MÔ HÌNH MẠNG SCADA QUẢN LÝ TRẠM XỬ LÍ NƯỚC THẢI

Kết quả đạt được trong quá trình thực hiện đề tài : • Đã thiết kế và thi công được Panel mô hình giám sát và điều khiển hệ thống xử lí nước thải.. Ưu điểm của đề tài này là chúng em xây

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

MÔ HÌNH MẠNG SCADA QUẢN LÝ TRẠM

XỬ LÍ NƯỚC THẢI

Họ và tên sinh viên : NGUYỄN VŨ HOÀNG DUY

TRẦN KIM TRỌNG

Ngành: ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG Niên khóa: 2006- 2010

Tháng 6/2010

MÔ HÌNH MẠNG SCADA QUẢN LÝ TRẠM XỬ LÍ NƯỚC THẢI

LỜI CẢM ƠN

Chúng em xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc của mình đến tất cả Quý Thầy Cô trường Đại Học Nông Lâm TP.HCM, đặc biệt là Quý Thầy Cô ngành Điều Khiển Tự Động đã dìu dắt và truyền lại kiến thức cho chúng em trong suốt quá trình học tập cũng như làm khóa luận tốt nghiệp, để chúng em có hành trang kiến thức vững chắc cho sự nghiệp của chúng em sau này

Đặc biệt chúng em xin chân thành cảm ơn Thầy Đặng Ngọc Toàn và Cô Đặng Phi Vân Hài đã tận tình trực tiếp hướng dẫn, cung cấp tài liệu, thiết bị và tạo mọi điều khiện thuận lợi để chúng em hoàn thành khóa luận tốt nghiệp

Chúng em xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè - những người đã giúp đỡ

về mặt vật chất và tinh thần cho chúng em trong suốt khóa học 2006 – 2010, cũng như trong suốt quá trình làm khóa luận tốt nghiệp này

Tuy chúng em đã cố gắng nhiều nhưng vì kiến thức hạn hẹp, nên tập khóa luận tốt nghiệp này sẽ không thể tránh khỏi những sai sót, chúng em xin Quý Thầy Cô chỉ dẫn thêm Chúng em xin chân thành tiếp thu mọi ý kiến đóng góp quý báu của Quý Thầy Cô để khóa luận tốt nghiệp này được hoàn chỉnh hơn

Chúng em xin kính chúc Quý Thầy Cô luôn mạnh khỏe, hạnh phúc và luôn công tác tốt trong sự nghiệp Khoa Học – Giáo Dục

TP.Hồ Chí Minh, tháng 6 năm 2010

Sinh Viên Thực Hiện :

Nguyễn Vũ Hoàng Duy Trần Kim Trọng

TÓM TẮT

Ngày nay, với tốc độ phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật trên thế giới, nhiều ngành công nghiệp ở nước ta đang tiếp thu và ứng dụng nhiều công nghệ hiện đại vào trong sản xuất Ngành Điều Khiển Tự Động cũng không ngừng phát triển

để vươn lên đáp ứng nhu cầu sản xuất ngày càng cao của xã hội

Điều Khiển Tự Động trong các quá trình sản xuất đã từng bước thay thế dần sức lao động chân tay của con người bằng nhiều thiết bị nhỏ gọn, giá thành tương đối nhưng lại rất hiện đại nhằm nâng cao năng suất lao động, tăng hiệu quả sản xuất, nâng cao chất lượng sản phẩm, tiết kiệm thời gian sản xuất, hạ giá thành sản phẩm làm ra Điều này đem lại ý nghĩa vô cùng to lớn đến sự phát triển của các ngành công nghiệp nói riêng và của cả nền kinh tế nước nhà nói chung

Ngoài ra, việc ứng dụng Điều Khiển Tự Động vào trong các quá trình sản xuất

là xu hướng tất yếu trên thế giới và cả ở nước ta, nhằm góp phần đẩy mạnh chủ trương: “ Công nghiệp hóa – Hiện đại hóa đất nước “

Hiện nay, nhiều hãng cung cấp các giải pháp công nghệ trên thế giới đã đưa ra rất nhiều thiết bị để giám sát và điều khiển dây chuyền sản xuất thay thế dần các phương pháp giám sát và điều khiển bằng tay trước đây bằng các Module điều khiển lập trình cỡ nhỏ với giá thành chấp nhận được, dễ dàng thao tác điều khiển

Để cụ thể hóa cho các ứng dụng mạnh mẽ của Điều Khiển Tự Động trong các quá trình sản xuất và cũng như giúp chúng em củng cố lại các kiến thức đã tích lũy trong suốt quá trình học tập Dưới sự định hướng và hướng dẫn tận tình của Thầy Đặng Ngọc Toàn và Cô Đặng Phi Vân Hài, chúng em đã mạnh dạn thực hiện đề tài :

“ MÔ HÌNH MẠNG SCADA QUẢN LÝ TRẠM XỬ LÍ NƯỚC THẢI ”

Với những nội dung sau đây :

• Tìm hiểu tính năng và cách sử dụng PLC OMRON C200

• Tìm hiểu tính năng và cách sử dụng của màn hình cảm ứng Pro-face GP2501S

• Tìm hiểu phần mềm KEPServerEx, phần mềm C-Package 3, phần mềm WinCC 6.0 và phần mềm CX-Progammer

• Tìm hiểu các phương pháp xử lí nước thải được ứng dụng trong thực tế

• Thiết kế và chế tạo Panel giám sát và điều khiển hệ thống xử lí nước thải

• Thiết kế giao diện giám sát hệ thống xử lí nước thải công bằng ngôn ngữ WinCC

• Viết chương trình cho PLC OMRON C200 bằng ngôn ngữ LAD

• Viết chương trình cho màn hình cảm ứng Pro-face GP2501S

Kết quả đạt được trong quá trình thực hiện đề tài :

• Đã thiết kế và thi công được Panel mô hình giám sát và điều khiển hệ thống xử

lí nước thải

• Thiết kế được giao diện điều khiển trên máy tính bằng phần mềm WinCC 6.0

• Viết chương trình cho PLC OMRON C200 bằng phần mềm CX-Programmer

• Viết chương trình cho màn hình cảm ứng Pro-face GP2501S bằng phần mềm C-package 3

• Kết nối giao tiếp được giữa PLC OMRON C200 với máy tính theo chuẩn RS232 bằng phần mềm KEPServerEx

• Kết nối giao tiếp được giữa PLC OMRON C200 với màn hình cảm ứng face GP2501S theo chuẩn RS232

Pro-MỤC LỤC

Trang tựa ……… i

Lời cảm ơn ……… ……… ii

Tóm tắt ……… …….iii

Mục lục ……….v

Danh sách hình ………ix

Danh sách bảng ………xi

CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU ……… 1

1.1 Tổng quan về đề tài ………1

1.2 Mục đích đề tài ………1

1.3 Giới hạn đề tài ……… ……….2

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN ………3

2.1 Tìm hiểu chung về tính chất và thành phần nước thải ……….3

2.1.1 Những sản phẩm có tạo ra chất thải trong quá trình sản xuất …………3

2.1.2 Thành phần và tính chất của nước thải gây ô nhiễm ………3

2.2 Những phương pháp xử lí nước thải hiện nay [ Phục lục 1 ] ………4

2.3 Tìm hiểu tổng quan hệ thống xử lí nước thải ……… 5

2.3.1 Sơ đồ hệ thống xử lí nước thải ……… 5

2.3.2 Sơ đồ công nghệ của hệ thống xử lí nước thải ……… 7

2.3.3 Quy trình công nghệ của hệ thống xử lí nước thải ……….…9

2.3.3.1 Sơ đồ hệ thống xử lí nước thải ……… 9

2.3.3.2 Giải thích quy trình công nghệ xử lí nước thải ………10

2.3.4 Một số ứng dụng mạng SCADA vào trong giám sát và điều khiển [ phụ lục 2 ] ……….………15

2.4 Tìm hiểu tổng quát về hệ thống SCADA ………15

2.4.1 Giới thiệu về SCADA ………15

2.4.2 Cấu trúc của hệ thống SCADA ……….16

2.4.3 Phần mềm SCADA ………17

2.5 Chức năng chính của hệ thống SCADA ……….17

2.5.1 Thu nhận số liệu ……… ………17

2.5.2 Quản lí số liệu ……… 17

2.5.3 Chức năng điều khiển có giám sát ……….17

2.5.4 Hệ thống SCADA có cấu trúc mở về phần cứng và phần mềm …… 18

2.6 Tổng quan về bộ điều khiển lập trình được – PLC ………18

2.6.1 Bộ lập trình được – PLC ( Programmable Logic Controller ) …………18

2.6.1.1 Hệ thống tuyến ( system bus ) ……….19

2.6.1.2 Tuyến địa chỉ ( address bus ) ………19

2.6.1.3 Tuyến dữ liệu ( data bus ) ………19

2.6.1.4 Tuyến điều khiển ( control bus ) ………19

2.6.2 Cấu trúc và phân chia bộ nhớ ………19

2.6.2.1 Các module của PLC OMRON C200 ………19

2.6.2.2 Module CPU………20

2.6.2.3 Các thiết bị sử dụng trong hệ thống xử lí nước thải ……… ……20

2.6.2.4 Xác định địa chỉ Input và Output của thiết bị trong hệ thống …….22

2.6.2.5 Giới thiệu phần mềm KEPServerEx ……… …26

2.6.2.6 Giới thiệu phần mềm CX – Programmer ………27

2.6.2.7 Giới thiệu phần mềm C – Package 3………28

2.7 Tổng quan về phần mềm thiết kế giao diện – WinCC ……… ………29

2.7.1 Tìm hiểu phần mềm thiết kế giao diện – WinCC ……… ………29

2.7.2 Control Center trong hệ thống WinCC ………30

2.7.3 Nhiệm vụ của Control Center ……….30

2.7.4 Cấu trúc của WinCC ……… 31

2.7.5 Các thành phần của Project trong Control Center ………31

2.7.6 Kiểu dữ liệu ………32

2.7.7 Soạn thảo ………32

2.8 Kết luận ………32

CHƯƠNG 3 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1 Thời gian và địa điểm nghiên cứu đề tài ……….34

3.1.1 Địa điểm tiến hành đề tài ……….34

3.1.2 Phân bố thời gian tiến hành đề tài ………34

3.2 Đối tượng và các thiết bị nghiên cứu ………35

3.2.1 Đối tượng nghiên cứu ………35

3.2.2 Các thiết bị nghiên cứu ……….…………35

3.3 Phương pháp thực hiện đề tài ……….…….……35

3.3.1 Lựa chọn phương pháp thiết kế cho hệ thống xử lí nước thải ……… 35

3.3.2 Phương pháp thực hiện phần cơ khí ………36

3.3.3 Phương pháp thực hiện phần điện tử ………36

3.3.4 Phương pháp thực hiện trên phần mềm ……… …………36

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 4.1 Thiết kế mô hình ……… ……… ……….38

4.1.1 Chọn mô hình chung ……… ……… ………38

4.1.2 Nguyên lý hoạt động của mô hình hệ thống xử lí nước thải …… ……39

4.2 Thực hiện phần cơ khí ……… ……… ………40

4.2.1 Thiết kế và thi công Panel phần điều khiển tín hiệu đầu vào ……… 40

4.2.2 Thiết kế và thi công Panel phần hiển thị tín hiệu đầu ra …… …… …41

4.2.3 Sơ đồ điện mô hình hệ thống xử lí nước thải [ phục lục 3 ] …………41

4.3 Thực hiện phần mềm ……….……….…………41

4.3.1 Lưu đồ giải thuật chương trình ………42

4.3.2 Viết chương trình giám sát cho PLC [ Phục lục 4 ] ……… 45

4.3.3 Thiết kế giao diện giám sát trên phần mềm WinCC ……… 45

4.3.4 Thiết kế giao diện giám sát trên phần mềm C – Package 3 ………… 49

4.4 Thi công, hiệu chỉnh và chạy thử nghiệm ………… ………51

4.4.1 Thi công ………51

4.4.2 Hiệu chỉnh máy ………53

4.4.3 Chạy thử nghiệm mô hình ………53

4.4.3.1 Mục đích chạy thử nghiệm mô hình ………53

4.4.3.2 Dụng cụ, thiết bị khảo nghiệm ………53

4.4.3.3 Sơ đồ bố trí thí nghiệm ……… …54

4.5 Kết quả thí nghiệm và thảo luận ……… …54

4.5.1 Bố trí thí nghiệm ……… …54

4.5.2 Kết quả thí nghiệm và hiệu chỉnh lại hệ thống ……….55

4.5.2.1 Kết quả thí nghiệm của nồng độ pH trước khi hiệu chỉnh … … 55

4.5.2.2 Kết quả thí nghiệm của nồng độ WL, DO, MLSS và EFFL trước khi hiệu chỉnh ……….… 55

4.5.2.3 Kết quả thí nghiệm của nồng độ pH sau khi hiệu chỉnh ….… …56

4.5.2.4 Kết quả thí nghiệm của nồng độ WL, DO, MLSS và EFFL sau khi hiệu chỉnh ……….…… 56

4.5.3 Thảo luận ……… 57

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ……… 58

5.1 Kết luận ……….… … 58

5.2 Đề nghị ……… …… 59

TÀI LIỆU THAM KHẢO ……… ……… 60

DANH SÁCH HÌNH

Hình 2.1 : Sơ đồ hệ thống xử lí nước thải ……… …5

Hình 2.2 : Sơ đồ công nghệ của hệ thống xử lí nước thải ……… 6

Hình 2.3 : Sơ đồ cụm Rotary Drum ……….8

Hình 2.4 : Sơ đồ bể điều hòa ……… ……….8

Hình 2.5 : Sơ đồ bể hóa chất ……… 9

Hình 2.6 : Sơ đồ bể lắng sơ cấp 1 ………10

Hình 2.7 : Sơ đồ bể xử lí sinh học ………10

Hình 2.8 : Sơ đồ bể lắng thứ cấp ………11

Hình 2.9 : Sơ đồ bể thu bùn ……… 12

Hình 2.10 : Sơ đồ cấu trúc của hệ thống SCADA ……… …….14

Hình 2.11 : PLC OMRON ……… ……16

Hình 2.12 : Các module có trong PLC OMRON C200 ………17

Hình 2.13 : Module CPU42 và Power Supply trong PLC OMRON C200 …… …18

Hình 2.14 : Bố trí các module trên PLC OMRON C200 ………23

Hình 2.15 : Màn hình cảm ứng Pro-face GP2501S ………23

Hình 2.16 : Phần mềm KEPServerEx ………24

Hình 2.17 : Giao diện thao tác trên phần mềm KEPServerEx ………24

Hình 2.18 : Phần mềm CX – Programmer ………25

Hình 2.19 : Giao diện thao tác trên phần mềm CX – Programmer ……… 25

Hình 2.20 : Phần mềm C-Package 3 ………26

Hình 2.21 : Phần mềm WinCC ……… 27

Hình 2.22 : Mạng giao tiếp giữa máy tính và PLC ……….………29

Hình 3.1 : Sơ đồ kết nối thiết bị trong hệ thống SCADA ……….…………33

Hình 4.1 : Mô hình Panel của hệ thống xử lí nước thải ……… …………36

Hình 4.2 : Panel phần điều khiển tín hiệu đầu vào ……….…………38 Hình 4.3 : Panel phần hiển thị tín hiệu đầu ra ……….…………39 Hình 4.4 : Panel mô hình phần điều khiển tín hiệu đầu vào ………49 Hình 4.5 : Các thiết bị vật lí để điều khiển hệ thống xử lí nước thải ………….…50 Hình 4.6 : Relay MORON P7TF-OS16, bộ nguồn và terminal trên Panel …… 50 Hình 4.7 : Panel phần hiển thị tín hiệu đầu ra ……… ……51 Hình 4.8 : Sơ đồ bố trí khảo nghiệm ……… … 52

DANH SÁCH BẢNG

Bảng 2.1 : Danh sách các thiết bị sử dụng trong hệ thống ……….18 Bảng 2.2 : Danh sách địa chỉ các thiết bị có trong hệ thống xử lí nước thải … …20

Bảng 4.1 : Bảng kết quả nồng độ pH trước khi hiệu chỉnh …….……….… 53

Bảng 4.2 : Bảng kết quả nồng độ WL, DO, MLSS và EFFL trước hiệu chỉnh … 53

Bảng 4.3 : Bảng kết quả khảo nghiệm nồng độ pH sau khi hiệu chỉnh ………….54

Bảng 4.4 : Bảng kết quả WL, DO, MLSS và EFFL sau khi hiệu chỉnh …………54

Ưu điểm của đề tài này là chúng em xây dựng mô hình hệ SCADA cho hệ thống trạm xử lí nước thải dựa trên ngôn ngữ WinCC để thiết kế phần giao diện máy tính cùng với việc lập trình cho PLC OMRON C200 nhằm giám sát và điều khiển hệ thống Ngoài ra, còn sử dụng màn hình cảm ứng Pro-face GP2501S để trực tiếp điều khiển theo chế độ điều khiển bằng tay ( Handy ), chứ không phải sử dụng phần mềm SCADA có sẵn của các nhà cung cấp giải pháp

1.2 Mục đích đề tài

Tìm hiểu các phương pháp xử lí nước thải

Tìm hiểu quy trình công nghệ xử lí nước thải

Khảo sát mô hình hệ thống xử lí nước thải trong thực tế

Tìm hiểu các thiết bị công nghiệp được sử dụng trong hệ thống xử lí nước thải Khảo sát những phần mềm SCADA được ứng dụng trong giám sát và điều khiển hệ thống xử lí nước thải

Chọn ra quy trình công nghệ xử lí nước thải tối ưu nhất để tiến hành nghiên cứu

và khảo sát

Lập trình cho PLC để điều khiển và điều khiển hệ thống xử lí nước thải

Thiết kế giao diện giám sát và điều khiển hệ thống xử lí nước thải trên phần mềm WinCC và C-Package 3

Tiến hành thiết kế, thi công Panel mô hình giám sát và điều khiển hệ thống xử lí nước thải theo chế độ điều khiển bằng tay ( Handy )

1.3 Giới hạn đề tài

Vì kiến thức chúng em hạn hẹp và thời gian thực hiện đề tài không nhiều Vì vậy,

đề tài này chúng em chỉ tập chung vào việc tìm hiểu các vấn đề chính sau đây :

Thực hiện thiết kế giám sát và điều khiển một phần của hệ thống xử lí nước thải theo chế độ điều khiển bằng tay ( Handy )

Sử dụng phần mềm WinCC 6.0 để thiết kế giao diện cho hệ thống xử lí nước thải nhằm giám sát và điều khiển thông qua giao diện trên máy tính

Viết chương trình cho PLC OMRON C200 bằng ngôn ngữ LAD dựa trên phần mềm CX-Programmer

Viết chương trình cho màn hình cảm ứng Pro-face GP2501S bằng chương trình C-Package 3

Thực hiện thiết kế và thi công mô hình giám sát hệ thống xử lí nước thải trên Panel

2.1 Tìm hiểu chung về tính chất và thành phần nước thải

2.1.1 Những sản phẩm có tạo ra chất thải trong quá trình sản xuất

Lắp ráp và chế tạo chi tiết cơ khí, các thiết bị điện – điện tử

Sản phẩm hóa lọc dầu, than đá, khoáng sản

Sơn hóa học các loại, lốp xe ôtô, xe máy, sản phẩm thủy tinh

Sản xuất hàng tiêu dùng, đồ dùng sinh hoạt gia đình, đồ thuộc da

Chế biến nông – lâm – thủy hải sản

Các sản phẩm hóa chất, hóa mỹ phẩm, thuốc trừ sâu, phân bón

Chế biến lương thực, thực phẩm, hoa quả đóng hộp, nước giải khát

Sản xuất các thiết bị - dụng cụ văn phòng phẩm, đồ chơi trẻ em

Sản xuất vật liệu xây dựng, đồ trang trí nội thất

Và các sản phẩm khác

2.1.2 Thành phần và tính chất của nước thải gây ô nhiễm

Con người chủ yếu khai thác nguồn nước có sẵn trong tự nhiên để cung cấp

nước cho mục đích sinh hoạt và sản xuất Nước sau khi qua sử dụng sẽ bị nhiễm bẩn vì

nó chứa nhiều vi khuẩn và các tạp chất khác, như là : các chất rắn lơ lững, các chất hữu cơ có thể phân hủy bằng con đường sinh học, các mầm bệnh, các dưỡng chất, các chất ô nhiễm nguy hại, các chất hữu cơ khó phân hủy, kim loại nặng, chất vô cơ hòa tan, nhiệt năng, Ion hydrogen, mầm bệnh, muối,…

Nguồn nước thải của một số ngành đặc trưng trong thực tế có thể kể đến như : Nguồn nước thải của các nhà máy nhiệt điện và các lò hơi của một số ngành công nghiệp có nhiệt độ rất cao Khi thải ra môi trường bên ngoài, nó sẽ gia tăng nguồn nhiệt các thủy vực và sẽ làm ảnh hưởng đến một số loài thủy sinh vật, làm suy giảm hàm lượng oxy hòa tan trong nước (vì khả năng bão hòa oxy trong nước nóng

thấp hơn nhiệt độ bình thường và ở nhiệt độ cao sẽ làm vi khuẩn phân hủy chân hữu cơ

sẽ hoạt động mạnh hơn)

Nguồn nước thải từ các nhà máy dệt, nhà máy nhuộm, nhà máy sản xuất giấy, nhà máy thuộc da, lò mổ,…, sẽ có độ màu rất cao Nó sẽ cản trở khả năng khuyến tán của ánh sáng vào nguồn nước, ảnh hưởng đến khả năng quang hợp của hệ thủy sinh thực vật, còn làm mất vẻ mỹ quan của nguồn nước và dễ phản ứng dây chuyền với các

vùng lân cận

Nguồn nước thải từ các nhà máy giấy, nhà máy dệt, nhà máy nhuộm, nhà máy hóa chất,…,sẽ chứa nhiều chất tạo bọt, đây là dạng ô nhiễm dễ phát hiện và sẽ lây lan

ô nhiễm nhanh chóng sang các vùng lân cận

Nguồn nước thải trong các nhà máy chế biến nông – lâm – thủy hải sản, thực phẩm nước giải khát, đồ hộp,…, sẽ chứa nhiều vi khuẩn, vi rút, nấm, tảo, nguyên sinh động vật, các loài động vật và thực vật bậc cao Chúng sẽ làm thay đổi tính chất lý – hóa trong nước, giảm lượng oxy hòa tan trong nước, thay đổi nồng độ pH, tiêu diệt các loài thủy sinh vật có lợi trong nước, gây bóc mùi ô nhiễm, chứa các mầm bệnh độc

hại,… Nguồn nước thải của từng ngành công nghiệp khác nhau sẽ khác nhau nên nó sẽ

được xử lí cục bộ trước khi đi theo cống dẫn đến trạm xử lí nước thải tập trung của

khu công nghiệp

2.2 Những phương pháp xử lí nước thải hiện nay

2.3 Tìm hiểu tổng quan hệ thống xử lí nước thải

2.3.1 Sơ đồ hệ thống xử lí nước thải

Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống xử lí nước thải

Hệ thống xử lí nước thải gồm các bộ phận sau đây :

1 – Nguồn nước thải từ các khu công nghiệp và sinh hoạt dân cư

2.3.2 Sơ đồ công nghệ của hệ thống xử lí nước thải

Hình 2.2 Sơ đồ công nghệ xử lí nước thải

Quy trình công nghệ của hệ thống xử lí nước nước thải gồm :

1 – Nguồn nước thải từ các khu công nghiệp và sinh hoạt dân cư

2 – Lưới chắn rác

3 – Máy nghiền rác

4 – Xử lí nước bằng phương pháp hóa – lý

5 – Lắng sơ bộ

6 – Xử lí nước thải bằng phương pháp sinh học

7 – Máy nén khí sẽ sục khí vào nước thải

8 – Lắng lần hai

9 – Bơm buồn hồi lưu

10 – Ống thoát ra bể phơi bùn

2.3.3 Quy trình công nghệ của hệ thống xử lí nước thải 2.3.3.1 Sơ đồ hệ thống xử lí nước thải

Hình 6.35 Sơ đồ hệ thống xử lí nước thải

2.3.3.2 Giải thích quy trình công nghệ xử lí nước thải

Tổ hợp công trình trong hệ thống xử lí nước thải :

Ống dẫn nguồn nước thải từ các khu công nghiệp và khu sinh hoạt dân cư đến hệ thống xử lí nước thải

Hình 2.3 Sơ đồ cụm Rotary Drum

Bể điều hòa ( Equalization tank )

Tại hầm tiếp nhận, nước tải được bơm qua trống quay ( Rotary Drum ) nhằm loại

bỏ rác có kích thước trung bình lớn hơn 2 mm và tiếp tục đưa vào ngăn trung hòa, ở

đây có gắn thiết bị tự động điều chỉnh độ nồng độ pH trong nước ( pH controller và

hai bơm định lượng axit, xút, máy khuấy ) trước khi vào bể điều hòa

Hình 2.4 Sơ đồ bể điều hòa

Hệ hóa – lý bậc 1

Hệ lý – hóa bậc 1 gồm hai ngăn : ngăn thứ nhất thực hiện chức năng trộn keo

tụ và ngăn thứ hai thực hiện chức năng tạo bông cặn ( Flocculation )

Dung dịch PAC (Poly Aluminium Chloride, Công thức: n]m) – chất keo tụ trong nước, có nồng độ 10% được bơm trực tiếp vào ngăn thứ nhất Tại đây, nước thải và dung dịch PAC 10% được khuấy nhanh bởi máy khuấy

[AL2(OH)LnCL6-phản ứng 1 (với vận tốc khuấy khoảng 100 vòng/phút), rồi từ đó nước thải được đưa vào ngăn thứ hai Tại đây, dung dịch Polymer được châm vào nước thải bằng bơm dung dich Polymer 1 và được trộn thành hỗn hợp bởi máy khuấy phản ứng 2 (với vận tốc khuấy khoảng 75 vòng/phút) nhằm kết nối các hạt mịn tạo thành mảng bông cặn

lớn

Hình 2.5 Sơ đồ bể hóa chất

Bông cặn lớn được tạo thành sẽ thúc đẩy quá trình lắng các chất lơ lững phân tán nhỏ - hệ keo, thậm chí cả nhũ tương Polymer và các tạp chất khác Mục đích của quá trình này là giảm độ màu

Bể lắng sơ bộ ( Clarifier tank )

Nước thải theo đường ống chảy vào ống trung tâm của bể lắng sơ bộ Tại đây, các chất lơ lững, cặn, bông bùn và các tạp chất khác lắng xuống được khuấy bởi khuấy gạt bùn 1 gom vào bể thu bùn, bơm bùn 1 chuyển ra bể chứa bùn Phần nước còn lại theo máng tràn theo đường ống chảy vào bể xử lí sinh học ( Unitank ), khi đó nồng độ

cặn lơ lững, độ màu, độ đục và cả mùi cũng được giảm thiểu

Trong mỗi khoang đều được lắp đặt hệ thống phân phối khí và máy sục khí

Máy sục khí 1 : cung cấp khí cho khoang thứ nhất

Máy sục khí 2 và 3 : luân phiên cung cấp khí cho khoang thứ hai Máy sục khí 4 : cung cấp khí cho khoang thứ ba

Ngoài ra, khoang thứ nhất và khoang thứ ba được lắp kênh chảy tràn để xả nước sạch, vậy nên khoang thứ nhất và khoang thứ ba vừa có chức năng là khoang sục khí

vừa là khoang lắng Nước sạch được xả qua hệ cảm ứng 2 thông qua van xả

Van cấp 1 : cho phép nước thải qua khoang thứ nhất

Van cấp 2 : cho phép nước thải qua khoang thứ hai

Van cấp 3 : cho phép nước thải qua khoang thứ ba Bùn sinh học được

sinh ra nếu dư có thể lấy ra từ hai khoang ngoài bằng các bơm bùn (bơm bùn 3 và bơm bùn 4)

Bơm bùn 3 : bơm bùn dư cho khoang thứ nhất ra bể phơi bùn

Bơm bùn 4 : bơm bùn dư cho khoang thứ ba ra bể phơi bùn

Cũng như các hệ thống sinh học khác hệ thống xử lí sinh học ( Unitank ) bậc 1 hiếu khí hoạt động liên tục

Bể lắng hóa – lý bậc 2

Nước thải theo đường ống chảy vào trung tâm của bể lắng hóa - lý bậc 2, tại đây các chất lơ lững, cặn, bông bùn và các tạp chất khác lắng xuống được khuấy gạt bùn 2 gom vào bồn thu bùn bởi bơm bùn 4 chuyển ra bể thu bùn Phần nước thải còn lại theo máng thu nước chảy vào hố lấy mẫu

Bùn dư từ hệ xử lí vi sinh và bùn thu gom tại hai bể lắng sơ bộ và hóa – lý sẽ được thu gom về bể nén bùn, tại đây bùn sẽ lắng xuống và được bơm ra sân phơi bùn bằng bơm bùn Sân phơi bùn gồm 14 ngăn riêng biệt, tại đây bùn được làm ráo nước

và giảm độ ẩm Nước thấm qua cát và được hệ thống ống lọc thu nước quay về bể gom, phần còn lại sẽ được phơi khô và được tách khỏi lớp cát thu gom xử lí lại

Phòng thí nghiệm

Nhà máy xử lí nước thải được trang bị phòng thí nghiệm hóa phân tích để có thể xác định nhanh chóng và chính xác các tiêu chuẩn COD ( Chemical Oxygen Demand : nhu cầu ôxy hóa học - hàm lượng oxy để có thể phân hủy hóa học hết các chất bẩn có trong môi trường nước ), pH ( nồng độ axit – kiềm trong nước ), DO (hàm lượng oxy hòa tan ), BOD ( Biological Oxygen Demand : nhu cầu ôxy sinh hoá, hàm lượng oxy để có thể phân hủy sinh học hết các chất bẩn có trong môi trường nước ),

SS ( hàm lượng cặn lơ lững ), nhiệt độ, hàm lượng nitơ, hàm lượng photpho, độ

màu,…Tạo điều kiện quản lý chất lượng nước sau khi qua hệ thống xử lí nước thải

được tốt hơn

2.3.4 Một số ứng dụng mạng SCADA vào trong giám sát và điều khiển

2.4 Tìm hiểu tổng quát về hệ thống SCADA

2.4.1 Giới thiệu về SCADA

SCADA ( Supervisory Control And Data Acquisition ) được hiểu là hệ thống

giám sát điều khiển và thu nhận dữ liệu hay điều khiển giám sát Hoạt động theo nguyên tắc lấy tín hiệu từ các cảm biến được gắn trên bộ phận công tác và trong dây chuyền sản xuất rồi đưa về bộ điều khiển sau đó đi đến máy tinh, nơi tổng hợp dữ liệu

và xử lí số liệu Khi đó, máy tính sẽ kiểm tra trạng thái hoạt động, thông tin kỹ thuật của hệ thống đang giám sát và các tiêu chuẩn của mẫu sản phẩm tạo ra của hệ thống sản xuất có đúng theo quy mong muốn chưa, tất cả sẽ được hiển thị lên trên màn hình điều khiển của máy tính, giúp con người có thể trực tiếp giám sát mọi hoạt động cảu

hệ thống sản xuất đang diễn Và từ đó, phát đi tín hiệu điều khiển đến các bộ phận công tác tạo nên vòng tín hiệu khép kín Quá trình giám sát và điều khiển bao gồm :

Con người giám sát và điều khiển

Máy tính giám sát và điều khiển

Đối với hệ thống sản xuất tự động trước đây trong các dây chuyền sản xuất, việc giám sát và điều khiển đều do chính con người trực tiếp thực hiện Nhưng tốc độ

xử lí của con người thường rất chậm và dễ có sai sót hơn so với tốc độ của máy tính, chính vì vậy việc áp dụng đưa máy tính vào giám sát và điều khiển sẽ giúp tăng tốc độ

xử lí lên và giảm tối đa những sai sót không cần thiết trong quá trình điều khiển Ngoài

ra, bằng việc lập trình trước cho máy tính những sai sót thường xuyên xảy ra hoặc những khả năng có thể xảy ra, sẽ giúp cho máy tính có thể lựa chọn được phương hướng xử lí tốt nhất

2.4.2 Cấu trúc của hệ thống SCADA

Một hệ thống SCADA thông thường có bốn thành phần chính :

Các đơn vị đầu cuối chủ MTU ( Master Terminal Unit )

Các đơn vị đầu cuối ở xa RTU ( Remote Terminal Unit )

Các thiết bị truyền thông

Phần mềm SCADA

Hình 2.10 Sơ đồ cấu trúc hệ thống SCADA

Dựa vào sơ đồ cấu trúc hệ thống SCADA trên ta thấy gồm 5 tầng chính, đó là : Tầng quản lý tài nguyên; Tầng SCADA; Tầng tiếp hợp; Tầng điều khiển tự động và

tầng cơ cấu chấp hành

Tầng quản lý tài nguyên : có chức năng thực hiện công việc thu thập

và quản lý dữ liệu các tài nguyên chung của hệ thống

Tầng SCADA : có chức năng vận hành giám sát thiết bị trong hệ thống

và thu thập, lưu trữ dữ liệu

Tầng tiếp hợp : thì liên quan đến cách thức và phương thức truyền

thông trong hệ thống

Tầng điều khiển hệ thống tự động : bao gồm các PLC và bộ điều

khiển Controller Nó thực hiện chức năng thu nhận, xử lí và xuất các tín hiệu điều khiển tác động đến cơ cấu chấp hành

Tầng cơ cấu chấp hành : là tầng có các bộ phận liên quan đến cơ cấu

chấp hành như là : biến tần, động cơ, van điều khiển, xylanh-pittong khí nén,…

2.4.3 Phần mềm SCADA

Những phần mềm HMI thông thường gồm: Cimplicity (GE-Fanuc), RSView

(Rockwell Automation), IFIX (Intellution) và InTouch (Wonderare), WinCC Hầu hết những phần mềm này sử dụng những dụng cụ biểu diễn theo dữ liệu tiêu chuẩn cho báo cáo và lưu trữ dữ liệu và kết hợp tốt với Microsoft Excel, Access và Word

2.5 Chức năng chính của hệ thống SCADA

2.5.1 Thu nhận số liệu

Thu nhận và chuyển đổi số liệu thành dạng có thể sử dụng được Các số liệu điều khiển có thể gửi ngược trở lại cho các cơ cấu chấp hành Có khả năng giao tiếp với tất cả các thiết bị I/O có trong dây chuyền của các hãng khác nhau (qua I/O Drivers).

2.5.2 Quản lý số liệu

Chức năng này cho phép thực hiện việc xử lý số liệu và chuyển các số liệu đã

xử lý đến đúng những địa chỉ cần thiết Đảm bảo việc truyền số liệu giữa các môi trường tính toán khác nhau trong nhà máy Phải đảm bảo tính nguyên vẹn của các số liệu được truyền đi

2.5.3 Chức năng điều khiển có giám sát

Chức năng này cho phép kết hợp việc theo dõi quá trình công nghệ theo thời

gian thực và khả năng thay đổi từ máy tính các giá trị đặt ( Set Point ) liên quan đến

qui trình và khả năng thay đổi trạng thái các thiết bị công nghệ trực tiếp từ máy tính

Chức năng cảnh báo

Chức năng này cho phép nhận biết những tình huống bất thường trong quy trình công nghệ và lập tức thông báo cho người vận hành biết về những tình huống bất thường đó Các tình huống này được xác lập trên cơ sở các set point của các thông số công nghệ do người vận hành đưa vào

Chức năng điều khiển tự động

Chức năng này cho phép thực hiện việc điều khiển quá trình công nghệ một cách tự động không có sự can thiệp của người vận hành, việc điều khiển sẽ được thực hiện theo những thuật toán cho trước, đảm bảo cho các thông số công nghệ nằm trong khoảng giá trị đã đặt trước

2.5.4 Hệ SCADA có cấu trúc mở về phần cứng và phần mềm

Về mặt phần cứng : có thể mở rộng hệ thống bằng cách sử dụng các

phần cứng khác nhau của cùng một hãng hoặc thậm chí của nhiều hãng

Về phần mềm : tất cả các hệ SCADA đều cho phép trao đổi số liệu và

ghép nối với các chương trình viết trên các ngôn ngữ khác như Win CC, Visual Basic, Visual C++, Pascal,…

2.6 Tổng quan về bộ điều khiển lập trình được - PLC

2.6.1 Bộ lập trình được – PLC ( Programmable Logic Controller )

Bộ điều khiển lập trình được còn gọi là PLC (Programmable Logic Controller)

là bộ điều khiển cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điểu khiển số thông qua ngôn ngữ lập trình để trao đổi thông tin với các PLC khác hoặc với các máy tính

Hình 2.11 PLC OMRON

2.6.1.1 Hệ thống tuyến ( system bus ) : là tuyến để truyền các tín hiệu, gồm

nhiều đường tín hiệu song song

2.6.1.2 Tuyến địa chỉ ( address bus ) : chọn địa chỉ trên các khối khác nhau 2.6.1.3 Tuyến dữ liệu ( data bus ) : mang dữ liệu ( như là từ IM đến OM ) 2.6.1.4 Tuyến điều khiển ( control bus ) : truyền các tín hiệu định thì và điều

khiển để đồng bộ các hoạt động trong PLC

2.6.2 Cấu trúc và phân chia bộ nhớ

2.6.2.1 Các Module của PLC C200

Để tăng tính linh hoạt trong ứng dụng thực tế mà ở đó phần lớn các đối tượng điều khiển có số tín hiệu đầu vào, đầu ra cũng như chủng loại tín hiệu vào / ra khác nhau mà các bộ điều khiển PLC được thiết kế không bị hạn chế về cấu hình Chúng được chia nhỏ ra thành các module, số các module được sử dụng nhiều hay ít tùy thuộc vào từng trường hợp ứng dụng thực tế

Hình 2.12 Những Module trong PLC OMRON C200

Song tối thiểu bao giờ cũng phải có một module chính là Module CPU, các module khác là những module nhận / truyền tín hiệu với đối tượng điều khiển, các module chuyên dụng như là PID, điều khiển động cơ,chuyển đổi analog…, chúng được gọi là các module mở rộng

2.6.2.2 Module CPU

Module CPU là loại module có chứa bộ vi xử lí, hệ điều hành, bộ nhớ, các bộ định thời, bộ đếm, cổng truyền thông,…, và có thể có thêm một số cổng vào/ra số Các cổng vào/ra số này có trên module CPU được gọi là cổng vào/ra On Board

Trong họ PLC OMRON C200 có nhiều loại module khác nhau Chúng được đặt tên theo bộ vi xử lí có trong nó, như là module CPU11, module CPU32, module CPU42,…

Hình 2.13 Module CPU42 và Power Supply của PLC OMRON C200

2.6.2.3 Các thiết bị sử dụng trong hệ thống xử lí nước thải

Bảng 2.1 Danh sách các thiết bị sử dụng trong hệ thống

9 Máy Khuấy Trung Hòa Cụm Trung Hòa 3M02 3.07

16 Máy Khuấy Polymer Cụm Trung Hòa 6M01 3.12

18 Máy Khuấy Dinh Dưỡng Cụm Trung Hòa 6M03 3.14

38 Máy Sục Khí 4 Cụm xử lí sinh học 8M04 6.02

39 Thiết Bị MLSS 1 Cụm xử lí sinh học MLSS 1

40 Thiết Bị MLSS 2 Cụm xử lí sinh học MLSS 2

41 Thiết Bị Đo DO 1 Cụm xử lí sinh học DO 1

42 Thiết Bị ĐO DO 2 Cụm xử lí sinh học DO 2

2.6.2.4 Xác định địa chỉ Input và Output của thiết bị trong hệ thống

Bảng 2.2 Danh sách địa chỉ các thiết bị có trong hệ thống xử lí nước thải

( I ) Cụm Bể Gom

( II ) Cụm Tách Rác Thải

( III ) Cụm Trung Hòa Bằng Axit và Bazo

7 Bơm Bazo 3P02 200.05 1.06 3.05

9 Máy Khuấy Trung Hòa 3M02 200.07 1.08 3.07

Sau khi đã xác định được chính xác số lượng Input / Output có trong hệ thống xử

lí nước thải và thiết bị được sử dụng làm mô hình Panel là PLC OMRON C200

Chúng ta sẽ bố trí các Module Analog, Module Input, Module Output, Module CPU42

và Module Power như cấu trúc sau đây :

Hình 2.14 Bố trí các Module trên PLC OMRON C200

Vì khoa luận tốt nghiệp này chỉ tập trung vào thiết kế hệ thống SCADA giám sát

trạm xử lí nước thải trên máy tính với phần mềm WinCC 6.0 và trên màn hình cảm ứng Pro-face GP2501S, nên sẽ không đi sâu vào việc tính toán, xây dựng phần điện

động lực cho hệ thống cũng như phần động lực cho cơ cấu chấp hành

Hình 2.15 Màn hình cảm ứng Pro-face GP2501S

2.6.2.5 Giới thiệu phần mềm KEPServerEx

KEPServerEx là một ứng dụng Windows 32-bit cung cấp một phương pháp mang

dữ liệu và thông tin từ một dãy rộng các thiết bị công nghiệp và các hệ thống vào các ứng dụng khách ( Client ) trên windows PC KEPServer được xem là một dạng ứng

dụng “Server” Nó được xem là phần mềm phổ biến trong ứng dụng “Client/Server”

Hình 2.16 Phần mềm KEPServerEx

Bất chấp tính kinh doanh trong các phần mềm khác, ứng dụng “client/server“ có

một thứ chung, đó là một phương pháp chuẩn để chia sẻ dữ liệu Trong thành phần công nghiệp, nhiều kỹ thuật ứng dụng client/server đã được phát triển trên 10 năm nay Vào lúc đầu một số trong những nghiên cứu kỹ thuật này được đăng ký bản quyền

Hình 2.17 Giao diện thao tác trên KEPServerEx

2.6.2.6 Giới thiệu phần mềm CX – Programmer

Phần mềm CX – Programmer cung cấp một nền tảng chung cho sự phát triển

chương trình cho tất cả các loại PLC OMRON từ các loại micro PLC cho đến những loại PLC Duplex cao cấp

Hình 2.18 Phần mềm CX – Programmer

Phần mềm CX – Programmer không chỉ được sử dụng để lập trình cho PLC

OMRON mà đây còn là công cụ để các kỹ sư quản lí một dự án điều khiển tự động với PLC làm bộ não của hệ thống

Hình 2.19 Giao diện thao tác trên phần mềm CX – Programmer

Các chức năng chính của phần mềm CX – Programmer bao gồm :

Tạo và quản lí các dự án ( Project ) tự động hóa ( tức là các chương trình ) Kết nối với PLC qua nhiều đường giao tiếp

Cho phép thực hiện các thao tác chỉnh sửa và theo dõi khi đang online

Đặt thông số hoạt động cho PLC, cấu hình đường truyền mạng

Hỗ trợ nhiều chương trình, nhiều PLC trong cùng một Project và nhiều section của cùng một chương trình

CX – Programmer hiện đang có hai phiên bản chính :

Phiên bản Junior : chỉ hỗ trợ cho các loại PLC micro của OMRON như là :

CPMx, SRM1 Hiện tại phiên bản này được cung cấp miễn phí cho các khách hàng mua PLC của OMRON tại Việt Nam

Phiên bản đầy đủ : sẽ hỗ trợ cho tất cả các loại PLC của OMRON, ngoài các loại

CPMx, SRM1 còn có các loại thông dụng khác như : CQM1x, C200x, CS1, CJ1x

2.6.2.7 Giới thiệu phần mềm C-Package 3

Đây là chương trình được sử dụng để thiết kế các Project cho màn hình cảm ứng Pro-face các loại, điểm mạnh của phần mềm C-Package 3 là dễ thao tác và sử dụng, có nhiều Tool thiết kế tạo ra giao diện điểu khiển sinh động, linh hoạt trong giám sát

Hình 2.20 Phần mềm C – Package 3