ĐỒ án môn học điều KHIỂN LOGIC CHUYÊN NGÀNH kỹ THUẬT điều KHIỂN và tự ĐỘNG hóa đề tài “thiết kế hệ thống xử lý nước thải

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN BỘ MÔN TỰ ĐỘNG HỐ ĐỒ ÁN MƠN HỌC ĐIỀU KHIỂN LOGIC CHUN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA NHÓM: 17Nh33B Thông tin Sinh viên: SVTH: Võ Duy Đức Lớp: 17TDH2 Thuộc nhóm: Thơng tin Cán hướng dẫn: GVHD: TS Nguyễn Kim Ánh Đà Nẵng, tháng …… năm 20… LỜI MỞ ĐẦU Ngày tất nhà máy xí nghiệp cơng nghiệp trang bị hệ thống tự động hóa mức cao Các hệ thống nhằm mục đích nâng cao chất lượng sản phẩm, suất lao động, giảm chi phí sản xuất, giải phóng người khỏi vị trí độc hại… Các hệ thống tự động hóa giúp theo dõi, giám sat quy trình cơng nghệ thông qua số đo lường kểm tra Các hệ thống tự động hóa thực chức điều chỉnh thơng số cơng nghệ nói riêng điều khiển tồn quy trình cơng nghệ tồn xí nghiệp nói chung Hệ thống tự động hóa đảm bảo cho quy trình cơng nghệ xảy điều kiện cần thiết đảm bảo nhịp độ sản xuất mong muốn cơng đoạn quy trình cơng nghệ Chất lượng sản phẩm suất lao động phân xưởng, nhà máy, xí nghiệp phụ thuộc lớn vào chất lượng làm việc hệ thống tự động hóa Để phát triển sản xuất, việc nghiên cứu hoàn thiện quy trình cơng nghệ ứng dụng cơng nghệ mới, nghiên cứu khơng phần quan trọng nâng cao mức tự động hóa quy trình cơng nghệ Với nhu cầu trên, nhóm chúng em giao đề tài “Thiết kế hệ thống xử lý nước thải ” Đây đề tài khơng hồn tồn phù hợp với sinh viên chúng em tìm hiểu sâu quy trình cơng nghệ qua thiết kế nên hệ thống xử lý nước thải đảm bảo tiêu chuẩn dây chuyền tự động hóa Để hồn thành đồ án em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Tiến Sỹ Nguyễn Kim Ánh trực tiếp hướng dẫn tận tình, giúp đỡ nhóm chúng em, tồn thể thầy giáo khoa nhà trường giúp đỡ tạo điều kiện cho chúng em trình thực đồ án Đà Nẵng, ngày…tháng…tháng…năm Sinh viên thực MỤC LỤC CHƯƠNG 1: QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI 1.1 Sơ đồ công nghệ 1.2 Nguyên lý làm việc 1.2.1 Vùng 1, vùng xử lý nước thô 1.2.2 Vùng 2, vùng cân chất nước thải 1.2.3 Vùng 3, vùng tạo nước thải trung hoà 1.2.4 Vùng 4, vùng loại bỏ tạp chất dạng huyền phù lơ lửng……………… 12 1.2.5 Vùng 5, vùng xử lý chất hữu 13 1.2.6 Vùng 6, vùng khử trùng 14 1.3 Kết luận 15 CHƯƠNG 2: CÁC CẢM BIẾN VÀ CƠ CẤU CHẤP HÀNH SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG 16 2.1 Các cảm biến 16 2.1.1 Cảm biến đo độ pH 16 2.1.2 Cảm biến đo mức bùn 17 2.1.3 Cảm biến đo độ đục 18 2.2 Các thiết bị sử dụng hệ thống 19 2.2.1 Hệ thống sục khí 19 2.2.2 Máy khuấy chìm 21 2.2.3 Công tắc phao 23 2.2.4 Máy bơm chìm nước thải……………………………………………………… 26 2.2.5 Van điện từ solenoid 24 2.3 Kết luận chương 27 CHƯƠNG 3: LỰA CHỌN BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC VÀ THIẾT KẾ TRANG BỊ ĐIỆN CHO HỆ THỐNG 28 3.1 Giới thiệu PLC 28 3.1.1 Cấu trúc PLC 30 3.1.2 Các hoạt động xử lý bên PLC 33 3.1.3 Ngơn ngữ lập trình 35 3.2 Giới thiệu số PLC hãng MITSUBISHI L CTRIC 37 3.3 Lựa chọn thiết bị cho hệ thống 37 3.4 Giới thiệu điều khiển dùng hệ thống 37 3.4.1 FX3U-64MR/ES-A 37 3.4.2 FX3U-4AD-ADP: 40 3.5 Bảng phân kênh thiết bị vào 44 3.6 Lựa chọn tính tốn thiết bị cho mạch động lực 46 3.6.1 Relay 46 3.6.2 Công tắc tơ 47 3.6.3 Lựa chọn Aptomat 49 3.7 Bản vẽ sơ đồ hệ thống 51 3.8 Kết luận 51 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ SƠ ĐỒ THUẬT TOÁN VÀ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 52 4.1 Sơ đồ thuật toán 52 4.2 Chương trình điều khiển 58 4.3 Kết luận chương 64 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Sơ đồ cơng nghệ xử lý nước thải Hình 1.2: Cấu tạo mương lắng cát Hình 1.3: Cấu tạo bể cân Hình 1.4: Cấu tạo bể trung hoà Hình 1.5: Cấu tạo bể lắng 11 Hình 1.6: Bể chứa bùn 12 Hình 1.7: Bể vi sinh 13 Hình 1.8: Bể khử trung 14 Hình 2.1: Cấu tạo điện cực đo pH………………………………………………….16 Hình 2.2: Cảm biến đo mức độ bùn Kansai 17 Hình 2.3: Hình dáng sơ đồ nguyên lý máy thổi khí 20 Hình 2.4: Một số hình ảnh máy khuấy chìm 21 Hình 2.5: Sơ đồ cấu tạo máy khuấy chìm Faggiolati GM17A471T1-4V2AK0 22 Hình 2.6: Sơ đồ nguyên lý công tắc pha 23 Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển…………………………………… 30 Hình 3.2: Sơ đồ khối tổng quát CPU 31 Hình 3.3: Quá trình thực PLC 34 Hình 3.4: Sơ đồ nối cổng vào 36 Hình 3.5: Sơ đồ FX3U-64MR/ES-A 38 Hình 3.6: Kích thước modul fx3u-64mr/es-a 38 Hình 3.7:Sơ đồ chân FX3U-64MR/ES-A 39 Hình 3.8: FX3U-4AD-ADP 40 Hình 3.9: Sơ đồ kích thước FX3U-4AD-ADP 41 Hình 3.10: Sơ đồ kích thước FX3U-4AD-AD 41 Hình 3.11: Sơ đồ chân FX3U-4AD-ADP 42 Hình 3.12: Sơ đồ kết nối Analog 42 Hình 3.13: Kích thước bên ngồi, phần tên, Terminal Layout 43 Hình 3.14: Relay 46 Hình 3.15: Hình ảnh công tác tơ Uđm = 220V, Iđm = 150A 48 Hình 3.16: Aptomat 49 CHƯƠNG 1: QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI 1.1 Sơ đồ cơng nghệ Hình 1.1: Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải 1.2 Nguyên lý làm việc Nước thải dây chuyền sản xuất nguồn nước phát sinh từ hoạt động sinh hoạt công nhân thu gom lại cho chảy tự nhiên nhờ vào trọng lực qua lọc rác thơ Rác thải có kích thước lớn gồm: cát đá vụn, gỗ, giấy, giẻ, nylon… giữ lại tránh gây cố trình vận hành cơng trình sau làm tắc bơm, đường ống dẫn đảm bảo an toàn thuận lợi cho hệ thống trình vận hành Các rác thải lấy lên thường xuyên để tránh làm tắc lọc 1.2.1 Vùng 1, vùng xử lý nước thô Vùng cấu tạo gồm phận là: Bộ lọc rác thơ mương lắng cát 1.2.1.1 Bộ lọc rác thô: Là lọc xử lý loại rác lớn trước đưa vào mương lắng cát để tránh bị tắc nghẽn mương lắng cát 1.2.1.2 Mương lắng cát Tại mương lắng cát, lọc rác tinh lắp đặt nhằm giữ lại rác thải có kích cỡ nhỏ để hạn chế tối đa rác thải theo vào ngăn bơm, tăng cường khả bảo vệ bơm a) Cấu tạo Hình 1.2: Cấu tạo mương lắng cát Cấu tạo mương lắng cát gồm có:  Tấm lọc rác thơ: dùng để giữ lại loại rác lớn từ bên vào để đưa nước mịn  Tấm lọc rác tinh: dùng để lọc loại bùn rác lại nhỏ làm cho chất lượng nước tốt trước đưa vào bơm để bơm vào bể cân  Phao đo mức nước: phao dùng để đo mức nước có mương lắng cát b) Nguyên lý hoạt động Ban đầu bắt đầu hoạt động mướng lắng cát chưa có nước nên làm cho phao V1.P1 bể hạ thấp xuống làm cho mạch điện phao hở ra, từ đưa tín hiệu đến van đưa nước vào mở làm cho nước từ chảy vào bể lắng cát Khi nước bể đầy phao V1.P1 đẩy lên làm cho mạch điện phao đóng lại, tín hiệu đưa tới làm cho van tự động đóng lại khơng cho nước vơ tránh trường hợp tràng nước ngồi Tức là, phao V1.P1 có nhiệm vụ điều khiển van tự động V1.V1 đưa nước thải vào mương lắng cát, có cảm biến đưa tín hiệu Digital 1; tín hiệu mức van tự động mở, tín hiệu mức van tự động đóng; có nghĩa van ln mở nước mương lắng cát dâng lên làm phao V1.P1 lên làm kín mạch dịng điện sinh làm van đóng lại 1.2.2 Vùng 2, vùng cân chất nước thải Vùng bể cân bằng, bể cân bằng, dàn ống sục khí bố trí đáy với mục đích khuấy trộn, nước thải trộn lẫn, làm đồng thành phần (BOD, COD, pH, N, P, Nhiệt độ…) Do tính chất nước thải thay đổi theo sản xuất tùy vào tính chất nước thải công đoạn nên bể cân cần thiết việc điều hòa nồng độ lưu lượng nước thải, làm giảm kích thước tạo chế độ làm việc ổn định liên tục cho công trình phía sau, tránh cố q tải Ngồi bể cân cịn có mục đích giảm bớt dao động hàm lượng chất bẩn nước thải, làm giảm ngăn cản lượng nước thải có nồng độ chất độc hại cao trực tiếp vào cơng trình xử lý sinh học 1.2.2.1 Cấu tạo bể cân Hình 1.3: Cấu tạo bể cân Cấu tạo bể cân gồm có:  Hai phao để đo mức nước thấp (V2.P2) mức nước cao (V2.P3) bể cân  Hai máy bơm nước (V2.B1 V2.B2) : dùng để bơm nước từ bể cân lên bồn định lượng  Một máy sục khí (V2.MSK1) : máy sục khí có tác dụng trộn lẫn nước loại tạp chất có nước (BOD, COD, pH, N, P, Nhiệt độ…) để dễ dàng xử lý 1.2.2.2 Nguyên lý hoạt động Khi nước bể lắng cát chảy vào bể cân mực nước bể cân đo hai phao mức thấp phao mức cao Hai phao V2.P2 V2.P3 có nhiệm vụ điều khiển máy sục khí V2.MSK1 máy bơm V2.B1, V2.B2 Phao V2.P2 cảm biến mức thấp Khi mực nước bể cân xuống mức thấp so với phao V2.P2 mạch điện phao P2 hở nên khơng có tín hiệu gửi nên hai máy bơm V2.B1, V2.B2 máy sục khí V2.MSK1 khơng hoạt động Cịn mực nước lên cao phao V2.P2 mạch điện phao đóng lại nên có tín hiệu Digital từ V2.P2 gửi khởi động máy bơm V2.B1, mà mực nước xuống ngừng bơm Đồng thời khởi động máy sục khí V2.MSK1, mực nước xuống ngừng sục khí Phao V2.P3 cảm biến mức cao, mực nước bể cân thấp phao V2.P3 mạch điện phao V2.P3 hở nên khơng có tín hiệu gửi Cịn mực nước bể cao phao V2.P3 mạch điện phao kín mạch nên có tín hiệu Digital từ phao V2.P3 gửi hai bơm V2.B1 V2.B2 khởi động Khi mực nước giảm cho V2.B1 ngưng hoạt động cho V2.B2 hoạt động Hai máy bơm hoạt động luân phiên để tăng tuổi thọ bơm Khơng có trường hợp nước tràn nước chảy qua bể cân từ mương lắng cát trọng lực mà V1.P1 kiểm soát lượng nước vào 1.2.3 Vùng 3, vùng tạo nước thải trung hoà Vùng cấu tạo gồm phận: Bồn định lượng bể trung hoà 1.2.3.1 Bồn định lượng Là nơi điều tiết nước chảy vào chảy vào bể trung hòa, làm cho nước chảy vào bồn trung hòa khơng vượt mức cho phép a) Cấu tạo: có hai ngăn nhằm không nước chảy qua bồn trung hòa nhiều, nước bơm thừa lên tự động chảy xuống lại bể cân b) Nguyên lý hoạt động: Từ bể cân nước thải bơm lên bồn định lượng bơm V2.B1 V2.B2 cho chảy tự nhiên xuống bể trung hòa Nếu lượng nước bơm lên ngăn thứ bị tràn sang ngăn thứ hai từ ngăn thứ hai nước thải tự động chảy lại bể cân 1.2.3.2 Bể trung hoà PH Là nơi xử lý cân tính axit/bazo nước thải, đảm bảo cho độ pH nước thải ln trì mước cho phép Mục đích bể dùng để tránh tượng ăn mòn, phá hủy vật liệu hệ thống ống dẫn, cơng trình nước, đảm bảo độ pH cho phép ngồn nước tiếp nhận sơng, ngịi, ao hồ, nước thải cơng nghiệp có tính axit 1.2.3.2 Cấu tạo  Gồm phận sau:  Bồn chứa axit: gồm có máy bơm axit (V3.AX1, V3.AX2), máy khuấy (V3.MK2), phao đo mức axit có bồn (P7.AX), đèn báo (L.AX)  Bồn chứa bazo: gồm có máy bơm bazo (V3.BZ1, V3.BZ2), máy khuấy (V3.MK3), phao đo mức bazo có bồn (P8.BZ), đèn báo (L.BZ)  Một máy khuấy (V3.MK1): đặt bể trung hồ có tác dụng khuấy cho axit/bazo vào nước thải trình trung hoà pH  Phao để đo mức nước cao (V3.P5) mức nước thấp bể (V3.P4)  Sensors đo pH: có nhiệm vụ kiểm tra độ pH bể  Một van tự động (V3.V4): có nhiệm vụ đưa nước thải trung hoà qua bể lắng Hình 1.4: Cấu tạo bể trung hồ Pđm = 30 kW; Uđm = 380 V, hệ số công suất 0.85 Iđm = √ = √ Ta nhân hệ số dự trữ dòng điện KI = 1.7 => Iđm = 1.5 54 = 81 A Vậy ta chọn loại aptomat có dịng là: I aptomat = 100 A 3.7 Bản vẽ sơ đồ hệ thống (Đã vẽ vẽ) 3.8 Kết luận Chương khái quát cho ta hiểu biết thêm plc đồng thời dựa vào nhu cầu thực tế đưa cách tính tốn số liệu hợp lí nhằm mục đích lựa chọn điều khiển CPU, modul mở rộng đầu vào analog thiết bị relay, aptomat, contactor nhằm đáp yêu cầu việc vận hành bảo vệ hệ thống hoạt động 51 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ SƠ ĐỒ THUẬT TOÁN VÀ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 4.1 Sơ đồ thuật tốn  Khâu 1(Vùng 1,2 ) : START K.TONG = V1.P1= ? V1.V1 = N Y V1.V1 = V2.P2 = ? V2.P3 =0 ? N N V2.B1 = V2.B2 = V2.MSK1 = Y Y V2.MSK1 =1 C=C+1 Remain=mod(c/ 2) V2.B1 = V2.B2 = V2.MSK1 = N Remain = ? V2.P2 =1? V2.P3 =1 ? V2.B1 = V2.B2 = Y V2.B1 = V2.B2 = 52  Khâu 2(Vùng 3) : START K.TONG = V3.P5 = N HOẠT ĐỘNG CỦA BƠM V2.B1, V2.B2 Y V2.B1 = V2.B2 = V3.MK1 = V3.BZ1 =1 V3.BZ2 =1 V3.MK3 =1 Y V3.DPH