Việc điều khiển xử lý nước thải được tập trung vào một Trung tâm điều khiển từ đây có thể theo dõi giám sát, điều khiển toàn bộ dây chuyền. Trung tâm điều khiển có thể đặt ngay bên cạnh cơng trình cần điều khiển hoặc ở vị trí cách xa cơng trình. Người vận hành tại Trung tâm phải làm các nhiêm vụ sau:
- Theo dõi, kiểm tra các thông số về mặt chất lượng và số lượng của q trình cơng nghệ
- Theo dõi các tín hiệu về trạng thái, chế độ làm việc của thiết bị, về cảnh báo, báo động
- Thông qua các chỉ số theo dõi để lựa chọn chế độ làm việc tối ưu cho dây chuyền công nghệ.
Người vận hành điều khiển hệ thống thông qua IPC hoặc Bàn điều khiển. Trạm điều khiển tự động PLC đặt trong phòng điều khiển cách hệ
MÁY TÍNH PLC CƠ CẤU CHẤP HÀNH CẢM BIẾN BẢNG ĐIỀU KHIỂN
thống máy tính và bàn điều khiển một khoảng cách ngắn và không cần phải theo dõi thường xun trong q trình vận hành. Tồn bộ các số liệu quá trình và trạng thái hệ thống cũng như các cảnh báo, báo động sẽ được thể hiện trên máy tính và các đèn báo, trên bàn điều khiển.
Tín hiệu từ tất cả các nút điều khiển tay đều đi qua PLC, trừ nút dừng khẩn cấp STOP. Trên bàn điều khiển có nút chuyển đổi giữa hai chế độ: điều khiển tự động (Auto) và điều khiển tay (Manual). Chế độ điều khiển do người vận hành bằng tay quyết định. Khi người vận hành chuyển khố sang Manual thì PLC sẽ không thực hiện các chức năng điều khiển tự động của các khâu sau: pH, DO, Flow và người vận hành hoàn toàn chủ động trong điều khiển tay.
Trái lại, nếu người vận hành vặn khoá trên bàn điều khiển sang chế độ Auto thì các nút điều khiển ON/OFF các động cơ, điều khiển lượng hoá chất, lưu lượng nước trên bàn điều khiển tay đều bị vơ hiệu hố trừ nút STOP và nút giải trừ sự cố. Khi chuyển chế độ thì đèn trên bàn điều khiển và trên HMI đều đồng bộ thay đổi theo. Khi vận hành trong chế độ tự động, hệ thống sẽ tự động cập nhật số liệu từ các đầu đo, nhận biết trạng thái làm việc của các thiết bị, máy móc trong hệ thống và xử lý, tự động điều khiển các thiết bị theo chu trình cơng nghệ định trước. Chu trình này có thể dễ dàng thay đổi các tham số làm việc, có thể can thiệp, chuyển đổi sang chế độ vận hành bằng tay dễ dàng cũng như sau đó có thể đưa trở lại về chế độ tự động để hệ thống tiếp tục điều khiển chu trình cơng nghệ. Việc điều khiển các thiết bị có thể đơn giản thơng qua chuột máy tính.
Tín hiệu từ tất cả các sensor (đầu đo) và điều khiển cơ cấu chấp hành (bơm, van điện, máy sục, ...) đặt tại các khu vực trong dây chuyền được đưa tập trung về một trung tâm giám sát và điều hành. Tại đây mọi diễn biến hoạt động của từng đối tượng được theo dõi và kiểm sốt chặt chẽ thơng qua bàn điều khiển và trợ giúp của máy tính.
Các thơng số về lưu lượng nước thải, khống chế mực nước trong các bể, chất lượng nước thải như pH, nhiệt độ, ơ xy hịa tan (DO) và tình trạng hoạt động của các thiết bị được cập nhật về phòng điều khiển trung tâm và hiển thị lên màn hình máy tính. Từ đây, người vận hành hệ thống có thể nhận biết một số thơng số quan trọng về tính chất của nước thải trong từng hệ thống xử lý, hoạt động của các thiết bị và có thểđiều khiển chúng theo mong muốn.
Các thông số hoạt động của hệ thống được ghi lưu lại trong đĩa cứng. Báo cáo hàng ngày qua các bảng biểu được in ra máy in gắn với máy tính nhờ một chức năng trong phần mềm SCADA đã cài đặt.
Một số quá trình điều khiển tự động đặc biệt trong dây chuyền công nghệ như điều chỉnh pH, lưu lượng nước được thực hiện thông qua các khối phần mềm chuyên dụng sử dụng các thuật toán điều khiển kinh điển (PI, PID) và có thể kết hợp với phương pháp điều khiển hiện đại khác như điều khiển mờ, mạng nơron…
3.3.3 Các thiết bị trong hệ thống SCADA
a. Thiết bị trong trung tâm điều khiển, trạm máy tính
Bảng 3: SIMATIC CPU 315-DPTên Đặc điểm Tên Đặc điểm Bộ nhớ chương trình 66K Thời gian xử lý 1K lệnh 0.3ms Số module mở rộng max 32 Bit nhớ 2048
Giao diện truyền thông PROFIBUS DP master/slave, MPI Bộ thời gian/Bộđếm 128 Timers / 64 Counters Nguồn cung cấp 24 VDC
Bảng 4: SIMATIC SM 321- 16DI
Tên Đặc điểm
Số lượng đầu vào 16 đầu vào
Điện áp nguồn cấp 24V DC (min 20,4 max 28,8V DC) Điện áp đầu vào 24V DC Từ 13 đến 30V DC là mức “1” Từ –
30 đến +5V DC là mức “0”
Dòng vào 9 mA
Đầu vào Cách li quang Trễ tín hiệu vào 1,2 đến 4,8ms
Chiều dài cáp nối Cáp không chống nhiễu 600m Cáp chống nhiễu là 1000m
Bảng 5: SIMATIC SM 331-8AI
Tên Đặc điểm
Số lượng đầu vào 8 đầu vào Điện áp nguồn cấp 24V DC
Báo lỗi Thông qua đèn đỏ báo lỗi trên modul Điện áp cho phép đối với
đầu vào điện áp
20V Dòng điện cho phép đối
với đầu vào dòng điện
0÷40mA
Độ phân giải Đơn cực: 9/12/14bit Lưỡng cực: 9+S/12+S/14+S
Chiều dài cáp nối cho phép Cáp chống nhiễu 200 m
Bảng 6: SIMATIC SM 322- 16D0
Tên Đặc điểm
Số lượng đầu ra 16 đầu ra
Điện áp nguồn cấp 24V DC (min 20,4 max 28,8V DC)
Dòng ra 5 mA
Đầu ra Cách li quang Tần suất đầu ra Max 100Hz
Chiều dài cáp nối Cáp không chống nhiễu 600m Cáp chống nhiễu là 1000m
Bảng 7: SIMATIC SM332-4AO
Tên Đặc điểm
Số lượng đầu vào 8 đầu vào Điện áp nguồn cấp 24V DC Điện áp đầu vào
24V DC Mức logic “1” ứng với : 13 ÷ 30V Mức logic “0” ứng với : -30 ÷ 5V
Dòng điện đầu vào ứng với mức logic “1”
7 mA Đầu vào Cách li quang Trễ tín hiệu vào 1,2 đến 4,8ms Số lượng đầu ra 8 đầu ra
Dòng điện đầu ra Mức logic “1” : 0.5A tại 600 Mức logic “0” : 0.5 mA
Dịng điện tổng của các đầu ra
4A Tổn hao cơng suất 4.5W
Chiều dài cáp nối Cáp không chống nhiễu 600m Cáp chống nhiễu là 1000m
Bảng 8: Cấu hình IPC SIMATIC PC
TT Tên
1 CPU Bộ xử lí intel 2 RAM 1 Gbyte
3 Card mạng được tích hợp PROFIBUS-DP/MPI, và Ethernet 4 Hard disk 320 Gbyte
b.Thiết bị đo lường (cảm biến + transmitter) Đo độ pH
Transmitter CPM 223-PR0305: Cho phép nối với các loại đầu đo CPF81/82. Hiện thị tại chỗ với màn hình LCD với 6 loại ngôn ngữ khác nhau. Hiển thị các giá trị đo nhiệt độ, độ pH cùng một thời điểm. Ngồi ra cịn cho phép báo động, cảnh báo và điều khiển các thiết bị ngoại vi.
Bảng 9: Các thông số kỹ thuật Transmitter CPM 223-PR0305
Tên Đặc điểm
Số lượng kênh đo 2 (đo pH và nhiệt độ) Màn hình hiển thị LCD
Tín hiệu ra kênh
pH và T0 0.4 ÷ 20mA Dịng báo lỗi 2,4 ÷ 22mA Độ phân dải lớn
nhất 700 digits/mA Dải đo pH pH -2 ÷ 16 Độ dài cáp đến
sensor pH Max.50m Dải đo nhiệt độ -5 ÷ +700C Số lượng đầu ra
kiểu Relay Max .4 (Dòng max.2A với tải cosϕ=1, tải khángcosϕ=0,4 max.500V) Khối lượng 0,7 Kg
Kích thước 96ì96ì145mm Nhit lm vic -10 ữ +550C
Ngun cp 220VAC
Cp bo vệ IP65
Đầu đo CPF81: Loại đầu đo này có hai loại là tích hợp sensor đo nhiệt độ và khơng tích hợp sensor nhiệt độ được thiết kế để đo trong môi trường nước thải công nghiệp.
Bảng 10: Các thông số kỹ thuật đầu đo CPF81
Tên Đặc điểm
Dải đo pH 0 ÷ 14 pH Độ phân dải 0,01 pH Dải đo nhiệt độ 0 ÷ 1100C Độ phân dải 0,10C Cáp nối 7 m(Max.200m) Sensor nhiệt độ NTC Nhiệt độ mơi
trường -10 ÷ +550C
Áp suất 10 bar/800C ; 3 bar/+1100C
Cấp bảo vệ IP68
Nguồn cấp Theo đường transmitter Đo nồng độ oxi
Transmitter COM 223/253: Cho phép nối với các loại đầu đo COS31/41/71. Hiện thị tại chỗ với màn hình LCD trên hai dịng text với 6 loại ngơn ngữ khác nhau. Hiển thị các giá trị đo nhiệt độ, độ pH cùng một thời điểm. Ngồi ra cịn cho phép báo động, cảnh báo và điều khiển các thiết bị ngoại vi .
Bảng 11: Các thông số kỹ thuật Transmitter COM 223/253
Tên Đặc điểm
Số lượng kênh đo 2 (đo DO và nhiệt độ) Màn hình hiện thị LCD
Tín hiệu ra kênh
DO và T0 0.4 ÷ 20mA Dịng báo lỗi 2,4 ÷ 22mA Độ phân dải lớn
nhất 700 digits/mA Dải đo DO 0 ÷ 20mg/L Độ dài cáp đến
đầu đo Max.100m
Dải đo nhiệt độ -10 ÷ +600C Số lượng đầu ra
Khối lượng 0,7 Kg Kích thước 96×96×145mm Nhiệt độ làm việc -10 ÷ +550C
Nguồn cấp 220VAC
Cấp bảo vệ IP65
Đầu đo COS41: Loại đầu đo này có hai loại là tích hợp sensor đo nhiệt độ và khơng tích hợp sensor nhiệt độđược thiết kế để đo trong môi trường nước thải công nghiệp.
Bảng 12: Các thông số kỹ thuật đầu đo COS41
Tên Đặc điểm
Dải đo DO 0 ÷ 20mg/L Độ phân giải 0,01 mg/L Dải đo nhiệt độ 0 ÷ 500C Cáp nối 7 m (Max.50m) Sensor nhiệt độ NTC Nhiệt độ mơi
trường -5 ÷ +500C Áp suất Max.10 bar
Cấp bảo vệ IP68
Nguồn cấp Theo đường transmitter
Bảng 13: Thiết bị đo lưu lượng nước SmartScan50
Tên Đặc điểm
Hãng SX SolidAT
Khoảng đo sâu 0.4 – 12 m Độ chính xác 0.2% Độ phân giải 1mm
Hiển thị LCD
Cấp bảo vệ IP65
Tín hiệu ra 0.4 – 20 mA Đầu đo Transducer Nhiệt độ -40 – 90 độ C
b. Thiết bị chấp hành
Bảng 14 Thông số biến tần Commander SE của hãng Control Techniques
Tên thông số Giá trị
Nguồn cấp 3 pha 220-240V ± 10%, 48-62Hz Hệ số cosφ > 0.97
Công suất động cơ - kW 5.5 Tần số ra 0 - 1000Hz Dòng quá tải 150% trong
vòng 60s - A
37.5
Tên thông số Giá trị
Nguồn cấp 3 pha 220-240V ± 10%, 48-62Hz Hệ số cosφ > 0.97
Công suất động cơ - kW 15 Tần số ra 0 - 1000Hz Dòng quá tải 150% trong
vòng 60s - A
45.75
3.3.4 Thiết kế phần mềm SCADA
Chương trình giám sát, điều khiển được phát triển trên nền SIMATIC WinCC V7.0 của hãng SIEMENS. SIMATIC WinCC (Windows Control Center) là phần mềm giao diện người-máy (HMI Human Machine Interface) dựa trên máy tính PC và được chạy trên nền Windows. WinCC được thiết kế cho phép theo dõi trực quan về quá trình hoạt động và xử lí của hệ thống tự động cũng như hỗ trợ mạnh về xử lí giao diện. WinCC có đặc điểm chính sau:
Xử lí tin cậy và đảm bảo tính tồn vẹn dữ liệu thơng qua chức năng dự phịng (redundancy) mở rộng (Add-On) của các hãng thứ ba.
- Chức năng mở rộng nhờ có tích hợp thành phần ActiveX
- Hệ thống giao tiếp mở thông qua OPC (OLE cho điều khiển quá trình) - Dễ dàng cấu hình thơng qua phần mềm SIMATIC STEP7.
- Dễ dàng phát triển nhờ các công cụ, thư viện tuỳ chọn (options) và các thành phần
3.3.5 Màn hình điều khiển hệ thống