhất định hoạt động, gọi là bơm nền, số bơm nền đƣợc cài đặt trên HMI
- Thứ tự bơm có thể thay đổi luân phiên, từ bơm nền, tới vị trí bơm thứ 2,3,4…
- Có chế độ tự động tắt
Khi tần số của biến tần thứ nhất vượt qua một ngưỡng nhất định trong một khoảng thời gian, biến tần thứ hai sẽ được khởi động Ngược lại, nếu tần số biến tần thứ nhất giảm xuống dưới ngưỡng quy định trong một khoảng thời gian, biến tần thứ hai sẽ bị tắt Sau khi biến tần thứ hai được tắt, cần một khoảng thời gian nhất định trước khi có thể khởi động lại để tránh tình trạng bật tắt liên tục, gây quá tải và hư hỏng Quy trình này cũng áp dụng tương tự cho các biến tần tiếp theo.
Áp lực nước được điều chỉnh bởi bộ điều khiển PID của PLC, với tín hiệu đầu ra được chuyển đổi thành giá trị tần số và gửi đến tất cả các biến tần đang hoạt động.
- Giao thức đƣợc sử dụng là Modbus RTU
- Biến tần là của Mitsubishi, PLC của Siemens, S7-1200, màn hình HMI của Proface
Hình 3 1 Các chế độ hoạt động của trạm bơm
Khi sử dụng biến tần, có hai chế độ hoạt động chính là Tự động và Bằng tay Chế độ Tự động được chia thành hai loại nhỏ: Tự động và Bán tự động, trong đó cả hai đều điều khiển qua dữ liệu và màn hình HMI Ở chế độ Tự động, áp lực được điều chỉnh qua bộ PID, trong khi ở chế độ Bán tự động, người dùng nhập tần số cho từng biến tần và khởi động Đối với chế độ Bằng tay, việc bật tắt biến tần thực hiện qua nút trên mặt tủ, và tần số được điều chỉnh qua biến trở gắn trên cánh tủ Khi không sử dụng biến tần, động cơ bơm khởi động bằng mạch khởi động sao tam giác với nút ấn trên mặt tủ.
Lựa chọn thiết bị
3.2.1 Bơm và động cơ, thiết bị đóng cắt đi kèm
Bơm cần đáp ứng yêu cầu về lưu lượng và cột áp, đồng thời có hiệu suất cao trong phạm vi hoạt động mà không gây ra hiện tượng khí thực Việc chọn bơm cần xem xét đầy đủ ưu, nhược điểm của từng loại Trong cấp nước, bơm cánh quạt thường được sử dụng, hoạt động dựa vào chuyển động của bánh xe gắn cánh quạt để truyền năng lượng cho chất lỏng.
Khi xác định số lượng bơm, cần tối ưu hóa chi phí đầu tư ban đầu và chi phí vận hành Việc thiết kế các loại bơm khác nhau với phương pháp điều khiển tương ứng là rất quan trọng Cần xem xét biểu đồ sử dụng nước để đưa ra phương án tối ưu về độ an toàn, lượng điện tiêu thụ, thiết bị điện, thiết bị điều khiển, thiết bị đo lường, công suất và đặc điểm của hệ thống cấp nước Bơm có lưu lượng lớn thường có hiệu suất cao, chi phí vận hành thấp và giảm số lượng bơm lắp đặt, từ đó giảm chi phí đầu tư cho thiết bị điện, nhà xưởng và các chi phí khác Số bơm lắp đặt nên được chọn là 3 hoặc nhiều hơn để đảm bảo hiệu quả.
5 kể cả bơm dự phòng để giảm ảnh hưởng của việc bơm ngừng hoạt động khi có sự cố
Số lƣợng bơm còn phụ thuộc vào không gian lắp đặt và một số yếu tố liên quan khác
Những điểm cần lưu ý khi xác định số lượng bơm:
-Sự gia tăng nhu cầu dùng nước tính đến năm cuối của giai đoạn thiết kế
Để quản lý và thay thế phụ tùng dễ dàng, các bơm nên có thông số tương đồng Tuy nhiên, trong trường hợp lưu lượng nước thay đổi lớn, việc lắp đặt các bơm có công suất khác nhau là cần thiết.
-Ðể điều khiển tổng lưu lượng nước cấp bằng cách điều chỉnh tốc độ quay và các yếu tố khác
Số lượng bơm được xác định dựa trên lưu lượng nước thiết kế, sự biến đổi của lưu lượng nước trong chế độ tiêu thụ, và cột áp bơm Nếu các bơm có công suất tương đương, bơm dự phòng sẽ được lắp đặt với công suất tương đương Ngược lại, khi các bơm có công suất khác nhau, bơm dự phòng sẽ có công suất lớn hơn.
Loại bơm đƣợc lựa chọn ở đây là bơm ly tâm, nhƣ giới thiệu ở trên
Các công thức tính toán:
Cột áp H = 45 m Lưu lượng Q = 7000 m 3 / ngày Tương đương Q = 291 m 3 / h Giả sử ta sử dụng 4 động cơ, thì lưu lượng mỗi bơm phải là 73 m 3 / h
Công suất hữu ích của bơm là :
Công suất trên trục bơm bằng :
Công suất điện của động cơ bằng:
Với hệ số dự trữ công suất K = 1.4, công suất động cơ được lựa chọn là 19.7 kW (14.1 * 1.4) Sau khi tham khảo các mẫu động cơ trên thị trường, động cơ có công suất 22 kW được chọn Nguồn điện sử dụng cho động cơ này là 3 pha 380 V.
Lựa chọn các thiết bị đóng cắt đi kèm:
Dòng điện định mức của động cơ:
Tính dòng điện ngắn mạch (9) :
Máy biến áp có dung lượng 250 kVA với điện áp ngắn mạch Usc = 4%, điện trở R = 9.2 mΩ và điện kháng X = 26.7 mΩ Khoảng cách từ biến áp đến trạm bơm là 100 m, sử dụng cáp 3 x 16 mm² dựa trên dòng định mức của động cơ Điện trở trên đường dây được tính là r₀ = 0,0991 mΩ/m, do đó điện trở của dây là r_dây = r₀.l = 0,0991.100 = 9.91 mΩ Tương tự, điện kháng x₀ = 0,08 mΩ/m, nên điện kháng của dây là x_dây = x₀.l = 0,08.100 = 8 mΩ.
Mỗi MCCB có cảm kháng khoảng là 15 m; với 2 MCCB từ nguồn cho tới động cơ
Tổng điện trở tính tới điểm ngắn mạch gần động cơ là: r = 9.91 m
Tổng điện kháng tính tới điểm ngắn mạch gần động cơ là: x = 8 + 15*2 = 38 m Trở kháng toàn phần: z = x 2 r 2 9 91 2 38 2 39 27 ( m ) Dòng điện ngắn mạch ổn định bằng:
Dòng điện ngắn mạch xung kích bằng:
MCCB được lựa chọn đặt phía trước động cơ có thông số dòng cắt ngắn mạch là
25kA, dòng định mức là 50A MCCB tổng có dòng định mức là 200 A
Rơ le nhiệt có dòng định mức là 50A, cài đặt ở mức 41 A
Contactor là loại 3 pha, có dòng định mức là 50A, chịu đƣợc điện áp định mức
380V Contactor cho cuộn sao là loại 32 A, cuộn tam giác là 50 A
Cầu chì cho các đèn báo, và cho mạch điều khiển sử dụng loại có dòng định mức 2A và điện áp định mức 220 V, do tải không quá lớn
3.2.2 Bộ điều khiển khả trình PLC
Để đáp ứng yêu cầu mở rộng hệ thống, PLC S7-1200 của Siemens, cụ thể là phiên bản CPU 1214 AC/DC/RLY, đã được lựa chọn Để thực hiện truyền thông Modbus, cần gắn thêm module mở rộng CB1214 PtP, hỗ trợ giao thức Modbus qua kết nối RS485.
Hình 3.2 Bộ điều khiển S7-1200 CPU 1214C, AC-DC-RLY
Thông số kĩ thuật PLC:
Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật của PLC S7-1200
Số đầu vào DI 24VDC 14
Số đầu ra DO relay 10
Bộ nhớ chương trình 4Mb
Bộ nhớ làm việc 75 kb
PLC S7-1200 hỗ trợ tối đa 3 module truyền thông và có khả năng đọc tín hiệu analog nhờ vào module mở rộng ADC 4x13 bit SM1231 AI Module này có thể đọc tín hiệu dòng điện từ 4-20mA và điện áp từ 0-5V với độ phân giải 13 bit Để thực hiện kết nối Modbus với các biến tần, module truyền thông CB1241 được gắn trực tiếp lên thân PLC.
Căn cứ để lựa chọn loại biến tần bao gồm:
-Đáp ứng đủ công suất hoạt động
-Tích hợp giao thức Modbus RTU
-Cho phép lựa chọn đường đặc tính V/F phù hợp với tải bơm
-Tài liệu hỗ trợ kĩ thuật liên quan và tính kinh tế
-Biến tần đƣợc lựa chọn thuộc dòng FRF-800, công suất 22 kW, với giao diện Modbus tích hợp sẵn
Biến tần Mitsubishi FR-F800 là thiết bị điều khiển điện áp 3 pha 380 V với tần số 50/60Hz, phù hợp cho động cơ không đồng bộ 3 pha công suất từ 0.75 kW đến 110 kW Thiết bị này có cấp bảo vệ IP 40, khả năng chịu quá tải lên đến 110% trong 60 giây và 120% trong 3 giây, với sai số tần số ngõ ra là ±5% FR-F820 thường được sử dụng cho các ứng dụng như máy nghiền, máy cán, băng tải, quạt thông gió và máy bơm nước, giúp điều khiển tốc độ và giảm dòng khởi động, đồng thời kết nối với hệ thống giám sát cho động cơ không đồng bộ.
HMI, hay thiết bị giao diện người máy, đóng vai trò trung gian giữa người vận hành và hệ thống tự động hóa Nó giúp người vận hành nhập thông số áp suất, điều chỉnh các đại lượng trong bộ điều chỉnh PID, thay đổi thứ tự bơm và giám sát tình trạng hoạt động của hệ thống Một trong những sản phẩm HMI phổ biến là phiên bản GP4401WW của hãng Proface.
Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật của HMI Proface GP4402WW
Hiển thị 7” TFT LCD Độ phân giải 800 x 480 Độ tương phản 500: 1
Cổng vào ra USB Host : USB 2.0
USB Client Ethernet 10/100 BASE T Cổng COM: COM1: RS-232, COM2: RS-485 2W/4W
Cảm biến áp suất yêu cầu có dải đo tới 10 bar, và tín hiệu đầu ra dạng dòng 4 –
20 mA để đạt được độ chính xác cao nhất và tránh suy giảm trên đường truyền
Cảm biến áp suất Sensys ; mã thiết bị : M5256-C3079E-010BG
Hình 3.4 Cảm biến Sensys 10 bar
- Ngõ ra: 4~20mA (đƣợc bảo vệ nối ngƣợc cực và ngắn mạch)
- Điện trở cách điện: 100㏁ @500VDC
- Kiểu nối cáp: Mini DIN43650
- Áp suất đột ngột: 5 lần áp suất định mức
- Thân vỏ thép không gỉ
- Môi chất: nước, dầu, khí
- Giấy hợp chuẩn CE về công nghệ nặng (10).
TRIỂN KHAI
Lập trình
4.2.1 PLC a Cấu trúc chương trình
Các khối hàm và chức năng của chúng
Khối "Main" thực hiện các chương trình con, lệnh PID và xử lý giá trị từ bộ PID, đồng thời đếm thời gian hoạt động của từng biến tần thông qua Timer và tín hiệu Modbus Điều này giúp người vận hành điều chỉnh thứ tự bơm để phân bổ thời gian hoạt động đồng đều, từ đó lập kế hoạch bảo trì và sửa chữa Nếu giá trị tần số đầu ra PID vượt quá giá trị tối đa, ta sẽ sử dụng giá trị tối đa; ngược lại, sử dụng giá trị từ PID Khi điều khiển theo PID, nếu một biến tần báo quá tải (dòng làm việc lớn hơn định mức), bộ PID sẽ ngừng hoạt động và giảm tần số gửi xuống 5-10 Hz sau mỗi 5-10 giây, cho đến khi dòng điện trở lại bình thường, sau đó kích hoạt lại bộ PID.
Khối "Khởi Tạo" đảm nhận việc khởi tạo các bit báo trạng thái làm việc, bao gồm chế độ "Tự động" (auto) và "Bán tự động" (btd) Khi bit báo Tự động được kích hoạt, nó sẽ reset bit báo chế độ Bán tự động, và điều này cũng diễn ra theo chiều ngược lại.
Khối “Goi_sa_thai_bom”: Thực hiện quản lý việc gọi bơm và sa thải bơm
Trong chế độ tự động, hệ thống sẽ gọi bơm số một để hoạt động Khi nhu cầu sử dụng nước tăng cao vào giờ cao điểm, áp lực đường ống giảm, dẫn đến việc gọi bơm số hai Tương tự, bơm số ba và bơm số bốn cũng được gọi theo thứ tự, nhưng chỉ khi đã có lệnh gọi cho các bơm thứ tự thấp hơn Khi nhu cầu sử dụng nước giảm, áp lực đường ống tăng lên, và trong khoảng thời gian được gọi là “Thời gian chờ sa thải bơm”, hệ thống sẽ thực hiện việc sa thải bơm.
Nếu biến tần 1 có giá trị bằng một và có lệnh gọi bơm 1, hoặc bằng hai và có lệnh gọi bơm 2, đồng thời biến tần ở trạng thái sẵn sàng mà không có lỗi, thì biến tần 1 sẽ được khởi động bằng lệnh Start cấp vào chân DI của nó Quy trình này cũng áp dụng cho các biến tần khác.
Khối "Xu_ly_tin_hieu" có nhiệm vụ xử lý giá trị thu được từ module ADC để hiển thị áp suất thực tế trên màn hình Tín hiệu đầu ra từ cảm biến được truyền dưới dạng dòng điện trong khoảng 4 – 20 mA, tương ứng với dải áp suất từ 0 – 10 Bar Giá trị chuyển đổi từ ADC là một số thực nằm trong khoảng 0 – 27648, do độ phân giải của module.
13 bit với 1 bit dấu tương ứng với tín hiệu 0 -20mA
Khối “Tu_dong_tat” có chức năng tự động tắt toàn bộ hệ thống bơm khi người dùng nhấn nút trên HMI để thiết lập bit cho phép tắt bơm trong chế độ tự động Dựa vào tín hiệu từ chân DO của biến tần, tổng số bơm đang hoạt động được xác định Nếu chỉ còn một bơm hoạt động và tần số chạy nhỏ hơn tần số tắt (hz_auto_off) trong thời gian chờ tắt, bit “auto” sẽ được reset, ngắt đầu vào Start của tất cả biến tần Biến tần sẽ giảm tốc từ từ cho đến khi dừng lại Tần số tự động tắt được xác định dựa trên hiệu quả kinh tế; tần số thấp dẫn đến lưu lượng nước thấp, làm giảm hiệu suất hoạt động của hệ thống, do đó cần dừng lại.
Khối “ pid_out_to_Hz”: Chuyển đổi giá trị từ đầu ra PID, sang giá trị tần số
Hz f PID out f range nếu f < f max và f f max nếu PID out f range > f max
Khối “Modbus_com” thực hiện kết nối Modbus tới biến tần, cho phép đọc giá trị dòng điện và trạng thái làm việc, cũng như ghi giá trị tần số đặt Trong chế độ tự động, giá trị đầu ra PID được xử lý và định cỡ để phù hợp với đơn vị tần số (0.1 Hz) sẽ được gửi tới tất cả các slave qua lệnh “Broadcast” Ở chế độ bán tự động, giá trị tần số trên HMI được gửi tới từng biến tần theo địa chỉ cụ thể Một counter đếm xung nhịp 0.5s được sử dụng để thực hiện các yêu cầu này Các giá trị chẩn đoán mạng và trạng thái mạng hiển thị trên HMI giúp người dùng phát hiện sự cố và theo dõi hiệu suất.
Khối “Hz_hmi_convert” thực hiện việc chuyển đổi giá trị tần số (kiểu thực) trong chế độ bán tự động (thủ công) sang giá trị thích hợp (kiểu INT) để gửi tới biến tần Tần số được tính bằng đơn vị 0.01 Hz, do đó giá trị đặt sẽ được nhân với 100 trước khi gửi đi.
Khối "Hien_thi_trang_thai_bom" hiển thị trạng thái hoạt động của bơm trên HMI thông qua đèn báo với ba màu: vàng (dừng), xanh (chạy) và đỏ (lỗi) Trạng thái này được xác định dựa trên các tín hiệu từ DI của biến tần và thông tin truyền thông Đặc biệt, các thông số quan trọng của hệ thống, như giá trị cài đặt trên HMI, sẽ được lưu trữ trong vùng nhớ chốt để đảm bảo không bị mất khi hệ thống ngừng hoạt động.
Các thông số quan trọng trong chương trình bao gồm:
-Tần số gọi bơm 2 / sa thải bơm 2
-Tần số gọi bơm 3 / sa thải bơm 3
-Tần số gọi bơm 4 / sa thải bơm 4
-Thời gian chờ gọi bơm 2 / 3 / 4
-Thời gian chờ sa thải bơm 2 / 3 / 4
Việc lựa chọn các thông số dựa trên kết quả đo đạc thực nghiệm nhằm tối ưu hóa hiệu quả kinh tế Cụ thể, khi xác định áp suất, cần cân nhắc giữa việc sử dụng 2 biến tần hoạt động ở tần số cao hoặc 3 biến tần ở tần số thấp hơn, dựa vào hiệu suất của động cơ, biến tần và bơm Đặc biệt, khi tần số biến tần giảm xuống khoảng 50% so với định mức, hiệu suất của động cơ cũng giảm xuống dưới 50%, chỉ còn 80%, và hệ số công suất giảm xuống dưới ngưỡng cho phép.
Khối “ Current_Convert” : Chuyển đổi giá trị dòng điện đọc từ Modbus ( đơn vị 0.01 A) thành giá trị dòng điện thực tế
Bảng 4.1 Sơ đồ kết nối các chân DI , DO của biến tần
I0.0 ; I0.2 ;I0.4 ; I0.6 Lựa chọn chế độ hoạt động từng bơm
I0.1 ; I0.3 ; I0.5; I0.7 Báo biến tần 1,2,3,4 sẵn sàng
Q0.1 Lệnh Start cho biến tần 1
Q0.2 Lệnh Start cho biến tần 2
Q0.3 Lệnh Start cho biến tần 3
Q0.4 Lệnh Start cho biến tần 4
Q0.5 Chuông báo lỗi b Truyền thông
Modbus là giao thức được phát triển bởi Modicon, hiện thuộc AEG và Schneider Automation, và thuộc lớp ứng dụng trong mô hình ISO/OSI Giao thức này có thể được triển khai trên các cơ chế vận chuyển cấp thấp như TCP/IP, MAP, Modbus Plus, và RS-232 Trong các PLC, có thể tìm thấy một tập hợp con các dịch vụ của Modbus Đặc biệt, trong các hệ thống SCADA, Modbus thường được sử dụng trên các đường truyền RS-232 để kết nối giữa các thiết bị đầu cuối như PLC, PC, RTU với thiết bị truyền dữ liệu như Modem.
Giao thức Modbus định nghĩa khuôn dạng của thông báo yêu cầu cũng nhƣ của thông báo đáp ứng Một thông báo yêu cầu bao gồm các phần sau:
-Địa chỉ trạm nhận yêu cầu (0-247), trong đó 0 là địa chỉ gửi đồng loạt
Mã hàm gọi chỉ thị hành động mà trạm cần thực hiện theo yêu cầu Chẳng hạn, mã hàm 03 yêu cầu trạm đọc nội dung các thanh ghi lưu dữ và trả về kết quả.
Dữ liệu cung cấp thông tin cần thiết cho trạm trong quá trình thực hiện hàm gọi Đối với việc đọc thanh ghi, dữ liệu này xác định thanh ghi đầu tiên và số lượng thanh ghi cần được đọc.
-Thông tin kiểm lỗi giúp trạm tớ kiểm tra độ vẹn toàn của nội dung thông báo nhận đƣợc
Hình 4.9 Chu trình yêu cầu/ đáp ứng Modbus
Thông báo đáp ứng bao gồm các thành phần tương tự như thông báo yêu cầu, với địa chỉ của trạm thực hiện yêu cầu Mã hàm thường được giữ nguyên, trong khi dữ liệu chứa kết quả thực hiện hành động, chẳng hạn như nội dung hoặc trạng thái các thanh ghi Nếu có lỗi xảy ra, mã hàm sẽ được sửa đổi để chỉ ra một thông báo lỗi, kèm theo dữ liệu mô tả chi tiết về lỗi Phần kiểm lỗi giúp trạm chủ xác định độ chính xác của nội dung thông báo nhận được Đối với các thiết bị kết nối qua mạng Modbus chuẩn, có thể sử dụng hai chế độ truyền là ASCII hoặc RTU, trong đó chế độ RTU gửi mỗi byte dưới dạng ký tự 8 bit.
Cấu trúc một ký tự khung gửi đi đƣợc thể hiện nhƣ sau:
-1 bit khởi đầu (start bit)
-8 bit của byte thông báo cần gửi, trong đó bit thấp nhất được gửi đi trước
-1 bit parity chẵn/lẻ nếu sử dụng parity và
-1 bit kết thúc (stop bit) nếu sử dụng parity hoặc 2 bit kết thúc nếu không sử dụng parity
Trong chế độ RTU, thông báo bắt đầu bằng một khoảng lặng tối thiểu 3.5 thời gian ký tự Đầu tiên, 8 bit địa chỉ được truyền, tiếp theo là 8 bit mã hàm, một số byte dữ liệu tùy ý và cuối cùng là thông tin kiểm lỗi CRC Sau khi truyền ký tự cuối của mã CRC, khung thông báo cần được kết thúc bằng một khoảng lặng tối thiểu 3.5 thời gian ký tự trước khi bắt đầu một thông báo mới.
