Tự động hóa máy sấy hạt nằm ở giao điểm giữa xử lý vật liệu rời, điều khiển quá trình đốt hoặc khí nóng và các yêu cầu thực hành điện đối với bụi dễ cháy. Một dây chuyền sấy và vận chuyển quy mô trung bình thường cần khoảng tám mươi đến hai trăm điểm I/O PLC khi tính cả mức silo, nhiệt độ, độ ẩm, thiết bị giám sát quay, phản hồi động cơ, bộ chấp hành van gió và thiết bị vận hành. Dự toán I/O thiếu sẽ buộc phải thay đổi tủ điện vào giai đoạn cuối; dự toán thừa mà không có triết lý cảm biến sẽ gây lãng phí và vẫn để lại các khoảng trống về khu vực nguy hiểm. Bài viết này trình bày phương pháp thực tế để xác định quy mô I/O và cảm biến, phù hợp với các mối nguy bụi Nhóm G thuộc Class II Division 1 hoặc Division 2 theo NFPA 61 và các quy định lắp đặt của NEC.

Các phương pháp bảo vệ thường bao gồm vỏ chống cháy nổ do bụi (DIP), các hàng rào an toàn nội tại (IS) cho cảm biến năng lượng thấp và các mạch không gây cháy (NI) khi cấp Division cho phép. Bản thân nền tảng PLC thường được đặt trong phòng điện sạch hoặc phòng điện thông dụng, còn các thiết bị hiện trường và trạm điều khiển cục bộ phải đáp ứng cấp Division. Không bao giờ mặc định rằng cảm biến tiệm cận 24 V DC tiêu chuẩn có thể chấp nhận được trên sàn thao tác nhiều bụi nếu chưa kiểm tra bản vẽ phân loại khu vực.

Bộ cảm biến cho máy sấy

Phát hiện mức thường kết hợp công nghệ điểm và công nghệ liên tục. Công tắc điện dung hoặc công tắc cánh xoay cung cấp chức năng liên động mức cao trên các phễu đệm và khoang máy sấy. Radar dẫn sóng (GWR) cung cấp mức liên tục khi việc quản lý tồn kho và logic nạp tự động cần giá trị analog. Công tắc giám sát quay hoặc tốc độ bằng không trên gầu tải và băng tải nên là thiết bị thường đóng an toàn khi hỏng, để dây bị đứt được nhận diện như trục đã dừng. Các vòng đo nhiệt độ sử dụng cặp nhiệt điện hoặc RTD trong vùng gia nhiệt và luồng khí buồng phân phối; phép đo độ ẩm thường dùng cảm biến chuyên dụng 4–20 mA đưa vào card ngõ vào analog. Mỗi lựa chọn này yêu cầu loại mô-đun I/O khác nhau: DC rời, cặp nhiệt điện, RTD hoặc dòng analog.

Động cơ cần được giám sát nhiều hơn một lệnh chạy. Hãy dự toán các ngõ vào rời cho phản hồi tiếp điểm phụ của công tắc tơ, tín hiệu ngắt do quá tải và tín hiệu tốc độ bằng không hoặc chuyển động lấy từ encoder khi yêu cầu về ngăn nhiễm chéo hoặc nguy cơ cháy đòi hỏi phải xác nhận dòng vật liệu. Nếu có biến tần, hãy quyết định phản hồi tốc độ được truyền qua các ngưỡng rời, ngõ ra analog hay trạng thái mạng—và tính rõ các điểm đó.

Điện áp ngõ ra rời và công suất dự phòng

Cuộn dây công tắc tơ thường là 120 V AC tại các cơ sở chế biến hạt vì điện áp này phù hợp với các trung tâm điều khiển động cơ hiện có. Khi đó, rơ-le trung gian cho phép PLC sử dụng card ngõ ra 120 V AC hoặc ngõ ra 24 V DC để điều khiển cuộn dây rơ-le. Ngõ ra 24 V DC giúp tiêu chuẩn hóa tủ điện và giảm nguy cơ điện giật bên trong tủ PLC, nhưng cần lựa chọn rơ-le và mạch dập xung phù hợp. Hãy lập thành tiêu chuẩn chung cho nhà máy và không tùy tiện trộn các điện áp cuộn dây trên cùng một dải đầu nối.

Dự phòng I/O từ mười lăm đến hai mươi phần trăm là quy tắc thực tế sau khi hoàn tất số lượng ban đầu một cách chắc chắn. Phải có dự phòng trên từng loại mô-đun thực sự được sử dụng—không chỉ trên các rack tín hiệu rời—vì việc bổ sung một vòng đo độ ẩm vào phút chót sẽ không có ích nếu mọi kênh analog đều đã được sử dụng. Chừa các khe trống hoặc công suất khung dự phòng để mở rộng khi bổ sung các khoang máy sấy.

Các bước xác định quy mô HMI và quy trình

Lập kế hoạch HMI phải nằm trong dự toán I/O vì mọi điểm analog và điểm rời quan trọng đều cần cảnh báo, xu hướng và hiển thị nguyên nhân đầu tiên. Người vận hành máy sấy dựa vào các màn hình tổng quan vùng rõ ràng: độ ẩm đầu vào, độ ẩm đầu ra, nhiệt độ buồng phân phối, xác nhận quạt và trạng thái mức cao của silo. Hãy xây dựng các faceplate hiển thị riêng biệt bit lỗi cảm biến và các liên động quá trình để GWR bị hỏng không bị hiểu nhầm là silo rỗng.

1. Liệt kê thiết bị cơ khí và gán các chức năng cảm biến theo bảng trên.
2. Áp dụng phân loại khu vực và chọn thiết bị DIP, IS hoặc NI tương ứng.
3. Đếm các kênh DI/DO/AI/AO/TC/RTD, sau đó cộng thêm 15–20% dự phòng cho từng loại.
4. Chọn phương án điện áp DO (120 V AC trực tiếp so với 24 V DC qua rơ-le trung gian).
5. Xác định các tag HMI, xu hướng và cảnh báo nguyên nhân đầu tiên cho từng cảm biến liên quan đến an toàn.

Kiểm tra số lượng I/O và cảm biến trong khu vực có bụi

Các sai sót thường gặp bao gồm chỉ đếm động cơ mà quên các tín hiệu analog mức và độ ẩm, sử dụng công tắc tốc độ bằng không N.O. khiến dây bị hở không được phát hiện, lắp cảm biến không có cấp bảo vệ trong khu vực bụi Class II và bỏ qua công suất analog dự phòng. Một thiếu sót thường gặp khác là không chú ý đến nối đất lớp chống nhiễu của các mạch độ ẩm 4–20 mA và GWR, tạo ra các lần dừng do nhiễu khiến người vận hành vô hiệu hóa chức năng bảo vệ.

Việc đếm điểm có hệ thống, lựa chọn thiết bị cho khu vực nguy hiểm và bố trí công suất dự phòng sẽ tạo ra hệ thống điều khiển máy sấy đủ bền để đáp ứng các đợt mở rộng trong mùa thu hoạch. Hãy tiêu chuẩn hóa một nền tảng PLC và dự trữ các mô-đun I/O và bộ điều khiển PLC tương thích để thời gian dừng trong mùa thu hoạch được tính bằng giờ thay vì phải chờ thay thế từ nhiều nhà cung cấp khác nhau.