Đề tài Hệ thống tự động hoá xử lý nước thải

khiển, cơ cấu chấp hành, báo động sự cố cảm biến. Sự khác biệt giữa cảnh báo và báo động ở chỗ: cảnh báo tự mất đi khi thông số hết 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 nghệ đã 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 để đạt chế độ 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 tự động 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 sẽ đòi hỏi nhiều thời gian và kinh phí để phục hồi, mặt khác nếu thiết bị điều 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 hệ điều 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 Công ty Cổ phần Minh Việt – www.minhviet.com.vn Trung tâm ĐK-TĐ-CNTT – 04-5187221 – Fax: 04-5187262 intecom@minhviet.com.vn 15 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 tự động, các thông số khác phải dùng máy phân tích, có thông số đòi 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. Để điều 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 để điều 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 sẽ đưa 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 số điều chỉnh đem đến chất lượng nước đầu ra đạt yêu cầu thì người vận hành có thể lưu 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 nghệ để tự động phát sinh ra bộ tham số điều chỉnh và tự học. Hình 2 là sơ đồ tổng kết các chức năng của hệ thống tự động 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 tự động hoá và danh mục các thiết bị điện - tự động hoá tại hiện trường thể hiện tương ứng trong Hình 3 và Bảng 2 Công ty Cổ phần Minh Việt – www.minhviet.com.vn Trung tâm ĐK-TĐ-CNTT – 04-5187221 – Fax: 04-5187262 intecom@minhviet.com.vn 16 Hình 2 Sơ đồ chức năng hệ thống tự động hoá Hệ thống tự động hoá xử lý nước thải nhà máy bia Cấu hình hệ thống Hỗ trợ quyết định, hệ chuyên gia Giám sát, điều khiển có khoảng cách hoặc từ xa Cảnh báo/ Báo động Bảo vệ tự động Điều chỉnh tự động Lưu trữ, báo cáo thống kê Điều khiển dự phòng Đ i ề u c h ỉ n h p H Đ i ề u c h ỉ n h D O Đ i ề u c h ỉ n h l ư u l ư ợ n g G i á m s á t , đ i ề u k h i ể n đ ộ n g c ơ G i á m s á t , đ i ề u k h i ể n t h ô n g s ố n ư ớ c G i á m s á t , đ i ề u k h i ể n v a n N h ậ p g i á t r ị c h ủ đ ạ o ( s e t p o i n t ) N h ậ p n g ư ỡ n g c ả n h b á o / b á o đ ộ n g B ả o v ệ l i ê n đ ộ n g t ự đ ộ n g s ự c ố B ả o v ệ l i ê n đ ộ n g c ấ m c h ỉ C ả n h b á o s ớ m B á o đ ộ n g s ự c ố G i ả i t r ừ s ự c ố Các chức năng mở rộng L ư u t r ữ , b á o c á o t h ô n g s ố c h ấ t l ư ợ n g n ư ớ c L ư u t r ữ , b á o c á o s ự c ố , c ả n h b á o , b á o đ ộ n g L ư u t r ữ , b á o c á o t h ô n g s ố c ầ n c h o q u ả n l ý N h ậ p c á c t h ô n g s ố k h á c c ủ a h ệ t h ố n g Công ty Cổ phần Minh Việt – www.minhviet.com.vn Trung tâm ĐK-TĐ-CNTT – 04-5187221 – Fax: 04-5187262 intecom@minhviet.com.vn 17 Hình 3 Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải nhà máy bia sau khi áp dụng tự động hoá CHẮN RÁC T1 P1 P2 HỐ BƠM NƯỚC THẢI TỪ NHÀ MÁY BỂ CÂN BẰNG LV1 LV2 HCl NaOH DP PH1 M1 BỂ TRUNG HOÀ P3 PH2 BỂ KỴ KHÍ BIOGAS V1 V2 V3 B BỂ HIẾU KHÍ DO M2 SP BÙN KHÔ D BỂ LẮNG V4 V5 MÁY ÉP BÙN HỆ THỐNG THU HỒI VÀ XỬ LÝ BIOGAS T2 FL1 FL2 LV3 LV4 FI1 FI2 Công ty Cổ phần Minh Việt – www.minhviet.com.vn Trung tâm ĐK-TĐ-CNTT – 04-5187221 – Fax: 04-5187262 intecom@minhviet.com.vn 18 Bảng 2 Danh mục thiết bị điện - tự động hoá tại hiện trường của hệ thống TĐH XLNT TT Tên thiết bị Thông số kỹ thuật chính 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 rpm 5 Máy ép bùn D Công suất 15 KW 6 Máy gạt bùn M2 Công suất 5.5 KW; 0.2rpm 7 Bơm hoá chất DP Công suất 0.5 KW 8 Van điện từ V1, V2 Nguồn cấp 220V AC 9 Thiết bị đo pH1, pH2, T1, T2, DO, FL1, FL2 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 Công ty Cổ phần Minh Việt – www.minhviet.com.vn Trung tâm ĐK-TĐ-CNTT – 04-5187221 – Fax: 04-5187262 intecom@minhviet.com.vn 19 4. Lưu đồ hoạt động của hệ thống tự động hoá xử lý nước thải Điều chỉnh pH trong Bể trung hoà Lưu đồ điều chỉnh pH được hiển thị trên Hình 4. Để tiết kiệm chi phí mua thiết bị, chỉ dùng một bơm định lượng. Khi pH<pH_Low (ngưỡng điều khiển dưới), đóng van HCl, nếu còn NaOH thì mở van NaOH, tính lượng bơm để điều khiển bơm đạt lượng cần, bật bơm NaOH và máy khuấy. Trái lại nếu pH>pH_Hi (ngưỡng điều khiển trên), đóng van NaOH, nếu còn HCl thì mở van HCl, tính lượng bơm để điều khiển bơm đạt lượng cần, bật bơm HCl và máy khuấy. Điều khiển theo luật PID sử dụng PID mềm kiểu điều khiển liên tục hoặc điều khiển tạo xung.[6] Khi điều khiển tay, không cho phép mở cùng một lúc hai van NaOH và HCl (liên động cấm chỉ). Khi muốn bơm NaOH bắt buộc phải mở van NaOH trước, trái lại nếu van đang đóng thì không cho phép bơm. Tương tự đối với bơm HCl. Đây chính là điều kiện khoá liên động để tránh hỏng bơm. Điều kiện liên động này được đặt trong PLC. Khi chế độ là Manual thì người vận hành có thể tự quyết định bật bơm hoá chất bao lâu để pH đạt yêu cầu (lượng hoá chất tỷ lệ với thời gian mở bơm). Nếu bơm hoá chất dùng biến tần thì có thể thiết kế núm điều chỉnh mịn cho lượng hoá chất trên bàn điều khiển hoặc HMI. Điều khiển khoá liên động đối với pH Lưu đồ điều khiển khoá liên động đối với pH thể hiện trên Hình 5. Đối với trường hợp giá trị pH2 vượt ngưỡng, nếu đặt chế độ là Manual thì người vận hành sẽ quan sát biến động pH trên màn hình. Khi pH2 vượt ngưỡng thì người vận hành sẽ tự quyết định đưa ra lệnh điều khiển cho PLC để tắt các bơm P1, P2, P3. Nếu chế độ là Auto thì PLC sẽ tự động tắt các bơm P1, P2, P3 nếu các khoá liên động được khoá, trái lại bơm vẫn hoạt động bình thường. Có nhiều khoá liên động phụ cho phép người vận hành lựa chọn bơm cần tắt khi có sự cố. Việc cho phép bơm hoạt động trở lại và hết báo động chỉ khi đã bấm nút giải trừ sự cố trên bàn điều khiển. Trong lưu đồ biến SC (sự cố) chỉ được chương trình trên PLC cho =1 duy nhất 1 lần khi pH2 vượt ngưỡng và chương trình chỉ đưa biến này về 0 khi tín hiệu từ nút giải trừ sự cố đưa về PLC là =1. Còn nếu không thì cho dù pH2 sau đó có không vượt ngưỡng nữa thì biến SC vẫn duy trì =1 và đèn báo động nhấp nháy để người vận hành biết được đã có sự cố nào đó trong công đoạn Bể trung hoà, từ đó kiểm tra xem khâu điều khiển pH có vấn đề gì không (ví dụ: hỏng bơm định lượng, hỏng van điện, tắc ống dẫn hoá chất, hỏng cảm biến pH1), và sau khi xử lý xong thì bấm giải trừ để xoá bỏ sự cố đi. Như vậy sau một khâu điều khiển nào đó mà kiểm tra thấy thông số điều chỉnh vẫn không đạt yêu cầu thì phải ngừng bắt buộc một số thiết bị để đảm bảo an toàn. Công ty Cổ phần Minh Việt – www.minhviet.com.vn Trung tâm ĐK-TĐ-CNTT – 04-5187221 – Fax: 04-5187262 intecom@minhviet.com.vn 20 Hình 4 Lưu đồ điều chỉnh pH trong Bể trung hoà Công ty Cổ phần Minh Việt – www.minhviet.com.vn Trung tâm ĐK-TĐ-CNTT – 04-5187221 – Fax: 04-5187262 intecom@minhviet.com.vn 21 Hình 5 Lưu đồ điều khiển khoá liên động đối với pH Công ty Cổ phần Minh Việt – www.minhviet.com.vn Trung tâm ĐK-TĐ-CNTT – 04-5187221 – Fax: 04-5187262 intecom@minhviet.com.vn 22 Điều chỉnh DO trong Bể hiếu khí Lưu đồ điều chỉnh DO được hiển thị trên Hình 6. Thiết bị đo DO sẽ đưa giá trị phản hồi cho vòng điều khiển kín trong chương trình PLC. PLC sẽ đưa ra tín hiệu điều khiển (dòng hoặc áp) cho biến tần cho động cơ của máy thổi khí để có DO như mong muốn. Sử dụng biến tần sẽ tiết kiệm điện năng nhờ điều chỉnh DO vừa đủ yêu cầu, trái với trường hợp không có điều chỉnh DO có thể quá lớn không cần thiết. Nếu DO không đạt yêu cầu thì chứng tỏ khâu điều khiển có sự cố (ví dụ: hỏng biến tần, tắc đường dẫn khí, hỏng động cơ) và cần báo động. Hình 6 Lưu đồ điều chỉnh DO trong Bể hiếu khí Công ty Cổ phần Minh Việt – www.minhviet.com.vn Trung tâm ĐK-TĐ-CNTT – 04-5187221 – Fax: 04-5187262 intecom@minhviet.com.vn 23 Điều chỉnh lưu lượng vào Bể kỵ khí Để điều chỉnh lưu lượng (Hình 7) chỉ cần đặt trước giá trị đầu vào (dòng hoặc áp) cho biến tần, trong biến tần tích hợp sẵn bộ điều khiển PID để điều chỉnh ổn định tốc độ động cơ bơm, nhờ đó ổn định lưu lượng theo giá trị chủ đạo (setpoint). Sử dụng biến tần sẽ tiết kiệm điện vì biến tần có sẵn chức năng tự động điều chỉnh công suất động cơ theo phụ tải. Nếu lưu lượng không đạt thì P1, P2 hoặc P3 có sự cố hoặc đường ống có sự cố và cần báo động. Hình 7 Lưu đồ điều chỉnh lưu lượng vào Bể kỵ khí Công ty Cổ phần Minh Việt – www.minhviet.com.vn Trung tâm ĐK-TĐ-CNTT – 04-5187221 – Fax: 04-5187262 intecom@minhviet.com.vn 24 Điều khiển bơm P1 vào Bể cân bằng Lưu đồ điều khiển bơm P1 vào bể cân bằng được hiển thị trên Hình 8. Ở chế độ Auto bơm P1 sẽ được điều khiển tự động tắt/bật theo mức nước trong bể cân bằng. Ở chế độ Manual việc tắt/bật P1 hoàn toàn do người vận hành quyết định Hình 8 Lưu đồ điều khiển bơm P1 Công ty Cổ phần Minh Việt – www.minhviet.com.vn Trung tâm ĐK-TĐ-CNTT – 04-5187221 – Fax: 04-5187262 intecom@minhviet.com.vn 25 Cảnh báo sự cố Lưu đồ cảnh báo sự cố được hiển thị trên Hình 9 và Hình 10. Các cảnh báo gồm hai loại: cảnh báo vượt ngưỡng (phát hiện bằng cách so sánh giá trị thiết bị đo với ngưỡng đặt trước trong chương trình) và cảnh báo theo thiết bị khống chế dạng tiếp điểm (ví dụ: van phao). Trong dây chuyền công nghệ có các cảnh báo cho các thông số sau: T, pH, DO, lưu lượng, mức nước, mức hoá chất. Báo động sự cố Lưu đồ báo động sự cố được hiển thị trên Hình 11. Việc Kiểm tra phát hiện sự cố được thực hiện bằng các phương pháp sau: ƒ PP1 : Bằng thiết bị chuyên dụng như các thiết bị bảo vệ và báo động sự cố động cơ, bơm,... ƒ PP2: Xây dựng mạch phụ trợ riêng phục vụ báo động và bảo vệ liên động ƒ PP3: Bằng chương trình kết hợp tín hiệu phản hồi Trong đó PP3 là đơn giản nhất, được thực hiện theo nguyên tắc so sánh kết quả đầu ra thực tế của quá trình điều khiển với giá trị yêu cầu. Ví dụ: nếu người vận hành hoặc chương trình ra lệnh điều khiển bật động cơ nhưng tín hiệu phản hồi (từ mạch phụ trợ hoặc thiết bị đo như đo tốc độ,...) báo động cơ tắt thì báo động sự cố. Tuy nhiên PP3 có nhược điểm là nếu thiết bị điều khiển (PLC) hỏng thì không thể báo động được, do đó cần kết hợp cả 3 phương pháp và thậm chí cả điều khiển dự phòng để tăng độ tin cậy. Công ty Cổ phần Minh Việt – www.minhviet.com.vn Trung tâm ĐK-TĐ-CNTT – 04-5187221 – Fax: 04-5187262 intecom@minhviet.com.vn 26 Hình 9 Lưu đồ cảnh báo sự cố-1 Công ty Cổ phần Minh Việt – www.minhviet.com.vn Trung tâm ĐK-TĐ-CNTT – 04-5187221 – Fax: 04-5187262 intecom@minhviet.com.vn 27 Hình 10 Lưu đồ cảnh báo sự cố -2 Công ty Cổ phần Minh Việt – www.minhviet.com.vn Trung tâm ĐK-TĐ-CNTT – 04-5187221 – Fax: 04-5187262 intecom@minhviet.com.vn 28 Hình 11 Báo động sự cố Công ty Cổ phần Minh Việt – www.minhviet.com.vn Trung tâm ĐK-TĐ-CNTT – 04-5187221 – Fax: 04-5187262 intecom@minhviet.com.vn 29 Điều khiển bơm bùn Lưu đồ điều khiển bơm bùn thể hiện trên Hình 12. Hình 12 Lưu đồ điều khiển bơm bùn Công ty Cổ phần Minh Việt – www.minhviet.com.vn Trung tâm ĐK-TĐ-CNTT – 04-5187221 – Fax: 04-5187262 intecom@minhviet.com.vn 30 5. Lựa chọn công nghệ và thiết kế mô hình hệ thống tự động hoá a) Yêu cầu lựa chọn công nghệ Công nghệ hệ thống tự động hoá được lựa chọn trên cơ sở sau: ƒ Hệ thống điều khiển sử dụng công nghệ tiên tiến trong lĩnh vực tự động hóa đồng thời thiết bị, vật tư phải thông dụng trên thị trường Việt Nam để thuận tiện trong bảo hành, thay thế, sửa chữa khi có sự cố. ƒ Hệ thống phải dễ dàng mở rộng, hỗ trợ nối ghép với các hệ thống khác thông qua các mạng công nghiệp thông dụng đã được chuẩn hóa theo các chuẩn hóa quốc tế (như Profibus, Industrial Ethernet, ...) khi cần thiết sau này. ƒ Phần mềm điều hành hệ thống được xây dựng trên nền hệ SCADA mở, hỗ trợ nhiều chuẩn thông dụng hiện nay trên thế giới. ƒ Đầu đo và các cơ cấu chấp hành cần được lựa chọn đảm bảo môi trường, điều kiện làm việc đặc biệt trong xử lý nước thải. Cụ thể cần sử dụng các loại đầu đo chuyên dụng, thiết kế đúng cho các ứng dụng trong lĩnh vực xử lý nước thải với các tiêu chuẩn bảo vệ cao (ít nhất IP65, chủ yếu IP67/IP68). b) Các thành phần hệ thống tự động hoá và lựa chọn công nghệ Hệ thống điều khiển tự động bao gồm các thành phần chính sau: ƒ Tủ điện cấp nguồn động lực và điều khiển. ƒ Trạm điều khiển tự động. ƒ Trạm máy tính. ƒ Bàn điều khiển bằng tay ƒ Khối các thiết bị đo, transmitter. ƒ Cơ cấu chấp hành (động cơ, van điện). Tủ điện cấp nguồn động lực và điều khiển Tủ điện cấp nguồn động lực và điều khiển gồm các thành phần chính sau: ƒ Các bộ cầu chì, cầu dao, aptomat, rơle nhiệt. ƒ Các thiết bị đo điện, đèn chỉ thị, đồng hồ von kế và ampe kế ƒ Các thiết bị chuyển dòng. Tất cả các thiết bị trong Tủ điện cấp nguồn có cùng dạng thiết kế, bền, làm từ thép, cơ cấu chuyển mạch đáp ứng các tiêu chuẩn về cung cấp điện và có sơ đồ, tài liệu chi tiết kèm theo. Các thanh chuyển làm bằng đồng, có trang bị phần bao bọc bên ngoài. Các cơ cấu chuyển mạch được gắn trong cửa, có nhãn nhận dạng. Các nhãn mác phía dưới của cửa tủ điện sẽ cung cấp các dữ liệu: mức điện áp, dòng điện, tần số, dòng ngắn mạch, mức độ dòng của thanh chuyển mạch chính và phân loại bảo vệ. Tủ điện được sơn tĩnh điện chống ăn mòn và trang bị quạt thông gió. Các thiết bị, vật tư chủ yếu lựa chọn có xuất xứ từ Nhật hoặc G7. Tủ sẽ do Việt Nam thiết kế chế tạo vỏ, đi dây và lắp đặt. Công ty Cổ phần Minh Việt – www.minhviet.com.vn Trung tâm ĐK-TĐ-CNTT – 04-5187221 – Fax: 04-5187262 intecom@minhviet.com.vn 31 Trạm điều khiển tự động Trạm điều khiển tự động là đầu não của toàn bộ hệ thống. Tại đây toàn bộ các thông tin đo lường từ các thiết bị đo, cơ cấu chấp hành, trạng thái hệ thống được kiểm soát chặt chẽ, xử lý, tính toán và ra các lệnh điều khiển kịp thời, trực tiếp tới từng đối tượng điều khiển. Trạm điều khiển tự động được xây dựng trên cơ sở bộ khả trình SIMATIC PLC S7-300 của hãng SIEMENS cho phép đáp ứng các yêu cầu lựa chọn công nghệ đã nêu trên đồng thời giá thành phải chăng và có khả năng mở rộng, nâng cấp thành hệ điều khiển dự phòng một cách dễ dàng. Ngoài ra, nhiều công trình tại Việt Nam và trên thế giới sử dụng công nghệ tự động hoá SIMATIC đã chứng tỏ độ ổn định và tin cậy cao và SIEMENS là một trong những hãng lớn trong lĩnh vực tự động hoá đã có mặt tại Việt Nam từ lâu với đại diện và nhiều đại lý phân phối chính thức, có hỗ trợ kỹ thuật tốt. Trạm máy tính Do yêu cầu làm việc liên tục 24/24 , 7/7 nên Trạm máy tính được xây dựng trên cơ sở các PC công nghiệp có độ bền, tin cậy cao. Trạm máy tính bao gồm 01 IPC SIMATIC WinCC Server, 01 máy IPC SIMATIC WinCC Client, Switch Module, Router và SMS MODEM. Bàn điều khiển bằng tay Bàn điều khiển giúp vận hành hệ thống trong chế độ bằng tay. Bàn điều khiển được thiết kế gồm các nút ấn, đèn hiệu và còi báo động. Các thiết bị, vật tư lựa chọn có xuất xứ từ Nhật hoặc G7. Bàn điều khiển sẽ do Việt Nam thiết kế chế tạo. Khối các thiết bị đo, transmitter Các đầu đo là loại đặc chủng dùng trong xử lý nước thải với mức độ bảo vệ cao (đa phần IP65, IP67 hoặc IP68), chủ yếu sử dụng của hãng Endress&Hauser (E+H) [8]có hiển thị số tại chỗ. E+H sản xuất các thiết bị đo chuyên dụng chất lượng cao cho xử lý nước thải. Hãng có đại diện và nhà phân phối chính thức tại Việt Nam. Cơ cấu chấp hành Các động cơ, van điện từ đã có sẵn trong hệ thống. Biến tần điều khiển động cơ sử dụng của hãng Control Techniques (Anh)[7] c) Thiết kế mô hình hệ thống tự động hoá Công ty Cổ phần Minh Việt – www.minhviet.com.vn Trung tâm ĐK-TĐ-CNTT – 04-5187221 – Fax: 04-5187262 intecom@minhviet.com.vn 32 Hình 13 Mô hình hệ thống tự động hoá INTERNET IPC Client 2 IE NetCard Router IPC Server CP 5613 IE NetCard MPI P S 3 0 7 2 4 V D C / 1 0 A C P U 3 1 5 - 2 D P S M 3 2 2 1 6 D O S M 3 2 3 8 D I / 8 D O S M 3 2 1 1 6 D I S M 3 3 2 4 A O S M 3 3 1 8 A I SWITCH SMS MODEM IE IE BÀN ĐIỀU KHIỂN CƠ CẤU CHẤP HÀNH CẢM BIẾN TRUNG TÂM ĐIỀU KHIỂN IPC Client 1 IE NetCard Công ty Cổ phần Minh Việt – www.minhviet.com.vn Trung tâm ĐK-TĐ-CNTT – 04-5187221 – Fax: 04-5187262 intecom@minhviet.com.vn 34 Giải thích mô hình Việc điều khiển xử lý nước thải được tập trung vào một Trung tâm điều khiển (Hình 13), từ đây có thể theo dõi giám sát, điều khiển toàn bộ dây chuyền. Trung tâm có thể đặt ngay bên cạnh công trình cần điều khiển hoặc ở vị trí cách xa công trình. Người vận hành tại Trung tâm phải làm các nhiệm vụ sau: ƒ Theo dõi, kiểm tra các thông số về mặt chất lượng và số lượng của quá trình công nghệ ƒ Theo dõi các tín hiệu về trạng thái, chế độ làm việc của thiết bị, về cảnh báo, báo động ƒ Thông qua các chỉ số theo dõi để lựa chọn chế độ làm việc tối ưu cho dây chuyền công nghệ. Chế độ làm việc tối ưu được hiểu là chế độ mà trong đó chi phí về nguyên vật liệu và năng lượng trên một đơn vị sản phẩm là ít nhất. Trung tâm điều khiển có 02 IPC (Industrial PC), trong đó có một máy chủ IPC Server, một máy khách IPC Client1 kết nối với nhau qua Switch, chuẩn truyền thông là IE (Industrial Ethernet). Router cho phép hệ thống máy tính kết nối với IPC Client2 điều khiển từ xa thông qua mạng Internet. SMS MODEM cho phép IPC Server trao đổi thông tin với máy mobile phone của người có trách nhiệm. IPC Server kết nối với Trạm điều khiển PLC qua mạng MPI nhờ trên IPC Server có Card truyền thông công nghiệp SIMATIC CP 5613. Bàn điều khiển tay, cơ cấu chấp hành và cảm biến kết nối với các module mở rộng của Trạm điều khiển bằng cáp tín hiệu chuẩn. Người vận hành điều khiển hệ thống thông qua IPC hoặc Bàn điều khiển. Tủ điện cấp nguồn, Trạm điều khiển tự động PLC đặt trong phòng điều khiển cách hệ thống máy tính và bàn điều khiển một khoảng cách ngắn (theo thiết kế tính theo đường dây dưới 50m) và không cần phải theo dõi thường xuyên trong quá trình vận hành. Toàn bộ các số liệu quá trình và trạng thái hệ thống cũng như các cảnh báo, báo động sẽ được thể hiện trên máy tính và các đèn báo, trên bàn điều khiển. Tín hiệu từ tất cả các nút điều khiển tay đều đi qua PLC, trừ nút dừng khẩn cấp ESTOP. Trên bàn điều khiển có nút chuyển đổi giữa hai chế độ: điều khiển tự động (Auto) và điều khiển tay (Manual) . Chế độ điều khiển do người vận hành bằng tay quyết định. Khi người vận hành chuyển khoá sang Manual thì PLC sẽ không thực hiện các chức năng điều khiển tự động của các khâu sau: pH, DO, Flow và người vận hành hoàn toàn chủ động trong điều khiển tay. Cũng có thể thiết kế chi tiết hơn nữa bằng cách thêm 03 khoá phụ cho ba khâu điều khiển pH, DO, Flow, nếu đã chuyển sang Manual nhưng khoá phụ nào vẫn mở thì vẫn bị sự chi phối của điều khiển tự động (trong trường hợp này Manual chỉ là chế độ bán tự động). Khi chế độ điều khiển là Manual tất cả các nút điều khiển ON/OFF trên giao diện người máy (HMI) trên IPC đều bị vô hiệu hoá. Tuy nhiên PLC vẫn đưa dữ liệu về IPC và thực hiện cảnh báo/báo động và cho phép đặt cấu hình. Khi vận hành hệ thống trong chế độ bằng tay có thể lựa chọn một số hoặc tất cả các công đoạn trong hệ thống sẽ điều khiển bằng tay (thông qua bàn điều khiển bằng tay hoặc kích hoạt chuột trên máy tính) trong khi các công đoạn còn lại vẫn chạy trong chế độ tự động. Đối với các công đoạn vận hành bằng tay, người vận hành sẽ tự quyết định việc điều khiển các thiết bị trong công đoạn đó trong khi PLC mặc dù không tham gia trực tiếp vào quá trình điều khiển nhưng vẫn giám sát các hoạt này và do vậy vẫn đảm bảo các chức năng hiển thị các giá trị đo, cảnh báo, báo động sự cố cho người vận hành. Công ty Cổ phần Minh Việt – www.minhviet.com.vn Trung tâm ĐK-TĐ-CNTT – 04-5187221 – Fax: 04-5187262 intecom@minhviet.com.vn 35 Trái lại, nếu người vận hành vặn khoá trên bàn điều khiển sang chế độ Auto thì các nút điều khiển ON/OFF các động cơ, điều khiển lượng hoá chất, lưu lượng nước trên bàn điều khiển tay đều bị vô hiệu hoá trừ nút ESTOP và nút giải trừ sự cố. Khi chuyển chế độ thì đèn trên bàn điều khiển và trên HMI đều đồng bộ thay đổi theo. Khi vận hành trong chế độ tự động, hệ thống sẽ tự động cập nhật số liệu từ các đầu đo, nhận biết trạng thái làm việc của các thiết bị, máy móc trong hệ thống và xử lý, tự động điều khiển các thiết bị theo chu trình công nghệ định trước. Chu trình này có thể dễ dàng thay đổi các tham số làm việc, có thể can thiệp, chuyển đổi sang chế độ vận hành bằng tay dễ dàng cũng như sau đó có thể đưa trở lại về chế độ tự động để hệ thống tiếp tục điều khiển chu trình công nghệ. Việc điều khiển các thiết bị có thể đơn giản thông qua chuột máy tính. Tín hiệu từ tất cả các sensor (đầu đo) và điều khiển cơ cấu chấp hành (bơm, van điện, máy sục, ...) đặt tại các khu vực trong dây chuyền được đưa tập trung về một trung tâm giám sát và điều hành. Tại đây mọi diễn biến hoạt động của từng đối tượng được theo dõi và kiểm soát chặt chẽ thông qua bàn điều khiển và trợ giúp của máy tính. Các thông số về lưu lượng nước thải, khống chế mực nước trong các bể, chất lượng nước thải như pH, nhiệt độ, ô xy hòa tan (DO) và tình trạng hoạt động của các thiết bị được cập nhật về phòng điều khiển trung tâm và hiển thị lên màn hình máy tính. Từ đây, người vận hành hệ thống có thể nhận biết một số thông số quan trọng về tính chất của nước thải trong từng hệ thống xử lý, hoạt động của các thiết bị và có thể điều khiển chúng theo mong muốn. Các thông số hoạt động của hệ thống được ghi lưu lại trong đĩa cứng. Báo cáo hàng ngày qua các bảng biểu được in ra máy in gắn với máy tính nhờ một chức năng trong phần mềm SCADA đã cài đặt. Một số quá trình điều khiển tự động đặc biệt trong dây chuyền công nghệ như điều chỉnh pH, lưu lượng nước được thực hiện thông qua các khối phần mềm chuyên dụng sử dụng các thuật toán điều khiển kinh điển (PI, PID) và c