(TIỂU LUẬN) báo cáo đồ án i đề tài THIẾT kế hệ THỐNG đo LƯỜNG điều KHIỂN TRONG xử lý nước THẢI CÔNG NGHIỆP

Thiết kế hệ thống đo lường điều khiển xử lý nước thải công nghiệp BÁO CÁO ĐỒ ÁN I Đề tài: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐO LƯỜNG ĐIỀU KHIỂN TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP Giảng viên hướng dẫn: TS Bùi Đăng Thảnh Sinh viên thực hiện: Nhóm 1: Cao Ngọc Thắng ĐK TĐH – K56 Bùi Bình Dương ĐK TĐH – K56 Bùi Minh Đức ĐK TĐH – K56 Thiết kế hệ thống đo lường điều khiển xử lý nước thải cơng nghiệp A LỜI MỞ ĐẦU Xử lí nước thải công nghiệp vấn đề quan trọng chuyên biệt với ngành công nghiệp, đảm bảo vệ sinh môi trường phát triển bền vững cho kinh tế Ngày nay, mơ hình xử lí nước thải cơng nghiệp có nhiều cải tiến nhằm phục vụ cho mục đích quản lí điều khiển dễ dàng cho người sử dụng Tiêu biểu việc áp dụng cơng nghệ tự động hóa mơ hình SCADA, động tác giám sát điều khiển người quản lý thực thao tác PC Chỉ cần click chuột hay gõ phím đơn giản thay vi điều khiển tay công đoạn khâu xử lý Việc góp phần nâng cao hiệu quả, tiết kiệm thời gian sức lực cho người sử dụng Trong trình học tập giúp đỡ hướng dẫn thầy giáo Bùi Đăng Thảnh tham khảo thêm tài liệu chúng em hoàn thành báo cáo Nội dung báo cáo gồm phần : Phần : Tổng quan hướng nghiên cứu đề tài Phần : Hệ thống xử lí nước thải cơng nghiệp Phần : Nghiên cứu ứng dụng SCADA vào hệ thống xử lí nước thải cơng nghiệp Tuy nhiên, q trình làm khơng thể tránh khỏi có sai sót, chúng em mong nhận góp ý, nhận xét thầy cô giáo bạn để báo cáo hồn thiện Em xin chân thành cảm ơn !!! Thiết kế hệ thống đo lường điều khiển xử lý nước thải cơng nghiệp B NỘI DUNG Đề tài: Tìm hiểu thiết kế hệ thống đo lường điều khiển xử lý nước thải công nghiệp I TỔNG QUAN HƯỚNG NGHIÊN CỨU Xử lí nước thải cơng nghiệp vấn đề vô quan trọng sản xuất công nghiệp bảo đảm cho môi trường tạo phát triển bền vững cho kinh tế Trên giới, hệ thống xử lí nước thải nghiên cứu ứng dụng từ lâu, cơng nghệ xử lí nước thải ngày tiên tiến hiệu Có thể nói trình độ tự động hố xử lý nước thải đạt mức cao, tất công việc giám sát, điều khiển thực trung tâm, người vận hành hỗ trợ công cụ đơn giản, dễ sử dụng giao diện đồ hoạ PC, điều khiển kích chuột, góp phần nâng hiệu cho cơng việc quản lý điều hành dây chuyền cơng nghệ Ngồi với phát triển công nghệ thông tin viễn thông, khoảng cách không gian thời gian rút ngắn, cho phép người vân hành điều khiển từ cách xa hàng ngàn km với máy tính PC nhận thơng tin hệ thống thông qua sms… SCADA viết tắt Supervisory Control And Data Acquisition (Điều khiển giám sát thu thập liệu) Nó khơng hệ thống điều khiển đầy đủ mà hệ thống giám sát Hệ thống SCADA kết kết hợp chặt chẽ công nghệ thông tin và cơng nghệ tự động hóa Các thiết bị tự động hóa có khả truyền thông tham gia vào mạng truyền thông công nghiệp Một hệ thống SCADA bao gồm hay nhiều máy tính, dùng kèm với phần mềm ứng dụng thích hợp có thành phần cấu trúc gồm: Remote Terminal Unit (RTU): thiết bị đầu cuối từ xa, thực công việc xử lý điều khiển chế độ thời gian thực Các RTU đặt nhiều vị trí khác để thu thập liệu, điều khiển từ xa, tự điều khiển linh hoạt hệ thống thơng báo định kì kết máy tính chủ Master Terminal Unit (MTU): trung tâm điều phối, thực cơng việc xử lí liệu điều khiển mức cao chế độ thời gian thực mềm Một Thiết kế hệ thống đo lường điều khiển xử lý nước thải công nghiệp chức MTU cung cấp giao diện người – quan sát viên với hệ thống Communication System (CS): hệ thống truyền thông (kênh liên kết) cần thiết để truyền liệu từ địa điểm xa đến MTU truyên tín hiệu điều khiển đến RTU Cấu trúc hệ thống SCADA: Trong hệ thống xử lí nước thải cơng nghiệp, hệ thống SCADA đóng vai trị q trình đo lường điều khiển giám sát Ví dụ hệ thống SCADA xử lí nước thải: Thiết kế hệ thống đo lường điều khiển xử lý nước thải cơng nghiệp PLC MÁY TÍNH CƠ CẤU CHẤP HÀNH BẢNG ĐIỀU KHIỂN CẢM BIẾN Từ vị trí trung tâm SCADA theo dõi trang thiết bị đầu cuối đơn vị từ xa RTU PLC Các RTU đo lường loạt thông số điều kiện đa dạng bao gồm nhiệt độ tại, dòng điện, điện áp mức tăng theo thời gian thực Kết lấy từ RTU qua cảm biến khác tích hợp bên Các thành phần cảm biến bao gồm: nhiệt độ, lưu lượng, áp suất, cấp độ… Các liệu sau gửi trở lại đơn vị thông qua kênh truyền thông Các đơn vị báo cáo lại cho đơn vị xử lí trung tâm CPU thực chức kiểm soát phân tích cần thiết Thiết kế hệ thống đo lường điều khiển xử lý nước thải công nghiệp Tài liệu tham khảo: Giáo trình cơng nghệ xử lí nước thải (Trần Văn Nhân, Ngơ Thị Nga – Nhà xuất khoa học kỹ thuật) Wastewater treatment plan SCADA application (Humoreanu, B Fac of Autom & Comput Sci, Tech Univ of Cluj-Napoca, Cluj-Napoca, Romania - Nascu, I ) Wastewater treatment with scada application (Z Tugce OZCAN) S7-300 programmable controller installation and hardware - SIEMENS Giáo trình S7-300 tiếng việt - Hà Văn Trí Wincc manual – SIEMENS Measuring, modeling and controlling the pH value – Jean-peter Ylén Tài liệu SCADA, WINCC , STEP7 (internet) Thiết kế hệ thống đo lường điều khiển xử lý nước thải công nghiệp HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP Khảo sát đánh giá công nghệ xử lý nước thải AI Hiện công nghệ xử nước thải công nghiệp giới ngày tiên tiến đại Càng ngày có nhiều quy trình xử lí nước thải giới Mỗi quy trình lại tương ứng với ngành công nghiệp, nhà máy, phân xưởng định Đề tài thiết kế hệ thống đo lường điều khiển cho hệ thống xử lí nước thải sau: B P1 NƯỚC THẢI TỪ NHÀ MÁY P3 THẢI RA P2 SÔNG, HỒ BỂ LẮNG SP BÙN KHÔ Hình 1: Quy trình xử lí nước thải cơng nghiệp TT TÊN THIẾT BỊ Bơm nước P1, P2, P3 Bơm bùn SP Máy thổi khí B Máy khuấy M1 Máy gạt bùn M2 Bơm hóa chất DP Van điện tử V1, V2 Bảng 1: Danh sách thiết bị hệ thống xử lí nước thải nhà máy bia Thiết kế hệ thống đo lường điều khiển xử lý nước thải công nghiệp Hệ thống xử lý nước thải gồm công đoạn sau: Nước thải từ nhà máy thu vào hố bơm Từ hố bơm, bơm nước qua song chắn rác.Mục đích để khử tất tạp vật gây cố q trình vận hành như: tắc máy bơm, đường ống kênh dẫn Rác vào thùng chứa cách xối liên tục cào thủ công Sau qua song chắn rác, nước tự chảy vào bể cân làm điều hòa lưu lượng để trì dịng thải khơng đổi cơng đoạn sau, khắc phục vấn đề vận hành dao động lưu lượng nước thải gây nâng cao hiệu suất trình cuối dây chuyền xử lí Nhiệt độ nước đo thủ cơng theo chu kỳ theo thời điểm cụ thể Máy bơm bơm nước từ bể cân vào bể trung hòa ổn định lưu lượng Nước thải chứa acid vơ kiềm cần trung hịa pH khoảng 7±0.2 trước sử dụng cho công đoạn xử lí cách sử dụng tác nhân hóa học Trong q trình trung hịa có lượng bùn tạo thành Lượng bùn phụ thuộc vào nồng độ thành phần nước thải loại lượng tác nhân sử dụng cho trình Các tác nhân hóa học thường sử dụng NaOH HCl Khi pH vượt ngưỡng bơm định lượng DP bổ sung thêm NaOH, pH vượt ngưỡng DP bổ sung HCl vào cho máy khuấy M1 hoạt động Máy khuấy tạo điều kiện thuận lợi cho phản ứng trung hòa làm đồng hóa chất bổ sung với nước thải Điều khiển pH thực thủ cơng Để đảm bảo an tồn cho cho vi sinh vật, người vận hành thường xuyên phải đo tay độ pH đầu nguồn nước vào bể kỵ khí để đảm bảo độ pH khơng vượt ngưỡng cho phép Khi phát pH không đạt yêu cầu người vận hành tắt P1, P2, P3 để cắt nguồn nước không đảm bảo tiêu cho công đoạn xử lí sinh học vi sinh vật nhạy cảm với độ pH, pH ảnh hưởng lớn đến trình tạo tạo men hấp thụ chất dinh dưỡng tế bào Sau trung hòa nước xử lý tiếp biện pháp sinh học để làm nước khỏi chất hữu hòa tan số chất vô H2S, chất sunfit, amoni, nitơ,… Phương pháp sử dụng vi sinh vật để phân hủy chất hữu gây ô nhiễm chúng sử dụng chất hữu để lấy dinh dưỡng sinh trưởng Quá trình gọi trinh oxy hóa sinh hóa Ở dụng hai phương pháp kỵ khí hiếu khí Phương pháp kỵ khí dùng để lên men bùn cặn sinh q trình xử lí phương pháp sinh học nước thải công nghiệp chứa hàm lượng chất hữu cao Đây phương pháp cổ điển dùng để ổn định bùn cặn, vi khuẩn kỵ khí phân hủy chất hữu Tùy thuộc vào sản phẩm cuối người ta phân loại trình thành: lên men rượu, lên men axit lactic, lên men metan…Những sản phẩm cuối trình lên men là: cồn, axit, axeton, khí CO2, H2, CH4 Trong Thiết kế hệ thống đo lường điều khiển xử lý nước thải công nghiệp công nghệ chất khí (biogas) thu hồi đốt nhờ hệ thống thu hồi xử lý Phương pháp hiếu khí phương pháp sử dụng nhóm vi sinh vật hiếu khí Bể hiếu khí ln chứa vi sinh vật hiếu khí Trong cơng đoạn có thống sục khí bao gồm máy thổi khí B ống dẫn khí làm nhiệm vụ cung cấp đủ oxi cần thiết cho vi khuẩn trình phân giải chất hữu Kết qua hình thành bơng sinh học lắng trọng lực đầu bể Đối với đa số sinh vật khoảng giá trị pH tối ưu 6,5 – 8,5 Nhiệt độ nước thải ảnh hưởng lớn đến khả hoạt động vi sinh vật Đối với đa số vi sinh vật nhiệt độ nước thải phải từ – 37 độ C Nói chung giá trị DO ln đảm bảo khoảng cho phép nhờ công suất không đổi máy thổi khí theo thiết kế trừ trường hợp có cố Nước thải sau xử lý bể hiếu khí tràn sang bể lắng đứng Ở dùng phương pháp lắng trọng lực Trong nước chứa bùn hoạt tính q trình phân giải vi sinh vật bể hiếu khí chứa vi sinh vật sống chất rắn Một phần bùn đưa quay lại bể hiếu khí để đảm bảo lượng vi sinh vật cần thiết Bể lắng tích thiết kế đủ lớn để nước lưu thông nhiều đảm bảo q trình lắng Do máy gạt bùn, bơm hút bùn ép bùn hoạt động liên tục (luôn bật gạt bùn M2, bơm hút bùn SP máy ép bùn D) Các van tay V4, V5 mở trước chế độ mở định, mức mở kỹ sư vận hành thực nhằm cân thức ăn vi khuẩn hiếu khí Đánh giá cơng nghệ xử lí: - Cơng nghệ có khả cho phép nước đầu đạt chuẩn - Công nghệ chưa áp dụng tự động hóa, việc giám sát điều khiển thực thủ công dẫn đến độ tin cậy, độ ổn định, an toàn thấp - Hiệu kỹ thuật kinh tế chưa cao Yêu cầu đặt ra: Thiết kế hệ thống đo lường điều khiển tự động (SCADA) cho hệ thống BI NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG SCADA VÀO HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI Tổng quan hệ thống SCADA xử lý nước thải công nghiệp SCADA viết tắt Supervisory Control And Data Acquisition (Điều khiển giám sát thu thập liệu) Nó hệ thống điều khiển đầy đủ mà hệ thống giám sát Hệ thống SCADA kết kết hợp chặt chẽ công nghệ thông tin và công nghệ tự động hóa Các thiết bị tự động hóa có khả truyền thơng tham gia vào mạng truyền thông công nghiệp Để giám sát tất hoạt động hệ thống từ trung tâm điều khiển cần có mạng truyền thơng để truyền tất thông tin thu thập Thiết kế hệ thống đo lường điều khiển xử lý nước thải công nghiệp suốt hệ thống Sự giao tiếp mạng SCADA diễn PROFIBUS với chuẩn RS485, phương thức TCP/IP mạng cáp quang Để đảm bảo an tồn thơng tin truyền liệu thơng tin liên lạc thực qua mạng nội LAN, qua mạng internet công cộng Một hệ thống SCADA bao gồm hay nhiều máy tính, dùng kèm với phần mềm ứng dụng thích hợp có thành phần cấu trúc gồm: Humen Machine Interface (HMI): kết nối người dùng với hệ thống cách sử dụng giao diện cho phép người điều khiển hệ thống tương tác với liệu từ tất thành phần mạng truyền thông Central Monitoring Station (CMS): đơn vị hệ thống SCADA có nhiệm vụ thu thập thơng tin từ trạm từ xa đưa hoạt động cần thiết cho kiện phát Remote Terminal Unit (RTU): thiết bị đầu cuối từ xa, thực công việc xử lý điều khiển chế độ thời gian thực Các RTU đặt nhiều vị trí khác để thu thập liệu, điều khiển từ xa, tự điều khiển linh hoạt hệ thống thơng báo định kì kết máy tính chủ Programmable Logic Controller (PLC): sử dụng để tự động hóa q trình xử lí nước thải, thiết kế với nhiều đầu vào nhiều đầu Communication Infrastructure (CI): kết nối RTC PLC với hệ thống giám sát Field Instrumentation (FI): đề cập đến thiết bị kết nối với thiết bị máy móc điều khiển giám sát hệ thống SCADA Đây cảm biến để giám sát thơng số truyền động cho việc điều khiển xác mô đun hệ thống Các chức SCADA xử lí nước thải cơng nghiệp 2.1 Điều chỉnh tự động Điều chỉnh tự động sử dụng thiết bị tự động để tác động lên q trình cơng nghệ cần điều khiển theo chếđộ làm việc định sẵn Mỗi q trình cơng nghệ xảy đối tượng điều chỉnh đặc trưng hay vài đại lượng Một số đại lượng trì khơng đổi, số đại lượng khác thay đổi giới hạn cho trước 2.2 Giám sát điều khiển Nếu điều khiển tay trực tiếp chỗ người vận hành phải tiếp xúc với mơi trường độc hại, lại khó khăn tốn thời gian Mặt khác nhiều trường hợp, ví dụ cố điều khiển tự động, đòi hỏi điều khiển tay phải kịp thời đồng bộ, ví dụ dừng nhanh nhiều máy bơm đặt nhiều vị trí khác nhau, điều khiển lúc nhiều q trình có 10 Thiết kế hệ thống đo lường điều khiển xử lý nước thải công nghiệp 34 Thiết kế hệ thống đo lường điều khiển xử lý nước thải công nghiệp 35 Thiết kế hệ thống đo lường điều khiển xử lý nước thải công nghiệp 36 Thiết kế hệ thống đo lường điều khiển xử lý nước thải công nghiệp 37 Thiết kế hệ thống đo lường điều khiển xử lý nước thải công nghiệp 38 Thiết kế hệ thống đo lường điều khiển xử lý nước thải công nghiệp 39 Thiết kế hệ thống đo lường điều khiển xử lý nước thải công nghiệp 40 Thiết kế hệ thống đo lường điều khiển xử lý nước thải công nghiệp 41 Thiết kế hệ thống đo lường điều khiển xử lý nước thải công nghiệp 42 Thiết kế hệ thống đo lường điều khiển xử lý nước thải công nghiệp 43 Thiết kế hệ thống đo lường điều khiển xử lý nước thải công nghiệp 44 Thiết kế hệ thống đo lường điều khiển xử lý nước thải công nghiệp 45 Thiết kế hệ thống đo lường điều khiển xử lý nước thải công nghiệp 46 Thiết kế hệ thống đo lường điều khiển xử lý nước thải công nghiệp 47 Thiết kế hệ thống đo lường điều khiển xử lý nước thải công nghiệp C KẾT LUẬN Qua việc tìm hiểu thực đề tài “Thiết kế hệ thống đo lường điều khiển xử lí nước thải cơng nghiệp” Chúng em có hiểu biết định quy trình cơng nghệ xử lí nước thải công nghiệp cách thiết kế ứng dụng SCADA vào quy trình xử lý nước thải Một lần chúng em mong góp ý nhận xét thầy giáo bạn để nhóm em hồn thiện đồ án kiến thức để ứng dụng vào thực tiễn sống Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Bùi Đăng Thảnh tạo điều kiện giúp đỡ chúng em qúa trình làm đồ án !!! ……………………………………………………………………… 48 ... lường ? ?i? ??u khiển xử lý nước th? ?i công nghiệp 39 Thiết kế hệ thống đo lường ? ?i? ??u khiển xử lý nước th? ?i công nghiệp 40 Thiết kế hệ thống đo lường ? ?i? ??u khiển xử lý nước th? ?i công nghiệp 41 Thiết kế hệ. .. hệ thống đo lường ? ?i? ??u khiển xử lý nước th? ?i công nghiệp 42 Thiết kế hệ thống đo lường ? ?i? ??u khiển xử lý nước th? ?i công nghiệp 43 Thiết kế hệ thống đo lường ? ?i? ??u khiển xử lý nước th? ?i công nghiệp. .. trình hệ thống 33 Thiết kế hệ thống đo lường ? ?i? ??u khiển xử lý nước th? ?i công nghiệp 34 Thiết kế hệ thống đo lường ? ?i? ??u khiển xử lý nước th? ?i công nghiệp 35 Thiết kế hệ thống đo lường ? ?i? ??u khiển xử