CHƯƠNG 2 : PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨỤ
2.2.2.2.Bổ sung, thay thế thiết bị trong nhà máy theo hệ SCADA
2.2. Nội dung nghiên cứu
2.2.2.2.Bổ sung, thay thế thiết bị trong nhà máy theo hệ SCADA
Căn cứ vào các yêu cầu mà hệ thống thiết bị đo và điều khiển cần thực hiện để đảm bảo quy trình xử lý nước diễn ra theo mong muốn, cần thay thế và bổ sung thêm một số thiết bị trong nhà máỵVới thiết bị và phương thức duy trì hoạt động nhà máy hiện có, chúng ta có thể đưa ra phương án lựa chọn để tự động hóa nhà
máy như sau: Bổ sung bộ PLC – S7-300 của hãng Siemen, thay thế khởi động từ bằng biến tần điều khiển đóng, ngắt hoặc thay đổi tốc độ động cơ (hoặc dùng rơle kết hợp với khởi động từ để điều khiển đóng, ngắt động cơ); Thay van cơ bằng van điện, các cảm biến đo độ PH, độ đục, lưu lượng …được bố trí trực tiếp tại hệ thống để gửi thơng số về màn hình điều khiển trung tâm.
ạ Biến tần
Biến tần là thành quả của sự phát triển kỹ thuật vi điều khiển và kỹ thuật bán dẫn. Biến tần có thể được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau nhưng biến tần đạt được hiệu quả cao nhất trong ứng dụng điều khiển vô cấp tốc độ động cơ để đáp ứng các yêu cầu về công nghệ. Tùy vào việc ứng dụng biến tần trong những lĩnh vực điều khiển khác nhau mà hiệu quả của nó mang lại cho người ứng dụng thể hiện ở các mặt khác nhaụ
Hình 2.9. Biến tần
Nguyên lý làm việc của bộ biến tần khá đơn giản. Đầu tiên, nguồn điện xoay chiều một pha hay ba pha được chỉnh lưu và lọc thành nguồn một chiềụ Công đoạn này được thực hiện bởi bộ chỉnh lưu cầu diode và tụ điện (tụ DC link). Nhờ vậy, hệ số công suất cos(j) của hệ biến tần có giá trị khơng phụ thuộc vào tải và bằng ít nhất là 0.96. Điện áp một chiều này được biến đổi (nghịch lưu) thành điện áp xoay chiều ba pha đối xứng. Công đoạn này hiện nay được thực hiện thông qua hệ IGBT
(transistor lưỡng cực có cổng cách ly) bằng phương pháp điều chỉnh độ rộng xung (PWM). Nhờ tiến bộ công nghệ vi xử lý và công nghệ bán dẫn công suất hiện nay, tần số chuyển mạch xung có thể lên tới dải tần số siêu âm nhằm giảm tiếng ồn cho động cơ và giảm tổn thất trên lõi sắt động cơ.
Hình 2.10: Nguyên lý của biến tần
Hệ thống điện áp xoay chiều ba pha ở đầu ra có thể thay đổi giá trị biên độ và tần số vô cấp tùy theo bộ điều khiển. Hiệu suất chuyển đổi nguồn của các bộ biến tần rất cao vì sử dụng các bộ linh kiện bán dẫn công suất được chế tạo theo công nghệ hiện đạị Nhờ vậy, năng lượng tiêu thụ xấp xỉ bằng năng lượng yêu cầu bởi hệ thống.
Ngoài hiệu quả kinh tế rất lớn, các lợi ích khác khi sử dụng biến tần có thể tóm gọn trong một số điểm sau:
- Bộ biến tần làm việc theo nguyên tắc thay đổi tần số (cùng với thay đổi điện áp) nên luôn đảm bảo mômen khởi động đủ vượt tải ngay cả khi ở tốc độ rất thấp. Trong khi đó, dịng điện đưa vào động cơ không tăng, do phối hợp giữa điện áp và tần số để giữ cho từ thơng đủ sinh mơmen. Dịng khởi động lớn nhất của hệ truyền động biến tần chỉ bằng dịng định mức. Chính vì vậy khơng làm sụt áp lưới khi khởi động, đảm bảo các ứng dụng khác khơng bị ảnh hưởng.
- Do q trình khởi động được mềm hố nên các chi tiết cơ khí của hệ truyền động như các khớp nối, các vịng bi, ổ đỡ trong hệ thống sẽ ít bị mịn hay gẫy vỡ. Các chi tiết vòng đệm, các đồng hồ áp lực hay lưu lượng, ... đặt trên đường ống dẫn sẽ được đảm bảo tuổi thọ caọ Vì vậy, chi phí cho bảo trì bảo dưỡng hệ thống giảm đáng kể.
- Hệ số công suất cos(j) luôn được giữ ở 0.96. Điều này đảm bảo cho lưới điện có hiệu suất sử dụng cao và giảm chi phí cho hệ thống bù công suất phản kháng.
- Đảm bảo chế độ điều khiển liên tục, phù hợp tuyệt đối với địi hỏi của cơng nghệ về lưu lượng và áp suất. Điều này làm tăng chất lượng của quá trình.
- Tạo khả năng tự động hoá hệ thống, nhờ bộ PID tích hợp sẵn bên trong dùng cho điều khiển vịng kín; Cổng giao tiếp với hệ thống tự động hố RS485 có sẵn trên bộ biến tần tạo khả năng ghép nối và điều khiển hệ truyền động từ xa dễ dàng.
b. Van điện
Van điện từ có tác dụng đóng mở nhờ dịng điện chạy qua nó. Van điện từ 2W KLED là van thường đóng, khi có điện van sẽ mở và cho chất lỏng hoặc khí đi quạ
Hình 2.11. Van điện từ 2W KLED Ứng dụng: Ứng dụng:
- Dựa vào đặt tính đóng mở bằng điện van điện từ được ứng dụng rộng rãi trong môi trường điều khiển tự động.
- Có thể kết hợp van điện từ với công tắc cảm ứng để làm hệ thống tự động khi có chuyển động của ngườị
- Có thể ứng dụng van điện từ với cơng tắc hẹn giờ để làm hệ thống tự động tưới tiêu ... theo định kỳ.
c. Các cảm biến đo lường
Cảm biến đo mức nước
Hiện nay có nhiều phương pháp đo mức : thổi bọt khí, chênh áp, đo lực căng, phao nổi, công tắc khoảng hở, loadcell, độ dẫn điện, hạt nhân, radar, RF Admittance, siêu âm, sóng viba, …. Theo hai kiểu đo là: đo liên tục và đo điểm. Những tác nhân của quá trình đo lường ảnh hưởng đến độ chính xác như: áp suất, nhiệt độ, cánh khuấy, chất ăn mịn, bọt nổi, mơi trường nguy hiểm và mức độ độc hại của hoá chất.
Trong nhà máy nước, thường ứng dụng kiểu đo điểm và yêu cầu độ chính xác khơng cần caọHiện tại nhà máy sử dụng phao điện từ để xác định mức nước (hình 2.5), đây là phương pháp đơn giản, ít tốn kém nhưng vẫn đạt hiệu quả cao trong quá trình vận hành nhà máỵ
Phao điện từ có nguyên lý làm việc rất đơn giản. Phao là một vật nổi đặt trên mặt nước do trọng lực của chất lỏng và khơng khí phía trên tác động. Để theo dõi mức độ dao động của chất lỏng, ta gắn một thiết bị cơ khí với phaọ Những hệ thống phao đầu tiên sử dụng các thiết bị cơ khí như dây cáp, thước dây, rịng rọc và bánh răng để theo dõi mức dao động của chất lỏng.
Những bộ phát tín hiệu mức đầu tiên đi kèm với phao là những thiết bị cho tín hiệu tương tự hoặc rời rạc sử dụng một mạng thiết bị điện trở và bộ chuyển mạch nhiều lưỡi gà. Do cho giá trị đo rời rạc, nên giá trị đo giữa các bước tín hiệu bị bỏ quạ
Cảm biến đo độ đục
Độ đục là một đặc điểm thiết yếu để đánh giá chất lượng nước cấp, nó biểu thị số lượng căn lơ lửng có trong nước. Thiết bị đo độ đục dựa trên độ tán xạ của chùm tia sáng khi chiếu qua mẫu nước, căn lơ lửng trong nước, hấp thụ hoặc làm lệch đường đi của tia sáng. Dựa vào nguyên lý này, trong thiết bị đặt một đèn phát các chùm tia sáng, và một tế bào quang điện để đo độ tán xạ và hấp thụ ánh sáng của mơi trường rồi chuyển thành tín hiệu điện, tỷ lệ với độ đục của nước. Đơn vị của độ đục thường thay đổi theo chuẩn số đo của thiết bị, gồm các đơn vị như: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- NTU: ( Nephelometric Turbidity Unit), là đơn vị hiệu chuẩn để đo độ đục theo phương pháp tán xạ ánh sáng trắng tại 90° theo tiêu chuẩn kỹ thuật của US- EPA (Environmental Protection Agency, USA) dựa vào dung dịch formazinẹ
- FTU: ( Formazine Turbidity Unit) là đơn vị hiệu chuẩn cơ bản dùng Formazine trong xử lý nước để đo độ đục theo phương pháp tán xạ ánh sáng.
- FNU: (Formazine Nephelometric Units), là đơn vị hiệu chuẩn xác định theo ISO 7027 để đo độ đục bởi ánh sáng tán xạ tại 860nm ở góc 90°.
- TU/F: (Turbidity Unit/ Formazine), là đơn vị hiệu chuẩn để đo độ đục theo phương pháp tán xạ ánh sáng.
- FAU 9 Formazine Attenuation Units), là đơn vị hiệu chuẩn tuân theo ISO 7027 để đo độ đục bởi ánh sáng tán xạ dựa vào dung dịch formazinẹ
- EBC: (European Brewery Convention), là đơn vị hiệu chuẩn để đo độ đục trong bia rượu dựa theo phương pháp tán xạ ánh sáng tại 860 nm ở góc 90° trong dung dịch chuẩn Formazinẹ
Ghi nhớ: 1FNU=1TE/F=NTU=1FTU; 1EBC=4FNU Thông thường hay sử dụng đơn vị NTỤ
Giới thiệu về máy đo độ đục mức thấp 1720E
Máy đo độ đục trong dãy 0.001-100 NTU, là một thiết bị nephelo đo lường thông minh, đọc liên tục và được thiết kế đạt chuẩn của USEPA method 180.1. Ánh sáng được chiếu thẳng tới bề mặt mẫu đo và đầu dò được nhúng trong mẫu, loại bỏ cửa sổ thủy tinh và flow cell. Bộ phận quang học được gắn liền với phần đầu của máy để di chuyển dễ dàng khi cần hiệu chuẩn hay sữa chữa mà khơng làm xáo trộn dịng mẫụ Thân máy được làm bằng polystyrene chống ăn mịn và có hệ thống khử bọt khí bên trong để thốt khí ra khỏi dịng mẫụ Độ chuẩn xác là ±2% giá trị đọc hoặc ±0.015 NTU (với giá trị nào lớn hơn) từ 0 đến 40 NTU; ±5% giá trị đọc từ 40 đến 100 NTỤ Độ phân giải hiển thị 0.0001 NTU từ 0 đến 9.9999 NTU; 0.001 NTU từ 10.000 đến 99.999 NTU và độ lặp lại lớn hơn ± 1.0% giá trị đọc hoặc ± 0.002 NTU (với giá trị nào lớn hơn).Có thể chọn lựa tính năng trung bình tín hiệu, khử khí, báo động hoặc giữ giá trị đi ra và khả năng tự chẩn đốn tín hiệụ Các máy đo độ đục kết nối mạng có các lựa chọn sau: MODBUS/RS232, MODBUS/RS485, LonWorks serial vào/ra truyền thơng tin hai chiều đến máy tính hoặc tải qua mạng không dây thông qua cổng IR (hồng ngoại) ở ngay mặt trước của máy để tải và in ra số liệu, thông tin của các lần hiệu chuẩn và các điểm cài đặt hiện tại theo định dạng CSV.
- Mô-đun giao tiếp
Bộ phận giao tiếp cho phép người vận hành điều khiển cảm biến và các chức năng giao tiếp với cách sử dụng thân thiện, phần mềm cài đặt chương trình và cung cấp dữ liệu thu được của quá trình đo đạc một hoặc hai máy trong 15 phút, 1 giờ, 24 giờ, 30 ngày hay 180 ngày và khả năng truyền dữ liệu đến máy tính hoặc máy in qua truyền thông MODBUS trực tiếp hoặc vào Personal Digital Assistant (PDA) qua cổng không dây IR. Bộ phận giao tiếp cũng được cài đặt data logger với khả năng lưu trữ lượng dữ liệu trong 6 tháng với khoảng cách thời gian đo là 15 phút với hai cảm biến trên một bộ điều khiển. Mỗi giao diện sẽ gồm có 2 đầu ra analog và 3 alarm un-powered SPDT. Bộ phận giao tiếp và nguồn cấp điện DC đạt chuẩn bảo vệ nhựa/kim loại công nghiệp NEMA-4X (indoor) và bộ phận cấp điện có thể tự động nhận nguồn vào trong dãy từ 100 đến 230 Vac, 50/60 Hz.
- Mô tả chi tiết
Dịng mẫu chảy vào thân máy liên tục thơng qua hệ thống khử bọt khí, làm cho khí thốt ra khỏi dịng chảỵ Sau khi đi qua bộ phận khử bọt khí, dịng mẫu đi vào cột trung tâm của máy đo, dâng lên khoang đo và đổ tràn ra ngồi rãnh thốt để vào ống thốt ra ngồị Độ đục được đo bởi ánh sáng nóng sáng trực tiếp từ đầu cảm biển chiếu xuống mẫu có trong thân máỵ Ánh sáng phát tán ở góc 90° do các hạt lơ lửng có trong mẫu được dị bởi một cảm biến tế bào sáng gắn bên dướị Tổng lượng ánh sáng tán xạ tỉ lệ thuận với mức độ đục của mẫụ
Cảm biến đo độ PH
• Định nghĩa pH
pH là một chỉ số xác định tính chất hố học của nước. Thang pH chỉ từ 0-14; Về lý thuyết, nước có pH = 7 là trung tính. Khi pH > 7, nước lại mang tính kiềm. Thang tính pH là một hàm số Logarrit. Ví dụ pH = 5 có tính a xit cao gấp 10 lần pH = 6, gấp 100 lần so với pH = 7. Theo tiêu chuẩn, pH của nước sử dụng cho sinh hoạt là 6,0 – 8,5 và của nước ăn uống uống là 6,5 – 8,5.
Người ta thường đo độ pH của nguồn nước để:
- Đánh giá khả năng ăn mòn kim loại đối với đường ống, các vật chứa nước. - Đánh giá nguy cơ các kim loại có thể hồ tan vào nguồn nước như chì, đồng, sắt, cadmium, kẽm… có trong các vật chứa nước, trong đường ống.
- Tiên liệu những tác động tới độ chính xác khi sử dụng các biện pháp xử lý nguồn nước. Các quy trình xử lý, thiết bị xử lý thường được thiết kế dựa trên pH giả định là trung tính (6 – 8). Do đó, người ta thường phải điều chỉnh pH trước khi xử lý nước.
• Ảnh hưởng của độ pH
- pH ảnh hưởng đến vị của nước.
- Nguồn nước có pH>7 thường chứa nhiều ion nhóm carbonate và bicarbonate (do chảy qua nhiều tầng đất đá). Nguồn nước có pH < 7 thường chứa nhiều ion gốc axit. Bằng chứng dễ thấy nhất liên quan giữa độ pH và sức khỏe của người sử dụng là nó làm hỏng men răng.
- pH của nước có liên quan đến tính ăn mịn thiết bị, đường ống dẫn nước và dụng cụ chứa nước. Đặc biệt, trong môi trường pH thấp, khả năng khử trùng của Clo sẽ mạnh hơn. Tuy nhiên, khi pH > 8,5 nếu trong nước có hợp chất hữu cơ thì việc khử trùng bằng Clo dễ tạo thành hợp chất trihalomethane gây ung thư.
- Ảnh hưởng của pH tới sức khoẻ: Trong nước uống, pH hầu như rất ít ảnh hưởng tới sức khoẻ, trừ khi cho trẻ nhỏ uống trực tiếp, trong thời gian tương đối dài (ảnh hưởng đến hệ men tiêu hố). Tuy nhiên tính a xít (hay tính ăn mịn) của nước có thể làm gia tăng các ion kim loại từ các vật chứa, gián tiếp ảnh hưởng xấu đến sức khoẻ.
• Nguyên nhân và cách đo độ pH
- Nguyên nhân làm cho nước có pH thấp: Nước mang tính A xit (pH thấp) thường do các nguyên nhân địa lý gây ra, ví dụ như mưa a xít,…
- Xét nghiệm pH của nước : Với các dụng cụ đo đạc tinh xảo, các phịng thí nghiệm sẽ cho kết quả chính xác nhất. Tuân thủ chỉ dẫn của phịng thí nghiệm để việc lấy mẫu không bị sai lệch. Các dụng cụ cầm tay, các bộ thử nhanh chỉ có thể cho ra các con số tương đốị
• Điều chỉnh pH bằng hố chất
Với quy mơ lớn hoặc khi pH quá thấp, thường dùng bơm định lượng để châm soda hoặc hỗn hợp Soda và Hypochloritẹ Việc điều chỉnh bơm sẽ được tính tốn dựa trên thực tế, cân đối giữa các tham số: lưu lượng bơm, độ pH, nồng độ dung dịch hoá chất để đảm bảo pH tăng vừa đủ. Khi nguồn nước bị ô nhiễm sắt hoặc nhiễm khuẩn, việc điều chỉnh nồng độ dung dịch soda, hypochlorite sẽ phức tạp hơn. Trong một số trường hợp, có thể sẽ dùng Kali để nâng pH, nhưng phải tính tốn kỹ lưỡng để khơng gây ảnh hưởng xấu đến sức khoẻ.
Bằng phương pháp thủ công, nếu muốn tăng pH lên có thể điều chỉnh tăng lưu lượng bơm dung dịch vơi, đây chính là hidroxitcanxi sẽ làm cho pH của nước tăng lên từ 6,5-8,0. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});