CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CÂN TRỘN HÓA CHẤT 1.1 Tổng quan về hệ thống 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 gái chất lượng và hiệu quả. Hệ thống cân trộn hóa chất dạng lỏng được thiết kế theo dõi liên tục quá trình định lượng. Nó được áp dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp như: Hóa chất, Sơn, Rượu - Bia - Nước giải khát, Vải sợi, Chế biến thực phẩm, Hóa dầu, .1 Các đặc tính của hệ thống cân trộn hóa chất trong công nghiệp 1.
Điều kiện làm việc ẩm ướt 2. Tỷ lệ của từng thành phần vật liệu là khác nhau 3. Yêu cầu cao về tốc độ và độ chính xác của chức năng cấp liệu 4. Công thức pha trộn thường được điều chỉnh tùy vào nhu cầu Hệ thống cân trộn hóa chất với khả năng giám sát tự động hóa cao loại trừ được một số nhược điểm của hệ thống cân trộn hóa chất thủ công như: Độ chính xác, thiếu ổn định về chất lượng và chức năng quản lý, thống kê.
Hệ thống này kết nối với mạng thông tin quản lý của nhà máy. Dữ liệu được truyền tức thời đáp ứng việc sao lưu, phân tích, thống kê trong cơ sở dữ liệu và in ấn các báo cáo. Để tối ưu hóa năng suất, đây là một phương pháp hiệu quả nhất bao gồm việc cải tiến công nghệ và độ chính xác của quá trình. Hình 1-1 Ứng dụng hệ thống cân trộn trong công nghiệp 4 1.2 Các nguyên tắc thiết kế của hệ thống cân trộn hóa chất 1.
Độ tin cậy cao 2. Đo lường và điều khiển chính xác đảm để đảm bảo chất lượng sản phẩm 3. Vận hành dễ dàng, màn hình điều khiển hiển thị dễ hiểu 4. Sự lựa chọn tối ưu khi thực hiện các quá trình đa nhiệm 5.
Có khả năng kết nối dữ liệu quan mạng LAN 6. Chức năng dừng khẩn cấp và vận hành bằng tay được cài đặt phù hợp và an toàn 7. Sự tương thích cao giữa phần mềm và phần cứng tạo ra các hệ thống linh hoạt, đáp ứng đa dạng nhu cầu khác nhau của khách hàng 1.3 Hệ thống cân trộn hóa chất tự động được chia thành các phần sau đây 1.1 Phần cấp liệu Phần cấp liệu có chức năng cấp và bổ xung nguyên liệu từ thùng chứa đến các thiết bị đo, các máy móc, thiết bị cấp liệu được lựa chọn phụ thuộc vào các loại nguyên liệu khác nhau, một số dạng thiết bị cấp liệu như: Bộ cấp liệu dạng rung điện từ, trục vít, valve điện từ, các loại bơm khác nhau,.2 Phần cân định lượng Nguyên liệu được định lượng bằng cách cân. Hệ thống cân bao gồm các bộ phận cơ bản: Cảm biến (Loadcell), hộp đấu nối tín hiệu, màn hình đo và chỉ thị, bên cạnh đó được cài đặt các chức năng chỉnh chuẩn và chỉnh 0 giá trị đo.
Loadcell hay còn được gọi là cảm biến trọng tải, thiết bị này được dùng để chuyển đổi lực mô-men xoắn hoặc trọng lượng thành tín hiệu điện. Cảm biến loadcell thường được ứng dụng trong các loại cân điện tử như: cân bàn, cân điện tử công nghiệp, cân treo, cân kỹ thuật, cân băng tải.3 Phần khuấy trộn Chức năng đảo trộn của máy giúp đẩy nhanh sự hòa tan của các nguyên liệu trong nước cũng như sự đồng đều giữa các chất với nhau. Về cơ bản thì máy khuấy trộn chất lỏng chia là hai loại chính là máy khuấy trộn có gia nhiệt và máy khuấy trộn không gia nhiệt. – Máy khuấy trộn không gia nhiệt: Với loại máy này thì bồn khuấy trộn của máy có cấu tạo một lớp.
Bồn có một motor và trục cánh khuấy để khuấy trộn và đảo đều dung dịch. – Máy khuấy trộn có gia nhiệt: Phần bồn chứa có cấu tạo 2 lớp, có thêm một lớp gia nhiệt. Dung môi dùng để gia nhiệt có thể là nước hoặc dầu. – Các loại cánh khuấy: Cánh khuấy tua bin, mái chèo, chân vịt, khuấy mỏ neo,… tùy thuộc vào loại hóa chất độ nhớt, độ đặc sệt mà lựa chọn loại cánh khuấy phù hợp.4 Thiết bị xả nguyên liệu Một số dạng phổ biến: Cơ cấu lưỡi xả đóng mở bằng van điện từ Valve điện từ hai hoặc nhiều ngả, trục vít, một số loại bơm.
Mọi thiết bị phải được thiết kế và lựa chọn theo các điều kiện quy trình kỹ thuật và đặc tính kỹ thuật của nguyên liệu.5 Hệ thống điều khiển Hệ thống điều khiển tự động hóa quá trình cấp liệu tự động có một số dạng phổ biến: PLC, SCADA, PC-Based Control, DCS được tích hợp bởi một số hãng nổi tiếng như Rockwell Automation, Siemens, ABB, Mitsubishi, Omron, Endress, Hauser.đáp ứng việc điều khiển, đo lường ổn định, chính xác, khả năng truyền thông, cập nhật, lưu trữ, phân tích dữ liệu. Sơ lược về hệ thống cân trộn hóa chất.1 Các thiết bị trong hệ thống : Hình 1-1 Sơ lược về hệ thống cân trộn hóa (V1): van 1 (S1,S3,S5,S7): báo van mở hết Tank 1: bình chứa 1 (V2): van 2 (S2,S4,S6,S8): báo van đóng hết Tank 2: bình chứa 2 (V3): van 3 Loadcell: đồng hồ cân Tank 3: bình chứa 3 (V4): van 4 (M1): động cơ khuấy Tank 4: bình chứa 4 1.2 Nguyên lý hoạt động. Thiết kế hệ thống dùng PLC để điều khiển. Cung cấp nhiện liệu vào 3 tank sau đó ấn nút Start để bắt đầu quá trình.
6 Đầu tiên, tín hiệu S1 nhận tín hiệu để báo mở hết van V1 chảy vào tank 4 và thông qua cảm biến Loadcell (đồng hồ cân) để đo hóa chất ở tank 1 chảy vào tank 4 đủ 300kg thì nó sẽ thông báo lên cảm biến S2 để báo đóng hết van 1. Tiếp theo, đối với tank 2 quá trình giống như đối với tank 1, khi van tank 1 đóng thì sẽ mở van tank 2 qua cảm biến báo mở hết van 2 (S3) chảy vào tank 4 và khi đủ 300kg thì sẽ báo đóng hết van 2 (S4). Sau đó, tương tự đối với tank 3, khi đóng van 2 khi cân đủ thì sẽ mở hết van 3 thông qua cảm biến S5 đến khi đủ 450kg thì van 3 sẽ khóa lại thông qua cảm biến S6. Sau khi cân đủ nguyên liệu, động cơ khuấy M1 ở tank 4 sẽ chạy trong 120s.
Hết 120s van 4 mở để xả chất lỏng ra ngoài thông qua cảm biến S7. V4 xả đến khi trong tank ko còn chất lỏng nữa. Khi xả hết van 4 đóng lại qua cảm biến S8 đồng thời động cơ khuấy M1 dừng.3 Yêu cầu thiết kế của hệ thống. - Khởi động hệ thống bằng nút Start, dừng hệ thống bằng nút Stop - Hóa chất được cân và trộn ở tank 4 bởi hệ thống loadcell và động cơ khuấy M1.
Đồng hồ cân truyền tín hiệu analog về PLC. - Trước khi trộn, người vận hành đặt tỷ lệ phối trộn các loại hóa chất như sau. Hóa chất ở tank 1 300kg, Hóa chất ở tank 2 300kg, Hóa chất ở tank 3 450kg. Tỷ lệ này có thể thay đổi được ở các lần trộn sau.
- Sau khi cân đủ, động cơ khuấy M1 chạy trong vòng 120s. Hết 120s van 4 mở để xả chất lỏng ra ngoài. V4 xả đến khi trong tanh ko còn chất lỏng nữa. Khi xả hết van 4 đóng lại đồng thời động cơ khuấy M1 dừng.
- Van V1, V2, V3, V4 để xả hóa chất ở các tank. - Các cảm biên S1,S3,S5,S7 báo van mở hết. Các cảm biên S2,S4,S6,S8 báo van đóng hết. 7 CHƯƠNG II LỰA CHỌN THIẾT BỊ HỆ THỐNG 2.1 Giới thiệu PLC PLC viết tắt của Programmable Logic Controller, là thiết bị điều khiển lập trình được (khả trình) cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình.
Người sử dụng có thể lập trình để thực hiện một loạt trình tự các sự kiện. Các sự kiện này được kích hoạt bởi tác nhân kích thích (ngõ vào) tác động vào PLC hoặc qua các hoạt động có trễ như thời gian định thì hay các sự kiện được đếm. PLC dùng để thay thế các mạch relay (rơ le) trong thực tế. PLC hoạt động theo phương thức quét các trạng thái trên đầu ra và đầu vào.
Khi có sự thay đổi ở đầu vào thì đầu ra sẽ thay đổi theo. Ngôn ngữ lập trình của PLC có thể là Ladder hay State Logic. Hiện nay có nhiều hãng sản xuất ra PLC như Siemens, Allen-Bradley, Mitsubishi Electric, General… Một khi thiết bị được điều khiển, nó bật ON hay OFF thiết bị điều khiển bên ngoài được gọi là thiết bị vật lý. Một bộ điều khiển lập trình sẽ liên tục “lặp” trong chương trình do “người sử dụng lập ra” chờ tín hiệu ở ngõ vào và xuất tín hiệu ở ngõ ra tại các thời điểm đã lập trình.
Hình 2-1 Cấu tạo PLC Để khắc phục những nhược điểm của bộ điều khiển dùng dây nối (bộ điều khiển bằng Relay) người ta đã chế tạo ra bộ PLC nhằm thỏa mãn các yêu cầu sau: • Lập trình dễ dàng, ngôn ngữ lập trình dễ học. • Gọn nhẹ, dễ dàng bảo quản, sửa chữa. • Hoàn toàn tin cậy trong môi trường công nghiệp. 8 • Giá cả cá thể cạnh tranh được.
• PLC hiện nay được chế tạo và cải tiến Gọn nhẹ để người dùng có thể dễ dàng bảo quản và sửa chữa. • Các PLC đời mới hiện nay có các Dung lượng bộ nhớ lớn để có thể chứa được những chương trình phức tạp nhiều đầu In và Out. • PLC hiện nay được cải tiến qua nhiều năm nên có thể hoàn toàn tin cậy trong môi trường tủ bảng điện công nghiệp. • Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như: máy tính, nối mạng, các môi Modul mở rộng đáp ứng được cuộc cách mạng công nghiệp 4.
Do có sử cải tiến nhỉ gọn Nên giá bán của PLC rất tốt để có cơ hội cho các doanh nghiệp nhỏ có thể tiếp cận một cách dễ dàng. Hình 2-2 Hệ thống PLC trong tự động hóa Các thiết kế đầu tiên là nhằm thay thế cho các phần cứng Relay dây nối và các Logic thời gian. Tuy nhiên, bên cạnh đó việc đòi hỏi tăng cường dung lượng nhớ và tính dễ dàng cho PLC mà vẫn bảo đảm tốc độ xử lý cũng như giá cả,… Chính điều này đã gây ra sự quan tâm sâu sắc đến việc sử dụng PLC trong công nghiệp. Các tập lệnh nhanh chóng đi từ các lệnh logic đơn giản đến các lệnh đếm, định thời, thanh ghi dịch,… Sau đó là các chức năng làm toán trên các máy lớn,… Sự phát triển các máy tính dẫn đến các bộ PLC có dung lượng lớn, số lượng I / O nhiều hơn.