HỆ THỐNG TỰĐỘNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI, chương 3 potx

Chương 3: Thiết kế các chức năng hệ thống tựđộnghoá xử lý nước thải Đểđạt được mục đích cũng nhưđáp ứng các yêu cầu nói trên, hệ thống tựđộng hoá xử lý nước thải cần có những chức năng

Chương 3: Thiết kế các chức năng hệ thống tựđộng

hoá xử lý nước thải

Đểđạt được mục đích cũng nhưđáp ứng các yêu cầu nói trên, hệ thống tựđộng hoá xử lý nước thải cần có những chức năng cơ bản sau đây:

a) Điều chỉnh tựđộng

Điều chỉnh tựđộng là sử dụng các thiết bị tựđộng để tác động lên quá trình công nghệ cần điều khiển theo một chếđộ làm việc đã định sẵn Mỗi quá trình công nghệ xảy ra trong đối tượng điều chỉnh được đặc trưng bởi một hay vài đại lượng Một sốđại lượng được duy trì không đổi, một sốđại lượng khác được thay đổi trong giới hạn cho trước nào đó.[1]

Đây là một trong những chức năng quan trọng nhất quyết định đến mức độ tựđộng hoá Trong dây chuyền xử lý nước thải nhà máy bia có ba khâu điều chỉnh tựđộng là điều chỉnh pH tại Bể trung hoà, lưu lượng nước vào Bể kỵ khí và DO tại

bể hiếu khí

b) Giám sát điều khiển có khoảng cách hoặc từ xa

Nếu điều khiển bằng tay trực tiếp tại chỗ người vận hành có thể phải tiếp xúc với môi trường độc hại, đi lại khó khăn và tốn thời gian Mặt khác nhiều trường hợp, ví dụ như sự cốhoặc mất điều khiển tựđộng, đòi hỏi điều khiển tay phải kịp thời và đồng bộ, ví dụ như dừng nhanh nhiều máy bơm đặt tại nhiều vị trí khác nhau, điều khiển cùng lúc nhiều quá trình có liên quan hệ quả với nhau Để làm được điều này hệ thống tựđộng hoá phải có chức năng điều khiển có khoảng cách, cụ thể là điều khiển từ Trung tâm đặt cách dây chuyền công nghệmột khoảng cách nhất định (hàng chục đến hàng trăm mét)

Điều khiển từ xa qua mạng LAN, WAN cũng là một chức năng không thể thiếu hiện nay trong nhiều hệ thống tựđộng hoá nói chung và xử lý nước thải nói riêng Giám sát, điều khiển, trao đổi dữ liệu từ xa là nền tảng cho việc xây dựng hệ thống điều hành sản xuất MES (Manufacturing Execution System) nhằm đem lại hiệu quả kỹ thuật, kinh tế, xã hội một cách toàn diện MES tạo ra một cầu nối thông suốt hai chiều giữa khối quản lý và sản xuất, giúp tối ưu hóa quá trình sản xuất từ khâu hoạch định kế hoạch đến khâu sản xuất ra thành phẩm cuối cùng, cung cấp các chức năng lập kế hoạch; quản lý nhân lực, thiết bị, nguyên vật liệu; theo dõi quá trình sản xuất, chất lượng sản phẩm, sự cố máy móc,

Ngoài ra, điều khiển từ xa còn cho phép giảm đáng kể số lượng chuyên gia công nghệ, kỹthuật cần thiết cho vận hành, bảo trì hệ thống tựđộng hoá Một nhóm chuyên gia có thểđiều hành cùng lúc cả mạng lưới các nhà máy xử lý nước thải tại nhiều nơi trong thành phố, nhiều tỉnh mà không cần đến tận nơi Đặc

biệt, ngày nay mạng Internet toàn cầu đã rút ngắn khoảng cách về không gian và thời gian khiến cho khó ai có thể tin được từ cách xa hàng nghìn km vẫn có thể giám sát, điều khiển thậm chí chuẩn đoán, sửa lỗi, nạp lại chương trình cho thiết bịđiều khiển từ bất kỳđịa điểm nào trên thế giới, nhưng đó là sự thực!!!

Hệ thống tựđộng hoá xử lý nước thải nhà máy bia có chức năng giám sát điều khiển có khoảng cách (từ Trung tâm điều khiển) và từ xa (qua mạng LAN hoặc Internet) các máy bơm, máy khuấy, máy gạt bùn, ép bùn, thổi khí, van điện từ và các thông số công nghệ

c) Hiển thị thông số công nghệ

Chức năng này giúp cho việc theo dõi, giám sát các thông số chất lượng nước, trạng thái thiết bị, sự cố một cách thuận tiện, dễ hiểu đối với người vận hành Việc hiển thịđược thiết kế hợp lý về màu sắc, bố trí các cửa sổ, kiểu thể hiện Màu sắc không quá loè loẹt, dùng các gam màu dịu không gây

mỏi mắt khi nhìn lâu Cảnh báo, báo động bằng đổi màu và nhấp nháy liên tục để gây sự chú ý Kiểu thể hiện đa dạng : kiểu số riêng biệt, kiểu bảng thống kê, kiểu

đồ thị trực tuyến (online trend)

d) Cấu hình hệ

thống

Chức năng này dùng đểđặt và thay đổi các tham số công nghệ cho hệ thống tựđộng hoá, chủ yếu là các giá trị chủđạo (setpoint), ngưỡng cảnh báo sớm, ngưỡng báo động Các tham sốđặt sẽđược truyền từ PC xuống thiết bịđiều khiển sau đó lại được truyền ngược lại PC đểso sánh, nếu thấy không trùng nhau thì báo động, trái lại chứng tỏ rằng việc truyền và xử lý dữ liệu chính xác, đường truyền và thiết bịđiều khiển không có sự cố Chức năng này nâng cao độ an toàn (fail-safe) của hệ thống

e) Bảo vệ

tựđộng

Bảo vệ hệ thống máy móc, đường ống và các đối tượng khác khỏi các sự cốđược thực hiện bởi các thiết bị chuyên dụng để ngắt các bộ phận bị sự cố Ngoài ra các thiết bị tựđộng

còn thực hiện chức năng liên động tựđộng, cho phép bảo vệ các thiết bị máy móc khỏi nguy hiểm do thao tác nhầm lẫn của người vận hành Ta phân biệt hai loại liên động: liên động sựcố và liên động cấm chỉ

Liên động sự cố dùng đểđiều khiển bảo vệ (ví dụ: điều khiển dừng) một nhóm máy móc thiết bị

có liên quan khi sự cố

xảy ra

Liên động cấm chỉ loại trừ khả năng điều khiển sai, không đúng trình tự có khả năng gây sự cố

f) Cảnh

báo/Báo động

Chức năng được thực hiện bằng còi, đèn nhấp nháy trên bàn điều khiển hoặc biểu tượng nhấp nháy trên PC, hiển thị thông báo dạng chữ trên PC, gửi tin nhắn tới điện thoại di động của những người có trách nhiệm thông qua dịch vụ tin nhắn SMS Hệ thống đưa ra cảnh báo khi giá trị thông số vượt ngưỡng cảnh báo sớm hoặc thông số vượt ngưỡng báo động trong giai đoạn quá độ của quá trình điều khiển Báo động được đưa ra khi thông số vượt ngưỡng báo động liên tục trong

khoảng thời gian nhất định (lớn hơn thời gian điều chỉnh ngầm định) hoặc báo động sự cốđường truyền, sự cố thiết bịđiều khiển, cơ cấu chấp hành, báo động sựcố cảm biến Sự khác biệt giữa cảnh báo và báo động ở chỗ: cảnh báo tự mất đi khi thông sốhết vượt ngưỡng, trái lại báo động sẽ tồn tại cho đến khi người vận hành xử lý xong sự cố và tự quyết định xoá bỏ trạng thái báo động Như vậy mức

độ cần chú ý của người vận hành đối với báo động phải cao hơn cảnh báo

g) Lưu trữ, báo cáo

thống kê

Lưu trữ và lập báo cáo thống kê dữ liệu về thông số chất lượng nước, trạng thái hoạt động, sự cố, thời gian hoạt động của máy móc thiết bị, tổng lượng nước đã

xử lý, lượng hoá chất đã dùng, danh sách người đã vận hành, bộ tham số công nghệđã thay đổi và nhiều thông tin khác cần thiết cho các chuyên gia công nghệ,

kỹ thuật và các nhà quản lý trong việc điều chỉnh đểđạt chếđộ làm việc tối ưu; phát hiện, dự báo sự cố; bảo trì thay thế kịp thời máy móc thiết bị; điều hành sản xuất và tính toán hiệu quả kinh tế

Một số chức năng mở rộng trong

tương lai

h) Điều khiển

dự phòng

Sự cố của hệ thống tựđộng có thể gây ra những tổn thất vô cùng lớn (do chi phí khởi động lại, do dẫn đến hỏng thiết bị, hỏng sản phẩm, ), thậm chí gây nguy hiểm tới tính mạng con người Trong dây chuyền xử lý nước thải nhà máy bia bằng phương pháp sinh học, vi khuẩn nếu bị chết sẽđòi hỏi nhiều thời gian và kinh phí để phục hồi, mặt khác nếu thiết bịđiều khiển bị hỏng thì phải điều khiển tay, khó chính xác, do đó điều khiển dự phòng là cần thiết để nâng cao độ tin cậy của

hệ thống điều khiển Xây dựng hệ thống có điều khiển dự phòng sẽ làm tăng chi phí đầu tư ban đầu, nhưng với lựa chọn giải pháp hợp lý cùng với thiết kế ban đầu

có khả năng mở rộng sẽ làm cho việc nâng cấp thành hệđiều khiển dự phòng ít tốn kém mà vẫn có hiệu quả Chúng tôi lựa chọn điều khiển dự phòng mềm (Software Redundancy) hay còn gọi là dự phòng ấm (Warm Standby) cho CPU điều khiển

vì vừa đáp ứng yêu cầu công nghệ vừa có giá thành rẻ, phù hợp với điều kiện Việt Nam

i) Hỗ trợ quyết định hoặc

hệ chuyên gia

Số lượng thông số chất lượng nước cần đảm bảo đạt TCVN là vài chục

(TCVN 5945:1995 có khoảng 30), tuy nhiên do trình độ công nghệ, do bản

chất thông số, do điều kiện kinh tế

nhà máy không cho phép đo tức thời được tất cả các thông số cần cho hệ thống điều khiển Chỉ một vài thông số như pH, T, DO, Turbidity, NO3, được đo và điều khiển tựđộng, các thông số khác phải dùng máy phân tích, có thông sốđòi hỏi thời gian phân tích lâu như BOD5 cần tới 5 ngày Mặt khác chất lượng nước đầu vào nói chung là không ổn định, phụ thuộc vào thời gian, thời tiết, vào hoạt động của nhà máy do đó cần hiệu chỉnh lại tham số công nghệ là cần thiết

Đểđiều chỉnh tham số công nghệ, sau khi phân tích chất lượng nước, chuyên gia công nghệ sẽ căn cứ vào chỉ số chất lượng nước đầu vào và đầu ra đểđiều chỉnh lại các thiết bị cho hợp lý (điều chỉnh bơm định lượng hoá chất, thời gian phản ứng, thời gian lắng, ) Tuy vậy việc điều chỉnh này mang tính chủ quan và phụ thuộc nhiều vào trình độ và kinh nghiệm của chuyên gia Chính vì vậy chức năng

hỗ trợ quyết định sẽđưa ra các bộ tham số có tính chất gợi ý cho người vận hành khi điều chỉnh (điều chỉnh xung quanh giá trị gợi ý), đồng thời nếu bộ tham sốđiều chỉnh đem đến chất lượng nước đầu ra đạt yêu cầu thì người vận hành có thểlưu lại trong cơ sở dữ liệu tạo ra kho kinh nghiệm cho các lần điều chỉnh sau Ở mức cao hơn, hệ chuyên gia sẽ thay cho một chuyên gia công nghệđể tựđộng phát sinh

ra bộ tham sốđiều chỉnh và tự học

Hình 2 là sơđồ tổng kết các chức năng của hệ thống tựđộng hoá Để thực hiện các chức năng trên Hệ thống TĐH cần có thêm một số thiết bị bổ sung Dây chuyền

công nghệ áp dụng tựđộng hoá và danh mục các thiết bịđiện - tựđộng hoá tại hiện trường thể hiện tương ứng trong Hình 3 và Bảng 2

Hình 2 Sơđồ chức năng hệ thống

tựđộng hoá

Điều chỉnh DO

Giám sát, điều khiển động cơ

Giám sát, điều khiển van

Giám sát, điều khiển thông số nước Nhập giá trị

chủđạo

(setpoint)

Nhập

ngưỡng

cảnh

báo/báo

động

Nhập các thông số khác

của hệ thống

Bảo vệ liên động tựđộng sự cố

Bảo vệ liên động cấm chỉ Cảnh báo sớm

Báo động

sự cố

Giải trừ

sự cố Lưu trữ, báo

cáo thông số

chất lượng nước

Lưu trữ, báo

cáo sự cố, cảnh

báo, báo động

Lưu trữ, báo

cáo thông số

cần cho quản lý

Hình 3 Sơđồ công nghệ xử lý nước thải nhà máy bia sau khi áp

dụng tựđộng hoá

Bảng 2 Danh mục thiết bịđiện - tựđộng hoá tại hiện trường của hệ

thống TĐH XLNT

1 Bơm nước P1, P2, P3 Công suất 5.5 KW

2 Bơm bùn SP Công suất 2.2 KW

3 Máy thổi khí B Công suất 15 KW

4 Máy khuấy M1 Công suất 2.2 KW; 60

5 Máy ép bùn D Công suất 15 KW

6 Máy gạt bùn M2 Công suất 5.5 KW;

7 Bơm hoá chất DP Công suất 0.5 KW

8 Van điện từ V1, V2 Nguồn cấp 220V AC

9 Thiết bịđo pH1, pH2, T1, T2, DO, FL1, 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