Tự động hóa trạm xử lý nước sạch của Thủy điện Bản Vẽ

Nước là một phần tất yếu của cuộc sống, nhu cầu sử dụng nước không chỉ trong đời sống sinh hoạt của con người mà là cả trong công nghiệp, nông lâm ngư nghiệp… và đặc biệt hơn trong quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước. Một vấn đề đặt ra bây giờ là công nghiệp càng phát triển thì các chất th ải, nước thải thải ra càng nhiều làm ôi nhiễm nguồn nước, nguồn không khí, ôi nhiễm môi trường, ảnh hưởng sức khỏe con người, tài nguyên thiên nhiên, nguy hại đến sự tồn vong của loài người. Việc xử lý nguồn chất thải, nước thải, khí th ải của công nghiệp là một điều bức thiết song song với vấn đề đó là cần phải xử lý nước sạch cung cấp cho sinh hoạt cũng là một việc bức thiết không kém phần quan trọng vì nguồn nước hiện nay của chúng ta đã bị ôi nhiễm nặng nề. Trên cơ sở những yêu cầu thực tế, nhiệm vụ nghiên cứu làm đề tài luận văn cao học của GVHD PGS.TS Thái Duy Thức Trường Đại Học Mỏ địa chất và chuyến làm việc tại nhà máy Thủy điện Bản Vẽ huyện Tương Dương tỉnh Nghệ An, tôi xin được trình bày đề tài : “ Tự động hóa trạm xử lý nước sạch của Thủy điện Bản Vẽ”. 2. Mục đích và phạm vi nghiên cứu 2.1. Mục đích của đề tài

Trang 1

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của luận văn

Nước là một phần tất yếu của cuộc sống, nhu cầu sử dụng nước không chỉ trong đời sống sinh hoạt của con người mà là cả trong công nghiệp, nông lâm ngư nghiệp… và đặc biệt hơn trong quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước Một vấn đề đặt ra bây giờ là công nghiệp càng phát triển thì các chất thải, nước thải thải ra càng nhiều làm ôi nhiễm nguồn nước, nguồn không khí, ôi nhiễm môi trường, ảnh hưởng sức khỏe con người, tài nguyên thiên nhiên, nguy hại đến sự tồn vong của loài người Việc xử lý nguồn chất thải, nước thải, khí thải của công nghiệp là một điều bức thiết song song với vấn đề đó là cần phải xử

lý nước sạch cung cấp cho sinh hoạt cũng là một việc bức thiết không kém phần quan trọng vì nguồn nước hiện nay của chúng ta đã bị ôi nhiễm nặng nề

Trên cơ sở những yêu cầu thực tế, nhiệm vụ nghiên cứu làm đề tài luận văn cao học của GVHD PGS.TS Thái Duy Thức - Trường Đại Học Mỏ địa chất

và chuyến làm việc tại nhà máy Thủy điện Bản Vẽ huyện Tương Dương tỉnh

Nghệ An, tôi xin được trình bày đề tài : “ Tự động hóa trạm xử lý nước sạch

của Thủy điện Bản Vẽ”

2 Mục đích và phạm vi nghiên cứu

2.1 Mục đích của đề tài

- Nghiên cứu xây dựng mô hình giám sát, điều khiển để xử lý nước sinh hoạt mang lại lợi ích kinh tế - kỹ thuật, phù hợp với điều kiện thực tế hiện tại và triển vọng tương lai góp phần vào việc bảo vệ môi trường nước sinh hoạt, nâng cao chất lượng cuộc sống cho người sử dụng

- Ứng dụng mô hình giám sát và điều khiển phục vụ công tác giảng dạy và đào tạo nhằm nâng cao chất lượng đào tạo chuyên ngành Điện công nghiệp tại

trường Cao đẳng Nghề KTCN Việt Nam – Hàn Quốc

2.2 Phạm vi nghiên cứu

- Đánh giá hiện trạng, mô phỏng giám sát hệ thống xử lý nước sạch của Thủy điện Bản Vẽ - Tương Dương – Nghệ An

Trang 2

- Nghiên cứu xây dựng bài giảng phục vụ công tác giảng dạy, đào tạo tại trường Cao đẳng Nghề KTCN Việt Nam – Hàn Quốc

3 Phương pháp nghiên cứu

- Thống kê, đo lường, thu thập số liệu phục vụ cho công tác nghiên cứu

- Ứng dụng công nghệ tự động hoá trong quá trình giám sát, điều khiển hệ thống xử lý nước bằng bình lọc cao áp và khử trùng bằng Clo tại trạm xử lý nước; xây dựng bài giảng phục vụ công tác đào tạo nhằm nâng cao chất lượng đào tạo và phục vụ công tác nghiên cứu khoa học

4 Nội dung nghiên cứu

- Giới thiệu sơ đồ công nghệ hiện tại và các thông số kỹ thuật của trạm xử

lý nước sạch Thủy điện Bản vẽ

- Thiết kế cải tạo sơ đồ công nghệ hiện tại theo hướng tự động hóa

- Xây dựng chương trình điều khiển tự động

- Thiết kế giao diện điều khiển và giám sát hệ thống

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

5.1 Ý nghĩa khoa học

Nghiên cứu phương pháp mô hình hóa hệ thống xử lý nước nhằm điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu, trên cơ sở đó xây dựng bài giảng nhằm nâng cao chất lượng phục vụ công tác đào tạo và nghiên cứu khoa học

5.2 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài

Đánh giá hiện trạng, điều khiển giám sát hệ thống xử lý nước Thủy điện Bản Vẽ và phục vụ công tác giảng dạy chuyên ngành Điện CN trong trường

6 Những đóng góp mới của đề tài

- Áp dụng các thiết bị đo lường và điều khiển hiện đại

- Ứng dụng chương trình mô phỏng giám sát và điều khiển hệ thống xử lý nước sinh hoạt tại nhà máy Thủy điện Bản Vẽ - Tương Dương - Nghệ An nhằm nâng cao chất lượng, giảm giá thành sản phẩm, đáp ứng nhu cầu người tiêu dùng

- Xây dựng bài giảng nhằm nâng cao chất lượng đào tạo trường Cao đẳng Nghề KTCN Việt Nam – Hàn Quốc

Trang 3

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ HIỆN TẠI VÀ CÁC

THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA TRẠM XỬ LÝ NƯỚC SẠCH THỦY ĐIỆN

BẢN VẼ 1.1 Giới thiệu sơ đồ công nghệ của trạm xử lý nước sạch Thủy điện Bản vẽ

1.1.1 Công nghệ xử lý của trạm xử lý nước sạch Thủy điện Bản vẽ:

Trạm xử lý nước sạch của Thủy điện Bản vẽ nhằm mục đích phục vụ cán

bộ công nhân viên vận hành nhà máy thủy điện với công suất 100m3/ngày, nguồn nước được lấy chính là một phần của hồ chứa nước thủy điện, do đó công nghệ xử lý ở đây là công nghệ xử lý nước mặt Nước mặt của thủy điện Bản vẽ

có những đặc điểm như sau:

- Chứa khí hòa tan đặc biệt là oxy

- Chứa nhiều chất rắn lơ lửng, riêng nước chứa trong các ao đầm, hồ do xảy ra quá trình lắng cặn nên chất rắn lơ lửng còn lại trong nước có nồng độ tương đối thấp và chủ yếu ở dạng keo

- Có hàm lượng chất hữu cơ cao

- Có sự hiện diện của nhiều loại tảo

- Chứa nhiều vi sinh vật

Quy trình công nghệ được thực hiện theo chu trình như sau:

Hình 1-1 Sơ đồ khối công nghệ trạm xử lý nước Thủy điện Bản vẽ

- Nước được lấy từ hồ thủy điện thông qua một bơm 3P-22KW, bơm vào bể lắng

sơ bộ Chức năng của bể lắng sơ bộ là tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình tự làm sạch như: lắng bớt cặn lơ lửng, giảm bớt vi trùng do tác động của các điều kiện môi trường, thực hiện các phản ứng Oxy hóa do tác dụng của Oxy hòa tan

Trang 4

trong nước và làm nhiệm vụ điều hòa lưu lượng giữa dòng chảy từ nguồn vào và lưu lượng tiêu thụ do trạm bơm nước thô bơm cấp cho nhà máy xử lý nước

- Sau khi nước được bơm vào bể lắng sơ bộ, vì có chênh lệch về độ cao nên không cần phải sử dụng bơm nước mà tự chảy từ bể lắng sơ bộ tới bể gom thông qua phao cơ tự động Trong bể này có song chắn rác và lưới chắn, có nhiệm vụ loại trừ vật nổi, vật trôi lơ lửng trong dòng nước để bảo vệ các thiết bị và nâng cao hiệu quả làm sạch của quy trình xử lý nước Vật nổi và vật lơ lửng trong nước có thể có kích thước như các que tăm nổi hoặc các nhành cây con khi đi qua máy bơm vào công trình xử lý có thể bị tán nhỏ hoặc thối rữa làm tăng lượng cặn và độ màu của nước

- Nước từ bể gom được bơm qua bể hòa trộn, bể hòa trộn được thực hiện trộn 2 hóa chất là kiềm hóa (PAC) và Polyme để thực hiện quá trình keo tụ và bông cặn,

là tạo ra tác nhân có khả năng kêt dính các chất làm bẩn nước ở dạng hòa tan lơ lửng thành các bông cặn có khả năng lắng trong các bể lắng và kết dính trên bề mặt hạt các lớp vật liệu lọc với tốc độ nhanh và kinh tế nhất

- Sau khi nước được hòa trộn hóa chất được đẩy sang bể lắng lamen, quá trình này làm giảm hàm lượng cặn lơ lửng trong nước Có ba loại cặn cơ bản gắn liền với quá trình lắng:

+ Lắng các hạt phân tán riêng rẽ, trong quá trình lắng hạt cặn không thay đổi hình dáng, độ lớn, tỷ trọng

+ Lắng các hạt dạng keo phân tán, trong xử lý nước thiên nhiên được gọi là lắng cặn đã được pha phèn Trong quá trình lắng các hạt có khả năng dính kết với nhau thành bông cặn lớn và ngược lại bông cặn lớn có thể bị vỡ ra thành các mảnh nhỏ hơn nên khi lắng thường được thay đổi hình dạng, kích thước và tỷ trọng

+ Lắng các hạt đã được đánh phèn có khả năng kết dính với nhau như cặn nên trên nhưng với nồng độ lớn, thường lớn hơn 1000mg/l, với nồng độ cặn lớn do tuần hoàn lại cặn, do tạo ra lớp cặn lơ lửng trong bể lắng, các bông cặn này tạo

Trang 5

thành các đám mây lien kết với nhau, dính kết và để dữ lại các hạt cặn nhỏ phân tán trong nước

Trong quá trình lắng thì các chất keo tụ được ngưng tụ ở đáy bể lắng la men tạo thành lớp bùn, theo định kỳ thì bùn sẽ được bơm ra khỏi bể lắng

- Sau khi nước đã được lắng nó sẽ chảy qua bể chứa trung gian, bể này chỉ có tác dụng là bể trung gian chứa nước

- Nước từ bể trung gian được bơm bằng 2 bơm vào 2 bình lọc áp lực, là quá trình không chỉ dữ lại các hạt cặn lơ lửng trong nước có kích thước lớn hơn lỗ rỗng tạo

ra giữa các hạt lọc mà còn giữ lại các keo sắt, keo hữu cơ gây ra độ đục độ màu,

có kích thước bé hơn rất nhiều lần so với kích thước lỗ rỗng nhưng có khả năng kết dính và hấp thụ lên bề mặt hạt lớp vật liệu lọc

Ngoài ra trong bình lọc áp lực còn có than hoạt tính để hấp thụ chất gây mùi, gây màu của nước Cac bột than hoạt tính có bề mặt hoạt tính rất lớn, có khả năng hấp thụ các phân tử khí và các phân tử các chất ở dạng lỏng hòa tan trong nước làm cho nước có mùi vị và màu lên bề mặt các hạt than, sau khi các hạt than này

ra khỏi nước, nước được khử mùi vị và màu

- Nước sau khi được lọc áp lực được chảy trực tiếp vào bể chứa nước sạch, trong

bể chứa nước sạch này để đảm bảo về mặt vi trùng học, nước trước khi cấp cho người tiêu thụ được khử trùng bằng Clo Liều lượng Clo để khử trùng phải được xác định sao cho sau thời gian tiếp xúc 30 phút lượng clo dư còn lại trong nước là 0.3mg/l

- Cuối cùng nước được bơm lên 2 tank chứa nước đặt trên sườn núi với độ cao đủ lớn để tự chảy tới các hộ tiêu thụ

1.1.2 Sơ đồ bố trí các bể và thiết bị:

Sơ đồ bố trí các bể và thiết bị trạm xử lý nước Thủy điện Bản vẽ như hình 1-2 Trong đó:

B00: Là bể lắng sơ bộ

Bể này có dung tích là 1.500m3, nước được bơm từ hồ thủy điện lên bằng động

cơ bơm M00 thông số 3P-380V/22KW, đặt cách xa trạm 2km, với độ cao so với

Trang 6

trạm là 5m Bể này nằm độc lập không nằm trong hệ thống điều khiển và giám sát của trạm

B01: Là bể gom

Bể có song và lưới chắn rác SCR, nước được chảy tự nhiên do chênh lệch

độ cao so với bể lắng sơ bộ, tự động ngắt khi đầy nhờ phao cơ P

Trên bể bố trí 2 bơm, M01 và M02 thay nhau làm việc luân phiên 6h một lần Thông số của bơm:

Model: NGA 1A, 3P-380V/0.75KW/50Hz-6m3/h- cột áp 16m

Bể gom có 2 phao báo mức LS01 để báo đầy, LS02 để báo cạn

Thông số bơm định lượng Polyme và PAC: M06 và M07

Model: BL20, 1P-220V/50Hz/0.04KW – lưu lượng 18l/h

Trên bể có bố trí bơm định lượng clo M12, có thông số như sau:

Model: BL20, 1P-220V/50Hz/0.04KW – lưu lượng 18l/h

Trang 7

Có 3 bơm để bơm nước sạch, trong đó 2 bơm làm việc luân phiên nhau 6h một lần, bơm nước vào tank chứa chính M15 và M16 Có thông số như sau:

Model: CP 25/200B, 3P-380V/2.2KW/50Hz-6m3/h- cột áp 45m

Bơm thứ 3 là để bơm nước sạch cho tank chứa phụ M09, trong thiết kế thì bơm này là để bơm bùn từ bể chứa bùn lên sân phơi bùn, nhưng trong thi công thực người ta yêu cầu bỏ bể chứa bùn, bùn được bơm trực tiếp từ bể lắng la men ra sân phơi bùn, bơm này được chuyển sang sử dụng làm bơm nước sạch cho tank phụ

Ngoài ra trên bể chứa nước sạch còn bố trí 2 phao báo mức LS05 báo mức cao và LS06 báo mức thấp

B06 và B07: là tank chứa nước chính và chứa nước phụ

Nó được đặt trên sườn đồi, tạo độ cao để cung cấp nước đến người sử dụng, trên bể có các phao nhằm tự động đóng mở bơm theo mức, đồng thời báo

về màn hình để giám sát

BH01, BH02 và BH03: Là bể trộn hóa chất Polyme, PAC và Clo

Trên các bể này đều bố trí các động cơ quấy M06, M07 và M13, có thông

số như sau:

Model: MU 50H80, 3P-380V/50Hz/0.75KW – tốc độ: 93v/p

BL01 và BL02: Bể lọc áp lực 1 và 2

Nước từ bể trung gian được bơm vào bể lọc áp lực, đầu ra của bể lọc áp lực được

xả thẳng vào bể nước sạch Đối với 2 bể này người ta bố trí một bơm rửa lọc, nhằm làm sạch bể theo định kỳ vì đặc điểm bể này rất hay bị đóng cặn Thông số của động cơ rửa lọc như sau: Model: CP 25/160B, 3P-380V/1.1KW/50Hz-6m3/h- cột áp 30m

Ta có sơ đồ mặt bằng bố trí các bể như sau:

Trang 8

Hình 1-2 Sơ đồ mặt bằng bố trí các bể

1.2 Các thông số kỹ thuật của trạm xử lý nước sạch Thủy điện Bản vẽ

1.2.1 Sơ đồ nguyên lý của mạch điện điều khiển hệ thống:

Với trạm xử lý nước sạch thủy điện Bản vẽ cũng được điều khiển với 2 chế độ:

- Chế độ tự động:

Ở chế độ này hầu hết đề được giám sát và điều khiển thông qua máy tính Mô phỏng hệ thống như hình vẽ 1-3

Trang 9

Hình 1-3 Hệ thống điều khiển giám sát của trạm xử lý nước

b Sơ đồ mạch điều khiển: Hình vẽ 1-5

Trong sơ đồ sử dụng 2 phương pháp điều khiển, có thể chọn điều khiển tự động – tức là điều khiển giám sát trên màn hình và điều khiển nhờ chương trình điều khiển bằng PLC S7-200 Ngoài ra còn có chế độ bằng tay, tức là điều khiển các bơm, các động cơ khuấy bằng các nút ấn đặt ở ngoài mặt tủ, phương pháp này là

Trang 10

phương pháp điều khiển đơn lẻ từng thiết bị, không liên quan tới PLC và máy tính, không được khống chế bằng các rơ le phao báo mức nước Để chuyển chế

độ chúng ta sử dụng chuyển mạch 2 trạng thái Auto-Man

Sau đây là sơ đồ kết nối PLC với các thiết bị ngoại vi như hình vẽ 1-6:

c Bố trí thiết bị trong và ngoài mặt tủ: Như hình 1-7

Thiết bị bố trí trong tủ được bố trí một cách khoa học, các đầu ra của PLC được kết nối thông qua hệ thống rơ le trung gian nhằm cách li giữa mạch ngoài với PLC, làm thế này nhằm đảm bảo an toàn cho PLC trong trường hợp đấu mạch điều khiển sai nguồn

d Thông số kỹ thuật của hệ thống điện điều khiển trạm xử lý nước sạch Thủy điện Bản vẽ:

Bảng 1.1 Thông số kỹ thuật của các thiết bị

TT Tên thiết bị Thông số kỹ thuật Ký hiệu Số

M1, M2 02 Cái

2 Động cơ bơm

bùn

Model: NGA 1B 0.55KW/3P/380V 6m3/h-16m

M10, M11 02 Cái

4 Bơm rửa lọc

Model: CP/160B 1.1KW/3P/380V 6m3/h-30m

5 Bơm nước sạch

Model: CP/200B 2.2KW/3P/380V 6m3/h-45m

M15, M16 02 Cái

6 Bơm định lượng

hóa chất

Model: BL20 0.04KW/1P/220V 18l/h-5m

M6, M7 và

Trang 11

Bảng 1.1 Thông số kỹ thuật của các thiết bị ( tiếp)

7 Động cơ khuấy

hóa chất

Model: MU 40H71 0.37KW/3P/380V 93v/p

14 Aptomat MCB

Nguồn ĐK, máy tính và chiếu sang

15 Contactor 3P-9A MC9/220V MC1-16 16 Cái

Đóng cắt bơm, cánh khuấy

16 Rơ le nhiệt MT32/(2.5-4A)

MT1-3,10,11,14 6 Cái

Bảo vệ quá tải cho các bơm M1- 3,10,11,14

17 Rơ le nhiệt MT32/(4-6A) MT15,16 2 Cái

Bảo vệ quá tải cho các bơm M15,16

18 Rơ le nhiệt MT32/(1-1.6A) MT4,5,8,9,13 5 Cái Bảo vệ quá

tải cho các

Trang 12

bơm, khuấy M4,5,8,9,13

19 Rơ le nhiệt MT32/(0.63-1A) MT6,7,12 3 Cái

Bảo vệ quá tải cho các bơm định lượng M6,7,12

20 Rơ le trung gian

21 Máy tính bàn

Bộ máy tính để bàn: Bộ vi xử lý:

Intel G640 2.80GHz/3MB Cache

- Chipset: Intel H61

AC POWER SUPPLY

14 DI DC/10 DO, RELAY

23 Modul mở rộng

EM 223, FOR 22X CPU ONLY,

S7-16 DI DC 24 V, SINK/SOURCE,

Trang 13

CABLE MM MULTIMASTER, FOR CONNECTING S7-200 TO USB PORT OF PC

e Phân tích quy trình công nghệ:

Quy trình công nghệ ở đây cũng tương đối đơn giản, điều khiển chỉ ở dạng OFF, vì điện áp ở đây gần nguồn nên tương đối ổn định do vậy lưu lượng của các bơm đầu vào tương đối ổn định nên việc điều chỉnh lưu lượng hóa chất được điều chỉnh bằng tay, qua quá trình phân tích chỉ tiêu nước nguồn và chỉ tiêu nước sạch

ON-đề ra, kỹ sư thiết kế sẽ tính toán lưu lượng cần thiết cho PAC, Polyme và Clo

Trang 14

Hơn nữa trong quá trình xử lý nước, nước được đưa kiểm định, từ thông số kiểm định người ta lại điều chỉnh lưu lượng hóa chất theo thực tế vận hành

Chương trình điều khiển được miêu tả tóm gọn như sau:

STT Tên thiết bị Thông số kỹ

Số lượng

Chế độ chạy Thiết bị đi kèm

0.75KW/3P/380V 6m3/h-18m

Nguyên lý:

- Chạy tay: Bật tắt theo người vận hành và theo phao báo mực nước tại 2 bể gom và trung gian (Nước tại bể trung gian cạn, nước tại bể gom đầy chạy bơm, nước tại bể trung gian đầy ngắt

bơm, nước tại bể gon cạn ngắt bơm)

- Chạy tự động: 02 bơm luấn phiên chạy 4 tiếng đảo 1 lần và theo phao báo mực nước tại 2 bể gom và trung gian (Nước tại bể trung gian cạn, nước tại bể gom đầy chạy bơm, nước tại bể

trung gian đầy ngắt bơm, nước tại bể gon cạn ngắt bơm

BỂ KHUẤY TRỘN

1 Động cơ khuấy

trên bể trộn

Model: MU 50H80

Bộ 1 2 chế

0.55KW/3P/380V 93v/p

Nguyên lý:

- Chạy tay: Bật tắt theo người vận hành

- Tự động: chạy theo bơm bể thu gom

Bộ 1 1 chế

0.37KW/3P/380V 93v/p

Nguyên lý:

-Chạy tay: Bật tắt theo người vận hành

Trang 15

Bộ 1 1 chế

0.37KW/3P/380V 93v/p

Nguyên lý:

1.1KW/3P/380V 6m3/h-30m

Nguyên Lý:

- Chạy tay: bật tắt theo người vận hành và theo phao báo tại bể trung gian và bể chứa nước

Trang 16

sạch (bể trung gian đấy, bể chứa cạn bơm chạy, … bể trung gian cạn không chạy bơm, bể

chứa đầy không chạy bơm )

- Chạy tự động: 02 bơm chạy luân phiên 4 tiếng đảo 1 lần và chạy theo phao báo tại bể trung gian và bể chứa nước sạch (bể trung gian đấy, bể chứa cạn bơm chạy, … bể trung gian cạn

không chạy bơm, bể chứa đầy không chạy bơm )

Nguyên lý:

- Chạy bằng tay: Bật tắt theo người vận hành

- Chạy tự động: chạy theo bơm đẩy lọc

Bộ 1 1 chế

0.37KW/3P/380V 93v/p

2.2KW/3P/380V 6m3/h-45m

Nguyên lý:

- Chạy bằng tay: Bật tắt theo người vận hành

- Chạy tự động: chạy theo phao trên 3 tank chứa, riêng 2 bơm chính làm việc luân phiên 6h

Trang 17

f Chương trình điều khiển của trạm xử lý nước thủy điện Bản vẽ:

Chương trình điều khiển của trạm xử lý nước thủy điện Bản vẽ được viết bằng ngôn ngữ Step7 Microwin 4.0, chương trình được chia làm các chương trình con nhỏ, mỗi chương trình con được viết cho mỗi bể

- Bảng liệt kê đầu vào, ra và các biến nội

Bảng 1.2 Bảng liệt kê biến vào ra và biến nội

chỉ Chức năng Đầu ra

1 Run_bom_1_be_gom Q0.0 Chạy bơm bể gom 1

2 Run_bom_2_be_gom Q0.1 Chạy bơm bể gom 2

3 Run_dc_khuay_tren_be Q0.2 Chạy động khuấy bể hòa trộn

4 Run_dc_khuay_Polyme Q0.3 Chạy động khuấy Polyme

5 Run_dc_khuay_PAC Q0.4 Chạy động khuấy PAC

6 Run_bom_DL_PAC Q0.5 Chạy bơm định lượng PAC

7 Run_bom_DL_Polyme Q0.6 Chạy bơm định lượng Polyme

8 Run_bom_hut_bun_1 Q0.7 Chạy bơm hút bùn 1

9 Run_bom_hut_bun_2 Q1.0 Chạy bơm hút bùn 2 ( bơm nước sạch

phụ)

10 Run_bom_day_loc_1 Q1.1 Chạy bơm đẩy lọc 1

11 Run_bom_day_loc_2 Q2.0 Chạy bơm đẩy lọc 2

12 Run_bom_DL_Clorin Q2.1 Chạy bơm định lượng Clo

13 Run_dc_khuay_Clorin Q2.2 Chạy động khuấy Clo

14 Run_bom_rua_loc Q2.3 Chạy bơm rửa lọc

15 Run_bom_cap_nuoc_sach_1 Q2.4 Chạy bơm nước sạch 1

16 Run_bom_cap_nuoc_sach_2 Q2.5 Chạy bơm nước sạch 2

17 Coi_bao_dong Q3.0 Còi báo động sự cố

Đầu vào

18 Cotroller I1.2 Chuyển mạch Tự động - tay ( giữa điều

khiển giám sát hoặc bằng nút ấn)

Trang 18

1 Chạy dừng hệ thống trên máy tính

21 Status_bom_1_be_gom I0.0 Báo trạng thái bơm bể gom 1

22 Status_bom_2_be_gom I0.1 Báo trạng thái bơm bể gom 2

23 Status_khuay_tren_be I0.2 Báo trạng thái động cơ khuấy bể hòa

trộn

24 Status_khuay_Polyme I0.3 Báo trạng thái động cơ khuấy Polyme

25 Status_khuay_PAC I0.4 Báo trạng thái động cơ khuấy PAC

26 Status_bom_DL_PAC I0.5 Báo trạng thái bơm định lượng PAC

27 Status_bom_DL_Polyme I0.6 Báo trạng thái bơm định lượng Polyme

28 Status_bom_hut_bun_1 I0.7 Báo trạng thái bơm hút bùn 1

29 Status_bom_hut_bun_2 I1.0 Báo trạng thái bơm hút bùn 1 ( bơm

nước sạch phụ)

30 Status_bom_day_loc_1 I1.1 Báo trạng thái bơm đẩy lọc 1

31 Status_bom_day_loc_2 I2.0 Báo trạng thái bơm đẩy lọc 2

32 Status_bom_DL_Clorin I2.1 Báo trạng thái bơm định lượng Clo

33 Status_khuay_Clorin I2.2 Báo trạng thái động cơ khuấy Clo

34 Status_bom_rua_loc I2.3 Báo trạng thái bơm rửa lọc

35 Status_bom_nuoc_sach_1 I2.4 Báo trạng thái bơm nước sạch 1

36 Status_bom_nuoc_sach_2 I2.5 Báo trạng thái bơm nước sạch 2

38 Phao_tren_tank_them I3.6 Phao báo mức tank phụ

39 Phao_thap_be_gom I2.7 Phao báo mức thấp bể gom

40 Phao_cao_be_gom I2.6 Phao báo mức cao bể gom

41 Phao_thap_be_trung_gian I3.1 Phao báo mức thấp bể trung gian

42 Phao_cao_be_trung_gian I3.0 Phao báo mức cao bể trung gian

43 Phao_thap_be_chua_nsach I3.3 Phao báo mức thấp bể nước sạch

44 Phao_cao_be_chua_nsach I3.2 Phao báo mức cao bể nước sạch

45 Phao_nuoc_tren_tank I3.4 Phao báo mức tank chính

Trang 19

Biến trung gian

46 Bit_chon_dong_co_M01 M0.0 Chạy tay động cơ M01

62 Cho_phep_dong_co_M01 M3.0 Biến cho phép chạy tay động cơ M01

Trang 20

80 Bao_su_co_dong_co_M01 V0.0 Vùng nhớ đệm báo sự cố động cơ M01

98 Runtime_M0102 VW106 Thời gian thực của bơm bể gom

99 Runtime_M1011 VW116 Thời gian thực của bơm bể trung gian

Trang 21

1 Runtime_M1516 VW124 Thời gian thực của bơm bể nước sạch

- Chương trình điều khiển:

Chương trình điều khiển được trình bày ở Phụ lục 1

1.4 Đánh giá:

1.4.1 Những thành quả đạt được trong hệ thống điều khiển trạm xử lý nước sạch thủy điện Bản Vẽ:

a Về mặt quy trình công nghệ xử lý nước:

- Quy trình công nghệ xây dựng trên cơ sở đảm bảo chỉ tiêu chất lượng nước theo tiêu chuẩn của Việt Nam

- Các công đoạn xử lý trong quy trình hợp lý, đầy đủ và không dư thừa nên đảm bảo về mặt kinh tế được tối giản nhất

- Các hóa chất được chọn phù hợp và phổ biến trên thị trường hiện nay do đó đáp ứng nhu cầu nhanh nhất và dự phòng hiệu quả

b.Về mặt tự động hóa quá trình điều khiển:

- Đã sử dụng phương pháp điều khiển giám sát, thu thập dữ liệu, điều này sẽ làm cho việc giám sát các trạng thái hoạt động của thiết bị, kiểm soát được mực nước trong các bể chứa, người công nhận vận hành sẽ không phải trực tiếp quan sát trên hiện trường vì các bể chứa hầu hết được xây dựng kín nên rất khó can thiệp

- Vì điều khiển tự động bằng PLC S7-200 và giám sát hệ thống bằng phần mềm SCADA WINCC nên có thể làm hạn chế và tiên lượng được các sự cố xẩy ra, có các cảnh báo nên làm cho việc phán đoán các sai hỏng và sửa chữa được nhanh nhất

- Ngoài chức năng điều khiển tự động còn có điều khiển bằng tay, không liên quan tới PLC hay máy tính, điều này rất phù hợp với Thủy điện Bản Vẽ vì ở xa

Trang 22

thành phố, khi máy tính hoặc PLC có sự cố thì người vận hành vẫn có thể điều khiển bằng tay trong lúc chờ xử lý, đảm bảo tính liên tục cung cấp nước

c Về mặt tính chọn thiết bị:

- Tính chọn thiết bị điều khiển trung tâm PLC S7-200 là một trong những PLC được sử dụng phổ biến, phầm mềm viết chương trình khoa học, mang tính phổ thông tại Việt Nam, giá thành tương đối cạnh tranh trong dòng sản phẩm của Siemens

- Các thiết bị điện được chọn phù hợp, đảm bảo đầy đủ yêu cầu điều khiển, đầy

đủ các tính năng bảo vệ cần thiết

1.4.2 Những mặt hạn chế trong hệ thống điều khiển trạm xử lý nước sạch thủy điện Bản Vẽ

Phân tích kỹ quy trình công nghệ cũng như tính chọn thiết bị ta thấy rằng trạm xử

lý nước sạch thủy điện Bản Vẽ chưa tự động hóa chưa hoàn toàn vì:

- Các van đóng mở đang điều khiển bằng tay, điều này làm cho người vận hành

phải rất vất vả trong quá trình xử lý, bắt buộc phải nắm toàn bộ quy trình một cách thành thạo, nếu trường hợp quên thao tác đóng hoặc mở van dẫn đến có thể xẩy ra sự cố

- Việc mồi nước còn thực hiện bằng tay, chưa có thiết bị kiểm tra

- Với 2 bể lọc áp lực trong thực tế làm việc có thể rất hay bị tắc cho nên cần đưa thêm thiết bị kiểm tra để thực hiện việc rửa lọc khi cần thiết

- Các báo mức chưa đầy đủ các bể đặc biệt các bình chứa hóa chất PAC, POLYME và CLO, việc này dẫn đến trong quá trình làm việc lượng hóa chất có thể bị hết mà người vận hành không biết sẽ làm cho chất lượng nước đầu ra không đảm bảo

- Trong chương trình điều khiển chưa có quy trình hay thời gian biểu để thực hiện việc rửa lọc hay quy trình bảo dưỡng thiết bị

- Việc điều chỉnh lưu lượng hóa chất chưa được tự động hoàn toàn, còn điều khiển bằng tay, trong quá trình làm việc lưu lượng nước đầu vào có thể thay đổi dẫn đến chất lượng nước đầu ra không đảm bảo yêu cầu trong quá trình xử lý

Trang 23

- Các báo mức chất lỏng trong các bể chứa sử dụng phao cơ, trong quá trình bơm nước tạo ra các dòng xoáy dẫn đến các phao bị trôi quấn vào nhau dẫn đến sẽ báo sai trạng thái nên có thể xẩy ra sự cố không mong muốn

Trang 24

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ CẢI TẠO SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ HIỆN TẠI THEO

HƯỚNG TỰ ĐỘNG HÓA 2.1 Phân tích các yêu cầu điều khiển hệ thống

Như đã trình bày ở phần thứ nhất, việc đảm bảo chất lượng nước sinh hoạt là một vấn đề rất cấp thiết Muốn sản xuất ra nước sạch đảm bảo quy chuẩn thì ta cần quan tâm đến các yêu cầu sau:

2.1.1 Tính liên tục cung cấp nước

Nước là một phần tất yếu của cuộc sống, hàng ngày, hàng giờ chúng ta đều cần sử dụng tới nước, do đó trong quá trình tính chọn phương án điều khiển phải làm sao đảm bảo làm việc tin cậy, chắc chắn, hạn chế được các sự cố xẩy ra và nếu trong điều kiện bất khả kháng thì sự cố phải được xử lý nhanh chóng kịp thời nhất

Để đảm bảo được điều này, trong quá trình thiết kế và chọn phương án thì ta phải làm sao chọn các thiết bị có sẵn, thông dụng trong công nghiệp Chọn phương án nào mà có thể giám sát được các thông số làm việc của hệ thống, đưa ra các cảnh báo, lập được các biểu đồ hay thời gian bảo hành bảo dưỡng các thiết bị cho người vận hành biết để có kế hoạch định kỳ, nhằm hạn chế được các sự cố xẩy ra, chủ động được trong việc điều độ dừng hệ thống trong thời gian bão dưỡng

2.1.2 Đảm bảo được các chỉ tiêu của ngành nước đặt ra theo TCVN

Trước khi thiết kế và chọn phương án xử lý nước, người thiết kế đã căn cứ vào đặc điểm, thông số nước nguồn đầu vào và căn cứ vào các chỉ tiêu của nước sinh hoạt theo TCVN, chọn quy trình công nghệ xử lý nước sao cho đảm bảo về mặt chất lượng cũng như giá thành

Một trong những vấn đề mà ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng nước đó là tính chọn phương pháp điều khiển, thiết bị điều khiển, thiết bị đo lường, từ đó định lượng được các phụ gia ( hóa chất) thích hợp Trong quá trình làm việc, thông số nước nguồn đầu vào thay đổi, đặc biệt là đối với trạm xử lý nước sạch thủy điện Bản Vẽ

vì nước nguồn được lấy từ đập chứa của thủy điện, nó có đặc điểm là thay đổi theo mùa, do đó trong thiết kế hệ thống phải linh hoạt, hiệu chỉnh được được thông số,

Trang 25

hiệu chỉnh được các tỷ lệ thành phần hóa chất làm sao chất lượng nước đầu ra đạt chuẩn theo yêu cầu

2.1.3 Các yêu cầu khác:

- Hệ thống phải thiết kế điều khiển một cách tự động

- Giám sát được các thông số của hệ thống nhằm mục đích người vận hành không cần phải kiểm tra tại thực địa do các bể thường được kết cấu kín

- Các thiết bị đề được bảo vệ một cách an toàn nhất, tránh các hư hỏng

- Có các cảnh báo về lỗi, nội dung lỗi, phương án khắc phục nhằm đảm bảo thời gian khắc phục lỗi là sớm nhất

- Có các lịch trình bảo dưỡng thiết bị, đặc biệt là quy trình vệ sinh rửa bể, rửa các bình lọc áp lực

- Thiết kế giao diện điều khiển phải sát với thực tế và đơn giản và thuận tiện cho người vận hành

2.2 Phân tích và lựa chọn các thiết bị và phương pháp điều khiển mới để tự động hóa hoàn toàn trạm xử lý nước Thủy điện Bản Vẽ

Để đảm bảo các yêu cầu điều khiển hệ thống xử lý nước của thủy điện Bản

Vẽ ta thiết kế hệ thống điều khiển giám sát, thu thập dữ liệu

2.2.1 Phân tích và lựa chọn phương pháp điều khiển:

Để đảm bảo việc tự động hóa điều khiển hệ thống ta sử dụng phương pháp điều khiển giám sát theo mô hình tự động hóa quá trình công nghệ, điều khiển giám sát

mô hình như hình 2.1 dưới đây:

- Cấp 0: Là cấp tiếp xúc giữa hệ điều khiển và quá trình công nghệ, tập hợp các thiết

bị chấp hành, các cảm biến để thu thập dữ liệu của hệ thống đưa về các thiết bị điều khiển xử lý Ở đây là các rơ le trung gian, các contactor để đóng cắt các bơm, các van điện từ, các cảm biến lưu lượng nước đầu vào, lưu lượng các hóa chất, cảm biến

áp suất, cảm biến mức … báo trạng thái làm việc của hệ thống

- Cấp 1: Là cấp điều khiển cục bộ, ở đây thực hiện điều khiển từng máy, từng khâu, từng bộ phận của quá trình công nghệ

Trang 26

Các thiết bị điều khiển tự động tiếp nhận thông tin của quá trình công nghệ ở cấp 0

và thực hiện các thao tác một cách tự động theo chương trình do người đã đặt sẵn Một số thông tin của quá trình công nghệ và kết quả của quá trình điều khiển sẽ được chuyển lên cấp 2 Ở cấp này thường đặt các bộ điều khiển PID, các thiết bị điều khiển trung tâm như PLC…

Hình 2.1 Mô hình hệ thống điều khiển quá trình sản xuất

- Cấp 2: Là cấp điều khiển tự động quá trình công nghệ, ở cấp này thường sử dụng máy tính hoặc mạng máy tính, thu thập các thông tin từ quá trình công nghệ từ cấp

1, xử lý các thông tin đó và trao đổi các thông tin với người điều khiển Thông qua máy tính người điều khiển có thể can thiệp vào quá trình công nghệ, như vậy hệ điều khiển này được gọi là hệ điều khiển Người – Máy

- Cấp 3: Là cấp điều khiển tự động hóa quá trình sản xuất Ở cấp này có các máy tính trung tâm, ở đây không những xử lý các thông tin về quá trình sản xuất mà còn

xử lý tình hình cung cấp vật tư, nguyên liệu, tài chính, lực lượng lao động, tình hình nhu cầu thị trường …

Trang 27

Trong hệ thống điều khiển trạm xử lý nước sạch của Thủy điện Bản Vẽ chúng ta chỉ sử dụng từ cấp 0 đến cấp 2, không sử dụng cấp điều khiển quá trình sản xuất

Như vậy sơ đồ điều khiển của hệ thống theo mô hình như hình 2.2

- Trong sơ đồ cấp 0 chính là đầu vào như: các nút nhấn, các cảm biến áp suất, cảm biến mức, cảm biến lưu lượng … và các khâu chấp hành đầu ra như: rơ le trung gian, contactor, các van điện từ, các bơm định lượng, bơm nước, động cơ khuấy …

- Cấp 1 là các biến tần để điều khiển và tự động ổn định lưu lượng, bộ điều khiển trung tâm PLC …

- Cấp 2 chính là máy tính để giám sát điều khiển, thu thập dữ liệu của quá trình công nghệ

Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý phân cấp điều khiển hệ thống

Trang 28

2.2.2 Tính chọn thiết bị điều khiển trung tâm

Để điều khiển hệ thống này chúng ta có thể dùng các thiết bị, phương pháp khác nhau như: sử dụng rơ le contactor, các mạch logic điện tử, vi xử lý, PLC …, nhưng đối với hệ thống này cần có giao tiếp với máy tính thì ta chỉ phân tích 2 phương án đó là sử dụng vi xử lý và PLC

a Phương pháp điều khiển bằng vy xử lý:

a1 Khái quát về vi xử lý:

Hệ vi xử lý là một hệ thống có khả năng tính toán, xử lý thông tin và điều khiển, nó cũng có khả năng giao tiếp với các thiết bị bên ngoài ( tiếp nhận thông tin từ bên ngoài, kết xuất thông tin ra bên ngoài)

Cấu trúc của hệ vi xử lý bao gồm các thành phần như sau:

Hình 2.3 Cấu trúc của một hệ vi xử lý + CPU ( Central Processing Unit): Bộ xử lý trung tâm có nhiệm vụ tính toán và điều khiển, trong đó khối ALU ( Arithmetic and Logic Unit) có nhiệm vụ tính toán các phép toán số học, còn khối CU ( Control Unit) làm nhiệm vụ điều khiển

Trang 29

+ Bộ nhớ ( Memory): Nhiệm vụ lưu trữ dữ liệu ( data) và các lệnh ( instruction) cho CPU xử lý, khối này bao gồm bộ nhớ ROM để lưu dữ lệnh và dữ liệu của hệ thống, còn RAM thì lưu dữ lệnh và dữ liệu của hệ thống và người sử dụng

+ Inputs: Các đầu vào, tiếp nhận dữ liệu và thông tin điều khiển, chuyển cho CPU

xử lý

+ Output: Kết xuất thông tin ra (màn hình, giấy, ), lưu trữ thông tin lâu dài (đĩa từ, đĩa quang, )

a2 Chức năng của vi xử lý trong hệ thống điều khiển trạm xử lý nước:

Trong hệ thống điều khiển trạm xử lý nước sạch này bộ điều khiển trung tâm ( cấp 1) chính là vi xử lý, nó có chức năng tiếp nhận thông tin từ các đầu vào như: Các nút ấn, công tắc chuyển mạch, các cảm biến mức, cảm biến áp suất … để xử lý và điều khiển hệ thống tức là đưa các tín hiệu đầu ra để điều khiển các bơm, các bơm định lượng, các van điện từ … đồng thời đưa dữ liệu, các thông số từ quá trình công nghệ lên máy tính để giám sát và điều khiển

a3 Ưu điểm của hệ thống vi xử lý:

- Có tất cả các tính năng điều khiển cần thiết

- Có thể giao tiếp với máy tính

- Lập trình chương trình điều khiển bằng phầm mềm trên máy tính

- Có thể mô phỏng được không cần kết nối thực tế với thiết bị

- Có thể ghép các vi xử lý với nhau cũng như RAM để tăng đầu vào và ra

- Các đầu cổng giao tiếp đầu và/ra có thể lựa chọn được chức năng là đầu vào hay đầu ra một các linh hoạt

- Các đầu vào/ra có thể lựa chọn thành đầu vào số hay tương tự

Trang 30

- Phần mềm lập trình không thân thiện với người sử dụng đặc biệt với các kỹ thuật viên ngành điện công nghiệp, chưa có các câu lệnh ứng dụng

- Bộ nhớ dữ liệu chương trình ít, trong trường hợp chương trình lớn gặp khó khăn

- Phần mềm giám sát bị hạn chế bởi khả năng đồ họa

b Phương pháp điều khiển bằng PLC:

kế PLC phải lập trình sẵn sao cho chương trình điều khiển có thể nhập bằng cách sử dụng ngôn ngữ đơn giản (ngôn ngữ điều khiển) Thuật ngữ logic được sử dụng vì việc lập trình chủ yêu liên quan đến các hoạt động logic ví dụ nếu có các điều kiện

A và B thì C làm việc Người vận hành nhập chương trình (chuỗi lệnh) vào bộ nhớ PLC Thiết bị điều khiển PLC sẽ giám sát các tín hiệu vào và các tín hiệu ra theo chương trình này và thực hiện các quy tắc điều khiển đã được lập trình

b2 Cấu trúc của PLC

Cấu trúc của một PLC gồm các khối như hình 2.24

- Bộ vi xử lý

Bộ xử lý cũng có thể được gọi là bộ xử lý trung tâm (CPU), là linh kiện chứa bộ vi

xử lý Bộ xử lý biên dịch các tín hiệu vào và thực hiện các hoạt động điều khiển theo chương trình được lưu trong bộ nhớ của CPU, truyền các quyết định dưới dạng tín hiệu hoạt động đến các thiết bị ra

Trang 31

Hình 2.4 Cấu trúc của PLC Nguyên lý làm việc của bộ xử lý tiến hành theo từng bước tuần tự, đầu tiên các thông tin lưu trữ trong bộ nhớ chương trình được gọi lên tuần tự và được kiểm soát bởi bộ đếm chương trình Bộ xử lý liên kết các tín hiệu và đưa kết quả ra đầu ra Chu kỳ thời gian này gọi là thời gian quét (scan) Thời gian vòng quét phụ thuộc vào vào tốc độ của CPU và chương trình điều khiển Nói chung chu kỳ một vòng quét như hình 2.5

Hình 2.5 Nguyên tắc làm việc của PLC

Sự thao tác tuần tự của chương trình dẫn đến một thời gian trễ trong khi bộ đếm của chương trình đi qua một chu trình đầy đủ, sau đó bắt đầu lại từ đầu

- Bộ nguồn

Trang 32

Bộ nguồn có nhiệm vụ chuyển đổi điện áp AC thành điện áp DC cấp cho bộ vi

xử lý (thường là 5V) và cho các mạch điện trong các module còn lại và các cảm biến cũng như nguồn cho đầu vào (thường là 24V)

- Thiết bị lập trình

Thiết bị lập trình được sử dụng để lập các chương trình điều khiển cần thiết sau

đó được chuyển cho PLC Thiết bị lập trình có thể là thiết bị lập trình chuyên dụng,

có thể là thiết bị lập trình cầm tay gọn nhẹ, có thể là phần mềm được cài đặt trên máy tính cá nhân

- Bộ nhớ

Bộ nhớ là nơi lưu giữ chương trình sử dụng cho các hoạt động điều khiển Các dạng bộ nhớ có thể là RAM, ROM, EPROM Người ta luôn chế tạo nguồn dự phòng cho RAM để duy trì chương trình trong trường hợp mất điện nguồn, thời gian duy trì tuỳ thuộc vào từng PLC cụ thể Bộ nhớ cũng có thể được chế tạo thành module cho phép dễ dàng thích nghi với các chức năng điều khiển có kích cỡ khác nhau, khi cần mở rộng có thể cắm thêm

- Giao diện vào/ra

Giao diện vào là nơi bộ xử lý nhận thông tin từ các thiết bị ngoại vi và truyền thông tin đến các thiết bị bên ngoài Tín hiệu vào có thể từ các công tắc, các bộ cảm biến nhiệt độ, các tế bào quang điện Tín hiệu ra có thể cung cấp cho các cuộn dây công tắc tơ, các rơle, các van điện từ, các động cơ nhỏ Tín hiệu vào/ra có thể là tín hiệu rời rạc, tín hiệu liên tục, tín hiệu logic Mỗi điểm vào ra có một địa chỉ duy nhất được PLC sử dụng

b3 Đặc điểm của PLC

Các PLC tương tự máy tính, nhưng máy tính được tối ưu hoá cho các tác vụ tính toán và hiển thị, còn PLC được chuyên biệt cho các tác vụ điều khiển và môi trường công nghiệp Vì vậy các PLC:

+ Được thiết kế bền để chịu được rung động, nhiệt, ẩm và tiếng ồn

Trang 33

+ Có sẵn giao diện cho các thiết bị vào ra

+ Được lập trình dễ dàng với ngôn ngữ điều khiển dễ hiểu, chủ yếu giải quyết các phép toán logic và chuyển mạch

Về cơ bản chức năng của bộ điều khiển logic PLC cũng giống như chức năng của bộ điều khiển thiết kế trên cơ sở các rơle công tắc tơ hoặc trên cơ sở các khối điện tử đó là:

+ Thu thập các tín hiệu vào và các tín hiệu phản hồi từ các cảm biến

+ Liên kết, ghép nối các tín hiệu theo yêu cầu điều khiển và thực hiện đóng

mở các mạch phù hợp với công nghệ

+ Tính toán và soạn thảo các lệnh điều khiển trên cơ sở so sánh các thông tin thu thập được

+ Phân phát các lệnh điều khiển đến các địa chỉ thích hợp

b4 Ưu điểm của PLC

- Là thiết bị điều khiển chuyên dụng trong công nghiệp, tích hợp rất nhiều các thuật toán điều khiển chuyên biệt

- Có các đầu vào ra số hay tương tự, đặc biệt là có các đầu ra khác nhau để lựa chọn trong các ứng dụng khác nhau

- Tích hợp các bộ điều khiển PID, các Driver cho biến tần, Servo driver, bộ đếm tốc

độ cao, …

- Chống nhiễu rất tốt

- Có thể kết nối mạng truyền thông với nhau và truyền thông qua internet

- Phần mềm lập trình rất than thiện với người sử dụng, có 4 phương pháp lập trình khác nhau:

+ Lập trình theo sơ đồ hình thang, phù hợp cho chuyên ngành điện công nghiệp + Lập trình theo dạng các khối chức năng, phù hợp cho các chuyên ngành điện tử,

sử dụng các khối logic cơ bản AND, OR, XOR, NOT …

+ Lập trình dạng liệt kê lệnh, phù hợp cho các chuyên ngành điện tử - tin học

Trang 34

- Chương trình điều khiển có thể chia làm các đoạn hay các chương trình con rất dễ quản lý và sử chữa

- Có thể kết nối với các phần mềm giám sát về đồ họa rất tốt

- Việc sửa đổi chương trình rất tiện lợi

- Có chương trình chạy mô phỏng nên trong quá trình viết chương trình có thể kiểm tra bằng cách mô phỏng

- Có thể mở rộng được rất nhiều đầu vào ra

- Nguồn cấp có thể lựa chọn theo yêu cầu

- Tính bảo mật cao, chúng ta có thể đặt mật khẩu để bảo vệ chương trình điều khiển của mình

b5 Nhược điểm của PLC

- Giá thành cao

Qua phân tích ta thấy rằng sử dụng PLC để điều khiển hệ thống trạm xử lý nước sạch là rất phù hợp

Trong thực tế hiện nay có rất nhiều hãng sản xuất PLC khác nhau, (hiện nay có hơn

300 hãng) và trong một hãng lại có các dòng PLC khác nhau, mỗi hãng PLC có ưu

và nhược điểm riêng, do đó tiêu chí lựa chọn là phải sử dụng loại PLC nào là phổ thông, có sẵn trên thị trường và công tác hỗ trợ kỹ thuật tốt

Trong đồ án này, một phần do điều kiện thực tế đã quen lập trình với PLC S7-200

do đó tôi xin được chọn PLC S7-200 của hãng Siemens

2.2.3 Tính chọn thiết bị điều khiển giám sát

Để lập trình điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu chúng ta có thể sử dụng các phần mềm khác nhau như: WinCC, Protool, XG500, Autobase, Lapview …

Trong công nhiệp hiện nay hãng Siemens là một trong những hãng nổi tiếng trên thế giới và phần mềm WinCC rất mạnh về điều khiển giám sát trong quá trình sản xuất, với nhiều tính năng ưu việt:

- WinCC (Windows Control Center) là phần mềm tích hợp giao diện người máy HMI

Trang 35

(Intergrate Human Machine Interface) đầu tiên cho phép kết hợp phần mềm điều khiển với quá trình tự động hoá Những thành phần dễ sử dụngcủa WinCC giúp tích hợp những ứng dụng mới hoặc có sẵn mà không gặp bất kỳ trở ngại nào

- Đặc biệt với WinCC, người sử dụng có thể tạo ra một giao diện điều khiển giúp quan sát mọi hoạt động của quá trình tự động hoá một cách dễ dàng

- Phần mềm này có thể trao đổi trực tiếp với nhiều loại PLC của các hãng khác nhau như: SIEMENS, MITSUBISHI, ALLEN BRADLEY, , nhưng nó truyền thông rất tốt với PLC của hãng SIEMENS Nó dược cài đặt trên máy và tính giao tiếp với

PLC thông qua cổng COM1 hoặc COM2 (chuẩn RS-232) của máy tính Do đó, cần phải có một bộ chuyển đổi từ chuẩn RS-232 sang chuẩn RS-485 của PLC

- WinCC còn có đặc điểm là đặc tính mở Nó có thể sử dụng một cách dễ dàng với các phần mềm chuẩn và phần mềm của người sử dụng, tạo nên giao diện người-máy đáp ứng nhu càu thực tế một cách chính xác Những nhà cung cấp hệ thống có thể phát triển ứng dụng của họ thông qua giao diện mở của WinCC như một nền tảng

để mở rộng hệ thống

- Ngoài khả năng thích ứng cho việc xây dựng các hệ thống có quy mô lớn nhỏ khác nhau, WinCC còn có thể dễ dàng tích hợp với những hệ thống cấp cao như MES (Manufacturing Excution System - Hệ thống quản lý việc thực hiện sản suất)

và ERP (Enterprise Resourse Planning) WinCC cũng có thể sử dụng trên cơ sở qui

mô toàn cầu nhờ hệ thống trợ giúp của SIEMENS có mặt trên khắp thế giới

Do đó trong đồ án này tôi chọn phần mềm điều khiển giám sát là WinCC

2.2.3 Tính chọn phương pháp và thiết bị điều khiển lưu lượng

Để nâng cao chất lượng nước sạch, một trong những yếu tố quan trọng đó là thành phần hóa chất đưa vào để xử lý, định lượng hóa chất chất phải chính xác theo yêu cầu công nghệ đặt ra, tức là lưu lượng hóa chất phải theo lưu lượng nước đầu vào với một tỷ lệ nhất định phụ thuộc vào thông số nước nguồn

Trang 36

Trong quá trình làm việc thì lưu lượng nước, thông số nước đầu vào có thể thay đổi do đó hệ thống điều khiển của chúng ta phải tự động điều chỉnh sao cho phù hợp với yêu cầu

Hai vấn đề chúng ta cần quan tâm đó là điều khiển lưu lượng hóa chất theo thông số nào và tính chọn thiết bị nào để điều khiển lưu lượng?

a Chọn phương pháp định lượng hóa chất:

a1 Phương pháp định lượng hóa chất bằng thông số thực tế nước:

Để thực hiện phương pháp này ta phải có thiết bị đo thông số của nước ví dụ:

đo độ đục để định lượng hóa chất PAC và Polyme, đo nồng độ clo trong nước sạch

để điều khiển lưu lượng clo

Sơ đồ khối của phương pháp này được chỉ ra trên hình 2.6

Hình 2.6 Sơ đồ khối hệ điều khiển lưu lượng hóa chất Nguyên lý điều khiển:

F là bộ đo nồng độ nồng độ hóa chất trong bể nước chứa nước sạch, đưa về

bộ điều khiển R để so sánh với nồng độ đặt trước, căn cứ vào sai lệch nồng độ  bộ điều khiển sẽ đưa tín hiệu điều khiển UC tác động lên đối tượng điều khiển O để bơm hóa chất sao cho đạt yêu cầu

Với phương pháp này thì rất hiệu quả về mặt lý thuyết vì nó đảm bảo nồng

độ hóa chất luôn đảm bảo theo yêu cầu đặt ra nhưng trên thực tế thì thiết bị đo nồng

độ này muốn xử lý được thì phải có thời gian ( tính bằng phút) đo đó không thể đáp ứng kịp thời cho hệ điều khiển, dẫn đến sai số rất nhiều, do đó ta không sử dụng phương pháp này

a2 Chọn phương pháp điều khiển hóa chất theo lưu lượng nước đầu vào

Sơ đồ khối của hệ như sau:

Trang 37

Hình 2.7 Sơ đồ khối điều khiển lưu lượng hóa chất theo lưu lượng nước đầu vào Nguyên lý làm việc như sau:

M có nhiệm vụ đo lưu lượng nước nguồn đầu vào Qin, thông qua khối tỷ lệ K để đặt lưu lượng hóa chất với tỷ lệ đặt trước theo yêu cầu công nghệ, bộ điều khiển R sẽ so sánh lưu lượng thực tế thông qua khâu phản hồi F ( cảm biến lưu lượng) với lưu lượng đặt, đưa ra tín hiệu điều khiển Uc tác động lên đối lượng được điều khiển O

để đảm bảo lưu lượng hóa chất bằng lưu lượng đặt

Với phương pháp này thì có một nhược điểm là trong thực tế thông số nước đầu vào luôn thay đổi theo mùa do đó tỷ lệ hóa chất cũng phải thay đổi, nên để đảm bảo chất lượng nước đầu ra thì phải đi xét nghiệm nước theo định kỳ để điều chỉnh tỷ lệ hóa chất theo yêu cầu

Nhưng do sai số nồng độ các hóa chất này cho phép tương đối lớn và cảm biến lưu lượng và thiết bị điều khiển lưu lượng tác động rất nhanh nên đảm bảo tính chính xác cao, dó đó phương pháp này được ứng dụng rộng rãi

b Tính chọn phương pháp điều khiển lưu lượng

Để điều khiển và ổn định lưu lượng ta có thể sử dụng 2 phương pháp: Phương pháp dung van điều tiết lưu và phương pháp điều chỉnh tốc độ bơm

b1 Phương pháp điều khiển lưu lượng van tiết lưu

Sơ đồ nguyên lý của hệ điều khiển lưu lượng bằng van tiết lưu như sau:

Trang 38

Hình 2.8 Sơ đồ khối của hệ điều khiển lưu lượng bằng van tiết lưu

- P: Bơm hóa chất, có nhiệm vụ bơm hóa chất với tốc độ và lưu lượng không đổi

- R: Bộ điều khiển PID để điều khiển lưu lượng

- V: Van tiết lưu điều khiển lưu lượng, có chức năng nhận tín hiệu điều khiển từ bộ điều khiển R để điều khiển lưu lượng theo yêu cầu

Van này có thể sử dụng điều khiển theo nguyên tắc độ mở van hoặc theo phương pháp điều rộng xung PWM

- F: Khâu phản hồi âm lưu lượng – chính là cảm biến lưu lượng ( đo và chuyển đổi tín hiệu)

- QS : Lưu lượng đặt, lưu lượng đặt này được lấy từ lưu lượng nước đầu vào theo một tỷ lệ đặt trước theo yêu cầu công nghệ

- Qf: Lưu lượng thực tế, được đo thông qua cảm biến lưu lượng

- ε: Sai lệch giữa lưu lượng đặt và lưu lượng thực tế

- UC: Tín hiệu điều khiển

Nguyên lý làm việc như sau:

Lưu lượng đặt của hoá chất sẽ được quyết định bởi lưu lượng nước đầu vào theo một tỷ lệ nhất định do quy trình công nghệ đặt ra Bộ điều khiển sẽ căn cứ vào sai lệch ε, sai lệch giữa lưu lượng đặt và lưu lượng thực tế để đưa ra tín hiệu điều khiển

Trang 39

UC tác động lên van điều khiển lưu lượng V Van điều khiển lưu lượng nhận tín hiệu điều khiển để điều chỉnh lưu lượng theo yêu cầu đặt ra

b2 Phương pháp điều khiển lưu lượng bằng biến tần:

Sơ đồ nguyên lý của hệ điều khiển lưu lượng bằng biến tần như sau:

Hình 2.9 Sơ đồ điều khiển lưu lượng bằng biến tần

- P: Bơm hóa chất, có nhiệm vụ bơm hóa chất, sử dụng động cơ không đồng bộ 3P rotor lồng sóc

- R: Bộ điều khiển PID để điều khiển lưu lượng

- INVT: Biến tần, dùng để điều khiển tốc độ động cơ bơm nhằm thay đổi lưu lượng,

có chức năng nhận tín hiệu điều khiển từ bộ điều khiển R để điều khiển lưu lượng theo yêu cầu

- F: Khâu phản hồi âm lưu lượng – chính là cảm biến lưu lượng ( đo và chuyển đổi tín hiệu)

- QS : Lưu lượng đặt, lưu lượng đặt này được lấy từ lưu lượng nước đầu vào theo một tỷ lệ đặt trước theo yêu cầu công nghệ

Trang 40

- Qf: Lưu lượng thực tế, được đo thông qua cảm biến lưu lượng

- ε: Sai lệch giữa lưu lượng đặt và lưu lượng thực tế

- UC: Tín hiệu điều khiển

Nguyên lý làm việc như sau:

Lưu lượng đặt của hoá chất sẽ được quyết định bởi lưu lượng nước đầu vào theo một tỷ lệ nhất định do quy trình công nghệ đặt ra Bộ điều khiển sẽ căn cứ vào sai lệch ε, sai lệch giữa lưu lượng đặt và lưu lượng thực tế để đưa ra tín hiệu điều khiển

UC cho biến tần, biến tần sẽ điều chỉnh tốc độ bơm dẫn đến thay đổi lưu lượng theo yêu cầu đặt ra

* Nhận xét:

+ Với phương pháp này việc điều khiển tương đối chính xác và hơn nữa, điều chỉnh lưu lượng bằng điều chỉnh tốc độ bơm thông qua biến tần không gây ra tổn thất, công suất tiêu thụ sẽ phụ thuộc vào lưu lượng yêu cầu, khi lưu lượng thấp thì tốc độ động cơ cũng thấp dẫn đến công suất tiêu thụ của động cơ cũng rất thấp Sử dụng biến tần tiết kiệm được năng lượng và nâng cao cao được hệ số công suất

+ Tuy nhiên sử dụng biến tần là thiết bị đắt tiền cho nên làm tăng đầu tư ban đầu và còn một nhược điểm là gây nhiễu tín hiệu

Qua phân tích trên ta sử dụng phương pháp điều khiển lưu lượng bằng loại biến tần có bộ điều điều khiển PID

có kế hoạch bổ sung

Định dạng
Số trang	196
Dung lượng	8,36 MB