Đặt vần đề
Việt Nam là 1 nước đang phát triển, số lượng nhà máy của quốc gia rất đáng kể, 1 phần không thể thiếu trong tất cả các nhà máy là hệ thống xử lý nước thải chính vì lí do đó nên nhóm đã lựa chọn đề tài nghiên cứu điều khiển dây chuyền xử lí nước thải của nhà máy bia Heniken Hòa Khánh Đà Nẵng.
Tổng quan hoạt động của hệ thống
Mục đích
Xử lí nước thải từ nhà máy bia, để nước đầu ra đạt chuẩn theo quy định của bộ tài nguyên và môi trường.
Quy mô xử lí được toàn bộ nước thải của nhày máy bia.
Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải nhà máy bia
Báo cáo PBL3 19Nh32B_1Hình 1.1: Sơ đồ công nghệ
Sơ đồ khối hệ thống xử lý nước thải
Hình 1.1: Sơ đồ khối quy trình hệ thống
Nguồn nước thải thô từ hệ thống
Nước thải từ khu vực boiler.
Nước tải từ ceenteen, office, sinh hoạt hằng ngày.
Thông số Đơn vị Thiết kế
Lưu lượng cực đại m 3 /ng 3040
Lưu lượng cực đại tức thời m 3 /h 190
Nồng độ COD max mg/l 3068
Nồng độ TSS max mg/l 600
Tải lượng OCD max Kg/ng 9350
Bảng 1: Thông số nước đầu vào để dựa vào để thiết kế hệ thống.
Chi tiết quy trình công nghệ
Phần tách rác và các bể tiền xử lí
Hình 1.1: Quy trình tách rác và tiền xử lý
1 tấm lọc rác thô (coarse screen)
1 bể thu gom nước thải từ các nguồn thải đổ về
1 tấm lọc rác tinh (fine screen).
1 bể cân bằng (equalisation tank)
Và 1 bể dự trữ (calamity tank).
Hình 1.2: Vùng tách rác và tiền xử lí.
Nguyên lí chung: nước thải thô từ nguồn sẽ được lọc qua tấm lọc rác thô đến tập trung tại bể thu gom sau đo lọc qua tấm lọc rác tinh và được chảy vào bể trung hòa, và bể calamity Sau dó là đến giai đoạn xử lí hiếu khí.
1.2 Tấm lọc rác thô bể thu gom và tấm lọc rác tinh. a Mục đích.
Bể thu gom là nơi tập hợp tất cả các nguồn thải trong nhà máy.
Tấm lọc rác thô giúp lọc đi rác thải kích thước lớn Tấm lọc rác tinh giúp lọc đi rác thải kích thước bé Việc này giúp lọc bớt rác thải để tránh hư hỏng máy móc động cơ ở những chu trình phía sau.
Hình 1.1: Nước thô đầu vào và bể thu gom b Cấu tạo
1 tấm lọc rác thô (coarse screen)
1 bể thu gom nước thải từ các nguồn thải đổ về
1 tấm lọc rác tinh (fine screen).
1 cảm biến đo mức nước.
1 vòi phun chống tắc nghẽn tấm lọc tinh.
2 valve điều tiết nước vào bế điều hòa và calamity,
Kích thước bê: dài 4m, rộng 4m, sâu 8.1, chiều cao nước tối đa 4m. c Nguyên lí hoạt động.
Nước thải thô được chảy chung về bể thu gom, thông qua tấm lọc rác thô để loại bỏ các loại vật cản có kích thước lớn như đá, mảnh thủy tinh, bì nilon, chai nhựa… sau đó tại bể thu gom nước thải sẽ được lọc qua tấm lọc rác tinh (đặt nghiên 60 0 ) để lọc tiếp vỏ trấu và các rác thải kích thước nhỏ Tại tấm lọc rác tính có 1 vòi phun để chống nghẽn khi lọc nước qua 2 lần lọc sẽ được điều tiết bởi 2 valve chảy vào bể cân bằng và sự cố.
Khi có hiện tưởng quá mực nước cho phép cảm biến mức sẽ đưa tín hiệu về bộ điều khiển và đưa ra cảnh báo cho người vận hành.
Thông thường không xảy ra hiện tượng tràn vì đã tính toán lưu lượng nước thải toàn bộ nhà máy Tấm lọc rác sẽ được vệ sinh theo định kì.
1.3 Bể cân bằng. a Mục đích.
- Điều hòa pH, chất hữu cơ và các chất khác (COD, TSS, TP….)
- Thể tích bể đủ chứa trong 11h trong lúc bình thường và 8h trong giai đoạn nhà máy làm việc tối đa công suất Thời gian này giúp câng bằng pH và độ hữu cơ cũng như thủy phân đường, amino axit và axit béo bằng 1 số hợp chất hữu cơ. b Cấu tạo.
3 cảm biến mức nước cao, thấp, trung bình
1 cảnh báo gồm đèn và chuông còi
3 van điều tiết có thể điều khiển được lưu lượng dòng chảy.
Bồn axit bazo để cân băng pH trong bể 2 valve điều tiết lượng hóa chất này.
Nước trong bể sẽ được điều hòa ở một mức độ pH đặt trước, bằng việc thêm hóa chất axit và bazo vào bể.
Khi nước ở mức dưới bộ điều khiển sẽ khóa 3 vavle điều tiết ra, dừng 3 bơm trung gian, khóa valve nước đến bể sự cố nước từ bể thu gom sẽ chảy hoàn toàn đến bế trung hòa Sau khi đầy (cảm biến mức cao tác động) valve bể sự cố mở valve bể trung hòa đóng, delay 1 thời gian để trung hòa lượng PH trong bể sau đó sẽ bật bơm ra bơm đến khâu tiếp theo Sau khi bơm xong Nước ở bể sự cố sẽ được bơm ngược lại bể điều hòa.
Cứ thế lặp đi lặp lại.
Bơm khuấy chìm trộn đều nước trong bể khi cảm biến mức trung tác động Cảm biến pH giúp điều tiết lượng pH ổn định theo tiêu chuẩn của bể.
Có 4 chế độ hoạt động cho 3 valve đi vào bể UASB1, UASB2, bypass aerobic tank Tùy theo quyết định của người quản lí vận hành.
- Chế độ chảy flow: người vận hành cài đặt cố định dòng chảy qua bể UASB và bypass earobic tank.
- Chế độ chảy theo mức nước ở bể điều hòa Nước rút tự động ở một lưu lượng nào đó để duy trì mức nước trong bể điều hòa.
- Chế độ chả kết hợp “cố định lưu lượng vào và cố định mức nước”.
- Chế độ chạy kết hợp cố định mức nước và bypass 3 valve được điều khiển bằng PID.
- Thu nhận nước thải vượt ngưỡng (COD, pH, temperature)
- Nạp từ từ, hòa loãng với nước thải trong ngưỡng
- Tránh gây quá tải cho bể điều hòa.
- Bể sự cố sẽ hoạt động trong thời gian bể trung hòa được đóng kín để điều chỉnh nồng độ PH. a Cấu tạo.
1 máy khuấy chìm: 5kw,475rpm.
Bơm ra: công suất 3.1 kW.
Cảnh báo khi quá mức nước cho phép quá lâu
1 bơm khuấy ngầm tránh trường hợp bùn bị đọng lại dưới đáy bể.
Hình 1.1: Bể sự cố b Nguyên lí hoạt động.
Nước thải trong khi bể điều hòa được đóng kín để trung hòa PH sẽ chảy vào bể sự cố. Đến khi mực nước trong bể điều hòa giảm xuống mức độ bình thường nước từ bể calammity sẽ được bơm ngược trở lại vào bể điều hòa.
Nếu nước ở mức thấp thì các bơm ko hoạt động, nếu ở mức trung bình và cao thì tùy vào tình trạng của bể điều hòa bơm khuấy chìm và bơm đến bể điều hòa sẽ hoạt động
Xử lí kỵ khí
Bể kỵ khí trong xử lý nước thải là phương pháp xử lý nước theo nguyên tắc yếm khí (không có oxy) Theo đó, các vi sinh vật kỵ khí sẽ được tạo điều kiện để lấy oxy trong các chất hữu cơ trong nước để sử dụng, từ đó giảm nồng độ các chất này.
Xử lý kỵ khí thường áp dụng là bể UASB (xử lý khí bằng phương pháp dòng chảy ngược)
Hình 1.1: Quy trinh xử lý kỵ khí
2.3 Bể UASB (Upflow Anearobic Sludge Blanket)
Bể UASB là bể xử lý sinh học dòng chảy ngược qua tầng bùn kỵ khí Trên thực tế, bể UASB được thiết kế dành cho xử lý nước thải có nồng độ ô nhiễm hữu cơ cao và thành phần chất rắn thấp Nồng độ COD đầu vào được giới hạn ở mức Min là 100mg/l, nếu SS
> 3.000 mg/l thì không thích hợp để xử lý UASB Xử lý nước thải UASB là quá trình xử lý sinh học kỵ khí, trong đó nước thải sẽ được phân phối từ dưới lên và được khống chế vận tốc phù hợp là: V < 1m/h T
Hai lò phản ứng UASB (Lò bùn kỵ khí ngược dòng) bằng nhau sẽ được xây dựng cạnh nhau, sử dụng chung một kênh xả thải Các lò phản ứng UASB được thiết kế trên tốc độ tải thể tích tối đa là 8 kg
COD / m3.Ngày cho tải trọng thiết kế tối đa ở MP.
Các điểm lấy mẫu được đặt ở các độ cao khác nhau trên lò phản ứng UASB, để xác định lượng bùn.
Hình 1.1: Bể UASB 1&2 b Cấu tạo
Kích thước Thông số kỹ thuật Dinh dưỡng
Dài:15 m Tải lượng thiết kế: 9.350 kg COD/N/P: 400/5/1-
Rộng:10 m COD/ngày COD/SO4: > 10- Khoáng
Chiều cao mức nước: Tải lượng hữu cơ: 9,89 kg chất: Ca, Mg, Na, K 6,3m COD/ m³.ngày (sử dụng 1 Spores: Fe, Co, Ni,
Khoảng trống: 0,4m bể) Mo,Se
Thể tích tổng cộng: Tải lượng hữu cơ: 4,95 kg
945m³ COD/m³.ngày (sử dụng 2 bể) Tốc độ dòng đi lên: 0,5 – 1 m/h
Hình 1.1: Sơ đồ cấu tạo bể UASB
Gồm các bộ phận như sau:
Thiết bị trộn tĩnh trên đường nạp vô UASB với 2 điểm tiêm (A.190.150.004/5) UASB thiết bị đo lưu lượng (FIT.190.150.001/7)
UASB thiết bị đo pH/T (QIT.190.150.002/3/8/9)
UASB thiết bị đo pH/T (QIT.190.150.005/6/11/12)
5 điểm có cao độ khác nhau để lấy mẫu UASB 1&2
Nắp thu gom Biogas Ống thu gom nước sau XL
Báo cáo PBL3 19Nh32B_1 c Nguyên lí hoạt động của bể UASB
Quá trình xử lý nước thải tại bể UASB trải qua 3 giai đoạn như sau:
Trong giai đoạn đầu tiên nay, các chất thải phức tạp cũng như chất không tan được chuyển hóa thành các chất đơn giản hoặc phân hủy thành chất hòa tan đơn giản như đường, Amoni axit, axit béo Quá trình chuyển hóa này có được là nhờ những enzym do vi khuẩn sinh học tiết ra.
Giai đoạn 2: Axit hóa Ở giai đoạn 2, diễn ra quá trình lên men chuyển hóa các chất đã hòa tan trong bể thành những chất đơn giản hơn như axit béo, Alcohols, CO2, H2, NH3…và các sinh khối mới Do hình thành axit trong quá trình này nên độ pH UASB có thể giảm xuống.
Giai đoạn 3 là sự methan hóa các chất thành CH4 và CO2 nhờ nhiều loại vi sinh kỵ khí
Khí sinh học, bùn và nước sẽ được tách bằng thiết bị lắng 3 pha.
Lưu lượng khối lượng của khí sinh học sẽ được đo Một cảnh báo lưu lượng thấp (ví dụ: rò rỉ, tắc nghẽn, giảm hiệu quả loại bỏ) và cảnh báo lưu lượng cao (ví dụ: tải trọng đỉnh, rửa sạch bùn) sẽ được cung cấp Khí sinh học sẽ được khử lưu huỳnh, làm khô và nén trước khi sử dụng trong lò hơi gas hiện có Khí sinh học dư thừa có thể được đốt bằng ngọn lửa.
Một phần nước thải được tái chế đến các lò phản ứng UASB trong dây chuyền tái chế.
Phần còn lại chảy theo trọng lực đến sau sục khí (chảy tràn). d Điều kiện để các phản ứng trong bể UASB diễn ra hiệu quả
Nước sau bể UASB: 6,5 < pH < 7,5
Nếu pH quá thấp ( khuấy trộn đều
UASB: Dòng đi lên + sản phẩm gas => khuấy trộn hỗn loạn
Xử lí hiếu khí
Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí là quá trình sử dụng các vi sinh vật hiếu khí để phân hủy các chất hữu cơ thích hợp có trong nước thải trong điều kiện được cung cấp oxy liên tục.
3.2 Quy trình khâu xử lý hiếu khí
Hình 1.1: Quy trình xử lý hiếu khí
Chức năng: Phân phối nước vào 2 bể hiếu khí
Hình 1.1: Mương phân phối nước
Bể Aerotion là bể xử lý nồng độ COD,BOD nhưng trong dòng thải bằng hoạt động của các vi sinh vật hiếu khí Bể Aerotion trong xử lý nước thải chứa hỗn hợp nước thải và bùn hoạt tính, khí được cấp liên tục vào bể để trộn đều và giữ
Báo cáo PBL3 19Nh32B_1 cho bùn ở trạng thái lơ lửng trong nước thải và cung cấp cho oxy cho vi sinh vật oxy hóa chất hữu cơ có trong nước thải. b Cấu tạo
+ Một máy sục khí dưới đáy bể
+ 3 phao đo mức nước trong bể vi sinh: mức cao, mức thấp, mức trung bình. c Nguyên lý hoạt động
Nguyên lý hoạt động dựa theo phương pháp thổi khí vào bể kết hợp với khuấy bùn để tăng cường sự tiếp xúc của vi sinh vật với chất hữu cơ, thúc đẩy quá trình phân hủy của các chất hữu cơ nhằm xử lý nước thải.
Hoạt động cụ thể của từng thiết bị, cảm biến dựa trên mức nước:
+ Khi mực nước từ mức thấp trở lên, cảm biến thấp tác động kích hoạt máy sục khí , máy khuấy, máy bơm ra hoạt động Khi mức nước ở dưới mức nước thấp cảm biến thấp ngưng tác động làm cho máy sục khí, máy khuấy và máy bơm ra.
+ PAC và polimer được định lượng bằng bơm định lượng Kích thước:
Trong quá trình xử lý sinh học thiếu khí tại bể Anoxic, chủng vi khuẩn Acinetobacter sẽ được tham gia vào nhằm hỗ trợ chuyển hóa các hợp chất hữu cơ chứa Photpho thành hợp chất mới loại bỏ hoàn toàn Photpho, giúp các vi sinh vật hiếu khí dễ dàng phân hủy hơn.Còn vi khuẩn Nitrosonas và Nitrobacter có chức năng hỗ trợ khử Nitrat hiệu quả. b Nguyên lý hoạt động
Nước thải tại bể hiếu khí tham gia vào phản ứng nitrat hóa và photphorit
Các phản ứng được diễn ra theo phương trình sau:
NH3 → NO3 → NO2 → NO → N2O → N2 (gas)
PO4-3 Microorganism (PO4-3)salt => sludge
Các thông số giám sát tại bể hiếu khí
Bảng 1: Thông số giám sát tại bể hiếu khí c Cấu tạo bể anoxic
Máy khuấy trộn : Tạo điều kiện cho vi sinh vật sinh trưởng và phát triển Máy bơm đến khâu tiếp theo của hệ thống.
3.6 Bể chứa nước sau xử lý:
Chức năng: Chứa nước thải từ bể Aerotank và bể
Anoxic và bơm nước tới bể lắng
Cấu tạo: 2 máy bơm nước để đưa nước tới bể lắng
Máy khuấy để cho bùn khỏi nổi lên trên mặt nước
Bể lắng làm nhiệm vụ lắng hỗn hợp nước- bùn từ bể Aerotank dẫn đến và bùn lắng ở đây được gọi là bùn hoạt tính. b Cấu tạo:
Bể lắng bao gồm các phần tử:
Nguyên lý hoạt động: Nước thải sau xử lý ở bể aerotank và bể anoxic sẽ được bơm qua bể lắng.
Khi lượng bùn trong bể chạm tới cảm biến thì tiến hành cho máy bơm bùn hoạt động, hút bùn trong bể lắng sang bể chứa.
Phần nước sạch được đưa đến bể đánh bóng để làm sạch nước.
Đánh bóng nước sau xử lí
Bể khử trùng bằng clo
Hình 1.1: Quy trình đánh bóng nước sau xử lý
Tại bể khử trùng xử dụng Na(OCl)2 được sử dụng để làm sạch các vi sinh vật có hại và tại bể aquarium sử dụng các loại cá, tôm, rong rêu để giữ nước ở trạng thái tự nhiên nhất trước khi thải ra ngoài
4.2 Bể khử trùng bằng Clo a Mục đích
Bể khử trùng là một trong những giai đoạn quan trọng của quá trình xử lý nước thải. Mục đích của giai đoạn này chính là tập trung nước thải sau xử lý lắng cặn, lọc, cân bằng pH lại để diệt các mầm vi khuẩn gây bệnh trước khi xả ra môi trường tiếp nhận. b Cấu tạo
- Bể được ngăn ra nhiều ngăn như hình vẽ
- Các máy bơm nước, Clo
- Các thiết bị khuấy, khuyếch tán Clo c Nguyên lí hoạt động:
Tại bể khử trùng, nước thải sẽ được tiếp tục xử lý theo nguyên lý hoạt động của các phản ứng tác dụng hóa chất khử trùng Chúng ta sẽ châm
Clo theo lượng tính toán thích hợp Đây là loại hóa chất phổ biến vì sở hữu những ưu điểm nổi bật sau:
Khả năng đạt được hiệu quả khử trùng với chi phí thấp hơn tia cực tím hay ozone
Có khả năng ngăn ngừa sự tái nhiễm vi sinh vật trong nước thải
Phát huy hiệu quả trên hầu hết các loại vi sinh vật
Có thể kiểm soát liều lượng một cách linh hoạt
4.3 Bể tự nhiên a Mục đích:
Thực vật thủy sinh, động vật không xương sống và cỏ dại ăn cá được giới thiệu trong ao đánh bóng để hấp thụ và tiêu thụ bất kỳ vật chất hạt còn lại. b Cấu tạo:
Những ao này thường sâu từ năm đến mười feet và nước được lưu trữ trong các ao này với thời gian tương đối ngắn hơn có thể thay đổi từ một đến ba ngày.
Trong những bể này bao gồm các vi sinh vật, cá tôm, rong tảo như một môi trường tự nhiên c Nguyên lí hoạt động
Nước được lưu trữ trong các ao với thời gian tương đối ngắn hơn Ao được tạo điều kiện theo cách tự nhiên. Đồng thời, cá giúp giữ sự phát triển của tảo trong việc kiểm tra bằng cách ăn tảo và cỏ dại không cần thiết.
4.4 Bể lưu lượng a Mục đích
Dùng để trữ nước, đo đạt chất lượng nước trước khi thải ra môi trường tự nhiên b Cấu tạo
- Thể tích hữu ích: 40 m³ c Nguyên lí hoạt động
Bể bao gồm các cảm biến đo pH, lưu lượng kế, thiết bị lấy mẫu để đo chất lượng nước trước khi thải ra môi trường theo quy định của bộ Tài nguyên và Môi trường.
Tách nước cho bùn
5.1 Bể cô đặc bùn a Chức năng:
Chứa và cô đặc bùn trước khi vào quá trình tách nước.
Hình 1.1: Quy trình tách nước cho bùn b Cấu tạo
1 bơm nước đến bể hồi bùn.
Sludge Thickneker (S.193.164.001) Thông số: Đường kính: 7.5 m Cao nước 4.5m
Khoảng trống: 0.5m Thể tích hữu ích: 200 m3
Hình 1.1: Bể cô đặc bùn c Nguyên lí
Bùn ở bể lắng sau khi lắng được máy bơm bơm đến bể cô đặc bùn Tại đây bùn kết tủa lớn chìm xuống đáy.
Phần bùn kết tủa được đưa đến máy ép bùn.
Phần nước phía trên được bơm đến bể hồi bùn để hồi bùn về bể hiếu khí.
5.2 Máy ép bùn a Chức năng Ép bùn sau khi cô đặc thành chất bùn nguyên khối. b Cấu tạo
Máy ép bùn (A.193.164.006) Máy ép bùn 01
Hãng: Chi-dshun Lưu lượng: 3.5-7 m³/h
DS bùn 18+/- 2%, 52 – 102 kg DS/h Hoạt động: bán tự động Ép tách nước khỏi bùn từ 1-2% DS tới 15 – 20 % DS
Hình 1.1: Máy ép bùn c Nguyên lí
Máy ép bùn được thiết kế dựa trên nguyên lí lọc ép qua màng, nhờ vào áp suất của hỗn hợp bùn cặn, nước lọc thẩm thấu qua màng và sau đó được dẫn đến bể xử lí hiếu khí nhằm tận dụng chất COD có trong nước, còn cặn bã sẽ được giữ lại trên bản lọc Sau đó các chất cặn bã này được đưa đên hố bùn để xe chở đi xử lí.
5.3 Bể hồi bùn a Chức năng
Thu hồi bùn dư khi tách nước
Hồi bùn về bể hiếu khí b Cấu tạo
Vật liệu: bê tông sơn phủ
Lưu lượng:10 m3/hCông suất điện 0,6 kW
Bơm hút bùn c Nguyên lí
Bể này đóng góp vào quá trình tuần hoàn đến bể chứa này rồi từ đây được bơm về bể xử lí hiếu khí hoàn thành quá trình tuần hoàn bùn.
THIẾT KẾ CUNG CẤP ĐIỆN
Dữ liệu ban đầu
1 Nhiệm vụ mục đích thiết kế.
Thiết kế cung cấp điện cho khu vực xử lí nước thải.
Nghiên cứu nhu cầu tiêu thụ tải bình thường, và những trường hợp sự cố, cũng như khả năng mở rộng trong khu vực xử lí nước thải mà thiết kết cung cấp điện vẫn có thể đáp ứng được.
Hình 2.1: Sơ đồ mặt bằng, kích thước, vị trí
3 Nguồn điện được lấy từ
Nguồn được lấy từ trạm biến áp phân phối chung 22/0.4KV của nhà máy.
Tính phụ tải tính toán
1 Tính toán theo công suất đặt và hệ số nhu cầu
Ta có công thức tính toán như sau:
Tính phụ tải tính toán được tính theo công suất đặt và hệ số nhu cầu Ưu điểm: Đơn giản, tính toán thuận tiện, không phải tra sổ tay nhiều dự kiện
Nhược điểm: Kém chính xác vì Knc tra trong sổ tay là số cố định không phụ thuộc vào chế độ vận hành và số thiết bị trong nhóm.
: Công suất toàn phần tính toán
: Hệ số nhu cầu được tra trong sổ tay
2 Danh sách phụ tải điện.
2.1 Tính toán phụ tải Vùng Tiền Xử Lý
Công Vùng Tên Bể Tên thiết bị SL suất Knc Cos
Tiền Xử Bể Điều Máy khuấy chìm 1 5 0.6 0.75 3 2.64 4
Lý Hòa Bơm trung gian 3 22.5 0.75 0.8 16.8 12.6 21
Bể Sự Máy khuấy chìm 1 5 0.6 0.75 3 2.64 4
Bảng 1: Danh sách tính toán phụ tải Vùng Tiền Xử Lý
2.2 Tính toàn phụ tải Vùng Xử Lý Kỵ Khí
Bảng 1: Danh sách tính toán phụ tải vùng xử lý kị khí
2.3 Tính toán phụ tải Vùng Xử Lý Hiếu Khí
Bể hồi Bơm ra 1 5 0.8 0.8 4.25 3.18 5.31 bùn 2 Máy khuấy 1 2.5 0.7 0.7 1.5 1.53 2.14
Bảng 1: Danh sách tính toán phụ tải vùng Xử Lý Hiếu Khí
2.4 Tính toán phụ tải Vùng Đánh Bóng Nước Sau Xử Lý Đánh Bể khử
Bơm ra 1 5 0.65 0.75 3.25 2.86 4.33 bóng trùng nước Bể sau xử thủy Bơm ra 1 5 0.65 0.75 3.25 2.86 4.33 lý sinh
Bảng 1: Danh sách tính toán phụ tải vùng Đánh Bóng Nước Sau Xử Lý
2.5 Tính toán phụ tải Vùng Xử Lý Bùn
Bể cô Bơm ra 1 9 0.75 0.8 2.25 1.6 2.8 đặc Cầu quay 1 5 0.65 0.8 3.25 2.43 4.33
Bảng 1: Danh sách tính toán phụ tải vùng Xử Lý Bùn.
3 Tính phụ tải tính toán.
- Phụ tải chiếu sáng cho hệ thống xử lý nước thải nên ta chọn loại chiếu sáng tập trung:
- Loại bóng đèn chọn là bóng đèn huỳnh quang có cos=0.9
+ Ưu điểm : Hiệu suất, độ rọi, diện tích phát quang lớn Tuổi thọ cao, ít phát nóng…
+ Nhược điểm: Chế tạo phức tạp, cos thấp, giá thành cao,…
- Vì hệ thống xử lí nước thải không đòi tính chất công việc ít chính xác và thô sơ Nên tra bảng tiêu chuẩn độ rọi ta chọn độ rọi 10lx
- Vì chiếu sáng ngoài trời nên chọn hệ số dự trữ cho độ rọi là 1.8
- Vì diện tích hệ thống xử lý nước thải lớn hơn 10m 2 , không cần phải chú ý đến hệ số phản xạ của tường, của vật cản nên ta tính quang thông của mỗi đèn dựa theo hệ số sử dụng.
Trong đó: + F là quang thông của mỗi đèn
+ S là diện tích cần chiếu sáng
+ Ksd là hệ số sử dụng
+ k là hệ số dự trữ
+ Z là hệ số phụ thuộc loại đèn và tỷ số L/H (ta chọn Z=1.2)
Khi tra bảng để tìm Ksd sẽ phải xác định trị số gọi là chỉ số của phòng với Hm
Bảng 1: Công suất chiếu sáng từng vùng
Vậy, Phụ tải chiếu sáng cho nhà máy là P = 9.4 KW và S= 10.44 KVA
Vùng SL Công suất (kW)
Xử lý hiếu khí 10 72.8 58.87 46.93 75.29 Đánh bóng 2 10 7.3 6.15 9.55
Bảng 2: Tổng hợp tính toán phụ tải của từng vùng
III Chọn phương án cấp điện 1 Các phương án cấp điện 1.1 Yêu cầu Việc chọn phương án cấp điện bao gồm: chọn cấp điện áp, nguồn điện, sơ đồ nối dây, phương thức vận hành v,v… Các vấn đề này có ảnh hưởng trực tiếp đến vận hành, khai thác và phát huy tính hiệu quả của phương án cung cấp điện.
Muốn thực hiện đúng đắn và hợp lý nhất ta phải thu thập, phân tích đầy đủ các số liệu ban đầu, trong đó số liệu về nhu cầu điện là số liệu quan trọng nhất Đồng thời sau đó phải so sánh các phương án đã đề ra về phương diện kinh tế và kỹ thuật Ngoài ra còn biết kết hợp các yêu cầu về phát triển kinh tế chung và riêng của địa phương, vận dụng tốt các chủ trương của nhà nước.
Mục tiêu cơ bản của nhiệm vụ thiết kế cung cấp điện là đảm bảo cho hộ tiêu thụ có đủ điện năng yêu cầu với chất lượng điện tốt nhất.
Phương án cấp điện được coi là hợp lý nếu thỏa mãn các yêu cầu sau: Độ tin cậy cung cấp điện
An toàn cung cấp điện Kinh tế
1.2 Các phương pháp cấp điện thông dụng
Mô tả Một trạm biến áp với một Một trạm biến áp, đặt máy biến áp có công suất hai máy biến áp: một phù hợp với công trình, máy vận hành chính , có cấp điện áp 22/0,4KV một máy dự phòng, cung cấp cho nhà máy hoặc vận hành xong song 2 máy.
II. Ưu Việc lắp đặt, xây dựng Phương án này có độ điểm trạm thuận tiện, nhanh tin cậy cao hơn Đảm chóng, sơ đồ đơn giản, bảo khi 1 máy hỏng thì quá trình vận hành và vẫn vận hành được. quản lý dễ dàng.
Nhượ Độ tin cậy cung cấp điện Nguyên lí, lắp đặt, xây c điểm thấp, khi máy biến áp có dựng, vận hành trạm sự cố hay sửa chữa thay khá phức tạp, thời gian thế thì cả nhà máy mất dài. điện hoàn toàn nếu không Chi phí đầu tư cao có máy phát dự phòng hơn.
Bảng 1: Các phương án cấp điện
Xây dựng một trạm biến áp, với một máy biến áp có công suất phù hợp. Bên cạnh đó lắp đặt thêm một máy phát điện, dự phòng 100% công suất tiêu thụ của tòa nhà. III. Độ tin cậy cung cấp điện cao Khi MBA có sự cố, sửa chữa, thay thế thì toàn bô ˜nhà máy vẫn không mất điện chi phí ít hơn phương án 2 Việc lắp đặt, xây dựng và sơ đồ nguyên lý cũng khá phức tạp Vận hành quản lý khó khăn. Chi phí đầu tư lớn
2 Chọn phương án cấp điện
Từ những phân tích trên, kết hợp với các điều kiện thực tế ta có:
- Vì vùng xử lí nước thải được coi là hộ loại 3 nên không cần thiết phải có nguồn dự phòng.
- Việc gián đoạn cung cấp điện trong 1 thời gian ngắn không ảnh hưởng quá nhiều đến quá trình sản xuất bên trong nhà máy Không gây hệ quả nghiêm trọng.
- Chi phí đầu tư tối ưu nhất có thể
Chọn phương án 1 để cung cấp điện cho nhà máy Nguồn điện được lấy từ trạm biến áp 22/0.4 kv nguồn điện này được cấp cho các thiết bị trong khu vực.
- Từ trạm biến áp 22/0.4kv ta qua 1 số thiết bị bảo vệ, đến thanh cái Từ đây lấy nguồn qua các thiết bị bảo vệ cấp thấp đến các tủ động lực, và cấp nguồn cho từng khu vực xử lí nhỏ hơn.
- Ở đây nhóm chọn phân phối điện hình tia để khi sự cố ở những vừng khác thì không ảnh hưởng đến các vừng lân cận đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện.
Phụ tải tính toán của nhà máy:
Vì có phòng điều khiển và để dự phòng cho tương lai nên ta nhân với hệ số dữ trữ K
= 1.2 S tt.NM =k dự trữ Stt=1.2x177,25= 212.7 KVA
Theo nguyên tắc chọn máy biến áp, chọn máy biến áp có Sđm >= Stt
V ậy, Ta chọn MBA 250 KvA (22/0.4) kV do ABB chế tao, có các thông số như sau: ΔPod0 (W), ΔPN = 4100 (W), Un = 4Pod0 (W), ΔPod0 (W), ΔPN = 4100 (W), Un = 4PN = 4100 (W), Un = 4
Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý cấp điện
Hình 2.1: Sơ đồ đi dây điện nhà máy bia
IV Lựa chọn các thiết bị
1 Lựa chọn cáp đường dây
Các điều kiện kỹ thuật đối với dây dẫn : và và
Vì lưới điện U tổn thất điện áp cho phép = 5% và = 10%
Vì đây là lưới điện hạ áp tại công nghiệp nên ta chọn phương pháp chọn dây dẫn và cáp theo dòng điện phát nóng lâu dài cho phép Icp Và phải thỏa mãn độ bền cơ học Biểu thức xác định tiết diện theo Icp là K2.K1.
K1: Hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ nếu có sự chênh lệch nhiệt độ môi trường chế tạo và môi trường sử dụng , tra sổ tay
K2: Hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ nếu có nhiều cáp đặt chung trong 1 rãnh, tra sổ tay
Icp: Dòng phát nóng cho phép, tra sổ tay
Itt: Dòng điện làm việc lớn nhất
1.1 Cáp từ đường dây 22KV về TBA
Vì đây là dây của lưới trung áp tại công nghiệp nên ta chọn phương pháp tính chọn tiết diện theo mật độ dòng kinh tế Jkt.
Các bước chọn dây dẫn theo Jkt:
Bước 1: Tra bảng chọn Jkt
Bảng trị số Jkt (A/mm2mm2) Loại dây
Bảng 1: Bảng trị số Jkt
Chọn dây Al, dây AC có Tmax bằng 4000h vậy ta chọn Jkt = 1.1
Bước 2: Xác định dòng điện tính toán của dây dẫn từ đường dây 22kV tới trạm biến áp là:
Bước 3: Xác định tiết diện kinh tế của từng đoạn:
Tra bảng PL4.12 chọn dây AC-16 mm 2 có dòng điện cho phép Icp = 65 (kA)
Kiểm tra theo điều kiện tổn thất điện áp
Vậy dây AC-16mm 2 đủ tiêu chuẩn để làm dây dẫn
1.2 Cáp từ TBA về tủ phân phối
Vì dây dẫn từ máy biến áp về tủ điện phân phối thuộc mạng hạ áp nên ta chọn dây dẫn theo phương pháp Icp
Chọn tiết diện dây dẫn từ trạm biến áp về tủ điện tổng :
Biểu thức xác định tiết diện theo Icp:
Tra bảng hệ số hiệu chỉnh k1,k2: ta chọn K1 = 1 ,K2 = 0.8
= E1(kA) Tra bảng phụ lục 4.29 :
Chọn lõi cách điện PVC do hãng LENS chế tạo có tiết diện 185 mm2mm2 có dòng phát nóng cho phép Icp = 450(A) xấp xỉ 451.5(A) PVC 3 ×185+70
Kiểm tra theo điều kiện tổn thất điện áp:
15.53kA
Kết luận: Chọn Aptomat kiểu NS400N do MERLIN GERIN chế tạo có Udm i0(v), Idm = 400(A) và IN%kA
5.6 Aptomat các tủ phân phối
Lựa chọn aptomat từ tủ phân phối đến tủ động lực:
- Điện áp định mức: UdmA
- Dòng điện định mức : IdmA Itt Vì Itt của các tủ động lực và tủ chiếu sáng ta đã tính ở trên nên căn cứ vào đó ta lựa chọn aptomat thỏa mãn các điều kiện ở trên Các aptomat ở trên do merlin gerin(Pháp) chế tạo
Udm(V) Idm(A) kA(kA phối lượng cực )
Bảng 1: Aptomat các tủ phân phối
5.7 Aptomat tủ phân phối vùng
Udm In Loại IAdm IAn lượn Itt(A) của bể cực (V) (kA) aptomat (A) (kA) g
Bảng 1: Aptomat tủ động lực phân phối vùng
5.8 Aptomat cho tủ động lực từng phụ tải
Tên Tủ động lực Tên phụ tải Số Udm Itt(A In Loại m IAn vùng của bể lượng (V) ) (kA) aptomat (A (kA)
Bể thu gom Bơm hố bơm 3 400 12.12 1,51 C60L 25 20
Bể điều hòa Máy khuấy chìm 1 400 5.77 1,63 C60L 25 20
Bơm trung gian 3 400 30.31 1,63 NC 100L 63 20 lý
Xử lí kỵ Bể UASB Bơm thải 2 400 8,24 2,2 C60L 25 20 khí Chiếu sáng 2 400 2,57 2,2 C60L 25 20
Bể hồi bùn 1 Máy khuấy chìm 1 400 2,89 1,42 C60L 25 20
Máy cấp khí 1 400 20,29 1,45 C60L 25 20 Máy thổi khí 1 400 23,39 1,51 C60L 25 20
Xử lý Bể hồi bùn 2
Máy khuấy 1 400 3.09 1,51 C60L 25 20 hiếu khí Bể xử lý nước máy khuấy 1 400 3.09 1,51 C60L 25 20 sau xử lý Bơm ra 1 400 7,67 1,51 C60L 25 20
Bể lắng cầu quay 1 400 23,1 1,06 C60L 25 20 bơm thải bùn 1 400 4,57 1,06 C60L 25 20
Bể khử trùng Bơm vào 1 400 6,25 3,7 C60L 25 20
Bể thủy sinh Bơm ra 1 400 6,25 3.7 C60L 25 20 bóng
Bảng 1: Aptomat từng phụ tải
6 Lựa chọn Contactor và Role nhiệt
Như chúng ta đã biết, Công tắc tơ (Contactor) là khí cụ điện dùng để đóng, ngắt thường xuyên các mạch điện động lực, từ xa, bằng tay (qua hệ thống nút bấm) hoặc tự động Việc đóng cắt công tắc tơ có tiếp điểm có thể được thực hiện bằng nam châm điện, thủy lực hay khí nén Thông thường ta gặp loại đóng cắt bằng nam châm điện.
Contactor là bộ phận trung gian để đóng cắt nguồn cung cấp điện cho tải (tải ở đây có thể là động cơ điện, bơm nước hay cấp nguồn…) nói cách khác nó là công tắc điện Ta có thể điều khiển được.
Những năm gần đây người ta đã chế tạo loại công tắc tơ không tiếp điểm, việc đóng ngắt công tắc tơ loại này được thực hiện bằng cách cho các xung điện để khóa hoặc mở các van bán dẫn (thyristor, triac) Công tắc tơ có tần số đóng cắt lớn, có thể tới 1800 lần trong một giờ.
Hình minh họa sau đây cho thấy đường cong đặc tính bảo vệ dòng điện theo thời gian hoạt động như thế nào Các con số phía dưới trục hoành đại diện cho bội số của dòng định mức (A) Các con số dọc theo trục tung thể hiện thời gian tính bằng giây (s).
Hình 2.1: Đặc tính bảo vệ dòng điện contactor
Khi chọn Contactor ta cần lưu ý các thông số kĩ thuật sau : Điện áp định mức Uđm là điện áp của mạch điện tương ứng mà tiếp điểm chính của contactor phải đóng cắt Cuộn hút có thể làm việc bình thường ở điện áp trong giới hạn (85% đến 105% Uđm ) Dòng điện của Contactor = Dòng điện định mức của động cơ x Hệ số khởi động (hệ số khởi động = 1.2 ~ 1.5) Chọn hệ số khởi động bằng 1.2 Điện áp cuộn dây Ucd là
Relay nhiệt được sử dụng để bảo vệ quá tải cho động cơ, do đó khi chọn rơ le nhiệt thì bạn cần phải chọn những loại phù hợp với động cơ thì mới có tác dụng bảo vệ Nhiều trường hợp người dùng lựa chọn rơ le nhiệt theo dòng của aptomat hoặc contactor là không đúng, dẫn tới động cơ có thể bị cháy khi xảy ra hiện tượng quá tải. Để chọn được Relay nhiệt phù hợp nhất, giúp bảo vệ động cơ trong quá trình hoạt động bạn cần quan tâm đến 2 yếu tố:
Dòng làm việc, điện áp định mức
Tên Tủ động lực của
Contactor Role nhiệt vùng bể (V) (A) (A ) (kA)
Bể thu gom Bơm hố bơm 3 400 12.12 14,5 1,51 LCD18 LRD 21 Tiền xử Bể điều hòa
Máy khuấy chìm 1 400 5.77 6,92 1,63 LCD09 LRD 14
Bơm trung gian 3 400 30.31 36,37 1,63 LCD32 LRD 35 lý
Máy khuấy chìm 1 400 5.76 6,91 1,72 LCD09 LRD 14
Bơm chìm 2 400 8.39 10,07 1,72 LCD12 LRD 16 Chiếu sáng
Xử lí kỵ Bể UASB Bơm thải 2 400 8,24 9,888 2,2 LCD12 LRD 16 khí Chiếu sáng
Máy khuấy chìm 1 400 2,89 3,46 1,42 LCD09 LRD 08
Máy cấp khí 1 400 20,29 24,34 1,45 LCD25 LRD 32 Máy thổi khí 1 400 23,39 28,06 1,51 LCD25 LRD 32
Xử lý Bể hồi bùn 2
Máy khuấy 1 400 3.09 3,71 1,51 LCD09 LRD 10 hiếu khí Bể nước sau xử máy khuấy 1 400 3.09 3,71 1,51 LCD09 LRD 10 lý Bơm ra 1 400 7,67 9,204 1,51 LCD12 LRD 16
Bơm thải bùn 1 400 4,57 5,484 1,06 LCD09 LRD 12 Chiếu sáng Đánh
Bể khử trùng Bơm vào 1 400 6,25 7,5 3,7 LCD09 LRD 14
Bể thủy sinh Bơm ra 1 400 6,25 7,5 3.7 LCD09 LRD 14 bóng
Bơm nạp 3 400 4,04 4,848 3,29 LCD09 LRD 12 Cầu quay 1 400 6,25 7,5 3,29 LCD09 LRD 14
Xử lý Máy ép bùn
Bể hồi bùn Máy khuấy chìm 1 400 1,44 1,728 3,56 LCD09 LRD 08
Bảng 1: Contactor và Relay nhiệt cho phụ tải
7 Thiết kế hệ thống nối đất chống sét
7.1 Thiết kế hệ thống nối đất a Nối đất nhân tạo
Nối đất nhân tạo thường được thực hiện bằng cọc thép , thanh thép ,thanh thép dẹt hình chữ nhật hay thanh thép góc dài từ 2m-3m đóng sâu xuống đất sao cho trên đầu của chúng cách mặt đất khoảng 0.5m-0.7m Để chống ăn mòn kim loại thì các ống thép, các thanh thép dẹt hay thép góc có chiều dày không nên bé hơn 4mm.
ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG
Bảng phân kênh thiết bị vào ra
4 Cảm biến mức vừa X004 Điều hòa
9 Mức thấp kị khí X011 Kỵ khí
25 OLR.Bơm2.dieuhoa X032 Điều hòa
28 OLR.MK.BSC X035 Sự cố
30 OLR.bơmbun.kykhi X037 Kỵ khí
27 Pump_khu trung Y033 Đánh bóng
32 Máy ép bùn 1 Y040 Tách bùn
Các thiết bị chấp hành và đo lường
1 Cảm biến pH Hach DPD1R1.
Mục tiêu: điều khiển độ pH trong bể cân bằng.
Cách dùng: nhúng vào trong nước.
Nguyên lí hoạt động: Một điện thế cỡ mV được sinh ra giữa tiết diện của bầu thuỷ tinh pH với dung dịch lỏng bên ngoài Độ lớn của điện thế này phụ thuộc và giá trị pH của dung dịch Độ khác nhau của điện thế tạo ra bởi lớp bên ngoài và lớp thuỷ hợp bên trong điện cực có thể đo bằng điện cực bạc/ bạc chloride
Hình 3.1: Cảm biến pH Hach DPD1R1
Dải đo: -2 đến 14pH Độ nhạy: ±0,01pH. Điện áp đầu ra đã qua khâu khuếch đại : 0-10V.
2 Cảm biến lưu lượng nước.
Mục tiêu: Đo lường lưu lượng nước thực tế để phản hồi về bộ điều khiển để tính toán điều khiển PID:
Cách dùng: nối trực tiếp vào đường ống dẫn nước muốn đo lưu lượng thường gần valve được điều khiển.
Nguyên lí hoạt động: cảm biến lưu lượng nước bao gồm một van nhựa mà nước có thể đi qua Một roto nước cùng với một cảm biến hiệu ứng hall chỉ định chiều hướng và đo lưu lượng nước khi chảy qua valve Nước làm quay roto, bằng cách này chúng ta có thể quan sát sự thay đổi tốc độ động cơ gây ra bởi tốc độ nước chảy bên trong.
Hình 3.1: Cảm biến lưu lượng nước
Tín hiệu trả về có thể là 4-20mA, pulse, RS485.
Có thể điều chỉnh lưu lượng tùy í theo datasheet. Độ chính xác:+-0.5%. Điện áp cung cấp: 220VAC,24VDC,lithium batery.
3 Valve điện đóng mở DN50 -DN1200.
Mục tiêu: đóng ngắt các valve nước. Ưu điểm: đây là loại valve điều khiển thuẩn túy, cơ bản và cũng là thông dụng nhất hiện nay Loại này có chức năng đóng mở hoàn toàn không điều tiết được lưu lượng. Cách dùng: lắp trực tiếp vào đường ống van này thường dùng cho các đường ống kích thước lớn DN50 -DN1200.
Nguyên lí hoạt động: valve sẽ gồm phần cơ thông thường là phần trực tiếp tạo ra trạng thái đóng mở, và phần điện gồm 1 motor khi được cấp nguồn điện 24V, 220V, 110V, 380V motor quay sẽ truyền chuyển động đến trục của valve và giúp valve chuyển trạng thái.
Vật liệu: Phần van cơ: gang, gang dẻo, thép, inox
Nhiệt độ làm việc từ: -10-240 độ C Điện áp: 24V, 110V, 220V, 380V
Môi trường sử dụng: Khí, nước, dầu, gas Áp lực làm việc: PN10, PN16, PN25
Xuất sứ: Hàn Quốc - Đài loan - Italy ( Korea - Taiwan - Italy)
Hình 3.1: Valve điện đóng mởDN50 – DN1200
4 Valve điện điều khiển analog.(FE Series – PVC Butterfly Valves).
Mục tiêu điều khiển lưu lượng nước trong ống
Nhược điểm: giá thành đắt điều khiển phức tạp Cách dùng nối trực tiếp vào đường ống nước thường đi kèm với cảm biến lưu lượng phục vụ cho việc điều khiển pid.
Nguyên lí hoạt động: phần cơ thông thường tương tự cảm biếc đóng mở khác biệt ở phần điều khiển valve có thể nhận tín hiệu điều khiển từ bộ điều khiển và đóng mở valve theo mong muốn tín hiệu điều khiển là tín hiệu điện từ 0->10VDC sẽ tương đương đóng hoàn toàn tại 0VDC và mở hoàn toàn tài 10VDC.
Nhiệt độ làm việc 32Fà 140F.
Hình 3.1: Valve điện điều khiển analog
5 Bơm định lượng 1.5 l/h của hãng HANNA
Mục tiêu: điều khiển lượng hóa chất cho vào bể hiếu khí và bể clo sau xử lí.
Các dùng: lắp trực tiếp vào bồn hóa chất, đóng vai trò nhưu 1 valve điều khiển được. Nguyên lí hoạt động: như một motor có thể điều khiển được tốc độ, dẫn đễ lượng bơm hóa chất vào bế được điều khiển theo mong muốn của nhân viên vận hành.
Cột áp 1 bar. Điện năng tiêu thụ 200w.
6 Cảm biến mức nước CLS-23N đến từ hãng Dinel của Cộng Hòa Séc.
Mục tiêu: để đưa thông tin trạng thái bể vào hệ thống điều khiển điều khiển bơm hoạt động theo mực nước trong bể.
Cách dùng thả chìm đầu đo đến mức cần thiết.
Nguyên lí hoạt động: cảm biến mức nước bằng điện dung sẽ hoạt động thông qua cơ chế phát ra tần số khi các vật liệu cần đo chạm vào đầu dò một lượng vừa đủ thì cảm biến phát ra tín hiệu tần số.
Hình 3.1: Cảm biến mức nước
7 Cảm biến mức bùn RFLS28 của Hãng Dinel – CH-séc
Mục tiêu: báo trạng thái ON-OFF để đóng ngắt bơm thải bùn.
Cách dùng đưa đầu dò tới mức muốn định lượng.
Nhiệt độ: -40-80 0 C Áp suất chịu đựng 100bar
Hình 3.1: Cảm biến mức bùn
Bộ điều khiển
PLC (Programmable Logic Controller) là thiết bị điều khiển lập trình, được thiết kế chuyên dùng trong công nghiệp để điều khiển các tiến trình xử lý từ đơn giản đến phức tạp, tuỳ thuộc vào người điều khiển mà nó có thể thực hiện một loạt các chương trình hoặc sự kiện, sự kiện này được kích hoạt bởi các tác nhân kích thích (hay còn gọi là đầu vào) tác động vào PLC hoặc qua các bộ định thời (Timer) hay các sự kiện được đếm qua bộ đếm Khi một sự kiện được kích hoạt nó sẽ bật ON, OFF hoặc phát một chuỗi xung ra các thiết bị bên ngoài được gắn vào đầu ra của PLC Như vậy nếu ta thay đổi các chương trình được cài đặt trong PLC là ta có thể thực hiện các chức năng khác nhau, trong các môi trường điều khiển khác nhau.
Hình 3.1: Một số loại PLC
Những đặc điểm nổi bật về PLC.
- Giá thành từng module riêng thấp.
- Tốc độ điều khiển nhanh
- Khả năng chống nhiễu tốt (đây là lí do PLC được dùng nhiều trong môi trường công nghiệp.)
- Thay đổi nâng cấp dễ dàng.
Cấu trúc chung của PLC, thành phần chính của PLC gồm CPU (central processing unit), khối nguồn, thiết bị lập trình, module vào ra.
CPU là bộ não trung tâm của PLC và thực hiện chương trình Những tín hiệu đầu ra được thực hiện dựa trên tín hiệu và dữ liệu được kết nối từ đầu vào.
Modules vào được kết nối với đa dạng thiết bị như cảm biến, công tắc, nút nhấn đến CPU được được các tín hiệu analog và digital như nhiệt độ, áp suất, dòng chảy, tốc độ…
Modules ra được chuyển đổi tín hiệu từ CPU thành analog và digital để điều khiển các cơ cấu chấp hành như valve, động cơ, máy bơm …
Nguồn cấp chuyển đổi tín hiệu AC thông thường thành tín hiệu DC được yêu cầu cho CPU và module vào ra Thiết bị lập trình có thể là máy tính hoặc remote của hãng.
Một chu kì thực hiện chương trình bao gồm 3 giai đoạn.
Giai đoạn 1: Đọc thông tin từ tất cả các cảm biến, thiết bị ngõ vào, vùng nhớ ảnh ngõ vào.
Giai đoạn 2: Xử lí chương trình người dùng.
Giai đoạn 3: Xuất tín hiệu từ vùng nhớ ảnh ngõ ra ra cổng vật lí.
Thời gian thực hiện một chu trình tùy thuộc vào tốc độ xử lí của PLC và độ phức tạp của chương trình.
Ngôn ngữ lập trình cho PLC:
Năm ngôn ngữ được chuẩn hóa là liệt kê lệnh( IL, Instruction List), sơ đồ tiếp điểm (LD, Ladder Diagram), sơ đồ khối chức năng (FBD, Function Block Diagram), văn bản có cấu trúc (ST, Structured Text) và biểu đồ hoạt động tuần tự (SFC, Sequential Function Chart) Tuy nhiên trong phạm vi dự án ta chỉ sử dụng 2 ngôn ngữ ladder và sfc để thực hiện.
LAD và là một ngôn ngữ lập trình được sử dụng để lập trình PLC (Programmable Logic Controller) Nó là một ngôn ngữ lập trình PLC đồ họa nhằm thể hiện các hoạt động logic với ký hiệu tượng trưng.
SFC đặc biệt phù hợp với các ứng dụng có thể được cấu trúc thành các bước xác định rõ ràng Với cách lập trình với ngôn ngữ có dạng biểu đồ như SFC người lập trình có thể thấy rõ hoạt động của từng bước trong hệ thống nên sẽ dễ dàng hơn cho việc kế và sửa lỗi.
2 Chọn bộ điều khiển cho dự án.
Trên cơ sở kiến thức được học nhóm đã chọn lập trình trên PLC mitsubishi FX3U Dựa vào số lượng thiết bị vào ra yêu cầu của hệ thống ta chọn FX3U-128MR/ES
Hình 3.1: PLC FX3U-128MR/ES
Các thông số kỹ thuật:
- Bộ CPU với 128 I/O : 64 đầu vào và 64 đầu ra relay
- Tích hợp đồng hồ thời gian thực
- Tích hợp cổng thông RS232C, RS 485 _ Cáp kết nối : FX-USB-AW , USB-SC09, USB-SC09
Giải thích sơ đồ chân:
- S/S: chân này nối về 0V nếu ta dùng kiểu nối source và nối lên 24V nếu ta dùng kiểu nối sink;
- L.N đầu vào ta cấp nguồn xoay chiều 220V/AC;
- 0V/24V: khi ta cấp nguồn 220V/AC thì trong PLC sẽ tạo ra nguồn 24V để sử dụng;
- COM chân dùng để chọn số chân sử dụng, vi dụ ta chỉ sử dụng đầu ra từ Y0 đến Y3 thì ta nối COM1 xuống 0V nếu dung kiểu sink và nối lên 24V nếu sử dụng kiểu nối source;
3 Module DAC FX3U-4AD-ADP
Sử dụng cho mục đích chuyển đổi tín hiệu đầu vào analog thành digital Các đầu vào thông thường chỉ là đầu vào digital.
Hình 3.1: Sơ đồ kết nối.
Module ADC gồm 4 kênh vào với độ phân giải 12bits các giả trị chuyển đổi lần lượt được lưu trong thanh ghi D8260, D8261, D8262, D8263:
- Kênh 0: được dùng để nhận tín hiệu pH.
- Kênh 1,2,3: lần lượt nhận tín hiệu của 3 cảm biến lưu lượng để điều chỉnh 3 valve lưu lượng.
4 Module DAC FX3U-4DA-ADP
Sử dụng để chuyển tín hiệu số thành tín hiệu annalog để điều khiển valve.
Hình 3.1: Vùng nhớ đệm DAC.
- Tín hiệu số tính toán từ hàm PID được đưa vào bộ chuyển đổi DAC đến các vùng nhớ D8271, D8272, D8273 Tín hiệu analog đầu ra sẽ chuyển về dạng dòng điện và điện áp.
- Tín hiệu dòng điện và điện áp điều khiển các valve analog tương ứng.
Hình 3.2: Sơ đồ đấu nối.
Mục đích : Cách ly mạch điều khiển (nguồn điện nhỏ) Với mạch động lực (nguồn điện lớn) giúp những hiện tượng sụt áp, ngắn mạch không ảnh hưởng đến mạch điều khiển, dễ cô lập và sửa chữa.
Nguyên lí hoạt động: Khi có dòng điện điều khiển từ PLC đi qua làm nam châm hút tiếp điểm động lực, dẫn dòng điện.
Bộ điều khiển PID là bộ điều khiển dựa trên sai số giữa giá trị đặt và giá trị phản hồi thực của đối tượng điều khiển PID (Proportional, Integral, and Derivative (PID) Controller) là bộ điều khiển tỉ lệ – tích phân- đạo hàm (vi phân).
Hình 3.1: Sơ đồ khối PID.
Trong dự án này ta dùng hàm PID để điều khiển 3 valve nước để điều chỉnh lưu lượng nước vào 2 bể UASB và đường bypass vào bể hiểu khí.
- Các tham số tham chiếu của bộ PID gồm S1: giá trị đặt, S2 là giá trị phản hồi, S3 và
28 thanh ghi kế tiếp là các thanh ghi để set thông số, D là giá trị output.
- Giá trị đặt là giá trị mong muốn từ nhân viên vận hành.
- Giá trị phản hồi là các thanh ghi đặc biệt từ bộ chuyển đổi ADC (D8261,D8262,D8263).
- Giá trị đầu ra là các thanh ghi đặt biệt của bộ nhớ DAC (D8271,D8272,D8273)
Trong phạm vi dự án, nhóm đã dùng 2 phương pháp để điều khiển valve Đặt thông số Kp,Ki,Kd sau đó tùy chỉnh.
Cho bộ PID hoạt động với chế độ autotune Với phương pháp step respond.
Sơ đồ đấu nối phần cứng
Hình 3.1: Sơ đồ đấu nối phần cứng
Lưu đồ thuật toán và Chương trình điều khiển trên GX Works 2
Khối khởi tạo LD: Dùng để set các bit S khởi tạo từ bit S0-S8 tương ứng với các vùng.
Dừng hệ thống ở khối khởi tạo: Vì hệ thống của chúng ta là hệ thống lớn, quá trình nên chúng ta chọn cách dừng hệ thống bằng cách 1, sử dụng bit M8034, sử dụng lệnh sườn xuống của nút stop để set lại các bit khởi tạo khi muốn khởi động lại hệ thống bằng cách nhấn nút Start.
Xử lý tín hiệu analog của cảm biến mực nước:
Vì ở đây chúng ta không có phần cứng nên không có giá trị trả về từ cảm biến ở thanh ghi đệm D8261 nên chúng ta gán giá trị của thanh ghi bằng Timer T210.
Ta có giá trị trả về từ cảm biến mực nước PH từ 4-20mA tương ứng với mực nước từ
Từ đó ta viết phương trình chuyển đổi như sau:
Mực nước = 0.028125*D7 – 2.25 , sau đó ta viết chương trình điều khiển như dưới, gán kết quả của PH sau khi quy đổi vào thanh ghi D5 rồi chúng ta sử dụng lệnh so sánh ở nhóm 2 với các hằng số PH 6.5 và….
Xử lý tín hiệu analog của cảm biến độ PH:
Vì ở đây chúng ta không có phần cứng nên không có giá trị trả về từ cảm biến ở thanh ghi đệm D8260 nên chúng ta gán giá trị của thanh ghi bằng Timer T210.
Ta có giá trị trả về từ cảm biến độ PH từ 0-10V tương ứng với độ PH từ -2 – 14 PH
Từ đó ta viết phương trình chuyển đổi như sau:
PH = 0.004*D0 – 2 , sau đó ta viết chương trình điều khiển như dưới, gán kết quả của PH sau khi quy đổi vào thanh ghi D5 rồi chúng ta sử dụng lệnh so sánh ở nhóm 2 với các hằng số PH 6.5 và 8.5 và lưu ở các bit trung gian M.Nếu D5 > 6.5 (8.5) thì bit M bằng 1, bằng thì M +1 =1,bé hơn thì M+2 bằng 1.
Lấy các bit trung gian từ vùng nhớ M trong các block 1 – 8 để bật các đầu ra Y tương ứng ở trong block 0, với cách này chúng ta dễ quan sát khi debug.
Dùng các tiếp điểm thường đóng của rơle nhiệt để bảo vệ cho các động cơ và cho các bơm.
77 pid tùy chỉnh Kp,Ki,Kd.
Lấy lệnh sườn lên của OLR để phát hiện và cảnh báo bằng đèn lỗi L.Fall
- Cảm biến múc thấp =1 bật 1 bơm delay 1 thời gian sau đó bật bơm 2 delay 1 thời gian bậc bơm 3, tắt bơm 1 (luân phiên 2/3 bơm) Mức 0 ngừng 3 bơm.
- Khi cảm biến mức cao =1 bật 3 bơm liên tục khi cảm biến mức cao =0 trở lại trang thái trên
2.2 Sơ đồ SFC tổng quát của block 1
Khối quá trình S20: Reset các timer.
Nếu mực nước ở bể thu gom thấp thì điều kiện chuyển được thỏa mãn
Khối quá trình S21 dùng để Set P1,Reset bơm P2,P3 Điều kiện chuyển : Nếu cảm biến mực nước Low and Hight bằng 1 thì điều kiện chuyển được thỏa mãn
Khối quá trình S22 để set P1,P2,P3 của bể thu gom
81 Điều kiện chuyển: nếu cảm biến mực nước Low and Hight = 0 :
Khối quá trình S23 dùng để Reset tất cả các bơm của bể thu gom Điều kiền chuyển: T0 đạt giá trị PV tương ứng với 10s.
Khối quá trình S24 dùng để Set bơm 2, reset bơm 1 và bơm 3 Điều kiện chuyển: Nếu T3 đạt giá trị PV tương ứng 20s thì chuyển qua S25.
Khối quá trình S25 dùng để Set bơm 3, reset bơm 1 và bơm 2 Điều kiện chuyển T4: Nếu timer T4 đạt giá trị Pv thì quay lại khối khởi tạo S20
- Khi cảm biến mức cao của bể điều hòa =0 thì val1 mở val2 đóng Khi cảm biến mức cao = 1 thì val1 đóng val 2 mở.
- Cảm biến mức thấp tác động thì bật máy khuấy.
- Nếu pH < 7 mở val bazo Nếu pH > 7 mở val axit Nếu pH = 7 đếm timer 1 thời gian thì bật bơm ra.
- Nếu cảm biến mức thấp đang tác động thì bật 1/3 bơm.
- Nếu cảm biến mức trung đang tác động thì bật 2/3 bơm.
- Nếu cảm biến mức cao tác động thì bật cả 3 bơm.
3.2 Sơ đồ SFC tổng quát từ khối S26 tới khối
- Khối khởi tạo S26 dùng để Reset các timer và cho đèn Run chạy Điều kiện chuyển: Các cảm biến mực nước thấp, trung bình, cao bằng 0 thì chuyển sang khối S27
Khối quá trình S27 dùng để Set Val 1 của bể điều hòa
85 Điều kiện chuyển: Nếu Cảm biến mực nước thấp và trung bình tác động thì chuyển sang khối S28
Khối S28 dùng để Set mấy khuấy của bể điều hòa Điều kiện chuyển: Nếu cả 3 cảm biến tác động thì chuyển sang khối S29
Khối S29: dùng để Set Val2 và Reset val1 của bể điều hòa Điều kiện chuyển: Nếu Độ PH nằm trong khoảng từ 6.5 đến 8.5 thì chuyển sang khối S30
Khối S30 dùng để Reset val Axit và Val bazo và cho timer T5 chạy trong 10s Điều kiện chuyển: Nếu cảm biến PH>8.5 thì chuyển sang khối S31
Nếu cảm biến PH lớn hơn 8.5 thì Set Val Axit và reset val bazo và cho timer T6 chạy trong 10s
Nếu cảm biến PH
