TT Tên thiết bị Thơng số kỹ thuật chính
1 Bơm nước P1, P2, P3 Công suất 5.5 KW 2 Bơm bùn SP Cơng suất 2.2 KW 3 Máy thổi khí B Cơng suất 15 KW
4 Máy khuấy M1 Công suất 2.2 KW; 60 rpm 5 Máy ép bùn D Công suất 15 KW
6 Máy gạt bùn M2 Công suất 5.5 KW; 0.2rpm 7 Bơm hố chất DP Cơng suất 0.5 KW
8 Van điện từ V1, V2 Nguồn cấp 220V AC 9 Thiết bịđo pH1, pH2, T, DO, FL1, FL2 Mức bảo vệ IP65-68 10 Khống chế mức LV1, LV2, LV3, LV4
11 Biến tần FI1 điều khiển P3 Công suất 5.5 KW 12 Biến tần FI2 điều khiển B Công suất 15 KW
- Điều chỉnh pH trong bể trung hòa
Thiết bị bao gồm bơm P2, P3, máy khuấy DP. Ta chỉ dùng 1 bơm định lượng để tiết kiệm chi phí. Khi pH<pH_low (ngưỡng điều khiển dưới đóng van HCl, nếu cịn NaOH thì mở van NaOH,tính lượng NaOH cần thiết rồi điều khiển bơm lượng cần thiết. Bật bơm NaOH và máy khuấy. Khi pH>pH_hi (ngưỡng điều khiển trên) đóng van NaOH, nếu cịn HCl thì mở van HCl, tính lượng bơm để điều khiển bơm đạt ưlợng cần, bật bơm HCl và máy khuấy.
Lưu đồ hoạt động:
Hình 7: Lưu đồ thuật tốn điều khiển trong bể trung hòa
Trong q trình làm việc chú ý khơng được phép mở cả hai van NaOH và HCl cùng lúc. Khi muốn bơm NaOH (hoặc HCl) bắt buộc phải mở van NaOH (HCl) trước, trái lại nếu van đang đóng thì khơng cho phép bơm. Đây gọi là điều kiện khóa liên động để tránh hỏng bơm. Khi vận hành có thể chọn chế độ Manual để có thể quyết định bật bơm hóa chất. Thời gian bơm tỷ lệ thuận với lượng hóa chất bơm vào. Hoặc có thế dùng núm điều chỉnh lượng hóa chất bơm vào nhờ dùng biến tần.
- Điều khiển khóa lưu động đối với độ pH
Khi giá trị pH2 vượt ngưỡng, ở chế độ manual thì người vận hành sẽ tự quyết định đưa ra lệnh điều khiển cho PLC để tắt các bơm P1, P2, P3. Nếu ở chế độ auto thì PLC sẽ tự động tắt các bơm P1, P2, P3 nếu các khoá liên động được khoá, bơm vẫn
hoạt động bình thường. Có nhiều khóa liên động cho phép tắt một bơm nào đó khi có sự cố, cũng sẽ có nút cho phép bơm hoạt động trở lại sau khi xử lý sự cố.
Trong lưu đồ biến SC (sự cố) chỉ được chương trình trên PLC cho = 1 duy nhất 1 lần khi pH2 vượt ngưỡng và chương trình chỉ đưa biến này về 0 khi tín hiệu từ nút giải trừ sự cố đưa về PLC là =1. Cịn nếu khơng thì cho dù pH2 sau đó có khơng vượt ngưỡng nữa thì biến SC vẫn duy trì =1 và đèn báo động nhấp nháy để người vận hành biết được đã có sự cố nào đó trong cơng đoạn Bể trung hồ, từ đó kiểm tra xem khâu điều khiển pH có vấn đề gì khơng (ví dụ: hỏng bơm định lượng, hỏng van điện, tắc ống dẫn hoá chất, hỏng cảm biến pH1), và sau khi xử lý xong thì bấm giải trừ để xoá bỏ sự cố đi. Như vậy sau một khâu điều khiển nào đó mà kiểm tra thấy thơng số điều chỉnh vẫn khơng đạt u cầu thì phải ngừng bắt buộc một số thiết bị để đảm bảo an toàn.
- Điều khiển bơm P1 vào bể cân bằng
Lưu đồ điều khiển bơm P1 vào bể cân bằng được hiển thị trên Hình 8. Ở chếđộ Auto bơm P1 sẽ được điều khiển tự động tắt/bật theo mức nước trong bể cân bằng. Ở chế độ Manual việc tắt/bật P1 hoàn toàn do người vận hành quyết định.
- Điều chỉnh DO trong bể hiếu khí
Lưu đồ điều chỉnh DO được hiển thị trên Hình 6 . Thiết bị đo DO sẽ đưa giá trị phản hồi cho vịng điều khiển kín trong chương trình PLC. PLC sẽ đưa ra tín hiệu điều khiển (dịng hoặc áp) cho biến tần cho động cơ của máy thổi khí để có DO như mong muốn. Sử dụng biến tần sẽ tiết kiệm điện năng nhờ điều chỉnh DO vừa đủ yêu cầu, trái với trường hợp khơng có điều chỉnh DO có thể q lớn khơng cần thiết.
Nếu DO khơng đạt u cầu thì chứng tỏ khâu điều khiển có sự cố (ví dụ: hỏng biến tần, tắc đường dẫn khí, hỏng động cơ) và cần báo động.
- Điều chỉnh lưu lượng vào bể kị khí.
Để điều chỉnh lưu lượng (Hình 7) chỉ cần đặt trước giá trị đầu vào (dòng hoặc áp) cho biến tần, trong biến tần tích hợp sẵn bộ điều khiển PID để điều chỉnh ổn định tốc độ động cơ bơm, nhờ đó ổn định lưu lượng theo giá trị đặt (setpoint). Sử dụng biến tần sẽ tiết kiệm điện vì biến tần có sẵn chức năng tự động điều chỉnh công suất động cơ theo phụ tải. Nếu lưu lượng khơng đạt thì P1, P2 hoặc P3 có sự cố hoặc đường ống có sự cố và cần báo động.
- Cảnh báo sự cố
Lưu đồ cảnh báo sự cố được hiển thị trên Hình 9. Các cảnh báo gồm hai loại: cảnh báo vượt ngưỡng (phát hiện bằng cách so sánh giá trị thiết bị đo với ngưỡng đặt trước trong chương trình) và cảnh báo theo thiết bị khống chế dạng tiếp điểm (ví dụ: van phao). Trong dây chuyền cơng nghệ có các cảnh báo cho các thơng số: T, pH, DO, lưu lượng, mức nước, hóa chất..
3.3 Lựa chọn thiết bị vè thiết kế mơ hình SCADA
3.3.1 Các thành phần trong hệ thống SCADA
Trung tâm điều khiển là đầu não của tồn bộ hệ thống. Tại đây tồn bộ các thơng tin đo lường từ các thiết bị đo, cơ cấu chấp hành, trạng thái hệ thống được kiểm soát chặt chẽ, xử lý, tính tốn và ra các lệnh điều khiển kịp thời, trực tiếp tới từng đối tượng điều khiển.
Trạm điều khiển tự động được xây dựng trên cơ sở bộ khả trình SIMATIC PLC S7-300 của hãng SIEMENS cho phép đáp ứng các yêu cầu lựa chọn công nghệ đã nêu trên đồng thời giá thành phải chăng và có khả năng mở rộng, nâng cấp thành hệ điều khiển dự phòng một cách dễ dàng.
- Trạm máy tính
Do yêu cầu làm việc liên tục 24/24 , 7/7 nên Trạm máy tính được xây dựng trên cơ sở các PC cơng nghiệp có độ bền, tin cậy cao. Trạm máy tính bao gồm 01 IPC SIMATIC WinCC Server, 01 máy IPC SIMATIC WinCC Client, Switch Module và Router.
- Bàn điều khiển bằng tay
Bàn điều khiển giúp vận hành hệ thống trong chế độ bằng tay. Bàn điều khiển được thiết kế gồm các nút ấn, đèn hiệu và còi báo động.
- Khối các thiết bị đo, cảm biến, transmitter
Các đầu đo là loại đặc chủng dùng trong xử lý nước thải với mức độ bảo vệ cao (đa phần IP65, IP67 hoặc IP68)
- Cơ cấu chấp hành (động cơ, van điện) Các động cơ, van điện từ đã có sẵn trong hệ thống.
3.3.2 Mơ hình hệ thống SCADA
Hình 12: Mơ hình hệ thống SCADA.
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