THIẾT KẾ DÂY CHUYỀN PHA TRỘN HÓA CHẤT SỬ DỤNG PLC S71200

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC
KHOA ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HÓA

ĐỒ ÁN TỰ ĐỘNG HÓA VÀ ĐIỀU KHIỂN
THIẾT BỊ ĐIỆN
ĐỀ TÀI:
THIẾT KẾ DÂY CHUYỀN PHA TRỘN HÓA CHẤT SỬ DỤNG
PLC S7-1200

Giảng viên hướng dẫn:

TS. Phạm Thị Thùy Linh

Sinh viên thực hiện:

Nguyễn Trung Hiếu - 18810430214

Lớp:

D13TĐH&ĐKTBCN2

Khoa:

Điều khiển và tự động hóa

HÀ NỘI, 06/2021


TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA ĐK & TĐH

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
..............o0o.............

ĐỒ ÁN MƠN HỌC TỰ ĐỘNG HĨA THIẾT BỊ ĐIỆN
Sinh viên thực hiên: Nguyễn Trung Hiếu - 18810430214
Lớp: D13TĐH&ĐKTBCN2
Giảng viên hướng dẫn: TS. Phạm Thị Thùy Linh
I. Đề tài
Thiết kế dây chuyền pha trộn sử dụng PLC S7-1200
II. Nội dung
Chương 1: Tìm hiểu chung về máy trộn hóa chất
Chương 2: Thiết kế phần cứng cho hệ thống
Chương 3: Thiết kế phần mềm và mô phỏng kiểm chứng
III. Kế hoạch thực hiện:
Ngày giao đề: 03/05/2022
Ngày hoàn thành: /06/2022
Ngày tháng 06 năm 2022
Giáo viên hướng dẫn

TS. Phạm Thị Thùy Linh

LỜI NÓI ĐẦU


Trong tình hình dịch bênh covid ngày nay để ngăn chặn lây lan COVID-19, một
trong những biện pháp hàng đầu được các chuyên gia khuyến cáo là rửa tay đúng cách và
thường xun. Khơng chỉ phịng ngừa COVID-19, rửa tay thường xuyên bằng xà phòng

và nước hoặc dung dịch sát khuẩn còn là cách hữu hiệu để phòng ngừa và ngăn chặn sự
lây lan của các bệnh truyền nhiễm khác. Chính vì vậy, u cầu thiết kế một hệ thống pha
trộn nước rửa tay vận hành năng xuất và tối ưu đã luôn đề tài được quan tâm. Nhờ những
tiến bộ về khoa học – kỹ thuật, ngày nay hệ thống pha trộn hóa chất đã được vân hành tự
động mà không cần đến nhiều nhân lực điều này làm tăng năng suất và vệ sinh hơn trong
sản xuất.
Được sự định hướng của cô giáo TS. Phạm Thị Thùy Linh và sự cố gắng của bản
thân trong quá trình học tập tại nhà trường, em đã hoàn thành đồ án với đề tài: “Thiết kế
dây chuyên pha trộn hóa chất”. Toàn bộ phần thuyết minh của bản thiết kế này được chia
làm các chương:
Chương 1: Tìm hiểu chung về máy trộn hóa chất
Chương 2: Thiết kế phần cứng cho hệ thống
Chương 3: Thiết kế mạch điều khiển
Do thời gian có hạn và kiến thức còn hạn chế nên đồ án của em khơng tránh khỏi
những thiếu sót. Vì vậy, em rất mong nhận được sự góp ý của các thầy, cô giáo và các bạn
để đồ án của em được hồn thiện hơn, có thể ứng dụng vào thực tiễn đời sống hàng ngày.
Em xin chân thành cảm ơn!

MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG, HÌNH VẼ



CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU CHUNG VỀ MÁY TRỘN HĨA CHẤT

1.1 Giới thiệu chung về dây chuyền pha trộn

Máy trộn là một thiết bị dùng để trộn hỗn hợp nhiều loại nguyên nhiên, vật liệu thành
một hợp chất đồng nhất. Trong đó độ đồng đều của sản phẩm sau khi trộn là một trong

những chỉ tiêu cơ bản để đánh giá chất lượng và hiệu quả của máy trộn đó
•

Cơng dụng của máy trộn

Trong dây chuyền sản suất bột hỗn hợp, trộn hóa chất, dược phẩm hay xây dựng. Đặc
biệt là trong các xí nghiệp chế biến thức ăn tổng hợp công nghiệp thường dùng nhiều máy
trộn để thu được sản phẩm hỗn hợp nhiều thành phần có tỷ lệ nhất định được trộn lẫn với
nhau và phân bố đều. Các thành phần này được định lượng chính xác ngay từ ban đầu
nhưng nếu không được đưa qua các máy trộn làm việc có hiệu quả thì chưa chắc đã thu
được sản phẩm sau khi trộn chia thành lượng nhỏ lại chứa đủ các tỷ lệ thành phần như
yêu cầu.
Quá trình trộn chỉ kết thúc và có hiệu quả khi mỗi mẫu kiểm tra đều có tỷ lệ các thành
phần đưa vào pha trộn theo công thức định trước. Nhưng thực tế đối với nhiều loại sản
phẩm thì hiệu quả trộn phụ thuộc vào độ lớn hạt bột khối lượng riêng, độ ẩm và một số cơ
tính khác của vật liệu trộn. Do đó q trình trộn khơng thể đạt được mức đồng đều tuyệt
đối.
•
-

Phân loại máy trộn
Máy trộn đứng: thường là máy trộn hành tinh hay máy trộn cánh quạt
Máy trộn ngang: Là loại máy trộn có cánh một trục nằm dọc và hai trục nằm ngang
làm việc liên tục hoặc chu kỳ. Các loại máy trộn này có thể trộn tạo nên vật liệu
hỗn hợp từ nhiều thành phần, cũng tạo ra nguyên liệu đồng nhất ở thể khô và thể
dẻo. Việc tạo ẩm có thể tiến hành bằng nước hoặc hơi nước có áp lực thấp. Có thể
nâng cao chất lượng sản phẩm khi dùng hơi nước có áp lực thấp và khi được ngưng
tụ sẽ làm ẩm nó. Năng suất được coi là thơng số chính của máy. Các loại máy trộn
có trục nằm ngang của (Liên xơ cũ) có năng suất: 3, 5, 7, 18, và 35 m 3 với đường
kính tương ứng của cánh trộn là 350, 600, 750 mm.

5


1.1.1

Đặc điểm cấu tạo của dây chuyền pha trộn

Hình 1. 1: Cấu tạo cơ bản của dây chuyền pha trộn
Trên hình 1.1 là cấu một dây chuyền pha trộn trong đó:
1: Các máy bơm để nhập liệu hóa chất
2: Động cơ khuấy
3: Cánh quạt khuất
6


4: Bồn chứa các nguyên liệu trồn
5: Cảm biến mức
6: Van xả nhiên liệu
a) Động cơ bơm

Bơm là máy thủy lực dùng để hút và đẩy chất lỏng từ nơi này đến nơi khác. Chất
lỏng dịch chuyển trong đường ống nên bơm phải tăng áp suất chất lỏng ở đầu đường ống
để thắng lực trên đường ống và thắng hiệu suất ở 2 đầu đường ống. Năng lượng bơm cấp
cho chất lỏng lấy từ động cơ điện hoặc từ các nguồn động lực khác (máy nổ, máy hơi
nước…)
Điều kiện làm việc của bơm rất khác nhau (trong nhà, ngoài trời, độ ẩm, nhiệt
độ…) và bơm phải chịu được tính chất lý hóa của chất lỏng cần vận chuyển.
b) Van xả (van điện tử)

Van điện từ hay còn gọi là Solenoid Valve là một thiết bị điện dùng để điều khiển
các dịng lưu chất như: Khí, Nước và Gas. Van hoạt động bởi các loại điện áp là: 220vAC
hoặc 24vDC, 12vDC. Có một cuộn dây trong lõi của van, khi van được cấp điện thì nhờ
có từ trường sinh ra trong cuộn dây sẽ làm Pít tơng thắng lực đàn hồi của lị xo trong van,
từ đó sẽ làm cho pít tông di chuyển lên hoặc xuống tùy thuộc vào loại van (Có hai loại là
van thường đóng hoặc thường mở). Khi ngừng cấp điện lực đàn hồi của lò xo sẽ đẩy hoặc
kéo pít tơng trở lại vị trí ban đầu.
-

Cấu tạo của van điện từ:

Hình 1. 2:Cấu tạo chi tiết của van điện tử
7


Từ mặt cắt đứng của van ta có thể thấy được các chi tiết sau tương ứng với mặt cắt:
1.
2.
3.
4.
5.

6.
7.
8.
9.
-

Thân van: Được làm từ các vật liệu như: đồng thau, inox hoặc nhựa.
Mơi chất đi qua van: Nước, Khí, Gas.

Ống rỗng: Là ống khi dòng lưu chất chưa chảy qua van
Vỏ bên ngoài cuộn hút.
Cuộn coil: Sinh ta từ trường để làm di chuyển pít tơng. Hiện nay, trên thị trường có
2 loại coil nhơm và coil đồng. Cuộn coil là dây đồng quấn tạo thành. Coil bằng
đồng sẽ tỏa ít nhiệt hơn, bền bỉ, tuổi thọ cao hơn so với coil bằng nhôm.
Dây điện để kết nối với nguồn điện. Có thể dùng điện áp 220v, 24v, 110v và 380v
Trục của van điện từ.
Lị xo để di chuyển pít tông về trạng thái ban đầu sau khi ngắt nguồn điện.
Khe hở để khi pít tơng di chuyển thì lưu chất sẽ đi qua.
Nguyên lý hoạt động

Về cơ bản thì van solenoid sẽ có hai loại, là van điện từ thường mở (NO) và van
điện từ thường đóng (NC). Về ngun lý hoạt động của 2 loại này thì hồn tồn khác
nhau. Sau đây chúng ta cùng tìm hiểu từng loại
+ Van điện từ thường đóng: là dịng van ở trạng thái ban đầu là van đóng nên các
lưu chất như nước, khí và gas khơng thể di chuyển qua. Khi van được cấp điện thì
cuộn dây (Cuộn dây 5 như hình trên) sẽ sinh ra từ trường làm cho lực đẩy của pít tơng
thắng lực đàn hồi của lị xo. Khi đó pít tơng di chuyển lên trên, nhờ vậy lưu chất sẽ
chảy qua khe hở (Khe hở 9 như mặt cắt bên trên). Khi ngừng cấp điện cho van điện từ
thì lực đàn hồi của lị xo (Lị xo 5 như mặt cắt trên) sẽ đẩy pít tơng trở lại vị trí ban
đầu, khi đó van sẽ lại đóng như trạng thái ban đầu.
+ Van điện từ thường mở: Nguyên lý hoạt động của van điện từ thường mở sẽ trái
ngược với van thường đóng. Khi chưa cấp nguồn điện van sẽ luôn trong trạng thái mở
(lưu chất luôn luôn chảy qua van). Sau khi được cấp nguồn điện thì van chuyển từ
trạng thái mở qua trạng thái đóng và khơng cho lưu chất chảy qua. Thường là van sẽ
được đóng mở gián tiếp
c) Động cơ khuấy, trộn
-

Động cơ khuấy trộn hóa chất là thiết bị bao gồm bộ truyền đồng trục và 1 hay

nhiều bộ cánh khuấy được gắn lên trục khuấy. Bộ cánh khuấy chính là 1 dụng cụ
bất kỳ được đem gắn trên trục quay để tiến hành luân chuyển các vật liệu ở bên
trong thùng trộn. Các cánh khuấy chuyển động quay sẽ tạo ra sự thay thế lẫn nhau
8


-

của các vật liệu bên trong hệ thống nhằm mục đích thỏa mãn các u cầu của q
trình.
Người ta phân loại máy khuấy trộn hóa chất ra làm 2 loại cơ bản: 1 là máy khuấy
sử dụng động cơ điện và máy khuấy sử dụng động cơ chạy bằng khí nén.
d) Cảm biến mức

Hình 1. 3: Cấu tạo cảm biến siêu âm mức
Cảm biến đo mức siêu âm bao gồm 3 phần chính:
•

Phần phát tín hiệu siêu âm: đây là thành phần mà sóng siêu âm sẽ được phát ra,
thơng thường sóng siêu âm được phát ra sẽ có tần số tương ứng với khoảng cách
cần đo.

•

Bộ phận thu tín hiệu siêu âm: đây là phần mà sóng siêu âm sau khi tác động lên
một mặt phẳng và được phản xạ lại.

•

Phần xử lý tín hiệu: đây được xem là phần quan trọng nhất của cảm biến đo mức

siêu âm vì phần này sẽ đảm nhiệm chức năng tính tốn khoảng cách từ đầu phát tín
hiệu đến mặt phẳng, từ đó sẽ tính ra được mức nước trong bể.

Ngun lý hoạt động của cảm biến đo mức siêu âm:
•

Cảm biến đo mức siêu âm hoạt động dựa trên nguyên tắc sóng tới và sóng phản xạ.
Giả sử trong trường hợp đo chất lỏng trong bồn chứa. Cảm biến siêu âm sẽ phát
liên tục sóng siêu âm xuống đáy bồn chứa. Khi chạm vào bề mặt nước trong bồn
thì sóng siêu âm sẽ phản xạ trở lại.
9


•

Sóng siêu âm phản xạ sẽ được phần thu tín hiệu thu lại. Sau đó tín hiệu sẽ được
truyền đến bộ xử lý. Cuối cùng xuất ra tín hiệu cho biết mức nước hiện tại trong
bồn là bao nhiêu.

1.1.2
-

-

1.1.3

Nguyên lý hoạt động của dây chuyền pha trộn
Các hóa chất, nguyên liệu sẽ được động cơ bơm, van điện từ cấp vào bồn chứa
Nhờ cảm biến báo mức mà t có thể xác định được tỉ lệ pha trộn chính xác của các
nguyên liệu đầu vào

Sau khi đã cấp liệu xong ta đến quá trình khuấy trộn nhiên liệu, tuy theo mỗi loại
ngun liêu khác nhau thì sẽ có u cầu công nghệ khuấy khác nhau, nhưng tất cả
đều nhằm mục đích tạo dịng ngun liệu chuyển dịch liên tục để cho các nguyên
liệu được trộn đều vào với nhau.
Khi các nguyên liệu đã được trồn đều với nhau ta sẽ sử dụng máy bơm hoặc bơm
xả để vận chuyển thành phẩm đến các dây chuyền khác (ví dụ: chiết rót, đóng chai,
…)
Chức năng của dây chuyền pha trộn

Các hệ thống pha trộn dung dịch là thiết bị dùng để trộn hỗn hợp nhiều loại nguyên
liệu, vật liệu, dung dịch, hóa chất thành một hợp chất đồng nhất. Trong đó độ đồng đều
của sản phẩm sau khi trộn là một trong những chỉ tiêu cơ bản để đánh giá chất lượng và
hiệu quả của hệ thống pha trộn.
Trong dây truyền sản suất các loại bột hỗn hợp, trộn các loại hóa chất hay trong
dược phẩm cũng như dây xựng, đặc biệt là trong các dây truyền của các xí nghiệp chế
biến thức ăn, nước uống tổng hợp công nghiệp thường xử dụng nhiều các hệ thống pha
trộn, máy trộn dung dịch hỗn hợp để thu được sản phẩm hỗn hợp nhiều thành phần có tỷ
lệ nhất định được trộn lẫn với nhau và phân bố đều. Các thành phần này được định lượng
chính xác ngay từ ban đầu nhưng nếu khơng được đưa qua các mày trộn làm việc có hiệu
quả chính xác thì chưa chắc các sản phẩm sau khi trộn chứa các thành phần như yêu cầu.
Quá trình pha trộn chỉ kết thúc và có hiệu quả khi các mẫu kiểm tra đều có tỷ lệ
các thành phần đưa vào trộn theo công thức định trước. Nhưng trong thực tế đối với nhiều
loại sản phẩm còn phụ thuộc độ lớn của các hạt pha trộn, độ ẩm và các cơ tính của các
loại ngun liệu khi trộn. Do đó q trình trộn chưa, khơng thể đạt được mức đồng đều
tuyệt đối.
1.1.4

Một số dây chuyền pha trộn khác
10

a, Hệ thống pha trộn dầu DO và dầu thực vật
Năng lượng là vấn đề sống cịn của tồn nhân loại. Các nguồn năng lượng hóa
thạch như dầu mỏ, than đá, khí thiên nhiên… đang bị khai thác đến mức cao nhất và ngày
càng cạn kiệt. Trong hoàn cảnh như vậy, một trong các nguồn năng lượng mới đang phát
triển mang tính bứt phá trong những năm gần đây là năng lượng sinh học.
Việc pha trộn năng lượng sinh học với các dạng năng lượng hóa thạch như xăng,
dầu để tạo ra các sản phẩm mới có hiệu suất, tính kinh tế cao và thân thiện hơn với môi
trường trở nên cấp thiết và được đặt ra cho các hệ thống
b, Máy pha trộn nước ngọt có ga

Hình 1. 4:Quy trình cơng nghệ sản xuất nước ngọt có gas
11


Máy được dùng cho các loại đồ uống, nước ngọt có gas và các loại nước giải khát
khác. Dây truyền được thực hiện trên cơ sở pha trộn đồ uống có gas bao gồm các thành
phần nước, syro và khí CO2 với chất liệu vỏ bằng thép không gỉ chất lượng cao giúp đảm
bảo các vấn đề về vệ sinh an toàn thực phẩm.
Máy sử dụng hệ thống cảm biến và PLC để điều khiển áp lực trong bình, chiều cao
và bề mặt chất lỏng. Khi có dấu hiệu bất thường lập tức bộ phận cảm biến sẽ báo cho
người giám sát đến kịp thời sử lý.
Máy trộn thiết kế với công nghệ hiện đại chu kỳ trộn đều đặn chính xác, cấu trúc
chắc chắn, dễ vận hành an tồn thích hợp cho trộn nước giải khát có gas cho dây truyền
các doanh nghiệp lớn, vừa và nhỏ.
1.2 Dây chuyền pha trộn nước rửa tay khô

Trong nền công nghiệp hiện đại ngành hóa giữ một vai trị quan trọng và ngày càng
được tự động hóa cao. Các loại máy trộn trong các ngành dược phẩm là cơng nghệ hóa
chất được sử dụng rộng dãi và ngày càng được nâng cao tính tự động hóa.

Ngày nay tuy đại dịch covid-19 đã dần được kiểm sốt nhưng nước rửa tay khơ đổi
với đời sống bình thường mới vẫn rất vơ cùng quan trọng. Dây chuyền pha trộn nước rửa
tay khô được thực hiện dựa trên cơ sở pha trộn bao gồm một số thành phần như là: Cồn,
nước, hương vị, …
•

Nguyên lý hoạt động của dây chuyền:
- Kiểm tra các bể chưa dung dịch đầu vào đã có dung dịch hay chưa
- Nhập tỉ lệ trộn giữa các thành phần với nhau
- Bơm các hóa chất theo tỉ lệ đã đặt vào bồn trộn
- Sau khi đã bơm đủ thì sẽ khuấy để cho các hóa chất được trộn đều với nhau
- Khi kết thúc chu trình khuấy van xả sẽ mở ra và xả hóa chất được trộn

Kết luận chương 1:
Các dây chuyền nước rửa tay hiện nay thì vẫn khá đơn giản và thô sơ. Chưa được áp dụng
tự động hóa do đó q trình sản xuất chưa được khéo kín dẫn đến chưa đảm bảo an tồn
vệ sinh. Các dây chuyền này năng suất khá kém và tốn nhiều nguồn nhân lực do đó em
chọn đề tài “thiết kế dây chuyền pha trộn nước rửa tay khô” để khác phục những khó đã
nêu ở trên

12


CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG CHO HỆ THỐNG
2.1 Sơ đồ lắp đặt hệ thống

13


Hình 2. 1: Sơ đồ bố trí, lắp đặt hệ thống

14


2.2. Lựa chọn công suất
Với phạm vi đề tài nằm ở mức độ tìm hiểu và nghiên cứu nguyên lý hoạt động của
dây chuyền pha, trộn hóa chất nên chúng em chọn giả thuyết với yêu cầu phụ tải như sau:
•

•
-

Động cơ bơm:
- Năng suất của máy bơm: Q = 50m3/h
- Chiều cao cột áp: H= 20m
- Chiều dài đường ống dẫn: l = 30m
- Đường kính ống dẫn: d = 135mm
- Hiệu suất của máy bơm: ɳb=0,81
Động cơ khuấy có cơng suất Q = 1,80m3/s
Thời gian khuấy trộn: 6 phút
Cường độ khuấy trộn: G= 1000s-1
Thể tích bể trộn cần: V = 12.1,8m3/s = 21,6 m3
Bể trộn tròn: π.r2 x h= 0,852 m x π x 10m = 22.69 m3
Ống đẫn nước vào ở đỉnh bể, dung dịch phèn cho vào ngay cửa ống dẫn vào bể,
nước đi từ trên xuống dưới qua lỗ của thành bể để dẫn sang ngăn phản ứng
Dùng máy khuấy tuabin sáu cánh nghiêng góc 45 o hướng xuống dưới để đưa nước
D≤

-

1
2

từ trên xuống. Đường kính máy khuấy
chiều rộng bể. Trong bể đặt bốn tấm
chắn để ngăn chuyển động xoay của nước, chiều cao tấm chắn 10m, chiều rộng
0,18m, bằng 1/10 đường kính bể
Máy khuấy trộn đặt cách đáy một khoảng h=D (đường kính cánh khuấy)
Chiều rộng bản cánh khuấy bằng 1/5 đường kính cánh khuấy
Chiều dài bản cánh khuấy bằng ¼ đường kính máy khuấy
Đường kính cánh khuấy lấy bằng 0,8m

2.3 Thiết kế mạch lực
2.3.1 Sơ đồ mạch lực
Theo yêu cầu công của dây chuyền pha trộn hóa chất nhóm em đã thiết kế mạch
động lực như sau:

15


Hình 2. 2: Sơ đồ mạch lực
2.3.2 Chức năng của các phần tử trong mạch
Trong đó:
-

CB: aptomat của nguồn dùng để đóng ngắt mạch điện, bảo vệ quá tải, ngắn mạch,
sụt áp…
M1, M2 là động cơ bơm cấp liệu
M3 là động cơ trộn liệu
RN1, RN2, RN3 là các role nhiệt

KM1, KM2, KM3, KM4, KM5 là các contactor điểu khiển hoạt động của động cơ
VALVE là van điện từ

2.4 Tính tốn lựa chọn các phần tử trong mạch lực
2.2.1 Động cơ bơm
Công suất động cơ truyền động bơm:
P=

Qy .( H + ∆H )
102η

[kW]=

50.103.(29,57)
= 4.97kW
102.3600.0,81

16


Tốc độ di chuyển của nước:
v=

Q
50
=
= 0,97 m / s
S 3600.0, 0143

Trong đó: S là tiết diện ống nước:

S=

π d 2 3,14.0,1352
=
= 0, 0143m 2
4
4

Tổn thất cột áp (áp suất) trong đường ống:
1,1.v1,75
1,1.0,971,75
∆H = a ( 1,75 ).l = 0, 0092(
).30 = 9.57m
d
0,1351,75

Trong đó: a = 0,00092 khi dùng trong ống thép
H 2 = H + ∆H = 20 + 9,57 = 29, 57m

Chọn động cơ loại có Pđm= 5,5kW, nđm= 950 vòng/phút
2.2.2 Động cơ khuấy
Năng lượng cần truyền vào nước P = G2Vµ
P = (1000)2 x 0,001 x 5,4 = 5400 J/s = 5,4 kW
Hiệu suất động cơ ɳ=0,8, công suất động cơ: 5,4: 0,8 = 6,75kW
Xác định số vòng quay của máy khuấy
n=(

P 1/3
5400
) =(

) = 4vg / s = 240vg / ph
5
KρD
1, 08.1000.(0, 65)5

Phải có hộp giảm tốc cho động cơ
Chọn động cơ giảm tốc có Pđm = 6.75kW, nđm = 240 vịng/phút
2.2.3 Máy cắt
• Tổng quan về máy cắt
17


Circuit breaker (CB) là thiết bị đóng cắt hoặc thiết bị bảo vệ. Tác dụng chính là để
đóng cắt mạch điện, thao tác cắt có thể được thực hiện tự động khi xảy ra sự cố quá tải
hoặc ngắn mạch trong mạch điện. Khác với cầu chì (khi tác động phải thay thế), CB khi
tác động bảo vệ có thể reset và sử dụng bình thường. Việc reset có thể thực hiện bằng tay
hoặc tự động (tùy từng dịng).
• Phân loại
CB có thể có nhiều kích cỡ khác nhau, từ những loại nhỏ để đóng cắt thiết bị hạ áp
trong gia đình đến những loại lớn sử dụng đóng cắt lưới điện cao áp quy mô lớn. CB được
phân loại điện áp làm việc và chức năng:
- Loại cao áp: Các máy cắt cao áp dùng đóng cắt lưới truyền tải có điện áp trên
72kV (thường dùng khí SF6 để dập hồ quang).
- Loại trung áp: Các máy cắt sử dụng để đóng cắt mạng điện trung áp có điện từ
1kV đến dưới 72kV. Gồm có máy cắt chân khơng (Vacuum Circuit Breaker –
VCB), máy cắt khơng khí (Air Circuit Breaker – ACB). Dịng đóng cắt có thể lên
tới 6.3kA.
- Loại hạ áp: Gọi là Aptomat, dùng để đóng cắt mạng điện hạ áp có điện áp dưới
1kV. Gồm có:
+ Aptomat khối (Molded Case Circuit Breaker – MCCB), có dịng đóng cắt lên

đến 2.5kA.
+ Aptomat tép (Minature Circuit Breaker – MCB), có dịng đóng cắt nhỏ hơn
100A.
• Lựa chọn thiết bị
Để lựa chọn aptomat, ta cần quan tâm đến thông số: dòng và áp định mức, dòng
ngắn mạch tối đa.
Theo đề bài công suất của bơm P = Pbơm1 + Pbơm2 + Pkhuấy = 5,5 +5,5 + 6,75 = 17,75 kW
Ta có: Pđm = x Uđm x Iđm x cosφ x ɳ
Trong đó:
Pđm – Cơng suất định mức của bơm
Uđm – Điện áp định mức của bơm
Iđm – Dòng điện định mức của bơm
Cosφ – Hệ số công suất của bơm (thường chọn 0,9)
ɳ - Hiệu suất máy bơm (0,8 – 0,9), thường chọn 0,85


Iđm = (17,75 x 1000) / ( x 380 x 0,9 x 0,85) = 35A

Khi lựa chọn aptomat thì ta thường lựa chọn ICB = (1 – 2) x Iđm

ICB = Iđm x 2 = 35 x 2 = 70A
18


Mặt khác điện áp định mức của bơm là 3pha 380V.
Suy ra, lựa chọn aptomat có thơng số: Điện áp định mức là 3pha 380V và dịng
định mức là 70A.
Ví dụ: Với u cầu lựa chọn của aptomat có thơng số như trên ta lựa chọn được MCCB
ABB A1C 25KA 70A 3P của hãng ABB có thơng số:
Điện áp làm việc: 230-440V

Dòng định mức: 70A
Dòng ngắn mạch định mức: 6kA
Số pha: 3 pha
Số lần đóng cắt: 6000-8000 lần
Tiêu chuẩn: IEC 60898
Nhà sản xuất: ABB

Hình 2. 3: MCCB ABB A1C 25KA 70A 3P
2.2.4 Contactor
• Tổng quan về contactor
Contactor là thiết bị đóng cắt mạch điện động lực với điện áp và dòng điện cao,
dùng để chạy/dừng động cơ hay các thiết bị điện. Khác với rơ le nguồn điều khiển là một
chiều điện áp thấp, contactor nguồn điều khiển là loại xoay chiều cao áp. Contactor có thể
đóng cắt mạch điện với điện áp lên đến 500V và dòng điện 600A, thường được dùng
trong mạch động lực.
• Phân loại
Theo dạng dịng điện: Contactor điện một chiều và contactor điện xoay chiều.
Theo số cực: Contactor 1 cực, 2 cực, 3 cực, 4 cực. Phổ biến nhất là contactor 3
cực.
Theo điện áp cuộn hút: Cuộn hút xoay chiều 220VAC, 380VAC, … Cuộn hút
một chiều 24VDC, 48VDC, …
• Lựa chọn thiết bị
19


Để lựa chọn contactor, ta cần quan tâm đến thông số: Dịng và áp định mức
a) Tính chọn contactor cho mỗi động cơ bơm
Ta có: Iđm = 11A
Khi lựa chọn contactor thì ta thường lựa chọn Ictt = (1.2 – 1.5) x Iđm


Ictt = Iđm x 1.5 = 11 x 1.5 = 16,5A
Theo đề tài điện áp định mức của bơm là 3pha 380V.
Suy ra, lựa chọn contactor có thơng số: Điện áp định mức là 3pha 380V, dòng điện
định mức là 16,5A.
Ví dụ: Contactor Mitsubishi S-T20-AC400V có thơng số:
Dịng điện định mức 18A
Điện áp hoạt động: 380VAC-440VAC
Sử dụng cho động cơ 7,5kW
Tiếp điểm phụ: 2NO, 2NC
Tần số: 50/60 Hz
Kích thước: 75 x 89 x 91 mm (W x H x D)
Khối lượng: 0.52 kg
Nhà sản xuất: Mitsubishi
Xuất xứ: Nhật Bản

Hình 2. 4: Contactor Mitsubishi S-T20-AC400V
b) Tính chọn contactor cho động cơ khuấy

Ta có: Iđm = 13.4A
Khi lựa chọn contactor thì ta thường lựa chọn Ictt = (1.2 – 1.5) x Iđm

Ictt = Iđm x 1.5 = 13.4 x 1.5 = 20A
Theo đề tài điện áp định mức của bơm là 3pha 380V.
Suy ra, lựa chọn contactor có thơng số: Điện áp định mức là 3pha 380V, dòng điện
định mức là 20A.
20


Ví dụ: Contactor LT1-D 25A-AC400V có thơng số:
Dịng điện định mức 25A

Điện áp hoạt động: 380VAC-440VAC
Nhà sản xuất: Elmark

Hình 2. 5: Contactor LT1-D 25A-AC400V
2.2.5 Role nhiệt
•

Tổng quan về role nhiệt

Relay nhiệt là thiết bị bảo vệ động cơ khỏi quá tải, thường sử dụng với contactor.
Relay nhiệt không tác tức thời theo trị số dòng điện mà tác động chậm sau khoảng vài
giây cho đến vài phút, do đó khơng có khả năng bảo vệ ngắn mạch. Trong hệ thống cơng
nghiệp thì relay nhiệt được dùng ở điện áp xoay chiều đến 500V với tần số 50Hz, loại
relay nhiệt mới lên đến 150A, điện áp một chiều lên đến 440V.
Khí cụ điện này được ứng dụng trong đa dạng các hệ thống điện khác nhau từ dân
dụng đến công nghiệp để bảo vệ quá tải cho các thiết bị điện của nhà máy cũng như của
gia đình. Trong cơng nghiệp, relay được lắp kèm với contactor được gọi là khởi động từ.
Khởi động từ là một bộ đôi thiết bị bảo vệ chắc chắn cho toàn bộ mạng điện của hệ thống.

21


2.5 Thiết kế tủ điện điều khiển

Hình 2. 6: Bản vẽ tủ điện trên AtoCad 2018

22


Hình 2. 7: Sơ đồ đi dây của hệ thống

2.6 Tổng thời gian thực hiện một chu trình của hệ thống
-

Thời gian bơm của 2 máy bơm là:

Tb =
-

V
21.6
=
= 0, 432(h)
Qb
50

Thời gian khấu:

Tk = 0,1(h)
23


-

Thời gian xả:

Tx =

-

V

21.6
=
= 0, 216(h)
Qx 100

Tổng thời gian của một chu trình hệ thống:

T = Tb + Tk + Tx = 0, 432 + 0,1 + 0, 216 = 0, 748(h)
 Bảng thống kê các thiết bị trong mạch lực đã chọn:

STT
1

3
4

Model
MCCB ABB A1C
25KA 70A 3P
Contactor
Mitsubishi S-T20AC400V
LT1-D 25A-AC400V
Role trung gian MY2N-GS DC24
Động cơ bơm CM50-160B

5

Động cơ khuấy

6

Van điện từ

2

Tên thiết bị
Aptomat

Số lượng
1

Thông số
I = 70A

5

I1 = 18A
I2 = 20A

5
2

role 24V
Pđm= 5,5kW, nđm= 950
vòng/phút
Pđm = 6.75kW, nđm =
240 vòng/phút
Q = 100 m3/h

PF28-0750-25S3

1

UW 100

1

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN VÀ GIAO DIỆN GIÁM SÁT
TRÊN WINCC

3.1 Hoạt động của hệ thống
 Nguyên lý hoạt động hệ thống:
- Khi bắt đầu khởi động hệ thống, hệ thống sẽ kiểm tra các điều kiện làm việc như

lượng dung dịch trong các bồn cấp, các role nhiệt bảo vệ ở động cơ và bồn trộn đã
-

rỗng.
Sau khi điều kiện làm việc đủ, ta sẽ đặt tỉ lệ trộn, số mẻ trộn thông qua màn hình

-

HMI.
Bấm nút START hệ thống bắt đầu làm việc, động cơ bơm thứ nhất bơm cồn
Isoprooly (vì cồn nhẹ hơn nước nên bơm cồn vào trước sẽ giảm được thời gian trộn
24


hóa chất) đến ngưỡng tỉ lệ mà mình đã đặt nhờ cảm biến siêu âm báo mức bơm sẽ
-

tự động dừng và bơm thứ hai sẽ bơm nước phần còn lại.
Khi bồn chứa dung dịch đã đầy sẽ dừng quá trình bơm cấp liệu chuyển sang quá
trình trộn liệu, quá trình trộn liệu sẽ kéo dài trong 12s, cứ sau 3s động cơ trộn sẽ

-

được đảo chiều một lần nhằm trộn dung dịch được đều với nhau.
Sau khi dung dịch trong bồn trộn đã được trộn đều với nhau sẽ đến quá trình xả
dung dịch vào bồn chứa sau khi xả xong sẽ kết thúc 1 chu trình trộn, các mẻ tiếp

-

theo cũng sẽ tương tự.
Trong trường hợp muốn dừng khẩn cấp thì ta sẽ nhất nút STOP để dừng hệ thống.
Khi đang trong quá trình làm việc mà xả ra một trong các sự cố như: bị mất 1 động
cơ bơm hoặc khuấy hay dung dịch trong bồn cấp bị thì ngay lập tức hệ thống sẽ
dừng làm việc và báo sự cố để người vận hành sẽ phải đi kiểm tra hệ thống.

25