Luận Văn Nghiên Cứu Thiết Kế Chế Tạo Và Thử Nghiệm Hệ Thống Kiểm Soát Tự Động Ô Nhiễm Nước Thải Từ Các Khu Công Nghiệp (1).Pdf

DTCB2007 11 Baocaotongket doc Bé c«ng th−¬ng viÖn nghiªn cøu ®iÖn tö, tù ®éng, tin häc hãa B¸o c¸o tæng kÕt ®Ò tµi cÊp bé n¨m 2007 nghiªn cøu thiÕt kÕ, chÕ t¹o vµ thö nghiÖm hÖ thèng kiÓm so¸t tù ®éng[.]

Bộ công thương

viện nghiên cứu điện tử, tự động, tin học hóa

Báo cáo tổng kết đề tài cấp bộ năm 2007

nghiên cứu thiết kế, chế tạo và thử nghiệm

hệ thống kiểm soát tự động ô nhiễm nước thải

BỘ CÔNG THƯƠNG

VIỆN NC ĐIỆN TỬ, TIN HỌC, TỰ ĐỘNG HÓA

— – ˜ & ™ — –

BÁO CÁO KẾT QUẢ THỰC HIỆN NHIỆM VỤ BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG

Các cơ quan phối hợp chính: Công ty CP Bia Thanh Hoá, Hà Nội-Hải Dương,

DANH SÁCH CÁN BỘ THAM GIA THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

MỤC LỤC

Chương 1 - TỔNG QUAN VỀ NHIỆM VỤ 4

1 Cơ sở pháp lý/ xuất xứ của nhiệm vụ 4

2 Tính cấp thiết và mục tiêu nghiên cứu của nhiệm vụ 4

2.1 Tính cấp thiết 4

2.2 Mục tiêu nghiên cứu 5

3 Đối tượng thụ hưởng và hiệu quả kinh tế-xã hội của nhiệm vụ 5

4 Phương pháp thực hiện 5

5 Nội dung/phạm vi nghiên cứu 6

6 Tổng quan tình hình nghiên cứu trong nước 7

7 Tổng quan tình hình nghiên cứu ngoài nước 7

8 Kết quả khảo sát thực tế và điều tra 8

9 Tổng kết các yêu cầu kỹ thuật đối với hệ thống 18

Chương 2 - THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỆ THỐNG 19

1 Mô hình hệ thống 19

2 Thiết kế chế tạo trạm hiện trường 20

2.1 Tổng quan thiết kế chế tạo phần cứng 20

2.2 Thiết kế chế tạo Main Board 22

2.3 Thiết kế chế tạo khối mạch xử lý trung tâm 26

2.4 Thiết kế chế tạo khối truyền thông với máy tính 27

2.5 Thiết kế chế tạo bộ lưu trữ tại chỗ 27

2.6 Thiết kế chế tạo khối LCD – bàn phím – đèn báo 28

2.7 Thiết kế chế tạo phần mềm trên trạm hiện trường 30

2.8 Thiết kế chế tạo transmitter pH 35

Khối khuếch đại 37

Khối ADC, DAC và vi xử lý 39

Khối chuyển đổi điện áp – dòng điện 42

Yêu cầu về phần mềm 43

Thiết kế phần mềm 43

2.9 Thiết kế chế tạo Transmitter DO (dissolved oxygen) 44

Đầu đo DO 44

Khối khuếch đại tín hiệu DO 45

Khối AD, DA và vi xử lý 45

Khối chuyển đổi điện áp sang 0/4-20 mA 46

Khối khuếch đại 46

Khối ADC, DAC và vi xử lý 47

Khối chuyển đổi điện áp – dòng điện 50

Yêu cầu về phần mềm 51

Thiết kế phần mềm 51

2.10 Thiết kế chế tạo Transmitter NO 3 52

Đầu đo NO 3 52

Khối khuếch đại tín hiệu NO 3 53

Khối AD, DA và vi xử lý 53

Khối chuyển đổi điện áp sang 0/4-20 mA 53

Khối khuếch đại 53

Khối ADC, DAC và vi xử lý 54

Khối chuyển đổi điện áp – dòng điện 56

Yêu cầu về phần mềm 57

Thiết kế phần mềm 57

Khối AD, DA và vi xử lý 59

Khối chuyển đổi điện áp sang 0/4-20 mA 59

Khối khuếch đại 59

Khối ADC, DAC và vi xử lý 60

Khối chuyển đổi điện áp – dòng điện 61

Yêu cầu về phần mềm 62

Thiết kế phần mềm 62

2.12 Thiết kế chế tạo Transmitter Turbidity 64

3 Xây dựng phần mềm giám sát trung tâm 66

3.1 Truyền thông trong hệ thống 66

3.2 Phần mềm SCADA 66

Chương 3 - THỬ NGHIỆM 89

1 Thử nghiệm thực tế 89

KẾT LUẬN 105

LỜI CÁM ƠN 105

TÀI LIỆU THAM KHẢO 106

1 Tiếng Việt 106

2 Tiếng Anh 106

PHỤ LỤC 107

Chương 1 - TỔNG QUAN VỀ NHIỆM VỤ

1 Cơ sở pháp lý/ xuất xứ của nhiệm vụ

Nhiệm vụ “Nghiên cứu thiết kế chế tạo và thử nghiệm Hệ thống kiểm soát tự động ô nhiễm nước thải từ các khu công nghiệp” được thực hiện theo:

Hợp đồng nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ số 38.07/HĐMT-KHCN giữa Bộ Công nghiệp, nay là Bộ Công Thương (Bên A) và Viện Nghiên cứu Điện tử, Tin học, Tự động hoá (Bên B) ký ngày 26 tháng 02 năm 2007

2 Tính cấp thiết và mục tiêu nghiên cứu của nhiệm vụ

Trên địa bàn thành phố Hồ Chí Minh có hàng trăm sông ngòi, kênh rạch Mỗi ngày, hệ thống kênh rạch và sông Sài Gòn phải gánh trên 1 triệu m3 nước thải sinh hoạt, gần 400.000 m3 nước thải công nghiệp; 4.000 – 5.000 tấn rác thải sinh hoạt và 7 tấn rác y tế chưa qua xử lý

Theo thống kê của Uỷ ban nhân dân TP.HCM và Ban Quản lý dự án VIE 1702, hiện nay trên địa bàn TP có khoảng 800 nhà máy, xí nghiệp lớn và hơn 30.000 cơ sở sản xuất có quy

mô vừa và nhỏ nằm xen lẫn trong các khu dân cư đang gây nên những vấn đề môi trường nghiêm trọng; trong đó có 260 cơ sở sản xuất gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng Nguyên nhân là do công nghệ sản xuất ở các cơ sở sản xuất hiện đóng trên địa bàn thành phố còn lạc hậu, trang thiết bị máy móc còn thiếu đồng bộ Nhưng quan trọng hơn là ý thức bảo vệ môi trường của các chủ doanh nghiệp còn thấp Nhiều khu vực các chất thải công nghiệp từ các nhà máy sản xuất thải ra làm cho các dòng kênh bị ô nhiễm nặng Nhiều cơ sở sản xuất giấy,

xi măng, chế biến thực phẩm, còn thiếu biện pháp xử lý nước thải, khí thải nên nguồn nước

và không khí ở đây bị ô nhiễm nặng

Không chỉ ở Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh mà ở các thành phố khác cũng có ô nhiễm nước thải công nghiệp nặng nề Khu công nghiệp Thái Nguyên thải nước biến Sông Cầu thành màu đen, mặt nước sủi bọt trên chiều dài hàng chục cây số Khu công nghiệp Việt Trì

xả mỗi ngày hàng ngàn mét khối nước thải của nhà máy hoá chất, thuốc trừ sâu, giấy, dệt… xuống Sông Hồng làm nước bị nhiễm bẩn đáng kể Khảo sát một số làng nghề sắt thép, đúc đồng, nhôm, chì, giấy, dệt nhuộm ở Bắc Ninh cho thấy có lượng nước thải hàng ngàn m3/ngày không qua xử lý, gây ô nhiễm nguồn nước và môi trường trong khu vực

Nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ thống kiểm soát tự động ô nhiễm nước thải từ các khu

phương pháp thủ công dẫn đến tốn nhiều nhân lực, thời gian, khó kịp thời và phụ thuộc nhiều vào yếu tố chủ quan của con người (hiện chỉ đáp ứng được khoảng 5% nhu cầu kiểm soát ô nhiễm nước thải công nghiệp) Trong khi đó hệ thống kiểm soát tự động cho phép giám sát thường xuyên tình trạng ô nhiễm nước thải từ các khu công nghiệp, phát hiện và cảnh báo kịp thời cho các cơ quan chức năng để có biện pháp xử lý ngăn ngừa ô nhiễm

Mặt khác, các hệ thống nhập ngoại có giá thành rất cao nên ít cơ sở có khả năng đầu tư để tự giám sát nguồn nước thải của mình Phát huy nội lực, tự chế tạo hệ thống sẽ tiết kiệm đáng

kể ngoại tệ cho đất nước và hoàn toàn phù hợp chủ chương của Đảng và NN về công nghiệp hoá ngành môi trường và phát huy nội lực trong NCKH&PTCN

2.2 Mục tiêu nghiên cứu

Thiết kế chế tạo hệ thống tự động kiểm soát một số thông số về mức độ ô nhiễm trong nước thải từ các khu công nghiệp, làm cơ sở để đưa vào ứng dụng giúp giải quyết vấn đề quản lý

và bảo vệ môi trường

3 Đối tượng thụ hưởng và hiệu quả kinh tế-xã hội của nhiệm vụ

Đối tượng thụ hưởng là:

- Các cơ quan quản lý môi trường Việt Nam,

- Các cơ sở sản xuất có phát nước thải ô nhiễm

Hiệu quả kinh tế - xã hội:

Chủ động thiết kế chế tạo sẽ làm giảm chi phí ứng dụng (bao gồm chi phí thiết bị và chi phí duy trì hoạt động) sản phẩm khoảng 30% - 50% so với nhập ngoại, góp phần tiết kiệm ngoại tệ cho đất nước và các doanh nghiệp, đồng thời nâng cao năng lực của đội ngũ làm KHCN trong nước

Hệ thống sẽ hỗ trợ có hiệu quả cho các cơ quan quản lý môi trường Việt Nam trong việc giám sát, ngăn ngừa, xử lý kịp thời ô nhiễm và đốc thúc tuân thủ quy định về bảo vệ môi trường Một môi trường trong sạch hơn nhờ sự tuân thủ các qui định sẽ giảm các chi phí cho dịch vụ chăm sóc sức khỏe và đồng thời giảm những chi phí lâu dài mà xã hội phải bỏ ra để làm sạch môi trường

Các điều kiện về môi trường đạt tiêu chuẩn quốc tế là yếu tố quan trọng trong thúc đẩy xuất khẩu, nhất là các sản phẩm nông , lâm , thuỷ sản

Góp phần nâng cao ý thức tuân thủ luật pháp về bảo vệ môi trường của các cơ sở sản xuất,

ý thức giữ gìn và bảo vệ nguồn nước, một tài nguyên không phải là vô hạn của trái đất

4 Phương pháp thực hiện

Nghiên cứu các kết quả khảo sát điều tra về tình trạng môi trường của một số khu công nghiệp và khảo sát thực tế Trên cơ sở đó để phân tích, nêu ra các yêu cầu kỹ thuật và khả năng áp dụng trong thực tế của hệ thống

Tham khảo các hệ thống hiện có trên thế giới, kết hợp với kết quả phân tích xu thế phát triển các công nghệ liên quan để xây dựng mô hình hệ thống mang tính mở với nhiều cấp phù hợp với việc ứng dụng cho nhiều giai đoạn

Thiết kế chế tạo phần cứng trên cơ sở mua sẵn các sensor , chế tạo một số thành phần trong các trạm hiện trường

Xây dựng phần mềm quản lý và CSDL trung tâm

Thử nghiệm và đánh giá kết quả thử nghiệm

5 Nội dung/phạm vi nghiên cứu

Nội dung 1:Khảo sát hiện trường tại khu công nghiệp

Chi tiết: Khảo sát hiện trường, thu thập, phân tích các yêu cầu và khả năng áp dụng thực tế

phục vụ thiết kế, chế tạo sản phẩm

Nội dung 2: Phân tích thiết kế hệ thống tự động kiểm soát ô nhiễm nước thải từ các khu công

nghiệp

Chi tiết: Thiết kế mô hình hệ thống, quy định các chức năng phần cứng, phần mềm trong hệ

thống Phần cứng và phần mềm đều được xây dựng theo các chuẩn quốc tế (chuẩn truyền thông, chuẩn tín hiệu, CSDL, hệ điều hành) cho phép dễ dàng mở rộng, nâng cấp khi cần thiết (cụ thể xem Nội dung 3, 4)

Nội dung 3: Thiết kế chế tạo trạm hiện trường đo tự động các thông số: pH, DO, Temp.,

Chi tiết: Lựa chọn các sensor, vật tư linh kiện và thiết kế chế tạo thành phần phần cứng thực

hiện chuyển đổi tín hiệu và truyền thông Trạm hiện trường được thiết kế chế tạo để đo các thông số kể trên trong nước thải sau công đoạn xử lý nước thải tập trung tại các khu CN

Thông số kỹ thuật phần cứng trạm hiện trường

-Hiển thị LCD hoặc LED

-Bàn phím: 04 phím

-Giao diện truyền thông RS485 cách ly quang Hỗ trợ MODBUS

-Chuyển đổi RS232/RS485

-08 DI 24V, 08 DO 24V/ 0.5A

-04 AI dạng tín hiệu 0/4-20mA hoặc 0-5V

-02 AO dạng tín hiệu 0-20mA hoặc 0-5V

-01 còi cảnh báo tại chỗ

Tính năng phần mềm trong trạm hiện trường

-Hiển thị cuốn

-Cấu hình tần số lấy mẫu, địa chỉ, thời gian

-Đặt ngưỡng cảnh báo

-Điều khiển ON/OFF các đối tượng như bơm/van

-Lưu trữ tại chỗ

-Cảnh báo vượt ngưỡng

-Truyền thông với PC

Nội dung 4: Xây dựng phần mềm giám sát trung tâm

Chi tiết: Thiết kế hệ thống phần mềm và triển khai viết các khối theo chức năng đã quy định

Lắp đặt chạy thử trong phòng thí nghiệm và hiệu chỉnh

Yêu cầu và chức năng cơ bản của phần mềm giám sát trung tâm

-Hệ điều hành Windows 2000/XP + IE 6.0

-Cơ sở dữ liệu Access/SQL Server/My SQL

-Truyền thông với trạm hiện trường theo chuẩn MODBUS

-Upload các dữ liệu lưu trữ trên trạm hiện trường

-Giám sát, điều khiển từ xa

-Khả năng mở rộng: mở rộng quản lý tất cả các thông số theo TCVN 5945:2005 bằng kết hợp thêm chức năng nhập dữ liệu thủ công từ bàn phím hoặc theo file chuẩn -Lập báo cáo, thống kê theo yêu cầu

Nội dung 5: Thử nghiệm thực tế, hiệu chỉnh và đánh giá

6 Tổng quan tình hình nghiên cứu trong nước

Hiện nay trong nước chưa có đơn vị nào chế tạo hệ thống kiểm soát tự động ô nhiễm nước thải từ các khu công nghiệp được sử dụng trong thực tế Tuy nhiên một số đơn vị như Viện Hoá học thuộc Viện KH&CN Việt Nam, Viện Công nghệ môi trường thuộc Viện KH&CN Việt Nam, Trung tâm Hoá môi trường thuộc ĐH Khoa học tự nhiên-ĐH Quốc gia Hà Nội, Đại học Bách Khoa Hà Nội và một số đơn vị khác đã nghiên cứu chế tạo được sensor đo một

số thông số trong nước như pH, DO và một số loại ion, tuy nhiên sản phẩm chỉ là các thiết bị

đo tay và kết quả áp dụng trong nước thải còn rất hạn chế về độ bền, độ chính xác

7 Tổng quan tình hình nghiên cứu ngoài nước

Bảo vệ môi trường đang là một trong những mối quan tâm hàng đầu của hầu hết các quốc gia trên thế giới Tại những nước như Hàn Quốc, Nhật, Đức, Hà Lan, Bỉ, Singapore, các hệ thống kiểm soát tự động ô nhiễm nước thải đã được nghiên cứu và đưa vào ứng dụng rộng rãi Các hệ thống này có quy mô từ nhỏ đến lớn bao gồm các trạm kiểm soát hiện

ra một bức tranh toàn cảnh ngay tại trung tâm giám sát (thường đặt tại cơ quan quản lý môi trường) về diễn biến tình trạng ô nhiễm nước mà không cần đến tận hiện trường để đo

Các trạm kiểm soát hiện trường thường được đặt tại đầu nguồn nước thải trong phạm vi một khu vực (nhà máy, khu công nghiệp, khu dân cư, ) hoặc rải rác trên một vùng lãnh thổ rộng lớn Ví dụ trong Hệ thống kiểm soát ô nhiễm môi trường tại Yokkaichi (Hình 1) có rất nhiều trạm hiện trường đặt tại nhiều địa điểm trong thành phố thu thập dữ liệu về môi trường

và gửi tới Trung tâm thông tin môi trường thông qua đường kết nối ISDN Trung tâm này giám sát hiện trạng môi trường, lưu trữ và xử lý dữ liệu thu được để đưa ra các cảnh báo kịp thời cho các cơ quan chức năng khi có sự ô nhiễm

Hình 1 Mô hình Hệ thống kiểm soát ô nhiễm môi trường tại Yokkaichi

Những hãng lớn sản xuất các hệ thống kiểm soát tự động ô nhiễm nước thải có thể kể tới là

HACH, YSI, E+H, ASTi, Global Water, Những thông số đo tự động chủ yếu là pH, DO,

sensor điện hoá hoặc quang học

8 Kết quả khảo sát thực tế và điều tra

Nhóm thực hiện đã tiến hành khảo sát thực tế tại các khu công nghiệp: Tiên Sơn-Bắc Ninh, Phố Nối – Hưng Yên, Nomura - Hải Phòng Kết quả như sau:

Khu công nghiệp Tiên Sơn-Bắc Ninh

Khu CN Tiên Sơn rộng khoảng 350 ha Tiên Sơn có vị trí rất thuận lợi và có sự "hấp dẫn" riêng nếu so với các khu công nghiệp (KCN) khác của Việt Nam KCN này nằm giữa QL1A

cũ và 1A mới, khởi đầu từ vùng Lim quan họ của huyện Tiên Du đến sát thị trấn Từ Sơn (huyện Từ Sơn)

KCN Tiên Sơn còn nằm gần hệ thống giao thông đường sông gồm: sông Đuống, sông Cầu và sông Thái Bình Khoảng cách từ Tiên Sơn đến Hà Nội chỉ có 16 km, đến sân bay Quốc tế

Nước thải công nghiệp được thu gom và xử lý tại Trạm xử lý nước thải chung của Khu công nghiệp (giai đoạn I công suất 4000m3/ngày đêm) bằng phương pháp vi sinh, sau đó được để lắng tại các hồ điều hoà để lắng đọng thêm bùn và tạp chất có hại Trạm xử lý nước thải khu công nghiệp Tiên Sơn có tổng vốn đầu tư 18 tỷ đồng, áp dụng công nghệ sinh học-hoá lý với

hệ thống các thiết bị máy móc tiên tiến nhập từ các nước châu Âu (Hình 2)

Hình 2 Trạm xử lý nước thải tập trung- khu CN Tiên Sơn-Bắc Ninh

Cũng như quy định tại các khu CN khác, theo QUYẾT ĐỊNH CỦA UỶ BAN NHÂN DÂN TỈNH BẮC NINH Về việc ban hành Điều lệ quản lý xây dựng theo quy hoạch chi tiết tại Khu công nghiệp Tiên Sơn - Bắc Ninh ngày 26/7/2000 nêu rõ “Nước thải sản xuất và nước thải sinh hoạt phải được xử lý cục bộ tuỳ theo tính chất, mức độ độc hại trước khi thoát vào

hệ thống thoát nước chung của Khu công nghiệp” Nhóm thực hiện đã khảo sát tại Công ty Gạch ốp lát Thăng Long-Khu CN Tiên Sơn-Bắc Ninh.Tại đây có trạm xử lý nước thải được xây dựng từ năm 2003 gồm các công đoạn sau:

Nước thải được đưa vào từ các phân xưởng sản xuất Môi trường nước có tính kiềm nên để trung hoà người ta thêm acid vào nước nhờ hệ thống bơm định lượng bơm Cứ sau một khoảng thời gian thì bơm một lượng nhất định Máy khuấy 1 hoạt động liên tục Sau khi trung hoà nước qua bể đông tụ, tại đây liên tục thêm PAC và khuấy nhằm tăng khả năng lắng cho các chất bẩn Hệ thống lắng gồm hai bể chìm Khâu cuối cùng là bể lọc áp lực Bùn tạo

ra được đưa sang máy ép và đưa về tái sử dụng Một phần nước được tuần hoàn quay lại sản xuất, một phần thải ra ngoài sau một số lần tái sử dụng Sau đây là một số hình ảnh các công đoạn:

Hình 4 Khu bể đông tụ và lắng

Hình 5 Khu bể lọc

Hình 6 Dây chuyền làm khô bùn

Khu công nghiệp Phố Nối A – Hưng Yên

Nhóm thực hiện đã khảo sát trạm xử lý nước thải tại Nhà máy thép Việt Ý Các công đoạn xử

Điều 52: Trong trường hợp Công ty Phát triển hạ tầng yêu cầu và được quy định trong hợp đồng cho thuê lại đất, Doanh nghiệp trong KCN phải xử lý sơ bộ nước thải đạt tiêu chuẩn quy định trước khi xả vào hệ thống chung của KCN do Công ty Phát triển hạ tầng vận hành Công ty Phát triển hạ tầng chịu trách nhiệm kiểm tra, kiểm soát chất lượng nước thải từ các Doanh nghiệp trong các KCN xả vào hệ thống nước thải chung theo đúng hợp đồng đã ký kết

Điều 53: Nước thải trong các KCN trước khi đưa ra ngoài phải đảm bảo đạt độ sạch theo các tiêu chuẩn về bảo vệ môi trường của Nhà nước Việt Nam Trường hợp nước thải trong các KCN chưa được xử lý đúng mức, gây ô nhiễm môi trường quá giới hạn cho phép thì Công ty Phát triển hạ tầng phải bồi thường thiệt hại và có biện pháp khắc phục theo quy định của pháp luật Việt Nam về bảo vệ môi trường.”

Đúng ra theo quy định thì tại khu công nghiệp phố Nối A, chủ đầu tư là Cty Hoà Phát phải xây dựng một hệ thống xử lý nước thải công suất 5.000m3 nước thải/ngày đêm Tuy nhiên đến tận bây giờ, nước thải vẫn đổ trực tiếp ra các cánh đồng của huyện Mỹ Hào Lý do của việc chậm trễ này được đại diện chủ đầu tư khu công nghiệp, công ty Hoà Phát đưa ra là

“Hiện tại lượng nước thải chỉ vào khoảng 2.000m3/ngày do một số nhà máy còn chưa đi vào hoạt động Chính vì vậy, xây dựng nhà máy công suất 5.000 m3 là rất lãng phí!?” Nước thải

từ khu CN đã gây ô nhiễm môi trường ảnh hưởng tới sản xuất nông nghiệp của nhiều nông dân quanh vùng

Ông Nguyễn Đăng Anh, Phó phòng quản lý môi trường sở Tài nguyên - Môi trường Hưng Yên cho biết: “Sông ở Hưng Yên chủ yếu là các con sông nội đồng Chính vì thế nước thải ở các khu công nghiệp chỉ chảy loanh quanh, quá trình phục hồi sau ô nhiễm diễn ra rất lâu Thậm chí có thể nói là không khắc phục nổi”

Khu công nghiệp Nomura- Hải Phòng

Nằm trên địa bàn huyện An Dương, thành phố Hải Phòng, cạnh Quốc lộ số 5, cách Hà Nội 85km; cách trung tâm thành phố Hải Phòng và cảng Hải Phòng 13km, diện tích rộng 153 ha Nhà máy xử lý nước thải có công suất 10.800 m3/ngày, xử lý nước thải theo phương pháp vi sinh Giá xử lý nước thải là 0.26USD/m3 Nhà máy xử lý nước thải bao gồm các công đoạn như sau:Hình 7

Nhà máy xử lý nước cho khu CN Nomura- Hải Phòng chia làm hai giai đoạn Xử lý nước thải đợt đầu bao gồm hai bể lắng cát có lưới chắn trước khi được điều chỉnh cân bằng tại hai

bể điều hòa đặt song song nhau Hố bơm đẩy được dùng chung cho cả hai bể điều hoà Lưới chắn thô đầu tiên trong bể lắng xát là loại được điều khiển bằng tay với kích thước mắt lưới

bể đo lưu lượng Sau khi ra khỏi bể đo lưu lượng, hỗn hợp nước chảy vào bể ôxi hoá để bắt đầu quá trình sinh học Việc chuyển hoá ôxi được thực hiện nhờ 2 thiết bị ôxi hoá bề mặt có công suất 37kw Sau đó hỗn hợp sinh học được làm lắng tại bể lắng đợt 2 và bùn được đưa trở lại bể ôxi hoá Lượng bùn thừa ra được chuyển đến bể khuấy bùn Bùn trong bể khuấy

Sân phơi bùn Phần nước

lọc ra

trùng và được khử trùng bằng Clo trước khi đưa vào bể chứa nước đã qua xử lý Sau đó bơm

xả sẽ bơm nước từ bể chứa nước đã xử lý đến điểm xả quy định

Ngoài ra Nhóm thực hiện đã tham khảo các kết quả điều tra để làm cơ sở cho nghiên cứu, thiết kế chế tạo hệ thống Sau đây là kết quả điều tra liên quan tới nhiệm vụ thực hiện:

Nước thải tại các khu công nghiệp, khu chế xuất: Ngày càng bất ổn!

Việc xử lý nước thải của các nhà máy trước khi thải ra môi trường cũng đang làm đâu đầu các nhà quản lý Theo ước tính, mỗi KCN thải khoảng từ 3.000-10.000 m3 nước thải/ngày đêm Như vậy, tổng lượng nước thải công nghiệp của các KCN trên cả nước lên khoảng 500.000-700.000 m3/ngày đêm

Theo số liệu thống kê, trong số khoảng 150 KCN chỉ có khoảng 20% là có hệ thống XLNTTT Ngay cả ở những KCN đã có trạm xử lý nước thải tập trung, thì chất lượng thực tế của các công trình này vẫn còn hạn chế, chưa đạt được những tiêu chuẩn quy định, gây ô nhiễm môi trường, đặc biệt là ở một số KCN tập trung tập các ngành công nghiệp nhẹ như dệt may, thuộc da, ngành hoá chất độc hại cao

Có nhiều nguyên nhân dẫn tới sự gia tăng ô nhiễm môi trường trong KCN, trong đó phải nói đến công tác quy hoạch các KCN còn nhiều điểm không hợp lý, như việc bố trí một số KCN gần đường giao thông, khoảng cách quá gần khu dân cư, do đó, ô nhiễm trong KCN dễ dàng gây những ảnh hưởng không tốt tới môi trường xung quanh Thêm vào đó là nhận thức về việc bảo vệ môi trường trong các khu công nghiệp của các cấp chính quyền địa phương chưa cao, chưa đánh giá đúng mức vấn đề môi trường đối với việc phát triển bền vững Các cơ quan Nhà nước ở địa phương và Trung ương chưa có chế tài và giám sát chặt chẽ việc xây dựng KCN theo quy hoạch và theo đúng dự án đã được cơ quan có thẩm quyền phê duyệt

Do đó, trong báo cáo khả thi, các hạng mục xử lý nước thải, chất thải và bảo vệ môi trường, trên thực tế không được triển khai Theo báo cáo của Sở Tài nguyên và Môi trường thành phố Hồ Chí Minh cho biết: "Trong 9 KCN, KCX của thành phó Hồ Chí Minh, chưa có hệ thống xử lý nước thải tập trung thì chỉ có KCN Tân Bình đang xây dựng nhà máy xử lý nước thải tập trung, còn lại các KCN khác mới đang lên kế hoạch"

Mặt khác, chi phí xây dựng hệ thống xử lý nước thải cùng với việc chưa có cơ chế hỗ trợ thoả đáng từ phía Nhà nước, là một trong những nguyên nhân khiến các nhà đầu tư chậm triển khai các hệ thống này

Ngoài ra, hệ thống pháp luật về bảo vệ môi trường trong các khu công nghiệp còn chưa hoàn chỉnh Chưa hình thành hệ thống các quy định thống nhất về công tác quản lý môi trường theo các loại hình ô nhiễm rắn, lỏng, khí và chưa thích hợp với đặc điểm của các KCN - đòi hỏi quản lý ô nhiễm theo từng ngành và theo cả hệ thống trong KCN là chưa phù hợp Quy định về thẩm định môi trường đối với các dự án trong KCN chậm được đổi mới và không có chế tài mang tính bắt buộc Ngoài cơ chế hỗ trợ theo Quyết định 183 năm 2003 của Thủ tướng Chính phủ, thì cơ chế hỗ trợ xây dựng hệ thống xử lý chất thải ở KCN vẫn chưa được hình thành Hơn nữa, việc có nhiều đầu mối quản lý KCN cũng dẫn đến hiệu quả phối hợp giữa các đơn vị trong quản lý môi trường trong KCN chưa được tốt

Theo đánh giá của các ban ngành thành phố Hà Nội, hầu hết môi trường tại các khu cụm công nghiệp trong thành phố chưa đảm bảo, hệ thống xử lý nước thải chưa hoàn thiện

Trong 5 khu công nghiệp hiện nay có 3 khu xây dựng hệ thống xử lý nước thải gồm Thăng Long, Nội Bài, Hà Nội - Đài Tư Mặc dù đi vào hoạt động hơn 10 năm qua nhưng Khu công nghiệp Sài Đồng B chưa xây dựng trạm xử lý nước thải chung Theo kế hoạch của chủ đầu

tư, trạm xử lý nước thải của Khu công nghiệp Sài Đồng B sẽ xây dựng tại lô C (phần mở rộng theo dự kiến) Tuy nhiên, diện tích này triển khai giải phóng mặt bằng chậm và hiện nay thành phố Hà Nội đã quyết định chuyển mục đích đầu tư, do vậy chủ đầu tư đang gặp khó khăn trong xác định vị trí xây dựng trạm xử lý nước thải Khu công nghiệp Nam Thăng Long chưa có nguồn thu xây dựng khu xử lý nước thải vì mới thu hút được rất ít doanh nghiệp vào thuê đất

Trong số các cụm công nghiệp đã đi vào hoạt động, Cụm công nghiệp Cầu Giấy xây dựng xong trạm xử lý nước thải tuy vậy công trình này chưa đi vào hoạt động do các doanh nghiệp chưa vận hành Cụm công nghiệp Ngọc Hồi đã xây dựng giai đoạn 1 trạm xử lý nước thải công suất 1.800 m3/ngày đêm và khi giai đoạn 2 hoàn thành sẽ nâng công suất lên 2.400 m3/ngày đêm Các cụm công nghiệp còn lại, tuy trong quy hoạch có diện tích xây dựng trạm

xử lý nước thải nhưng do đầu tư theo hình thức BOT, kinh doanh nước trong lĩnh vực xử lý nước thải khó khăn, thành phố chưa có cơ chế hấp dẫn nên không thu hút được doanh nghiệp vào đầu tư Một mặt, các doanh nghiệp sản xuất chưa có ý thức trong việc thực hiện xử lý nước thải cục bộ trước khi đưa vào trạm xử lý chung, ít nhiều sẽ ảnh hưởng đến hoạt động chung của trạm

Thực tế 50% nước thải công nghiệp TP HCM chưa được xử lý

Thành phố HCM có tổng lượng nước thải phát sinh từ các khu công nghiệp, chế xuất khoảng 25.000 m3/ngày đêm, nhưng chỉ có 13.000 m3 được xử lý ông Theo báo cáo của ban quản lý Khu công nghiệp, chế xuất thành phố cho biết

Sau 14 năm từ khi khu công nghiệp đầu tiên là Tân Thuận ra đời, hiện thành phố đã có 3 khu chế xuất và 12 khu công nghiệp Trên 100 nhà máy đi vào hoạt động với số lao động 150.000 người, kéo theo những vấn đề môi trường phát sinh, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng môi trường toàn thành phố và khu vực Tuy nhiên, mới chỉ có 5 đơn vị là khu chế xuất Tân Thuận, Linh Trung 1 và 2, khu công nghiệp Tân Tạo và Lê Minh Xuân có hệ thống xử lý nước thải tập trung

Số còn lại vẫn chưa được xử lý đạt tiêu chuẩn thải ra môi trường, việc này sẽ ảnh hưởng phần nào đến chất lượng nước mặt toàn thành phố Ngoài ra, một mối lo khác của UBND huyện Bình Chánh, tuy nhà máy nước thải hoạt động đạt tiêu chuẩn như đăng ký, nhưng vẫn còn nước thải có màu và váng dầu thoát ra từ các cửa xả nước mưa Việc kiểm soát xả thải từ các nhà máy, xí nghiệp vào cống thải chung chưa được quan tâm đúng mức

Do đó, để kiểm soát việc xả thải tại các khu công nghiệp, chế xuất, UBND thành phố cho phép lập các Phòng đại diện ban quản lý tại khu công nghiệp trực tiếp kiểm tra, giám sát các hoạt động liên quan đến môi trường Bên cạnh đó là việc khẩn trương xây mới hoặc nâng cấp nhà máy xử lý nước thải tập trung tại các khu công nghiệp

Đà Nẵng: Sáu khu công nghiệp có một hệ thống xử lý nước thải tập trung

Là một thành phố có nhiều điều kiện thuận lợi, trong những năm qua, Đà Nẵng mở cửa đón làn gió đầu tư phát triển công nghiệp

Với 6 khu công nghiệp tập trung có tổng diện tích quy hoạch 1.500 ha với 290 doanh nghiệp,

Tỷ lệ trên 90% diện tích của 6 khu công nghiệp lấp đầy là một kết quả khả quan mà không phải địa phương nào cũng đạt được Tuy nhiên, khi các khu công nghiệp được lấp đầy và các

dự án đi vào hoạt động sản xuất thì cũng là lúc Đà Nẵng nhận ra những gánh nặng về vấn đề môi trường nước thải, khí thải và chất thải Nghiêm trọng hơn, khi cả 6 khu công nghiệp mới chỉ có 1 khu có nhà máy xử lý nước thải tập trung

Nước thải không qua hệ thống xử lý

6 khu công nghiệp của Đà Nẵng gồm: Hoà Khánh, Đà Nẵng, Liên Chiểu, Thọ Quang, Hoà Cầm là nơi tập trung khá đa dạng và phong phú các loại hình đầu tư lương thực thực phẩm, vật liệu xây dựng, giấy, cơ khí, dệt may, da giầy, điện tử, chế biến thuỷ sản, công nghiệp nặng

Nơi có diện tích lớn, tập trung nhiều dự án với quy mô lớn nhất của Đà Nẵng là khu công nghiệp Hoà Khánh với diện tích trên 420 ha chuyên chế biến thực phẩm, vật liệu xây dựng, giấy, cơ khí Đây cũng là nơi Đà Nẵng đang hình thành khu công nghiệp Hoà Khánh mở rộng mới với diện tích gần 220 ha

Có lẽ chỉ có khu công nghiệp Hoà Khánh mở rộng và khu công nghiệp Hoà Cầm tập trung những loại hình công nghệ cao là chưa có lượng nước thải hoặc thải với lượng nước không đáng kể Còn lại, tất cả các khu công nghiệp khác từ chế biến lương thực, thực phẩm, hoá chất, thuỷ sản, công nghiệp nặng đều thải lượng nước thải khá lớn chưa qua xử lý ra môi trường

Đến nay, cả 6 khu công nghiệp của Đà Nẵng mới chỉ có 1 khu công nghiệp Hoà Khánh có hệ thống xử lý nước thải tập trung nhưng đang trong giai đoạn vận hành thử Còn lại khu công nghiệp Thọ Quang và các khu công nghiệp khác mới chỉ hoàn thành thiết kế với khả năng thu gom khoảng 2/3 Kết quả quan trắc nước thải đầu năm 2006 tại các khu công nghiệp đều bị ô nhiễm hữu cơ, dầu mỡ và đã vượt tiêu chuẩn cho phép

Mặc dù khu công nghiệp Thọ Quang chỉ có diện tích hơn 7ha có 9 cơ sở công nghiệp đang hoạt động với tổng lượng nước thải 1.000 m3/ngày đêm nhưng lại là điểm “nhạy cảm “ về môi trường vì nằm lọt thỏm giữa khu dân cư, gần khu du lịch

Thế nhưng, khu công nghiệp này cũng chưa xây dựng hệ thống thoát nước thải chung nên nước thải được thoát chung với hệ thống thoát nước mưa của khu công nghiệp và thải trực tiếp và khu Âu Thuyền Thọ Đây là nguyên nhân chính gây ô nhiễm môi trường khu vực Nơi có lượng đổ thải lớn nhất ở Đà Nẵng là khu công nghiệp Hoà Khánh với gần 3.000 m3/ngày đêm Vậy nhưng trong số hơn 100 cơ sở đang hoạt động, nhiều cơ sở đã thải trực tiếp nước thải không xử lý hoặc xử lý chưa đạt tiêu chuẩn ra cầu Bà Lụa, sông Cu Đê và hồ Bàu Tràm

Doanh nghiệp coi thường bảo vệ môi trường

Thải nước thải trực tiếp gây ảnh hưởng tới môi trường xung quanh một phần do các khu công nghiệp chưa có hệ thống xử lý nước thải tập trung trước khi đổ ra môi trường Tuy nhiên, vấn

đề cốt lõi chính là ý thức của các doanh nghiệp trong xác định lợi ích kinh tế và môi trường Không phủ nhận đã có nhiều đơn vị sản xuất quan tâm bảo vệ môi trường và coi đó như tiêu chí để phát triển bền vững và điều kiện để sản phẩm hàng hoá cạnh tranh trong hội nhập nhưng cũng không ít doanh nghiệp thờ ơ với công tác bảo vệ môi trường

Sở Tài nguyên Môi trường Đà Nẵng báo cáo khiến nhiều người giật mình bởi trong tổng số gần 300 dự án đầu tư tại 5 khu công nghiệp đang hoạt động thì chỉ có khoảng 45% số dự án

sản xuất nhất với 175 cơ sở như Hoà Khánh thì tỷ lệ báo cáo đánh giá tác động môi trường (ĐTM) cũng chỉ đạt khoảng trên 45%

Không chỉ vậy, công tác giám sát sau ĐTM ở các doanh nghiệp cũng không được thực hiện thường xuyên Có rất ít cơ sở có ĐTM tuân thủ quan trắc và báo cáo định kỳ tới cơ quan quản lý môi trường Lý giải điều này, theo Sở Tài nguyên và Môi trường, một phần do các đơn vị lúng túng trong cách vận dụng các phương án, không đầu tư cho hoạt động bảo vệ môi trường Bên cạnh đó có đơn vị có đầu tư nhưng chỉ mang tính đối phó và đầu tư hoàn thiện nhưng lại không vận hành vì tốn kém

Ngoài ra, theo Ban quản lý các khu công nghiệp Đà Nẵng, có một thực tế là hầu hết các doanh nghiệp nước ngoài tuân thủ tốt quy định môi trường theo bản đăng ký ĐTM, còn các doanh nghiệp trong nước thì còn thờ ơ với việc này một phần do vốn nhỏ, thiếu kinh phí Đây chính là mâu thuẫn khó có thể giải quyết giữa bảo vệ môi trường và lợi ích kinh tế Bởi hầu hết doanh nghiệp trong nước là doanh nghiệp vừa và nhỏ, vốn đầu tư thấp nên khó có thể

có kinh phí đầu tư một hệ thống xử lý môi trường cục bộ trong cơ sở sản xuất trước khi đổ ra

hệ thống xử lý nước thải tập trung

Tuy nhiên, phải thừa nhận trong những năm trước kia, tốc độ thu hút dự án đầu tư vào các khu công nghiệp của Đà Nẵng là rất chậm, thấp và không đều Bên cạnh đó, việc đầu tư hệ thống xử lý nước thải tập trung là rất tốn kém

Chính vì vậy, việc đầu tư hệ thống xử lý nước thải tập trung cho các khu công nghiệp chưa được đặt ra ngay từ khi thành lập khu công nghiệp Nếu đây là nguyên nhân để 4/5 khu công nghiệp đang hoạt động của Đà Nẵng chưa có hệ thống xử lý nước thải thì cũng là một thực tế

và có thể coi là bài học nhãn tiền cho các địa phương khác trên cả nước khi đầu tư quy hoạch phát triển khu công nghiệp mà thiếu quan tâm tới đầu tư hệ thống xử lý chất thải, nước thải tập trung

Mâu thuẫn khó giải quyết

Bức tranh ô nhiễm tại các KCN chưa thể hiện toàn cảnh vì hiện có nhiều KCN mới đi vào hoạt động hoặc hoạt động chưa hết công suất Cho nên có thể nói nguồn phát thải ô nhiễm từ các KCN chưa biết bao giờ mới chấm dứt? Trong khoảng 10 năm trở lại đây chưa hề có một chương trình hay dự án nào tiến hành giám sát ô nhiễm và thống kê lượng chất thải tại các KCN một cách toàn diện Hầu hết những hỗ trợ từ phía Nhà nước và các BQL KCN đều chỉ tập trung vào những vấn đề cải thiện môi trường đầu tư, còn hành lang pháp lý về quản lý môi trường KCN vẫn chưa được ban hành, từ cấp Trung ương đến địa phương Bức xúc trước tình trạng này, cách đây hơn một năm thành phố Hồ Chí Minh đã ban hành một quy định tạm thời về quản lý môi trường trong KCN Nhưng ở nhiều địa phương khác, quy định

về chức năng giám sát, quản lý môi trường KCN chưa được phân định rõ ràng, các BQL cũng không có bộ phận chuyên trách lĩnh vực này

Trong nhiều hoàn cảnh, giữa đơn vị đầu tư xây dựng KCN và các doanh nghiệp dễ đi đến một thoả thuận ngầm là “cùng nhau nhắm mắt” Bởi nếu điều kiện đặt ra các doanh nghiệp khi vào KCN phải xây dựng trạm xử lý nước thải cục bộ đạt tiêu chuẩn nguồn loại B thì khó

có thể thu hút được doanh nghiệp đến thuê đất Mâu thuẫn này thể hiện rõ nhất đối với các KCN có nhiều cơ sở sản xuất vừa và nhỏ, vốn hạn chế, khó chấp nhận khi phải thêm gánh nặng đầu tư trạm xử lý nước thải Gánh nặng thứ hai đối với họ là ở một số KCN, doanh nghiệp phải trả phí xử lý nước thải tại HTXLNTTT với giá ngang mua nước sạch (Khu CN Biên Hoà II giá XLNT là 0.28USD/m3) Cho nên ở KCN Lê Minh Xuân (thành phố Hồ Chí Minh) đã có một số doanh nghiệp lén xả thải thẳng ra cống để tránh chi phí, dẫn đến điều oái oăm là các chủ đầu tư tiêu tốn tiền triệu USD xây dựng HTXLNTTT nhưng không sử dụng

Bảng thông kê các khu Công nghiệp đã có hệ thống xử lý nước thải:

Tt Tên

KCN Địa chỉ D tích (hecta) HTXL nước thải

tiêu chuẩn nước thải loại B theo tiêu chuẩn quốc gia trước khi xả vào hệ thống thoát nước của cụm Công nghiệp và xả ra sông Sắt

Khu công nghiệp bằng phương pháp vi sinh, sau đó được để lắng tại các hồ điều hoà để lắng đọng thêm bùn và tạp chất có hại

Dương

Hải Dương

từng nhà máy trong khu xử lý sơ bộ đạt tiêu chuẩn nước thải loại B theo tiêu chuẩn quốc gia trước khi xả vào hệ thống thoát nước của cụm Công nghiệp và xả ra sông Sắt

Ninh

với hệ thống dẫn nước theo tiêu chuẩn quốc tế đảm bảo việc kiểm soát nước thải

và chất thải công nghiệp

dựng độc lập với hệ thống thoát nước mưa, được phân làm hai khu vực chính là phía Đông và phía Tây khu công nghiệp Nước thải từ hai lưu vực này sau khi đã qua xử

lý tại nhà máy được thu gom qua các cống thu nước thải đặt dọc theo các tuyến hè, tự chảy về bể chứa trung gian, từ bể này dùng bơm cưỡng bức, bơm tự động đến trạm xử

lý nước thải ở phía Tây nam của Khu công nghiệp, sau khi xử lý tại trạm xử lý đạt tiêu chuẩn B (TCVN) được dẫn về mương thoát nước trung tâm

VINH

Nghệ

An

và nước thải sinh hoạt được xử lý sơ bộ tại các xí nghiệp, tập trung theo đường cống

Φ 300 – 800 MM chảy về khu xử lý chung nằm ở cuối KCN để xử lý lại Nước thải sau khi xử lý đạt tiêu chuẩn A – TCVN được thoát ra khỏi KCN và theo mương dẫn ra sông Kẻ Gai

8 Nomora Hải

thải theo phương pháp vi sinh

cả nước là cần thiết Hệ thống sẽ là công cụ hiệu quả cho các nhà quản lý Nhà nước, cho đơn

vị QLMT tại khu công nghiệp để giám sát nguồn nước đầu ra từ các nhà máy trong khu CN trước khi đổ vào trạm xử lý nước thải tập trung, cho bản thân các doanh nghiệp hoạt động trong khu công nghiệp để giám sát và chứng minh cho chất lượng xử lý nước thải của mình

Để kiểm soát được các nguồn nước thải tại các KCN ở Việt Nam, cần lắp đặt các hệ thống tự động kiểm soát ô nhiễm nước thải của từng KCN, để cho các cơ quan chức năng quản lý về môi trường có công cụ kiểm soát được Như vậy số luợng cần thiết các hệ thống tự động kiểm soát ô nhiễm nước thải sẽ là rất lớn mới kiểm soát được toàn bộ số luợng KCN

9 Tổng kết các yêu cầu kỹ thuật đối với hệ thống

Các thông số cơ bản cần đo

Tại các KCN và khu chế xuất, trong qua trình hoạt động đã thải ra nước bẩn- nước bị ô nhiễm do lượng xút, axit, và một số hoá chất làm độ pH tăng cao, độ ôxy hoà tan trong nước khá thấp… Đặc biết tạo ra lượng Nitơrit cao và các kim loại nặng làm ảnh nghiên trọng đến môi trường nước

Để kiểm soát được mức độ ô nhiễm nước thải công nghiệp cần có các hệ thống tự động đo

và phân tích được chất lượng nước, cụ thể là đo và kiểm soát được các thông số cơ bản sau:

Sensor và phương pháp đo

Các sensor cần lựa chọn phù hợp với môi trường nước thải Thông thường hay sử dụng ISE (Ion Selective Electrode) Tuy nhiên các ISE có độ bền rất thấp, nếu dùng màng polymer thì

độ bền từ 3-6 tháng, nếu dùng solid state thì độ bền từ 6-12 tháng Như vậy đo in-line (đo liên tục) là không phù hợp Phải đo on-line và không thể liên tục mà theo chu kỳ Trạm thiết

bị đo cần thiết kế để tự động đo theo chu kỳ và có chế độ bảo dưỡng sensor tự động (ngâm , rửa tự động)

Khả năng giám sát từ xa

Các điểm kiểm soát có thể nằm rải rác trên phạm vi toàn quốc, do đó để có thể có một bức tranh toàn cảnh về hiện trạng môi trường Hệ thống phải hỗ trợ chức năng giám sát từ xa mà phổ biến hiện nay là qua mạng internet Ngoài ra có thể nâng cao chất lượng quản lý bằng dùng công nghệ GIS

Chương 2 - THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỆ THỐNG

Hình 8 Mô hình hệ thống

Hệ thống kiểm soát tự động ô nhiễm nước thải từ các khu công nghiệp có mô hình như trên Hình

8 Qua khảo sát nhóm thực hiện nhận thấy: để tăng tuổi thọ cho sensor cần có hệ thống đo và bảo dưỡng tự động, mặt khác chiều dài dây sensor có hạn nên để không bị hạn chế về khoảng cách từ điểm đo đến trạm cần thiết kế để có thể lấy nước tự động về trạm đo Trạm hiện trường có chức năng bơm hút, xả nước thải và bảo dưỡng sensor tự động Nước thải từ cống xả của các trạm xử

lý cục bộ hoặc tập trung trong khu công nghiệp được hút về bể chứa trong trạm Sensor đặt bên trong trạm nên sẽ được bảo quản tốt hơn tránh được các tác động của môi trường (mưa, nắng, mặn, hoá chất, ) và dễ dàng cho bảo trì, hiệu chuẩn Do yêu cầu kiểm soát không cần đo liên tục

mà theo chu kỳ thời gian khoảng 10 phút một lần nên chế độ đo là online (khác inline là đo liên tục) theo chu kỳ đặt trước Trong khoảng thời gian giữa các lần đo sensor sẽ được ngâm trong nước sạch hoặc dung dịch bảo quản và có thể phun rửa tự động

Dữ liệu đo được từ trạm thiết bị hiện trường được lưu tại chỗ và truyền lên PC hiện trường (Field PC) theo giao thức MODBUS trên chuẩn RS485 Kết nối với PC thông qua bộ chuyển đổi RS232/RS485 Đây là giao thức chuẩn quốc tế thông dụng hiện nay và có nhiều hãng hỗ trợ các thiết bị phần cứng, công cụ phần mềm Trên PC hiện trường sẽ có phần mềm thực hiện nhận dữ liệu từ trạm hiện trường, cung cấp một số tính năng quản lý tại hiện trường và truyền dữ liệu lên

PC server nằm trên mạng Internet PC hiện trường trao đổi dữ liệu với PC server thông qua mạng internet hoặc SMS hoặc qua mạng điện thoại Các PC client sẽ truy cập vào PC server để xem dữ liệu Trên PC server có thể tích hợp thêm công nghệ GIS để tiện cho quản lý

2 Thiết kế chế tạo trạm hiện trường

2.1 Tổng quan thiết kế chế tạo phần cứng

Trạm hiện trường được thiết kế chế tạo để đo các thông số của pH, DO, T, Turbidity, Conductivity, NO3 trong nước thải tại các khu công nghiệp và truyền dữ liệu lên máy tính Các trạm hiện trường giúp giám sát các hiện trạng môi trường, lưu trữ và xử lý dữ liệu thu được để đưa ra các cảnh báo kịp thời khi các thông số môi trường vượt ngưỡng cho phép Trạm gồm hệ

xử lý tín hiệu và truyền thông và điều khiển một số cơ cấu vận hành , LCD hiển thị giá trị thông

số đo được, giao tiếp với người sử dụng và bàn điều khiển bằng tay Sơ đồ tổng thể của một trạm được sơ đồ hóa trên Hình 9

Hình 9 Sơ đồ thiết kế tổng thể

Các thông số kỹ thuật của phần cứng trạm hiện trường:

· Nguồn cấp 220V AC, 50Hz hoặc 24V DC

· Hiển thị LCD hoặc LED

· Bàn phím:08 phím

· Giao diện truyền thông RS485 cách ly Hỗ trợ MODBUS

· Chuyển đổi RS232/RS485

· 08 DI 24V, 08 DO 24V/0.5A

· 01 còi cảnh báo tại chỗ

2.2 Thiết kế chế tạo Main Board

Board mạch chính có nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu nhận được từ các lối vào (tín hiệu

từ các sensor), lọc và chuyển đổi ADC, xử lý tín hiệu và đưa ra tín hiệu điều khiển các cơ cấu vận hành, đồng thời có giao diện truyền thông RS485 cách ly quang, cho phép chuyển đổi RS232/RS485

Ø Thiết kế khối AI

Trong thiết kế này, khối AI gồm 06 kênh tín hiệu dạng 4-20mA/0-5V, mỗi kênh đo

số hóa thông qua ADC trước khi đưa vào khối xử lý trung tâm Mỗi kênh AI được thiết kế như trong Hình 10

CPU

4-20mA/0-5V AI1

sai, phù hợp với các thiết kế đa kênh, dùng trong các phép đo tín hiệu analog cần độ chính xác cao Trong IC có chứa một bộ khuếch đại dụng cụ, do đó IC vẫn có thể đo được tín hiệu biên độ nhỏ Tốc độ xuất dữ liệu từ mỗi kênh biến thiên từ 4.17Hz đến 500Hz

Hình 11 Sơ đồ khối chức năng của AD7794 Các đặc tính tiêu biểu của ADC7794:

· 22.5 bit có nghĩa

· RMS của nhiễu: 40nV @ 4.17Hz, 85nV @ 16.7Hz

· Power-down lớn nhất là 1µA

· Bộ khuếch đại dụng cụ nhiễu thấp, hệ số khuếch đại có thể điều khiển được

· 6 lối vào vi sai analog

· Có bộ tạo clock bên trong

· Nguồn nuôi 2.7V đến 5.25V

· Giao tiếp nối tiếp SPI, QSPI, MICROWIRE, và DSP

SCLK 1 CLKCS 23 NC

4

AIN6+/P1 5 AIN6-/P2 6

AIN1+

7 AIN1- 8 AIN2+

9 AIN2- 10 AIN3+

11 AIN3- 12

REFIN1+REFIN1- 1314 AIN5+/IOUT2 15 AIN5-/IOUT1 16 AIN4+/REFIN2+

17 AIN4-/REFIN2- 18

PSW 19GND 20AVdd 21DVdd 22

DOUT/RDYDIN 2324

U6

AD7794

RTD2_1 RTD2+

RTD2_2

AGND A+3.3V 3.3V

100nFC11VCC

GND 100nFC13

R1=Vcomm/Iout=2.5/0.210(K)=12K

/AI_CS2

MISO0 SCLK 1CLKCS 23 NC

4

AIN6+/P1 5 AIN6-/P2 6

AIN1+

7 AIN1- 8 AIN2+

9 AIN2- 10 AIN3+

11 AIN3- 12

REFIN1+REFIN1- 1314 AIN5+/IOUT2 15 AIN5-/IOUT1 16 AIN4+/REFIN2+

17 AIN4-/REFIN2- 18

PSW 19GND 20AVdd 21DVdd 22

DOUT/RDYDIN 2324

U5

AD7794

RTD1_1 RTD1+

RTD1_2

RTD1-AREF1

AGND A+3.3V 3.3V

MOSI0 SCK0 /AI_CS1

SCLK 1CLKCS 23 NC

4

AIN6+/P1 5 AIN6-/P2 6

AIN1+

7 AIN1- 8 AIN2+

9 AIN2- 10 AIN3+

11 AIN3- 12

REFIN1+ 13REFIN1- 14 AIN5+/IOUT2 15 AIN5-/IOUT1 16 AIN4+/REFIN2+

17 AIN4-/REFIN2- 18

PSW 19GND 20AVdd 21DVdd 22

DOUT/RDYDIN 2324

U7

AD7794

internal_bias

AGND A+3.3V 3.3V

MOSI0 SCK0 /AI_CS3

100nFC4 100nFC10

+AINA1 +AINA3 +AINA5 +AINA +AINA[1 6]

REPEAT(+HIA)

REPEAT(-LOA) REPEAT(+AINB) REPEAT(+AINA)

REPEAT(+HIB)

REPEAT(-LOB) REPEAT(AREF) REPEAT(SubAI1,1,6)

SubAI1.SCHDOC

+HIA[1 6] +HIA +HIA2

+HIA4 +HIA5 +HIA1

-LOA1 -LOA3

-LOA5 -LOA[1 6] -LOARTD1_1

AREF2 AREF3

AREF4

AREF5 AREF6 AREF1

AREF2

AREF3

AREF4 AREF5 AREF6

VIN

1 VOUT 2

AGND 3 NC 4 NC 5

AGND 10 R3

100pF C12 CAP AGND

2.5K R4

AGND

8

5 2 3

A5V

-5V

-5V

RTD3_1 RTD3+

RTD3_2

RTD3-RTD4_1 RTD4+

RTD4_2

SI_SPI SO_SPI SCK_SPI

SCK0 /AI_CS1

A5V

-5V

Vos

Vos +HIB[1 6] +HIB

+HIB2 +HIB4 +HIB5 +HIB1

-LOB1 -LOB3

-LOB5 -LOB[1 6] -LOB

+AINB1 +AINB3 +AINB5 +AINB +AINB[1 6]

AREF1 AREF3 AREF5

+AINA4

+AINA5 +AINA6 +AINB1

+AINB2

+AINB3

+AINB4 +AINB5 +AINB6

W1

10uF C9

10uF C8 AGND

AGND

10uF C16

10uF C14 AGND

AGND

10uF C17

10uF C15 AGND

AGND

A+3.3V 3.3V

W2

AGND GND

W3

Hình 12 Sơ đồ nguyên lý khối AI

Ø Thiết kế chế tạo khối AO

Để điều khiển các lối ra kiểu tương tự, tín hiệu từ vi điều khiển cần đưa qua một bộ chuyển đổi số-tương tự Tín hiệu sau DAC là điện áp Hiện nay, các thiết bị thường được thiết kế với lối vào/ra dạng chuẩn 0/4-20mA hoặc 0-5V , do đó, chúng tôi đã thiết kế lối ra điều khiển cho thiết bị này gồm 02 AO dạng tín hiệu 0/4-20mA và 02 AO dạng tín hiệu 0-5V Sơ đồ thiết kế cụ thể của khối AO được trình bày trên Hình 13 Trong thiết kế khối AO,

IC chuyển đổi điện áp-dòng điện có vai trò quan trọng nhất Trong thiết kế này, chúng tôi lựa chọn IC XTR111

12V

100nF C4.T

1K

Rset.T

REGF 5

REGS 4

VIN 6

SET 7

GND 10

1K Rset

REGF 5

REGS 4

VIN 6

SET 7

GND 10

Hình 13 Sơ đồ nguyên lý mạch chuyển áp - dòng

XTR111 là IC chuyên dụng chuyển đổi điện áp sang chuẩn 0-20 mA hoặc 4-20 mA, dòng đầu ra có thể lên đến 36mA Tỉ lệ giữa điện áp vào và dòng điện ra được đặt bởi RSET và tính theo công thức:

SET

IN OUT

1

8 5

U1 LMC6041IM BNC

XOUT

XI N

P3.0/RXD0 3 P3.1/TXD0 4 P3.2/I NT0 5 P3.3/I NT1/PWM 6 P3.4/T0 7 P3.5/T1 8 P3.6/WR 9 P3.7/RD 10

RST 13

VDAC0

I DAC0/AIN0 18

I DAC1/AIN1 19 VADC2/AI N2 20 VDAC3/AI N3 21 AIN4 22 AIN5 23 AIN6/EXTD 24 AIN7/EXTA 25 AINCOM 26

AGND AVDD REFIN- REFOUT/REFIN+

VDAC1

P2.0/A8 P2.2/A10 P2.5/A13

PSEN/OSCCLKALE

P0.7/AD7

EA 48

P0.5/AD5 P0.2/AD2

P1.0/T2 55 P1.1/T2EX 56 P1.3/RXD1 59 P1.3/TXD1 60 P1.4/I NT2/SS 61 P1.5/I NT3/MOSI 62 P1.6/I NT4/MI SO 63 P1.7/I NT5/SCLK 64

RDAC0 16 DVDD

14 DGND

12 DVDD

11 RDAC1

DVDD DVDD 15

100K R6

1 2.2uF

C6

1K RDAC0

Vr ef

V-A0

220K R8

12V

100nF C5

100nF C7

1K R7

VCC VCC EA

S1

SW-PB

SIGNAL+

+EXITATION VCC

12V

4- 20m A

100nF C4

1K Rse t

10nF C3

REGF 5 REGS 4 VIN 6 SET 7 GND 10

12V

4-20m A-T

100nF C4.T

1K Rset.T

10nF

REGF 5 REGS 4 VIN 6 SET 7 GND 10

1

100nF C6.0

VIN

1 VOUT 2 GND 3 NC 4 NC

7

5 2 U2B MCP607

VCC Ref

Ref

1100nFC0.2

Ø Thiết kế chế tạo khối DI

Ngoài các tín hiệu vào dạng tương tự, thiết kế còn gồm các lối vào dạng số nhằm mở rộng khả năng ứng dụng của thiết bị Khối DI được thiết kế gồm 08 lối vào số DI 24V Các tín hiệu số cần được cách ly rồi đưa vào khối điều khiển CPU Tại khối xử lý trung tâm, tín hiệu số sẽ được xử lý, phân tích Sơ đồ một kênh DI được sơ đồ khối như trên Hình 11

ATMEGA128

DI

TLP521 MCP23S17

Hình 15 Sơ đồ khối DI

Ø Thiết kế chế tạo khối DO

Ngoài chức năng đo các thông số môi trường, thiết bị còn có khả năng đưa ra tín hiệu điều khiển các cơ cấu vận hành như van điện, bơm Thiết kế gồm 08 đầu ra số DO 24V/0.5A và một đầu ra Alarm Tín hiệu đẩy ra từ khối xử lý được cách ly rồi đưa qua hệ khuếch đại công suất để đáp ứng yêu cầu điều khiển các thiết bị công suất lớn Thiết kế sử dụng IC ULN2003 để khuếch đại công suất đầu ra

Sơ đồ một kênh điều khiển DO được mô tả trong sơ đồ khối Hình 16

Khuếch đại công suất Cách ly

ATMEGA128

DO

Hình 16 Sơ đồ khối của khối DO

ULN2003 là bộ khuếch đại công suất cho dòng và thế lớn Nó chứa bảy cặp darlington colletor hở mắc theo kiểu Emitter chung Mỗi kênh có thể tạo ra dòng 500mA, cực đại có thể lên tới 600mA Điện áp lối ra đạt 50V

Dưới đây là sơ đồ nguyên lý của thiết kế khối DIO

Hình 18 Sơ đồ nguyên lý khối DIO

2.3 Thiết kế chế tạo khối mạch xử lý trung tâm

Vi điều khiển thực hiện các chức năng chính sau:

- Lập trình và đọc các dữ liệu từ ADC

- Chuẩn hóa tín hiệu đo và lưu các thông số trong EEPROM

- Tạo ra các tín hiệu điều khiển DO

- Giao tiếp với máy tính thông qua cổng truyền thông RS485

Để thực hiện được các chức năng nói trên, vi điều khiển phải có tốc độ xử lý cỡ 10MIPS, có ít nhất 3 timer, có chức năng điều chế độ rộng xung bằng phần cứng, bộ nhớ dữ liệu >512 byte và bộ nhớ chương trình >8KB Nhóm thực hiện lựa chọn vi điều khiển ATMEG128L của hãng Atmel bởi các lý do sau:

7 ATMEGA128 có tới 128KB ROM

- Tốc độ tới 8MIPS

- 4KB RAM, 4KB EEPROM

- Hỗ trợ PWM

- Có cổng SPI

- 2 Timer 8 bit và 2 Timer 16 bit

- Môi trường phát triển AVRStudio được nhà sản xuất cung cấp miễn phí

- Sử dụng chương trình dịch C GCC

- Có sẵn cổng JTAG

ADC RS485

2.4 Thiết kế chế tạo khối truyền thông với máy tính

Giao tiếp giữa vi xử lý và máy tính được thực hiện thông qua giao thức truyền thông RS485 Chuẩn giao tiếp RS485 cho phép nhiều mạch truyền và nhận cùng nối trên một bus truyền, ngoài ra RS485 còn có một số ưu điểm như giá thành thấp, có khả năng kết nối mạng

và truyền xa tới 1200m, tốc độ lên tới 10Mbps SN75LBC184 sử dụng trong thiết kế tạo ra các tín hiệu vi sai giúp khử các nhiễu xuất hiện trên đường truyền

Hình 20 Sơ đồ mạch truyền thông chuẩn RS485

2.5 Thiết kế chế tạo bộ lưu trữ tại chỗ

Tại mỗi trạm đo, dữ liệu sau mỗi lần đo cần được lưu trữ để phân tích, đánh giá Bộ nhớ tại chỗ cần có thời gian ghi nhanh, có khả năng lưu trữ lớn và thực hiện được nhiều chu

kì xóa/ghi Bộ nhớ tại chỗ của mỗi trạm được sử dụng trong thiết kế là một EEPROM 24aa1025 thuộc họ CMOS 1024K của Microchip Technology đáp ứng đầy đủ các yêu cầu nêu trên Nó có khả năng hoạt động với dải điện áp khá rộng (1.8V đến 5.5V), có khả năng ghi byte và ghi trang lên tới 128 byte dữ liệu 24aa1025 có thể đọc liên tiếp hoặc đọc ngẫu nhiên Hoạt động đọc có thể thực hiện liên tiếp trong phạm vi 0000h tới FFFFh và 10000h tới

Các đặc tính chính sau cho thấy 24AA1025 là một lựa chọn phù hợp cho thiết kế:

· Sử dụng công nghệ CMOS

· Dòng ghi cực đại 5mA ở 5.5V

· Dòng đọc cực đại 450µA ở 5.5V

· Dòng standby 100nA ở 5.5V

· 2 đường bus nối tiếp

· Có thể ghi trang 128byte

· Chu kì ghi tối đa 5ms

· Thực hiện được 1000000 chu kì xóa/ghi

· Có khả năng chống phóng điện >4000V

· Lưu giữ dữ liệu trên 200 năm

2.6 Thiết kế chế tạo khối LCD – bàn phím – đèn báo

Khối LCD – bàn phím và đèn báo được thiết kế với mục đích hiển thị các thông số đo, cài đặt các thông số hệ thống và chuẩn hóa hệ đo Thiết kế sử dụng LCD graphic 128x64 giao tiếp với vi điều khiển bằng giao thức SPI thông qua IC chuyển đổi tín hiệu vào/ra song song thành tín hiệu ra/vào nối tiếp MCP23S17 Người dùng có thể cài đặt các thông số cần thiết dựa vào 8 phím chức năng: Escape, Enter, Up, Down, F1, F2, F3, F4 Ngoài ra, các LED hiển thị trạng thái các Rơle, báo nguồn và cảnh báo cũng giúp cho người dùng dễ dàng giám sát trạng thái hoạt động của trạm đo Hình 22 là thiết kế giao diện màn hình – phím bấm – đèn báo.Hình 23 là sơ đồ nguyên lý thiết kế cho LCD và phím bấm

Hình 22 Giao diện màn hình – phím bấm – đèn báo

DB3 10 DB4 11 DB5 12 DB6 13 DB7 14

CS1 15 CS2 16 RST 17

R/W 5 E 6

DB0 7 DB1 8 DB2 9

Vee(Drive)

Vss(GND) OD-DM1

LCD128x64_T6963C

LCD_DI LCD_D1 LCD_D3 LCD_D5 LCD_D7 LCD_RW

LCD_CS1 LCD_RST LCD_E

S4

DOWN S3

UP S2

ENTER S5

LEFT

GND

10K R8 10K R9 10K R10 10K R11

10K R7

S6

RIGHT

10K R12

S8 S9

10K R13 10K R14 10K R15

S10 10KR16

S7

KEY2 KEY4 KEY6 KEY8 KEY1

KEY10

GPB0 1 GPB1 2 GPB2 3 GPB3 4 GPB4 5 GPB5 6 GPB6 7 GPB7 8 Vdd 9 Vss 10 CS 11 SCK 12 SI 13 A0 15 A1 16A2 17 /RESETINTB 18 19 INTA 20GPA0 21 GPA1 22GPA2 23 GPA3 24GPA4 25GPA5 26GPA6 27GPA7 28

SO 14 U2

MCP23S17

GPB0 1 GPB1 2 GPB2 3 GPB3 4 GPB4 5 GPB5 6 GPB6 7 GPB7 8 Vdd 9 Vss 10 CS 11 SCK 12 SI 13 A0 15 A1 16A2 17 /RESETINTB 18 19 INTA 20GPA0 21 GPA1 22GPA2 23 GPA3 24GPA4 25GPA5 26GPA6 27GPA7 28

SO 14 U3

MCP23S17

VCC

GND

0.1uF C1

VCC

GND

0.1uF C2

GND GND

LCD_D0 LCD_D2 LCD_D4 LCD_D6

KEY2 KEY4

KEY5 KEY6 KEY8

KEY1 KEY9

1k

AK1 2 D1

Green D2

D3

D4 D6

ALARM_st

1k R5 D5

Green

CS_LCD_KEY1

IN1 1 IN2 2IN3 3IN4 4 IN5 5IN6 6IN7 7

OUT1 16

OUT3 14 OUT4 13 OUT5 12 OUT6 11 OUT7 10

OUT2 15

COM

9 GND 8 U1

ULN2003A

+12V

Relay3 Relay1

Alarm1 RLY3_st

RLY1_st

ALARM_st

Relay3 Relay1 Alarm1 Rsvd1

Reserved1

Rsvd1

1 P1

PWM_LCD LCD_K_Flash

Ø Thiết kế chế tạo khối Nguồn

IN 2

OUT 3GND

U2

LM7905CT -12V

GND

-5V

GND 1uF

C2

1uF C9 10uF

C4

10uF C7 Rcs1 22*

V24 GND1

GND -12V

ISOG5 GND

C5 104 + C3 100uF V5

+ C6 10MF C8 104

GND V3.3

R4 D1

Green

R3

D2 Green

1 3 5

P1

Header 5

V5

Vs 1

7

Vo 9ERROR 122

DCR1 V24

2.2uF C1

10k R1

Điện áp 220V-50/60Hz được đưa vào khối HDR-30-24 để tạo 24V Điện áp 24V này tiếp tục được đưa qua khối STK-30B để tạo các điện áp ±12V, 5V Điện áp -12V khi đưa qua mạch ổn áp với trung tâm là IC7905 tạo ra nguồn -5V Công suất của các nguồn được lựa chọn và thiết kế hoàn toàn phù hợp với yêu cầu của hệ đo

2.7 Thiết kế chế tạo phần mềm trên trạm hiện trường

Chức năng phần mềm trong trạm hiện trường gồm:

· Hiển thị cuốn

· Cấu hình tần số lấy mẫu, địa chỉ, thời gian

· Đặt ngưỡng cho cảnh báo

· Hiệu chỉnh thông số đo tại chỗ hoặc từ xa

· Điều khiển ON/OFF các đối tượng như bơm, van

· Lưu trữ tại chỗ

· Cảnh báo vượt ngưỡng

· Truyền thông với PC

Ø Thiết kế giao diện

Hệ đo đa thông số môi trường của đề tài được thiết kế để ứng dụng rộng rãi trong việc giám sát môi trường Cấu trúc phần cứng của hệ bao gồm nhiều đầu vào/ra tương tự và số, hệ thống đầu vào cho các sensor và người dùng có thể cài đặt, chuẩn hóa hệ thống bằng phần mềm thông qua giao diện với người sử dụng Do đó, quá trình thiết kế, chế tạo hệ đo này phải

có thiết kế cụ thể về giao diện người dùng với mục đích hướng dẫn sử dụng thiết bị, định

Giao diện người dùng được thiết kế gồm các chế độ: Runmode, Setmode và Calibration Ở Runmode, toàn bộ hệ thống tự động thực hiện các công việc đã được lập trình sẵn: đo đạc thông số, hiển thị, lưu trữ, truyền tin, cảnh báo, điều khiển Để cài đặt các thông

số hệ thống, người dùng phải truy cập vào Setmode Khi đưa vào sử dụng lần đầu hoặc sau một thời gian hoạt động nhất định, hệ thống cần chuẩn hoá (calibrate) Chu kỳ chuẩn hóa hệ thống phụ thuộc vào đặc tính vật lý, chất lượng của từng đầu đo và môi trường đang giám sát

Giao diện người dùng được thiết kế dựa trên tiêu chí thân thiện, dễ sử dụng, cấu trúc phù hợp và thuận tiện cho việc viết phần mềm Runmode của hệ thống thực hiện các công

báo các giá trị vượt ngưỡng; điều khiển 4 rơle của hệ thống; tự động lưu trữ và truyền thông; báo lỗi khi hệ thống gặp sự cố

Ø Thiết kế giao diện RUNMODE

RUNMODE

ĐẦU ĐO XX

T XX.X 0 C

PH XX.XX

DO XXX.X%SAT (0 200)

TITLE VALUE

ĐẦU ĐO XX

COND XX.X uS/cm

ĐẦU ĐO XX

TURBIDITY XX.X NTU

Hình 25 Sơ đồ thiết kế giao diện người dùng

Ø Thiết kế giao diện SETMODE

Setmode được thiết kế bao gồm: cài đặt đầu đo, cài đặt rơle, điều khiển bằng dòng vào, cảnh báo, cài đặt phần mềm, đồng hồ hệ thống, cài đặt gốc, địa chỉ truyền thông Thiết

kế chi tiết của Setmode thể hiện trong Hình 26

Hình 26 Sơ đồ khối thiết kế giao diện Setup

Ø Sơ đồ thiết kế giao diện chế độ Chuẩn hóa (Calibrate)

Khi đưa hệ thống vào sử dụng lần đầu hoặc sau một thời gian nhất định, người dùng cần chuẩn hóa hệ thống Thao tác chuẩn hóa được thể hiện chi tiết trong Hình 27

Hình 27 Sơ đồ thiết kế giao diện chế độ chuẩn hóa

Ø Thiết kế giao thức truyền thông

Ứng dụng

Receive FIFO TransmitFIFO

Filter

Receive

Status / Statistic

Mailbox Access

DATA ACCESS

STATE MACHINE

SYNCHRONIZATION

SERVICE DATA OBJECTS

PROCESS DATA OBJECTS

NETWORK MANAGEMENT

AUTO BAUDRATE

Callbacks

CALIB.C, PARAM.C, MEASURE.C, CONTROL.C, STORE.C,

2.8 Thiết kế chế tạo transmitter pH

Ø Yêu cầu đối với linh kiện chế tạo transmitter pH

Đầu đo pH

Thông số pH của môi trường nước dựa trên nguyên lý cơ bản là đo nồng độ Ion Việc lựa chọn đầu đo nói chung và đầu đo pH nói riêng ảnh hưởng rất lớn đến kết quả phép đo của toàn hệ Hiện nay trong nước đã có một vài đơn vị chế tạo được các đầu đo thông số môi trường như pH, DO và một vài loại Ion khác, tuy nhiên những ứng dụng của chúng trong việc đo các thông số của nước thải còn hạn chế về độ bền và độ chính xác Một trong các phương án lựa chọn tốt nhất là sử dụng đầu đo pH của các hãng sản xuất thiết bị đo thông số môi trường nổi tiếng thế giới như HACH, YSI, E+H, ASTi, Global Water Trong quá trình khảo sát và nghiên cứu, nhóm thực hiện đề tài đã chọn đầu đo của hãng E+H và HACH Đây

là các đầu đo điện hóa, đã được tích hợp có độ chính xác đưa ra rất phù hợp yêu cầu nghiên cứu

Đầu đo nhiệt độ

Đầu đo nhiệt độ PT1000 được tích hợp trong đầu đo pH Do đó, transmitter pH được

Khối khuếch đại tín hiệu pH

Trong thực tế để lựa chọn IC khuếch đại thuật toán người ta thường dựa trên các thông số: trở kháng vào, công suất tiêu thụ, dòng bias, dòng offset vào, điện áp offset, thời gian thiết lập,… Đối với đầu đo pH, trở kháng đầu ra cỡ MOhm (với điện cực thủy tinh), do

đó op-amp khuếch đại tín hiệu từ đầu đo pH của transmitter phải có trở kháng vào rất cao Linh kiện của National Instrument thường được các hãng sản xuất thiết bị đo pH lựa chọn với các op-amp chuyên dụng với những đặc tính đáp ứng đủ yêu cầu của hệ đo pH:

- Trở kháng vào rất lớn, cỡ Tera ohm

- Khi quá nhiệt, dòng vào không được quá lớn

o Để giá trị đo có độ chính xác cao, các ADC được lựa chọn phải là các ADC 16 bit hoặc lớn hơn

o Thời gian chuyển đổi nhanh

o Công suất tiêu thụ thấp

- DAC: những tiêu chuẩn để lựa chọn DAC bao gồm độ phân giải, tốc độ chuyển đổi, công suất tiêu thụ, trở kháng đầu ra, nguồn nuôi Tương ứng với ADC đã yêu cầu, DAC của transmitter phải đảm bảo những tiêu chí sau:

o DAC có độ phân giải cao, trong đó lựa chọn DAC 16 bit là hợp lý

o Tốc độ chuyển đổi cao

o Công suất tiêu thụ nhỏ

o Chuẩn hóa tín hiệu đo và lưu các thông số trong EEPROM

o Ghi dữ liệu vào DAC

o Giao tiếp với máy tính thông qua cổng truyền thông nối tiếp RS232

Để thực hiện được các chức năng nói trên, vi điều khiển phải có tốc độ xử lý cao,

bộ nhớ dữ liệu >512 byte và bộ nhớ chương trình >8KB Nhóm thực hiện lựa chọn vi điều khiển MSC1212, trong đó tích hợp ADC và DAC phù hợp với yêu cầu thiết kế

o PGA 1-128

o Có Voltage refrerence, độ chính xác 0.2%, độ trôi 5ppm/°C

o 8 kênh vào AIN Differential/Single-Ended

o On-chip Offset/Gain Calibration

Khối chuyển đổi điện áp sang dòng 0/4-20 mA

Chuẩn 0/4-20 mA đang được ứng dụng rộng rãi trong kĩ thuật truyền tin và kĩ thuật điều khiển Việc chuyển đổi áp sang dòng 0/4-20 mA có nhiều ưu việt:

thuộc vào điện áp nguồn và không phụ thuộc vào điện trở trên dây dẫn

SIGNAL LINE

LOADS

LOAD

R R

R

R

++

å

Transmitter pH, nhiệt độ phải đo đạc tín hiệu và có thể đưa ra tín hiệu dạng 4-20 mA để truyền thông và điều khiển từ xa Các transmitter của các hãng sản xuất thiết bị môi trường nổi tiếng thường sử dụng IC chuyên dụng chuyển đổi điện áp sang dòng điện Trong phạm vi

đề tài, transmitter pH, nhiệt độ sử dụng IC XTR111 để thực hiện chức năng này

Ø Thiết kế, chế tạo phần cứng transmitter pH

Khối khuếch đại

Khối khuếch đại của transmitter pH bao gồm hai phần: phần tiền khuếch đại; phần khuếch đại và lọc

Phần tiền khuếch đại: như đã nói ở trên, yêu cầu quan trọng nhất của Op-amp tiền khuếch đại tín hiệu pH là trở kháng vào rất lớn, dòng vào rất nhỏ (cỡ vài chục fA) Trong quá trình tìm hiểu, khuếch đại thuật toán LMC6041 được lựa chọn với các thông số phù hợp đối với yêu cầu:

Điện áp nguồn 4.5-15.5 V

Input voltage average offset

U1 LMC6041IM BNC

47K R5

100K R6

2 2.2uF C6

100K R4

100nF C5

U2A MCP607

33K R6.0

Hình 32 Sơ đồ khối khuếch đại pH

Hệ số khuếch đại DC được tính theo công thức:

R