PHÂN TÍCH YÊU CẦU CÔNG NGHỆ, LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THỰC HIỆN
Phân tích yêu cầu công nghệ hệ thống trộn hóa chất
1.1.1 Giới thiệu chung về hệ thống trộn hóa chất
Quá trình khuấy trộn hệ lỏng thường dùng trong công nghiệp, công nghiệp hóa chất, công nghiệp thực phẩm, công nghiệp luyện kim, công nghệ vật liệu xây dựng…
Quá trình khuấy trộn diễn ra trong các bình và ống chứa chất lỏng, với sự hỗ trợ của bơm vận chuyển Các thiết bị trộn khuấy hoạt động nhờ vào năng lượng cơ học được cung cấp từ động cơ hoặc khí nén.
Quá trình khuấy trộn cơ học nhằm mục đích
Tạo ra các hệ đồng chất từ các hệ thể tích lỏng – lỏng, lỏng – khí, lỏng rắn, có tính chất thành phần khác nhau.
Tăng cường trao đổi chất bao gồm quá trình chuyển đổi khối và quá trình hoá học.
Trình bày, giới thiệu chung về hệ thống:
Thành phần chính của hệ thống
Nút ấn Start (SB1): Khởi động hệ thống
Nút ấn Stop (SB2): Dừng chương trình.
Nút ấn Reset (SB3): Xoá lỗi chương trình.
Relay nhiệt (FR1): Relay nhiệt Bơm 1
Relay nhiệt (FR2): Relay nhiệt Bơm 2
Relay nhiệt (FR3): Relay nhiệt Bơm 3
Relay nhiệt (FR4): Relay nhiệt Động cơ trộn
Đèn báo (H1-H6): Báo trạng thái hoạt động của hệ thống
Động cơ trộn (M4): Trộn hóa chất trong bình trộn
Van xả (EV1): Van xả hỗn hợp nguyên liệu
Cảm biến mức thấp (PS1)
Cảm biến mức cao (PS2) 1.1.2 Phân tích yêu cầu công nghệ
Sơ đồ mô tả công nghệ
Khi nhấn nút Start, Bơm 1 sẽ được cấp điện để cung cấp nguyên liệu A Sau 2 phút, Bơm 2 sẽ bắt đầu hoạt động để cấp nguyên liệu B, và sau 5 phút tiếp theo, Bơm 3 sẽ hoạt động để cung cấp nguyên liệu C.
Khi bình đầy thì dừng Bơm, kết thúc giai đoạn cấp liệu Bình đã được bơm đầy thì bật Động cơ trộn , trộn trong 3 phút thì dừng trộn
Sau khi trộn xong, mở Van xả Khi nguyên liệu trong bình hết thì Van xả khóa lại.
Hệ thống thực hiện xong 1 mẻ Sau đó hệ thống tự động bật Bơm 1 , quá trình lặp lại.
Sau khi trộn được 10 mẻ thì hệ thống dừng hoặc khi ấn nút Stop
Các động cơ được bảo vệ bằng Relay nhiệt, và khi xảy ra sự cố, đèn báo Lỗi sẽ sáng để thông báo trạng thái sự cố Sau khi sự cố được khắc phục, bạn cần nhấn nút Reset để xóa lỗi, sau đó nhấn nút Start để tiếp tục chương trình.
Khi mất điện, PLC sẽ tự động dừng lại và đèn báo lỗi sẽ sáng Để tiếp tục chương trình khi có điện trở lại, người dùng cần nhấn nút Reset để xóa lỗi và nhấn nút Start để khởi động lại quá trình làm việc.
Phân tích hệ có thể phân hệ thống điều khiển trộn hoá chất thành 3 hệ
Hệ điều khiển cấp nguyên liệu
TT1 là trạng thái hệ được cấp nguồn để chuẩn bị làm việc TT2 là trạng thái hệ được kích hoạt
Hệ thống bơm nguyên liệu hoạt động qua nhiều trạng thái: TT3 là bơm cấp nguyên liệu A, TT4 là bơm cấp nguyên liệu B, và TT5 là bơm cấp nguyên liệu C Khi cấp nguồn, hệ thống khởi động ở trạng thái TT1 Khi nhấn nút Start, hệ chuyển sang TT2, sau đó chuyển tiếp đến TT3 sau khi nhấn nút Start lần nữa Sau 2 phút, hệ chuyển sang TT4, và sau 5 phút tiếp theo, hệ chuyển sang TT5 cho đến khi bình chứa đầy Nếu trong bất kỳ trạng thái nào nhấn nút Stop, hệ thống sẽ quay về trạng thái TT1.
Hệ điều khiển trộn và xả hỗn hợp nguyên liệu
TT1 là trạng thái hệ được cấp nguồn để chuẩn bị làm việc TT2 là trạng thái bình trộn đầy
Hệ thống sản xuất trải qua các trạng thái khác nhau trong quá trình xử lý nguyên liệu TT3 là trạng thái trộn nguyên liệu, trong khi TT4 là trạng thái xả hỗn hợp nguyên liệu Khi hỗn hợp nguyên liệu đã được xả hết, hệ chuyển sang trạng thái TT5 Sau khi cấp nguyên liệu, hệ thống sẽ chuyển từ trạng thái TT2 sang TT3 trong vòng 3 phút, và khi hoàn tất xả, sẽ chuyển sang TT5 Hệ thống tự động khởi động lại để tiếp tục cấp nguyên liệu sau khi xả hết Nếu trong bất kỳ trạng thái nào, người dùng ấn nút Stop hoặc khi xảy ra sự cố C1, hệ thống sẽ quay về trạng thái TT1.
Lựa chọn phương án thực hiện
Nút ấn (nút điều khiển) là khí cụ điện dùng để đóng, ngắt từ xa các thiết bị điện từ khác nhau, chuyển đổi các mạch điều khiển
Nút ấn có hai loại:
Nút ấn thường mở (NO):
Nút ấn thường đóng (NC):
Trong đồ án này em chọn nút ấn thường mở và thường đóng cho các nút ấn trong bảng điều khiển
Động cơ đóng vai trò quan trọng trong hệ thống, thường xuyên hoạt động trong nhiều trạng thái khác nhau như khởi động (quá trình quá độ), quá tải và hãm Hiện nay, động cơ được chia thành hai loại chính.
Động cơ điện xoay chiều.
1.2.2.1 Động cơ điện xoay chiều
Động cơ không đồng bộ:
Động cơ không đồng bộ 3 pha được sử dụng phổ biến trong công nghiệp với công suất từ nhỏ đến trung bình, chiếm ưu thế lớn so với các loại động cơ khác Lý do chính là do cấu trúc đơn giản, dễ chế tạo, an toàn và có thể sử dụng nguồn điện xoay chiều 3 pha trực tiếp Hơn nữa, động cơ không đồng bộ có giá thành kinh tế hơn so với động cơ một chiều Hai loại chính của động cơ không đồng bộ là động cơ roto lồng sóc và động cơ roto dây quấn.
Động cơ đồng bộ được ưa chuộng trong các ứng dụng truyền động công suất trung bình và lớn, đặc biệt là khi yêu cầu ổn định tốc độ cao Chúng thường được sử dụng cho máy bơm, quạt gió, và trong hệ thống truyền động của nhà máy luyện kim, cũng như làm động cơ sơ cấp trong các tổ máy phát điện công suất lớn Với độ ổn định tốc độ cao, hệ số cosφ lớn và hiệu suất vượt trội, động cơ đồng bộ vận hành rất tin cậy.
1.2.2.2 Động cơ điện một chiều
Động cơ một chiều, ra đời từ sớm với lý thuyết hoàn thiện, hiện chiếm 70% trong các hệ truyền động từ nhỏ đến lớn Tùy theo yêu cầu của hệ truyền động, động cơ một chiều được phân thành hai loại: loại có cuộn kích từ mắc nối tiếp và loại có cuộn kích từ mắc song song với phần ứng.
Động cơ một chiều kích từ độc lập
Động cơ một chiều kích từ nối tiếp
Động cơ một chiều hỗn hợp
Động cơ một chiều kích từ nối tiếp
Động cơ một chiều kích từ nối tiếp có đặc điểm nổi bật là cuộn kích từ được mắc nối tiếp với cuộn dây phần ứng, dẫn đến cuộn kích từ có tiết diện lớn, điện trở nhỏ và số vòng ít, đồng thời việc chế tạo cũng trở nên dễ dàng hơn.
Động cơ một chiều kích từ độc lập
Động cơ điện một chiều kích từ độc lập có cuộn kích từ được kết nối với nguồn một chiều độc lập, cho phép hoạt động hiệu quả với nguồn có công suất không đủ lớn Ngoài ra, cuộn kích từ cũng có thể được mắc song song với mạch phần ứng khi sử dụng nguồn một chiều có công suất lớn Đặc điểm nổi bật của loại động cơ này là cuộn kích từ độc lập với phần ứng, dẫn đến tiết diện dây nhỏ và điện trở lớn, đồng thời dòng kích từ không phụ thuộc vào tính chất của tải.
1.2.2.3 Động cơ 1 chiều kích từ hỗn hợp
Động cơ này sử dụng hai cuộn dây kích từ, một cuộn mắc song song và một cuộn mắc nối tiếp với phần ứng, giúp tận dụng các ưu điểm của động cơ một chiều với kích từ nối tiếp và kích từ độc lập.
Qua phân tích và nhận xét về các loại động cơ, mỗi loại đều có ưu điểm riêng phù hợp với từng loại phụ tải, giá thành và môi trường làm việc Do đó, tôi đã chọn động cơ xoay chiều roto lồng sóc làm động cơ bơm trong hệ thống.
Hình 1.2.3: Hình ảnh một số loại cảm biến thông dụng
Cảm biến (Sensor) đóng vai trò quan trọng trong việc giúp PLC phát hiện trạng thái và đo lường giá trị của các quá trình Cảm biến Logic xác định trạng thái đúng hoặc sai của hiện tượng vật lý, trong khi cảm biến liên tục chuyển đổi hiện tượng vật lý thành tín hiệu đo lường dưới dạng điện áp hoặc dòng điện.
Các loại cảm biến logic cơ bản thường gặp:
Cảm biến điện cảm (Inductive Sensor)
Cảm biến điện dung (Capacitive Sensor)
Cảm biến quang (Optical Sensor)
Cảm biến siêu âm (Ultrasonic Sensor)
Cảm biến tiếp xúc cơ…
Các loại cảm biến tương tự cơ bản thường gặp:
Cảm biến góc quay/Cảm biến vị trí
Cảm biến áp suất/Cảm biến lưu lượng
Cảm biến ứng suất/biến dạng/ lực
Máy khuấy trộn công nghiệp là thiết bị quan trọng trong sản xuất và chế biến hóa phẩm, thực phẩm Thiết bị này có khả năng trộn nhào các nguyên liệu ở dạng lỏng và rắn, tạo ra sản phẩm đồng nhất Quy trình hoạt động của máy đảm bảo tính chặt chẽ và vệ sinh an toàn trong sản xuất.
Với động cơ và lưỡi dao lớn, thiết bị trộn này có khả năng xử lý khối lượng vật liệu lớn cùng lúc, rất phù hợp cho nhiều ngành công nghiệp Chúng được ứng dụng rộng rãi trong dược phẩm, mỹ phẩm, nghiên cứu hóa chất, sản xuất phân bón, chế phẩm nông nghiệp, thực phẩm, bột giấy, chất xử lý nước, chất kết dính và sơn.
Relay nhiệt, hay còn gọi là Role nhiệt, là thiết bị điện thiết yếu dùng để bảo vệ động cơ và mạch điện khỏi tình trạng quá tải Thiết bị này thường được sử dụng kết hợp với Contactor (Khởi động từ) Chức năng chính của Relay nhiệt là tự động đóng cắt tiếp điểm nhờ vào sự co dãn của các thanh kim loại khi nhiệt độ tăng.
Ứng dụng của Relay nhiệt
Relay nhiệt được sử dụng kết hợp với Contactor (Khởi động từ) nhằm bảo vệ thiết bị điện, đặc biệt là động cơ điện, khỏi tình trạng quá dòng và quá tải trong quá trình hoạt động Cần lưu ý rằng relay nhiệt chỉ có khả năng thay đổi trạng thái tiếp điểm mà không thể tự ngắt nguồn điện, do đó, bắt buộc phải kết hợp với một thiết bị đóng cắt khác để đảm bảo an toàn.
Relay nhiệt hoạt động dựa trên cơ chế dãn nở vì nhiệt, nên cần một khoảng thời gian nhất định để tác động, không giống như các thiết bị đóng cắt bằng điện từ Vì lý do này, Relay nhiệt chỉ thích hợp để bảo vệ quá tải, không thể sử dụng để bảo vệ ngắn mạch Để bảo vệ ngắn mạch, cần kết hợp Relay nhiệt với Aptomat hoặc cầu chì.
Relay nhiệt hoạt động ở điện áp xoay chiều lên đến 500V và tần số 50Hz, với nhiều khoảng tác động từ vài trăm mA đến vài trăm A Các sản phẩm relay nhiệt của các hãng nổi tiếng như Mitsubishi, LS và Schneider có khoảng tác động từ 0.1A đến 800A.
2 Tiếp điểm thường đóng (NC)
3 Tiếp điểm thường mở (NO)
4 Vít chỉnh dòng điện tác động
Nguyên lý làm việc của Relay nhiệt
PHÂN TÍCH CHỌN BIẾN VÀO/RA, MÔ TẢ HỆ THỐNG, THIẾT KẾ HÀM LOGIC
Phân tích chọn biến vào/ra
SB1: Nút ấn Start (thường mở), SB1=0 – Nút ấn không được ấn, SB1=1 – nút ấn được ấn;
SB2: Nút ấn Stop (thường mở), SB2=0 – Nút ấn không được ấn, SB2=1 – nút ấn được ấn;
SB3: Nút ấn Reset (thường mở), SB3=0 – Nút ấn không được ấn, SB3=1 – nút ấn được ấn;
FR1: Relay nhiệt (thường đóng), FR1=0 – Sự cố quá tải Bơm 1, FR1=1 – Trạng thái bình thường
FR2: Relay nhiệt (thường đóng), FR2=0 – Sự cố quá tải Bơm 2, FR2=1 – Trạng thái bình thường
FR3: Relay nhiệt (thường đóng), FR3=0 – Sự cố quá tải Bơm 3, FR3=1 – Trạng thái bình thường
FR4: Relay nhiệt (thường đóng), FR4=0 – Sự cố quá tải động cơ trộn, FR4=1 – Trạng thái bình thường
KA5 : Sự cố mất điện, KA5=0 – Sự cố mất điện, KA5=1 – Trạng thái bình thường
PS1: Cảm biến báo mức thấp, PS1=1 – Hết nguyên liệu hoặc chưa có nguyên liệu, PS1=0
– Đã có nguyên liệu trong bình;
PS2: Cảm biến báo mức cao, PS2=1 – Nguyên liệu trong bình đã đầy (mức cao), PS2=0 –
Nguyên liệu chưa được nạp đầy.
T5: Biến thời gian 120s – T5=0 – biến thời gian
