QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI
Sơ đồ công nghệ
Hình 1 1 Sơ đồ công nghệ
Nguyên lý làm viêc
1.2.1 Hệ thống song chắn rác
Trước khi nước thải được đưa vào bể tiếp nhận, nó cần phải đi qua song chắn rác Tại đây, các tạp chất thô có kích thước lớn sẽ được giữ lại, giúp bảo vệ hệ thống xử lý nước thải.
Song chắn rác là những thanh đan xen nhau, với khe hở từ 16-50mm, được làm từ các vật liệu như thép, nhựa hoặc gỗ Tiết diện của song chắn rác có thể có hình chữ nhật hoặc hình tròn.
Nước từ các khâu sản xuất được dẫn qua hệ thống thu gom và chảy qua song chắn rác, nơi giữ lại các loại rác có kích thước lớn Rác thải sẽ được thu gom thường xuyên để đảm bảo không xảy ra tình trạng tắc nghẽn nước.
Nước thải từ các nguồn phát sinh được thu gom và chảy vào bể tiếp nhận, nơi mà bẫy cát được lắp đặt để loại bỏ các rác thải nhỏ Việc này giúp bảo vệ thiết bị và hệ thống ống dẫn công nghệ phía sau, ngăn chặn tình trạng tắc nghẽn hoặc bào mòn do cát và sỏi.
Thiết bị lọc rác tinh được đặt sau bể tiếp làm cho chất lượng nước được tốt hơn nhận trước khi cho qua bể điều hòa
Bệ tiếp nhận gồm lớp cát lớp soi và một lớp than đồng thời ở đâu ra của bể tiếp nhận là tấm lọc rác tinh
Ban đầu khi bắt đầu hoạt động van tự động V1.V1 sẽ được mở ra nước thải sẽ được chảy vào bể tiếp nhận
Khi nước trong bể đầy thì phao mức cao V1.F1 sẽ phát hiện và truyền về hệ thống để khóa van V1.V1 lại không cho nước thải chay vào nữa
Phao mức cao có chức năng điều khiển van tự động V1, cho phép nước thải chảy vào bể tiếp nhận Cảm biến mức nước gửi tín hiệu số 0 hoặc 1; khi tín hiệu là 0, van tự động mở, và khi tín hiệu là 1, van tự động đóng Điều này có nghĩa là van sẽ mở cho đến khi nước trong bể tiếp nhận dâng lên, làm cho phao V1.F1 nổi lên và ngắt mạch điện, dẫn đến việc van sẽ được khóa lại.
Bể điều hòa đóng vai trò quan trọng trong việc ổn định lưu lượng và nồng độ chất thải của nước thải từ hệ thống thu gom, do lưu lượng và nồng độ các chất thải thường dao động lớn trong các thời điểm sản xuất khác nhau Việc sử dụng bể điều hòa giúp đảm bảo rằng nồng độ chất thải trong nước thải luôn ổn định hoặc chỉ dao động ở mức độ chấp nhận được khi được đưa vào hệ thống xử lý.
Bể điều hòa gồm có:
-Hai phao dùng để đo mức nước thấp V2.F2và mức nước cao V2.F3 trong bể
Máy bơm nước V2.P1 và V2.P2 được sử dụng để bơm nước từ bể điều hòa lên bể phản ứng-keo tụ, trong khi máy khuấy V2.M1 đảm bảo nồng độ các chất đồng đều, ngăn ngừa tình trạng lắng cặn ở đáy bể.
-Một máy sục khí V2.B1 tác dụng trộn lẫn nước và các tạp chất có trong nước giúp cho quá trình xử lý dễ dàng hơn
Khi nước trong bể tiếp nhận chảy sang bể điều hòa, mực nước trong bể sẽ được kiểm soát bởi hai phao: phao mức nước thấp V2.F2 và phao mức nước cao V2.F3.
Hai phao V2.F2 và V2.F3 sẻ có nhiệm vụ điều khiển hai máy bơm V2.P1,V2.P2 ; máy sục khí V2.B1 và máy khuấy V2.M1
Khi mực nước trong bể điều hòa thấp hơn phao V2.F2, cảm biến sẽ gửi tín hiệu dừng hoạt động cho máy khuấy V2.M1, máy sục khí V2.B1 và hai máy bơm V2.P1, V2.P2 Ngược lại, khi mực nước cao hơn phao V2.F2 nhưng thấp hơn phao V2.F3, máy khuấy V2.M1 và máy sục khí V2.B1 sẽ hoạt động trở lại, trong khi hai máy bơm V2.P1 và V2.P2 sẽ hoạt động luân phiên sau một khoảng thời gian nhất định Nếu mực nước vượt quá phao V2.F3, cả hai máy bơm V2.P1 và V2.P2 sẽ hoạt động đồng thời Hệ thống không xảy ra tình trạng tràn nước do nước trong bể điều hòa được kiểm soát bởi bể tiếp nhận thông qua trọng lực, theo quy định của V1.V1.
Nước thải có tính axit cao cần được trung hòa để ổn định độ pH và giảm thiểu các hợp chất hữu cơ Quá trình này diễn ra trong bể trung hòa, giúp điều chỉnh lại độ axit và bazơ, ngăn ngừa hiện tượng xâm thực tại các công trình thoát nước Điều này cũng bảo vệ các quá trình sinh hóa trong các hệ thống xử lý nước thải khỏi bị ảnh hưởng tiêu cực.
Bể trung hòa gốm có các bộ phận chính sau :
- Bồn chứa axit: gồm có hai máy bơm axit V3.AX1 ,V3.AX2, một máy khuấy V3.M3, một phao đo mức axit min trong bồn V3.FAX
- Bồn chứa bazo: gồm có 2 máy bơm bazo V3.BZ1, V3.BZ2, 1 máy khuấy V3.M4, một phao đo mức bazo min trong bồn V3.FBZ
- Một máy khuấy V3.M2: 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
Cảm biến mức nước V3.LS1 được thiết lập với hai giá trị quan trọng: giá trị mực nước tối thiểu và giá trị mực nước tối đa, giúp theo dõi và điều chỉnh mức nước hiệu quả.
- Một cảm biến pH V3.PHS : có nhiệm vụ kiểm tra độ pH trong bể.
- Một van tự động V3.V2: có nhiệm vụ đưa nước thải đã được trung hoà qua bể lắng1
Cảm biến V3.LS1 đảm nhiệm vai trò điều khiển máy khuấy V3_M2, bơm V2.P1, V2.P2 và van tự động V3.V2 Khi mực nước trong bể trung hòa giảm xuống dưới mức tối thiểu của cảm biến V3.LS1, hai bơm V2.P1 và V2.P2 sẽ tự động hoạt động để bơm nước vào bể trung hòa.
Khi mực nước đạt hoặc vượt mức tối đa của cảm biến V3.LS1, hai bơm V2.P1 và V2.P2 sẽ ngừng hoạt động Tiếp theo, quá trình trung hòa pH sẽ được thực hiện Cảm biến level sensor kết hợp với cảm biến pH chuyên dụng có thang đo 14 để điều khiển các thiết bị V3.M2, V3.M3, V3.M4 cùng với các bơm AX và BZ.
Khi pH nước dưới 6,5, các bơm bazơ sẽ hoạt động để bơm bazơ từ bồn vào bể Đồng thời, máy khuấy trong bể cũng được kích hoạt Quá trình bơm bazơ sẽ tiếp tục cho đến khi pH nước đạt mức từ 6,5 đến 7,5, lúc này các bơm bazơ sẽ dừng hoạt động.
Khi pH của nước vượt quá 7.5, bơm axit sẽ được kích hoạt để bơm axit từ bồn vào bể Trong quá trình này, máy khuấy trong bể cũng hoạt động để trộn đều Quá trình bơm axit sẽ tiếp tục cho đến khi pH của nước đạt mức từ 6.5 đến 7.5, lúc này các bơm axit sẽ dừng hoạt động.
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 cách vận hành từng khâu trong hệ thống Qua đó, người đọc sẽ nắm bắt được các đặc tính và điều kiện cần thiết để 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
Hình 2 1 Cảm biến độ PH
2.1.1.1 Giới thiệu chung Để đảm bảo mức độ PH trong nước tại bể trung hòa ổn định không có tính bazơ hay axit Ta lắp cảm biến đo độ PH để hệ thống đo và xử lý đưa độ PH về trong khoảng 6.5 -7.5 trước khi cho nước qua bể lắng 1
Điện cực pH được chế tạo từ hai loại thủy tinh, trong đó thân điện cực làm bằng thủy tinh không dẫn điện Cấu trúc của điện cực thủy tinh cho phép ion lithium trao đổi với các ion hydro trong chất lỏng, tạo ra lớp thủy hợp.
Giá trị đo lường pH của bạn phụ thuộc vào tín hiệu điện được tạo ra khi điện cực được nhúng vào dung dịch, với một hiệu điện thế xuất hiện qua màng trao đổi ion của điện cực pH.
Giá trị pH được xác định dựa trên nồng độ ion H+ Khi có sự khác biệt pH giữa điện cực đo và dung dịch, ion H+ sẽ di chuyển vào điện cực để đạt trạng thái cân bằng 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.
Cảm biến PH DPD1R1 với đặc điểm kỹ thuật:
Dải đo: -2 đến 14 pH Độ nhạy: ±0.01pH Độ trôi: 0,03pH/24h
Có bù trừ nhiệt tự động bằng NTC 300 Ohm
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.
Dòng nước tại điểm làm việc không quá 3m/s
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.
2.1.2 Cảm biến đo độ đục.
2.1.2.1 Giới thiệu chung Độ đục gây ra bởi hiện tượng tương tác giữa ánh sáng và các chất lơ lửng trong nước như cát, sét, tảo và những vi sinh vật và chất hữu cơ có trong nước Các chất rắn lơ lửng phân tán ánh sáng hoặc hấp thụ chúng và phát xạ trở lại với cách thức tùy thuộc vào kích thước, hình dạng và thành phần của các hạt lơ lửng Độ đục có thể đến từ các hạt vật chất lơ lửng như bùn,đất sét,vật liệu vô cơ hoặc các chất hữu cơ như tảo, sinh vật phù du, vật liệu phân rã Như vậy các yếu tố có thể tạo nên độ đục bao gồm: Chất rắn lơ lửng trong nước, chất hữu cơ hòa tan màu ( CDOM ), chất hữu cơ hòa tan huỳnh quang ( FDOM ) và các chất khác … -Chỉ số độ đục được xem như là một chỉ báo về ô nhiễm tiềm năng của nước Đó là bởi vì nồng độ cao của các hạt vật chất ảnh hưởng đến sự thâm nhập của ánh sáng, ảnh hưởng đến thẩm mỹ và cũng là dấu hiệu đầu tiên cho thấy tiềm năng ảnh hưởng đến sức khỏe con người Nếu không xử lí, độ đục có thể thúc đẩy sự phát triển của mầm bệnh trong hệ thống phân phối dẫn đến sự bùng phát dịch bệnh từ việc sử dụng nguồn nước có độ đục cao trong sinh hoạt Chính vì vậy mà cần có quá trình xử lí độ đục trong xử lí nước thải để xác minh rằng các giá trị về độ đục của nước nằm trong tiêu chuẩn quy định.
Hình 2 2 Cảm biến độ đục
WQ-730 gồm 4 dây kết nối, trong đó :
Màu đỏ: 10-36 VDC Đen: GND
Màu xanh lá: Sản lượng tầm thấp 4-20 mA (50 NTU)
Trắng: Sản lượng cao 4-20 mA (1000 NTU)
2.1.2.3 Nguyên lí hoạt động và thông số kỹ thuật
Cảm biến độ đục theo phương pháp USEPA 180.1 sử dụng công nghệ tán xạ 90 độ để đo độ đục của nước Chùm tia sáng được điều chỉnh để phản xạ từ các hạt trong nước, và cường độ ánh sáng tổng hợp được đo bằng bộ tách sóng quang ở góc 90 độ Cường độ ánh sáng này tương ứng với độ đục của nước Ngoài ra, cảm biến còn có bộ cảm biến ánh sáng thứ hai để điều chỉnh các thay đổi về cường độ ánh sáng, màu sắc và bụi bẩn trên ống kính Việc lắp đặt cảm biến độ đục trực tiếp trong nước giúp dễ dàng giám sát độ đục tại các vị trí cần thiết, đồng thời giảm thiểu ảnh hưởng của ánh sáng bên ngoài.
- Dải: Sensor=0-50 NTU and 0-1000 NTU
- Độ chính xác: + 1% of full scale
- Độ phân giải thiết bị đo: 12 bit
- Đầu ra: 4-20mA (Sensor, both ranges), LED screen (Meter)
- Phương pháp: Nephelometer with correction
- Điện thế vận hành: 10-36 VDC @ 40 MS (Sensor); Internal 9VDC battery (Meter)
- Hút dòng điện: 30 mA plus sensor output (Sensor)
- Thời gian khởi động: Tối thiểu 5 giây (Cảm biến)
- Áp suất tối đa: 30 psi
- Nguồn sáng: Đèn LED hồng ngoại (880nm)
- Độ dài cáp: Cảm biến% ft tiêu chuẩn (tùy chọn đến 500 ft)
- Kích cỡ: Body= 1 1/2 x 8.5 inches (3.8 x 21.6 cm) (Dia x Length)
2.1.3 Cảm biến mức bùn ( level sensor)
Cảm biến bùn được sử dụng rộng rãi trong các bể lắng sơ và thứ cấp, bể nén bùn, và trong nhiều quy trình xử lý nước thải Việc đo đạc mức bùn đáy liên tục giúp nâng cao hiệu suất xử lý bằng cách cung cấp tín hiệu cảnh báo sớm về chất rắn cần xả bỏ Hệ thống đo đạc mức bùn mang lại nhiều lợi ích cho quy trình xử lý nước và các ngành công nghiệp liên quan.
+Cắt giảm chi phí nhân công cùng với thời gian đo đạc thủ công
Khả năng tự động khởi động bơm với đầu đo giúp giảm chi phí điện năng bằng cách kiểm soát tốc độ bơm bùn tuần hoàn và xả bỏ, thay vì duy trì tốc độ bơm cố định.
+Tối ưu việc loại bỏ bùn từ các bể lắng để giảm thiểu chi phí ép khô bùn và xả thải cuối cùng.
Hình 2 3 Cấu tạo cảm biếm level
2.1.3.3 Nguyên lí hoạt động và thông số kỹ thuật.
Hach SONATAX sc là một thiết bị đo mức bùn sử dụng công nghệ sóng siêu âm, cho phép đo đạc mức bùn một cách chính xác Tín hiệu sóng siêu âm được phát ra từ đầu đo và truyền thẳng đến lớp bùn đáy trong bể Độ dày và độ sâu của bùn được xác định dựa vào thời gian sóng siêu âm phản hồi về đầu đo, và kết quả sẽ được hiển thị trên bộ điều khiển.
Nguyên lý đo: đo bằng sóng siêu âm
Thang đo:0.2 đến 12 m Độ phân giải: 0.03 m (0.09 ft.) Độ chuẩn xác:±0.1 m (±0.33 ft.)
Nhiệt độ hoạt động:2 đến 50°C (35 to 122°F)
Khoảng cách thời gian đo: 10 đến 600 giây (có thể điều chỉnh)
Giá gắn đầu đo: Cố định tại vị trí hoặc dùng trục quay
Hiệu chuẩn: nhà máy hiệu chuẩn sẵn
Cấu tạo đầu đo: cần gạt: Silicon thân: thép không rỉ bề mặt: Polyoxymethylene
Chứng nhận: CE chứng nhận theo EN 61326-1:1998 /A1/A2/A3 & EN 61010-1:2001
2.1.4 Cảm biến siêu âm đo mực nước
Cảm biến siêu âm hoạt động dựa trên nguyên lý truyền dẫn và phản xạ sóng siêu âm, với một đầu phát tín hiệu siêu âm.
Khi tín hiệu gặp bề mặt tiếp xúc, nó sẽ phản xạ trở lại Bộ phận thu tín hiệu nhận tín hiệu này và truyền đến bộ xử lý Tại đây, tín hiệu được chuyển đổi thành tín hiệu 4-20mA, sau đó được xuất ra để hiển thị hoặc gửi về PLC để tiếp tục xử lý.
2.1.4.2 Thông số kỹ thuật của cảm biến siêu âm đo mực nước ULM-53_-06
Output: 4-20mA, 0-10V hoặc tín hiệu Modbus RTU.
Áp suất hoạt động tối đa chịu được: 1 bar (0,1MPa)
Tiêu chuẩn bảo vệ: IP67
Báo lỗi tại 3,75mA hoặc 22mA
Nhiệt độ làm viêc -30 …70oC , khả năng chịu được 90oC trong 1 giờ.
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 Aerotank Bể điều hòa giúp tập trung và ổn định dòng nước thải, đảm bảo hệ thống hoạt động liên tục và tránh quá tải Nước thải trong bể này được sục khí liên tục để ngăn ngừa hiện tượng yếm khí Bể Aerotank là yếu tố quyết định hiệu quả xử lý, nơi oxy được cung cấp để vi sinh vật oxy hóa các chất hữu cơ và chuyển hóa amoniac thành nitrit, nitrat Để duy trì quá trình nitrat hóa, cần tính toán chính xác lượng khí cấp vào bể, đảm bảo nồng độ oxy hòa tan duy trì trong khoảng 1,5-4 mg/l, tránh tình trạng yếm khí gây cản trở sự phát triển của vi sinh vật hiếu khí Trong các công trình xử lý nước thải sinh học hiếu khí, lượng oxy cần thiết bao gồm oxy để oxy hóa các chất hữu cơ, oxy cho quá trình nitrat hóa và oxy hóa nội bào.
BOD thì cần từ 1,5 đến 1,8 kg O2 (phụ thuộc vào đặc điểm hệ thống cấp và phân phối khí)
Đối với Bể sinh học hiếu khí Aerotank, cường độ thổi khí nhỏ nhất (Imin) phụ thuộc vào độ sâu của hệ thống phân phối khí Việc xác định Imin được thực hiện theo tiêu chuẩn TCXDVN 51:2006.
Để bảo vệ cấu trúc bùn hoạt tính trong bể Aerotank, lưu lượng tối đa lmin phải nhỏ hơn hoặc bằng 100 m³/m².h Trong quá trình làm thoáng sơ bộ và đông tụ sinh học trước khi lắng, lượng không khí được sử dụng là 0.5 m³ khí/m³ nước thải, với thời gian làm thoáng từ 15 đến 20 phút.
Để làm giàu oxy cho hệ thống và khắc phục hiện tượng phân tầng cũng như oxy hóa các chất hữu cơ trong nước thải, cần cung cấp lượng không khí từ 0.1 đến 0.6 m³ cho mỗi m³ nguồn nước.
Tính toán lựa chọn máy thổi khí:
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 (m 3 /h);
D – Lượng không khí cần thiết để xử lý 1 m3 nước thải (m 3 khí/ m 3 nước thải); p066,5(1+Hs/10,33) Áp lực của máy thổi khí tính theo công thức :
Với Hs – Độ ngập của thiết bị phân tán khí trong nước (m);
Công suất của máy thổi khí được tính theo công thức sau:
Với QK – 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).
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, cường độ này cũng phải nhỏ hơn giá trị tối đa để duy trì vận tốc nổi không quá lớn, từ đó giữ được thời gian tiếp xúc hiệu quả giữa khí và nước.
Hình 2 4Sơ đồ nguyên lý máy thổi khí
Máy khuấy chìm là thiết bị chuyên dụng để khuấy trộn và đồng nhất nước thải, ngăn ngừa sự lắng đọng của chất thải Thiết bị này tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của vi sinh vật, giúp xử lý nồng độ nito và photpho cao thành mức độ an toàn trước khi thải ra môi trường Máy khuấy chìm thường được ứng dụng trong các ao, hồ và hệ thống xử lý nước thải.
Thông số kỹ thuật của máy khuấy chìm GM18B471T1-4T6KA0 :
_Đường kính cánh khuấy: 191mm
_Cấp độ bảo vệ: IP68
_Chuẩn cách điện(chịu nhiệt đến 180 o C) _Điện áp: 380V
_Tốc Độ: 1370RPM_Xuất sứ: Italia
Hình 2 7 Cấu tạo máy khuấy chìm Hình 2 6Bản vẽ máy khuấy chìm
Máy khuấy chìm hoạt động bằng cách khuấy trộn nước thải, giúp tạo ra môi trường đồng nhất và ngăn ngừa lắng đọng Nhờ đó, các vi sinh vật kỵ khí, thiếu khí hoặc hiếu khí có thể sử dụng nguồn oxy nội tại để phát triển và sinh sôi.
Hệ thống vi sinh vật thiếu khí đóng vai trò quan trọng trong việc xử lý nước thải có hàm lượng nitơ và photpho cao, giúp giảm nồng độ trước khi thải ra môi trường Máy khuấy chìm được ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống xử lý nước thải đô thị, công nghiệp và nông nghiệp.
+Hệ thống xử lý bùn
+Nhà máy xử lý nước thải
+Nhà máy khí sinh vật
2.2.2 Hệ thống van điều khiển
Van điều khiển là một loại van công nghiệp quan trọng trong hệ thống ống dẫn của nhà máy, hoạt động tự động bằng điện hoặc khí nén Khác với các loại van công nghiệp thông thường, van điều khiển nhận tín hiệu điều khiển on/off hoặc tín hiệu tuyến tính để đóng mở theo tỷ lệ, giúp tăng cường hiệu quả và độ chính xác trong quá trình vận hành.
Hiện nay, trên thị trường có hai loại van điều khiển chính: van điều khiển bằng điện và van điều khiển bằng khí nén Mỗi loại van này có cấu tạo và hiệu quả ứng dụng khác nhau Trong đồ án này, chúng tôi lựa chọn van bướm điều khiển bằng điện kiểu ON/OFF.
Gồm hai phần phần cơ và phần điều khiển
Phần điều khiển của van đóng vai trò quan trọng như bộ não, chịu trách nhiệm điều khiển hoạt động của phần cơ Van có thể hoạt động với điện áp điều khiển là 24V, 220V hoặc 380V, và có khả năng sử dụng nguồn điện 2 pha hoặc 3 pha.
-Về phần cơ : các bộ phấn chính là thân van bướm , đĩa van và bộ phận làm kín
Khi cần mở hoặc đóng van, lệnh sẽ được truyền đến bộ điều khiển, từ đó bộ điều khiển xử lý và cấp điện cho van Mô tơ của van sẽ quay, truyền động cho trục van, điều khiển cánh van để thực hiện việc đóng hoặc mở theo yêu cầu.
Máy bơm chìm là thiết bị chuyên dụng trong hệ thống xử lý nước thải, có khả năng bơm các loại nước thải sinh hoạt và công nghiệp chứa bùn, rác thải và kim loại mà không cần mồi nước Thiết bị này thường được lắp đặt chìm trong các đường ống cống rãnh, mang lại hiệu quả cao trong việc xử lý nước thải.
Bánh công tác là thành phần quan trọng của bơm, bao gồm ba dạng chính: cánh kín, cánh mở một phần và cánh mở hoàn toàn Nó được lắp đặt ở trục bơm, kết hợp với các bộ phận khác để tạo thành cấu trúc chính của bơm.
-Bộ phận hướng dẫn vào ra :bộ phận dẫn nước vào ra của máy bơm gồm có ống hút ống xả van hút và một số bộ phận khác
Trục bơm là bộ phận quan trọng của máy bơm, được làm từ thép để đảm bảo độ chắc chắn và ổn định trong quá trình hoạt động Với thiết kế trục bơm đứng, máy bơm có khả năng đẩy nước lên cao và mạnh mẽ, đảm bảo hiệu suất hoạt động ổn định nhất.
Hình 2 9 cấu tạo máy bơm chìm
Bảng phân chia thiết bị vào, ra
1 X0 Start Nút khởi động hệ thống (thường mở)
2 X1 Stop Nút dừng hệ thống (thường kín)
3 X2 V1.F1 Cảm biến phao max vùng 1
4 X3 V2.F2 Cảm biến phao mực nước min vùng 2
5 X4 V2.F3 Cảm biến phao mực nước max vùng 2
6 X22 F.AX Cảm biến phao mực axit min trong bình axit
7 X23 F.BZ Cảm biến phao mực bazo min trong bình bazo
8 - V3.LS1 Cảm biến mức mực nước trong bể trung hòa( tín hiệu analog)
9 - V4.LS2 Cảm biến mức độ cao bùn trong bể lắng 1(tín hiệu analog)
10 X24 F.PAC Cảm biến phao mực chất keo tụ min trong bình PAC
11 X12 V5.F4 Cảm biến phao mực nước max bể aerotank
12 X13 V5.F5 Cảm biến phao mực nước mid bể aerotank
13 X14 V5.F6 Cảm biến phao mực nước min bể aerotank
14 - V6.LS3 Cảm biến mức độ cao bùn trong bể lắng 2( tín hiệu analog )
15 X25 F.CLO Cảm biến phao mực clo min trong bình clo
16 X20 V7.F7 Cảm biến phao mực nước max bể khử trùng
17 X21 V7.F8 Cảm biến phao mực nước min bể khử trùng
18 - V3.PHS Cảm biến chỉ số pH trong bể trung hòa ( tín hiệu analog)
19 - V4.TS1 Cảm biến độ đục trong bể lắng 1 ( tín hiệu analog )
3 Y3 V2.M1 Máy khuấy bể điều hòa
4 Y2 V2.B1 Máy sục khí bể điều hòa
5 Y4 V2.P1 Máy bơm 1 bể điều hòa
6 Y5 V2.P2 Máy bơm 2 bể điều hòa
7 Y12 V3.M2 Máy khuấy bể trung hòa
9 Y13 V3.AX1 Máy bơm 1 bình axit
10 Y14 V3.AX2 Máy bơm 2 bình axit
12 Y10 V3.BZ1 Máy bơm 1 bình bazo
13 Y11 V3.BZ2 Máy bơm 2 bình bazo
14 Y6 V3.V2 Van kiểm soát lưu lượng nước từ bể trung hòa sang bể lắng 1
16 Y21 V4.P3 Máy bơm bùn từ bể lắng 1 vào bể chứa bùn
18 Y15 V4.PAC1 Máy bơm 1 bình PAC
19 Y16 V4.PAC2 Máy bơm 2 bình PAC
20 Y23 V5.B2 Máy sục khí bể aerotank
21 Y24 V5.M7 Máy sục khí chìm bể aerotank
23 Y22 V5.V3 Van kiểm soát lưu lượng nước từ bể lắng 1 sang bể aerotank
24 Y26 V6.P5 Máy bơm bùn từ bể lắng 2 vào bể chứa bùn
25 Y30 V7.V4 Van kiểm soát lưu lượng nước từ bể lắng 2 sang bể khử trùng
27 Y31 V7.CLO Máy bơm bình clo
28 Y32 V7.V5 Van kiểm soát lưu lượng nước từ khử trùng sang bể lưu lượng
29 Y33 CC AX Cuộn dây contactor cung cấp Axit
30 Y35 CC BZ Cuộn dây contactor cung cấp Bazo
31 Y37 CC PAC Cuộn dây contactor cung cấp PAC
32 Y27 CC CLO Cuộn dây contactor cung cấp CLO
33 Y40 L.F Đèn hiển thị hệ thống lỗi
34 Y41 L.RUN Đèn hiển thị hệ thống đang vận hành
35 Y42 L.STOP Đèn hiển thị hệ thống đang dừng
Kết luận
Chương này cung cấp cái nhìn sâu sắc về trang thiết bị trong hệ thống, bao gồm cách chọn lựa, sử dụng và đánh giá kết quả Các thiết bị được lựa chọn dựa trên tiêu chuẩn và yêu cầu cụ thể của hệ thống, giúp người dùng dễ dàng tìm kiếm thiết bị phù hợp nhằm tối ưu hóa hiệu quả vận hành.
LỰA CHỌN BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC VÀ THIẾT KẾ TRANG BỊ ĐIỆN CHO HỆ THỐNG
GIỚI THIỆU VỀ PLC
Kỹ thuật điều khiển đã tiến triển đáng kể từ những ngày đầu khi con người là trung tâm của quá trình này Hiện nay, nhờ vào ứng dụng của ngành điện, việc điều khiển hệ thống chủ yếu được thực hiện qua việc đóng ngắt tiếp điểm Relay, cho phép điều khiển công suất mà không cần sử dụng công tắc cơ khí Relay thường được sử dụng để thực hiện các thao tác điều khiển logic đơn giản Sự ra đời của máy tính đã đánh dấu một bước ngoặt quan trọng trong lĩnh vực này, dẫn đến sự phát triển của kỹ thuật điều khiển lập trình PLC, bắt đầu xuất hiện từ những năm gần đây.
1970 và nhanh chóng trở thành sự lựa chọn cho việc điều khiển sản xuất.
Hình 3 1 Hình ảnh minh họa PLC
Bộ điều khiển lập trình đầu tiên được phát triển bởi nhóm kỹ sư của hãng General Motors vào năm 1968, với mục tiêu thiết kế một thiết bị điều khiển đáp ứng các yêu cầu cụ thể trong tự động hóa.
+Lập trình dễ dàng, ngôn ngữ lập trình dễ hiểu
+Cấu trúc dạng Module mở rộng, dễ bảo trì và sữa chữa
+Đảm bảo độ tin cậy trong môi trường công nghiệp,
Mặc dù thiết bị hiện tại còn đơn giản và cồng kềnh, gây khó khăn cho người dùng trong việc vận hành hệ thống, các nhà thiết kế đã nỗ lực cải tiến để tạo ra thiết bị gọn nhẹ và dễ sử dụng Tuy nhiên, việc lập trình cho hệ thống vẫn gặp nhiều thách thức do thiếu các thiết bị lập trình ngoại vi hỗ trợ.
PLC (Bộ điều khiển lập trình) là thiết bị chuyên dụng trong công nghiệp, dùng để điều khiển các quy trình từ đơn giản đến phức tạp Thiết bị này có khả năng thực hiện nhiều chương trình hoặc sự kiện khác nhau, phụ thuộc vào người điều khiển Các sự kiện này được kích hoạt bởi các đầu vào từ các tác nhân kích thích, bộ định thời hoặc bộ đếm Khi một sự kiện xảy ra, PLC sẽ gửi tín hiệu ON, OFF hoặc chuỗi xung đến các thiết bị bên ngoài Việc thay đổi chương trình cài đặt trong PLC cho phép thực hiện các chức năng đa dạng trong các môi trường điều khiển khác nhau.
Hình 3 2 Minh họa công việc của PLC
_Để khắc phục những nhược điểm của bộ điều khiển dùng dây nối, người ta đã chế tạo ra bộ PLC nhằm thỏa mãn yêu cầu sau :
+Lập trình dễ dàng, ngôn ngữ lập trình dễ học
+Gọn nhẹ, dễ bảo quản, sửa chữa
+Dung lượng bộ nhớ lớn để có thể chứa được những chương trình phức tạp
+Đảm bảo độ tin cậy cao
+Giao tiếp được với những thiết bị thông minh khác như: máy tính, thiết bị ngoại vi,…
_Những ưu điểm kỹ thuật của PLC:
Chỉ tiêu so Relay Mạch Số Máy tính PLC sánh
Lớn Rất gọn Khá gọn Rất gọn
Chậm Rất nhanh Khá nhanh Nhanh
Rất tốt Tốt Khá tốt Tốt
Giá thành từng chức năng
Khá thấp Thấp Cao Thấp
Lắp đặt Mất thời gian để thiết kế & lắp đặt
Mất thời gian đề thiết kế Lập trình phức tạp & tốn thời gian
Lập trình & lắp đặt đơn giản
Thay đổi nâng cấp & điều khiển
Rất khó Khó Khá đơn giản Rất đơn giản
Khả năng điều khiển các tác vụ phức tạp
Không có Có Có Có
Bảng so sánh cho thấy bộ điều khiển lập trình PLC sở hữu 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 thiết bị ngoại vi cao, giúp việc điều khiển trở nên dễ dàng hơn.
PLC (Programmable Logic Controller) là thiết bị điều khiển logic, cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển số thông qua ngôn ngữ lập trình, thay thế cho việc sử dụng mạch số để thể hiện thuật toán.
Khối xử lý trung tâm (CPU) là đơn vị quan trọng trong hệ thống PLC, chịu trách nhiệm thực hiện các chương trình xử lý tín hiệu I/O Nó được kết nối trực tiếp với các thiết bị I/O thông qua các tuyến dây thích hợp bên trong PLC, cho phép tích hợp hiệu quả các hoạt động của hệ thống.
Bộ nhớ trong hệ thống được chia thành hai phần chính: bộ nhớ dữ liệu và bộ nhớ chương trình Thông tin về chương trình và logic điều khiển được lưu trữ trong bộ nhớ người dùng hoặc bộ nhớ chương trình, nơi mà CPU sẽ tìm nạp các lệnh Tín hiệu đầu vào, đầu ra cũng như tín hiệu bộ định thời và bộ đếm được lưu trữ trong bộ nhớ hình ảnh tương ứng Hệ thống sử dụng nhiều loại bộ nhớ khác nhau để chứa chương trình, bao gồm phần mềm điều khiển hoạt động, sơ đồ LAD, và các giá trị của timer, counter Người dùng có thể lựa chọn các bộ nhớ khác nhau tùy theo nhu cầu sử dụng.
-ROM: là loại bộ nhớ không thay đổi được, bộ nhớ này chỉ nạp được một lần nên ít được dùng phổ biến.
RAM là loại bộ nhớ linh hoạt, được sử dụng để lưu trữ các chương trình ứng dụng và dữ liệu Tuy nhiên, dữ liệu trong RAM sẽ bị mất khi có sự cố mất điện.
EPROM, tương tự như ROM, không cần nguồn pin để hoạt động Tuy nhiên, nội dung bên trong EPROM có thể được xóa bằng cách chiếu tia cực tím vào một cửa sổ nhỏ trên chip, cho phép người dùng nạp lại dữ liệu mới.
Phần đầu vào của hệ thống bao gồm các thiết bị như cảm biến, công tắc và nhiều nguồn đầu vào từ thế giới thực khác, kết nối với PLC qua đường ray đầu nối đầu vào Trong khi đó, phần đầu ra có thể là động cơ, solenoid, đèn hoặc lò sưởi, hoạt động dựa trên việc thay đổi các tín hiệu đầu vào.
-Hầu hết các PLC có điện áp hoạt động bên trong là 5v, tín hiệu xử lý là 12/24VDC hoặc 100/240VAC.
Mỗi đơn vị I/O trên PLC có một địa chỉ duy nhất, và các đèn LED hiển thị trạng thái của kênh I/O, giúp dễ dàng theo dõi và kiểm soát hoạt động xuất nhập.
+ Nguồn cung cấp: nó thường hoạt động trên một nguồn cung cấp điện 24V, được sử dụng để cung cấp năng lượng đầu vào và các đầu ra.
Một hệ thống điều khiển chỉ có giá trị thực tiễn khi có khả năng giao tiếp với các thiết bị bên ngoài như motor, relay, đèn báo và chuông điện Các thiết bị này, giống như thiết bị đầu vào, được kết nối với các cổng ra của module ra, trong đó các module ra có thể là DO (Digital Output) hoặc AO (Analog Output).
3.1.2 CÁC HOẠT ĐỘNG XỬ LÝ BÊN TRONG PLC:
Hoạt động của PLC khá đơn giản, bắt đầu với hệ thống cổng vào/ra (Input/Output) hay còn gọi là các Module xuất/nhập, giúp đưa tín hiệu từ các thiết bị ngoại vi như cảm biến, công tắc và động cơ vào CPU Sau khi nhận tín hiệu đầu vào, CPU sẽ xử lý và gửi tín hiệu điều khiển qua môđun xuất ra các thiết bị được điều khiển.
Các nguồn đầu vào chuyển đổi tín hiệu điện tương tự sang tín hiệu điện kỹ thuật số theo thời gian thực và các tín hiệu này được truyền đến PLC qua đường ray kết nối.
GIỚI THIỆU MỘT SỐ PLC CỦA HÃNG MITSUBISHI ELECTRIC
PLC Mitsubishi, được phát triển tại Nhật Bản, là thiết bị điều khiển phổ biến trong các dây chuyền sản xuất và máy móc của các công ty Nhật Bản, Hàn Quốc và Trung Quốc Trong số đó, dòng FX series nổi bật với thiết kế nhỏ gọn và tính linh hoạt cao.
- PLC FX là một loại PLC micro của hãng Mitsubishi nhưng có nhiều tính năng mạnh mẽ Loại PLC này được tích hợp sẵn các I/O trên CPU.
- PLC FX ra đời từ năm 1981 cho đến nay đã có rất nhiều chủng loại tùy theo model như: F, F1,
Các dòng sản phẩm F, F1, FX1, FX0(S), FX0N, FX1S, FX1N, FX2N và FX3U có dung lượng và bộ nhớ khác nhau tùy theo từng model, với dung lượng bộ nhớ dao động từ 2kStep đến 8kStep, hoặc lên đến 64kStep khi kết nối với bộ nhớ ngoài Tổng số I/O có thể đạt tới 256 I/O, trong khi FX3U có khả năng mở rộng lên đến 384 I/O Ngoài ra, số lượng module mở rộng tối đa có thể lên tới 8 module.
PLC FX tích hợp nhiều chức năng trên CPU (Main Unit), bao gồm ngõ ra xung hai tọa độ, bộ đếm tốc độ cao (HSC), PID và đồng hồ thời gian thực, mang lại hiệu suất và tính linh hoạt cao cho các ứng dụng tự động hóa.
- Module mở rộng nhiều chủng loại như Analog, xử lý nhiệt độ, điều khiển vị trí, các Module mạng như Cclink, Profibus….
- Ngoài ra còn có các board mở rộng (Extension Board) như Analog, các board dùng cho truyền thông các chuẩn RS232, RS422, RS485, và cả USB.
- Để lập trình PLC ta có thể sử dụng các phần mền sau: FXGP_WIN_E,
- Các phương pháp lập trình như: Ladder, Instruction, SFC,…
LỰA CHỌN THIẾT BỊ CHO HỆ THỐNG
MELSEC FX cung cấp nhiều phiên bản khác nhau, phù hợp với loại nguồn và công nghệ đầu ra Người dùng có thể lựa chọn giữa các bộ nguồn cung cấp 100 – 220VAC, 24 VDC hoặc 12 – 24V, đáp ứng nhu cầu đa dạng trong ứng dụng.
DC, ngõ ra là relay hoăc transistor.
Với yêu cầu của hệ thống cần sử dụng:
+14 đầu vào digital, 5 đầu vào analog;
_Vây ta cần sử dụng bộ điều khiển phải đáp ứng đủ đầu vào và đầu ra.
Vây nhóm quyết định chọn bộ điều khiển FX3U-64MR/ES-A và dùng thêm 2 modul mở rộng FX3U-4AD đê có đầu vào là analog.
GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN DÙNG TRONG HỆ THỐNG
3.4.1.1 Sơ đồ bố trí, hình ảnh minh họa và kích thước của FX3U:
Hình 3 9 Sơ đồ FX3U-64MR/ES-A
Hình 3 10 Hình ảnh PLC thực tế
Hình 3 11 Sơ đồ kích thước của FX3U-64MR/ES-A
3.4.1.2 Đặc tính kỹ thuật FX3U-64MT/ES-A:
Tên sản phẩm FX3U-64MR/ES-A
Dòng sản phẩm FX3U series
Dải điện áp 100 đến 240VAC
Kiểu đầu vào Sink/source
Tín hiệu điện áp đầu vào 24VDC
Kiểu lắp đặt DIN Rail
Dung lượng chương trình 64000 steps
Ngôn ngữ lập trình Ladder
Nhiệt độ hoạt động tối đa +55 o C
Giao diện chương trình Computer, HMI
Nhiệt độ hoạt động tối thiểu 0 o C
Kiểu kết nối USB, RS232C, RS485
Cáp kết nối FX-USB-AW, USB-SC09, USB-
SC09-FX Điện năng tiêu thụ 45W
Dòng điện đầu ra 800mA
Ngoài ra, thiết bị này được trang bị khe cắm thẻ nhớ dạng cassette, cho phép mở rộng chức năng Nó còn tích hợp điều khiển vị trí và có tốc độ xử lý cao, đồng thời hỗ trợ mở rộng các mô-đun vào/ra, bao gồm các mô-đun chức năng đặc biệt và mô-đun ADP.
3.4.1.3 Sơ đồ chân và sơ đồ nối dây của FX3U-64MT/ES-A:
Hình 3 12 Sơ đồ chân PLC
Giải thích sơ đồ chân và sơ đồ nối dây:
+ S/S: chân này nối về 0V nếu ta dùng kiểu nối source và nối lên 24V nếu ra dùng kiểu nối sink, L.N đầu vào ta cấp nguồn xoay chiều
220V/AC thì trong PLC sẽ tạo ra nguồn 24V để sử dụng.
Để chọn số chân sử dụng, ví dụ nếu chỉ cần sử dụng từ Y4 đến Y7, cần nối COM2 xuống 0V khi sử dụng kiểu sink và nối lên 24V khi sử dụng kiểu source.
_ Modul FX3U-64MR/ES-A dùng nguồn nuôi 220VAC:
Tín hiệu vào có thể được cấu hình theo hai cách: với Source (PNP), cấp nguồn 24VDC vào hai chân 24V và 0V, và nối chân S/S với 0V; khi các ngõ vào X kết nối với +24V thì tín hiệu sẽ bật Ngược lại, với Sink (NPN), chân S/S được nối với chân 24V, và khi các ngõ vào X kết nối với 0V thì tín hiệu cũng sẽ bật.
+Đầu ra là relay tùy thuộc vào cơ cấu chấp hành mà bạn cấp nguồn 24VDC hoặc 220VAC cho cơ cấu chấp hành.
3.4.2 MODUL MỞ RỘNG FX3U-4AD-ADP:
Để kết nối thêm các đầu vào analog, nhóm đã quyết định sử dụng 2 modul FX3U-4AD-ADP, phục vụ cho 5 đầu vào analog.
Hình 3 13 Sơ đồ nối dây
Hình 3 14 Minh họa module FX3U-4AD-ADP
Hình 3 15 Sơ đồ kích thước module
[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,
[6] 24V LED (màu đỏ) thắp sáng trong khi 24V DC điện được cung cấp đúng với 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 rãnh lắp ráp (35 mm (1,38 ") rộng).
Hình 3 16 sơ đồ chân module
3.4.2.3 Sơ đồ kết nối modul Analog:
+Connection of external power supply line: Kết nối đường dây cấp điện bên ngoài
+If current input is selected: Nếu đầu vào kiểu dòng được chọn
+If voltage input is selected: Nếu đầu vào kiểu áp được chọn
_1 Đối FX3U series PLC (AC loại 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 Không có
"FG" thiết bị đầu cuối cho CH1 Khi sử dụng CH1, kết nối trực tiếp đến
[mass ] thiết bị đầu cuối,
_3 Sử dụng một dây lá chắn xoăn 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, phân tên, và Terminal Layout:
Hình 3 17 Cấu tạo và kích thước module
[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 cua đặc biệt này adapter,
[4] Bộ chuyển đổi đặc biệt kết nối bao gồm: tháo nắp tay để kết nối với bộ điều hợp đặc biệt bổ sung về phía bên trái,
[5] Gắn lỗ trực tiếp: 2 lô φ4.5 (0.18 ") (lắp vít: M4 vít), không được sử dụng khi kết nối với FX3GC / FX3UC Dòng PLC,
[6] ĐIỆN LED (màu xanh), thắp sáng trong khi 24VDC được cung cấp đúng với thiết bị đầu cuối '24 + 'và '24 -',
[7] Terminal block (loai châu Âu): kết nối điện áp analog / tín hiêu hiện tại, và 24V cung cấp điện DC,
Kết nối bộ chuyển đổi đặc biệt là bước quan trọng để liên kết với đơn vị chính PLC hoặc các bộ chuyển đổi đặc biệt khác, đảm bảo sự hoạt động hiệu quả trong 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 trường hợp đặc biệt về phía bên trái.
LỰA CHỌN VÀ TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHO MẠCH ĐỘNG LỰC
Rơ le (relay) là một công tắc chuyển đổi, dùng để đóng cắt mạch điều khiển, nó hoạt động bằng điện.
Rơ le hoạt động như một công tắc với hai trạng thái ON và OFF Trạng thái của rơ le, có thể là ON hoặc OFF, phụ thuộc vào việc có dòng điện chạy qua nó hay không.
Khi dòng điện đi qua rơ le, nó sẽ kích hoạt cuộn dây bên trong, tạo ra một từ trường hút Từ trường này tác động lên đòn bẩy nội bộ, dẫn đến việc mở hoặc đóng các tiếp điểm điện Sự thay đổi trạng thái của rơ le phụ thuộc vào thiết kế, có thể ảnh hưởng đến một hoặc nhiều tiếp điểm điện.
Rơ le hoạt động với hai mạch độc lập Mạch đầu tiên điều khiển cuộn dây của rơ le, quyết định xem dòng điện có chạy qua cuộn dây hay không, tức là điều chỉnh trạng thái ON hoặc OFF của rơ le Mạch thứ hai kiểm soát dòng điện cần được điều chỉnh, cho phép xác định liệu dòng điện có đi qua rơ le hay không dựa trên trạng thái ON hoặc OFF của nó.
Cần quan tâm đến kích thước , kiểu chân và điện áp điều khiển cuộn dây rơ le để chọn mô ̣t rơ le phù hợp với mạch
Bạn phải quan tâm đến điê ̣n trở của cuô ̣n dây Vì điều này sẽ ảnh hưởng đến dòng cần cung cấp cho cuô ̣n dây hoạt đô ̣ng I = U / R.
+ Tùy theo nhu cầu sử dụng mà chọn rơ le cho phù hợp, ở hệ thống này ta chọn rơ le 24 V
DC và dòng hoạt động là 1 A
Contactor, hay còn gọi là khởi động từ, là thiết bị điện hạ áp quan trọng, có chức năng đóng cắt thường xuyên các mạch điện động lực Nhờ vào contactor, người dùng có thể điều khiển các thiết bị như động cơ, tụ bù và hệ thống chiếu sáng thông qua nút nhấn, chế độ tự động hoặc điều khiển từ xa.
Nguyên lý hoạt động của contactor bắt đầu khi nguồn điện được cấp vào cuộn dây quấn trên lõi từ, đạt giá trị điện áp định mức Lực từ sinh ra sẽ hút lõi từ di động, tạo thành mạch từ kín, và lúc này lực từ vượt qua phản lực của lò xo, khiến contactor chuyển sang trạng thái hoạt động.
Bộ phận liên động giữa lõi từ di động và hệ thống tiếp điểm giúp tiếp điểm chính đóng lại, trong khi tiếp điểm phụ chuyển đổi trạng thái (mở khi thường đóng và đóng khi thường hở), duy trì trạng thái này Khi nguồn điện ngừng cấp cho cuộn dây, contactor sẽ trở về trạng thái nghỉ và các tiếp điểm quay lại trạng thái ban đầu.
Có nhiều cách phân loại contactor:
- Theo nguyên lý truyền động: Ta có contactor kiểu điện từ, kiểu hơi ép, kiểu thủy lực,…
Thường thì ta gặp contactor kiểu điện từ
- Theo dạng dòng điện: Contactor điện một chiều và contactor điện xoay chiều.
- Theo kết cấu: Người ta phân contactor dùng ở nơi hạn chế chiều cao (như bảng điện ở gầm xe) và ở nơi hạn chế chiều rộng (ví dụ buồng tàu điện).
- Theo dòng điện định mức: Contactor 9A, 12A, 18A, 800A hoặc lớn hơn.
- Theo số cực: Contactor 1 pha, 2 pha, 3 pha, 4 pha Phổ biến nhất là contactor 3 pha.
- Theo cấp điện áp: Contactor trung thế, contactor hạ thế.
- Theo điện áp cuộn hút: Cuộn hút xoay chiều 220VAC, 380VAC, cuộn hút 1 chiều 24VDC,
Some manufacturers produce specialized contactors designed for specific applications, such as Schneider's contactors tailored for capacitor compensation.
3.5.2.4 Các thông số cơ bản của contactor
– Điện áp Ui: là điện áp chịu được khi làm việc của contactor, nếu vượt quá điện áp thì contactor sẽ bị phá hủy, hỏng.
– Điện áp xung chịu đựng: Uimp, khả nawg chịu đựng điện áp xung của contactor
– Điện áp Ue: giải điện áp mà contactor chịu được, trên mỗi contactor thời ghi rõ dải dòng và áp làm việc mà nó chịu đựng được
– Dòng điện In: là dòng điện chạy qua tiếp điểm chính của contactor khi làm việc (tải định mức và điện áp định mức)
– Dòng điện ngắn mạch Icu: dòng điện mà contactor chịu đựng được trong vòng 1s, thường nhà sản xuất cung cấp theo loại contactor.
– Điện áp cuộn hút Uax: theo mạch điều khiển ta chọn, có thể là DC, AC, 110V hay 220V
3.5.2.5 Lựa chọn contactor Động cơ được sử dụng trong hệ thống có các thông số sau :
Vậy ta chon contactor có U đm = 220V và I ct = 45 A
Aptomat, hay còn gọi là cầu dao tự động, là thiết bị điện dùng để tự động đóng cắt mạch điện, bảo vệ hệ thống và thiết bị điện khỏi hiện tượng ngắn mạch và sụt áp Trong tiếng Anh, nó được gọi là Circuit Breaker (CB) Thiết bị này không chỉ giúp bảo vệ an toàn cho hệ thống điện mà còn cho phép đóng cắt các mạch điện khi hoạt động ở chế độ bình thường.
Aptomat (MCB hay MCCB) thường được chế tạo có hai cấp tiếp điểm (tiếp điểm chính và hồ quang) hoặc ba tiếp điểm (chính, phụ, hồ quang).
Khi đóng mạch, tiếp điểm hồ quang sẽ đóng trước, sau đó là tiếp điểm phụ và cuối cùng là tiếp điểm chính Ngược lại, khi cắt mạch, tiếp điểm chính mở trước, tiếp theo là tiếp điểm phụ và cuối cùng là tiếp điểm hồ quang Điều này đảm bảo rằng hồ quang chỉ hoạt động trên tiếp điểm hồ quang, giúp bảo vệ tiếp điểm chính khỏi hư hại Việc sử dụng thêm tiếp điểm phụ giúp ngăn chặn sự lan rộng của hồ quang, bảo vệ hiệu quả cho tiếp điểm chính trong quá trình hoạt động.
Hình 3 19 Cấu tạo Aptomat MCCB Schneider
Có nhiều cách để phân loại aptomat nhưng người ta thường phân loại theo cấu tạo gồm có :
Aptomat tép – MCB (MCB viết tắt của cụm từ Miniature Circuit Breaker ): là các thiết bị đóng ngắt loại tép, nhỏ có thể ghép với nhau
Aptomat khối – MCCB (MCCB viết tắt của Moulded Case Circuit Breaker) : là thiết bị đóng cắt có vỏ đúc nguyên khối còn gọi tắt là aptomat khối
3.5.3.4 Các thông số kỹ thuật của Aptomat:
In: Dòng điện định mức Ví dụ: MCCB 3P 250A 36kA, In = 250A.
- Ir: là dòng hoạt động được chỉnh trong phạm vi cho phép của Aptomat Ví dụ aptomat chỉnh dòng 250A có thể điều chỉnh từ 125A đến 250A.
- Ue: Điện áp làm việc định mức.
- Icu: Dòng cắt ngắn mạch là khả năng chịu đựng dòng điện lớn nhất của tiếp điểm trong 1 giây.
- Icw: Khả năng chịu dòng ngắn mạch trong 1 đơn vị thời gian.
Ics là khả năng cắt thực tế của thiết bị khi xảy ra sự cố, và khả năng này khác nhau giữa các nhà sản xuất do công nghệ chế tạo Ví dụ, trong cùng một hãng sản xuất, có thể có hai loại MCCB với Ics khác nhau: một loại có Ics = 50% Icu và loại còn lại có Ics = 100% Icu.
AT: Ampe Trip (dòng điện tác động)
AF: Ampe Frame (dòng điện khung) Ví dụ NF250A 3P 200A và NF250A 3P 250A đều có AF
Aptomat có hai mức tác động khác nhau: một loại sẽ hoạt động khi dòng vượt quá 200A, trong khi loại còn lại sẽ tác động khi dòng vượt quá 250A Thông số AT/AF phản ánh độ bền của tiếp điểm đóng cắt, ví dụ như Aptomat 250AT/400AF có độ bền cao hơn so với Aptomat 250AT/250AF Kích thước của Aptomat 400AF cũng lớn hơn và giá thành cao hơn so với loại 250AF.
Đường cong đặc tính bảo vệ của cầu dao (CB) là yếu tố quan trọng quyết định vị trí lắp đặt CB trong hệ thống điện Thông số này giúp xác định khả năng bảo vệ và hiệu suất hoạt động của CB Bên cạnh đó, độ bền cơ khí và điện của CB được thể hiện qua số lần đóng cắt cơ khí và điện cho phép, đảm bảo an toàn và hiệu quả trong quá trình sử dụng.
Việc lựa chọn aptomat, chủ yếu dựa vào: dòng điện tính toán đi trong mạch; dòng điện quá tải; tính thao tác có chọn lọc.
Khi lựa chọn Aptomat, cần xem xét đặc tính làm việc của phụ tải, đảm bảo rằng Aptomat không ngắt mạch khi xảy ra quá tải ngắn hạn, điều này thường xảy ra trong các tình huống làm việc bình thường như dòng điện khởi động hoặc dòng điện đỉnh trong phụ tải công nghệ.
Yêu cầu chung là dòng điện định mức của mức bảo vệ Iap không được bé hơn dòng điện tính toán của mạch:
Tùy thuộc vào đặc tính và điều kiện làm việc của phụ tải, việc lựa chọn dòng điện định mức cho móc bảo vệ thường được khuyến nghị là 125%, 150% hoặc cao hơn so với dòng điện tính toán của mạch.
Cuối cùng, chúng ta lựa chọn Aptomat dựa trên các thông số kỹ thuật được cung cấp bởi nhà chế tạo Động cơ được sử dụng trong hệ thống có các thông số cụ thể như sau:
Vậy chọn loại aptomat có dòng bằng 48A
BẢN VẼ SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỆN
Từ những tính toán và lựa chọn các phần tử mạch điện như trên, ta có thể xây dựng được sơ đồ mạch điện hoàn chỉnh, bao gồm sơ đồ mạch điều khiển, sơ đồ mạch trung gian và sơ đồ mạch động lực.
Chương này cung cấp hướng dẫn chi tiết về cách lựa chọn bộ điều khiển CPU, các 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.
