›
›

Giới thiệu Hệ thống tự động hoá xử lý nước thải

pdf 65 trang hapham 1590
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giới thiệu Hệ thống tự động hoá xử lý nước thải", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfgioi_thieu_he_thong_tu_dong_hoa_xu_ly_nuoc_thai.pdf

Nội dung text: Giới thiệu Hệ thống tự động hoá xử lý nước thải

  1. CÔNG TY CỔ PHẦN MINH VIỆT TRUNG TÂM ĐIỀU KHIỂN – TĐH - CNTT GIỚI THIỆU HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HOÁ XỬ LÝ NƯỚC THẢI THÁNG 2-2006
  2. MỤC LỤC HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HOÁ XỬ LÝ NƯỚC THẢI I. KHẢO SÁT, PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI.5 1. Khảo sát và đánh giá trình độ công nghệ xử lý nước thải 5 2. Khả năng áp dụng tự động hoá xử lý nước thải nhà máy bia 9 II. NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG HOÁ XỬ LÝ NƯỚC THẢI 10 1. Mục đích áp dụng tự động hoá xử lý nước thải 10 2. Yêu cầu và cơ sở xây dựng hệ thống tự động hoá 10 3. Thiết kế các chức năng hệ thống tự động hoá xử lý nước thải 12 4. Lưu đồ hoạt động của hệ thống tự động hoá xử lý nước thải 19 5. Lựa chọn công nghệ và thiết kế mô hình hệ thống tự động hoá 30 6. Giới thiệu các thiết bị chính trong hệ thống tự động hoá 35 7. Thiết kế phần mềm SCADA (Superviser Control And Data Aquisision) cho hệ thống TĐH 42 III. PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ ÁP DỤNG TỰ ĐỘNG HOÁ XỬ LÝ NƯỚC THẢI51 1. Tính ưu việt của tự động hoá về mặt kinh tế - kỹ thuật 51 2. Các chỉ số về hiệu quả kinh tế của tự động hoá 51 IV. PHỤ LỤC 55 1. Sơ đồ hệ thống điện - tự động hoá 55 2. Mã chương trình điều khiển trên PLC 55 V. TÀI LIỆU THAM KHẢO VÀ SỬ DỤNG 65 Công ty Cổ phần Minh Việt – www.minhviet.com.vn 2 Trung tâm ĐK-TĐ-CNTT – 04-5187221 – Fax: 04-5187262 intecom@minhviet.com.vn
  3. Quy định các từ viết tắt trong tài liệu Từ viết tắt Viết đầy đủ XLNT Xử lý nước thải HTXLNT Hệ thống xử lý nước thải HTTĐH Hệ thống tự động hoá ĐK Điều khiển CB Cảnh báo BĐ Báo động SC Sự cố P Pump (bơm) DP Dosing Pump (bơm định lượng) SP Sludge Pump (bơm bùn) D Decanter (máy ép bùn) M Motor B Blower (máy thổi khí) FL Flow (lưu lượng) LV Level (mức nước) FI Frequency Inverter (Biến tần) Công ty Cổ phần Minh Việt – www.minhviet.com.vn 3 Trung tâm ĐK-TĐ-CNTT – 04-5187221 – Fax: 04-5187262 intecom@minhviet.com.vn
  4. TỔNG QUAN VỀ TỰ ĐỘNG HOÁ XỬ LÝ NƯỚC THẢI TRÊN THẾ GIỚI Cùng với sự phát triển của sản xuất công nghiệp, xử lý nước thải công nghiệp đang là vấn đề vô cùng quan trọng, bảo đảm cho sự trong sạch môi trường sống đồng thời góp phần vào sự phát triển bền vững của nền kinh tế mọi quốc gia trên thế giới. Tại nhiều nước có nền công nghiệp phát triển cao như Nhật, Mỹ, Anh, Pháp, các hệ thống xử lý nước thải công nghiệp đã được nghiên cứu và đưa vào ứng dụng từ lâu, đặc biệt các thành tựu tiên tiến trong lĩnh vực tự động hoá cũng đã được áp dụng và đem lại hiệu quả kỹ thuật, kinh tế xã hội vô cùng to lớn. Nhiều hãng đi đầu trong lĩnh vực này như USFilter, Aquatec Maxcon, Hunter Water Corporation (HWC), Global Industries.Inc đã đưa ra các giải pháp công nghệ xử lý nước thải hiện đại. Những công nghệ tự động hoá của các công ty hàng đầu trên thế giới như SIEMENS, AB, YOKOGAWA, được sử dụng rộng rãi trong các công trình xử lý nước thải. Có thể nói trình độ tự động hoá xử lý nước thải đã đạt mức cao, tất cả các công việc giám sát, điều khiển đều có thể thực hiện được tại một Trung tâm, tại đây người vận hành được hỗ trợ bởi những công cụ đơn giản, dễ sử dụng như giao diện đồ hoạ trên PC, điều khiển bằng kích chuột, góp phần nâng hiệu quả cho công việc quản lý điều hành dây chuyền công nghệ. Ngoài ra cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin và viễn thông, khoảng cách về không gian và thời gian đã được rút ngắn, cho phép người vân hành có thể điều khiển từ cách xa hàng ngàn km với chỉ một máy tính PC hoặc nhận được thông tin về hệ thống thông qua SMS. Hơn thế, hệ thống tự động hoá xử lý nước thải còn được tích hợp với các hệ thống điều hành ở cấp độ điều khiển cao hơn như cấp điều hành sản xuất (manufacturing execution: workflow, order tracking, resources), cấp xí nghiệp (enterprise:Production planning, orders, purchase) và trên cùng là cấp quản trị (administration:Planning, Statistics, Finances) nhằm nâng cao hơn nữa mức tự động hoá và tối ưu hoá quá trình sản xuất. Ngoài ra, trong lĩnh vực điều khiển đã có rất nhiều các lý thuyết điều khiển hiện đại được áp dụng như điều khiển mờ, mạng nơ-ron, điều khiển dự báo trước (predicted control), điều khiển lai ghép (hybrid control), được ứng dụng trong xử lý nước thải để nâng cao chất lượng điều khiển và hiệu suất của các công đoạn xử lý. Lý thuyết hệ chuyên gia cũng được áp dụng mở ra khả năng tự động hoá hoàn toàn cho xử lý nước thải[3]. Công ty Cổ phần Minh Việt – www.minhviet.com.vn 4 Trung tâm ĐK-TĐ-CNTT – 04-5187221 – Fax: 04-5187262 intecom@minhviet.com.vn
  5. I. KHẢO SÁT, PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI 1. Khảo sát và đánh giá trình độ công nghệ xử lý nước thải Khảo sát công nghệ xử lý nước thải nhà máy bia Hệ thống xử lý nước thải nhà máy bia gồm nhiều công đoạn được thể hiện như trên Hình 1. Hoạt động của hệ thống như sau: Nước thải từ nhà máy được thu gom vào hố bơm. Từ hố bơm P1 bơm nước qua song chắn rác. Đây là bước xử lý sơ bộ. Mục đích của quá trình là khử tất cả các tạp vật có thể gây ra sự cố trong quá trình vận hành hệ thống xử lý nước thải như làm tắc máy bơm, đường ống hoặc kênh dẫn. Đây là bước quan trọng đảm bảo an toàn và điều kiện làm việc thuận lợi cho cả hệ thống. Rác tự động vào thùng chứa bằng cách xối nước liên tục hoặc cào thủ công. Sau song chắn rác, nước tự chảy vào bể cân bằng. Bể này có tác dụng điều hoà lưu lượng để duy trì dòng thải vào gần như không đổi cho các công đoạn sau, khắc phục những vấn đề vận hành do sự dao động lưu lượng nước thải gây ra và nâng cao hiệu suất của các quá trình ở cuối dây chuyền xử lý. Nhiệt độ nước được đo thủ công theo chu kỳ hoặc thời điểm tuỳ thuộc vào kỹ sư vận hành. Máy bơm P2 sẽ bơm nước từ bể cân bằng vào bể trung hoà và ổn định lưu lượng.[5] Nước thải chứa các axít vô cơ hoặc kiềm cần được trung hoà đưa pH về khoảng 7±0.2 trước khi sử dụng cho công đoạn xử lý tiếp theo. Trung hoà nước thải thực hiện bằng cách bổ sung các tác nhân hoá học. Trong quá trình trung hoà, một lượng bùn cặn được tạo thành. Lượng bùn này phụ thuộc vào nồng độ và thành phần của nước thải cũng như loại và lượng các tác nhân sử dụng cho quá trình [5] Để trung hoà trong công nghệ này người ta sử dụng tác nhân hoá học là NaOH và HCl. Khi pH vượt ngưỡng dưới thì bơm định lượng DP bổ sung thêm NaOH, khi pH vượt ngưỡng trên thì DP bổ sung HCl và cho máy khuấy M1 hoạt động. Máy khuấy tạo điều kiện thuận lợi cho phản ứng trung hoà và làm đồng đều hoá chất bổ sung với nước thải. Điều khiển pH được thực hiện thủ công. Để bảo đảm an toàn cho vi sinh vật người vận hành thường xuyên phải đo tay độ pH đầu nguồn nước vào bể kỵ khí để đảm bảo chắc chắn rằng pH không vượt ngưỡng cho phép. Khi phát hiện pH không đạt yêu cầu thì người vận hành tắt P1, P2, P3 để cắt nguồn nước không bảo đảm chỉ tiêu pH cho công đoạn xử lý sinh học tiếp sau vì các vi sinh vật rất nhạy cảm với pH, pH ảnh hưởng rất lớn đến quá trình tạo men trong tế bào và quá trình hấp thụ các chất dinh dưỡng vào tế bào. Nếu vi sinh vật chết sẽ cần nhiều thời gian và kinh phí để khôi phục lại chúng đồng thời làm gián đoạn sản xuất [5] Sau khi trung hoà nước được xử lý tiếp bằng các phương pháp sinh học. Người ta sử dụng các phương pháp sinh học để làm sạch nước thải khỏi nhiều chất hữu cơ hoà tan và một số chất vô cơ như H2S, các chất sunfit, amoniac, nitơ Phương pháp này dựa trên cơ sở sử dụng hoạt động của vi sinh vật để phân huỷ các chất hữu cơ gây nhiễm bẩn trong nước thải. Các vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ và một số chất khoáng làm nguồn dinh dưỡng và tạo năng lượng. Trong quá trình dinh dưỡng, chúng nhận các chất dinh dưỡng để xây dựng tế bào, sinh trưởng và sinh sản nên sinh khối của chúng được tăng lên. Quá trình phân huỷ các chất hữu cơ nhờ vi sinh vật gọi là quá trình oxy hoá sinh hoá [4]. Trong công nghệ sử dụng hai phương pháp là kỵ khí và hiếu khí tại các bể kỵ khí và hiếu khí (Hình 1). Công ty Cổ phần Minh Việt – www.minhviet.com.vn 5 Trung tâm ĐK-TĐ-CNTT – 04-5187221 – Fax: 04-5187262 intecom@minhviet.com.vn
  6. Phương pháp kỵ khí được dùng để lên men bùn cặn sinh ra trong quá trình xử lý bằng phương pháp sinh học hoặc nước thải công nghiệp chứa hàm lượng các chất hữu cơ cao (BOD=4÷5 g/l). Đây là phương pháp cổ điển nhất dùng để ổn định bùn cặn, trong đó các vi khuẩn kỵ khí phân huỷ các chất hữu cơ. Tuỳ thuộc vào loại sản phẩm cuối cùng, người ta phân loại quá trình này thành: lên men rượu, lên men axit lactic, lên men metan, Những sản phẩm cuối của quá trình lên men là: cồn, các axit, axeton, khí CO2, H2, CH4. Trong công nghệ các chất khí (biogas) sẽ được thu hồi và đốt nhờ hệ thống thu hồi và xử lý khí[4]. Phương pháp hiếu khí là phương pháp sử dụng các nhóm vi sinh vật hiếu khí. Bể hiếu khí luôn chứa các vi khuẩn hiếu khí. Trong công đoạn có hệ thống sục khí bao gồm máy thổi khí B và các ống dẫn khí làm nhiệm vụ cung cấp đủ lượng ôxi cần thiết cho vi khuẩn trong quá trình phân giải chất hữu cơ đồng thời xáo trộn làm tăng khả năng hấp thụ các chất hữu cơ của vi sinh vật đảm bảo sự phân giải tối đa. Kết quả là hình thành các bông sinh học có thể lắng trọng lực ở đầu ra của bể. Đối với đa số các vi sinh vật khoảng giá trị pH tối ưu là 6.5÷8.5. Nhiệt độ nước thải ảnh hưởng rất lớn tới chức năng hoạt động của vi sinh vật. Đối với đa số vi sinh vật, nhiệt độ nước thải phải từ 6÷370 C[4]. Nói chung giá trị DO luôn được bảo đảm trong khoảng cho phép nhờ công suất không đổi của máy thổi khí theo thiết kế trừ trường hợp có sự cố (hỏng máy thổi, tắc ống dẫn khí, ) và được giám sát thủ công. Nhiệt độ nước trong bể đo thủ công theo quy trình vận hành (định kỳ hoặc theo thời điểm do kỹ sư vận hành quyết định). Nước thải sau khi được xử lý tại bể hiếu khí sẽ tràn sang bể lắng đứng. Tại đây sử dụng phương pháp lắng trọng lực. Trong nước thải vào các bể này chứa bùn hoạt tính là sản phẩm của quá trình phân giải của vi sinh tại bể hiếu khí. Bùn hoạt tính có dạng bông màu vàng nâu, dễ lắng, kích thước từ 3 đến 5µm. Những bông này gồm các vi sinh vật sống và chất rắn (40%). Vi sinh bao gồm vi khuẩn, động vật bậc thấp, dòi, giun, nấm men, nấm mốc, xạ khuẩn, [4], một phần bùn được đưa quay trở lại bể hiếu khí để bảo đảm đủ lượng vi sinh cần thiết. Bể lắng có thể tích thiết kế đủ lớn để nước được lưu trong đó vài giờ, đủ thời gian cho quá trình lắng, do đó có thể xả bùn và ép bùn liên tục (luôn bật máy gạt bùn M2, bơm hút bùn SP và máy ép bùn D). Các van tay V4, V5 được mở trước ở các độ mở nhất định, các mức mở này do kỹ sư vận hành thực hiện nhằm đảm bảo sự cân bằng giữa thức ăn và vi khuẩn hiếu khí. Đánh giá trình độ công nghệ tự động hoá xử lý nước thải nhà máy bia Trên cơ sở khảo sát công nghệ xử lý nước thải nhà máy bia nói trên chúng tôi đưa ra đánh giá như sau: ƒ Công nghệ có khả năng cho phép chất lượng nước đầu ra đạt TCVN theo đúng quy định (TCVN 7221:2002, TCVN 5945:1995) ƒ Công nghệ chưa áp dụng tự động hoá, việc giám sát điều khiển được thực hiện thủ công dẫn tới độ ổn định, tin cậy thấp ƒ Hiệu quả kỹ thuật, kinh tế, xã hội chưa cao. Công ty Cổ phần Minh Việt – www.minhviet.com.vn 6 Trung tâm ĐK-TĐ-CNTT – 04-5187221 – Fax: 04-5187262 intecom@minhviet.com.vn
  7. Thống kê các thiết bị điện hiện có trong dây chuyền công nghệ XLNT Bảng 1 Danh mục thiết bị điện hiện có TT Tên thiết bị Thông số kỹ thuật chính 1 Bơm nước P1, P2, P3 Công suất 5.5 KW 2 Bơm bùn SP Công suất 2.2 KW 3 Máy thổi khí B Công suất 15 KW 4 Máy khuấy M1 Công suất 2.2 KW; 60 rpm 5 Máy ép bùn D Công suất 15 KW 6 Máy gạt bùn M2 Công suất 5.5 KW; 0.2rpm 7 Bơm hoá chất DP Công suất 0.5 KW 8 Van điện từ V1, V2 Nguồn cấp 220V AC Công ty Cổ phần Minh Việt – www.minhviet.com.vn 7 Trung tâm ĐK-TĐ-CNTT – 04-5187221 – Fax: 04-5187262 intecom@minhviet.com.vn
  8. HỆ THỐNG THU HỒI VÀ XỬ LÝ BIOGAS NaOH HCl V1 V2 BIOGAS M2 B DP M1 P1 CHẮN RÁC NƯỚC THẢI TỪ V3 NHÀ MÁY P2 P3 HỐ BƠM BỂ CÂN BẰNG BỂ TRUNG HOÀ BỂ KỴ KHÍ BỂ HIẾU KHÍ V4 SP BỂ LẮNG V5 D BÙN KHÔ MÁY ÉP BÙN Hình 1 Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải nhà máy bia hiện tại Công ty Cổ phần Minh Việt – www.minhviet.com.vn 8 Trung tâm ĐK-TĐ-CNTT – 04-5187221 – Fax: 04-5187262 intecom@minhviet.com.vn
  9. 2. Khả năng áp dụng tự động hoá xử lý nước thải nhà máy bia Tại nhiều quốc gia có nền công nghiệp phát triển cao (Mỹ, Nhật, Đức, Anh, Pháp, ), các hệ thống xử lý nước thải công nghiệp đã được nghiên cứu và đưa vào ứng dụng từ lâu. Nhiều hãng hàng đầu trong lĩnh vực này như USFilter, Aquatec Maxcon, Hunter Water Corporation(HWC), Global Industries.Inc đã đưa ra các giải pháp công nghệ tiên tiến xử lý nước thải. Hầu hết các công nghệ hiện đại ngày nay đều được tự động hoá cao, nhờ đó đảm bảo năng suất, chất lượng, hiệu quả như mong muốn. Tại Việt Nam đã có những nhà máy xử lý nước thải hiện đại, sử dụng hoàn toàn hoặc phần lớn các công nghệ của nước ngoài do đó mức độ tự động hoá cao, tuy nhiên giá thành đắt, nhiều công nghệ không mang tính mở nên khó làm chủ hoàn toàn, chi phí nâng cấp, bảo trì rất lớn. Qua khảo sát kết hợp nghiên cứu, tìm hiểu các hệ thống xử lý nước thải trong và ngoài nước, chúng tôi khẳng định rằng chúng ta hoàn toàn có thể tự thiết kế và xây dựng một hệ thống tự động hoá hiện đại cho dây chuyền xử lý nước thải nhà máy bia. Bên cạnh đó, chính nhờ phát huy tối đa nội lực trong nước chi phí đầu tư và bảo trì hệ thống sẽ giảm đáng kể. Mức độ tự động hoá chủ yếu phụ thuộc vào khả năng đầu tư của nhà máy, song một thiết kế hợp lý dựa trên các chuẩn quốc tế mở sẽ cho phép linh hoạt khi lựa chọn cấu hình hệ thống cũng như nâng cấp mức độ tự động hoá và mở rộng hệ thống một cách dễ dàng trong tương lai. Hệ thống tự động hoá sẽ cho phép giám sát điều khiển tất cả các công đoạn xử lý nước thải từ một Trung tâm điều khiển. Để làm được điều này cần trang bị thêm các thiết bị đo lường, điều khiển và xây dựng thêm một số chức năng cần thiết đối với hệ thống tự động hoá xử lý nước thải hiện đại. Các thiết bị đo lường, điều khiển nói chung rất sẵn có tại Việt Nam với nhiều đại diện của các hãng lớn như Endress+Hauser, Yokogawa, Siemens, Đây là một thuận lợi khi xây dựng hệ thống tự động hoá. Tóm lại: Tự động hoá cho xử lý nước thải nhà máy bia là hoàn toàn khả thi về kỹ thuật và kinh tế trong điều kiện Việt Nam hiện nay. Công ty Cổ phần Minh Việt – www.minhviet.com.vn 9 Trung tâm ĐK-TĐ-CNTT – 04-5187221 – Fax: 04-5187262 intecom@minhviet.com.vn
  10. II. NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG HOÁ XỬ LÝ NƯỚC THẢI 1. Mục đích áp dụng tự động hoá xử lý nước thải Tự động hoá xử lý nước thải là điều cần thiết nhưng cũng không cần phải chạy đua theo mốt, mà phải phân tích rõ mục đích của tự động hoá và đặc biệt phải chú ý: vì sao phải tự động hoá và cho ai?[1] Cải thiện điều kiện làm việc: Mục đích đầu tiên của tự động hoá là phải loại bỏ công việc lặp lại và khó nhọc cho việc vận hành, ví dụ: liên tục theo dõi, kiểm tra nhiều thông số công nghệ, tắt bật cơ cấu chấp hành, ghi chép số liệu, sự cố, Tự động hoá và giám sát bằng máy tính làm tiện lợi thêm khả năng khống chế từ xa một số lượng lớn các thông tin, đơn giản hoá nhiệm vụ khai thác, giám sát và quản lý.[1] Nâng cao hiệu quả của thiết bị: Trước hết ta có thể cải thiện chất lượng xử lý nước bằng các thiết bị đo và điều chỉnh . Ví dụ như định lượng chất phản ứng, mức độ ô xy hoá, kiểm tra nhiệt độ các bể phản ứng Tự động hoá quá trình cho phép giải phóng con người và làm tăng tốc độ tin cậy của hệ thống. Nhưng mục tiêu quan trọng là nâng cao độ chắc chắn vận hành của thiết bị có tính đến các tiêu chuẩn độ tin cậy qua việc nghiên cứu các sự cố vận hành. Nghĩa là dự phòng các phương án để thiết bị có thể làm việc liên tục trong trường hợp bị hỏng hóc một bộ phận nào đó bằng cách đưa tự động các thiết bị dự phòng vào làm việc và giải quyết hỏng hóc. Tự động hoá cho phép việc nghiên cứu thống kê các dữ liệu đã thu được, mở ra con đường tối ưu của việc xử lý.[1] Tăng năng suất lao động: Tự động hoá nhằm nâng cao năng suất bằng cách giảm chi phí vận hành. Ta cũng có thể tối ưu hoá giá thành năng lượng chi phí hàng giờ và chi phí vật liệu. Giảm nhân công vận hành và giảm công việc bảo dưỡng cũng cho phép giảm giá thành.[1] Trợ giúp việc giám sát: Nó bao gồm việc lắp đặt bộ biến đổi, phát hiện báo động, đặt các phương tiện ghi các dữ liệu và truyền đi xa cho đến nơi giám sát bằng máy tính. Tự động hoá không có mục đích riêng, mức độ phức tạp của thiết bị phải đáp ứng điều kiện của nhà máy và đối tượng xử lý. Tự động hoá chỉ xem như một bộ trợ giúp, không ép buộc. Một trong những hậu quả của một hệ thống tự động không chắc chắn là khi “mất nhớ” nó không tiếp xúc trực tiếp được với quá trình công nghệ được nữa. Tuy nhiên những ưu điểm của nó quá rõ ràng nếu thiết bị được một chuyên gia về xử lý nước thải thiết kế và vận hành thực hiện.[1] 2. Yêu cầu và cơ sở xây dựng hệ thống tự động hoá Hệ thống tự động hoá có thể chia làm hai phần: hệ thống thông tin và hệ thống điều khiển. Hệ thống thông tin có nhiệm vụ thực hiện các chức năng thông tin. Các chức năng này cho phép giám sát quá trình công nghệ: cụ thể là thu thập, bảo quản, thống kê và ghi lại các thông tin đã diễn ra của quá trình điều khiển, cần cho dự báo trước các tình huống sự cố hay thông tin về sự thay đổi yêu cầu đặt trước của quá trình[1]. Hệ thống điều khiển dùng để tạo ra và thực hiện các tác động điều khiển dựa trên các nguyên lý điều khiển các đại lượng phụ thuộc của quá trình công nghệ; thực hiện điều khiển Công ty Cổ phần Minh Việt – www.minhviet.com.vn 10 Trung tâm ĐK-TĐ-CNTT – 04-5187221 – Fax: 04-5187262 intecom@minhviet.com.vn
  11. tối ưu; bằng các phương tiện tự động thực hiện các thao tác logic và theo chương trình đối với các phần tử phân tán (điều khiển phân tán các cơ cấu chấp hành , các liên động sự cố, khởi động và dừng hệ thống máy ).[1]. Đối với mỗi hệ thống tự động điều khiển quá trình công nghệ không nhất thiết phải thực hiện tất cả các chức năng kể trên. Một số các chức năng không thích hợp với đối tượng công nghệ này lại có thể thích hợp với đối tượng công nghệ trong hệ thống điều khiển ở mức cao hơn. Hệ thống tự động điều khiển quá trình công nghệ thực chất là điều khiển tập trung quá trình đó nhờ các phương tiện kỹ thuật điều khiển tự động.[1]. Vấn đề đo lường từ xa các thông số của hệ thống công nghệ là rất quan trọng. Các thông số cần đo có thể kể đến như: mực nước trong các bể chứa, trong các buồng đầu vào công trình, lưu lượng, các chỉ số chất lượng nước như pH, T, DO, Các thiết bị cho tín hiệu từ xa giúp người điều khiển nhìn nhận được toàn cảnh về trạng thái làm việc của các thiết bị. Các thiết bị hiện trường truyền về Trung tâm điều khiển các tín hiệu sau đây: tín hiệu về tắt sự cố, về hỏng hóc các thiết bị điều khiển hay của các thiết bị phụ trợ (quạt, máy bơm ), giá trị sự cố của các thông số công nghệ, sự trục trặc điều tiết chất phản ứng [1]. Các phòng trong Trung tâm điều khiển thường được sắp xếp liền kề nhau, phòng có diện tích lớn là phòng điều khiển chính có đặt các tủ nhiều thiết bị có bàn ghế của người vận hành. Đằng sau tủ là các bộ phận cung cấp nguồn, điều khiển xa và các đầu vào của cáp. Trong Trung tâm điều khiển, các tủ, trạm đặt thiết bị điều khiển cần được sắp xếp như thế nào để người điều khiển từ chỗ ngồi làm việc có thể bao quát được tất cả các dụng cụ đo lường và các tín hiệu. Kết cấu các tủ và trạm điều khiển yêu cầu phải đơn giản nhưng cho khả năng lắp ráp dụng cụ một cách dễ dàng hoặc có thể thực hiện đổi chỗ chúng khi cần thiết. Trên sơ đồ bằng các ký hiệu tương ứng làm tái hiện lại các tín hiệu truyền từ xa, đánh dấu trạng thái tác động của các máy bơm, của khoá van, của các cầu giao dầu và các thiết bị khác. Bằng sự thay đổi màu sắc, ánh sáng và kim quay chỉ trạng thái của đối tượng. Khi có các tín hiệu cảnh báo, báo động cần cho ánh sáng đèn nhấp nháy [1]. Với tiến bộ không ngừng của khoa học công nghệ tự động các phương tiện điều khiển ngày một hiện đại hơn, có độ chắc chắn, tinh vi trong công tác lại có kích thước thu nhỏ. Rất tiện ích về nhiều mặt. Điều đó đạt được khi các quá trình công nghệ được điều khiển bằng các thiết bị vừa tính toán vừa điều khiển lại vừa có khả năng tự động lập trình gọi là thiết bị tự động lập trình công nghiệp (máy tính PC và các thiết bị tự động khả trình PLC) và chúng được lắp đặt làm việc trong mạng riêng gọi là mạng công nghiệp. Nhờ có mạng truyền thông công nghiệp mà điều hành, quản lý giám sát một nhà máy, xí nghiệp nói chung hay một quá trình công nghệ nói riêng thu được nhiều kết quả tốt hơn [1]. Chúng ta cũng biết rằng công nghệ làm sạch nước thải rất phức tạp, vì trong đó có nhiều quá trình khác biệt nhau xảy ra Mặt khác các quá trình đó về phương diện công nghệ cũng còn nhiều vấn đề chưa được nghiên cứu thấu đáo. Nước thải là một môi trường luôn thay đổi về thành phần cấu tạo bởi các hợp chất và lưu lượng: lại có độ ẩm, độ kết dính, độ ô xít hoá, nhiệt độ biến đổi nên gây nhiều khó khăn phức tạp cho việc áp dụng tự động hoá. Cụ thể như ta không thể sử dụng các thiết bị tự động đã sản xuất hàng loạt lưu hành trên thị trường như cho tự động hoá các môi trường bình thường khác, mà phải chọn các thiết bị tự động hoá chuyên sử dụng cho tự động hoá ở môi trường đặc biệt như nước thải. Các loại cảm biến này phải chống chọi được những ảnh hưởng khắc nghịêt của môi trường ô xy hoá cao, có độ đậm đặc các loại rác bẩn vô cơ và hữu cơ, có thể có nhiệt độ cao .[1]. Công ty Cổ phần Minh Việt – www.minhviet.com.vn 11 Trung tâm ĐK-TĐ-CNTT – 04-5187221 – Fax: 04-5187262 intecom@minhviet.com.vn
  12. Với một đối tượng luôn thay đổi là nước thải (lưu lượng, mức độ bẩn, nồng độ các chất bẩn, lượng bùn hoạt tính ), lại có những hạn chế về phía công nghệ nên việc đưa công trình vào làm việc ở chế độ tối ưu về cả kỹ thuật lẫn kinh tế là một nhiệm vụ nan giải. Vì vây, khi tự động hoá các quá trình xử lý nước thải, chế độ công nghệ luôn cần được dịch chỉnh sao cho theo sát gần với các điều kiện thay đổi của môi trường. Như vậy nhiệm vụ của tự động hoá các công trình xử lý nước thải đã được hiện ra rõ nét là: tổ chức việc điều khiển, kiểm tra, bảo vệ, cho tín hiệu tự động về sự làm việc của các công trình công nghệ từ một Trung tâm điều khiển sao cho công trình xử lý nước thải có hiệu quả cao. Tuỳ thuộc vào qui mô của trạm xử lý (công suất thiết kê, kết cấu của công trình) và đặc tính của nước thải cần xử lý mà chọn khối lượng và mức độ tự động hoá cho phù hợp về mặt kinh tế (tự động hoá từng phần hay toàn phần).[1]. Trong các trạm điều khiển được trang bị nhiều sơ đồ của quá trình công nghệ xử lý nước thải. Các sơ đồ này phải chỉ rõ được trạng thái làm việc của tất cả các công trình, máy móc mà nó điều khiển (trạng thái "làm việc", "dừng máy", hay "sự cố"). Ngoài ra các sơ đồ đó phải cho khả năng theo dõi dễ dàng các tín hiệu; đơn giản hoá và giảm các sai sót trong việc điều khiển. Để tiện cho việc theo dõi, kiểm tra công tác của các thiết bị máy móc, ở các trạm điều khiển đặt cách xa công trình nên sử dụng thiết bị truyền hình công nghiệp [1]. Ngày nay khoa học công nghệ mỗi ngày một phát triển. Trong việc áp dụng tự động hoá vào việc điều khiển, kiểm tra, bảo vệ các công trình công nghệ đã gặt hái được những thành quả đáng ca ngợi. Trong các hệ thống điều khiển người ta đã sử dụng các block logic hay các máy tính điện tử có thiết bị đo lường từ xa các thông tin ở dạng tín hiệu tương tự hoặc dạng số rất tiện ích, đã có các thiết bị gọi là thiết bị tự động lập trình công nghiệp ra đời (API) hơn hẳn các bộ điều chỉnh trước đây, có khả năng tính toán và điều khiển; có thể kết nối với đối tượng điều khiển qua các cảm biến điện tử có độ tin cậy cao với cơ cấu chấp hành và các thiết bị ngoại vi khác (màn hình, phím lập trình, thẻ điện tử, mạng thông tin ). Cũng đã có các API có khả năng điều khiển quá trình đồng thời với nhiều thông số đầu vào biến đổi với các qui luật khác nhau. Các API có khả năng làm việc trong điều kiện khắc nghiệt về môi trường. Sự xuất hiện của thiết bị tự động lập trình công nghiệp đã mở ra những triển vọng tốt đẹp trong việc áp dụng tự động hoá vào điều khiển các công trình xử lý nước thải [1]. 3. Thiết kế các chức năng hệ thống tự động hoá xử lý nước thải Để đạt được mục đích cũng như đáp ứng các yêu cầu nói trên, hệ thống tự động hoá xử lý nước thải cần có những chức năng cơ bản sau đây: a) Điều chỉnh tự động Điều chỉnh tự động là sử dụng các thiết bị tự động để tác động lên quá trình công nghệ cần điều khiển theo một chế độ làm việc đã định sẵn. Mỗi quá trình công nghệ xảy ra trong đối tượng điều chỉnh được đặc trưng bởi một hay vài đại lượng. Một số đại lượng được duy trì không đổi, một số đại lượng khác được thay đổi trong giới hạn cho trước nào đó.[1] Đây là một trong những chức năng quan trọng nhất quyết định đến mức độ tự động hoá. Trong dây chuyền xử lý nước thải nhà máy bia có ba khâu điều chỉnh tự động là điều chỉnh pH tại Bể trung hoà, lưu lượng nước vào Bể kỵ khí và DO tại bể hiếu khí. Công ty Cổ phần Minh Việt – www.minhviet.com.vn 12 Trung tâm ĐK-TĐ-CNTT – 04-5187221 – Fax: 04-5187262 intecom@minhviet.com.vn
  13. b) Giám sát điều khiển có khoảng cách hoặc từ xa Nếu điều khiển bằng tay trực tiếp tại chỗ người vận hành có thể phải tiếp xúc với môi trường độc hại, đi lại khó khăn và tốn thời gian. Mặt khác nhiều trường hợp, ví dụ như sự cố hoặc mất điều khiển tự động, đòi hỏi điều khiển tay phải kịp thời và đồng bộ, ví dụ như dừng nhanh nhiều máy bơm đặt tại nhiều vị trí khác nhau, điều khiển cùng lúc nhiều quá trình có liên quan hệ quả với nhau. Để làm được điều này hệ thống tự động hoá phải có chức năng điều khiển có khoảng cách, cụ thể là điều khiển từ Trung tâm đặt cách dây chuyền công nghệ một khoảng cách nhất định (hàng chục đến hàng trăm mét). Điều khiển từ xa qua mạng LAN, WAN cũng là một chức năng không thể thiếu hiện nay trong nhiều hệ thống tự động hoá nói chung và xử lý nước thải nói riêng. Giám sát, điều khiển, trao đổi dữ liệu từ xa là nền tảng cho việc xây dựng hệ thống điều hành sản xuất MES (Manufacturing Execution System) nhằm đem lại hiệu quả kỹ thuật, kinh tế, xã hội một cách toàn diện. MES tạo ra một cầu nối thông suốt hai chiều giữa khối quản lý và sản xuất, giúp tối ưu hóa quá trình sản xuất từ khâu hoạch định kế hoạch đến khâu sản xuất ra thành phẩm cuối cùng, cung cấp các chức năng lập kế hoạch; quản lý nhân lực, thiết bị, nguyên vật liệu; theo dõi quá trình sản xuất, chất lượng sản phẩm, sự cố máy móc, Ngoài ra, điều khiển từ xa còn cho phép giảm đáng kể số lượng chuyên gia công nghệ, kỹ thuật cần thiết cho vận hành, bảo trì hệ thống tự động hoá. Một nhóm chuyên gia có thể điều hành cùng lúc cả mạng lưới các nhà máy xử lý nước thải tại nhiều nơi trong thành phố, nhiều tỉnh mà không cần đến tận nơi. Đặc biệt, ngày nay mạng Internet toàn cầu đã rút ngắn khoảng cách về không gian và thời gian khiến cho khó ai có thể tin được từ cách xa hàng nghìn km vẫn có thể giám sát, điều khiển thậm chí chuẩn đoán, sửa lỗi, nạp lại chương trình cho thiết bị điều khiển từ bất kỳ địa điểm nào trên thế giới, nhưng đó là sự thực!!! Hệ thống tự động hoá xử lý nước thải nhà máy bia có chức năng giám sát điều khiển có khoảng cách (từ Trung tâm điều khiển) và từ xa (qua mạng LAN hoặc Internet) các máy bơm, máy khuấy, máy gạt bùn, ép bùn, thổi khí, van điện từ và các thông số công nghệ c) Hiển thị thông số công nghệ Chức năng này giúp cho việc theo dõi, giám sát các thông số chất lượng nước, trạng thái thiết bị, sự cố một cách thuận tiện, dễ hiểu đối với người vận hành. Việc hiển thị được thiết kế hợp lý về màu sắc, bố trí các cửa sổ, kiểu thể hiện. Màu sắc không quá loè loẹt, dùng các gam màu dịu không gây mỏi mắt khi nhìn lâu. Cảnh báo, báo động bằng đổi màu và nhấp nháy liên tục để gây sự chú ý. Kiểu thể hiện đa dạng : kiểu số riêng biệt, kiểu bảng thống kê, kiểu đồ thị trực tuyến (online trend). d) Cấu hình hệ thống Chức năng này dùng để đặt và thay đổi các tham số công nghệ cho hệ thống tự động hoá, chủ yếu là các giá trị chủ đạo (setpoint), ngưỡng cảnh báo sớm, ngưỡng báo động. Các tham số đặt sẽ được truyền từ PC xuống thiết bị điều khiển sau đó lại được truyền ngược lại PC để so sánh, nếu thấy không trùng nhau thì báo động, trái lại chứng tỏ rằng việc truyền và xử lý dữ liệu chính xác, đường truyền và thiết bị điều khiển không có sự cố. Chức năng này nâng cao độ an toàn (fail-safe) của hệ thống. e) Bảo vệ tự động Bảo vệ hệ thống máy móc, đường ống và các đối tượng khác khỏi các sự cố được thực hiện bởi các thiết bị chuyên dụng để ngắt các bộ phận bị sự cố. Ngoài ra các thiết bị tự động Công ty Cổ phần Minh Việt – www.minhviet.com.vn 13 Trung tâm ĐK-TĐ-CNTT – 04-5187221 – Fax: 04-5187262 intecom@minhviet.com.vn
  14. còn thực hiện chức năng liên động tự động, cho phép bảo vệ các thiết bị máy móc khỏi nguy hiểm do thao tác nhầm lẫn của người vận hành. Ta phân biệt hai loại liên động: liên động sự cố và liên động cấm chỉ. Liên động sự cố dùng để điều khiển bảo vệ (ví dụ: điều khiển dừng) một nhóm máy móc thiết bị có liên quan khi sự cố xảy ra Liên động cấm chỉ loại trừ khả năng điều khiển sai, không đúng trình tự có khả năng gây sự cố. f) Cảnh báo/Báo động Chức năng được thực hiện bằng còi, đèn nhấp nháy trên bàn điều khiển hoặc biểu tượng nhấp nháy trên PC, hiển thị thông báo dạng chữ trên PC, gửi tin nhắn tới điện thoại di động của những người có trách nhiệm thông qua dịch vụ tin nhắn SMS. Hệ thống đưa ra cảnh báo khi giá trị thông số vượt ngưỡng cảnh báo sớm hoặc thông số vượt ngưỡng báo động trong giai đoạn quá độ của quá trình điều khiển. Báo động được đưa ra khi thông số vượt ngưỡng báo động liên tục trong khoảng thời gian nhất định (lớn hơn thời gian điều chỉnh ngầm định) hoặc báo động sự cố đường truyền, sự cố thiết bị điều khiển, cơ cấu chấp hành, báo động sự cố cảm biến. Sự khác biệt giữa cảnh báo và báo động ở chỗ: cảnh báo tự mất đi khi thông số hết vượt ngưỡng, trái lại báo động sẽ tồn tại cho đến khi người vận hành xử lý xong sự cố và tự quyết định xoá bỏ trạng thái báo động. Như vậy mức độ cần chú ý của người vận hành đối với báo động phải cao hơn cảnh báo. g) Lưu trữ, báo cáo thống kê Lưu trữ và lập báo cáo thống kê dữ liệu về thông số chất lượng nước, trạng thái hoạt động, sự cố, thời gian hoạt động của máy móc thiết bị, tổng lượng nước đã xử lý, lượng hoá chất đã dùng, danh sách người đã vận hành, bộ tham số công nghệ đã thay đổi và nhiều thông tin khác cần thiết cho các chuyên gia công nghệ, kỹ thuật và các nhà quản lý trong việc điều chỉnh để đạt chế độ làm việc tối ưu; phát hiện, dự báo sự cố; bảo trì thay thế kịp thời máy móc thiết bị; điều hành sản xuất và tính toán hiệu quả kinh tế. Một số chức năng mở rộng trong tương lai h) Điều khiển dự phòng Sự cố của hệ thống tự động có thể gây ra những tổn thất vô cùng lớn (do chi phí khởi động lại, do dẫn đến hỏng thiết bị, hỏng sản phẩm, ), thậm chí gây nguy hiểm tới tính mạng con người. Trong dây chuyền xử lý nước thải nhà máy bia bằng phương pháp sinh học, vi khuẩn nếu bị chết sẽ đòi hỏi nhiều thời gian và kinh phí để phục hồi, mặt khác nếu thiết bị điều khiển bị hỏng thì phải điều khiển tay, khó chính xác, do đó điều khiển dự phòng là cần thiết để nâng cao độ tin cậy của hệ thống điều khiển. Xây dựng hệ thống có điều khiển dự phòng sẽ làm tăng chi phí đầu tư ban đầu, nhưng với lựa chọn giải pháp hợp lý cùng với thiết kế ban đầu có khả năng mở rộng sẽ làm cho việc nâng cấp thành hệ điều khiển dự phòng ít tốn kém mà vẫn có hiệu quả. Chúng tôi lựa chọn điều khiển dự phòng mềm (Software Redundancy) hay còn gọi là dự phòng ấm (Warm Standby) cho CPU điều khiển vì vừa đáp ứng yêu cầu công nghệ vừa có giá thành rẻ, phù hợp với điều kiện Việt Nam i) Hỗ trợ quyết định hoặc hệ chuyên gia Số lượng thông số chất lượng nước cần đảm bảo đạt TCVN là vài chục (TCVN 5945:1995 có khoảng 30), tuy nhiên do trình độ công nghệ, do bản chất thông số, do điều kiện kinh tế Công ty Cổ phần Minh Việt – www.minhviet.com.vn 14 Trung tâm ĐK-TĐ-CNTT – 04-5187221 – Fax: 04-5187262 intecom@minhviet.com.vn
  15. nhà máy không cho phép đo tức thời được tất cả các thông số cần cho hệ thống điều khiển. Chỉ một vài thông số như pH, T, DO, Turbidity, NO3, được đo và điều khiển tự động, các thông số khác phải dùng máy phân tích, có thông số đòi hỏi thời gian phân tích lâu như BOD5 cần tới 5 ngày. Mặt khác chất lượng nước đầu vào nói chung là không ổn định, phụ thuộc vào thời gian, thời tiết, vào hoạt động của nhà máy do đó cần hiệu chỉnh lại tham số công nghệ là cần thiết. Để điều chỉnh tham số công nghệ, sau khi phân tích chất lượng nước, chuyên gia công nghệ sẽ căn cứ vào chỉ số chất lượng nước đầu vào và đầu ra để điều chỉnh lại các thiết bị cho hợp lý (điều chỉnh bơm định lượng hoá chất, thời gian phản ứng, thời gian lắng, ). Tuy vậy việc điều chỉnh này mang tính chủ quan và phụ thuộc nhiều vào trình độ và kinh nghiệm của chuyên gia. Chính vì vậy chức năng hỗ trợ quyết định sẽ đưa ra các bộ tham số có tính chất gợi ý cho người vận hành khi điều chỉnh (điều chỉnh xung quanh giá trị gợi ý), đồng thời nếu bộ tham số điều chỉnh đem đến chất lượng nước đầu ra đạt yêu cầu thì người vận hành có thể lưu lại trong cơ sở dữ liệu tạo ra kho kinh nghiệm cho các lần điều chỉnh sau. Ở mức cao hơn, hệ chuyên gia sẽ thay cho một chuyên gia công nghệ để tự động phát sinh ra bộ tham số điều chỉnh và tự học. Hình 2 là sơ đồ tổng kết các chức năng của hệ thống tự động hoá. Để thực hiện các chức năng trên Hệ thống TĐH cần có thêm một số thiết bị bổ sung. Dây chuyền công nghệ áp dụng tự động hoá và danh mục các thiết bị điện - tự động hoá tại hiện trường thể hiện tương ứng trong Hình 3 và Bảng 2 Công ty Cổ phần Minh Việt – www.minhviet.com.vn 15 Trung tâm ĐK-TĐ-CNTT – 04-5187221 – Fax: 04-5187262 intecom@minhviet.com.vn
  16. Điều chỉnh pH Đ Trung tâmTrung Công ty C i ề u ch ỉ Điều chỉnh lưu lượng nh t ự độ ng Đ ổ K-T Điều chỉnh DO ph ầ Đ n Minh Vi -CNTT – 04-5187221 – Fax: 04-5187262 intecom@minhviet.com.vn intecom@minhviet.com.vn 04-5187262 Fax: – 04-5187221 – -CNTT Giám sát, điều khiển động cơ Giám sát, kho ả ng cách ho đ Giám sát, điều khiển van i ề u khi ệ ặ c t t – ể ừ n có xa www.minhviet.com.vn Giám sát, điều khiển thông số nước Nhập giá trị chủ đạo (setpoint) C ấ u hìnhh Nhập ngưỡng cảnh báo/báo động ệ th ố ng Nhập các thông số khác của hệ thống Hình 2 S Bảo vệ liên động tự động sự cố ơ B H ả o v ệ đồ th ệ t ố ự ng t ch độ ự ng độ ứ ng hoá x hoá ng c n Bảo vệ liên động cấm chỉ ă ử lý n ng h ướ Cảnh báo sớm c th ệ ả C i nhà máyi nhà bia ả th nh báo/Báo ố ng t Báo động sự cố độ ng ự độ Giải trừ sự cố ng hoá Lưu trữ, báo cáo thông số chất lượng nước L ư u tr ữ , báo cáo th , báocáo Lưu trữ, báo cáo sự cố, cảnh báo, báo động ố ng kê Lưu trữ, báo cáo thông số cần cho quản lý Đ i ề u khi ể n d ự phòng Các ch ứ c n ă ng m ở r ộ ng ng H ỗ h tr ệ chuyên gia chuyên ợ quy ế t đị 16 nh,
  17. LV3 LV4 HỆ THỐNG THU HỒI VÀ XỬ LÝ BIOGAS NaOH HCl FL2 V1 V2 BIOGAS FI2 FL1 PH2 M2 T2 DO LV1 LV2 DP M1 PH1 B P1 CHẮN RÁC T1 NƯỚC THẢI TỪ V3 NHÀ MÁY P3 P2 HỐ BƠM BỂ CÂN BẰNG BỂ TRUNG HOÀ BỂ KỴ KHÍ BỂ HIẾU KHÍ V4 FI1 SP BỂ LẮNG V5 D BÙN KHÔ MÁY ÉP BÙN Hình 3 Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải nhà máy bia sau khi áp dụng tự động hoá Công ty Cổ phần Minh Việt – www.minhviet.com.vn 17 Trung tâm ĐK-TĐ-CNTT – 04-5187221 – Fax: 04-5187262 intecom@minhviet.com.vn
  18. Bảng 2 Danh mục thiết bị điện - tự động hoá tại hiện trường của hệ thống TĐH XLNT TT Tên thiết bị Thông số kỹ thuật chính 1 Bơm nước P1, P2, P3 Công suất 5.5 KW 2 Bơm bùn SP Công suất 2.2 KW 3 Máy thổi khí B Công suất 15 KW 4 Máy khuấy M1 Công suất 2.2 KW; 60 rpm 5 Máy ép bùn D Công suất 15 KW 6 Máy gạt bùn M2 Công suất 5.5 KW; 0.2rpm 7 Bơm hoá chất DP Công suất 0.5 KW 8 Van điện từ V1, V2 Nguồn cấp 220V AC 9 Thiết bị đo pH1, pH2, T1, T2, DO, FL1, FL2 Mức bảo vệ IP65-68 10 Khống chế mức LV1, LV2, LV3, LV4 11 Biến tần FI1 điều khiển P3 Công suất 5.5 KW 12 Biến tần FI2 điều khiển B Công suất 15 KW Công ty Cổ phần Minh Việt – www.minhviet.com.vn 18 Trung tâm ĐK-TĐ-CNTT – 04-5187221 – Fax: 04-5187262 intecom@minhviet.com.vn
  19. 4. Lưu đồ hoạt động của hệ thống tự động hoá xử lý nước thải Điều chỉnh pH trong Bể trung hoà Lưu đồ điều chỉnh pH được hiển thị trên Hình 4. Để tiết kiệm chi phí mua thiết bị, chỉ dùng một bơm định lượng. Khi pH pH_Hi (ngưỡng điều khiển trên), đóng van NaOH, nếu còn HCl thì mở van HCl, tính lượng bơm để điều khiển bơm đạt lượng cần, bật bơm HCl và máy khuấy. Điều khiển theo luật PID sử dụng PID mềm kiểu điều khiển liên tục hoặc điều khiển tạo xung.[6] Khi điều khiển tay, không cho phép mở cùng một lúc hai van NaOH và HCl (liên động cấm chỉ). Khi muốn bơm NaOH bắt buộc phải mở van NaOH trước, trái lại nếu van đang đóng thì không cho phép bơm. Tương tự đối với bơm HCl. Đây chính là điều kiện khoá liên động để tránh hỏng bơm. Điều kiện liên động này được đặt trong PLC. Khi chế độ là Manual thì người vận hành có thể tự quyết định bật bơm hoá chất bao lâu để pH đạt yêu cầu (lượng hoá chất tỷ lệ với thời gian mở bơm). Nếu bơm hoá chất dùng biến tần thì có thể thiết kế núm điều chỉnh mịn cho lượng hoá chất trên bàn điều khiển hoặc HMI. Điều khiển khoá liên động đối với pH Lưu đồ điều khiển khoá liên động đối với pH thể hiện trên Hình 5. Đối với trường hợp giá trị pH2 vượt ngưỡng, nếu đặt chế độ là Manual thì người vận hành sẽ quan sát biến động pH trên màn hình. Khi pH2 vượt ngưỡng thì người vận hành sẽ tự quyết định đưa ra lệnh điều khiển cho PLC để tắt các bơm P1, P2, P3. Nếu chế độ là Auto thì PLC sẽ tự động tắt các bơm P1, P2, P3 nếu các khoá liên động được khoá, trái lại bơm vẫn hoạt động bình thường. Có nhiều khoá liên động phụ cho phép người vận hành lựa chọn bơm cần tắt khi có sự cố. Việc cho phép bơm hoạt động trở lại và hết báo động chỉ khi đã bấm nút giải trừ sự cố trên bàn điều khiển. Trong lưu đồ biến SC (sự cố) chỉ được chương trình trên PLC cho =1 duy nhất 1 lần khi pH2 vượt ngưỡng và chương trình chỉ đưa biến này về 0 khi tín hiệu từ nút giải trừ sự cố đưa về PLC là =1. Còn nếu không thì cho dù pH2 sau đó có không vượt ngưỡng nữa thì biến SC vẫn duy trì =1 và đèn báo động nhấp nháy để người vận hành biết được đã có sự cố nào đó trong công đoạn Bể trung hoà, từ đó kiểm tra xem khâu điều khiển pH có vấn đề gì không (ví dụ: hỏng bơm định lượng, hỏng van điện, tắc ống dẫn hoá chất, hỏng cảm biến pH1), và sau khi xử lý xong thì bấm giải trừ để xoá bỏ sự cố đi. Như vậy sau một khâu điều khiển nào đó mà kiểm tra thấy thông số điều chỉnh vẫn không đạt yêu cầu thì phải ngừng bắt buộc một số thiết bị để đảm bảo an toàn. Công ty Cổ phần Minh Việt – www.minhviet.com.vn 19 Trung tâm ĐK-TĐ-CNTT – 04-5187221 – Fax: 04-5187262 intecom@minhviet.com.vn
  20. Hình 4 Lưu đồ điều chỉnh pH trong Bể trung hoà Công ty Cổ phần Minh Việt – www.minhviet.com.vn 20 Trung tâm ĐK-TĐ-CNTT – 04-5187221 – Fax: 04-5187262 intecom@minhviet.com.vn
  21. Hình 5 Lưu đồ điều khiển khoá liên động đối với pH Công ty Cổ phần Minh Việt – www.minhviet.com.vn 21 Trung tâm ĐK-TĐ-CNTT – 04-5187221 – Fax: 04-5187262 intecom@minhviet.com.vn
  22. Điều chỉnh DO trong Bể hiếu khí Lưu đồ điều chỉnh DO được hiển thị trên Hình 6. Thiết bị đo DO sẽ đưa giá trị phản hồi cho vòng điều khiển kín trong chương trình PLC. PLC sẽ đưa ra tín hiệu điều khiển (dòng hoặc áp) cho biến tần cho động cơ của máy thổi khí để có DO như mong muốn. Sử dụng biến tần sẽ tiết kiệm điện năng nhờ điều chỉnh DO vừa đủ yêu cầu, trái với trường hợp không có điều chỉnh DO có thể quá lớn không cần thiết. Nếu DO không đạt yêu cầu thì chứng tỏ khâu điều khiển có sự cố (ví dụ: hỏng biến tần, tắc đường dẫn khí, hỏng động cơ) và cần báo động. Hình 6 Lưu đồ điều chỉnh DO trong Bể hiếu khí Công ty Cổ phần Minh Việt – www.minhviet.com.vn 22 Trung tâm ĐK-TĐ-CNTT – 04-5187221 – Fax: 04-5187262 intecom@minhviet.com.vn
  23. Điều chỉnh lưu lượng vào Bể kỵ khí Để điều chỉnh lưu lượng (Hình 7) chỉ cần đặt trước giá trị đầu vào (dòng hoặc áp) cho biến tần, trong biến tần tích hợp sẵn bộ điều khiển PID để điều chỉnh ổn định tốc độ động cơ bơm, nhờ đó ổn định lưu lượng theo giá trị chủ đạo (setpoint). Sử dụng biến tần sẽ tiết kiệm điện vì biến tần có sẵn chức năng tự động điều chỉnh công suất động cơ theo phụ tải. Nếu lưu lượng không đạt thì P1, P2 hoặc P3 có sự cố hoặc đường ống có sự cố và cần báo động. Hình 7 Lưu đồ điều chỉnh lưu lượng vào Bể kỵ khí Công ty Cổ phần Minh Việt – www.minhviet.com.vn 23 Trung tâm ĐK-TĐ-CNTT – 04-5187221 – Fax: 04-5187262 intecom@minhviet.com.vn
  24. Điều khiển bơm P1 vào Bể cân bằng Lưu đồ điều khiển bơm P1 vào bể cân bằng được hiển thị trên Hình 8. Ở chế độ Auto bơm P1 sẽ được điều khiển tự động tắt/bật theo mức nước trong bể cân bằng. Ở chế độ Manual việc tắt/bật P1 hoàn toàn do người vận hành quyết định Hình 8 Lưu đồ điều khiển bơm P1 Công ty Cổ phần Minh Việt – www.minhviet.com.vn 24 Trung tâm ĐK-TĐ-CNTT – 04-5187221 – Fax: 04-5187262 intecom@minhviet.com.vn
  25. Cảnh báo sự cố Lưu đồ cảnh báo sự cố được hiển thị trên Hình 9 và Hình 10. Các cảnh báo gồm hai loại: cảnh báo vượt ngưỡng (phát hiện bằng cách so sánh giá trị thiết bị đo với ngưỡng đặt trước trong chương trình) và cảnh báo theo thiết bị khống chế dạng tiếp điểm (ví dụ: van phao). Trong dây chuyền công nghệ có các cảnh báo cho các thông số sau: T, pH, DO, lưu lượng, mức nước, mức hoá chất. Báo động sự cố Lưu đồ báo động sự cố được hiển thị trên Hình 11. Việc Kiểm tra phát hiện sự cố được thực hiện bằng các phương pháp sau: ƒ PP1 : Bằng thiết bị chuyên dụng như các thiết bị bảo vệ và báo động sự cố động cơ, bơm, ƒ PP2: Xây dựng mạch phụ trợ riêng phục vụ báo động và bảo vệ liên động ƒ PP3: Bằng chương trình kết hợp tín hiệu phản hồi Trong đó PP3 là đơn giản nhất, được thực hiện theo nguyên tắc so sánh kết quả đầu ra thực tế của quá trình điều khiển với giá trị yêu cầu. Ví dụ: nếu người vận hành hoặc chương trình ra lệnh điều khiển bật động cơ nhưng tín hiệu phản hồi (từ mạch phụ trợ hoặc thiết bị đo như đo tốc độ, ) báo động cơ tắt thì báo động sự cố. Tuy nhiên PP3 có nhược điểm là nếu thiết bị điều khiển (PLC) hỏng thì không thể báo động được, do đó cần kết hợp cả 3 phương pháp và thậm chí cả điều khiển dự phòng để tăng độ tin cậy. Công ty Cổ phần Minh Việt – www.minhviet.com.vn 25 Trung tâm ĐK-TĐ-CNTT – 04-5187221 – Fax: 04-5187262 intecom@minhviet.com.vn
  26. Hình 9 Lưu đồ cảnh báo sự cố-1 Công ty Cổ phần Minh Việt – www.minhviet.com.vn 26 Trung tâm ĐK-TĐ-CNTT – 04-5187221 – Fax: 04-5187262 intecom@minhviet.com.vn
  27. Hình 10 Lưu đồ cảnh báo sự cố -2 Công ty Cổ phần Minh Việt – www.minhviet.com.vn 27 Trung tâm ĐK-TĐ-CNTT – 04-5187221 – Fax: 04-5187262 intecom@minhviet.com.vn
  28. Hình 11 Báo động sự cố Công ty Cổ phần Minh Việt – www.minhviet.com.vn 28 Trung tâm ĐK-TĐ-CNTT – 04-5187221 – Fax: 04-5187262 intecom@minhviet.com.vn
  29. Điều khiển bơm bùn Lưu đồ điều khiển bơm bùn thể hiện trên Hình 12. Hình 12 Lưu đồ điều khiển bơm bùn Công ty Cổ phần Minh Việt – www.minhviet.com.vn 29 Trung tâm ĐK-TĐ-CNTT – 04-5187221 – Fax: 04-5187262 intecom@minhviet.com.vn
  30. 5. Lựa chọn công nghệ và thiết kế mô hình hệ thống tự động hoá a) Yêu cầu lựa chọn công nghệ Công nghệ hệ thống tự động hoá được lựa chọn trên cơ sở sau: ƒ Hệ thống điều khiển sử dụng công nghệ tiên tiến trong lĩnh vực tự động hóa đồng thời thiết bị, vật tư phải thông dụng trên thị trường Việt Nam để thuận tiện trong bảo hành, thay thế, sửa chữa khi có sự cố. ƒ Hệ thống phải dễ dàng mở rộng, hỗ trợ nối ghép với các hệ thống khác thông qua các mạng công nghiệp thông dụng đã được chuẩn hóa theo các chuẩn hóa quốc tế (như Profibus, Industrial Ethernet, ) khi cần thiết sau này. ƒ Phần mềm điều hành hệ thống được xây dựng trên nền hệ SCADA mở, hỗ trợ nhiều chuẩn thông dụng hiện nay trên thế giới. ƒ Đầu đo và các cơ cấu chấp hành cần được lựa chọn đảm bảo môi trường, điều kiện làm việc đặc biệt trong xử lý nước thải. Cụ thể cần sử dụng các loại đầu đo chuyên dụng, thiết kế đúng cho các ứng dụng trong lĩnh vực xử lý nước thải với các tiêu chuẩn bảo vệ cao (ít nhất IP65, chủ yếu IP67/IP68). b) Các thành phần hệ thống tự động hoá và lựa chọn công nghệ Hệ thống điều khiển tự động bao gồm các thành phần chính sau: ƒ Tủ điện cấp nguồn động lực và điều khiển. ƒ Trạm điều khiển tự động. ƒ Trạm máy tính. ƒ Bàn điều khiển bằng tay ƒ Khối các thiết bị đo, transmitter. ƒ Cơ cấu chấp hành (động cơ, van điện). Tủ điện cấp nguồn động lực và điều khiển Tủ điện cấp nguồn động lực và điều khiển gồm các thành phần chính sau: ƒ Các bộ cầu chì, cầu dao, aptomat, rơle nhiệt. ƒ Các thiết bị đo điện, đèn chỉ thị, đồng hồ von kế và ampe kế ƒ Các thiết bị chuyển dòng. Tất cả các thiết bị trong Tủ điện cấp nguồn có cùng dạng thiết kế, bền, làm từ thép, cơ cấu chuyển mạch đáp ứng các tiêu chuẩn về cung cấp điện và có sơ đồ, tài liệu chi tiết kèm theo. Các thanh chuyển làm bằng đồng, có trang bị phần bao bọc bên ngoài. Các cơ cấu chuyển mạch được gắn trong cửa, có nhãn nhận dạng. Các nhãn mác phía dưới của cửa tủ điện sẽ cung cấp các dữ liệu: mức điện áp, dòng điện, tần số, dòng ngắn mạch, mức độ dòng của thanh chuyển mạch chính và phân loại bảo vệ. Tủ điện được sơn tĩnh điện chống ăn mòn và trang bị quạt thông gió. Các thiết bị, vật tư chủ yếu lựa chọn có xuất xứ từ Nhật hoặc G7. Tủ sẽ do Việt Nam thiết kế chế tạo vỏ, đi dây và lắp đặt. Công ty Cổ phần Minh Việt – www.minhviet.com.vn 30 Trung tâm ĐK-TĐ-CNTT – 04-5187221 – Fax: 04-5187262 intecom@minhviet.com.vn
  31. Trạm điều khiển tự động Trạm điều khiển tự động là đầu não của toàn bộ hệ thống. Tại đây toàn bộ các thông tin đo lường từ các thiết bị đo, cơ cấu chấp hành, trạng thái hệ thống được kiểm soát chặt chẽ, xử lý, tính toán và ra các lệnh điều khiển kịp thời, trực tiếp tới từng đối tượng điều khiển. Trạm điều khiển tự động được xây dựng trên cơ sở bộ khả trình SIMATIC PLC S7-300 của hãng SIEMENS cho phép đáp ứng các yêu cầu lựa chọn công nghệ đã nêu trên đồng thời giá thành phải chăng và có khả năng mở rộng, nâng cấp thành hệ điều khiển dự phòng một cách dễ dàng. Ngoài ra, nhiều công trình tại Việt Nam và trên thế giới sử dụng công nghệ tự động hoá SIMATIC đã chứng tỏ độ ổn định và tin cậy cao và SIEMENS là một trong những hãng lớn trong lĩnh vực tự động hoá đã có mặt tại Việt Nam từ lâu với đại diện và nhiều đại lý phân phối chính thức, có hỗ trợ kỹ thuật tốt. Trạm máy tính Do yêu cầu làm việc liên tục 24/24 , 7/7 nên Trạm máy tính được xây dựng trên cơ sở các PC công nghiệp có độ bền, tin cậy cao. Trạm máy tính bao gồm 01 IPC SIMATIC WinCC Server, 01 máy IPC SIMATIC WinCC Client, Switch Module, Router và SMS MODEM. Bàn điều khiển bằng tay Bàn điều khiển giúp vận hành hệ thống trong chế độ bằng tay. Bàn điều khiển được thiết kế gồm các nút ấn, đèn hiệu và còi báo động. Các thiết bị, vật tư lựa chọn có xuất xứ từ Nhật hoặc G7. Bàn điều khiển sẽ do Việt Nam thiết kế chế tạo. Khối các thiết bị đo, transmitter Các đầu đo là loại đặc chủng dùng trong xử lý nước thải với mức độ bảo vệ cao (đa phần IP65, IP67 hoặc IP68), chủ yếu sử dụng của hãng Endress&Hauser (E+H) [8]có hiển thị số tại chỗ. E+H sản xuất các thiết bị đo chuyên dụng chất lượng cao cho xử lý nước thải. Hãng có đại diện và nhà phân phối chính thức tại Việt Nam. Cơ cấu chấp hành Các động cơ, van điện từ đã có sẵn trong hệ thống. Biến tần điều khiển động cơ sử dụng của hãng Control Techniques (Anh)[7] c) Thiết kế mô hình hệ thống tự động hoá Công ty Cổ phần Minh Việt – www.minhviet.com.vn 31 Trung tâm ĐK-TĐ-CNTT – 04-5187221 – Fax: 04-5187262 intecom@minhviet.com.vn
  32. TRUNG TÂM ĐIỀU KHIỂN IPC Client 2 Router IE NetCard INTERNET IPC Client 1 IE IE NetCard SWITCH IE IPC Server CP 5613 SMS MODEM IE NetCard A 0 O 1 O D O C/ DI /8 AI D D 6 8 6 V DI 1 2 4A 8 21 1 24 33 22 1 33 3 3 3 2 CPU 315-2DP M 3 M 307 M S M S S S S M P S MPI CƠ CẤU CHẤP HÀNH CẢM BIẾN BÀN ĐIỀU KHIỂN Hình 13 Mô hình hệ thống tự động hoá Công ty Cổ phần Minh Việt – www.minhviet.com.vn 32 Trung tâm ĐK-TĐ-CNTT – 04-5187221 – Fax: 04-5187262 intecom@minhviet.com.vn
  33. Giải thích mô hình Việc điều khiển xử lý nước thải được tập trung vào một Trung tâm điều khiển (Hình 13), từ đây có thể theo dõi giám sát, điều khiển toàn bộ dây chuyền. Trung tâm có thể đặt ngay bên cạnh công trình cần điều khiển hoặc ở vị trí cách xa công trình. Người vận hành tại Trung tâm phải làm các nhiệm vụ sau: ƒ Theo dõi, kiểm tra các thông số về mặt chất lượng và số lượng của quá trình công nghệ ƒ Theo dõi các tín hiệu về trạng thái, chế độ làm việc của thiết bị, về cảnh báo, báo động ƒ Thông qua các chỉ số theo dõi để lựa chọn chế độ làm việc tối ưu cho dây chuyền công nghệ. Chế độ làm việc tối ưu được hiểu là chế độ mà trong đó chi phí về nguyên vật liệu và năng lượng trên một đơn vị sản phẩm là ít nhất. Trung tâm điều khiển có 02 IPC (Industrial PC), trong đó có một máy chủ IPC Server, một máy khách IPC Client1 kết nối với nhau qua Switch, chuẩn truyền thông là IE (Industrial Ethernet). Router cho phép hệ thống máy tính kết nối với IPC Client2 điều khiển từ xa thông qua mạng Internet. SMS MODEM cho phép IPC Server trao đổi thông tin với máy mobile phone của người có trách nhiệm. IPC Server kết nối với Trạm điều khiển PLC qua mạng MPI nhờ trên IPC Server có Card truyền thông công nghiệp SIMATIC CP 5613. Bàn điều khiển tay, cơ cấu chấp hành và cảm biến kết nối với các module mở rộng của Trạm điều khiển bằng cáp tín hiệu chuẩn. Người vận hành điều khiển hệ thống thông qua IPC hoặc Bàn điều khiển. Tủ điện cấp nguồn, Trạm điều khiển tự động PLC đặt trong phòng điều khiển cách hệ thống máy tính và bàn điều khiển một khoảng cách ngắn (theo thiết kế tính theo đường dây dưới 50m) và không cần phải theo dõi thường xuyên trong quá trình vận hành. Toàn bộ các số liệu quá trình và trạng thái hệ thống cũng như các cảnh báo, báo động sẽ được thể hiện trên máy tính và các đèn báo, trên bàn điều khiển. Tín hiệu từ tất cả các nút điều khiển tay đều đi qua PLC, trừ nút dừng khẩn cấp ESTOP. Trên bàn điều khiển có nút chuyển đổi giữa hai chế độ: điều khiển tự động (Auto) và điều khiển tay (Manual) . Chế độ điều khiển do người vận hành bằng tay quyết định. Khi người vận hành chuyển khoá sang Manual thì PLC sẽ không thực hiện các chức năng điều khiển tự động của các khâu sau: pH, DO, Flow và người vận hành hoàn toàn chủ động trong điều khiển tay. Cũng có thể thiết kế chi tiết hơn nữa bằng cách thêm 03 khoá phụ cho ba khâu điều khiển pH, DO, Flow, nếu đã chuyển sang Manual nhưng khoá phụ nào vẫn mở thì vẫn bị sự chi phối của điều khiển tự động (trong trường hợp này Manual chỉ là chế độ bán tự động). Khi chế độ điều khiển là Manual tất cả các nút điều khiển ON/OFF trên giao diện người máy (HMI) trên IPC đều bị vô hiệu hoá. Tuy nhiên PLC vẫn đưa dữ liệu về IPC và thực hiện cảnh báo/báo động và cho phép đặt cấu hình. Khi vận hành hệ thống trong chế độ bằng tay có thể lựa chọn một số hoặc tất cả các công đoạn trong hệ thống sẽ điều khiển bằng tay (thông qua bàn điều khiển bằng tay hoặc kích hoạt chuột trên máy tính) trong khi các công đoạn còn lại vẫn chạy trong chế độ tự động. Đối với các công đoạn vận hành bằng tay, người vận hành sẽ tự quyết định việc điều khiển các thiết bị trong công đoạn đó trong khi PLC mặc dù không tham gia trực tiếp vào quá trình điều khiển nhưng vẫn giám sát các hoạt này và do vậy vẫn đảm bảo các chức năng hiển thị các giá trị đo, cảnh báo, báo động sự cố cho người vận hành. Công ty Cổ phần Minh Việt – www.minhviet.com.vn 34 Trung tâm ĐK-TĐ-CNTT – 04-5187221 – Fax: 04-5187262 intecom@minhviet.com.vn
  34. Trái lại, nếu người vận hành vặn khoá trên bàn điều khiển sang chế độ Auto thì các nút điều khiển ON/OFF các động cơ, điều khiển lượng hoá chất, lưu lượng nước trên bàn điều khiển tay đều bị vô hiệu hoá trừ nút ESTOP và nút giải trừ sự cố. Khi chuyển chế độ thì đèn trên bàn điều khiển và trên HMI đều đồng bộ thay đổi theo. Khi vận hành trong chế độ tự động, hệ thống sẽ tự động cập nhật số liệu từ các đầu đo, nhận biết trạng thái làm việc của các thiết bị, máy móc trong hệ thống và xử lý, tự động điều khiển các thiết bị theo chu trình công nghệ định trước. Chu trình này có thể dễ dàng thay đổi các tham số làm việc, có thể can thiệp, chuyển đổi sang chế độ vận hành bằng tay dễ dàng cũng như sau đó có thể đưa trở lại về chế độ tự động để hệ thống tiếp tục điều khiển chu trình công nghệ. Việc điều khiển các thiết bị có thể đơn giản thông qua chuột máy tính. Tín hiệu từ tất cả các sensor (đầu đo) và điều khiển cơ cấu chấp hành (bơm, van điện, máy sục, ) đặt tại các khu vực trong dây chuyền được đưa tập trung về một trung tâm giám sát và điều hành. Tại đây mọi diễn biến hoạt động của từng đối tượng được theo dõi và kiểm soát chặt chẽ thông qua bàn điều khiển và trợ giúp của máy tính. Các thông số về lưu lượng nước thải, khống chế mực nước trong các bể, chất lượng nước thải như pH, nhiệt độ, ô xy hòa tan (DO) và tình trạng hoạt động của các thiết bị được cập nhật về phòng điều khiển trung tâm và hiển thị lên màn hình máy tính. Từ đây, người vận hành hệ thống có thể nhận biết một số thông số quan trọng về tính chất của nước thải trong từng hệ thống xử lý, hoạt động của các thiết bị và có thể điều khiển chúng theo mong muốn. Các thông số hoạt động của hệ thống được ghi lưu lại trong đĩa cứng. Báo cáo hàng ngày qua các bảng biểu được in ra máy in gắn với máy tính nhờ một chức năng trong phần mềm SCADA đã cài đặt. Một số quá trình điều khiển tự động đặc biệt trong dây chuyền công nghệ như điều chỉnh pH, lưu lượng nước được thực hiện thông qua các khối phần mềm chuyên dụng sử dụng các thuật toán điều khiển kinh điển (PI, PID) và có thể kết hợp với phương pháp điều khiển hiện đại khác như điều khiển mờ, mạng nơron, 6. Giới thiệu các thiết bị chính trong hệ thống tự động hoá a) Thiết bị trong Trạm điều khiển PLC và Trạm máy tính IPC[2] Bảng 3 SIMATIC CPU 315-2DP Tên Đặc điểm Bộ nhớ chương trình 66K Thời gian xử lý 1K lệnh 0.3ms Số module mở rộng max 32 Bit nhớ 2048 Giao diện truyền thông PROFIBUS DP master/slave, MPI Bộ thời gian/Bộ đếm 128 Timers / 64 Counters Nguồn cung cấp 24 VDC Công ty Cổ phần Minh Việt – www.minhviet.com.vn 35 Trung tâm ĐK-TĐ-CNTT – 04-5187221 – Fax: 04-5187262 intecom@minhviet.com.vn
  35. Hình 14 SIMATIC CPU 315-2DP Bảng 4 SIMATIC SM 321- 16DI Tên Đặc điểm Số lượng đầu vào 16 đầu vào Điện áp nguồn cấp 24V DC (min 20,4 max 28,8V DC) Điện áp đầu vào 24V DC Từ 13 đến 30V DC là mức “1” Từ –30 đến +5V DC là mức “0” Dòng vào 9 mA Đầu vào Cách li quang Trễ tín hiệu vào 1,2 đến 4,8ms Chiều dài cáp nối Cáp không chống nhiễu 600m Cáp chống nhiễu là 1000m Bảng 5 SIMATIC SM 331- 8AI Tên Đặc điểm Số lượng đầu vào 8 đầu vào Điện áp nguồn cấp 24V DC Báo lỗi Thông qua đèn đỏ báo lỗi trên modul Điện áp cho phép đối với đầu vào 20V Công ty Cổ phần Minh Việt – www.minhviet.com.vn 36 Trung tâm ĐK-TĐ-CNTT – 04-5187221 – Fax: 04-5187262 intecom@minhviet.com.vn
  36. điện áp Dòng điện cho phép đối với đầu vào 0÷40mA dòng điện Độ phân giải Đơn cực: 9/12/14bit Lưỡng cực: 9+S/12+S/14+S Chiều dài cáp nối cho phép Cáp chống nhiễu 200 m Hình 15 SIMATIC SM 321-16DI Bảng 6 SIMATIC SM322-16DO Tên Đặc điểm Số lượng đầu ra 16 đầu ra Điện áp nguồn cấp 24V DC (min 20,4 max 28,8V DC) Dòng ra 5 mA Đầu ra Cách li quang Tần suất đầu ra Max 100Hz Chiều dài cáp nối Cáp không chống nhiễu 600m Cáp chống nhiễu là 1000m Bảng 7 SIMATIC SM332-4AO Tên Đặc điểm Số lượng đầu ra 4 đầu ra Điện áp nguồn cấp 24V DC Báo lỗi Thông qua đèn đỏ báo lỗi trên modul Ra kiểu điện áp 0 đến 10V, 1 tới 5V,(10V Công ty Cổ phần Minh Việt – www.minhviet.com.vn 37 Trung tâm ĐK-TĐ-CNTT – 04-5187221 – Fax: 04-5187262 intecom@minhviet.com.vn
  37. Ra kiểu dòng điện 4 đến 20mA, 0 đến 20mA Độ phân giải 11 bit +Sign Chiều dài cáp nối cho phép Cáp chống nhiễu 200 m Bảng 8 SIMATIC SM323-8DI/8DO Tên Đặc điểm Số lượng đầu vào 8 đầu vào Điện áp nguồn cấp 24V DC Điện áp đầu vào 24V DC Mức logic “1” ứng với : 13 ÷ 30V Mức logic “0” ứng với : -30 ÷ 5V Dòng điện đầu vào ứng với mức 7 mA logic “1” Đầu vào Cách li quang Trễ tín hiệu vào 1,2 đến 4,8ms Số lượng đầu ra 8 đầu ra 0 Dòng điện đầu ra Mức logic “1” : 0.5A tại 60 Mức logic “0” : 0.5 mA Dòng điện tổng của các đầu ra 4A Tổn hao công suất 4.5W Chiều dài cáp nối Cáp không chống nhiễu 600m Cáp chống nhiễu là 1000m Bảng 9 Cấu hình IPC SIMATIC PC Tower TT Tên 1 CPU Bộ xử lí Pentium III , 700MHz 2 RAM 128 Mbyte 3 Card mạng được tích hợp PROFIBUS-DP/MPI, và Ethernet 4 Floppy disk 1,44MB 5 hard disk 10,2 Gbyte 6 Keyboard, mouse, 2 cổng UBS, CD-ROM Công ty Cổ phần Minh Việt – www.minhviet.com.vn 38 Trung tâm ĐK-TĐ-CNTT – 04-5187221 – Fax: 04-5187262 intecom@minhviet.com.vn
  38. Hình 16 SIMATIC PC Tower b) Thiết bị đo lường (cảm biến + transmitter)[8] Đo độ pH Transmitter CPM 223-PR0305: Cho phép nối với các loại đầu đo CPF81/82. Hiện thị tại chỗ với màn hình LCD với 6 loại ngôn ngữ khác nhau. Hiển thị các giá trị đo nhiệt độ, độ pH cùng một thời điểm. Ngoài ra còn cho phép báo động, cảnh báo và điều khiển các thiết bị ngoại vi . Bảng 10 Các thông số kỹ thuật Transmitter CPM 223-PR0305 Tên Đặc điểm Số lượng kênh đo 2 (đo pH và nhiệt độ) Màn hình hiển thị LCD Tín hiệu ra kênh pH và T0 0/4 ÷ 20mA Dòng báo lỗi 2,4 ÷ 22mA Độ phân dải lớn nhất 700 digits/mA Dải đo pH pH -2 ÷ 16 Độ dài cáp đến sensor pH Max.50m Dải đo nhiệt độ -5 ÷ +700C Số lượng đầu ra kiểu Relay Max .4 (Dòng max.2A với tải cosϕ=1, tải kháng cosϕ=0,4 max.500V) Khối lượng 0,7 Kg Kích thước 96×96×145mm Nhiệt độ làm việc -10 ÷ +550C Công ty Cổ phần Minh Việt – www.minhviet.com.vn 39 Trung tâm ĐK-TĐ-CNTT – 04-5187221 – Fax: 04-5187262 intecom@minhviet.com.vn
  39. Nguồn cấp 220VAC Cấp bảo vệ IP65 Đầu đo CPF81: Loại đầu đo này có hai loại là tích hợp sensor đo nhiệt độ và không tích hợp sensor nhiệt độ được thiết kế để đo trong môi trường nước thải công nghiệp. Bảng 11 Các thông số kỹ thuật đầu đo CPF81 Tên Đặc điểm Dải đo pH 0 ÷ 14 pH Độ phân dải 0,01 pH Dải đo nhiệt độ 0 ÷ 1100C Độ phân dải 0,10C Cáp nối 7 m (Max.200m) Sensor nhiệt độ NTC Nhiệt độ môi trường -10 ÷ +550C Áp suất 10 bar/800C ; 3 bar/+1100C Cấp bảo vệ IP68 Nguồn cấp Theo đường transmitter Đo Dissolved Oxygen Transmitter COM 223/253: Cho phép nối với các loại đầu đo COS31/41/71. Hiện thị tại chỗ với màn hình LCD trên hai dòng text với 6 loại ngôn ngữ khác nhau. Hiẻn thị các giá trị đo nhiệt độ, độ pH cùng một thời điểm. Ngoài ra còn cho phép báo động, cảnh báo và điều khiển các thiết bị ngoại vi . Bảng 12 Các thông số kỹ thuật Transmitter COM 223/253 Tên Đặc điểm Số lượng kênh đo 2 (đo DO và nhiệt độ) Màn hình hiện thị LCD Tín hiệu ra kênh DO và T0 0/4 ÷ 20mA Dòng báo lỗi 2,4 ÷ 22mA Độ phân dải lớn nhất 700 digits/mA Dải đo DO 0 ÷ 20mg/L Độ dài cáp đến đầu đo Max.100m Dải đo nhiệt độ -10 ÷ +600C Số lượng đầu ra kiểu rơ le Max .4 (Dòng max.2A với tải cosϕ=1, tải kháng cosϕ=0,4 max.500V) Khối lượng 0,7 Kg Kích thước 96×96×145mm Công ty Cổ phần Minh Việt – www.minhviet.com.vn 40 Trung tâm ĐK-TĐ-CNTT – 04-5187221 – Fax: 04-5187262 intecom@minhviet.com.vn
  40. Nhiệt độ làm việc -10 ÷ +550C Nguồn cấp 220VAC Cấp bảo vệ IP65 Đầu đo COS41: Loại đầu đo này có hai loại là tích hợp sensor đo nhiệt độ và không tích hợp sensor nhiệt độ được thiết kế để đo trong môi trường nước thải công nghiệp. Bảng 13 Các thông số kỹ thuật đầu đo COS41 Tên Đặc điểm Dải đo DO 0 ÷ 20mg/L Độ phân giải 0,01 mg/L Dải đo nhiệt độ 0 ÷ 500C Cáp nối 7 m (Max.50m) Sensor nhiệt độ NTC Nhiệt độ môi trường -5 ÷ +500C Áp suất Max.10 bar Cấp bảo vệ IP68 Nguồn cấp Theo đường transmitter c) Thiết bị chấp hành[7] Bảng 14 Thông số biến tần Commander SE của hãng Control Techniques Tên thông số Giá trị Nguồn cấp 3 pha 220-240V ± 10%, 48-62Hz Hệ số cosφ > 0.97 Công suất động cơ - kW 5.5 Tần số ra 0 - 1000Hz Dòng quá tải 150% trong 37.5 vòng 60s - A Tên thông số Giá trị Nguồn cấp 3 pha 220-240V ± 10%, 48-62Hz Hệ số cosφ > 0.97 Công suất động cơ - kW 15 Tần số ra 0 - 1000Hz Dòng quá tải 150% trong 45.75 vòng 60s - A Công ty Cổ phần Minh Việt – www.minhviet.com.vn 41 Trung tâm ĐK-TĐ-CNTT – 04-5187221 – Fax: 04-5187262 intecom@minhviet.com.vn
  41. 7. Thiết kế phần mềm SCADA (Superviser Control And Data Aquisision) cho hệ thống TĐH Chương trình giám sát, điều khiển được phát triển trên nền SIMATIC WinCC V6.0 của hãng SIEMENS. SIMATIC WinCC (Windows Control Center) là phần mềm giao diện người- máy (HMI-Human Machine Interface) dựa trên máy tính PC và được chạy trên nền Windows NT 4.0/Windows 2000. WinCC được thiết kế cho phép theo dõi trực quan về quá trình hoạt động và xử lí của hệ thống tự động cũng như hỗ trợ mạnh về xử lí giao diện. WinCC có đặc điểm chính sau: ƒ Xử lí tin cậy và đảm bảo tính toàn vẹn dữ liệu thông qua chức năng dự phòng (redundancy) ƒ Chức năng mở rộng nhờ có tích hợp thành phần ActiveX ƒ Hệ thống giao tiếp mở thông qua OPC (OLE cho điều khiển quá trình) ƒ Dễ dàng cấu hình thông qua phần mềm SIMATIC STEP7. ƒ Khả năng cấu hình nối với nhiều máy tính theo mô hình Client-Server. ƒ WebBrowser cho phép truy cập từ xa qua mạng Internet. ƒ Dễ dàng phát triển nhờ các công cụ, thư viện tuỳ chọn (options) và các thành phần mở rộng (Add-On) của các hãng thứ ba WinCC version 6.0 là phầm mềm giao diện người máy trong môi trường hệ điều hành Window 2000 hoặc Window XP. Khác với các phiên bản trước (V4, V5), cơ sở dữ liệu của WinCC6.0 dựa trên nên Microsoft SQL server 2000. Do vậy người sử dụng được cung cấp các công cụ lưu trữ, tích hợp dữ liệu của SQL. Hơn nữa việc tích hợp thêm ngôn ngữ lập trình VBScript đã làm cho WinCC 6.0 trở nên mềm dẻo hơn trong khi lập trình. Ngoài ra, trong Version 6.0 còn có nhiều điểm mới trong các vấn để về truyền thông qua OPC, về tích hợp Web, về vấn đề bảo mật Vì vậy nhóm thực hiện đã chọn WinCC V6.0 để thiết kế Phần mềm SCADA cho hệ thống tự động hoá xử lý nước thải. a) Màn hình chính Màn hình chính là màn hình hiển thị đầu tiên sau khi đăng nhập vào hệ thống. Trên màn hình này có sơ đồ tổng thể dây chuyền xử lý nước thải và các menu chính dạng nút bấm- button (Hình 17). Khi bấm vào các menu sẽ hiện các cửa sổ khác cho phép người vận hành khai thác các chức năng khác của hệ thông hoặc có thông tin chi tiết hơn so với thông tin hiện có trên màn hình chính. Hầu hết các giá trị hiện thời của các thông số trong hệ thống được hiển thị trên màn hình chính. Các giá trị thông số chất lượng nước được hiện dưới dạng số nằm trong các ô hình bình hành, khi thông số vượt ngưỡng thì ô tương ứng sẽ nhấp nháy xanh/đỏ. Trạng thái các thiết bị chấp hành (động cơ, van) được thể hiện bằng màu sắc: xanh là đang hoạt động, xám là dừng. Khống chế mức được thể hiện bằng hai màu: xanh là chưa tới mức khống chế, trái lại thì màu đỏ. Công ty Cổ phần Minh Việt – www.minhviet.com.vn 42 Trung tâm ĐK-TĐ-CNTT – 04-5187221 – Fax: 04-5187262 intecom@minhviet.com.vn
  42. Hình 17 Màn hình chính b) Bảo mật hệ thống Để đảm bảo an toàn cho hệ thống tự động hoá, tránh xâm nhập bất hợp pháp và lỗi vận hành do trình độ người sử dụng, phần mềm SCADA có chức năng phân quyền và bảo mật. Mỗi người sử dụng tuỳ thuộc chức năng nhiệm vụ được giao sẽ được cấp một số quyền nhất định (ví dụ: chỉ được xem mà không được điều khiển; được xem và điều khiển một số công đoạn; được thay đổi cấu hình hệ thống; được thêm-sửa-xoá user; ), quyền cao nhất thuộc về người quản trị (Administrator). Mỗi người sử dụng được cấp tên và mật khẩu đăng nhập ( Hình 18) để truy cập hệ thống Hình 18 Cửa sổ đăng nhập Công ty Cổ phần Minh Việt – www.minhviet.com.vn 43 Trung tâm ĐK-TĐ-CNTT – 04-5187221 – Fax: 04-5187262 intecom@minhviet.com.vn
  43. c) Màn hình điều khiển Cơ cấu chấp hành (động cơ, van) có thể điều khiển từ HMI bằng cách kích chuột hoặc dùng bàn phím. Trên hình Hình 19 là cửa sổ điều khiển tắt/bật các động cơ máy bơm, máy thổi khí, máy khuấy, máy gạt bùn, máy ép bùn, biến tần. Trên cửa sổ này cũng thể hiện trạng thái các thiết bị đó (ON/OFF). Hình 19 Điều khiển động thiết bị chấp hành d) Các dạng hiển thị thông số Ngoài cách thể hiện trên màn hình chính, các thông số còn được hiển thị dưới dạng đồ thị (Hình 20) và dạng bảng tập trung (Hình 21) nhằm mục đích tạo điều kiện thuận lợi tối đa cho người vận hành trong việc theo dõi giám sát quá trình công nghệ. Công ty Cổ phần Minh Việt – www.minhviet.com.vn 44 Trung tâm ĐK-TĐ-CNTT – 04-5187221 – Fax: 04-5187262 intecom@minhviet.com.vn
  44. Hình 20 Hiển thị dưới dạng đồ thị 7.05 6.8 7.2 7.04 6.8 7.2 1.58 1.0 2.0 27.89 25.0 35.0 69.89 60.0 100.0 Hình 21 Hiển thị dưới dạng bảng Công ty Cổ phần Minh Việt – www.minhviet.com.vn 45 Trung tâm ĐK-TĐ-CNTT – 04-5187221 – Fax: 04-5187262 intecom@minhviet.com.vn
  45. e) Cấu hình hệ thống Các cửa sổ cấu hình hệ thống cho phép đặt các giá trị chủ đạo điều khiển và ngưỡng cảnh báo/báo động cho từng thông số (Hình 22, Hình 23, Hình 24, Hình 25) 1.0 1.0 2.0 2.0 1.58 Hình 22 Cấu hình DO 60.0 60.0 100.0 100.0 79.7 Hình 23 Cấu hình lưu lượng Công ty Cổ phần Minh Việt – www.minhviet.com.vn 46 Trung tâm ĐK-TĐ-CNTT – 04-5187221 – Fax: 04-5187262 intecom@minhviet.com.vn
  46. 25.0 25.0 35.0 35.0 27.88 Hình 24 Cấu hình nhiệt độ 6.8 6.8 7.2 7.2 7.06 6.86.8 6.8 7.2 7.2 7.03 Hình 25 Cấu hình pH Công ty Cổ phần Minh Việt – www.minhviet.com.vn 47 Trung tâm ĐK-TĐ-CNTT – 04-5187221 – Fax: 04-5187262 intecom@minhviet.com.vn
  47. f) Cảnh báo/Báo động Ngoài phương pháp cảnh báo bằng màu sắc, âm thanh, chức năng này còn cho phép lưu trữ tất cả các cảnh báo hiện tại vào một bảng chung để thuận tiện cho theo dõi tất cả hệ thống (Hình 26). Trên bảng có nhiều thông tin chi tiết hơn các phương pháp thể hiện khác, ví dụ: chỉ rõ địa điểm sự cố, hướng dẫn xử lý, gợi ý nguyên nhân, Hình 26 Cảnh báo/Báo động Công ty Cổ phần Minh Việt – www.minhviet.com.vn 48 Trung tâm ĐK-TĐ-CNTT – 04-5187221 – Fax: 04-5187262 intecom@minhviet.com.vn
  48. g) Lưu trữ, báo cáo thống kê Lưu trữ các thông số công nghệ, trạng thái thiết bị, sự cố được thực hiện theo chu kỳ hoặc thời điểm tuỳ theo yêu cầu người vận hành. Dữ liệu lưu trữ sau đó sẽ được sử dụng làm báo cáo thống kê theo nhiều tiêu chí khác nhau phục vụ cho công việc quản lý và bảo hành bảo trì thiết bị máy móc (Hình 27) Hình 27 Lưu trữ, báo cáo thống kê Công ty Cổ phần Minh Việt – www.minhviet.com.vn 49 Trung tâm ĐK-TĐ-CNTT – 04-5187221 – Fax: 04-5187262 intecom@minhviet.com.vn
  49. Đồ thị trực tuyến Hình 28, Hình 29 là hai ví dụ thể hiện đồ thị trực tuyến của thông số DO và T giúp người vận hành dễ theo dõi giám sát và dự báo chiều hướng biến thiên của các thông số. Hình 28 Đồ thị trực tuyến DO Hình 29 Đồ thị trực tuyến T Công ty Cổ phần Minh Việt – www.minhviet.com.vn 50 Trung tâm ĐK-TĐ-CNTT – 04-5187221 – Fax: 04-5187262 intecom@minhviet.com.vn
  50. III. PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ ÁP DỤNG TỰ ĐỘNG HOÁ XỬ LÝ NƯỚC THẢI 1. Tính ưu việt của tự động hoá về mặt kinh tế - kỹ thuật Để thực hiện công nghiệp hoá hiện đại hoá nền kinh tế nước nhà, hướng đi đúng đắn nhất hiện nay là thực hiện tự động hoá trong tất cả các ngành kỹ thuật nói chung và nói riêng là trong các công trình xử lý nước thải công nghiệp với sự áp dụng khoa học công nghệ tự động hoá cao và các phương tiện kỹ thuật hiện đại. Thực hiện tự động hoá các công trình xử lý nước thải công nghiệp không những làm tăng độ tin cậy và tính liên tục hoạt động của hệ thống mà còn đạt được một kết quả quan trọng hơn hết là nâng cao được chất lượng xử lý nước làm cho chất lượng nước đạt yêu cầu mong muốn của khách hàng một cách mỹ mãn. Để đạt được điều đó phải liên tục kiểm tra tự động các quá trình công nghệ bằng các thiết bị có độ nhạy cao, phát hiện ra sai lệch về chỉ số chất lượng và số lượng một cách tức thời để tiến hành điều chỉnh chúng thay đổi trong giới hạn đã cho trước. Tự động hoá làm tăng năng suất lao động và cải thiện môi trường làm việc của công nhân trong hệ thống xử lý nước thải. Người công nhân không phải thực hiện các thao tác lặp đi lặp lại vừa nhàm chán mà có thể là khó khăn, nặng nhọc. Họ không phải làm việc trong các phòng bụi, bẩn, độc hại. Tự động hoá làm giảm mất mát hao phí chất phản ứng, tiết kiệm lượng nguyên vật liệu, năng lượng điện và nước. Tự động hoá làm tăng khả năng tổ chức hiệu quả các quá trình sản xuất. Thứ nhất là tạo điều kiện tăng cường áp dụng các phương pháp tiến bộ mới về khoa học công nghệ. Điều này tự nó đã tăng cường hoá bản thân công trình công nghệ. Thứ hai là làm giảm số lượng công nhân phục vụ quá trình sản xuất. Thứ ba, tăng khả năng tránh các sự cố hoặc giảm độ lớn hay giảm hậu quả của các sự cố. Tạo điều kiện nâng cao chất lượng và giảm giá thành sản phẩm. Tóm lại tự động hoá không những đem lại những lợi ích về mặt kinh tế, công nghệ mà còn cho thấy rõ tính ưu việt về mặt xã hội là giải phóng con người khỏi những công việc thủ công nặng nhọc. Song vấn đề áp dụng tự động hoá hay không phần lớn vẫn là do hiệu quả về mặt kinh tế của nó quyết định.[1] 2. Các chỉ số về hiệu quả kinh tế của tự động hoá Khi áp dụng tự động hóa, các thao tác cần thực hiện trong dây chuyền sản xuất được thực hiện bằng máy móc và chúng được điều khiển tự động do người ấn nút hoặc tự động hoàn toàn không cần điều khiển. Điều đó làm giảm một số lượng lớn công nhân phục vụ trong dây chuyền và có thể không cần người tham gia. Thực tế, tự động hoá xử lý nước thải đã giảm đến 2-3 lần số lượng công nhân so với khi chưa tự động hoá. Tự động hoá làm tăng năng suất làm việc của thiết bị do bớt thời gian nghỉ để sửa chữa sự cố. Trong các trạm xử lý nước còn giảm được hao tổn nguyên vật liệu, chất phản ứng, đồng thời tiết kiệm được năng lượng điện và nước. Các chi phí để sửa chữa thường xuyên hệ thống máy cũng giảm đến 20% và làm tăng thời hạn phục vụ các thiết bị tới 30%, bớt số lần sự cố và độ lớn cũng như hậu quả của sự cố.Đối với môi trường làm việc của thiết bị cũng được cải thiện hơn và chính xác hơn. Công ty Cổ phần Minh Việt – www.minhviet.com.vn 51 Trung tâm ĐK-TĐ-CNTT – 04-5187221 – Fax: 04-5187262 intecom@minhviet.com.vn
  51. Một điều tiện ích của tự động hoá là vẫn chỉ dùng hệ thống máy bơm thiết kế, ta có thể tăng giảm công suất của thiết bị khi cần và do đó có thể giảm vốn đầu tư xây dựng công trình do giảm khối lượng xây dựng, giảm khối tích nhà xưởng, giảm chiều cao giàn máy, giảm chiều rộng các lối đi giữa các hệ thống máy bơm, giảm cả khối tích các phòng phụ trợ điều khiển. Mặt khác, áp dụng tự động hoá là ta phải thêm khoản chi phí vào vốn đầu tư để mua sắm là lắp ráp vận hành các phương tiện tự động song những chi phí này có thể hoàn lại trong một thời gian ngắn do có các lợi thế để giảm các chi phí đã kể trên. Để đánh giá hiệu quả kinh tế khi áp dụng tự động hoá vào các quá trình sản xuất, người ta thường đưa vào chỉ số thời gian hoàn vốn ban đầu của tự động hoá. Thời gian này được tính theo biểu thức sau: (K 2 − K1) To = (C2 − C1)*Q Trong đó: T0 - thời gian hoàn vốn ban đầu (tính bằng năm): K - vốn đầu tư ban đầu; Q - đại lượng sản phẩm hàng năm; C 1: giá thành 1 đơn vị sản phẩm khi công trình chưa được áp dụng tự động hoá; C 2: giá thành 1 đơn vị sản phẩm khi công trình đã được áp dụng tự động hoá; Cũng có khi chỉ số kinh tế của tự động hoá còn xác định theo số phần trăm của chi phí vốn đầu tư được hoàn vốn sau 1 năm áp dụng tự động hoá: 1 E = *100% To Trong đó: E- phần trăm chi phí vốn đầu tư được hoàn vốn sau 1 năm áp dụng tự động hoá; T0 - số năm hoàn vốn đầu tư ban đầu. Thời gian hoàn vốn lâu nhất tuỳ thuộc vào mức độ tự động hoá được sử dụng. Sau đây là những chỉ số thời gian hoàn vốn tham khảo: ƒ Khi tự động hoá từng phần trên các thiết bị kỹ thuật. Cụ thể T0 = 1-1,5 năm. ƒ Khi tự động hoá từng quá trình và có sự thay đổi từng phần thiết bị T0 = 2-3 năm. ƒ Khi tự động hoá liên hợp các quá trình riêng rẽ không có sự thay đổi sơ đồ công nghệ T0 = 4-5 năm. ƒ Khi tự động hoá liên hợp đối tượng có thay đổi thiết bị và biến đổi sơ đồ công nghệ T0 = 6 năm. Trong thời kỳ hiện nay, khi nền công nghệ cao phát triển mạnh, việc áp dụng tin học vào tự động hoá ngày càng nhiều và nó cho thấy rõ hiệu quả kinh tế và các tiện ích khác trong hệ thống vận hành tự động nên thời gian hoàn vốn sẽ hoàn thành nhanh hơn. Mặt khác nhờ có tự động hoá mà chất lượng sản phẩm ngày một như ý để tăng tính cạnh tranh trên thị trường và đến đây ta khẳng định một điều rằng chỉ áp dụng tự động hoá mới có được sản phẩm chất lượng cao, số lượng nhiều, chi phí ít và giá thành rẻ. Do đó việc áp dụng tự động hoá vào các Công ty Cổ phần Minh Việt – www.minhviet.com.vn 52 Trung tâm ĐK-TĐ-CNTT – 04-5187221 – Fax: 04-5187262 intecom@minhviet.com.vn
  52. quá trình sản xuất là hướng đúng đắn nhất và chỉ có theo hướng đi đó chúng ta mới có thể tiến tới hoà nhập APTA. [1] 3. Tính toán hiệu quả kinh tế a) Dự toán chi tiết chi phí đầu tư tự động hóa cho hai công đoạn trung hòa và hiếu khí Tiền thiết bị/vật tư TT SL Đơn giá Giá Thiết bị/vật tư Nước/Hãng SX (triệu thành đồng) (triệu đồng) 1 pH,T sensor Endress+Hauser-Đức 02 5.1 10.2 2 pH,T transmitter Endress+Hauser-Đức 02 13.7 27.4 3 DO,T sensor Endress+Hauser-Đức 01 12.5 12.5 4 DO,T transmitter Endress+Hauser-Đức 01 13.0 13.0 5 Flowmeter (đo lưu lượng nước bơm ARKON-Anh 01 35.1 35.1 từ bể khuấy vào bể kỵ khí), DIN 150 6 Flowmeter đo biogas Endress+Hauser-Đức 01 15.7 15.7 7 Biến tần (điều chỉnh lưu lượng nước Control Technique-Anh 01 10.2 10.2 bơm từ bể khuấy vào bể kỵ khí) 5.5Kw 8 Biến tần (điều chỉnh DO trong bể hiếu Control Technique-Anh 01 15.3 15.3 khí) 15Kw 9 PC dùng làm HMI (Human Machine Đông nam á 01 9.5 9.5 Interface) bao gồm CPU, monitor 17", CD-ROM, Keyboard, Mouse. 10 SIMATIC PLC S7-300 SIEMENS-Đức 01 16.5 16.5 11 SIMATIC SM322 - 16DO SIEMENS-Đức 01 3.1 3.1 12 SIMATIC SM323 - 8DI/8DO SIEMENS-Đức 01 4.3 4.3 13 SIMATIC SM321 - 16DI SIEMENS-Đức 01 3.1 3.1 14 SIMATIC SM332 - 4AO SIEMENS-Đức 01 5.3 5.3 15 SIMATIC SM331 - 8AI SIEMENS-Đức 01 7.5 7.5 16 Nguồn cấp 24 V SIEMENS-Đức 01 1.9 1.9 17 Tủ điều khiển VIELINA-Việt Nam 01 4.2 4.2 18 Nút ấn, công tắc, rơle trung gian, Hàn quốc 3.9 3.9 đèn/còi báo cảnh, cáp động lực, dây tín hiệu và phụ kiện Tổng chưa VAT 198.7 VAT 10% 19.87 Tổng đã có VAT 218. 57 Tiền công TT Giá thành Nội dung công việc (triệu đồng) 1 Khảo sát, nghiên cứu công nghệ và phân tích khả năng ứng 3 dụng TĐH cho trạm xử lý nước thải 2 Phân tích, thiết kế chức năng phần cứng của hệ thống TĐH 5 3 Thiết kế sơ đồ điện của hệ thống TĐH và lựa chọn linh 5 kiện/vật tư cần thiết cho sơ đồ Viết chương trình cho bộ điều khiển PLC 12 Công ty Cổ phần Minh Việt – www.minhviet.com.vn 53 Trung tâm ĐK-TĐ-CNTT – 04-5187221 – Fax: 04-5187262 intecom@minhviet.com.vn
  53. 4 Kết nối, lắp ráp thiết bị phần cứng, và kiểm tra , thử trong 5 phòng thí nghiệm 5 Thiết kế chức năng, giao diện phần mềm HMI 5 6 Thiết kế cơ sở dữ liệu phần mềm HMI 5 7 Viết chương trình phần mềm HMI 15 Kết nối PC+ HMI và tủ điều khiển, kiểm tra các chức năng 4 của toàn bộ hệ thống trong phòng thí nghiệm 8 Lắp đặt, kết nối hệ thống tại hiện trường 4 Vận hành chạy thử, theo dõi và hiệu chỉnh 4 Làm tài liệu hướng dẫn sử dụng 1 Đào tạo, hướng dẫn sử dụng và chuyển giao 2 Bảo hành 12 tháng miễn phí 0 Tổng chưa VAT 70 VAT 10% 7 Tổng 77 Tổng dự toán là : 295.57 triệu đồng b) Dự kiến hiệu quả thu được khi áp dụng TĐH Công ty Cổ phần Minh Việt – www.minhviet.com.vn 54 Trung tâm ĐK-TĐ-CNTT – 04-5187221 – Fax: 04-5187262 intecom@minhviet.com.vn
  54. IV. PHỤ LỤC 1. Sơ đồ hệ thống điện - tự động hoá 2. Mã chương trình điều khiển trên PLC Chương trình điều khiển được viết trên ngôn ngữ STL cho bộ điều khiển khả trình SIMATIC PLC S7-300 của hãng SIEMENS Network 1: START/STOP AN "STOP" A( O "START" O M 0.0 ) = M 0.0 Network 2: DEN START A M 0.0 AN "DEN_DUNG" = "DEN_CHAY" Network 3: DEN STOP A M 0.0 AN "DEN_DUNG" = "DEN_CHAY" Network 4: CT PHAO THAP A M 0.0 A "PHAOCAO" = "DEN_CT_THAP" Network 5: CT PHAO CAO A M 0.0 A "PHAOTHAP" = "DEN_CT_CAO" Network 6:DIEU KHIEN DONG CO P1 A M 0.0 A "TD/BT" A( ON M 8.3 O AN "CPLD" AN "LD_P1" ) = "DC_P1" Network 7: DIEU KHIEN DONG CO P2 A M 0.0 A "TD/BT" A "PHAOTHAP" A( Công ty Cổ phần Minh Việt – www.minhviet.com.vn 55 Trung tâm ĐK-TĐ-CNTT – 04-5187221 – Fax: 04-5187262 intecom@minhviet.com.vn
  55. ON M 8.3 O AN "CPLD" AN "LD_P2" ) = "DC_P2" Network 8:CHUYEN DOI THANH GIA TRI THUC A M 0.0 = L 20.0 A L 20.0 JNB _001 CALL FC 1 giatrivao:="PH1" giatrira :=MD100 _001: A BR = M 0.1 A L 20.0 JNB _002 CALL FC 1 giatrivao:="PH2" giatrira :=MD104 _002: A BR = M 0.2 Network 9: KIEM TRA PH1 A M 0.0 A "TD/BT" A M 0.1 A( L MD 100 L 6.800000e+000 <R ) = M 0.3 Network 10:MO VAN NAOH A M 0.0 A "TD/BT" A M 0.3 FP M 1.3 AN "V_HCL" S "V_NAOH" Network 11: KIEM TRA PH1 A M 0.0 A "TD/BT" A M 0.1 A( L MD 100 L 7.200000e+000 Công ty Cổ phần Minh Việt – www.minhviet.com.vn 56 Trung tâm ĐK-TĐ-CNTT – 04-5187221 – Fax: 04-5187262 intecom@minhviet.com.vn
  56. >R ) = M 0.4 Network 12: MO VAN HCL A M 0.0 A "TD/BT" A M 0.4 FP M 1.4 AN "V_NAOH" S "V_HCL" Network 13: TAO TRE 2S A M 0.0 A "TD/BT" A( O "V_NAOH" O "V_HCL" ) L S5T#2S SD T 5 Network 14:KHOI DONG BOM DINH LUONG A T 5 FP M 0.5 S "DC_DP" Network 15:DUNG BOM DINH LUONG A( ON "V_NAOH" ON "V_HCL" ) FP M 0.6 R "DC_DP" Network 16: TAO TRE 2S A "DC_DP" L S5T#2S SF T 6 Network 17: KHOA VAN A T 6 FN M 0.7 R "V_NAOH" R "V_HCL" Network 18: KIEM TRA PH2 A M 0.0 A M 0.2 A( O( L MD 104 L 7.200000e+000 >=R Công ty Cổ phần Minh Việt – www.minhviet.com.vn 57 Trung tâm ĐK-TĐ-CNTT – 04-5187221 – Fax: 04-5187262 intecom@minhviet.com.vn
  57. ) O( L MD 104 L 6.800000e+000 <=R ) ) = M 1.0 Network 19: KIEM TRA PH2 TRONG T(s) A M 1.0 L S5T#5S SD T 1 Network 20: BAT BAO DONG NEU PH2 VUOT NGUONG LIEN TUC TRONG THOI GIAN T(s) A M 0.0 A( O T 1 O M 8.3 ) AN "GTSC" = M 8.3 Network 21:DEN VA COI BAO DONG PH2 VUOT NGUONG A M 0.0 A M 8.3 = "PH_CAO" Network 22: LAY GIA TRI LUU LUONG A M 0.0 A "TD/BT" JNB _003 CALL FC 3 gtvao:="LUULUONG" gtra :=MD128 _003: A BR = M 1.5 Network 23:DIEU KHIEN DONG CO P3 A M 1.5 = L 20.0 A L 20.0 JNB _004 CALL FC 2 vao:=MD128 ra :="TOCDO" _004: A BR = M 1.6 A L 20.0 BLD 102 = "DC_P3" Công ty Cổ phần Minh Việt – www.minhviet.com.vn 58 Trung tâm ĐK-TĐ-CNTT – 04-5187221 – Fax: 04-5187262 intecom@minhviet.com.vn
  58. A L 20.0 A M 1.6 = "E_BT" Network 24:TAO TRE 1 GIO A M 0.0 A "TD/BT" AN T 4 L S5T#1H SD T 4 Network 25: TAO TRE 8 GIO A T 4 CD C 1 BLD 101 A( O M 0.0 ON M 1.2 ) L C#8 S C 1 NOP 0 NOP 0 NOP 0 A C 1 = M 1.2 Network 26: DK DONG CO HUT BUN A M 0.0 A "TD/BT" AN T 5 A( ON M 1.2 O "DC_SP" ) = "DC_SP" Network 27:DUNG DC HUT BUN SAU THOI GIAN T A "DC_SP" L S5T#20S SD T 5 Network 28:DK BANG TAY A M 0.0 AN "TD/BT" = L 20.0 A L 20.0 A "SW_P1" = "DC_P1" A L 20.0 A "SW_P2" = "DC_P2" Công ty Cổ phần Minh Việt – www.minhviet.com.vn 59 Trung tâm ĐK-TĐ-CNTT – 04-5187221 – Fax: 04-5187262 intecom@minhviet.com.vn
  59. A L 20.0 A "SW_M1" = "DC_M1" A L 20.0 A "SW_M2" = "DC_M2" A L 20.0 A( O "SW_NAOH" O "DC_DP" ) = "V_NAOH" A L 20.0 A( O "SW_HCL" O "DC_DP" ) = "V_HCL" A L 20.0 A( O "V_NAOH" O "V_HCL" ) A "SW_DP" = "DC_DP" A L 20.0 A "SW_SP" = "DC_SP" Network 29: DK BANG TAY P3 A M 0.0 AN "TD/BT" A "SW_P3" = L 20.0 A L 20.0 JNB _005 CALL FC 2 vao:=7.000000e+000 ra :="TOCDO" _005: A BR = M 1.1 A L 20.0 BLD 102 = "DC_P3" A L 20.0 A M 1.1 = "E_BT" Network30:DK BANG TAY DC EP BUN Công ty Cổ phần Minh Việt – www.minhviet.com.vn 60 Trung tâm ĐK-TĐ-CNTT – 04-5187221 – Fax: 04-5187262 intecom@minhviet.com.vn
  60. A M 0.0 AN "TD/BT" A "SW_D" = L 20.0 A L 20.0 BLD 102 L S5T#10S SP T 2 A L 20.0 AN "TG_DC_D" A T 2 = "Y_DC_D" A L 20.0 BLD 102 = "DC_D" A L 20.0 AN "Y_DC_D" = "TG_DC_D" Network31: DK BANG TAY DC THOI KHI A M 0.0 AN "TD/BT" A "SW_B" = L 20.0 A L 20.0 BLD 102 L S5T#10S SP T 3 A L 20.0 AN "TG_DC_B" A T 3 = "Y_DC_B" A L 20.0 BLD 102 = "DC_B" A L 20.0 AN "Y_DC_B" = "TG_DC_B" HAM FC1: Network 1: INT to DINT A M 0.0 JNB _001 L #giatrivao ITD T MD 110 SET SAVE Công ty Cổ phần Minh Việt – www.minhviet.com.vn 61 Trung tâm ĐK-TĐ-CNTT – 04-5187221 – Fax: 04-5187262 intecom@minhviet.com.vn
  61. CLR _001: A BR = M 2.1 Network 2: DINT to R A M 2.1 JNB _002 L MD 110 DTR T MD 114 SET SAVE CLR _002: A BR = M 2.2 Network 3 : CHUYEN THANH GIA TRI THUC A M 2.2 JNB _003 L MD 114 L 5.850710e+002 /R T #giatrira _003: NOP 0 HAM FC2: Network 1: SO SANH GIA TRI VAO VOI NGUONG DUOI L #vao L 7.500000e+000 R = M 3.5 Network 4: NEU LON HON A M 3.5 Công ty Cổ phần Minh Việt – www.minhviet.com.vn 62 Trung tâm ĐK-TĐ-CNTT – 04-5187221 – Fax: 04-5187262 intecom@minhviet.com.vn
  62. JNB _002 L #vao L 1.000000e-001 -R T MD 130 AN OV SAVE CLR _002: A BR = M 3.6 Network 5: TINH TOAN DE DIEU KHIEN TOC DO DC P3 A( O M 3.4 O M 3.6 ) JNB _003 L MD 130 L 9.045000e+002 *R T MD 120 AN OV SAVE CLR _003: A BR = M 2.3 Network 6: A M 2.3 JNB _004 L MD 120 RND T MD 124 AN OV SAVE CLR _004: A BR = M 2.4 Network 7: A M 2.4 JNB _005 L MD 124 L DW#16#FFF AD T MD 128 SET SAVE CLR _005: A BR Công ty Cổ phần Minh Việt – www.minhviet.com.vn 63 Trung tâm ĐK-TĐ-CNTT – 04-5187221 – Fax: 04-5187262 intecom@minhviet.com.vn
  63. = M 2.5 Network 8: A M 2.5 JNB _006 L MD 128 T #ra _006: NOP 0 HAM FC3: Network 1: INT to DINT A M 0.0 JNB _001 L #gtvao ITD T MD 120 SET SAVE CLR _001: A BR = M 3.0 Network 2:DINT to R A M 2.1 JNB _002 L MD 120 DTR T MD 124 SET SAVE CLR _002: A BR = M 3.1 Network 3: TINH TOAN GIA TRI THUC A M 2.2 JNB _003 L MD 124 L 8.191000e+001 /R T #gtra _003: NOP 0 Công ty Cổ phần Minh Việt – www.minhviet.com.vn 64 Trung tâm ĐK-TĐ-CNTT – 04-5187221 – Fax: 04-5187262 intecom@minhviet.com.vn
  64. V. TÀI LIỆU THAM KHẢO VÀ SỬ DỤNG [1] PHẠM THỊ GIỚI; (2003), “Tự động hoá các công trình cấp và thoát nước”; NXB Xây dựng. [2] SIEMENS; (2003), “Catalog CA01”. [3] TRUNG TÂM ĐÀO TẠO NGÀNH NƯỚC VÀ MÔI TRƯỜNG; (1999), “Sổ tay xử lý nước”(tập1, 2); NXB Xây dựng. [4] TRẦN VĂN NHÂN, NGÔ THỊ NGA; (2002), “Giáo trình công nghệ xử lý nước thải”; NXB Khoa học và kỹ thuật. [5] PGS, TS HOÀNG VĂN NHUỆ; (2004), “Công nghệ môi trường, tập1-xử lý nước”; NXB Xây dựng. [6] JEAN-PETER YLEN; (2001), "Measuring, modeling and controlling the pH value and the dynamic chemical state",Helsinki University of Technology Control Engineering Laboratory [7] CONTROL TECHNIQUE; (2000), “User Guide - Commander SE”. [8] E+H; (2003), "Guide to Instrumentation in Wastewater" Địa chỉ liên hệ: Trung tâm Điều khiển Tự động hóa– Công nghệ thông tin (ĐK-TĐH-CNTT) Công ty Cổ phần Minh Việt – MV JSC Địa chỉ: 2/59 Ngõ Linh Quang, Văn Chương, Đống Đa, Hà Nội Tel: 04-5187221, Fax: 04-5187262 - 0903421903 Email: intecom@minhviet.com.vn Website: www.minhviet.com.vn Công ty Cổ phần Minh Việt – www.minhviet.com.vn 65 Trung tâm ĐK-TĐ-CNTT – 04-5187221 – Fax: 04-5187262 intecom@minhviet.com.vn