Điều khiển bơm định lượng: tay, xung, 4-20ma và tự động hóa

Bơm định lượng là bơm thể tích, mỗi chu kỳ đẩy đi một thể tích chất lỏng cố định. Vì vậy lưu lượng được điều chỉnh bằng hai biến: chiều dài hành trình (stroke length — thể tích mỗi nhát bơm) và tần suất (số nhát bơm trong một phút). Tăng hành trình làm mỗi liều lớn hơn; tăng tần suất làm châm dày nhịp hơn.

Việc điều khiển thực chất là tác động lên hai biến này. Núm chỉnh tay đổi hành trình cơ khí; tín hiệu xung đổi tần suất theo nhịp đếm; tín hiệu 4-20mA đổi hành trình hoặc tần suất tỉ lệ thuận với dòng điện đầu vào. Độ chính xác định lượng thường nằm trong khoảng ±1-3% tùy loại bơm và điều kiện vận hành.

Đây là kiểu điều khiển cơ bản: người vận hành xoay núm để đặt phần trăm hành trình, từ đó cố định lưu lượng ở một điểm. Không cần tín hiệu điều khiển bên ngoài, không cần PLC, nên chi phí lắp đặt thấp và ít hỏng vặt. Phù hợp khi lưu lượng cần châm gần như không đổi — ví dụ châm hóa chất theo định mức cố định cho một dây chuyền chạy ổn định.

Hạn chế là mỗi lần đổi định mức phải chỉnh tay tại chỗ, và bơm không tự phản ứng khi tải hoặc chất lượng nước đầu vào thay đổi. Khi cần liều thay đổi liên tục theo điều kiện thực tế, nên dùng tín hiệu xung hoặc 4-20mA.

Tín hiệu xung (pulse): mỗi xung điện kích bơm thực hiện một hoặc một số nhát bơm. Nguồn xung thường là đồng hồ lưu lượng phát xung — nước chảy qua càng nhiều thì xung càng dày, bơm châm càng nhiều. Cách này giữ tỉ lệ hóa chất trên thể tích nước ổn định mà không cần tính toán phức tạp.

Tín hiệu 4-20mA: đây là chuẩn analog công nghiệp, trong đó 4mA tương ứng mức tối thiểu và 20mA tương ứng mức tối đa của dải đặt. Bơm đổi liều tỉ lệ tuyến tính theo dòng điện. Tín hiệu 4-20mA có thể đến trực tiếp từ bộ điều khiển pH/ORP, từ lưu lượng kế analog, hoặc từ PLC. Ưu điểm là chống nhiễu tốt trên đường dây dài và dễ chuẩn hóa khi đấu vào hệ điều khiển sẵn có.

Khi cần liều phản ứng theo điều kiện thực tế, bơm định lượng được ghép vào một vòng điều khiển kín. Cảm biến đo thông số (pH, ORP, độ dẫn, lưu lượng) gửi giá trị về bộ điều khiển hoặc PLC; PLC so với điểm đặt rồi xuất tín hiệu 4-20mA hoặc xung điều chỉnh bơm. Nhờ đó liều hóa chất tự tăng giảm để duy trì thông số mục tiêu, giảm sai số con người và hạn chế lãng phí hóa chất.

Ví dụ điển hình là cấp nước sạch: cảm biến ORP/clo dư điều khiển bơm châm NaOCl; cảm biến pH điều khiển bơm châm NaOH hoặc axit để cân bằng pH; đồng hồ lưu lượng phát xung điều khiển bơm châm PAC theo lưu lượng nước thô. Với những ứng dụng trong vùng có nguy cơ cháy nổ, bơm cần đạt chuẩn ATEX — dòng SR type D màng cơ học và type B màng thủy lực đều có bản ATEX.

Quy tắc thực dụng: lưu lượng ổn định và quy mô nhỏ thì chỉnh tay là đủ; cần giữ tỉ lệ hóa chất theo nước thì dùng xung; cần phản ứng theo chất lượng môi chất hoặc đấu vào SCADA thì chọn 4-20mA và tích hợp PLC. Với hóa chất ăn mòn, vật liệu đầu bơm chọn theo môi chất — Inox 316L, PVC, PP, PVDF hoặc PTFE — độc lập với kiểu điều khiển.

Về dẫn động, bơm điện từ (solenoid) như SDP type S đóng-ngắt nhanh, hợp lưu lượng nhỏ và đáp ứng tốt với điều khiển xung. Bơm màng cơ học motor-driven như SR type D phù hợp dải lưu lượng lớn hơn và hỗ trợ cả 4-20mA lẫn ATEX. Khi cần áp suất rất cao hoặc chuẩn process dầu khí, các dòng piston (type A) và PDP theo API 675 vẫn nhận tín hiệu điều khiển tương tự để tích hợp vào hệ thống tự động.