ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP VIỆT NAM KHOA CƠ ĐIỆN VÀ CƠNG TRÌNH BỘ MƠN KỸ THUẬT ĐIỆN VÀ TỰ ĐỘNG HĨA KHỐ LUẬN TỐT NGHIỆP Tên đề tài: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRONG QUY TRÌNH XỬ LÝ NƢỚC THẢI SỬ DỤNG PLC S7-300 NGÀNH: CÔNG NGHỆ CƠ ĐIỆN TỬ MÃ NGÀNH: 7510203 Giảng viên hƣớng dẫn : ThS Trần Kim Khuê Sinh viên thực : Vũ Văn Linh MSV : 1551080793 Lớp : K60_CĐT Khoá học : 2015 - 2019 Hà Nội - năm 2019 LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, với phát triển kinh tế - xã hội Đời sống ngƣời ngày đƣợc nâng cao Đô thị đƣợc mở rộng nhiều Nếu khơng đƣợc quan tâm quyền, nhƣ ngƣời dân, môi trƣờng sống ngày giảm sút Đặc biệt môi trƣờng nƣớc Nguyên nhân gây nhiễm nƣớc thải q trình sử dụng ngƣời hoạt động sống hay sản xuất mình, làm thay đổi tính chất thành phần nƣớc ban đầu Các chất thải thải môi trƣờng nƣớc, gây mùi hôi thối, làm chậm q trình chuyển hóa hịa tan oxy vào nƣớc, dinh dƣỡng hóa nƣớc mặt, làm cản trở trình sinh trƣởng phát triển sinh vật Có nhiều phƣơng pháp xử lý nƣớc thải, nhƣng tính chất thành phần nƣớc thải khác cần lựa chọn phƣơng pháp xử lý cho phù hợp Chính mà em chọn đề tài “Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển quy trình xử lý nƣớc thải sử dụng PLC S7-300” Mục tiêu nghiên cứu đề tài Nghiên cứu lí thuyết cơng nghệ xử lý nƣớc thải Lập trình điều khiển hệ thống xử lý nƣớc thải phần mềm S7 Manager Lập trình hệ thống điều khiển giám sát mơ máy tính WinCC Đề tài em chia làm phần sau: Phần 1: Tổng quan vấn đề nghiên cứu Phần 2: Nội dung khóa luận Chƣơng 1: Tổng quan Chƣơng 2: Các thiết bị chấp hành xây dựng sơ đồ mạch động lực Chƣơng 3: Bài toán điều khiển lập trình mơ cho hệ thống xử lý nƣớc thải Trong suốt thời gian làm đề tài đƣợc giúp đỡ thầy, cô giáo mơn Kỹ thuật điện Tự đơng hóa đặc biệt hƣớng dẫn tận tình, chi tiết thầy giáo ThS Trần Kim Khuê giúp em hoàn thành khóa luận Mặc dù cố gắng nhƣng kiến thức kinh nghiệm hạn chế nên khóa luận em khơng thể tránh thiếu sót, em mong đƣợc bảo thầy cơ, để em hồn thiện tốt khóa luận tốt nghiệp Hà Nội, Ngày 16 tháng 05 năm 2019 Sinh viên thực Vũ Văn Linh NHẬN XÉT (Của giảng viên hƣớng dẫn) GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN (Chữ ký, họ tên) NHẬN XÉT (Của giảng viên phản biện) GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN (Chữ ký, họ tên) MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN .1 1.1 Khái niệm 1.2 Cơng nghệ xử lí nƣớc thải nƣớc 1.3 Cơng nghệ xử lí nƣớc thải nƣớc 1.4 Các thông số ô nhiễm đăc trƣng chất thải 1.5 Tính chất nguồn nƣớc thải cần xử lí .4 1.6 Nghiên cứu áp dụng cơng nghệ tự động hóa nƣớc thải 2.2 Các thiết bị chấp hành hệ thống nƣớc thải 2.3 Sơ đồ đấu nối thiết bị chấp hành 2.4 Các đầu đo sử dụng hệ thống xử lí nƣớc thải 17 2.5 Sơ đồ đấu nối đầu đo với PLC – 300 18 CHƢƠNG 3: BÀI TỐN ĐIỀU KHIỂN VÀ LẬP TRÌNH MƠ PHỎNG CHO S7 – 300 .19 3.1 Xây dựng tốn xử lí nƣớc thải tự động .19 3.1.1 Khảo sát tính tốn dân số 19 3.1.2 Tính tốn lƣu lƣợng nƣớc thải 19 3.1.3 Cơ sở đề xuất công nghệ xử lý 19 3.1.4 Thống kê thiết bị điện có dây chuyền XLNT 21 3.2 Xây dựng lƣu đồ thuật toán 33 3.2.1 Điều khiển bơm P1 vào Bể cân 33 3.2.1 Điều chỉnh pH Bể trung hoà 37 3.2 Viết chƣơng trình điều khiển cho S7 – 300 40 3.2.1 Các bƣớc tạo viết chƣơng trình điều khiển cho S7 - 300 40 3.2.2 Chƣơng trình điều khiển cho S7 – 300 46 THIẾT KẾ PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT CHO HỆ THỐNG XỬ LÍ NƢỚC THẢI Error! Bookmark not defined 4.1 Thiết kế giao diện phần mềm WinCC Error! Bookmark not defined 4.2 Lƣu trữ, báo cáo thống kê hoạt động hệ thống Error! Bookmark not defined 4.3 Vận hành hệ thống, chạy mô Error! Bookmark not defined CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN 61 5.1 Giới hạn đề tài .61 5.2 Kết luận kiến nghị 61 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: khối lƣợng chất rắn có nƣớc thải sinh hoạt (g/ngƣời.ngày) Bảng 1.2: Tính chất nguồn nƣớc thải cần xử lý Bảng 2.1: Đầu Bảng 2.2: Đầu vào .10 Bảng 3.1: Hệ số điều hòa phụ thuộc vào lƣu lƣợng .19 Bảng 3.2: So sánh chất lƣợng nƣớc thải sau xử lý với QCVN 14:2008/BTNMT .20 Bảng 3.3: Các biến sử dụng hệ thống 21 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 2.1: Ngun lý đấu dây Module EM323 11 Hình 2.2: CPU 312 Module EM323 Siemens 11 Hình 2.3: Bộ nguồn 24VDC cấp cho CPU 312 Module EM323 Siemens 12 Hình 2.5: Sơ đồ dấu nối thiết bị đầu vào Error! Bookmark not defined Hình 2.6: Mạch động lực động bơm nút ấn 14 Hình 2.7: Mạch động lực Động bơm định lƣợng, Động máy khuấy, Động sục khí 14 Hình 2.8: Mạch động lực Động máy gạt bùn, Động bơm bùn, Động máy ép bùn 16 Hình 3.1: Transmitter MAG 5000 SIEMENS 22 Hình 3.2: MAG 5100W SIEMENS 23 Hình 3.3: Clorator 23 Hình 3.4 : Cảm biến phát rị rỉ khí Clo 24 Hình 3.4: Máy khuấy 26 Hình 3.5: Máy bơm chìm nƣớc thải APP KS-50 GT HP (có dao cắt) 27 Hình 3.6: Cảm biến nhiệt độ PT100 28 Hình 3.7: PM6RTD 29 Hình 3.8: Đồng hồ đo lƣu lƣợng EFM-115 30 Hình 3.9: Bảng chọn model tất dòng đồng hồ đo lƣu lƣợng EFM-115 31 Hình 3.10: Model Orbipac CPF81D 33 Hình 3.11 khởi động chƣơng trình 41 Hình 3.12 khai báo 41 Hình 3.13 khai báo 42 Nhấp Hardware mở hình đặt cấu hình cứng cho trạm 42 Hình 3.14 đặt câú hình cứng cho trạm 42 Hình 3.15 đặt câú hình cứng cho trạm 43 Hình 3.16 đặt câú hình cứng cho trạm Error! Bookmark not defined Hình 3.17 đặt câú hình cứng cho trạm 43 Error! Bookmark not defined 44 44 Error! Bookmark not defined 45 Error! Bookmark not defined 45 46 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Khái niệm Nƣớc thải sinh hoạt nƣớc đƣợc sử dụng ngƣời chứa tất chất bẩn sau sử dụng Nó đƣợc sinh nhu cầu hàng ngày, nhƣ tắm rửa, vệ sinh, từ cống nƣớc loại nƣớc tắm rửa ngƣời, giặt giũ, chế biến thực phẩm, nấu ăn, vệ sinh nhà bếp,… Đặc trƣng nƣớc thải sinh hoạt là: hàm lƣợng chất hữu cao (55-65% tổng lƣợng chất bẩn), chứa nhiều vi sinh vật có vi sinh vật gây bệnh, vi khuẩn phân hủy chất hữu cần thiết cho q trình chuyển hóa chất bẩn nƣớc thải 1.2 Cơng nghệ xử lí nƣớc thải nƣớc Cơng nghệ xử lí nƣớc thải AFBR (Advance Fixed Bed Reactor) ứng dụng để xử lí chất hữu hòa tan nƣớc thải nhƣ số chất vơ Cơng nghệ xử lí nƣớc thải MBR (Membrane Bio-Reactor – MBR hay gọi màng MBR) bể thiết bị sinh học xử lí nƣớc thải áp dụng kĩ thuật bùn hoạt tính AS phân tán có kết hợp với màng lọc tách vi sinh Cơng nghệ đẩy nồng độ vi sinh hay bùn hoạt tính bể MBR lên tới 15g/l Công nghệ xử lý nƣớc thải AAO Anaerobic – Anoxic – Oxic (Kị khí – Thiếu khí – Hiếu khí) đƣợc ứng dụng cho loại nƣớc thải có tỷ lệ BOD/COD > 0.5, hàm lƣợng hợp chất hữu dễ phân hủy sinh học cao Công nghệ AAO có khả xử lý triệt để hàm lƣợng chất dinh dƣỡng (Nito, photpho) cao Với đặc điểm vận hành ổn định Bởi khả ứng dụng rộng rãi công nghệ Mặc dù vấn đề cần phải xử lý, hóa lý trƣớc sinh học (trừ xử lý bậc cao) nhƣng có nhiều hệ thống xử lý nƣớc thải xây dựng sử dụng q trình sử lý sinh học trƣớc hóa lý Ngun nhân có nhiều cơng ty chƣa có kinh ngiệm lĩnh vực xử lý nƣớc thải áp dụng khơng q trình xử lý nên hiệu xử lý thấp Để xác định đƣợc loại hóa chất phù hợp với loại nƣớc thải cần phải test thử mẫu trƣớc ứng dụng vào thực tế 1.3 Cơng nghệ xử lí nƣớc thải nƣớc ngồi Cùng với phát triển sản xuất cơng nghiệp, xử lý nƣớc thải công nghiệp vấn đề vô quan trọng, bảo đảm cho mơi trƣờng sống đồng thời góp phần vào phát triển bền vững kinh tế quốc gia giới Tại nhiều nƣớc có công nghiệp phát triển cao nhƣ Nhật, Mỹ, Anh, Pháp, hệ thống xử lý nƣớc thải công nghiệp đƣợc nghiên cứu đƣa vào ứng dụng từ lâu, đặc biệt thành tựu tiên tiến lĩnh vực tự động hoá đƣợc áp dụng đem lại hiệu kỹ thuật, kinh tế xã hội vô to lớn Nhiều hãng đầu lĩnh vực nhƣ USFilter, Aquatec Maxcon, Hunter Water Corporation (HWC), Global Industries.Inc đƣa giải pháp công nghệ xử lý nƣớc thải đại Những công nghệ tự động hố cơng ty hàng đầu giới nhƣ SIEMENS, AB, YOKOGAWA, đƣợc sử dụng rộng rãi cơng trình xử lý nƣớc thải Có thể nói trình độ tự động hố xử lý nƣớc thải đạt mức cao, tất công việc giám sát, điều khiển thực đƣợc Trung tâm, ngƣời vận hành đƣợc hỗ trợ công cụ đơn giản, dễ sử dụng nhƣ giao diện đồ hoạ PC, điều khiển kích chuột, góp phần nâng hiệu cho công việc quản lý điều hành dây chuyền công nghệ Ngồi với phát triển cơng nghệ thông tin viễn thông, khoảng cách không gian thời gian đƣợc rút ngắn, cho phép ngƣời vận hành điều khiển từ cách xa hàng ngàn km với máy tính PC nhận đƣợc thông tin hệ thống thông qua SMS Hơn thế, hệ thống tự động hoá xử lý nƣớc thải cịn đƣợc tích hợp với hệ thống điều hành cấp độ điều khiển cao nhƣ cấp điều hành sản xuất (manufacturing execution: workflow, order tracking, resources), cấp xí nghiệp (enterprise:Production planning, orders, purchase) cấp quản trị (administration:Planning, Statistics, Finances) nhằm nâng cao mức tự động hoá tối ƣu hoá q trình sản xuất Ngồi ra, lĩnh vực điều khiển có nhiều lý thuyết điều khiển đại đƣợc áp dụng nhƣ điều khiển mờ, mạng nơ-ron, điều khiển dự báo trƣớc (predicted control), điều khiển lai ghép (hybrid control), đƣợc ứng dụng xử lý nƣớc thải để nâng cao chất lƣợng điều khiển hiệu suất công đoạn xử lý Lý thuyết hệ chuyên gia đƣợc áp dụng mở khả tự động hố hồn tồn cho xử lý nƣớc thải 1.4 Các thông số ô nhiễm đặc trƣng chất thải Hàm lƣợng chất rắn nƣớc thải Nƣớc thải hệ đa phân tán bao gồm nƣớc chất bẩn Các nguyên tố chủ yếu có thành phần nƣớc thải sinh hoạt C, H, O, N với cơng thức trung bình C12H26O6N Các chất bẩn nƣớc thải gồm vô hữu cơ, tồn dƣới dạng cặn lắng, chất rắn khơng lắng đƣợc chất hịa tan dạng keo Bảng 1.1 khối lƣợng chất rắn có nƣớc thải sinh hoạt (g/ngƣời.ngày) Cặn không lắng Hữu 30 10 Vô 10 Tổng cộng 40 15 Tổng chất rắn thành phần vật lý đặc trƣng Thành phần Cặn lắng Chất hòa tan 50 75 125 nƣớc thải Tổng cộng 90 90 180 Các chất rắn khơng hồ tan có hai dạng: chất rắn keo chất rắn lơ lửng Chất rắn lơ lửng đƣợc giữ lại giấy lọc kích thƣớc lỗ 1,2 micromet (bao gồm chất rắn lơ lửng lắng đƣợc chất rắn lơ lửng không lắng đƣợc), làm giảm lƣợng hóa chất cần sử dụng q trình xử lý + Độ pH nƣớc pH số đặc trƣng cho nồng độ H+ có dung dịch, thƣờng dùng để biểu tính kiềm hay tính axit nƣớc Độ pH có liên quan đến dạng tồn kim loại khí hịa tan nƣớc, ảnh hƣởng tới hiệu trình xử lý nƣớc Ngồi độ pH cịn ảnh hƣởng tới q trình trao đổi chất thể sinh vật tồn nƣớc Do có ý nghĩa khía cạnh sinh thái mơi trƣờng + Hàm lƣợng oxy hịa tan(Dissolved oxygen - DO) DO lƣợng oxy hòa tan cần thiết cho hô hấp sinh vật sống nƣớc, thƣờng đƣợc tạo hòa tan từ khí hay quang hợp tảo Nồng độ oxy tự nƣớc nằm khoảng 8-10 ppm, dao động mạnh vào nhiệt độ, phân hủy hóa chất, quang hợp tảo.Các trình oxy hóa chất thải làm giảm nồng độ oxy hòa tan nguồn nƣớc, đe dọa sống loài sinh vật sống nƣớc Do vậy, DO số quan trọng để đánh giá mức độ ô nhiễm nƣớc Nhu cầu oxy sinh hóa (Biochemical Oxygen Demand - BOD) BOD lƣợng oxy cần thiết để vi sinh vật oxy hóa chất hữu theo phản ứng: Chất hữu + O2  CO2 + H2O + tế bào + Sản phẩm cố định Do đó, thƣớc đo nồng độ chất hữu chất thải bị oxy hóa vi sinh vật Nhu cầu oxy hóa học(Chemical Oxygen Demand - COD) COD lƣợng oxy cần thiết để oxy hóa hợp chất hóa học nƣớc bao gồm vô hữu Toàn lƣợng oxy sử dụng cho phản ứng đƣợc lấy từ oxy hoà tan nƣớc (DO) Do nhu cầu oxy hoá học oxy sinh học cao làm giảm nồng độ DO nƣớc, có hại cho sinh vật nƣớc hệ sinh thái nƣớc nói chung Nƣớc thải hữu cơ, nƣớc thải sinh hoạt nƣớc thải hoá chất tác nhân tạo giá trị BOD COD cao mơi trƣờng nƣớc 1.5 Tính chất nguồn nƣớc thải cần xử lí Bảng 1.2 Tính chất nguồn nƣớc thải cần xử lý STT Thông số Đơn vị Giá trị pH - 7,3 SS mg/l 130 COD mg/l 246 BOD5 mg/l 200 Nitơ mg/l P mg/l Dầu mỡ thực vật mg/l 14 1.6 Nghiên cứu áp dụng công nghệ tự động hóa nƣớc thải 1.6.1 Mục đích áp dụng tự động hoá xử lý nƣớc thải Tự động hoá xử lý nƣớc thải điều cần thiết nhƣng khơng cần phải vội vàng, mà phải phân tích rõ mục đích tự động hố đặc biệt phải ý: phải tự động hố cho ai? Cải thiện điều kiện làm việc: Mục đích tự động hố phải loại bỏ cơng việc lặp lại khó nhọc cho việc vận hành, ví dụ: liên tục theo dõi, kiểm tra nhiều thông số công nghệ, tắt bật cấu chấp hành, ghi chép số liệu, cố, Tự động hoá giám sát máy tính làm tiện lợi thêm khả khống chế từ xa số lƣợng lớn thơng tin, đơn giản hố nhiệm vụ khai thác, giám sát quản lý Nâng cao hiệu thiết bị: Trƣớc hết ta cải thiện chất lƣợng xử lý nƣớc thiết bị đo điều chỉnh Ví dụ nhƣ định lƣợng chất phản ứng, mức độ xy hố, kiểm tra nhiệt độ bể phản ứng…Tự động hố q trình cho phép giải phóng ngƣời làm tăng tốc độ tin cậy hệ thống Nhƣng mục tiêu quan trọng nâng cao độ chắn vận hành thiết bị có tính đến tiêu chuẩn độ tin cậy qua việc nghiên cứu cố vận hành Nghĩa dự phịng phƣơng án để thiết bị làm việc liên tục trƣờng hợp bị hỏng hóc phận cách đƣa tự động thiết bị dự phòng vào làm việc giải hỏng hóc Tự động hố cho phép việc nghiên cứu thống kê liệu thu đƣợc, mở đƣờng tối ƣu việc xử lý Tăng suất lao động: Tự động hoá nhằm nâng cao suất cách giảm chi phí vận hành Ta tối ƣu hố giá thành lƣợng chi phí hàng chi phí vật liệu Giảm nhân công vận hành giảm công việc bảo dƣỡng cho phép giảm giá thành Trợ giúp việc giám sát: Nó bao gồm việc lắp đặt biến đổi, phát báo động, đặt phƣơng tiện ghi liệu truyền xa nơi giám sát máy tính Tự động hố khơng có mục đích riêng, mức độ phức tạp thiết bị phải đáp ứng điều kiện nhà máy đối tƣợng xử lý Tự động hoá xem nhƣ trợ giúp, không ép buộc Một hậu hệ thống tự động không chắn “mất nhớ” khơng tiếp xúc trực tiếp đƣợc với q trình cơng nghệ đƣợc Tuy nhiên ƣu điểm rõ ràng thiết bị đƣợc chuyên gia xử lý nƣớc thải thiết kế vận hành thực CHƢƠNG 2: CÁC THIẾT BỊ CHẤP HÀNH VÀ XÂY DỰNG SƠ ĐỒ MẠCH ĐỘNG LỰC 2.1 Bài toán xử lý nƣớc thải tự động Nƣớc thải từ dân cƣ đƣợc thu gom vào hố bơm Từ hố bơm P1 bơm nƣớc qua song chắn rác Đây bƣớc xử lý sơ Mục đích trình khử tất tạp vật gây cố q trình vận hành hệ thống xử lý nƣớc thải nhƣ làm tắc máy bơm, đƣờng ống kênh dẫn Đây bƣớc quan trọng đảm bảo an toàn điều kiện làm việc thuận lợi cho hệ thống Rác tự động vào thùng chứa cách xối nƣớc liên tục cào thủ công Sau song chắn rác, nƣớc tự chảy vào bể cân Bể có tác dụng điều hồ lƣu lƣợng để trì dịng thải vào gần nhƣ không đổi cho công đoạn sau, khắc phục vấn đề vận hành dao động lƣu lƣợng nƣớc thải gây nâng cao hiệu suất trình cuối dây chuyền xử lý Nhiệt độ nƣớc đƣợc đo thủ công theo chu kỳ thời điểm tuỳ thuộc vào kỹ sƣ vận hành Máy bơm P2 bơm nƣớc từ bể cân vào bể trung hoà ổn định lƣu lƣợng Nƣớc thải chứa axít vơ kiềm cần đƣợc trung hoà đƣa pH khoảng 7±0.2 trƣớc sử dụng cho cơng đoạn xử lý Trung hồ nƣớc thải thực cách bổ sung tác nhân hố học Trong q trình trung hồ, lƣợng bùn cặn đƣợc tạo thành Lƣợng bùn phụ thuộc vào nồng độ thành phần nƣớc thải nhƣ loại lƣợng tác nhân sử dụng cho q trình Để trung hồ cơng nghệ ngƣời ta sử dụng tác nhân hoá học NaOH HCl Khi pH vƣợt ngƣỡng dƣới bơm định lƣợng DP bổ sung thêm NaOH, pH vƣợt ngƣỡng DP bổ sung HCl cho máy khuấy M1 hoạt động Máy khuấy tạo điều kiện thuận lợi cho phản ứng trung hồ làm đồng hố chất bổ sung với nƣớc thải Điều khiển pH đƣợc thực thủ cơng Để bảo đảm an tồn cho vi sinh vật ngƣời vận hành thƣờng xuyên phải đo tay độ pH đầu nguồn nƣớc vào bể kỵ khí để đảm bảo chắn pH không vƣợt ngƣỡng cho phép Khi phát pH khơng đạt u cầu ngƣời vận hành tắt P1, P2, P3 để cắt nguồn nƣớc không bảo đảm tiêu pH cho công đoạn xử lý sinh học tiếp sau vi sinh vật nhạy cảm với pH, pH ảnh hƣởng lớn đến trình tạo men tế bào trình hấp thụ chất dinh dƣỡng vào tế bào Nếu vi sinh vật chết cần nhiều thời gian kinh phí để khơi phục lại chúng đồng thời làm gián đoạn sản xuất Sau trung hoà nƣớc đƣợc xử lý tiếp phƣơng pháp sinh học Ngƣời ta sử dụng phƣơng pháp sinh học để làm nƣớc thải khỏi nhiều chất hữu hồ tan số chất vơ nhƣ H2S, chất sunfit, amoniac, nitơ…Phƣơng pháp dựa sở sử dụng hoạt động vi sinh vật để phân huỷ chất hữu gây nhiễm bẩn nƣớc thải Các vi sinh vật sử dụng chất hữu số chất khoáng làm nguồn dinh dƣỡng tạo lƣợng Trong trình dinh dƣỡng, chúng nhận chất dinh dƣỡng để xây dựng tế bào, sinh trƣởng sinh sản nên sinh khối chúng đƣợc tăng lên Quá trình phân huỷ chất hữu nhờ vi sinh vật gọi trình oxy hố sinh hố Trong cơng nghệ sử dụng hai phƣơng pháp kỵ khí hiếu khí bể kỵ khí hiếu khí Phƣơng pháp kỵ khí đƣợc dùng để lên men bùn cặn sinh trình xử lý phƣơng pháp sinh học nƣớc thải công nghiệp chứa hàm lƣợng chất hữu cao (BOD=4÷5 g/l) Đây phƣơng pháp cổ điển dùng để ổn định bùn cặn, vi khuẩn kỵ khí phân huỷ chất hữu Tuỳ thuộc vào loại sản phẩm cuối cùng, ngƣời ta phân loại trình thành: lên men rƣợu, lên men axit lactic, lên men metan, Những sản phẩm cuối trình lên men là: cồn, axit, axeton, khí CO2, H2, CH4 Trong cơng nghệ chất khí (biogas) đƣợc thu hồi đốt nhờ hệ thống thu hồi xử lý khí Phƣơng pháp hiếu khí phƣơng pháp sử dụng nhóm vi sinh vật hiếu khí Bể hiếu khí ln chứa vi khuẩn hiếu khí Trong cơng đoạn có hệ thống sục khí bao gồm máy thổi khí B ống dẫn khí làm nhiệm vụ cung cấp đủ lƣợng ôxi cần thiết cho vi khuẩn trình phân giải chất hữu đồng thời xáo trộn làm tăng khả hấp thụ chất hữu vi sinh vật đảm bảo phân giải tối đa Kết hình thành bơng sinh học lắng trọng lực đầu bể Đối với đa số vi sinh vật khoảng giá trị pH tối ƣu 6.5÷8.5 Nhiệt độ nƣớc thải ảnh hƣởng lớn tới chức hoạt động vi sinh vật Đối với đa số vi sinh vật, nhiệt độ nƣớc thải phải từ 6÷370 C Nói chung giá trị DO đƣợc bảo đảm khoảng cho phép nhờ cơng suất khơng đổi máy thổi khí theo thiết kế trừ trƣờng hợp có cố (hỏng máy thổi, tắc ống dẫn khí, ) đƣợc giám sát thủ công Nhiệt độ nƣớc bể đo thủ công theo quy trình vận hành (định kỳ theo thời điểm kỹ sƣ vận hành định) Nƣớc thải sau đƣợc xử lý bể hiếu khí tràn sang bể lắng đứng Tại sử dụng phƣơng pháp lắng trọng lực Trong nƣớc thải vào bể chứa bùn hoạt tính sản phẩm trình phân giải vi sinh bể hiếu khí Bùn hoạt tính có dạng bơng màu vàng nâu, dễ lắng, kích thƣớc từ đến 5µm Những bơng gồm vi sinh vật sống chất rắn (40%) Vi sinh bao gồm vi khuẩn, động vật bậc thấp, dòi, giun, nấm men, nấm mốc, xạ khuẩn, , phần bùn đƣợc đƣa quay trở lại bể hiếu khí để bảo đảm đủ lƣợng vi sinh cần thiết Bể lắng tích thiết kế đủ lớn để nƣớc đƣợc lƣu vài giờ, đủ thời gian cho q trình lắng, xả bùn ép bùn liên tục (luôn bật máy gạt bùn M2, bơm hút bùn SP máy ép bùn D) Các van tay V4, V5 đƣợc mở trƣớc độ mở định, mức mở kỹ sƣ vận hành thực nhằm đảm bảo cân thức ăn vi khuẩn hiếu khí 2.2 Các thiết bị chấp hành hệ thống nƣớc thải Đèn hệ thống làm việc Động bơm 1, 2, Động bơm bùn Động sục khí Động bơm định lƣợng Động máy khuấy Động máy ép bùn Động máy gạt bùn Van điện từ V1, V2, V3, V4, V5 2.3 Sơ đồ đấu nối thiết bị chấp hành Bảng 2.1 Đầu Giải thích TT Symbol Bit Ký hiêu công tắc tơ Đèn hệ thống làm việc Q_DEN_RUN Q 0.0 Đ1 Động bơm Q_BOM_1 Q 0.1 M1 Động bơm Q_BOM_2 Q 0.2 M2 Động bơm Q_BOM_3 Q 0.3 M3 Động bơm định lƣợng Q_BOM_DL Q 0.4 M4 Động máy khuấy Q_DC_KHUAY Q 0.5 M5 Động sục khí Q_DC_SUC_KHI Q 0.6 M6 Động máy gạt bùn Q_MAY_GAT_BUN Q 0.7 M7 Động bơm bùn Q_BOM_BUN Q 1.0 M8 10 Động máy ép bùn Q_EP_BUN Q 1.1 M9 11 Van Q_VAN_1 Q 1.2 V1 12 Van Q_VAN_2 Q 1.3 V2 13 Van Q_VAN_3 Q 1.4 V3 14 Van Q_VAN_4 Q 1.5 V4 15 Van Q_VAN_5 Q 1.6 V5 Bảng 2.2 Đầu vào TT Giải thích Symbol Bit Ký hiệu nút ấn Nút ấn Start B_START I 0.0 B1 Nút ấn Stop B_STOP I 0.1 B2 Nút ấn chế độ tự động B_AUTO I 0.2 B3 Nút ấn chế độ tay B_MANU I 0.3 B4 Nút ấn xác nhận lỗi B_XAC_NHAN_LOI I 0.4 B5 Cảm biến mức CB_LEVEL_1 I 0.5 CB1 Cảm biến mức CB_LEVEL_2 I 0.6 CB2 Cảm biến mức CB_LEVEL_3 I 0.7 CB3 Cảm biến mức CB_LEVEL_4 I 1.0 CB4 10 Bật tắt bơm B_BOM_1 I 1.1 B6 11 Bật tắt bơm B_BOM_2 I 1.2 B7 12 Bật tắt bơm B_BOM_3 I 1.3 B8 13 Bật tắt bơm định lƣợng B_BOM_DL I 1.4 B9 14 Bật tắt động khuấy B_DC_KHUAY I 1.5 B10 15 Bật tắt máy sục khí B_DC_SUC_KHI I 1.6 B11 16 Bật tắt máy gạt bùn B_MAY_GAT_BUN I 1.7 B12 17 Bật tắt bơm bùn B_BOM_BUN I 2.0 B13 18 Bật tắt máy ép bùn B_EP_BUN I 2.1 B14 19 Đóng mở van B_VAN_1 I 2.2 B15 20 Đóng mở van B_VAN_2 I 2.3 B16 21 Đóng mở van B_VAN_3 I 2.4 B17 22 Đóng mở van B_VAN_4 I 2.5 B18 23 Đóng mở van B_VAN_5 I 2.6 B19 Theo thống kê bit vào tốn có 23 bit input 15 bit out put, chọn Module EM323 (mỗi module có 16/16 input/Output), đồng thời lựa chọn CPU CPU 321, chọn nguồn 24VDC 10 Hình 2.1 Nguyên lý đấu dây Module EM323 Hình 2.2 CPU 312 Module EM323 Siemens 11 Hình 2.3 Bộ nguồn 24VDC cấp cho CPU 312 Module EM323 Siemens 12 M ODULE EM 323 DI 16/DO16 x 24DC 0.5a +24VDC 2L+ B1 B2 B3 B4 B5 CB LV1 CB LV2 CB LV3 i 0.0 Q0.0 i 0.1 Q0.1 i 0.2 Q0.2 i 0.3 Q0.3 i 0.4 Q0.4 i 0.5 Q0.5 i 0.6 Q0.6 i 0.7 Q0.7 ®1 a1 a2 a3 a4 a5 a6 a7 2M +24VDC 3L+ CB LV4 B6 B7 B8 B9 B10 B11 B12 i 1.0 Q1.0 i 1.1 Q1.1 i 1.2 Q1.2 i 1.3 Q1.3 i 1.4 Q1.4 i 1.5 Q1.5 i 1.6 Q1.6 i 1.7 Q1.7 1M 3M a8 a9 V1 V2 V3 V4 V5 Hinh 2.4 Sơ đồ đấu nối thiết bị đầu đầu vào 13 L1 L2 L3 N K1 K1 K1 K2 R1 K1 K2 K2 R2 K2 24 V 0V 24 V Q0.1 0V M1 Q0.2 M2 Hình 2.5 Mạch động lực động bơm 1và bơm Trong đó: M1: Động bơm M2: Động bơm K1: Khởi động từ cho động bơm K2: Khởi động từ cho động bơm R1: Rơle trung gian điều khiển khởi R2: Rơle trung gian điều khiển khởi động từ K1 động từ K2 Q0.1: Địa cổng PLC cung cấp Q0.2: Địa cổng PLC cung cấp điện áp +24 V điện áp +24 V L1 L2 L3 N K3 K3 K3 K4 R3 K3 K4 K4 K4 24 V 0V R4 24 V Q0.3 0V M3 Q0.4 M4 Hình 2.6 Mạch động lực Động bơm bơm định lƣợng Trong đó: 14 M3: Động bơm M4: Động bơm định lƣợng K3: Khởi động từ cho động bơm K4: Khởi động từ cho động bơm định R3: Rơle trung gian điều khiển khởi lƣợng động từ K3 R4: Rơle trung gian điều khiển khởi Q0.3: Địa cổng PLC cung cấp động từ K4 điện áp +24 V Q0.4: Địa cổng PLC cung cấp điện áp +24 V L1 L2 L3 N K5 K5 K5 K6 R5 K5 K6 K6 K6 24 V 0V R6 24 V Q0.5 0V M5 Q0.6 M6 Hình 2.7 Mạch động lực động máy khuấy động máy sục khí Trong đó: M5: Động máy khuấy M6: Động máy sục khí K5: Khởi động từ cho động máy K6: Khởi động từ cho động máy sục khuấy khí R5: Rơle trung gian điều khiển khởi R6: Rơle trung gian điều khiển khởi động từ K5 động từ K6 Q0.5: Địa cổng PLC cung cấp Q0.6: Địa cổng PLC cung cấp điện áp +24 V điện áp +24 V 15 L1 L2 L3 N K7 K7 K7 K8 R7 K7 K8 K8 K8 24 V 0V R8 24 V Q0.7 0V M7 Q1.0 M8 Hình 2.8 Mạch động lực Động máy gạt bùn, Động bơm bùn Trong đó: M7: Động máy gạt bùn M8: Động bơm bùn K7: Khởi động từ cho động máy gạt bùn K8: Khởi động từ cho động R7: Rơle trung gian điều khiển khởi động từ bơm bùn K7 R8: Rơle trung gian điều khiển Q0.7: Địa cổng PLC cung cấp điện khởi động từ K8 áp +24 V Q1.0: Địa cổng PLC cung cấp điện áp +24 V 16 L1 L2 L3 N K9 K9 K9 R9 K9 24 V 0V Q1.1 M9 Hình 2.9 Mạch động lực động máy ép bùn Trong đó: M9: Động máy ép bùn K9: Khởi động từ cho máy ép bùn R9: Rơle trung gian điều khiển khởi động từ K8 Q1.1: Địa cổng PLC cung cấp điện áp +24 V 2.4 Các đầu đo sử dụng hệ thống xử lí nƣớc thải Cảm biến mức Đo mức nƣớc thải bể cân trạng thái mức nƣớc live Cảm biến mức Đo mức nƣớc thải bể cân trạng thái mức nƣớc live Cảm biến mức Đo nồng độ NAOH nƣớc thải để điều khiển van đóng mở, điều chỉnh độ PH nƣớc Cảm biến mức 17 Đo nồng độ HCL nƣớc thải để điều khiển van mở đóng, điều chỉnh độ PH nƣớc 2.5 Sơ đồ đấu nối đầu đo với PLC – 300 M ODULE EM 323 DI 16/DO16 x 24DC 0.5a +24VDC B1 B2 B3 B4 B5 CB LV1 CB LV2 CB LV3 2L+ i 0.0 Q0.0 i 0.1 Q0.1 i 0.2 Q0.2 i 0.3 Q0.3 i 0.4 Q0.4 i 0.5 Q0.5 i 0.6 Q0.6 i 0.7 Q0.7 ®1 a1 a2 a3 a4 a5 a6 a7 2M +24VDC 3L+ CB LV4 B6 B7 B8 B9 B10 B11 B12 i 1.0 Q1.0 i 1.1 Q1.1 i 1.2 Q1.2 i 1.3 Q1.3 i 1.4 Q1.4 i 1.5 Q1.5 i 1.6 Q1.6 i 1.7 Q1.7 1M 3M a8 a9 V1 V2 V3 V4 V5 Hình 2.10 Sơ đồ đấu nối đầu đo với PLC – 300 18 CHƢƠNG 3: BÀI TOÁN ĐIỀU KHIỂN VÀ LẬP TRÌNH MƠ PHỎNG CHO HỆ THỐNG XỬ LÝ NƢỚC THẢI 3.1 Xây dựng toán xử lí nƣớc thải tự động 3.1.1 Khảo sát tính toán dân số Niên hạn thiết kế : 20 năm Dân số: 300.000 ngƣời Tốc độ gia tăng dân số: r = 1,2% Dân số sau 20 năm N = N0.(1+r)20 = 300000 x (1+0,012)20 =380.830 ngƣời 3.1.2 Tính tốn lƣu lƣợng nƣớc thải Lƣu lƣợng trung bình ngày đêm đƣợc tính theo cơng thức qtb  N Qngđ = 350  380830 = 133.291 m3 /ngđ = 1000 1000 Trong đó:qtb tiêu chuẩn nƣớc thải trung bình (lấy 100% nƣớc cấp, theo TCVN 33:2006), qtb = 350 lít/ngƣời.ngđ Bảng 3.1 Hệ số điều h a phụ thuộc vào lƣu lƣợng Hệ số khơng điều hồ chung Lƣu lƣợng nƣớc thải trung bình qtb (l/s) 10 20 50 100 300 500 1000 5000 K0 max 2,5 2,1 1,9 1,7 1,6 1,55 1,5 1,47 1,44 K0 0,38 0,45 0,5 0,55 0,59 0,62 0,66 0,69 0,71 Nội suy với qtb = 1543 l/s, ta đƣợc: K0max =1,466 ; K0min =0,693 Qhmax =1,466 x 5554 = 8142 m3 Qhmin = 0,693 x 5554 = 3849 m3 3.1.3 Cơ sở đề xuất công nghệ xử lý Các thông số ô nhiễm vƣợt tiêu chu n thải, cần phải xử lý SS, COD, BOD5, dầu m TV, Nitơ Nồng độ ô nhiễm hữu không cao, tỷ lệ BOD5/COD = 0,813, thích hợp để xử lý phƣơng pháp vi sinh hiếu khí Tuy nhiên, giới hạn mặt bằng, nhóm khơng lựa chọn cơng nghệ xử lý sinh học điều kiện tự nhiên Để vi sinh vật hiếu khí phát triển tốt cần phải trì lƣợng dinh dƣỡng đầy 19 đủ, thơng thƣờng tỉ lệ BOD:N:P = 100:5:1 Dựa vào chất lƣợng nƣớc đầu vào cung cấp cho hệ thống xử lý nƣớc thải tỉ lệ dinh dƣợng là: BOD:N:P = 100:4:1,5 Nhƣ lƣợng nito cung cấp cho vi sinh vật không đủ Nhƣng giá trị dinh dƣỡng xét đến cơng trình sinh học Trong hệ thống xử lý nƣớc thải cơng trình xử lý sơ nên lƣợng BOD giảm Vì sau đề xuất hiệu xuất xử lý cơng trình học xác định đƣợc tỉ lệ chất dinh dƣỡng đƣa vào cơng trình sinh học hiếu khí, định có bổ sung chất dinh dƣỡng hay không Cần phải xử lý Nitơ nên cơng trình sinh học phải khử đƣợc Nitơ Ta dựa vào hiệu suất xử lý Nitơ công trình xử lý sinh học để xem xét có cần thiết phải xây dựng thêm cơng trình xử lý Nitơ hay khơng, nhƣ loại cơng trình sinh học cần sử dụng cách thiết kế chúng Nồng độ chất lơ lửng SS = 130 mg/l < 150 mg/l, nên khơng cần phải cân nhắc có nên xây dựng bể làm thống sơ đơng tụ sinh học (theo 8.12.1, 7957:2008) Theo yêu cầu đồ án không đề cập tới lƣợng kim loại nặng, nên nhóm khơng thiết kế cơng trình xử lý chất Các cơng trình sinh học phía sau đƣợc xem nhƣ khơng bị ảnh hƣởng kim loại nặng gây hại cho vi sinh vật Dầu, mỡ: bám vào thành ống nƣớc thải, làm giảm công suất đƣờng ống Nồng độ dầu mỡ TV 14mg/l, ứng với công suất 133.291 m3/ngđ, tải lƣợng dầu mỡ lớn Do đó, nhóm định chọn bể lắng kết hợp tuyển khí hịa tan DAF để xử lý dầu mỡ SS có nƣớc Bảng 3.2 So sánh chất lƣợng nƣớc thải sau xử lý với QCVN 14:2008/BTNMT Thông số QCVN 14:2008 cột A BOD (mg/l) 30 COD (mg/l) 50 SS (mg/l) 50 Amoni (mg/l) Dầu mỡ (mg/l) 10 20 Kết luận: Dựa theo bảng để chọn phƣơng án đáp ứng đƣợc QCVN 14:2008/BTNMT 3.1.4 Thống kê thiết bị điện có dây chuyền XLNT a)Thiết bị phần cứng Bảng 3.3 Các biến sử dụng hệ thống IẾN NHẬP SYMBOL WINCC Nhiệt độ T1 thực tế MD100 T1_REAL Nhiệt độ T1 max MD104 T1_SETPOINT_MAX Nhiệt độ T1 MD108 T1_SETPOINT_MIN Nhiệt độ T2 thực tế MD112 T2_REAL Nhiệt độ T2 max MD116 T2_SETPOINT_MAX Nhiệt độ T2 MD120 T2_SETPOINT_MIN Độ PH1 thực tế MD124 PH1_REAL Độ PH1 max MD128 PH1_SETPOINT_MAX Độ PH1 MD132 PH1_SETPOINT_MIN Độ PH2 thực tế MD136 PH2_REAL Độ PH2 max MD140 PH2_SETPOINT_MAX Độ PH2 MD144 PH2_SETPOINT_MIN Lƣu lƣợng thực tế MD148 LL1_REAL Lƣu lƣợng max MD152 LL1_SETPOINT_MAX Lƣu lƣợng MD156 LL1_SETPOINT_MIN Lƣu lƣợng thực tế MD160 LL2_REAL Lƣu lƣợng max MD164 LL2_SETPOINT_MAX Lƣu lƣợng MD168 LL2_SETPOINT_MIN Nồng độ ox DO thực tế MD172 DO_REAL Nồng độ ox DO max MD176 DO_SETPOINT_MAX Nồng độ ox DO MD180 DO_SETPOINT_MIN + Lựa chọn cảm biến 21 Các thiết bị đo lƣu lƣợng nguyên lý điện từ hãng Siemens bao gồm hai phần cảm biến (sensor) chuyển đổi tín hiệu (Transmitter) Phần cảm biến bao gồm dòng sản phẩm sau: Mag 5100W, Bộ chuyển đổi tín hiệu bao gồm dòng sản phẩm sau: Mag 5000 Các nguyên tắc đo lƣu lƣợng dựa định luật cảm ứng điện từ Faradays, cảm biến chuyển đổi dòng chảy thành điện áp điện tỉ lệ với vận tốc dịng chảy Transmitter MAG 5000 SIEMENS Hình 3.1 Transmitter MAG 5000 SIEMENS MAG 5000 chuyển đổi tín hiệu dùng cho dòng cảm biến đo lƣu lƣợng Mag 1100, Mag 1100F, Mag 5100W, Mag3100W, Mag 3100 Bộ chuyển đổi tín hiệu có độ xác cao 0.5% giá rẻ, dùng kèm với cảm biến lƣu lƣợng ứng dụng thông thƣờng không yêu cầu chức định mẻ (Batching controller) Độchính xác 0.5% Khơng có chức định mẻ (Batching controller) Hiển thị lƣu lƣợng tức thời lƣu lƣợng tổng, hiển thị lƣu lƣợng tổng theo chiều thuận, ngƣợc dòng chảy lƣu lƣợng tuyệt đối Có thể tuỳ chọn khơng có hình hiển thị Tín hiệu : Một tín hiệu tƣơng tự 4-20 mA, tín hiệu xung, tín hiệu Relay Nguồn cung cấp: Có thể chọn DC 11…30V, AC 11 … 24V AC 115…230 V Cảm biến tƣơng thích: Mag5100W, Mag 3100, Mag 3100W, Mag 1100, Mag 1100F 22 Mag 5000 lắp trực tiếp (compact) lắp từ xa với Sensor kích cỡ Hình 3.2 MAG 5100W SIEMENS Độ xác : 0.25% Size : DN 25 -1200 Áp lực max : 40 bar Nhiệt độ : ( - ) - 90 oC Cấp bảo vệ : IP 67/68 + Ứng dụng Đo lƣu lƣợng nƣớc nƣớc thải, chất lỏng dẫn điện khơng ăn mịn nhƣ nƣớc mía, nƣớc trái không yêu cầu kiểu lắp đặt theo chuẩn vệ sinh với nhiệt độ cho phép chất lỏng cần đo lên tới 70oC Hình 3.3 Clorator 23 K S10 ™ thiết bị clorator chân không thƣờng đƣợc sử dụng để xử lí nƣớc thải cơng nghiệp, sinh hoạt khử trùng bể bơi + Độ xác Cho ăn khí ga ± 4% dịng thị Áp lực điểm đặt Áp lực cực đại với ống mềm hay polyetylen 5bar / 75psi Ống mềm áp suất cao ống cứng vững cho phép ứng dụng chống lại áp lực ngƣợc đến 10.7 bar/ 160 psi + Phƣơng pháp điều khiển Tốc độ cấp khí k S10 ™ đƣợc kiểm sốt cách hai phƣơng pháp : ngắt cung cấp nƣớc cho injector để đóng cắt chân khơng thay đổi diện tích lỗ khí Start-Stop or Control Program: loại điều khiển đƣợc thực với việc thực đơn giản Đóng, cắt cách ngƣng cung cấp nƣớc phun + Điều chỉnh tự động K S10 ™ đƣợc cung cấp điều khiển tỉ lệ theo vận tốc cấp dòng tự động, từ đơn giản phức tạp Tín hiệu đầu vào 4-20mA Hình 3.4 Cảm biến phát r rỉ khí Clo 24 Bộ phát khí rị rỉ clo ADVANCETM serie 1610B, 1620B cho phép phát liên tục khí clo, (hoặc khí khác nhƣ sulphua Amoniac sử dụng đầu dị khác nhau) mơi trƣờng làm việc Bộ phát khí rị rỉ sử dụng lí tƣởng cho việc bảo vệ ngƣời, tài sản nơi có khả xuất khí rị rỉ mức dƣới ngƣỡng yêu cầu quan vệ sinh Mỹ OSHA Đầu rò cho phép phát đƣợc khí bị rị rỉ, đƣợc thiết kế để tránh báo động giả bị nhiễu khí mơi trƣờng làm việc Serie 1610B thiết kế để bảo vệ nhiễu sóng radio sóng điện từ(RFI/RMI) có nhà máy công nghiệp + Thông số kỹ thuật máy phát r rỉ Clo 1610B Tiêu chuẩn chất lƣợng: ISO 9001 Nguồn điện: 120 240 Vac, 50/60 Hz, pha Công suất tiêu thụ: 12 watts Đầu vào từ cảm biến: 4-20 mAdc Cảm biến đếm thời gian ổn định: Jumper lựa chọn 1/2, 1, 2, 4, 8, 16 phút Vạch đồ thị số phạm vi: 0-10 ppm CL2 & SO2; 0-50 ppm; 0-100 ppm NH3 Độ xác: ± phân vạch Đèn thị: Power, Sẵn sàng, báo, trục trặc Đo đƣợc điểm Chỉ số tín hiệu đầu ra: 4-20 mAdc vào tối đa 900 ohms trở kháng Báo động kiểm soát cố: 10 amps Cảnh báo cố kiểu tiếp xúc: lựa chọn chốt nhảy thủ công tự động 25 Hình 3.4 Máy khuấy Ứng dụng Xử lý nƣớc thải Xử lý nƣớc cấp Mục đích Bồn pha dung dịch keo tụ (PAC), dung dịch trợ lắng (PAM) Bồn pha dung dịch axit (H2SO4), dung dịch bazơ (NaOH) Bồn pha dung dịch Clo khử trùng nƣớc, dung dịch Nitơ, Photpho Thông số kỹ thuật Công suất máy khuấy: 0.2 – 7.5 kW Điện áp: 380 V/ pha / 50 Hz 220 V / pha / 50 Hz Tốc độ khuấy: 20 – 70 vòng/ phút Kiểu lắp đặt: Trục đứng, trục ngang Kiểu cánh khuấy: Tuabin, cánh quạt Số cánh khuấy: Từ 2-4 cánh đối xứng Số tầng cánh: 1-2 tầng (tuỳ thuộc vào dung tích bồn pha) 26 Hình 3.5 Máy bơm chìm nƣớc thải APP KS-50 GT HP (có dao cắt) Chuyên hút nƣớc thải Hut nƣớc tầng hầm cho hộ gia đình bãi đậu xe Cơng trình xử lý nƣớc thải, cải tạo cầu cống, môi trƣờng Công suất: SHP 3750W Cột áp: 22m Lƣu lƣợng (m3/h) : 1200 Lit/phut Cỡ nòng (inch) : – 100mm Sử dụng đƣờng ống (mm) : 114mm Nguồn điện (V) : 380V Trọng lƣợng (kg) : 48 kg Kiểu lắp đặt : Máy đứng, để chìm 27 Hình 3.6 Cảm biến nhiệt độ PT100 + Tín hiệu RTD gì? RTD thuật ngữ viết tắt từ Resistance Temperature Detectors loại cảm biến nhiệt độ dùng để đo nhiệt RTD có thiết kế kim loại hay dây kim loại mà điện trở phụ thuộc theo thay đổi nhiệt độ RTD đƣợc gọi điện trở nhiệt bao gồm loại : Pt100, Pt500, Pt1000, Ni100, Ni500 Trong loại thƣờng dùng công nghiệp đo loại Pt100 Ni100 Pt thuật ngữ viết tắt từ Platinum cịn có tên gọi bạch kim loại kim loại quý Cảm biến nhiệt độ Pt100 hay gọi nhiệt điện trở kim loại (RTD), đƣợc cấu tạo từ kim loại Platinum đƣợc quấn tùy theo hình dáng đầu dị nhiệt có giá trị điện trở 0ºC 100 Ohm Đây loại cảm biến thụ động nên sử dụng cần phải cấp nguồn ổn định Giá trị điện trở thay đổi tỉ lệ thuận với thay đổi nhiệt độ đƣợc tính theo cơng thức sau: 28 Ƣu điểm RTD cảm biến nhiệt độ Pt100 Pt100 dịng sản phẩm ln đƣợc tìm mua nhiều nhất, thang đo rộng, sai số đo thấp mà giá thành lại rẻ cặp nhiệt điện nhiều Pt100 đƣợc thiết kế đa dạng chiều dài, loại dây, loại nên linh hoạt việc lắp đặt nhà máy Nhƣợc điểm Nó có nhƣợc điểm với ứng dụng cần đo nhiệt độ 850ºC Pt100 khơng thể đo đƣợc Ứng dụng Dùng để đo nhiệt độ khu vực có nhiệt độ cao nhà máy để đảm bảo quy trình vận hành nhà máy đƣợc ổn định mang lại hiệu cao sản xuất kinh doanh Tùy vào nhiệt độ khu vực đo mà ta nên chọn loại RTD cho hợp lý giá công suất hoạt động sản phẩm đạt hiệu tốt Hiện nay, để thu thập truyền liệu từ loại RTD xa, thƣờng sử dụng chuyển đổi tín hiệu đầu vào RTD đầu tín hiệu số, qua cổng RS485 giao thức Modbus RTU Hình 3.7 PM6RTD 29 PM6RTD module đầu vào RTD kênh hãng Procon PM6RTD kết nối với cảm biến RTD loại dây dây Điện trở RTD đƣợc đọc mạch module, đƣợc tuyến tính hóa đƣợc chuyển đổi sang độ Celsius Đặc biệt, PM6RTD hỗ trợ cổng RS485 giao thức modbus RTU giúp kỹ sƣ giải pháp dễ dàng lấy đƣơc tín hiệu PLC máy tính vi xử lý, máy tính nhúng, cách vơ đơn giản thơng qua chuẩn Modbus RTU Hình 3.8 Đồng hồ đo lƣu lƣợng EFM-115 Ứng dụng Đồng hồ đo lƣu lƣợng EFM-115 ( Cảm biến đo lƣu lƣợng EFM-115 ) thiết bị đo lƣu lƣợng hình hiển thị hay cịn gọi đồng hồ đo lƣu lƣợng nƣớc; nƣớc thải; dầu; axit; hóa chất dạng điện tử Là dòng cảm biến đo lƣu lƣợng chất lỏng xuất xứ EU với sai số thấp 0.003 đƣợc tích hợp lớp nhƣ 30 PTFE, Hastelloy; Tantalum, Titanium hay Platinum giúp thiết bị khơng bị ăn mịn đo lƣu lƣợng dịng chảy dạng axit; hóa chất có tính ăn mịn cao nhƣ Axit HCL; Axit H2SO4; Khí HF… Thông số kĩ thuật Cảm biến đo lƣu lƣợng EFM-115 có tích hợp nguồn vào tùy ngƣời dùng chọn nguồn 85 … 260 V AC nguồn 24V Cảm biến đo lƣu lƣợng đƣợc tích hợp chống nƣớc chống bụi IP67 Mặc dù Catalog thiết bị có đề cập rõ Đƣờng kính DN lƣợng dịng chảy chảy qua tƣơng đƣơng nhiêu dạng đơn vị m3/h – l /min – l /s Tuy nhiên; Ta Setup đƣợc dịng chảy đầu vào với mức 0,3m/s mức max 12 m/s Là dòng đồng hồ đo lƣu lƣợng điện tử tích hợp truyền thơng modbus rtu / rs485 Output cho 1-2-3 relay tùy vào nhu cầu sử dụng Hoặc output dịng 4-20mA 0-10V Hình 3.9 Bảng chọn model tất d ng đồng hồ đo lƣu lƣợng EFM-115 31 + Ví dụ chọn model đồng hồ đo lƣu lƣợng dinel Ngƣời dùng cần đo lƣu lƣợng dịng chảy D40 output tín hiệu đầu relay với nguồn cấp 220V tín hiệu truyền thơng modbus rtu mục đích hiển thị vi tính ta chọn model EFM-11-DN40-R3-M-230 Hoặc đo lƣu lƣợng nƣớc thải DN80 Đƣờng kính 80mm) Tín hiệu đầu relay; cấp nguồn 220V Ta chọn model EFM-115-DN80-R2-0-230V + Orbipac CPF81D sensor Ứng dụng: thiết bị chuyên dùng đo nồng độ ph môi trƣờng nƣớc thải công nghiệp Đầu dị pH loại kỹ thuật số, sử dụng cơng nghệ Memosens kết nối với thiết bị hiển thị, ghi nhận liệu CM444 Thiết bị có khả tháo rời khỏi dây cáp để cân chỉnh phịng thí nghiệm, lƣu trữ liệu hiệu chỉnh đầu đo Phƣơng pháp đo: điện cực thủy tinh, tích hợp đầu dò pH nhiệt độ Dãy đo: 0-14pH; 0-80oC Sai số: ±5% giá trị đo Điện cực thủy tinh loại 23mm, điện cực guard Chất liệu vỏ bảo vệ: PPS, phần điện cực tiếp xúc với nƣớc thải: thủy tinh với lớp màng khơng chất chì Cấp bảo vệ : IP68, ngâm trực tiếp nƣớc Tích hợp đầu từ làm 6mm Kết nối cáp loại wire terminals, chiều dài kết nối từ đầu đo đến hiển thị: mét Model: Orbipac CPF81D 32 Hình 3.10 Model Orbipac CPF81D 3.2 Xây dựng lƣu đồ thuật toán 3.2.1 Điều khiển bơm P1 vào Bể cân Lƣu đồ điều khiển bơm P1 vào bể cân đƣợc hiển thị hình Ở chế độ Auto bơm P1 đƣợc điều khiển tựđộng tắt/bật theo mức nƣớc bể cân Ở chế độ Manual việc tắt/bật P1 hoàn toàn ngƣời vận hành định 33 Lƣu đồ điều khiển bơm p1 Start Chọn mode Đ S Mode auto P1 = OFF Đ LV= H S LV = L Đ P1 = ON Đ End 34 S SĐiều chỉnh P1 theo yêu cầu vận hành Điều khiển pH bể th S Start Xử lí tay theo yêu cầu vân hành Mode auto Đ S Hết NaOH Đ END pH1 < pH_L Đ S V1 = OFF (HCl) pH1 > pH_H Đ Đ S V2 = ON (NaOH) Hết HCl Đ Đ Tính lƣơng NaOH cần bơm V2 = OFF (NaOH) S V1 = OFF Đ Đ V1 = ON (HCl) V2 = OFF Đ Bật bơm DP, máy khuấy M1 Đ Tính lƣợng HCl cần bơm Đ End 35 Đóng bơm DP, máy khuấy M1 Lƣu đồ điều khiển khóa liên động với pH Start S Đã giải trừ SC Đ pH_L< pH2 < pH_H SC=1, BD=1 z Đèn DO pH2 nhấp nháy Đ Mode auto S Liên động pH = Đ P1 = S Dừng bơm P1 Đ P2 = Dừng bơm P2 Đ P3 = S Dừng bơm P3 END 36 SC=0, BD=0 Cho phép điều khiển bơm P1, P2, P3 3.2.1 Điều chỉnh pH Bể trung hoà Lƣu đồ điều chỉnh pH đƣợc hiển thị hình Để tiết kiệm chi phí mua thiết bị, dùng bơm định lƣợng Khi pHpH_Hi (ngƣỡng điều khiển trên), đóng van NaOH, cịn HCl mở van HCl, tính lƣợng bơm để điều khiển bơm đạt lƣợng cần, bật bơm HCl máy khuấy Điều khiển theo luật PID sử dụng PID mềm kiểu điều khiển liên tục điều khiển tạo xung Khi điều khiển tay, không cho phép mở lúc hai van NaOH HCl (liên động cấm chỉ) Khi muốn bơm NaOH bắt buộc phải mở van NaOH trƣớc, trái lại van đóng khơng cho phép bơm Tƣơng tự bơm HCl Đây điều kiện khố liên động để tránh hỏng bơm Điều kiện liên động đƣợc đặt PLC Khi chế độ Manual ngƣời vận hành tự định bật bơm hoá chất để pH đạt yêu cầu (lƣợng hoá chất tỷ lệ với thời gian mở bơm) Nếu bơm hố chất dùng biến tần thiết kế núm điều chỉnh mịn cho lƣợng hoá chất bàn điều khiển HMI + Điều khiển khoá liên động pH Lƣu đồ điều khiển khoá liên động pH thể hình Đối với trƣờng hợp giá trị pH2 vƣợt ngƣỡng, đặt chế độ Manual ngƣời vận hành quan sát biến động pH hình Khi pH2 vƣợt ngƣỡng ngƣời vận hành tự định đƣa lệnh điều khiển cho PLC để tắt bơm P1, P2, P3 Nếu chế độ Auto PLC tự động tắt bơm P1, P2, P3 khoá liên động đƣợc khoá, trái lại bơm hoạt động bình thƣờng Có nhiều khố liên động phụ cho phép ngƣời vận hành lựa chọn bơm cần tắt có cố Việc cho phép bơm hoạt động trở lại hết báo động bấm nút giải trừ cố bàn điều khiển Trong lƣu đồ biến SC (sự cố) đƣợc chƣơng trình PLC cho =1 lần pH2 vƣợt ngƣỡng chƣơng trình đƣa biến tín hiệu từ nút giải trừ cố đƣa PLC =1 Cịn khơng cho dù pH2 sau có khơng vƣợt ngƣỡng biến SC trì =1 đèn báo động nhấp nháy để ngƣời vận hành biết đƣợc có cố cơng đoạn Bể trung hồ, từ kiểm tra xem khâu điều khiển pH có vấn đề khơng (ví dụ: hỏng bơm định lƣợng, hỏng van điện, tắc ống dẫn hoá chất, hỏng cảm biến pH1), sau xử lý xong bấm giải trừ để xoá bỏ cốđi Nhƣ sau khâu điều khiển mà kiểm 37 tra thấy thông số điều chỉnh không đạt yêu cầu phải ngừng bắt buộc số thiết bị để đảm bảo an toàn Điều chỉnh lƣu lƣơng vào bể kị khí Start Mode auto Lấy giá trị lƣu lƣợng đặt Đ S ĐK lƣu lƣợng theo yêu cầu ngƣời vận hành ĐK theo lƣu lƣơng đặt (Biến tần điều khiển) End + Điều chỉnh lƣu lƣợng vào Bể kị khí Để điều chỉnh lƣu lƣợng cần đặt trƣớc giá trị đầu vào (dòng áp) cho biến tần, biến tần tích hợp sẵn điều khiển PID để điều chỉnh ổn định tốc độ động bơm, nhờ ổn định lƣu lƣợng theo giá trị chủ đạo (setpoint) Sử dụng biến tần tiết kiệm điện biến tần có sẵn chức tự động điều chỉnh công suất động theo phụ tải Nếu lƣu lƣợng khơng đạt P1, P2 P3 có cố đƣờng ống có cố cần báo động Lƣu đồ điều chỉnh DO Thiết bịđo DO đƣa giá trị phản hồi cho vòng điều khiển kín chƣơng trình PLC PLC đƣa tín hiệu điều khiển (dòng áp) cho biến tần cho động máy thổi khí để có DO nhƣ mong muốn Sử dụng biến tần tiết kiệm điện nhờđiều chỉnh DO vừa đủ yêu cầu, trái với trƣờng hợp khơng có điều chỉnh DO q lớn không cần thiết Nếu DO không đạt yêu cầu chứng tỏ khâu 38 điều khiển có cố (ví dụ: hỏng biến tần, tắc đƣờng dẫn khí, hỏng động cơ) cần báo động Điều chỉnh DO bể hiếu khí Start Đ Mode auto S Đ DO_L< DO < DO_H S Giữ lƣu lƣợng blower ĐK blower theo yêu cầu ngƣời vận hành ĐK theo lƣu lƣơng đặt (Biến tần điều khiển) End Điều khiển bơm bùn Start S Mode auto Đ Bật máy gạt bùn M2, bật bơm bùn SP, chạy máy ep bùn D End 39 ĐK M2, SP, D theo yêu cầu ngƣời vận hành Cảnh báo cố Lƣu đồ cảnh báo cố Các cảnh báo gồm hai loại: cảnh báo vƣợt ngƣỡng (phát cách so sánh giá trị thiết bị đo với ngƣỡng đặt trƣớc chƣơng trình) cảnh báo theo thiết bị khống chế dạng tiếp điểm (ví dụ: van phao) Trong dây chuyền cơng nghệ có cảnh báo cho thơng số sau: T, pH, DO, lƣu lƣợng, mức nƣớc, mức hoá chất Báo động cố Việc Kiểm tra phát cốđƣợc thực phƣơng pháp sau: PP1 : Bằng thiết bị chuyên dụng nhƣ thiết bị bảo vệ báo động cố động cơ, bơm, PP2: Xây dựng mạch phụ trợ riêng phục vụ báo động bảo vệ liên động PP3: Bằng chƣơng trình kết hợp tín hiệu phản hồi Trong PP3 đơn giản nhất, đƣợc thực theo nguyên tắc so sánh kết đầu thực tế trình điều khiển với giá trị yêu cầu Ví dụ: ngƣời vận hành chƣơng trình lệnh điều khiển bật động nhƣng tín hiệu phản hồi (từ mạch phụ trợ thiết bịđo nhƣđo tốc độ, ) báo động tắt báo động cố Tuy nhiên PP3 có nhƣợc điểm thiết bịđiều khiển (PLC) hỏng khơng thể báo động đƣợc, cần kết hợp phƣơng pháp chí điều khiển dự phịng để tăng độ tin cậy 3.2 Viết chƣơng trình điều khiển cho S7 – 300 3.2.1 Các bƣớc tạo viết chƣơng trình điều khiển cho S7 - 300 + Khởi động tạo dự án Khởi động Simatic Manager Nhấp Simatic Manager Nhấp Chọn New Project, Chon Name [ vidu1], Location[ ] -> OK 40 Hình 3.11 Khởi động chƣơng trình + Khai báo trạm làm việc PLC Hình 3.12 Chọn PLC 41 Hình 3.13 Khai báo Đặt cấu hình cứng cho trạm Nhấp Hardware mở hình đặt cấu hình cứng cho trạm Hình 3.14 Đặt câú hình cứng cho trạm 42 Hình 3.15 Chọn PLC cho chƣơng trình Hình 3.17 Chọn modul cho PLC 43 Khai báo tham số cho trạm Chọn đầu vào, logic, khai báo Chọn AI/AO, khai báo Chọn Count, Hình 3.18 Khai báo tham số, đầu vào, logic Hình 3.19 Chọn AI/AO, chọn count Chọn Name OB1 44 Language LAD Màn hình lập trình Hình 3.20 Màn hình lập trình Lập trình cách nhăp biểu tƣợng sau nhắp hình, khai báo Hình 3.22 Lập trình code 45 Hình 3.23 Chƣơng trình, code 3.2.2 Chƣơng trình điều khiển cho S7 – 300 Chƣơng trình 46 47 48 Code chƣơng trình FC1 49 50 51 52 53 Code chƣơng trình FC2 54 55 56 57 Code chƣơng trình FC3 58 3.4 Vận hành hệ thống, chạy mơ Hình 3.24 Cài đặt thơng số tiêu chu n hệ thống Hình 3.25 Chạy mơ phần mềm WinCC 59 Hình 3.26 Chạy mơ phần mềm S7-300 60 KẾT LUẬN Giới hạn đề tài Đề tài dừng mức độ nghiên cứu nên khơng có sản phẩm, dừng lại nghiên cứu mô hoạt động phần mềm Kết luận kiến nghị So với mục tiêu đề e tìm hiểu lập trình đƣợc chƣơng trình, mơ đƣợc phần mềm WinCC Trong khóa luận em sử dụng phƣơng pháp tìm hiểu qua tài liệu sách giáo trình, tìm tài liệu mạng internet Tuy thời gian có hạn hẹp, nhƣng đƣợc hƣớng dẫn tận tình thầy Trần Kim Khuê với cố gắng thân, em hồn thành đồ án theo thời gian qui định Sau hoàn thành đồ án điều khiển logic này, em tìm hiểu nắm vững kiến thức sau: Quy trình xử lí cấu trúc hệ thống nƣớc thải Hiểu biết kết cấu, nguyên lí làm việc, cách sử dụng, phƣơng pháp lập trình PLC Đƣa đƣợc lƣu đồ thuật toán, lƣu đồ điều khiển để vận hành hệ thống, dựa vào lập trình đƣợc chƣơng trình điều khiển Hạn chế, tồn Tuy nhiên, đồ án làm thời gian ngắn, điều kiện tài liệu thiếu kiến thức thực tế thân em nhiều hạn chế, nên báo cáo khơng tránh khỏi sai sót có hạn chế nhƣ sau: Do thiết bị cịn lạ, chƣa tìm đủ tài liệu cần thiết nên đồ án việc trình bày thiết bị nhƣ PLC, clorator, cảm biến loại thiếu sót Do kiến thức lập trình cịn nhiều hạn chế nên chƣơng trình điều khiển cịn dài phức tạp Hƣớng phát triển đề tài Em mong muốn đƣợc đầu tƣ nhiều thời gian nhƣ kinh phí để đề tài phát triển thành sản phẩm hoàn thiện 61 Cuối cùng, lần em xin gửi lời cảm ơn đến thầy Trần Kim Khuê trực tiếp hƣớng dẫn bảo tận tình giúp chúng em hồn thành khóa ln tốt nghiệp 62 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ThS NGHUYỄN XUÂN QUANG, giáo trình PLC S7-300 lý thuyết ứng dụng, NXB TP.HCM Trang web: http://luanvan.co/default.aspx Trang web: https://www.youtube.com/watch?v=VikVi7fNP1g Trang web: https://www.youtube.com/watch?v=y5UYzKdG_9o 63