ĐỒ ÁN: LẬP TRÌNH PLC ĐIỀU KHIỂN CÁC THIẾT BỊ TRONG NHÀ MÁY XỬ LÝ NƯỚC THẢI

đồ án điều khiển logic: điều khiển các thiết bị trong nhà máy xử lý nước thải. lập trình PLC mitsubishi. CHƯƠNG 1 : QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI 3 1.1. Sơ đồ công nghệ 3 1.2. Nguyên lý làm việc 3 1.2.1. Mương lắng cát 3 1.2.2. Bể cân bằng 4 1.2.3. Bồn định lượng 5 1.2.4. Bể trung hòa pH 6 1.2.5. Bể lắng 7 1.2.6. Bể chứa bùn 9 1.2.7. Bể vi sinh 10 1.2.8. Bể khử trùng 11 1.3. Kết luận: 12 CHƯƠNG 2: CÁC CẢM BIẾN VÀ CƠ CẤU CHẤP HÀNH SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG 13 2.1. Các cảm biến 13 2.1.1. Cảm biến đo độ PH 13 2.1.2. Cảm biến đo mức bùn 15 2.1.3. Cảm biến đo độ đục 17 2.2. Các thiết bị sử dụng trong hệ thống 19 2.2.1. Hệ thống sục khí 19 2.2.2. Máy khuấy chìm 20 2.3. Kết luận 24 Chương 3 LỰA CHỌN BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC VÀ THIẾT KẾ TRANG BỊ ĐIỆN CHO HỆ THỐNG 25 3.1. Giới thiệu PLC 25 3.1.1. Cấu trúc của PLC 27 3.1.2. Các hoạt động xử lý bên trong PLC 30 3.1.3. Ngôn ngữ lập trình 32 3.3. Lựa chọn thiết bị cho hệ thống 36 3.4. Giới thiệu về bộ điều khiển dùng trong hệ thống 36 3.4.1. FX3U64MRESA 36 3.4.2. FX3U4ADADP 39 3.4. Phân chia vào đầu vào đầu ra 42 3.5. Lựa chọn và tính toán thiết bị cho mạch động lực 44 3.5.1. Relay 44 3.5.2. Công tắc tơ 45 3.5.3. LỰA CHỌN ÁPTÔMÁT 47 3.6. Bản vẽ sơ đồ hệ thống 48 3.7. kết luận 48 Chương 4: THIẾT KẾ SƠ ĐỒ THUẬT TOÁN VÀ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 49 4.1. Sơ đồ thuật toán 49 4.2. Chương trình điều khiển 55 4.3. kết luận 55

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 : QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI 3

1.1 Sơ đồ công nghệ 3

1.2 Nguyên lý làm việc 3

1.2.1 Mương lắng cát 3

1.2.2 Bể cân bằng 4

1.2.3 Bồn định lượng 5

1.2.4 Bể trung hòa pH 6

1.2.5 Bể lắng 7

1.2.6 Bể chứa bùn 9

1.2.7 Bể vi sinh 10

1.2.8 Bể khử trùng 11

1.3 Kết luận: 12

CHƯƠNG 2: CÁC CẢM BIẾN VÀ CƠ CẤU CHẤP HÀNH SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG .13

2.1 Các cảm biến 13

2.1.1 Cảm biến đo độ PH 13

2.1.2 Cảm biến đo mức bùn 15

2.1.3 Cảm biến đo độ đục 17

2.2 Các thiết bị sử dụng trong hệ thống 19

2.2.1 Hệ thống sục khí 19

2.2.2 Máy khuấy chìm 20

2.3 Kết luận 24

Chương 3 LỰA CHỌN BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC VÀ THIẾT KẾ TRANG BỊ ĐIỆN CHO HỆ THỐNG 25

3.1 Giới thiệu PLC 25

3.1.1 Cấu trúc của PLC 27

3.1.2 Các hoạt động xử lý bên trong PLC 30

3.1.3 Ngôn ngữ lập trình 32

3.3 Lựa chọn thiết bị cho hệ thống 36

3.4 Giới thiệu về bộ điều khiển dùng trong hệ thống 36

3.4.1 FX3U-64MR/ES-A 36

3.4.2 FX3U-4AD-ADP 39

3.4 Phân chia vào đầu vào đầu ra 42

3.5 Lựa chọn và tính toán thiết bị cho mạch động lực 44

3.5.1 Relay 44

3.5.2 Công tắc tơ 45

3.5.3 LỰA CHỌN ÁPTÔMÁT 47

3.6 Bản vẽ sơ đồ hệ thống 48

3.7 kết luận 48

Chương 4: THIẾT KẾ SƠ ĐỒ THUẬT TOÁN VÀ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 49

4.1 Sơ đồ thuật toán 49

4.2 Chương trình điều khiển 55

4.3 kết luận 55

CHƯƠNG 1 : QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI

Tại mương lắng cát, tấm lọc rác tinh được lắp đặt nhằm giữ lại các rác thải có kích cỡ nhỏ

hơn để hạn chế tối đa rác thải theo vào ngăn bơm, tăng cường khả năng bảo vệ bơm Lượng ráctinh này được vớt lên định kỳ để duy trì tác dụng của tấm lọc rác Nước thải sau đó được chochảy tự nhiên qua bể cân bằng nhờ vào trọng lực

b Cấu tạo

Hình 1.1: Mương lắng cátCấu tạo của mương lắng cát gồm có:

- Tấm lọc rác thô: dùng để giử lại các loại rác lớn từ bên ngoài vào để đưa ra nước mịn hơn;

- Tấm lọc rác tinh: dùng để lọc các loại bùn và rác lại nhỏ làm cho chất lượng nước tốt hơntrước khi đưa vào bơm để bơm vào bể cân bằng;

- Phao đo mức nước: phao này dùng để đo mức nước có trong mương lắng cát

c Nguyên lý hoạt động

Ban đầu khi bắt đầu hoạt động thì trong mướng lắng cát sẽ chưa có nươc nên làm cho phaotrong bể sẽ hạ thấp xuống làm cho mạch điện trong phao sẽ hở ra, từ đó sẽ đưa tín hiệu đến vanđưa nước vào sẽ mở ra làm cho nước từ ngoài chảy vào bể lắng cát

Khi nước trong bể đầy thì phao sẽ được đẩy lên làm cho mạch điện trong phao sẽ đóng lại,tín hiệu này sẽ được đưa tới làm cho van tự đọng đóng lại không cho nước vô tránh trường hợptràng nước ra ngoài

Tức là:

Phao P01 có nhiệm vụ điều khiển van tự động (VTĐ1) đưa nước thải vào mương lắng cát, cómột cảm biến đưa tín hiệu Digital 0 hoặc 1; khi tín hiệu ở mức 0 thì van tự động mở, tín hiệu ởmức 1 thì van tự động đóng; có nghĩa là van sẽ luôn mở cho đến khi nước trong mương lắng cátdâng lên làm phao P01 nổi lên làm kín mạch dòng điện sinh ra làm van đóng lại

1.2.2 Bể cân bằng

a Định nghĩa

Tại bể cân bằng, một dàn ống sục khí được bố trí dưới đáy với mục đích là khuấy trộn, tại đâynước thải được trộn lẫn, làm đồng đều các thành phần (BOD, COD, pH, N, P, Nhiệt độ…) Dotính chất nước thải thay đổi theo từng giờ sản xuất và tùy vào tính chất nước thải của từng côngđoạn nên bể cân bằng rất cần thiết trong việc điều hòa nồng độ và lưu lượng nước thải, làm giảmkích thước và tạo chế độ làm việc ổn định liên tục cho các công trình phía sau, tránh sự cố quátải Ngoài ra bể cân bằng còn có mục đích là giảm bớt sự dao động hàm lượng các chất bẩn trongnước thải, làm giảm và ngăn cản lượng nước thải có nồng độ các chất độc hại cao đi trực tiếp vàocác công trình xử lý sinh học

b Cấu tạo

Cấu tạo của bể cân bằng gồm có:

- Hai phao để đo mức nước cao và mức nước thấp trong bể cân bằng;

- Hai máy bơm nước: dùng để bơm nước từ bể cân bằng lên bồn định lượng;

- Hai máy sục khí: máy sục khí có tác dụng là trộn lẫn nước và các loại tạp chất có trongnước như (BOD, COD, pH, N, P, Nhiệt độ…) để dễ dàng xử lý hơn

Hình 1.2: Bể cân bằng

c Nguyên lý hoạt động

Khi nước trong bể lắng cát chảy vào bể cân bằng thì mực nước trong bể cân bằng sẽ được đobởi hai phao mức thấp và phao mức cao

Hai phao P2 và P3 có nhiệm vụ điều khiển máy sục khí MSK1 và máy bơm B1và B2

P2 cảm biến mức thấp, khi mực nước trong bể cân bằng xuống mức thấp hơn so với phao P2 thìmạch điện trong phao P2 sẽ hở ra nên không có tín hiệu nào được gửi đi nên hai máy bơm B1,B2

và máy sục khí MSK1 sẽ không hoạt động Còn khi mự nước lên bằng hoặc cao hơn phao P2 thimạch điện trong phao sẽ đống lại nên có tín hiệu Digital từ P2 gửi đi thì khởi động B1 nếu màmực nước đi xuống thì ngừng bơm Khởi động MSk1 nếu mực nước đi xuống thì ngừng sục khí.P3 cảm biến mức cao, khi mực nước trong bể cân bằng thấp hơn phao P3 thi mạch điện trongphao P3 sẽ hở ra nên sẽ không có tín hiệu gì gửi đi Còn khi mực nước trong bể bằng hoạc caohơn phao P3 thì mạch điện trong phao se kín mạch nên có tín hiệu Digital từ phao P3 gửi đi thì

cả hai bơm B1 và B2 khởi động Khi mực nước giảm thì reset B1 cho B2 hoạt động Không cótrường hợp nước tràn vì nước chảy qua bể cân bằng từ mương lắng cát bằng trọng lực mà P1 đãkiểm soát lượng nước vào

1.2.3 Bồn định lượng

a Bồn định lượng: Là nơi điều tiết nước chảy vào chảy vào bể trung hòa, làm cho nước chảy

vào bồn trung hòa không vượt mức cho phép

b Cấu tạo của bồn

Bồn định lượng: có hai ngăn nhằm không để cho nước chảy qua bồn trung hòa quá nhiều,nước được bơm thừa lên sẽ tự động chảy xuống lại bể cân bằng

c Nguyên lý hoạt động của bồn

Từ bể cân bằng nước thải được bơm lên bồn định lượng bởi 1 trong 2 bơm B1 và B2 rồi chochảy tự nhiên xuống bể trung hòa Nếu lượng nước được bơm lên ngắn thứ nhất bị tràn sangngăn thứ hai, từ ngăn thứ hai nước thải sẽ tự động chảy về lại bể cân bằng

1.2.4 Bể trung hòa pH

a Tổng quan

Là nơi xử lý cân bằng tính axit/bazo trong nước thải, đảm bảo cho độ pH trong nước thảiluôn duy trì ở mước cho phép Mục đích của bể này dùng để tránh được hiện tượng ăn mòn, pháhủy vật liệu của hệ thống ống dẫn, công trình thoát nước, cũng như đảm bảo độ pH cho phép củangồn nước tiếp nhận như sông, ngòi, ao hồ, nước thải công nghiệp có tính axit

b Cấu tạo của bể trung hòa

- Sensors pH.

c Nguyên lý làm việc

Phao P4 có nhiệm vụ điều khiển máy khuấy MK1 và bơm B1, B2, van tự động V3_V4 cảmbiến mức thấp, khi mực nước trong bể cân bằng xuống mức thấp hơn so với phao P4 thi mạchđiện trong phao P4 sẽ hở ra nên không có tín hiệu nào được gửi đi nên hai máy bơm B1, B2 sẽbơm và van tự động V3_V4 sẽ không hoạt động

Còn khi mự nước lên bằng hoặc cao hơn phao P4 thi mạch điện trong phao sẽ đóng lại nên cótín hiệu Digital từ P4 gửi đi thì hai bơm B1 và B2 sẽ không bơm và van V3_V4 sẽ đóng lại P4 kết hợp với thiết bị đo pH chuyên dụng với thang đo 14 để điều khiển MK2 và MK3 cũngnhư các bơm AX và BZ

Khi pH trong nước nhỏ hơn 6,5 thì bơm bazo hoạt động, bơm bazo từ bồn bazo vào bể Đồngthời máy khuấy trong bể hoạt động; bazo được bơm cho đến khi pH trong nước đạt mức chophép

Khi pH trong nước lớn hơn 7.5 thì bơm axit hoạt động, bơm axit từ bồn axit vào bể đồng thờimáy khuấy hoạt động axit được bơm cho tới khi pH trong nước thải đạt mức cho phép

Cụ thể như sau:

- Độ pH nhỏ hơn 3.5 thì khởi động BZ1, BZ2 và MK3;

- Độ pH nằm trong khoảng (3.5 ÷ 6.5) thì khởi động BZ1 và MK3;

- Độ pH trong khoảng (7.5 ÷ 10.5) thì khởi động MK2 và AX1;

- Độ pH nhở hơn 10.5 thì khởi động AX1, AX2 và MK2;

- Độ pH trong khoảng (6.5÷ 7.5 thì reset MK1 cũng như reset (mở) van V3_V4.Nước sau khi xử lý xong sẽ được xả qua bể lắng Sau khi nước được xả qua bể lắng thì V3_V4đóng lại

bơm ra bể chứa bùn Phần nước phía trên của bể lắng sẽ được cho chảy tự nhiên qua bể vi sinhnhờ vào trọng lực.

b Cấu tạo: Trong dự án này ta dùng loại bể lắng ngang.

độ chất lơ lửng càng cao và ngay tại đáy, lớp cặn được tạo thành Theo thời gian, chiều cao lớpnước trong và lớp cặn tăng lên Sau một khoảng thời gian xác định, trong thiết bị lắng chỉ còn hailớp nước trong và lớp cặn Tiếp theo nếu cặn không được lấy ra thì nó sẽ ép và chiều cao lớp cặn

bị giảm Trong bể lắng liên tục cũng ó các vùng tương tự nhưng chiều cao của chũng không thayđổi trong suốt quá trình

Ngoài ra, trong bể lắng một hạt chuyển động theo dòng nước có vận tốc v và dưới tác dụngcủa trọng lực chuyển động xuống dưới với vận tốc ὼ Như vậy, bể lắng có thể lắng những hạt cóquỹ đạo của chúng cắt ngang đáy bể trong phạm vi chiều dài của nó.Vận tốc chuyển dộng cảunước trong bể lắng không lớn hơn 0,01m/s Thời gian lắng 1-3 giờ.

Thiết bị đo độ đục tiến hành đo lượng tạp chất cũng như các hạt lơ lửng trong nước để thamchiếu và tiến hành điều khiển bơm chất PAC để cố định cũng như lắng bùn xuống đáy bể

- 100 < độ đục < 500 thì tiến hành khởi động bơm PAC1 và MK4 MK5;

- 500 < độ đục < 1000 độ đục thì tiến hành khởi động bơm PAC1,PAC2 và MK4MK5;

- 0 < độ đục < 100 độ đục thì không tác động

Thiết bị đo lượng bùn (TBĐB) có nhiệm vụ đo lượng bùn có trong bể lắng để điều khiển máyhút bùn (MHB) hút xuống bể chứa bùn Cảm biến 2 mức min và max, khi lượng bùn trong bểlắng ở mức max cảm biến sẽ điều khiển MHB làm việc và khi lượng bùn xuống min thì cảm biếnđiều khiển cắt MHB

1.2.7 Bể vi sinh

a Tổng quan

Bể vi sinh là bể xử lý các chất thải hữu cơ bằng hoạt động của các vi sinh vật, sử dụng vi sinhvật để phân hủy chất thải Các vi sinh vật có thể là vi khuẩn hiếu khí hoặc yếm khí

b Cấu tạo của bể vi sinh

Tùy theo khả năng tài chính và diện tích đất mà người ta có thể sử dụng ao hồ có sẵn hoặcxây dụng các bể nhân tạo xử lý Đối với bể nhân tạo thường bao gồm các thành phần chính sau:

- Máy sục khí dưới đáy bể;

- Máy khuấy chìm

Hình 1.6: bể vi sinh

c Nguyên lý hoạt động của bể vi sinh

Tổng quan: Tại pha sục khí của bể vi sinh, nước thải được trộn đều với không khí được cấp từngoài vào qua dàn đĩa phân phối khí dưới đáy bể bằng máy sục khí MSK 3, hỗn hợp khí và nướcđược trộn lẫn với bùn vi sinh nhờ máy khuấy chìm MK6 đồng thời quá trình xử lý BOD, nitơ,photpho và các chất trong nước thải diễn ra mạnh mẽ Sau một thời gian nhất định quá trìnhchuyển sang pha lắng, tại đây khí được ngừng cung cấp vào bể tạo môi trường yên tĩnh và vớikhả năng lắng nhanh dựa vào trọng lực, bùn vi sinh sẽ lắng xuống đáy bể để lại lớp nước trongphía trên Lớp nước này sau đó được xả xuống bể khử trùng thông qua thiết bị thu nước bề mặt

có cấu tạo đặc thù

Hoạt động cụ thể của từng thiết bị:

Phao P5 có nhiệm vụ đo mức nước trong bể để tiến hành điều khiển máy khuấy MK6 và máysục khí MSK3 cũng như điều khiển thiết bị lấy nước bề mặt;

P5 có 3 mức:

P5_TL cảm biến mức thấp, sẽ khởi động V2 đồng thời sau 3 phút T38 sẽ khởi động MSK3.Nếu mực nước giảm thì ngừng MSK3 Sau 4 phút sẽ khởi động MK6 đồng thời reset T37 cũngnhư mực nước giảm thì reset MK6;

P5_TH cảm biến mức cao, khi mực nước dâng cao nhất thì ta ngừng MK6 cũng như MSK3

và V2 , sau khi T38 đếm 5 phút cho 5 phút cho nước trong bể lắng đi thì tiến hành set thiết bị lấynước bề mặt LNBM cũng như set (đóng) V3;

P5_TM cảm biến mức trung bình, khi mực nước ở mức trung bình trong bể đang xuống tatiến hành reset BNS và reset T38 cũng như set MSK3, set MK2 set V2 cung cấp lại nước cho bể

vi sinh tiến hành chu trình mới

1.2.8 Bể khử trùng

a Khái niệm

Bể khử trùng là bể mà nơi đó chúng ta làm giảm lượng vi sinh vật (các vi sinh vật có hại) cótrong nước bằng cách sử dụng các dung dịch hóa học trước khi nước được kiểm tra để thải ra bênngoài

b Cấu tạo của bể khử trùng

Bể khử trùng thường đơn giản là bể bình thường với hệ thống bơm nước từ công đoạn trướcvào và hệ thống thoát nước ra cùng với các cảm biến đo mức nước và nồng độ các vi sinh vậttrong nước

Hình 1.7 bể khử trùng

c Nguyên lý hoạt động của bể khử trùng

Tổng quan: Tại bể khử trùng nước sau khi xử lý vi sinh vẫn còn chứa một hàm lượng vikhuẩn nhất định sẽ được hòa trộn với dung dịch nước clorine (nồng độ 6-9 ppm) và lưu trongthời gian 4 phút để khử trùng (chủ yếu là vi khuẩn đường ruột coliform) Cuối cùng nước thải đã

xử lý sẽ chảy ra hệ thống thoát nước chung của khu vực hoặc tập trung vào bể chứa để tái sửdụng (tưới cây, rửa đường, nuôi cá…).

Hoạt động cụ thể của từng thiết bị:

Tại bể khử trùng nước sẽ được ngâm với clo để diệt một số vi khuẩn trong thời gian 4 phút.Phao P10 đo mức nước có trong bể khử trùng, chiều cao bể là 5m, lượng clo cho 5m chiều caocột nước là bơm 1 phút, sau khi ngâm clo xong, ta tiến hành mở van VTĐ3 để đưa nước qua bểlưu lượng

1.3 Kết luận:

Chương này giới thiệu tổng quan về sơ đồ công ngệ và nguyên lý hoạt động của hệ thống nhàmáy sử lý nước thải Trình bày ngắn gọn cách vận hành từng khâu trong hệ thống, từ đó ta có thểhiểu biết đặt tính và một số điều cần thiết để có thể dựa vào đó mà tính toán lựa chọn cảm biếncũng như các cơ cấu chấp hành trong chương 2

CHƯƠNG 2: CÁC CẢM BIẾN VÀ CƠ CẤU CHẤP HÀNH SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG

2.1 Các cảm biến

Các cảm biến sử dụng trong chương này được tính chọn gần như phù hợp với hệ thống, đểhiểu rỏ về chúng ta đi lần lược từng cảm biến

2.1.1 Cảm biến đo độ PH

a Giới thiệu chung

Nước thải cần xử lí được thu từ nhiều nguồn thải nên vấn đề chứa các thành phần chất hóahọc mang tính axit hay bazo là không tránh khỏi Vậy nên cần lắp đặt các cảm biến đo độ PH ởcác hệ thống xử lí Ở đây bể trung hòa nước thải, để đảm bảo sự giám sát và kiểm sát độ PHthông qua các công nghê xử lí nhằm đưa PH về khoảng 6.5 - 8.5 trước khi thải ra nguồn nhậnhoặc sử dụng cho công nghê tiếp theo

b Cấu tạo và sơ đồ nguyên lý

Một điện cực pH được cấu tạo bởi hai loại thủy tinh Thân điện cực được làm bằng loại thủytinh không đãn điện,đầu điện cực thường có dạng hình bầu.Cấu trúc của điện cực thủy tính chophép icon lithium trao đổi với các ion hydro trong chất lỏng tạo thành lớp thủy hợp Một điện thế

cỡ mV được sinh ra giữa tiết diện của bầu thủy tinh pH với dung dịch lỏng bên ngoài Độ lớn củađiện thế này phụ thuộc vào giá trị pH của dung dịch Độ khác nhau của điện thế tạo ra bởi lớpbên ngoài và lớp thủy hợp bên trong điện cực có thể đo bằng điện cực bạc/bạc chloride

Hình 2.1 : Cấu tạo điện cực đo pH

Nguyên lý làm việc: Giá trị pH được tính theo nồng độ ion H+ Khi có sự chênh lệch bên trong

điện cực đo (bầu kính) và trong dung dịch đo, ion H+ sẽ chuyển vào bên trong điện cực đo

để cân bằng pH Lúc này chênh lệch điện áp giữa điện cực mẫu và điện cực đo sẽ đượccảm biến xác định và chuyển thành giá trị pH Khi bảo trì, ta có thể rửa bầu thủy tinh và hiệuchuẩn lại thiết bị đo với dung dịch mẫu có pH=4;7;10

- Dòng nước tại điểm làm việc không quá 3m/s;

- Cầu muối là bộ phận tiếp xúc trực tiếp với dung dịch đo, gồm 3 bộ phận chính: điệncực đo là bầu kính, điện cực nối đất titan và điện cực mẫu;

- Vỏ cảm biến làm bằng nhựa Ryton có khả năng chống ăn mòn bởi hóa chất;

- Đầu cảm biến chịu được áp suất 6.9bar ở 70 ̊C

Hình 2.2 Lắp đặt đầu đo trên đường ống

Với kiểu thiết kế convertiable cảm biến đo pH DPD1R1 khi lắp trên đường ống sử dụng ốngnối T, ren trong gắn đầu dò 1”NPT

a Giới thiệu chung

Việc đo đạc mức bùn đáy liên tục có thể làm tăng hiệu suất xử lý bằng cách cung cấp sớmcác tín hiệu cảnh báo về chất rắn cần phải xả bỏ tại các bể để quá trình xử lý diễn ra chính xác và

an toàn hơn Chính vì vậy việc sử dụng các công cụ để đo mức bùn là quan trọng, thông thườngngười ta sử dụng các máy đo độ bùn với các cảm biển đo mức độ bùn

Trong các nhà máy xử lý nước thải công nghiệp thường sử dụng cảm biến đo mức độ bùnSONATAX SC

Sensor được kết nối với bộ điều khiển SC1000 hoặc SC100 để đo mức bùn

Biểu đồ mức bùn được xem thông qua màn hình của sc1000,SC100.

b Cấu tạo và sơ đồ nguyên lý

Hình 2.4: Cảm biến đo mức độ bùn SONATAX SC.

Hach SONATAX sc Sludge Blanket Level Probe được thiết kế để sử dụng trong các bể lắng

sơ và thứ cấp, bể nén bùn trong xử lý nước thải, bể lắng lọc nước thô, bể lắng bùn trong xử lýnước và nhiều công nghiệp

- Chiều dài cáp: 10 m - 50 m với dây cáp kéo dài;

- Hiệu chuẩn: nhà sản xuất hiệu chuẩn sẵn;

- Phương pháp hiệu chuẩn: One-off on commissioning, tự động;

- Chứng nhận: CE certified to EN 61326-1:1998 /A1/A2/A3 & EN 61010-1:2001;

- CE, TÜV GS, UL/CSA;

- Đường kính: 185 mm;

- Cấp bảo vệ: ≤ 1 bar IP68;

- Dòng chảy: 3 m/s;

- Chu kì bảo dưỡng: < 1giờ/tháng, thông thường;

- Vật liệu: Cần gạt từ, lớp phủ epoxy;

- Vòng O: Silicone;

- Miếng đỡ và cần gạt: POM;

- Miếng đệm cáp: thép không gỉ 1.4571;

- Miếng chèn đệm trong cáp: TPE-V;

- Khe dẫn sáng: Polycarbonate LEXAN;

- Vòng đệm cần gạt: Polyurethane;

- Thân điện cực: thép không gỉ 1.4581;

- Dây cáp nối sensor (hard-wired): 1 cặp dây xoắn đôi AWG 22 / 12 VDC, 1 cặp dâyxoắn đôi;

- AWG 24 / data, vỏ bọc xanh, Semoflex (PUR);

- Đầu kết nối sensor (hard-wired): loại M12 cấp bảo vệ IP67;

- Cao su cần gạt: cao su Silicone;

- Miếng đệm lót : NBR (acrylonitrile butadiene rubber);

- Nguyên lý đo: sóng siêu âm;

- Kiểu gắn: cố định tại 1 vị trí hoặc trục quay ;

- Điều kiện hoạt động (nhiệt độ): > 0 đến 50 °C;

e Các ưu điểm/đặc điểm chính

- Kiểu thiết kế cần gạt cải tiến giảm nhu cầu chăm sóc.;

- Ánh sáng chỉ thị đèn LED hoạt động nhìn thấy được giúp đánh giá nhanh sự hoạtđộng của đầu đo;

- Điều chỉnh tần số tự động cho sự đo đạc chính xác cao;

- Đầu đo kỹ thuật số hạn chế sự nhiễu điện từ;

- Sự bù trừ nhiệt độ tự động đảm bảo đầu đo không chịu ảnh hưởng bởi sự thay đổinhiệt độ của nước theo thời tiết hay Giá trị đo độc lập với thành phần bùn và nhiệt độnước;

- Giá trị đo đúng ngay cả khi có sự biến động thành phần bùn;

- Cảm biến được gắn cố định theo góc bên trong bù trừ phòng khi đầu đo không đượcgắn hoàn toàn thẳng đứng;

- Khả năng gắn nhiều đầu đo cùng hoạt động-khi kết nối với sc1000 có thể gắn 8 đầu

đo và sc100 có thể gắn 2 đầu đo cùng lúc;

- Khả năng kết hợp nhiều thông số- sc100 hay sc1000 controller có thể tương thích vớibất kì thông số đo của sensor thuộc dòng kỹ thuật số như sensor đo chất rắn lơ lửng,

pH, DO, độ đục, nitrat, photphat, ammoni và nhiều sensor khác

2.1.3 Cảm biến đo độ đục

a Giới thiệu chung

Độ đục là một trong những thông số quan trọng nhất được sử dụng để xác định chất lượngnước uống Độ đục được xem như một đặc điểm để nhận diện các tác nhân gây bệnh có trongnước uống Trong nước tự nhiên, đo độ đục được thực hiện để đánh giá chất lượng nước nóichung và khả năng tương thích của nó trong các ứng dụng liên quan đến sinh vật thuỷ sinh Việcgiám sát và xử lý nước thải hoặc đã từng chỉ cần dựa trên sự kiểm soát độ đục Hiện nay, việc đo

độ đục ở cuối của quá trình xử lý nước thải là cần thiết để xác minh rằng các giá trị nằm trongtiêu chuẩn quy định

b Cấu tạo và sơ đồ nguyên lý

Hình 2.5: Sơ đồ cấu trúc của cảm biến đo độ đục

Nguyên lý làm việc: Cảm biến đo độc đục bao gồm: sensor, hệ điều chỉnh lưu lượng, hệ điều

áp, van đối áp Nước đầu vào sẽ liên tục được chuyển vào khoang chứa mẫu của cảm biến bằngbơm Cảm biến hoạt động dựa trên nguyên tắc đo lường độ đục Nephelometric của tiêu chuẩnchâu Âu ISO 7027 & DIN EN 27027 Trong thiết bị có một nguồn sáng hồng ngoại chiếu vàokhoang chứa nước Cường độ ánh sáng dẫn truyền qua mẫu nước sẽ được ghi nhận bằng cảm

biến Sau đó dựa trên giá trị cường độ ánh sáng bị giảm, máy sẽ xuất ra giá trị độ đục củanước.Thiết bị có độ chính xác cao ±2% và ngưỡng đo là 0-1000NTU;

c Các lợi điểm của công nghệ:

Khi kiểm soát chu trình lọc bằng cảm biến độ đục quá trình lọc sẽ đạt được các lợi ích sau:

- Tăng lưu lượng nước xử lý;

- Giảm thiểu lượng nước rửa lọc;

- Tăng tuổi thọ vật liệu lọc;

- Kiểm soát hoàn toàn được chất lượng nước và tối ưu hóa lưu lượng nước xử lý;

- Chất lượng nước xử lý tốt do khả năng đáp ứng với tính chất nước đầu vào;

- Công nghệ hiện đại, truyền thông bằng SCADA, vận hành, cảnh báo lỗi;

- Giảm chi phí nhân công vận hành

d Các thức lắp đặt, kích thước

- Vị trí lắp đặt: cách vị trí lấy gần hơn 2-3m, nước mẫu sẽ được bơm về thiết bị;

- Là dạng thiết bị indoor, cần có hộc tủ chứa khi lắp ngoài trời;

- Hộc tủ chứa cần trống tối thiểu 20cm phía trên để thao tác;

- Lưu lượng nước lấy mẫu cần thiết 6 -60l/h, áp suất < 13.8 bar, nhiệt độ < 50°C

Đối với bể xử lý dinh học hiếu khí bằng bùn hoạt tính lơ lửng là công trình đơn vị quyết địnhhiểu quả xử lú của trạm vì phần lớn những chất gây ô nhiễm trong nước thải Các vi khuẩn hiệndiện trong nước thải ở dạng lơ lửng Các vi sinh hiếu khí sẽ tiếp nhận oxy và chuyển hóa chấthữu cơ thánh thức ăn.Trong môi trường hiếu khí ( nhờ khí O2 sục vào- hoạt động cung cấp khí),

vi sinh hiếu khí tiêu thụ các chất hưu cơ để phát triển, tăng sinh khối và làm giảm tải lượng ônhiễm trong nước thải xuống mức thấp nhất Vì vậy nhằm đảm bảo lượng oxy cấp vào bể

Aerotank đủ cho quá trình Nitrate hóa chúng ta cần phải tính toán chính xác lượng khí cấp vào

bể nhằm duy trì DO trong bể đảm bảo nống độ oxy hòa tan luôn >2mg/l

Thiết bị cung cấp khí cho hệ thống

Gồm: máy thổi khí Longtech-Đài Loan; đĩa/ống phân phối khí Longtech –Đài loan hoặc Đức

Tính toán lượng khí cần cung cấp(m3/phút) dựa vào những số liệu sau:

Công suất xử lý(m3/ngày đêm)/Thể tích bể cần sục khí(Dài x Rộng x Cao)

Hình 2.6: Hình dáng và sơ đồ nguyên lí máy thổi khí

Tính toán lựa chọn máy thổi khí Longtech –Đài Loan

Lượng không khí cần cung cấp cho quá trình xử lý nước thải tính theo công thức:

Qk = Qtt.D (m3 khí/h);

Với Qtt – lưu lượng nước thải tính toán (m3/h);

D – Lượng không khí cần thiết để xử lý 1 m3 nước thải (m3 khí/ m3 nước thải);

P=98066,5(1+ H s

10,33)

Áp lực của máy thổi khí tính theo công thức :

Với Hs – Độ ngập của thiết bị phân tán khí trong nước (m);

Công suất của máy thổi khí được tính theo công thức sau:

N= 3,64 (P

0,29−26,3)Qx

1000 n

Với QK – Tổng lưu lượng khí cấp cho bể xử lý (m3/h):

n – Hệ số sử dụng hữu ích của máy thổi khí (lấy khoảng 0,5 – 0,75)

-Từ các tính toán kỹ thuật như trên ta lựa chọn Model máy thổi khí Longtech có các thông số vềlưu lượng khí, áp lực máy, công suất điện năng, kích thước chi tiết của máy phù hợp thông quacatalog của nhà sản xuất

Tính toán số lượng đĩa/ống phân phối khí cần dùng:

Để thực hiện việc phân phối khí ta có thể sử dụng các đĩa phân phối khí sau:

Đĩa phân phối khí bọt mịn Lưu lượng: 0.02 – 0.2 m3/phút

Số lượng đĩa cần dùng = Lưu lượng máy thổi khí/lưu lượng đĩa thổi khí = 30/0,1 = 300 cái Lưu ý: Việc lựa chọn thiết bị phân tán khí phụ thuộc vào từng quy mô công trình Đảm bảo

cường độ khí phân tán phải đảm bảo lớn hơn giá trị tối thiểu để có thể tách cặn bẩn chui ra khỏicác lỗ và phải nhỏ hơn giá trị tối đa để vận tốc nổi không lớn, giữ được thời gian tiếp xúc của khí

và nước

Đối với các đĩa phân phối khí bọt mịn, kích thước bọt khí từ 1 – 6mm;

Đối với hệ ống đục lỗ, đĩa khí thô thì kích thước bọt khí từ 2 – 10 mm

2.2.2 Máy khuấy chìm

Lựa chọn máy khuấy chìm GM17A1T (GM17A471T1-4V2KA0) 1.1 Kw

Máy khuấy chìm Faggiolati cho các hệ thống xử lý nước thải cơ bản là một động cơ có đầu

trục gắn một cánh quạt để khuấy trộn chất lỏng, hòa tan các hạt lắng và ngăn chặn sự phântầng.Đây là thiết bị được sử dụng phổ biến trong các nhà máy, các hồ nuôi trồng thủy sản,…

Hình2.7 : Một số hình ảnh về máy khuấy chìm

Thông số kỹ thuật của máy khuấy chìm GM17A1T (GM17A471T1-4V2KA0) 1.1 Kw

Công suất máy : 1.1 Kw

Công suất cánh khuấy : 0.42 kw

Thân máy: Gang EN-GJL-250Cánh quạt: Inox AISI 316

Trục: SUS AISI 420Seal cơ khí trên: ceramic/graphiteSeal cơ khí dưới: silicon carbide

Cấu tạo máy khuấy chìm GM17A1T (GM17A471T1-4V2KA0) :

Gồm 6 bộ phận cơ bản:

Hình 2.8 : Sơ đồ cấu tạo máy khuấy chìm Faggiolati GM17A471T1-4V2AK0

1 Trục chính của máy khuấy chìm vật liệu Inox AISI 420.

2 Động cơ đồng bộ 4 cực, lớp bảo vệ H (180 độ C).

3 Phốt cơ khí làm kín phía trên máy khuấy chìm Faggiolati.

4 Phốt làm kín phía dưới.

5 Housing: Cast Iron EN-GJL-250.

6 Cánh khuấy: Inox AISI 316.

Với các loại vật liệu như trên, máy khuấy chìm Faggiolati được sử dụng phù hợp với nhiều

ứng dụng khuấy trọn chất lỏng khác nhau Trong đó là các loại nước thải có lẫn rác và hạt rắn,khả năng chịu được ăn mòn và chống nước tuyệt đối để đảm bảo tuổi thọ

Nguyên lý làm việc: Máy khuấy chìm giúp khuấy trộn nước thải tạo một môi trường khônggây lắng đọng, đồng nhất các thành phần có trong nước thải, từ đó tạo điều kiện thuận lợi để visinh vật kỵ khí, thiếu khí hoặc hiếu khí sử dụng nguồn oxi nội tại để sinh sôi và phát triển Chínhnhờ hệ thống vi sinh vật thiếu khí này mà nước thải có hàm lượng nitơ và photpho cao sẽ được

xử lý đến nồng độ thích hợp trước khi xả thải ra bên ngoài.

c Công tắc phao

- Giới thiệu chung

Là một thiết bị đóng cắt điện tự động đơn giản giữa trên mức độ chuyển của chất lỏng.Nó thểtruyền tải chỉ có hai loại tín hiệu -level không, mức highA mạch có thể được thiết kế để bắt đầungăn chặn một số quá trình tiếp nhận các tín hiệu từ công tắc phao quy trình chung đang gửi báođộng ở mức độ thấp hoặc cao, bắt đầu hoặc dừng động cơ máy bơm

Phân loại: Giữa vào nguyên lý làm việc của công tắc phao ta chia làm hai loại: Loại - Mở tại

vị trí nổi lên và tắt bám vị trí xuống loại - Mở tại vị trí bám xuống và tắt ở vị trí trở lên nổi

Nguyên lý làm việc: Khi nước được chứa đầy hoặc tới mức ta đã giới hạn, phao

được dựng lên, bi trong phao sẽ nối công tắc nằm trong phao, làm cho hai tiếp điểmđược nối với nhau, cho phép bơm hoạt động (đấu theo chống cạn)

Khi máy bơm hoạt đông, nước sẽ được hút từ từ lên bể chứa trên cao, phao sẽ hạdần xuống và viên bi trong phao sẽ rời khỏi tiếp điểm đã đóng làm hai tiếp điểm bịđứt quãng Máy bơm sẽ không hoạt động cho tới khi nước trong bể chứa tích trữ đủ

Sơ đồ nguyên lý:

Hình 2.9 : Sơ đồ nguyên lý công tắc pha

d Máy bơm chìm nước thải

Giới thiệu chung

Máy bơm chìm nước là dòng máy bơm có cấu tạo khá đặc biệt, đặt chìm dưới nước để có thểđẩy nước ngầm từ bên dưới lên

Máy bơm chìm nước có 2 loại, mỗi loại có cấu tạo khác nhau:

Máy bơm chìm nước dạng ly tâm

Loại máy bơm nước này hoạt động dựa trên lực lý tâm tạo ra bởi cánh quạt của máy bơm chìmnước (bánh công tác) để đẩy nước ra khỏi ống bơm, và từ đó, đưa nước lên trên

Hình 2.10 : Sơ đồ cấu tạo máy bơm chìm nước dạng li tâm

Máy bơm chìm nước dạng tích cực:

Loại máy bơm chìm nước tích cực hoạt động dựa trên nguyên lý tạo môi trường chân khôngbên trong ống bơm, sau đó đẩy nước ra khỏi thân bơm, từ đó nước được vận chuyển từ bên dướilên bên trên mặt đất

Thông số máy bơm

hệ thống vận hành một cách tốt nhất

Chương 3 LỰA CHỌN BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC VÀ THIẾT KẾ

TRANG BỊ ĐIỆN CHO HỆ THỐNG

Để đơn giản hóa việc lập trình, hệ thống điều khiển lập trình cầm tay (programmablecontroller handle) đầu tiên được ra đời vào năm 1969 Điều này đã tạo ra một sự phát triển thật

sự cho kỹ thuật điều khiển lập trình Trong giai đoạn này các hệ thống điều khiển lập trình (PLC)chỉ đơn giản nhằm thay thế hệ thống Relay và dây nối trong hệ thống điều khiển cổ điển Quaquá trình vận hành, các nhà thiết kế đã từng bước tạo ra được một tiêu chuẩn mới cho hệ thống,tiêu chuẩn đó là: dạng lập trình dùng giản đồ hình thang (The diagroom format) Trong nhữngnăm đầu thập niên 1970, những hệ thống PLC còn có thêm khả năng vận hành với những thuậttoán hổ trợ (arithmetic), “vận hành với các dữ liệu cập nhật” (data manipulation) Do sự pháttriển của loại màn hình dùng cho máy tính (Cathode Ray Tube: CRT), nên việc giao tiếp giữangười điều khiển để lập trình cho hệ thống càng trở nên thuận tiện hơn

Sự phát triển của hệ thống phần cứng và phần mềm từ năm 1975cho đến nay đã làm cho hệthống PLC phát triển mạnh mẽ hơn với các chức năng mở rộng: hệ thống ngõ vào/ra có thể tănglên đến 8.000 cổng vào/ra, dung lượng bộ nhớ chương trình tăng lên hơn 128.000 từ bộ nhớ(word of memory) Ngoài ra các nhà thiết kế còn tạo ra kỹ thuật kết nối với các hệ thống PLCriêng lẻ thành một hệ thống PLC chung, tăng khả năng của từng hệ thống riêng lẻ Tốc độ xử lý

của hệ thống được cải thiện, chu kỳ quét (scan) nhanh hơn làm cho hệ thống PLC xử lý tốt vớinhững chức năng phức tạp số lượng cổng ra/vào lớn

Trong tương lai hệ thống PLC không chỉ giao tiếp với các hệ thống khác thông qua CIMComputer Intergrated Manufacturing) để điều khiển các hệ thống: Robot, Cad/Cam… ngoài racác nhà thiết kế còn đang xây dựng các loại PLC với các chức năng điều khiển “thông minh”(intelligence) còn gọi là các siêu PLC (super PLCS) cho tương lai

PLC viết tắt của Programmable Logic Controller, là thiết bị điều khiển lập trình được (khảtrình) cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lậptrình Người sử dụng có thể lập trình để thực hiện một loạt trình tự các sự kiện Các sự kiện nàyđược kích hoạt bởi tác nhân kích thích (ngõ vào) tác động vào PLC hoặc qua các hoạt động cótrễ như thời gian định thì hay các sự kiện được đếm Một khi sự kiện được kích hoạt thật sự, nóbật ON hay OFF thiết bị điều khiển bên ngoài được gọi là thiết bị vật lý Một bộ điều khiển lậptrình sẽ liên tục “lặp” trong chương trình do “người sử dụng lập ra” chờ tín hiệu ở ngõ vào vàxuất tín hiệu ở ngõ ra tại các thời điểm đã lập trình

Để khắc phục những nhược điểm của bộ điều khiển dùng dây nối ( bộ điều khiển bằng Relay)người ta đã chế tạo ra bộ PLC nhằm thỏa mãn các yêu cầu sau :

Lập trình dể dàng , ngôn ngữ lập trình dể học ;

Gọn nhẹ, dể dàng bảo quản , sửa chữa;

Dung lượng bộ nhớ lớn để có thể chứa được những chương trình phức tạp;

Hoàn toàn tin cậy trog môi trường công nghiệp;

Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như : máy tính , nối mạng , các module mở rộng;Giá cả cá thể cạnh tranh được

Trong PLC, phần cứng CPU và chương trình là đơn vị cơ bản cho quá trình điều khiển hoặc

xử lý hệ thống Chức năng mà bộ điều khiển cần thực hiện sẽ được xác định bởi một chươngtrình Chương trình này được nạp sẵn vào bộ nhớ của PLC, PLC sẽ thực hiện việc điều khiể̉ndựa vào chương trình này Như vậy nếu muốn thay đổi hay mở rộng chức năng của qui trìnhcông nghệ , ta chỉ cần thay đổi chương trình bên trong bộ nhớ của PLC Việc thay đổi hay mởrộng chức năng sẽ được thực hiện một cách dể dàng mà không cần một sự can thiệp vật lý nào sovới các bộ dây nối hay Relay

Những ưu điểm kỹ thuật của bộ điều khiển PLC :

đặt gian.

Khả năng điều khiển

Thay đổi, nâng cấp

Hình 3.1: Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển

Bên cạnh đó, một bộ PLC hoàn chỉnh còn đi kèm thêm một đơn vị lập trình bằng tay haybằng máy tính Hầu hết các đơn vị lập trình đơn giản đều có đủ RAM để chứa đựng chương trìnhdưới dạng hoàn thiện hay bổ sung Nếu đơn vị lập trình là đơn vị xách tay , RAM thường là loạiCMOS có pin dự phòng, chỉ khi nào chương trình đã được kiểm tra và sẳn sàng sử dụng thì nómới truyền sang bộ nhớ PLC Đối với các PLC lớn thường lập trình trên máy tính nhằm hổ trợcho việc viết, đọc và kiểm tra chương trình Các đơn vị lập trình nối với PLC qua cổng RS232,RS422, RS458, …

Khối điều khiển trung tâm (CPU) gồm ba phần: bộ xử lý, hệ thống bộ nhớ và hệ thốngnguồn cung cấp