BÁO cáo NGHIÊN cứu, THIẾT kế hệ THỐNG tự ĐỘNG xử lý nước THẢI đổ RA SÔNG PHÚ lộc, THÀNH PHỐ đà NẴNG và CHẾ tạo mô HÌNH

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI ĐỔ RA SÔNG PHÚ LỘC, THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH.. Để giải quyết vấn đề trên cần nhiều hạng mục khác nhau, trong nội dung b

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI

ĐỔ RA SÔNG PHÚ LỘC, THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG

VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH

RESREACH, DESIGN AUTOMATIC SYSTEM WASTEWATER TREATMENT PHÚ

LỘC RIVER, ĐÀ NẴNG CITY AND FABRICATE MODEL

SVTH: Lê Thanh Hưng, Đỗ Duy Tỵ, Nguyễn Đoàn

Lớp 07C1C, 10 CDTLT Khoa Cơ Khí, Trường Đại học Bách Khoa, Đại học Đà Nẵng

GVHD: ThS.Nguyễn Thanh Việt

Khoa Cơ Khí, Trường Đại học Bách Khoa, Đại học Đà Nẵng

TÓM TẮT

Xử lý nước thải sinh hoạt là vấn đề cấp thiết đối với các đô thị lớn nói chung và thành phố

Đà Nẵng nói riêng Với quận Thanh Khê lâu nay nước thải được đổ trực tiếp ra biển thông qua sông Phú Lộc làm ô nhiễm môi trường biển của vịnh Đà Nẵng Bởi vậy hiện tại chúng ta rất cần một hệ thống xử lý nước thải để đảm bảo môi trường trong sạch cho sông Phú Lộc và vịnh Đà Nẵng Để giải quyết vấn đề trên cần nhiều hạng mục khác nhau, trong nội dung bài báo này tập trung nghiên cứu thiết kế phai chắn, van lật và chế tạo mô hình điều khiển tự động xử lý nước thải Đây là đề tài mang tính thực tế cao có thể áp dụng ngay vào thực tế xử lý nước thải cho thành phố

ABSTRACT

Wastewater treatment is a critical problem for large urban areas in general and in particular the Đà Nẵng city At Thanh Khe district, wastewater has been pouring directly into the beach through Phu Loc river It has been polluted marine environment Therefore in fact we need a wastewater treatment system to ensure a clean environment for Phu Loc river and Gulf of Da nang

To solve this problem we need to many different categories, the contents of this article focused

on the research, design stoplog groove, flapgate and fabricate wastewater treatment automation control model This is high practical article It can apply immediately to real wastewater

treatment system for the city

1 Đặt vấn đề

Xử lí nước thải luôn là bái toán khó cho các đô thị ở nước ta hiện nay Với thành phố Đà Nẵng hiện tại, việc đầu tư xây dựng một nhà máy xử lý nước thải lớn để xử lý toàn

bộ nước thải và nước mưa đổ ra vịnh Đà Nẵng cần vốn đầu tư rất lớn Để để phù hợp với điều kiện kinh tế của thành phố, ta chỉ giải quyết việc xử lý nước thải sinh hoạt khi không mưa và mưa nhỏ Bởi vì khi mưa lớn nước thải đã được pha loãng khi đổ ra biển ít gây ảnh hưởng tới môi trường

2 Mô tả hệ thống giếng tách

2.1 Cấu tạo

Cấu tạo của hệ thống giếng tách được thể hiện trên hình 1

mat duong

muc cao

muc thap

muc can

Hình 1: Cấu tạo của hệ thống giếng tách.

1: Cống thu; 2: Lưới chắn rác; 3: Cảm biến thủy lợi; 4: Van lật; 5: Trục vit me; 6: Sàn thao tác

7: Động cơ; 8: Phai chắn; 9: Giếng thu; 10: Ống hút

2.2 Nguyên tắc hoạt động

Nước thải của khu vực sau khi thải ra chảy theo các kênh dẫn đến cống thu (1), qua lưới chắn rác (2) và đến giếng thu (9)

Khi không mưa hoặc mưa nhỏ mực nước trong giếng thu nằm dưới mức cao của cảm biến thủy lợi (3) van lật (4) tự động đóng lại do chênh lệch về mực nước giữa giếng thu và cửa xả Đồng thời bộ điều khiển xuất tín hiệu bật động cơ (7) dẫn động qua vitme (5) để đóng phai chắn (8) lại và gửi tín hiệu cho trung tâm điều độ (TTĐĐ) để mở bơm hút nước thải về hồ tập trung để xử lý Trong trường hợp nước trong giếng thu xuống dưới mức cạn của cảm biến thủy lợi (3) thì bộ điều khiển tại TTĐĐ tự động ngắt bơm để bảo

vệ bơm

Khi mưa lớn nước đổ về giếng thu nhiều mực nước trong giếng dâng lên cao vượt qua mức cao của cảm biến thủy lợi (3), bộ điều khiển tại chỗ nhận tín hiệu từ cảm biến này gửi về TTĐĐ để ngắt bơm Van lật (4) sẽ mở ra bởi sự chênh lệch mực nước giữa giếng thu và cửa xả, đồng thời bộ điều khiển tại chỗ xuất tín hiệu điều khiển động cơ nâng phai chắn lên chấp nhận cho nước mưa và nước thải chảy thẳng ra sông mà không hút về

xử lý

Khi hết mưa mực nước trong giếng thu dần hạ xuống dưới mức thấp của cảm biến thủy lợi (3), van lật (4) sẽ đóng do mực nước ngoài cửa xả lớn hơn mực nước trong giếng thu Bộ điều khiển tại chỗ xuất tín hiệu điều khiển động cơ hạ phai chắn xuống đóng cửa

xả lại đồng thời gửi tín hiệu về cho TTĐĐ mở bơm hút nước về hồ tập trung để xử lý

Cứ như vậy hệ thống hoạt động một cách tự động tùy theo sự thay đổi mực nước trong giếng thu

2.3 Các thiết bị

Các thiết bị hoạt động trong môi trường nước nên các thiết bị được chế tạo bằng vật

Phai chắn:

Phai chắn được biết tới như là cửa đóng tuyệt đối cho hệ giếng tách Được thiết kế

cụ thể như trên hình 2

J

K

I J K

Bánh xe cao su

Gioang cao su ?ng

C2 C2

M

C2

1 2 3 4

5

6 7 8

Hình 2: Hệ phai chắn

1: Cửa phai 2: Khe phai 3: Trục vít me 4: Sàn thao tác.5: Thanh Công tac 6:Khung đỡ 7:Lan can bảo

vệ 8: Bộ dẫn đông phai chắn

Cửa phai (1) trượt lên xuống trong khe phai (2) được che kín khít bởi hệ gioăng củ tỏi cùng bánh xe cao su dẫn động bỡi hệ trục vít me đai ôc (3) cùng hộp tốc độ và động cơ Trong quá trình nâng hạ nếu cửa phai bị kẹt thì hệ truyền động phải được ngưng kịp thời điện vào động cơ phải được ngắt để đảm bảo an toàn cho động cơ và các cơ cấu

3 Thiết kế hệ thống điều khiển mô hình

3.1 Thiết bị điều khiển

PLC S7-200 của hãng Siemens là loại PLC thông dụng, giá thành thấp, làm việc ổn định, dễ lập trình có thể kết nối mạng với nhau, có thể mở rộng được nên rất phù hợp với

hệ thống trên Mô hình sử dụng bộ điều khiển chủ yếu là PLC S7-200, do kinh phí có hạn nên sử dụng thêm một mạch vi điều khiển nhỏ để đáp ứng thêm tín hiệu vào ra cho mô hình

Hệ thống được thiết kế có 2 chế độ điều khiển manual và auto:

Chế độ điều khiển tự động (Auto) được sử dụng trong trường hợp bình thường Trong trường hợp có xảy ra sự cố muốn điều khiển phai chắn lên xuống ta có thể sự dụng chế độ điều khiển bằng tay (manual) Chế độ điều khiển bằng tay sử dụng các nút bấm trên bảng điều khiển bằng tay gắn vào tủ điều khiển Khi có sự cố mất điện muốn điều khiển phai chắn lên xuống ta có thể sử dụng tay quay để nâng hạ phai chắn Tại trạm bơm thì sử dụng phương án dự phòng(sử dụng máy phát điện mini)

Sơ đồ kết nối phần cứng của mô hình đươc giới thiệu như hình 3

Trong đĩ computer được kết nối với PLC thơng qua cáp RS232/PPI PLC kết nối với các thiết bị cảm biến, cơ cấu chấp hành, cơng tắc hành trình …theo phương thức điểm nối điểm

ĐỘ NG CƠ NÂ NG

MỰC NƯỚ C

CÔ NG TẮ C HÀ NH TRÌNH

PLC S7-200 COMPUTER

BÁ O ĐỘ NG

Hình 3: Sơ đồ kết nối hệ thống

- Sơ đồ thuật tốn để điều khiển mơ hình được thể hiện như hình 4

START

STOP YDUNG HE THONG N

N

N

DUNG BOM

GOI CT DONG CONG

MO BOM

GOI CT

MO CONG DUNG BOM

BAO SU CO 2

SU CO 2 N Y

Y

N CB_D

BAO SU CO 1 Y

N

SU CO 1

Hình 4: Sơ đồ thuật tốn điều khiển hệ thống STOP: Nút dừng hệ thống; CB_H: Cảm biến mức cao ;CB_L: Cảm biến mức thấp;CB_D: Cảm

biến hết nước; Sự cố 1: Báo sự cố ở cửa 1; Sự cố 2: Báo sự cố ở cửa 2.

3.2 Phần mềm hỗ trợ

-Phần mềm lập trình cho PLC là STEP 7 MicroWIN V4.0

-Phần mềm thiết kế giao diện giám sát và thu thập dữ liệu WINCC 7.0

-Phần mềm kết nối giữa S7-200 với WINCC là PC Access V1.0

Việc giám sát và thu thập dữ liệu quá trình hoạt động của hệ thống được thực hiện trên PC, giao diện như hình 5 Căn cứ vào giao diện này ta cĩ thể biết được trạng thái hoạt động của từng phai chắn, mức nước hiện tại, các sự cố cĩ thể xảy ra cũng như can thiệp vào việc tăng cường số lượng bơm nếu cần

Hình 5: Giao diện giám sát và thu thập dữ liệu

4 Chế tạo mô hình

Để có thể áp dụng vào thực tế nên cần chế tạo mô hình để mô phỏng đánh giá tính thực tiễn của đề tài Từ những kết quả nghiên cứu và thiết kế ở trên đã chế tạo thành công

mô hình mô phỏng hoạt động của hệ thống

Do điều kiện kinh phí và thời gian có hạn nên mô hình chỉ có thể mô phỏng một số vấn đề cơ bản của đề tài

5 Kết luận

Với kết quả thu được từ việc nghiên cứu thiết kế hệ thống giếng tách và chế tạo mô hình mô phỏng, thấy mô hình hoạt động ổn định và đã giải quyết được các vấn đề đã đặt

ra Như vậy đề tài hoàn toàn có thể áp dụng vào hệ thống xử lý nước thải tại sông Phú Lộc, thành phố Đà Nẵng

Tuy nhiên đề tài còn hạn chế ở chỗ chưa xử lý triệt để nước thải (khi lưu lượng nước qua giếng thu lớn)

Mở rộng đề tài: Sử dụng hệ thống SCADA hoặc DCS để quản lý toàn bộ các trạm

xử lý nước thải cho thành phố

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Lê Ngọc Bích, Trần Thu Hà, Phạm Quang Huy (2011), Điều khiển và giám sát với

S7300 PC Access WinCC, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia, TP Hồ Chí Minh

[2] Phan Xuân Minh (1997), Tự động hóa với Simatic S7-200, Nhà xuất bản NN&PTNN [3] Hoàng Minh Sơn (2006), Mạng truyền thông công nghiệp, Nhà xuất bản Khoa học và

Kỹ thuật, Hà Nội

[4] GS.TS Trương Đình Dụ, PGS TS Nguyễn Đăng Cường (2005), Sổ tay kỹ thuật thủy

lợi, Phần 2 Công trình thủy lợi, Tập 4 Cửa van và thiết bị đóng mở, Nhà xuất bản Nông

Nghiệp, Hà Nội

[5] GS.TS Nguyễn Đắc Lộc, PGS.TS Lê Văn Tiên, PGS.TS Ninh Đức Tốn, PGS.TS Trần

Xuân Việt (2007), Sổ tay công nghệ chế tạo máy Tập 1,2,3, Nhà xuất bản Khoa học và

Kỹ thuật, Hà Nội