ứng dụng wincc và s7-200 điều khiển giám sát xử lí nước thải

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD : NGUYỄN ĐỨC TOÀN LỜI NÓI ĐẦU Xã hội ngày càng phát triển, nhu cầu vật chất và tinh thần của con người ngày càng cao, vì thế bài toán về cung – cầu đang được các nhà sản xuất tìm cách giải quyết. Tự động hóa trong dây chuyền sản xuất là một phương án tối ưu, nó đòi hỏi sự nhanh chóng, chính xác và giảm thiểu được nhân công lao động. Quá trình sản xuất càng được tự động hóa cao càng nâng cao năng suất sản xuất giảm chi phí tăng tính cạnh tranh cho các doanh nghiệp. Các hệ thống điều khiển, giám sát và thu thập dữ liệu (SCADA: “Supervisory Control And Data Acquisition ) là giải pháp hiện đại, giúp việc sản xuất hay kiểm tra sản phẩm, thu thập, quản lý dữ liệu dễ dàng, nhanh chóng và ít sai sót. Người ta hoàn toàn có thể theo dõi và vận hành một nhà máy từ phòng Điều Khiển Trung Tâm mà không cần xuống tận các phân xưởng, đặc biệt là trong các nhà máy có môi trường sản xuất độc hại đối với sức khỏe người như nhà máy hóa chất, nhà máy xử lí chất thải… SVTH : NGUYỄN ĐÌNH BẢO 1 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD : NGUYỄN ĐỨC TOÀN LỜI CẢM ƠN Trong quá trình thực hiện luận văn này, em đã nhận được sự hướng dẫn và giúp đỡ tận tình của Thầy Nguyễn Đức Toàn. Em xin chân thành cảm ơn Thầy cùng toàn thể Thầy Cô trong khoa Điện đã tạo điều kiện để em nghiên cứu đề tài. Cuối cùng em xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình và người thân đã chăm sóc động viên em hoàn thành luận văn này. SVTH : NGUYỄN ĐÌNH BẢO 2 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD : NGUYỄN ĐỨC TOÀN NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN TP. Hồ Chí Minh, ngày … tháng 07 năm 2012 GIÁO VIÊN NHẬN XÉT SVTH : NGUYỄN ĐÌNH BẢO 3 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD : NGUYỄN ĐỨC TOÀN NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG PHẢN BIỆN TP. Hồ Chí Minh, ngày … tháng 07 năm 2012 GIÁO VIÊN NHẬN XÉT SVTH : NGUYỄN ĐÌNH BẢO 4 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD : NGUYỄN ĐỨC TOÀN MỤC LỤC CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 7 1.1.Đặt vấn đề 7 1.5. Giới hạn luận văn 9 2.1. Nguồn gốc và đặc tính của nước thải sinh hoạt 10 2.2. Thành phần và tính chất của nước thải sinh hoạt 10 2.3. Tổng quan về các phương pháp xử lý nước thải 11 CHƯƠNG 3. TỔNG QUAN VỀ CÔNG TY SUNYAD – VIỆT NAM 23 3.1. Giới thiệu chung về công ty 23 3.2. Thông tin hoạt động sản xuất 23 3.3. Qui trình sản xuất của công ty 24 3.4. Vấn đề gây ô nhiễm của công ty 25 3.5. Lựa chọn công nghệ xử lý 28 3.6.Tính toán thiết kế các công trình đơn vị 31 CHƯƠNG 4. GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ PLC S7-200 64 4.1. Giới thiệu 64 4.2. Ưu điểm của PLC 66 4.3. Ứng dụng PLC trong công nghiệp 66 4.4. Các vùng nhớ 67 4.5. Modul Analog EM 235 70 Mô tả 71 4.6. Qui ước định địa chỉ trong PLC S7-200 73 CHƯƠNG 5. PHẦN MỀM MICRO/WIN VÀ PC ACCESS 76 5.1. Soạn thảo chương trình với phần mềm STEP7-Micro/Win V4.0 76 5.2. Kết nối truyền thông S7-200 với thiết bị lập trình: 82 5.3. Tập lệnh của S7-200 83 5.4. Cách sử dụng S7-200 PC Access 89 Chương 6. MÔ HÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT 96 6.1Qui trình công nghệ 96 6.2Nguyên lý hoạt động 96 6.3Sơ đồ tủ điện 97 6.4Lưu đồ giải thuật 99 6.5Lập trình điều khiển với S7-200 cho mô hình xử lý nước thải: 103 SVTH : NGUYỄN ĐÌNH BẢO 5 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD : NGUYỄN ĐỨC TOÀN 6.6. Tạo giao diện winCC cho mô hình xử lý nước thải 110 6.7 Mô hình 142 144 KẾT LUẬN & HƯỚNG PHÁT TRIỂN 145 TÀI LIỆU THAM KHẢO 146 SVTH : NGUYỄN ĐÌNH BẢO 6 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD : NGUYỄN ĐỨC TOÀN CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1. Đặt vấn đề. Hệ thống xử lý nước thải ngày càng đóng vai trò quan trọng trong xã hội, nó góp phần cải thiện môi trường đang ô nhiễm hiện nay, cụ thể ở đây là môi trường nước. Vì vậy, bảo vệ môi trường trở thành vấn đề toàn cầu, là quốc sách của hầu hết các nước trên thế giới. Trong những năm gần đây, cùng với xu thề hội nhập và phát triển kinh tế trong khu vực và trên thế giới, tốc độ công nghiệp hóa của Việt Nam ngày càng phát triển, nhiều khu công nghiệp, khu chế xuất ra đời, nhiều ngành công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp và nông nghiệp phát triển mạnh. Vì thế, hằng ngày khối lượng nước thải không nhỏ được thải ra nguồn tiếp nhận mà chưa qua hệ thống xử lý. Điều này làm môi trường ngày càng bị ô nhiễm trầm trọng. Để tiếp tục phát triển kinh tế – xã hội – môi trường một cách bền vững thì các biện pháp bảo vệ môi trường phải được quan tâm và thực hiện đúng mức. Việc đặt ra tiêu chuẩn môi trường và thực hiện luật môi trường là một điều hết sức cần thiết đối với môi trường sống và sức khỏe cộng đồng. Chính vì vậy mà việc lựa chọn thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho các công ty xí nghiệp là một trong những vấn đề cấp bách đối với chính sách bảo vệ môi trường của nước ta. Và để có thể thiết kế và vận hành tốt hệ thống xử lý nước thải thì yêu cầu phải có kiến thức về hóa sinh, các quá trình xử lý, kiến thức chuyên ngành, sử dụng được các phần mềm thiết kế điều khiển, giao diện giám sát. Để nâng cao khả năng quản lý, giảm chi phí nhân công, chi phí vận hành thì giải pháp hiện nay là ứng dụng tự động hóa vào nhà máy, thường sử dụng PLC kết hợp phần mềm winCC để mà điều khiển.WinCC (Windows Control Center) là phần mềm tích hợp giao diện người máy HMI (Intergrate Human Machine Interface) đầu tiên cho phép kết hợp phần mềm điều khiển với quá trình tự động hoá. Những thành phần dễ sử dụng của WinCC giúp tích hợp những ứng dụng mới hoặc có sẵn mà không gặp bất kỳ trở ngại nào.Đặc biệt với WinCC, người sử dụng có thể tạo ra một giao diện điều khiển giúp quan sát mọi hoạt động của quá trình tự động hoá một cách dễ dàng. Phần mềm này có thể trao đổi trực tiếp với nhiều loại PLC của các hãng khác nhau như: SIEMENS, SVTH : NGUYỄN ĐÌNH BẢO 7 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD : NGUYỄN ĐỨC TOÀN MITSUBISHI, ALLEN BRADLEY, , nhưng nó truyền thông rất tốt với PLC của hãng SIEMENS. Nó dược cài đặt trên máy và tính giao tiếp với PLC thông qua cổng COM1 hoặc COM2 (chuẩn RS-232) của máy tính. Do đó, cần phải có một bộ chuyển đổi từ chuẩn RS-232 sang chuẩn RS-485 của PLC. Ngoài khả năng thích hứng cho việc xây dựng các hệ thống có qui mô lớn nhỏ khác nhau, WinCC còn có thể dễ dàng tích hợp với những hệ thống cấp cao như MES (Manufacturing Excution System - Hệ thống quản lý việc thực hiện sản suất) và ERP (Enterprise Resourse Planning). WinCC cũng có thể sử dụng trên cơ sở qui mô toàn cầu nhờ hệ thống trợ giúp của SIEMENS có mặt trên khắp thế giới. Với những tính năng ưu việt đó của winCC, em chọn phần mềm winnCC để ứng dụng vào việc giám sát và điều khiển mô hình xử lý nước thải. Luận văn xây dựng trên nền tảng của công nghệ xử lý nước thải có áp dụng tự động hóa, mặc dù chỉ là mô hình nhỏ nhưng cũng phản ánh một phần nào tính năng của hệ thống. 1.2. Mục đích của luận văn Đề tài này được thực hiện nhằm mục đích nghiên cứu và đề xuất công nghệ xử lý thích hợp cho một trường hợp cụ thể nhằm giảm thiểu các chỉ tiêu ô nhiễm có trong nước thải. 1.3. Hướng tiếp cận luận văn - Thu thập và tìm hiểu hệ thống xử lý nước thải qua sách vở và tài liệu trên mạng. - Thu thập và tìm hiểu các nhà máy xử lý nước thải. - Tìm hiểu hướng vận hành và giám sát hệ thống. - Tìm hiểu công cụ lập trình qua các kiến thức đã học ở trường, qua hướng dẫn của Thầy Cô, hỗ trợ từ bạn bè, tìm hiểu từ sách vở tài liệu liên quan. 1.4. Cách thức tiến hành - Nghiên cứu các quá trình xử lý nước thải, mô hình xử lý nước thải. - Liệt kê các danh mục thiết bị trong mô hình. - Xác định cơ cấu vận hành và giám sát phù hợp với mô hình, đưa ra lưu đồ giải thuật điều khiển. - Lập trình PLC S7-200 - Xây dựng giao diện winCC giám sát và vận hành hệ thống. SVTH : NGUYỄN ĐÌNH BẢO 8 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD : NGUYỄN ĐỨC TOÀN - Kết nối giao diện và chương trình PLC. 1.5. Giới hạn luận văn - Thời gian thực hiện đề tài: từ ngày 23/4/2012 đến ngày 10/7/2012. - Thiếu thiết kế chuyên dụng như các loại bơm, cảm biến… do vậy đề tài chưa có thể ứng dụng các giải thuật điều khiển, chưa thể hiện việc giám sát chính xác các thông số. - Tính năng của phần mềm wincc chưa thể hiện được hết, cụ thể các chức năng như quản lý dữ liệu SQL,… - Việc ứng dụng công nghệ xử lý chung cho một ngành công nghiệp là rất khó khăn , do mỗi nhà máy có đặc trưng riêng về công nghệ, nguyên liệu, nhiên liệu… nên thành phần và tính chất nước thải khác nhau. Phạm vi ứng dụng của đề tài là xử lý nước thải của Công Ty Sunyad và một số công ty khác nếu có cùng đặc tính chất thải đặc trưng. SVTH : NGUYỄN ĐÌNH BẢO 9 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD : NGUYỄN ĐỨC TOÀN CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG THỨC XỬ LÝ NƯỚC THẢI 2.1. Nguồn gốc và đặc tính của nước thải sinh hoạt 2.1.1. Nguồn gốc nước thải sinh hoạt Nước thải sinh hoạt là nước xả bỏ sau khi sử dụng cho các mục đích sinh hoạt của con người như: tắm, giặt giũ, tẩy rửa, vệ sinh cá nhân… Nước thải sinh hoạt thường được thải ra từ các căn hộ, cơ quan, xí nghiệp, trường học, bệnh viện, chợ, các công trình công cộng khác và ngay trong các cơ sở sản xuất. 2.1.2. Đặc tính của nước thải sinh hoạt Nước thải sinh hoạt thường bị ô nhiễm bởi: các cặn hữu cơ, các chất hữu cơ hòa tan (thông qua các chỉ tiêu BOD 5 , COD), các chất dinh dưỡng (Nitơ, Phospho), các vi trùng gây bệnh (E.Coli, Coliform,…) 2.2. Thành phần và tính chất của nước thải sinh hoạt Mức độ cần thiết xử lý nước thải phụ thuộc vào: - Nồng độ nhiễm bẩn của nước thải. - Khả năng tự làm sạch của nguồn tiếp nhận. - Yêu cầu về mặt vệ sinh môi trường. Để lựa chọn công nghệ xử lý nước thải và tính toán thiết kế các công trình đơn vị trong hệ thống xử lý nước thải, trước tiên cần phải biết thành phần và tính chất của nước thải. Thành phần nước thải được chia làm 2 nhóm chính: thành phần vật lý và thành phần hóa học.  Thành phần vật lý: Biểu thị các dạng chất bẩn có trong nước thải ở các kích thước khác nhau, được chia làm 3 nhóm: - Nhóm 1: gồm các chất không tan chứa trong nước thải dạng thô (vải, giấy, lá cây, sạn, sỏi, cát,…) ở dang lơ lửng (δ > 10 -1 mm) và các chất ở dạng huyền phù, nhũ tương, bọt (δ = 10 -1 ÷ 10 -4 mm) - Nhóm 2: gồm các chất bẩn dạng keo (δ = 10 -4 ÷ 10 -6 mm) - Nhóm 3: gồm các chất bẩn ở dạng hòa tan (có δ < 10 -6 mm), chúng có thể ở dạng ion hay phân tử: hệ 1 pha, dung dịch thật. SVTH : NGUYỄN ĐÌNH BẢO 10 [...]... loại rau và cây thực phẩm này Xả nước thải vào ao, hồ, sơng, suối Nước thải được xả vào những nơi vận chuyển và chứa nước có sẵn trong tự nhiên để pha lỗng chúng và tận dụng khả năng tự làm sạch của các nguồn nước tự nhiên Khi xả nước thải vào nguồn tiếp nhận nước của nguồn tiếp nhận sẽ bị nhiễm bẩn Mức độ nhiễm bẩn phụ thuộc vào: lưu lượng và chất lượng nước thải, khối lượng và chất lượng nước có sẵn... dùng để xử lý các loại nước thải đậm đặc riêng biệt còn đối với các loại nước lỗng với khối lượng nhiều thì dùng những phương pháp đó khơng hợp lý Xử lý nước thải ở mức độ cao được ứng dụng trong các trường hợp u cầu giảm bớt nồng độ bẩn (theo chất lơ lửng, BOD 5, COD, Nitơ, Phospho, và các chất khác…) sau khi đã xử lý sinh học, trước khi xả vào nguồn nước cần lưu ý rằng: nước thải sau khi xử lý ở... xỉ than để tăng hiệu quả xử lý nước thải Sau đó nước thải sẽ được phân phối vào bể lọc sinh học ngầm với hệ thống máng phân phối có đục lỗ Nước thải sẽ len qua bề mặt lớp vật liệu lọc Nhờ có quần thể vi khuẩn sống bám trên bề mặt lớp vật liệu lọc hấp thu và phân hủy chất hữu cơ có trong nước thải Nước thải sau đó được thu qua hệ thống hệ thống thu nước đặt bên dưới và bơm vào bể lắng đợt 2 để loại... dưỡng dẫn đến tình trạng phân hủy nội bào và mất đi khả năng bám dính Nước thải sau xử lý được thu qua hệ thống thu nước đặt bên dưới Hệ thống thu nước này có cấu trúc rổ để tạo điều kiện cho khơng khí lưu thơng trong bể Sau khi ra khỏi bể, nước thải vào bể lắng đợt 2 để loại bỏ màng vi sinh tách khỏi giá thể Nước sau xử lý có thể tuần hồn để pha lỗng nước thải đầu vào bể lọc sinh học, đồng thời duy trì... trong nước thải, bể điều hòa được lưu với thời gian là 4 giờ Nước thải từ bể điều hòa sẽ tự chảy vào bể lắng 2 vỏ Ở đây, lượng cặn có trong nước thải sẽ được lắng qua các máng lắng, được giữ lại ở ngăn chứa bùn của bể và được hút vào bể chứa bùn theo từng đợt Bể lắng 2 vỏ được thiết kế với tiết diện tròn và có 2 máng lắng đặt theo đường kính bể, thời gian lưu nước ở bể lắng 2 vỏ là 90 phút Nước thải. .. các phương pháp xử lý nước thải Các loại nước thải đều chứa tạp chất gây ơ nhiễm rất khác nhau, từ các loại chất rắn khơng tan đến những loại chất khó tan hoặc tan được trong nước, xứ lý nước thải là loại bỏ các tạp chất đó, làm sạch lại nước và tái sử dụng hoặc thải vào nguồn Để đạt được những mục đích đó, chúng ta thường dựa vào đặc điểm của từng loại tạp chất để lựa chọn phương pháp xử lý thích hợp... xử lý ở mức độ cao có thể ứng dụng lại trong các quy trình cơng SVTH : NGUYỄN ĐÌNH BẢO 21 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD : NGUYỄN ĐỨC TỒN nghệ của nhà máy và do đó giảm được lượng nước thải xả vào nguồn, giảm được nhu cầu sử dụng nước cho sản xuất Nhìn chung khi chọn các phương pháp xử lý nước thải phải căn cứ vào các đặc điểm về khối lượng, chất lượng của các chất ơ nhiễm và các điều kiện địa phương khác... những tạp chất có kích thước lớn và vào bể thu gom Từ đây nước thải sẽ được bơm vào bể điều hòa để khuấy trộn đều nước thải và giúp ổn định lưu lượng, làm cho hoạt động của các cơng trình sau hiệu quả hơn Bể điều hòa được thiết kế với hệ thống phân phối khí dạng ống có đục lỗ lắp đặt ở đáy bể giúp cho việc xáo trộn nước được tốt hơn và tăng cường lượng oxy hòa tan trong nước thải Hơn nữa, việc cung cấp... trong nước thải và thuộc nhóm phục hồi Còn các phương pháp hỗn hợp và sinh học thuộc nhóm các phương pháp phân hủy Gọi là phân hủy vì: các chất bẩn trong nước thải sẽ bị phân hủy chủ yếu theo các phản ứng oxy hóa và một ít theo phản ứng khử Các sản phẩm tạo thành sau khi phân hủy sẽ được loại bỏ khỏi nước thải ở dạng khí, cặn lắng hoặc còn lại trong nước nhưng khơng độc Những phương pháp phục hồi và phương... khỏi nước thải bằng dung mơi nào đó nhưng với điều kiện dung mơi đó khơng tan trong nước và độ hòa tan chất bẩn trong dung mơi cao hơn trong nước  Chưng bay hơi Phương pháp này là chưng nước thải để các chất hòa tan trong đó cùng bay lên theo nước Ví dụ : người ta chưng nước thải của nhà máy hóa chất cho phenol bay đi theo hơi nước 2.3.3 Các phương pháp hóa học  Phương pháp trung hòa Nhằm trung hòa nước . QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG THỨC XỬ LÝ NƯỚC THẢI 2.1. Nguồn gốc và đặc tính của nước thải sinh hoạt 2.1.1. Nguồn gốc nước thải sinh hoạt Nước thải sinh hoạt là nước xả bỏ sau khi sử dụng cho các mục đích. công nghệ xử lý nước thải và tính toán thiết kế các công trình đơn vị trong hệ thống xử lý nước thải, trước tiên cần phải biết thành phần và tính chất của nước thải. Thành phần nước thải được. trình xử lý nước thải, mô hình xử lý nước thải. - Liệt kê các danh mục thiết bị trong mô hình. - Xác định cơ cấu vận hành và giám sát phù hợp với mô hình, đưa ra lưu đồ giải thuật điều khiển. -