He thong xu ly nuoc thai

CÔNG TY CỔ PHẦN MINH VIỆT
TRUNG TÂM ĐIỀU KHIỂN – TĐH - CNTT
GIỚI THIỆU
HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HOÁ
XỬ LÝ NƯỚC THẢI
THÁNG 2-2006

Công ty Cổ phần Minh Việt – www.minhviet.com.vn
Trung tâm ĐK-TĐ-CNTT – 04-5187221 – Fax: 04-5187262 intecom@minhviet.com.vn
2
MỤC LỤC
HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HOÁ XỬ LÝ NƯỚC THẢI
I. KHẢO SÁT, PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI .5
1. Khảo sát và đánh giá trình độ công nghệ xử lý nước thải .......................5
2. Khả năng áp dụng tự động hoá xử lý nước thải nhà máy bia..................9
II. NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG HOÁ XỬ LÝ NƯỚC
THẢI.......................................................................................................10
1. Mục đích áp dụng tự động hoá xử lý nước thải.....................................10
2. Yêu cầu và cơ sở xây dựng hệ thống tự động hoá ...............................10
3. Thiết kế các chức năng hệ thống tự động hoá xử lý nước thải .............12
4. Lưu đồ hoạt động của hệ thống tự động hoá xử lý nước thải ...............19
5. Lựa chọn công nghệ và thiết kế mô hình hệ thống tự động hoá ...........30
6. Giới thiệu các thiết bị chính trong hệ thống tự động hoá .......................35
7. Thiết kế phần mềm SCADA (Superviser Control And Data Aquisision) cho hệ
thống TĐH .................................................................................................42
III. PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ ÁP DỤNG TỰ ĐỘNG HOÁ XỬ LÝ NƯỚC THẢI51
1. Tính ưu việt của tự động hoá về mặt kinh tế - kỹ thuật..........................51
2. Các chỉ số về hiệu quả kinh tế của tự động hoá....................................51
IV. PHỤ LỤC ...............................................................................................55
1. Sơ đồ hệ thống điện - tự động hoá........................................................55
2. Mã chương trình điều khiển trên PLC....................................................55
V. TÀI LIỆU THAM KHẢO VÀ SỬ DỤNG..................................................65

3
Quy định các từ viết tắt trong tài liệu
Từ viết tắt Viết đầy đủ
XLNT Xử lý nước thải
HTXLNT Hệ thống xử lý nước thải
HTTĐH Hệ thống tự động hoá
ĐK Điều khiển
CB Cảnh báo
BĐ Báo động
SC Sự cố
P Pump (bơm)
DP Dosing Pump (bơm định lượng)
SP Sludge Pump (bơm bùn)
D Decanter (máy ép bùn)
M Motor
B Blower (máy thổi khí)
FL Flow (lưu lượng)
LV Level (mức nước)
FI Frequency Inverter (Biến tần)

4
TỔNG QUAN VỀ TỰ ĐỘNG HOÁ XỬ LÝ
NƯỚC THẢI TRÊN THẾ GIỚI
Cùng với sự phát triển của sản xuất công nghiệp, xử lý nước thải công nghiệp đang là vấn
đề vô cùng quan trọng, bảo đảm cho sự trong sạch môi trường sống đồng thời góp phần vào
sự phát triển bền vững của nền kinh tế mọi quốc gia trên thế giới. Tại nhiều nước có nền công
nghiệp phát triển cao như Nhật, Mỹ, Anh, Pháp,... các hệ thống xử lý nước thải công nghiệp
đã được nghiên cứu và đưa vào ứng dụng từ lâu, đặc biệt các thành tựu tiên tiến trong lĩnh
vực tự động hoá cũng đã được áp dụng và đem lại hiệu quả kỹ thuật, kinh tế xã hội vô cùng to
lớn.
Nhiều hãng đi đầu trong lĩnh vực này như USFilter, Aquatec Maxcon, Hunter Water
Corporation (HWC), Global Industries.Inc... đã đưa ra các giải pháp công nghệ xử lý nước
thải hiện đại. Những công nghệ tự động hoá của các công ty hàng đầu trên thế giới như
SIEMENS, AB, YOKOGAWA,... được sử dụng rộng rãi trong các công trình xử lý nước thải.
Có thể nói trình độ tự động hoá xử lý nước thải đã đạt mức cao, tất cả các công việc giám sát,
điều khiển đều có thể thực hiện được tại một Trung tâm, tại đây người vận hành được hỗ trợ
bởi những công cụ đơn giản, dễ sử dụng như giao diện đồ hoạ trên PC, điều khiển bằng kích
chuột,... góp phần nâng hiệu quả cho công việc quản lý điều hành dây chuyền công nghệ.
Ngoài ra cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin và viễn thông, khoảng cách về không
gian và thời gian đã được rút ngắn, cho phép người vân hành có thể điều khiển từ cách xa
hàng ngàn km với chỉ một máy tính PC hoặc nhận được thông tin về hệ thống thông qua
SMS. Hơn thế, hệ thống tự động hoá xử lý nước thải còn được tích hợp với các hệ thống điều
hành ở cấp độ điều khiển cao hơn như cấp điều hành sản xuất (manufacturing execution:
workflow, order tracking, resources), cấp xí nghiệp (enterprise:Production planning, orders,
purchase) và trên cùng là cấp quản trị (administration:Planning, Statistics, Finances) nhằm
nâng cao hơn nữa mức tự động hoá và tối ưu hoá quá trình sản xuất.
Ngoài ra, trong lĩnh vực điều khiển đã có rất nhiều các lý thuyết điều khiển hiện đại được
áp dụng như điều khiển mờ, mạng nơ-ron, điều khiển dự báo trước (predicted control), điều
khiển lai ghép (hybrid control),... được ứng dụng trong xử lý nước thải để nâng cao chất
lượng điều khiển và hiệu suất của các công đoạn xử lý. Lý thuyết hệ chuyên gia cũng được áp
dụng mở ra khả năng tự động hoá hoàn toàn cho xử lý nước thải[3].

5
I. KHẢO SÁT, PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI
1. Khảo sát và đánh giá trình độ công nghệ xử lý nước thải
Khảo sát công nghệ xử lý nước thải nhà máy bia
Hệ thống xử lý nước thải nhà máy bia gồm nhiều công đoạn được thể hiện như trên
Hình 1. Hoạt động của hệ thống như sau:
Nước thải từ nhà máy được thu gom vào hố bơm. Từ hố bơm P1 bơm nước qua song chắn
rác. Đây là bước xử lý sơ bộ. Mục đích của quá trình là khử tất cả các tạp vật có thể gây ra sự
cố trong quá trình vận hành hệ thống xử lý nước thải như làm tắc máy bơm, đường ống hoặc
kênh dẫn. Đây là bước quan trọng đảm bảo an toàn và điều kiện làm việc thuận lợi cho cả hệ
thống. Rác tự động vào thùng chứa bằng cách xối nước liên tục hoặc cào thủ công.
Sau song chắn rác, nước tự chảy vào bể cân bằng. Bể này có tác dụng điều hoà lưu lượng
để duy trì dòng thải vào gần như không đổi cho các công đoạn sau, khắc phục những vấn đề
vận hành do sự dao động lưu lượng nước thải gây ra và nâng cao hiệu suất của các quá trình ở
cuối dây chuyền xử lý. Nhiệt độ nước được đo thủ công theo chu kỳ hoặc thời điểm tuỳ thuộc
vào kỹ sư vận hành. Máy bơm P2 sẽ bơm nước từ bể cân bằng vào bể trung hoà và ổn định
lưu lượng.[5]
Nước thải chứa các axít vô cơ hoặc kiềm cần được trung hoà đưa pH về khoảng 7±0.2
trước khi sử dụng cho công đoạn xử lý tiếp theo. Trung hoà nước thải thực hiện bằng cách bổ
sung các tác nhân hoá học. Trong quá trình trung hoà, một lượng bùn cặn được tạo thành.
Lượng bùn này phụ thuộc vào nồng độ và thành phần của nước thải cũng như loại và lượng
các tác nhân sử dụng cho quá trình [5]
Để trung hoà trong công nghệ này người ta sử dụng tác nhân hoá học là NaOH và HCl.
Khi pH vượt ngưỡng dưới thì bơm định lượng DP bổ sung thêm NaOH, khi pH vượt ngưỡng
trên thì DP bổ sung HCl và cho máy khuấy M1 hoạt động. Máy khuấy tạo điều kiện thuận lợi
cho phản ứng trung hoà và làm đồng đều hoá chất bổ sung với nước thải. Điều khiển pH được
thực hiện thủ công. Để bảo đảm an toàn cho vi sinh vật người vận hành thường xuyên phải đo
tay độ pH đầu nguồn nước vào bể kỵ khí để đảm bảo chắc chắn rằng pH không vượt ngưỡng
cho phép. Khi phát hiện pH không đạt yêu cầu thì người vận hành tắt P1, P2, P3 để cắt nguồn
nước không bảo đảm chỉ tiêu pH cho công đoạn xử lý sinh học tiếp sau vì các vi sinh vật rất
nhạy cảm với pH, pH ảnh hưởng rất lớn đến quá trình tạo men trong tế bào và quá trình hấp
thụ các chất dinh dưỡng vào tế bào. Nếu vi sinh vật chết sẽ cần nhiều thời gian và kinh phí để
khôi phục lại chúng đồng thời làm gián đoạn sản xuất [5]
Sau khi trung hoà nước được xử lý tiếp bằng các phương pháp sinh học. Người ta sử dụng
các phương pháp sinh học để làm sạch nước thải khỏi nhiều chất hữu cơ hoà tan và một số
chất vô cơ như H2S, các chất sunfit, amoniac, nitơ…Phương pháp này dựa trên cơ sở sử dụng
hoạt động của vi sinh vật để phân huỷ các chất hữu cơ gây nhiễm bẩn trong nước thải. Các vi
sinh vật sử dụng các chất hữu cơ và một số chất khoáng làm nguồn dinh dưỡng và tạo năng
lượng. Trong quá trình dinh dưỡng, chúng nhận các chất dinh dưỡng để xây dựng tế bào, sinh
trưởng và sinh sản nên sinh khối của chúng được tăng lên. Quá trình phân huỷ các chất hữu
cơ nhờ vi sinh vật gọi là quá trình oxy hoá sinh hoá [4]. Trong công nghệ sử dụng hai phương
pháp là kỵ khí và hiếu khí tại các bể kỵ khí và hiếu khí (Hình 1).

6
Phương pháp kỵ khí được dùng để lên men bùn cặn sinh ra trong quá trình xử lý bằng
phương pháp sinh học hoặc nước thải công nghiệp chứa hàm lượng các chất hữu cơ cao
(BOD=4÷5 g/l). Đây là phương pháp cổ điển nhất dùng để ổn định bùn cặn, trong đó các vi
khuẩn kỵ khí phân huỷ các chất hữu cơ. Tuỳ thuộc vào loại sản phẩm cuối cùng, người ta
phân loại quá trình này thành: lên men rượu, lên men axit lactic, lên men metan, ...Những sản
phẩm cuối của quá trình lên men là: cồn, các axit, axeton, khí CO2, H2, CH4. Trong công nghệ
các chất khí (biogas) sẽ được thu hồi và đốt nhờ hệ thống thu hồi và xử lý khí[4].
Phương pháp hiếu khí là phương pháp sử dụng các nhóm vi sinh vật hiếu khí. Bể hiếu khí
luôn chứa các vi khuẩn hiếu khí. Trong công đoạn có hệ thống sục khí bao gồm máy thổi khí
B và các ống dẫn khí làm nhiệm vụ cung cấp đủ lượng ôxi cần thiết cho vi khuẩn trong quá
trình phân giải chất hữu cơ đồng thời xáo trộn làm tăng khả năng hấp thụ các chất hữu cơ của
vi sinh vật đảm bảo sự phân giải tối đa. Kết quả là hình thành các bông sinh học có thể lắng
trọng lực ở đầu ra của bể. Đối với đa số các vi sinh vật khoảng giá trị pH tối ưu là 6.5÷8.5.
Nhiệt độ nước thải ảnh hưởng rất lớn tới chức năng hoạt động của vi sinh vật. Đối với đa số
vi sinh vật, nhiệt độ nước thải phải từ 6÷370
C[4]. Nói chung giá trị DO luôn được bảo đảm
trong khoảng cho phép nhờ công suất không đổi của máy thổi khí theo thiết kế trừ trường hợp
có sự cố (hỏng máy thổi, tắc ống dẫn khí,...) và được giám sát thủ công. Nhiệt độ nước trong
bể đo thủ công theo quy trình vận hành (định kỳ hoặc theo thời điểm do kỹ sư vận hành quyết
định).
Nước thải sau khi được xử lý tại bể hiếu khí sẽ tràn sang bể lắng đứng. Tại đây sử dụng
phương pháp lắng trọng lực. Trong nước thải vào các bể này chứa bùn hoạt tính là sản phẩm
của quá trình phân giải của vi sinh tại bể hiếu khí. Bùn hoạt tính có dạng bông màu vàng nâu,
dễ lắng, kích thước từ 3 đến 5µm. Những bông này gồm các vi sinh vật sống và chất rắn
(40%). Vi sinh bao gồm vi khuẩn, động vật bậc thấp, dòi, giun, nấm men, nấm mốc, xạ
khuẩn,.... [4], một phần bùn được đưa quay trở lại bể hiếu khí để bảo đảm đủ lượng vi sinh
cần thiết. Bể lắng có thể tích thiết kế đủ lớn để nước được lưu trong đó vài giờ, đủ thời gian
cho quá trình lắng, do đó có thể xả bùn và ép bùn liên tục (luôn bật máy gạt bùn M2, bơm hút
bùn SP và máy ép bùn D). Các van tay V4, V5 được mở trước ở các độ mở nhất định, các
mức mở này do kỹ sư vận hành thực hiện nhằm đảm bảo sự cân bằng giữa thức ăn và vi
khuẩn hiếu khí.
Đánh giá trình độ công nghệ tự động hoá xử lý nước thải nhà máy bia
Trên cơ sở khảo sát công nghệ xử lý nước thải nhà máy bia nói trên chúng tôi đưa ra đánh
giá như sau:
Công nghệ có khả năng cho phép chất lượng nước đầu ra đạt TCVN theo đúng quy
định (TCVN 7221:2002, TCVN 5945:1995)
Công nghệ chưa áp dụng tự động hoá, việc giám sát điều khiển được thực hiện thủ
công dẫn tới độ ổn định, tin cậy thấp
Hiệu quả kỹ thuật, kinh tế, xã hội chưa cao.

7
Thống kê các thiết bị điện hiện có trong dây chuyền công nghệ XLNT
Bảng 1 Danh mục thiết bị điện hiện có
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

8
Hình 1 Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải nhà máy bia hiện tại
CHẮN RÁCP1
P2
HỐ BƠM
NƯỚC THẢI TỪ
NHÀ MÁY
BỂ CÂN BẰNG
HClNaOH
DP
M1
BỂ TRUNG HOÀ
P3
BỂ KỴ KHÍ
BIOGASV1 V2
V3
B
BỂ HIẾU KHÍ
M2
SP
BÙN KHÔ
D
BỂ LẮNG
V4
V5
MÁY ÉP BÙN
HỆ THỐNG THU HỒI
VÀ XỬ LÝ BIOGAS

9
2. Khả năng áp dụng tự động hoá xử lý nước thải nhà máy bia
Tại nhiều quốc gia có nền công nghiệp phát triển cao (Mỹ, Nhật, Đức, Anh, Pháp,...), các
hệ thống xử lý nước thải công nghiệp đã được nghiên cứu và đưa vào ứng dụng từ lâu. Nhiều
hãng hàng đầu trong lĩnh vực này như USFilter, Aquatec Maxcon, Hunter Water
Corporation(HWC), Global Industries.Inc ... đã đưa ra các giải pháp công nghệ tiên tiến xử lý
nước thải. Hầu hết các công nghệ hiện đại ngày nay đều được tự động hoá cao, nhờ đó đảm
bảo năng suất, chất lượng, hiệu quả như mong muốn.
Tại Việt Nam đã có những nhà máy xử lý nước thải hiện đại, sử dụng hoàn toàn hoặc phần
lớn các công nghệ của nước ngoài do đó mức độ tự động hoá cao, tuy nhiên giá thành đắt,
nhiều công nghệ không mang tính mở nên khó làm chủ hoàn toàn, chi phí nâng cấp, bảo trì
rất lớn.
Qua khảo sát kết hợp nghiên cứu, tìm hiểu các hệ thống xử lý nước thải trong và ngoài
nước, chúng tôi khẳng định rằng chúng ta hoàn toàn có thể tự thiết kế và xây dựng một hệ
thống tự động hoá hiện đại cho dây chuyền xử lý nước thải nhà máy bia. Bên cạnh đó, chính
nhờ phát huy tối đa nội lực trong nước chi phí đầu tư và bảo trì hệ thống sẽ giảm đáng kể.
Mức độ tự động hoá chủ yếu phụ thuộc vào khả năng đầu tư của nhà máy, song một thiết
kế hợp lý dựa trên các chuẩn quốc tế mở sẽ cho phép linh hoạt khi lựa chọn cấu hình hệ thống
cũng như nâng cấp mức độ tự động hoá và mở rộng hệ thống một cách dễ dàng trong tương
lai.
Hệ thống tự động hoá sẽ cho phép giám sát điều khiển tất cả các công đoạn xử lý nước
thải từ một Trung tâm điều khiển. Để làm được điều này cần trang bị thêm các thiết bị đo
lường, điều khiển và xây dựng thêm một số chức năng cần thiết đối với hệ thống tự động hoá
xử lý nước thải hiện đại. Các thiết bị đo lường, điều khiển nói chung rất sẵn có tại Việt Nam
với nhiều đại diện của các hãng lớn như Endress+Hauser, Yokogawa, Siemens,...Đây là một
thuận lợi khi xây dựng hệ thống tự động hoá.
Tóm lại:
Tự động hoá cho xử lý nước thải nhà máy bia là hoàn toàn khả thi về kỹ thuật và kinh tế
trong điều kiện Việt Nam hiện nay.

10
II. NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG HOÁ XỬ LÝ NƯỚC
THẢI
1. Mục đích áp dụng tự động hoá xử lý nước thải
Tự động hoá xử lý nước thải là điều cần thiết nhưng cũng không cần phải chạy đua theo
mốt, mà phải phân tích rõ mục đích của tự động hoá và đặc biệt phải chú ý: vì sao phải tự
động hoá và cho ai?[1]
Cải thiện điều kiện làm việc: Mục đích đầu tiên của tự động hoá là phải loại bỏ công việc
lặp lại và khó nhọc cho việc vận hành, ví dụ: liên tục theo dõi, kiểm tra nhiều thông số công
nghệ, tắt bật cơ cấu chấp hành, ghi chép số liệu, sự cố,...Tự động hoá và giám sát bằng máy
tính làm tiện lợi thêm khả năng khống chế từ xa một số lượng lớn các thông tin, đơn giản hoá
nhiệm vụ khai thác, giám sát và quản lý.[1]
Nâng cao hiệu quả của thiết bị: Trước hết ta có thể cải thiện chất lượng xử lý nước bằng
các thiết bị đo và điều chỉnh . Ví dụ như định lượng chất phản ứng, mức độ ô xy hoá, kiểm tra
nhiệt độ các bể phản ứng…Tự động hoá quá trình cho phép giải phóng con người và làm tăng
tốc độ tin cậy của hệ thống. Nhưng mục tiêu quan trọng là nâng cao độ chắc chắn vận hành
của thiết bị có tính đến các tiêu chuẩn độ tin cậy qua việc nghiên cứu các sự cố vận hành.
Nghĩa là dự phòng các phương án để thiết bị có thể làm việc liên tục trong trường hợp bị
hỏng hóc một bộ phận nào đó bằng cách đưa tự động các thiết bị dự phòng vào làm việc và
giải quyết hỏng hóc. Tự động hoá cho phép việc nghiên cứu thống kê các dữ liệu đã thu được,
mở ra con đường tối ưu của việc xử lý.[1]
Tăng năng suất lao động: Tự động hoá nhằm nâng cao năng suất bằng cách giảm chi phí
vận hành. Ta cũng có thể tối ưu hoá giá thành năng lượng chi phí hàng giờ và chi phí vật liệu.
Giảm nhân công vận hành và giảm công việc bảo dưỡng cũng cho phép giảm giá thành.[1]
Trợ giúp việc giám sát: Nó bao gồm việc lắp đặt bộ biến đổi, phát hiện báo động, đặt các
phương tiện ghi các dữ liệu và truyền đi xa cho đến nơi giám sát bằng máy tính. Tự động hoá
không có mục đích riêng, mức độ phức tạp của thiết bị phải đáp ứng điều kiện của nhà máy
và đối tượng xử lý. Tự động hoá chỉ xem như một bộ trợ giúp, không ép buộc. Một trong
những hậu quả của một hệ thống tự động không chắc chắn là khi “mất nhớ” nó không tiếp
xúc trực tiếp được với quá trình công nghệ được nữa. Tuy nhiên những ưu điểm của nó quá
rõ ràng nếu thiết bị được một chuyên gia về xử lý nước thải thiết kế và vận hành thực hiện.[1]
2. Yêu cầu và cơ sở xây dựng hệ thống tự động hoá
Hệ thống tự động hoá có thể chia làm hai phần: hệ thống thông tin và hệ thống điều khiển.
Hệ thống thông tin có nhiệm vụ thực hiện các chức năng thông tin. Các chức năng này cho
phép giám sát quá trình công nghệ: cụ thể là thu thập, bảo quản, thống kê và ghi lại các thông
tin đã diễn ra của quá trình điều khiển, cần cho dự báo trước các tình huống sự cố hay thông
tin về sự thay đổi yêu cầu đặt trước của quá trình[1].
Hệ thống điều khiển dùng để tạo ra và thực hiện các tác động điều khiển dựa trên các
nguyên lý điều khiển các đại lượng phụ thuộc của quá trình công nghệ; thực hiện điều khiển

11
tối ưu; bằng các phương tiện tự động thực hiện các thao tác logic và theo chương trình đối với
các phần tử phân tán (điều khiển phân tán các cơ cấu chấp hành , các liên động sự cố, khởi
động và dừng hệ thống máy ...).[1].
Đối với mỗi hệ thống tự động điều khiển quá trình công nghệ không nhất thiết phải thực
hiện tất cả các chức năng kể trên. Một số các chức năng không thích hợp với đối tượng công
nghệ này lại có thể thích hợp với đối tượng công nghệ trong hệ thống điều khiển ở mức cao
hơn. Hệ thống tự động điều khiển quá trình công nghệ thực chất là điều khiển tập trung quá
trình đó nhờ các phương tiện kỹ thuật điều khiển tự động.[1].
Vấn đề đo lường từ xa các thông số của hệ thống công nghệ là rất quan trọng. Các thông số
cần đo có thể kể đến như: mực nước trong các bể chứa, trong các buồng đầu vào công trình,
lưu lượng, các chỉ số chất lượng nước như pH, T, DO,.... Các thiết bị cho tín hiệu từ xa giúp
người điều khiển nhìn nhận được toàn cảnh về trạng thái làm việc của các thiết bị. Các thiết
bị hiện trường truyền về Trung tâm điều khiển các tín hiệu sau đây: tín hiệu về tắt sự cố, về
hỏng hóc các thiết bị điều khiển hay của các thiết bị phụ trợ (quạt, máy bơm ...), giá trị sự cố
của các thông số công nghệ, sự trục trặc điều tiết chất phản ứng ....[1].
Các phòng trong Trung tâm điều khiển thường được sắp xếp liền kề nhau, phòng có diện
tích lớn là phòng điều khiển chính có đặt các tủ nhiều thiết bị có bàn ghế của người vận hành.
Đằng sau tủ là các bộ phận cung cấp nguồn, điều khiển xa và các đầu vào của cáp. Trong
Trung tâm điều khiển, các tủ, trạm đặt thiết bị điều khiển cần được sắp xếp như thế nào để
người điều khiển từ chỗ ngồi làm việc có thể bao quát được tất cả các dụng cụ đo lường và
các tín hiệu. Kết cấu các tủ và trạm điều khiển yêu cầu phải đơn giản nhưng cho khả năng lắp
ráp dụng cụ một cách dễ dàng hoặc có thể thực hiện đổi chỗ chúng khi cần thiết. Trên sơ đồ
bằng các ký hiệu tương ứng làm tái hiện lại các tín hiệu truyền từ xa, đánh dấu trạng thái tác
động của các máy bơm, của khoá van, của các cầu giao dầu và các thiết bị khác. Bằng sự thay
đổi màu sắc, ánh sáng và kim quay chỉ trạng thái của đối tượng. Khi có các tín hiệu cảnh báo,
báo động cần cho ánh sáng đèn nhấp nháy..[1].
Với tiến bộ không ngừng của khoa học công nghệ tự động các phương tiện điều khiển
ngày một hiện đại hơn, có độ chắc chắn, tinh vi trong công tác lại có kích thước thu nhỏ. Rất
tiện ích về nhiều mặt. Điều đó đạt được khi các quá trình công nghệ được điều khiển bằng các
thiết bị vừa tính toán vừa điều khiển lại vừa có khả năng tự động lập trình gọi là thiết bị tự
động lập trình công nghiệp (máy tính PC và các thiết bị tự động khả trình PLC) và chúng
được lắp đặt làm việc trong mạng riêng gọi là mạng công nghiệp. Nhờ có mạng truyền thông
công nghiệp mà điều hành, quản lý giám sát một nhà máy, xí nghiệp nói chung hay một quá
trình công nghệ nói riêng thu được nhiều kết quả tốt hơn..[1].
Chúng ta cũng biết rằng công nghệ làm sạch nước thải rất phức tạp, vì trong đó có nhiều
quá trình khác biệt nhau xảy ra… Mặt khác các quá trình đó về phương diện công nghệ cũng
còn nhiều vấn đề chưa được nghiên cứu thấu đáo. Nước thải là một môi trường luôn thay đổi
về thành phần cấu tạo bởi các hợp chất và lưu lượng: lại có độ ẩm, độ kết dính, độ ô xít hoá,
nhiệt độ biến đổi nên gây nhiều khó khăn phức tạp cho việc áp dụng tự động hoá. Cụ thể như
ta không thể sử dụng các thiết bị tự động đã sản xuất hàng loạt lưu hành trên thị trường như
cho tự động hoá các môi trường bình thường khác, mà phải chọn các thiết bị tự động hoá
chuyên sử dụng cho tự động hoá ở môi trường đặc biệt như nước thải. Các loại cảm biến này
phải chống chọi được những ảnh hưởng khắc nghịêt của môi trường ô xy hoá cao, có độ đậm
đặc các loại rác bẩn vô cơ và hữu cơ, có thể có nhiệt độ cao….[1].

12
Với một đối tượng luôn thay đổi là nước thải (lưu lượng, mức độ bẩn, nồng độ các chất
bẩn, lượng bùn hoạt tính…), lại có những hạn chế về phía công nghệ nên việc đưa công trình
vào làm việc ở chế độ tối ưu về cả kỹ thuật lẫn kinh tế là một nhiệm vụ nan giải. Vì vây, khi
tự động hoá các quá trình xử lý nước thải, chế độ công nghệ luôn cần được dịch chỉnh sao
cho theo sát gần với các điều kiện thay đổi của môi trường. Như vậy nhiệm vụ của tự động
hoá các công trình xử lý nước thải đã được hiện ra rõ nét là: tổ chức việc điều khiển, kiểm tra,
bảo vệ, cho tín hiệu tự động về sự làm việc của các công trình công nghệ từ một Trung tâm
điều khiển sao cho công trình xử lý nước thải có hiệu quả cao. Tuỳ thuộc vào qui mô của
trạm xử lý (công suất thiết kê, kết cấu của công trình) và đặc tính của nước thải cần xử lý mà
chọn khối lượng và mức độ tự động hoá cho phù hợp về mặt kinh tế (tự động hoá từng phần
hay toàn phần).[1].
Trong các trạm điều khiển được trang bị nhiều sơ đồ của quá trình công nghệ xử lý nước
thải. Các sơ đồ này phải chỉ rõ được trạng thái làm việc của tất cả các công trình, máy móc
mà nó điều khiển (trạng thái "làm việc", "dừng máy", hay "sự cố"). Ngoài ra các sơ đồ đó
phải cho khả năng theo dõi dễ dàng các tín hiệu; đơn giản hoá và giảm các sai sót trong việc
điều khiển. Để tiện cho việc theo dõi, kiểm tra công tác của các thiết bị máy móc, ở các trạm
điều khiển đặt cách xa công trình nên sử dụng thiết bị truyền hình công nghiệp..[1].
Ngày nay khoa học công nghệ mỗi ngày một phát triển. Trong việc áp dụng tự động hoá
vào việc điều khiển, kiểm tra, bảo vệ các công trình công nghệ đã gặt hái được những thành
quả đáng ca ngợi. Trong các hệ thống điều khiển người ta đã sử dụng các block logic hay các
máy tính điện tử có thiết bị đo lường từ xa các thông tin ở dạng tín hiệu tương tự hoặc dạng
số rất tiện ích, đã có các thiết bị gọi là thiết bị tự động lập trình công nghiệp ra đời (API) hơn
hẳn các bộ điều chỉnh trước đây, có khả năng tính toán và điều khiển; có thể kết nối với đối
tượng điều khiển qua các cảm biến điện tử có độ tin cậy cao với cơ cấu chấp hành và các thiết
bị ngoại vi khác (màn hình, phím lập trình, thẻ điện tử, mạng thông tin…). Cũng đã có các
API có khả năng điều khiển quá trình đồng thời với nhiều thông số đầu vào biến đổi với các
qui luật khác nhau. Các API có khả năng làm việc trong điều kiện khắc nghiệt về môi trường.
Sự xuất hiện của thiết bị tự động lập trình công nghiệp đã mở ra những triển vọng tốt đẹp
trong việc áp dụng tự động hoá vào điều khiển các công trình xử lý nước thải..[1].
3. Thiết kế các chức năng hệ thống tự động hoá xử lý nước thải
Để đạt được mục đích cũng như đáp ứng các yêu cầu nói trên, hệ thống tự động hoá xử lý
nước thải cần có những chức năng cơ bản sau đây:
a) Điều chỉnh tự động
Điều chỉnh tự động là sử dụng các thiết bị tự động để tác động lên quá trình công nghệ cần
điều khiển theo một chế độ 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 số đại lượng được duy trì
không đổi, một số đại 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 tự động hoá.
Trong dây chuyền xử lý nước thải nhà máy bia có ba khâu điều chỉnh tự động là điều chỉnh
pH tại Bể trung hoà, lưu lượng nước vào Bể kỵ khí và DO tại bể hiếu khí.

13
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 cố
hoặc mất điều khiển tự động, 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 tự động hoá phải có chức năng
điều khiển có khoảng cách, cụ thể là điều khiển từ Trung tâm đặt cách dây chuyền công nghệ
một 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 tự động 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, kỹ
thuật cần thiết cho vận hành, bảo trì hệ thống tự động hoá. Một nhóm chuyên gia có thể điều
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 bị
điều khiển từ bất kỳ địa điểm nào trên thế giới,... nhưng đó là sự thực!!!
Hệ thống tự động 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 thị được 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 để đặt và thay đổi các tham số công nghệ cho hệ thống tự động hoá,
chủ yếu là các giá trị chủ đạo (setpoint), ngưỡng cảnh báo sớm, ngưỡng báo động. Các tham
số đặt sẽ được truyền từ PC xuống thiết bị điều khiển sau đó lại được truyền ngược lại PC để
so 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 bị điều khiển không có sự cố. Chức năng này nâng
cao độ an toàn (fail-safe) của hệ thống.
e) Bảo vệ tự động
Bảo vệ hệ thống máy móc, đường ống và các đối tượng khác khỏi các sự cố được thực
hiện bởi các thiết bị chuyên dụng để ngắt các bộ phận bị sự cố. Ngoài ra các thiết bị tự động

14
còn thực hiện chức năng liên động tự động, 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 sự
cố và liên động cấm chỉ.
Liên động sự cố dùng để điều 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 cố đường truyền, sự cố thiết bị điều 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

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

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 độngBảo vệ tự độngĐiều chỉnh tự động Lưu trữ, báo cáo thống kê Điều khiển dự phòng
ĐiềuchỉnhpH
ĐiềuchỉnhDO
Điềuchỉnhlưulượng
Giámsát,điềukhiểnđộngcơ
Giámsát,điềukhiểnthôngsốnước
Giámsát,điềukhiểnvan
Nhậpgiátrịchủđạo(setpoint)
Nhậpngưỡngcảnhbáo/báođộng
Bảovệliênđộngtựđộngsựcố
Bảovệliênđộngcấmchỉ
Cảnhbáosớm
Báođộngsựcố
Giảitrừsựcố
Các chức năng mở rộng
Lưutrữ,báocáothôngsốchấtlượngnước
Lưutrữ,báocáosựcố,cảnhbáo,báođộng
Lưutrữ,báocáothôngsốcầnchoquảnlý
Nhậpcácthôngsốkháccủahệthống

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
HClNaOH
DP
PH1M1
BỂ TRUNG HOÀ
P3
PH2
BỂ KỴ KHÍ
BIOGASV1 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

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

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.

20
Hình 4 Lưu đồ điều chỉnh pH trong Bể trung hoà

21
Hình 5 Lưu đồ điều khiển khoá liên động đối với pH

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

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

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

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:
PP1 : Bằng thiết bị chuyên dụng như các thiết bị bảo vệ và báo động sự cố động cơ,
bơm,...
PP2: Xây dựng mạch phụ trợ riêng phục vụ báo động và bảo vệ liên động
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.

26
Hình 9 Lưu đồ cảnh báo sự cố-1

27
Hình 10 Lưu đồ cảnh báo sự cố -2

28
Hình 11 Báo động sự cố

29
Điều khiển bơm bùn
Lưu đồ điều khiển bơm bùn thể hiện trên Hình 12.
Hình 12 Lưu đồ điều khiển bơm bùn

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:
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.
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.
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.
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:
Tủ điện cấp nguồn động lực và điều khiển.
Trạm điều khiển tự động.
Trạm máy tính.
Bàn điều khiển bằng tay
Khối các thiết bị đo, transmitter.
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:
Các bộ cầu chì, cầu dao, aptomat, rơle nhiệt.
Các thiết bị đo điện, đèn chỉ thị, đồng hồ von kế và ampe kế
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.

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

32
Hình 13 Mô hình hệ thống tự động hoá
INTERNET
IPC Client 2
IE NetCard
Router
IPC Server
CP 5613
IE NetCard
MPI
PS30724VDC/10A
CPU315-2DP
SM32216DO
SM3238DI/8DO
SM32116DI
SM3324AO
SM3318AI
SWITCH
SMS MODEM
IE
IE
BÀN ĐIỀU KHIỂNCƠ CẤU CHẤP HÀNH CẢM BIẾN
TRUNG TÂM ĐIỀU KHIỂN
IPC Client 1
IE NetCard

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:
Theo dõi, kiểm tra các thông số về mặt chất lượng và số lượng của quá trình công nghệ
Theo dõi các tín hiệu về trạng thái, chế độ làm việc của thiết bị, về cảnh báo, báo động
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.

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 có thể kết hợp với phương pháp điều khiển hiện
đại khác như điều khiển mờ, mạng nơron, ...
6. Giới thiệu các thiết bị chính trong hệ thống tự động hoá
a) Thiết bị trong Trạm điều khiển PLC và Trạm máy tính IPC[2]
Bảng 3 SIMATIC CPU 315-2DP
Tên Đặc điểm
Bộ nhớ chương trình 66K
Thời gian xử lý 1K lệnh 0.3ms
Số module mở rộng max 32
Bit nhớ 2048
Giao diện truyền thông PROFIBUS DP master/slave, MPI
Bộ thời gian/Bộ đếm 128 Timers / 64 Counters
Nguồn cung cấp 24 VDC

36
Hình 14 SIMATIC CPU 315-2DP
Bảng 4 SIMATIC SM 321- 16DI
Tên Đặc điểm
Số lượng đầu vào 16 đầu vào
Điện áp nguồn cấp 24V DC (min 20,4 max 28,8V DC)
Điện áp đầu vào 24V DC
Từ 13 đến 30V DC là mức “1”
Từ –30 đến +5V DC là mức “0”
Dòng vào 9 mA
Đầu vào Cách li quang
Trễ tín hiệu vào 1,2 đến 4,8ms
Chiều dài cáp nối Cáp không chống nhiễu 600m
Cáp chống nhiễu là 1000m
Bảng 5 SIMATIC SM 331- 8AI
Tên Đặc điểm
Điện áp nguồn cấp 24V DC
Báo lỗi Thông qua đèn đỏ báo lỗi trên modul
Điện áp cho phép đối với đầu vào 20V

37
điện áp
Dòng điện cho phép đối với đầu vào
dòng điện
0÷40mA
Độ phân giải Đơn cực: 9/12/14bit
Lưỡng cực: 9+S/12+S/14+S
Chiều dài cáp nối cho phép Cáp chống nhiễu 200 m
Hình 15 SIMATIC SM 321-16DI
Bảng 6 SIMATIC SM322-16DO
Tên Đặc điểm
Số lượng đầu ra 16 đầu ra
Điện áp nguồn cấp 24V DC (min 20,4 max 28,8V DC)
Dòng ra 5 mA
Đầu ra Cách li quang
Tần suất đầu ra Max 100Hz
Bảng 7 SIMATIC SM332-4AO
Tên Đặc điểm
Báo lỗi Thông qua đèn đỏ báo lỗi trên modul
Ra kiểu điện áp 0 đến 10V, 1 tới 5V,(10V

38
Ra kiểu dòng điện 4 đến 20mA, 0 đến 20mA
Độ phân giải 11 bit +Sign
Chiều dài cáp nối cho phép Cáp chống nhiễu 200 m
Bảng 8 SIMATIC SM323-8DI/8DO
Tên Đặc điểm
Điện áp đầu vào 24V DC
Mức logic “1” ứng với : 13 ÷ 30V
Mức logic “0” ứng với : -30 ÷ 5V
Dòng điện đầu vào ứng với mức
logic “1”
7 mA
Đầu vào Cách li quang
Trễ tín hiệu vào 1,2 đến 4,8ms
Dòng điện đầu ra Mức logic “1” : 0.5A tại 600
Mức logic “0” : 0.5 mA
Dòng điện tổng của các đầu ra 4A
Tổn hao công suất 4.5W
Bảng 9 Cấu hình IPC SIMATIC PC Tower
TT Tên
1 CPU Bộ xử lí Pentium III , 700MHz
2 RAM 128 Mbyte
3 Card mạng được tích hợp PROFIBUS-DP/MPI, và Ethernet
4 Floppy disk 1,44MB
5 hard disk 10,2 Gbyte
6 Keyboard, mouse, 2 cổng UBS, CD-ROM

39
Hình 16 SIMATIC PC Tower
b) Thiết bị đo lường (cảm biến + transmitter)[8]
Đo độ pH
Transmitter CPM 223-PR0305: Cho phép nối với các loại đầu đo CPF81/82. Hiện thị tại
chỗ với màn hình LCD với 6 loại ngôn ngữ khác nhau. Hiển thị các giá trị đo nhiệt độ, độ pH
cùng một thời điểm. Ngoài ra còn cho phép báo động, cảnh báo và điều khiển các thiết bị
ngoại vi .
Bảng 10 Các thông số kỹ thuật Transmitter CPM 223-PR0305
Tên Đặc điểm
Số lượng kênh đo 2 (đo pH và nhiệt độ)
Màn hình hiển thị LCD
Tín hiệu ra kênh pH và T0
0/4 ÷ 20mA
Dòng báo lỗi 2,4 ÷ 22mA
Độ phân dải lớn nhất 700 digits/mA
Dải đo pH pH -2 ÷ 16
Độ dài cáp đến sensor pH Max.50m
Dải đo nhiệt độ -5 ÷ +700
C
Số lượng đầu ra kiểu Relay Max .4 (Dòng max.2A với tải cosϕ=1, tải kháng cosϕ=0,4
max.500V)
Khối lượng 0,7 Kg
Kích thước 96×96×145mm
Nhiệt độ làm việc -10 ÷ +550
C

40
Nguồn cấp 220VAC
Cấp bảo vệ IP65
Đầu đo CPF81: Loại đầu đo này có hai loại là tích hợp sensor đo nhiệt độ và không tích
hợp sensor nhiệt độ được thiết kế để đo trong môi trường nước thải công nghiệp.
Bảng 11 Các thông số kỹ thuật đầu đo CPF81
Tên Đặc điểm
Dải đo pH 0 ÷ 14 pH
Độ phân dải 0,01 pH
Dải đo nhiệt độ 0 ÷ 1100
C
Độ phân dải 0,10
C
Cáp nối 7 m (Max.200m)
Sensor nhiệt độ NTC
Nhiệt độ môi trường -10 ÷ +550
C
Áp suất 10 bar/800
C ; 3 bar/+1100
C
Nguồn cấp Theo đường transmitter
Đo Dissolved Oxygen
Transmitter COM 223/253: Cho phép nối với các loại đầu đo COS31/41/71. Hiện thị tại
chỗ với màn hình LCD trên hai dòng text với 6 loại ngôn ngữ khác nhau. Hiẻn thị các giá trị
đo nhiệt độ, độ pH cùng một thời điểm. Ngoài ra còn cho phép báo động, cảnh báo và điều
khiển các thiết bị ngoại vi .
Bảng 12 Các thông số kỹ thuật Transmitter COM 223/253
Tên Đặc điểm
Số lượng kênh đo 2 (đo DO và nhiệt độ)
Màn hình hiện thị LCD
Tín hiệu ra kênh DO và T0
0/4 ÷ 20mA
Dòng báo lỗi 2,4 ÷ 22mA
Độ phân dải lớn nhất 700 digits/mA
Dải đo DO 0 ÷ 20mg/L
Độ dài cáp đến đầu đo Max.100m
Dải đo nhiệt độ -10 ÷ +600
C
Số lượng đầu ra kiểu rơ le Max .4 (Dòng max.2A với tải cosϕ=1, tải kháng cosϕ=0,4
max.500V)
Khối lượng 0,7 Kg
Kích thước 96×96×145mm

41
Nhiệt độ làm việc -10 ÷ +550
C
Nguồn cấp 220VAC
Đầu đo COS41: Loại đầu đo này có hai loại là tích hợp sensor đo nhiệt độ và không tích
hợp sensor nhiệt độ được thiết kế để đo trong môi trường nước thải công nghiệp.
Bảng 13 Các thông số kỹ thuật đầu đo COS41
Tên Đặc điểm
Dải đo DO 0 ÷ 20mg/L
Độ phân giải 0,01 mg/L
Dải đo nhiệt độ 0 ÷ 500
C
Cáp nối 7 m (Max.50m)
Sensor nhiệt độ NTC
Nhiệt độ môi trường -5 ÷ +500
C
Áp suất Max.10 bar
Nguồn cấp Theo đường transmitter
c) Thiết bị chấp hành[7]
Bảng 14 Thông số biến tần Commander SE của hãng Control Techniques
Tên thông số Giá trị
Nguồn cấp 3 pha 220-240V ± 10%, 48-62Hz
Hệ số cosφ > 0.97
Công suất động cơ - kW 5.5
Tần số ra 0 - 1000Hz
Dòng quá tải 150% trong
vòng 60s - A
37.5
Tên thông số Giá trị
Nguồn cấp 3 pha 220-240V ± 10%, 48-62Hz
Hệ số cosφ > 0.97
Công suất động cơ - kW 15
Tần số ra 0 - 1000Hz
Dòng quá tải 150% trong
vòng 60s - A
45.75

42
7. Thiết kế phần mềm SCADA (Superviser Control And Data Aquisision) cho hệ thống TĐH
Chương trình giám sát, điều khiển được phát triển trên nền SIMATIC WinCC V6.0 của
hãng SIEMENS. SIMATIC WinCC (Windows Control Center) là phần mềm giao diện người-
máy (HMI-Human Machine Interface) dựa trên máy tính PC và được chạy trên nền Windows
NT 4.0/Windows 2000. WinCC được thiết kế cho phép theo dõi trực quan về quá trình hoạt
động và xử lí của hệ thống tự động cũng như hỗ trợ mạnh về xử lí giao diện. WinCC có đặc
điểm chính sau:
Xử lí tin cậy và đảm bảo tính toàn vẹn dữ liệu thông qua chức năng dự phòng
(redundancy)
Chức năng mở rộng nhờ có tích hợp thành phần ActiveX
Hệ thống giao tiếp mở thông qua OPC (OLE cho điều khiển quá trình)
Dễ dàng cấu hình thông qua phần mềm SIMATIC STEP7.
Khả năng cấu hình nối với nhiều máy tính theo mô hình Client-Server.
WebBrowser cho phép truy cập từ xa qua mạng Internet.
Dễ dàng phát triển nhờ các công cụ, thư viện tuỳ chọn (options) và các thành phần mở
rộng (Add-On) của các hãng thứ ba
WinCC version 6.0 là phầm mềm giao diện người máy trong môi trường hệ điều hành
Window 2000 hoặc Window XP. Khác với các phiên bản trước (V4, V5), cơ sở dữ liệu của
WinCC6.0 dựa trên nên Microsoft SQL server 2000. Do vậy người sử dụng được cung cấp
các công cụ lưu trữ, tích hợp dữ liệu của SQL. Hơn nữa việc tích hợp thêm ngôn ngữ lập trình
VBScript đã làm cho WinCC 6.0 trở nên mềm dẻo hơn trong khi lập trình. Ngoài ra, trong
Version 6.0 còn có nhiều điểm mới trong các vấn để về truyền thông qua OPC, về tích hợp
Web, về vấn đề bảo mật…Vì vậy nhóm thực hiện đã chọn WinCC V6.0 để thiết kế Phần
mềm SCADA cho hệ thống tự động hoá xử lý nước thải.
a) Màn hình chính
Màn hình chính là màn hình hiển thị đầu tiên sau khi đăng nhập vào hệ thống. Trên màn
hình này có sơ đồ tổng thể dây chuyền xử lý nước thải và các menu chính dạng nút bấm-
button (Hình 17). Khi bấm vào các menu sẽ hiện các cửa sổ khác cho phép người vận hành
khai thác các chức năng khác của hệ thông hoặc có thông tin chi tiết hơn so với thông tin hiện
có trên màn hình chính.
Hầu hết các giá trị hiện thời của các thông số trong hệ thống được hiển thị trên màn hình
chính. Các giá trị thông số chất lượng nước được hiện dưới dạng số nằm trong các ô hình
bình hành, khi thông số vượt ngưỡng thì ô tương ứng sẽ nhấp nháy xanh/đỏ. Trạng thái các
thiết bị chấp hành (động cơ, van) được thể hiện bằng màu sắc: xanh là đang hoạt động, xám
là dừng. Khống chế mức được thể hiện bằng hai màu: xanh là chưa tới mức khống chế, trái
lại thì màu đỏ.

43
Hình 17 Màn hình chính
b) Bảo mật hệ thống
Để đảm bảo an toàn cho hệ thống tự động hoá, tránh xâm nhập bất hợp pháp và lỗi vận
hành do trình độ người sử dụng, phần mềm SCADA có chức năng phân quyền và bảo mật.
Mỗi người sử dụng tuỳ thuộc chức năng nhiệm vụ được giao sẽ được cấp một số quyền nhất
định (ví dụ: chỉ được xem mà không được điều khiển; được xem và điều khiển một số công
đoạn; được thay đổi cấu hình hệ thống; được thêm-sửa-xoá user;....), quyền cao nhất thuộc về
người quản trị (Administrator). Mỗi người sử dụng được cấp tên và mật khẩu đăng nhập (
Hình 18) để truy cập hệ thống
Hình 18 Cửa sổ đăng nhập

44
c) Màn hình điều khiển
Cơ cấu chấp hành (động cơ, van) có thể điều khiển từ HMI bằng cách kích chuột hoặc
dùng bàn phím. Trên hình Hình 19 là cửa sổ điều khiển tắt/bật các động cơ máy bơm, máy
thổi khí, máy khuấy, máy gạt bùn, máy ép bùn, biến tần. Trên cửa sổ này cũng thể hiện trạng
thái các thiết bị đó (ON/OFF).
Hình 19 Điều khiển động thiết bị chấp hành
d) Các dạng hiển thị thông số
Ngoài cách thể hiện trên màn hình chính, các thông số còn được hiển thị dưới dạng đồ thị
(Hình 20) và dạng bảng tập trung (Hình 21) nhằm mục đích tạo điều kiện thuận lợi tối đa cho
người vận hành trong việc theo dõi giám sát quá trình công nghệ.

45
Hình 20 Hiển thị dưới dạng đồ thị
Hình 21 Hiển thị dưới dạng bảng
7.05 6.8 7.2
7.04 6.8 7.2
1.58 1.0 2.0
27.89 25.0 35.0
69.89 60.0 100.0

46
e) Cấu hình hệ thống
Các cửa sổ cấu hình hệ thống cho phép đặt các giá trị chủ đạo điều khiển và ngưỡng cảnh
báo/báo động cho từng thông số (Hình 22, Hình 23, Hình 24, Hình 25)
Hình 22 Cấu hình DO
Hình 23 Cấu hình lưu lượng
1.0 1.0
2.0 2.0
1.58
60.0 60.0
100.0 100.0
79.7

47
Hình 24 Cấu hình nhiệt độ
Hình 25 Cấu hình pH
6.8 6.8
7.2 7.2
7.06
6.8 6.8
7.2 7.2
7.03
6.8
7.2
7.03
7.2
6.8
25.0 25.0
35.0 35.0
27.88

48
f) Cảnh báo/Báo động
Ngoài phương pháp cảnh báo bằng màu sắc, âm thanh, chức năng này còn cho phép lưu trữ
tất cả các cảnh báo hiện tại vào một bảng chung để thuận tiện cho theo dõi tất cả hệ thống
(Hình 26). Trên bảng có nhiều thông tin chi tiết hơn các phương pháp thể hiện khác, ví dụ:
chỉ rõ địa điểm sự cố, hướng dẫn xử lý, gợi ý nguyên nhân,....
Hình 26 Cảnh báo/Báo động

49
g) Lưu trữ, báo cáo thống kê
Lưu trữ các thông số công nghệ, trạng thái thiết bị, sự cố được thực hiện theo chu kỳ hoặc
thời điểm tuỳ theo yêu cầu người vận hành. Dữ liệu lưu trữ sau đó sẽ được sử dụng làm báo
cáo thống kê theo nhiều tiêu chí khác nhau phục vụ cho công việc quản lý và bảo hành bảo trì
thiết bị máy móc (Hình 27)
Hình 27 Lưu trữ, báo cáo thống kê

50
Đồ thị trực tuyến
Hình 28, Hình 29 là hai ví dụ thể hiện đồ thị trực tuyến của thông số DO và T giúp người vận
hành dễ theo dõi giám sát và dự báo chiều hướng biến thiên của các thông số.
Hình 28 Đồ thị trực tuyến DO
Hình 29 Đồ thị trực tuyến T

51
III. PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ ÁP DỤNG TỰ ĐỘNG HOÁ XỬ LÝ NƯỚC THẢI
1. Tính ưu việt của tự động hoá về mặt kinh tế - kỹ thuật
Để thực hiện công nghiệp hoá hiện đại hoá nền kinh tế nước nhà, hướng đi đúng đắn nhất
hiện nay là thực hiện tự động hoá trong tất cả các ngành kỹ thuật nói chung và nói riêng là
trong các công trình xử lý nước thải công nghiệp với sự áp dụng khoa học công nghệ tự động
hoá cao và các phương tiện kỹ thuật hiện đại. Thực hiện tự động hoá các công trình xử lý
nước thải công nghiệp không những làm tăng độ tin cậy và tính liên tục hoạt động của hệ
thống mà còn đạt được một kết quả quan trọng hơn hết là nâng cao được chất lượng xử lý
nước làm cho chất lượng nước đạt yêu cầu mong muốn của khách hàng một cách mỹ mãn. Để
đạt được điều đó phải liên tục kiểm tra tự động các quá trình công nghệ bằng các thiết bị có
độ nhạy cao, phát hiện ra sai lệch về chỉ số chất lượng và số lượng một cách tức thời để tiến
hành điều chỉnh chúng thay đổi trong giới hạn đã cho trước.
Tự động hoá làm tăng năng suất lao động và cải thiện môi trường làm việc của công nhân
trong hệ thống xử lý nước thải. Người công nhân không phải thực hiện các thao tác lặp đi lặp
lại vừa nhàm chán mà có thể là khó khăn, nặng nhọc. Họ không phải làm việc trong các
phòng bụi, bẩn, độc hại.
Tự động hoá làm giảm mất mát hao phí chất phản ứng, tiết kiệm lượng nguyên vật liệu,
năng lượng điện và nước. Tự động hoá làm tăng khả năng tổ chức hiệu quả các quá trình sản
xuất. Thứ nhất là tạo điều kiện tăng cường áp dụng các phương pháp tiến bộ mới về khoa học
công nghệ. Điều này tự nó đã tăng cường hoá bản thân công trình công nghệ. Thứ hai là làm
giảm số lượng công nhân phục vụ quá trình sản xuất. Thứ ba, tăng khả năng tránh các sự cố
hoặc giảm độ lớn hay giảm hậu quả của các sự cố. Tạo điều kiện nâng cao chất lượng và giảm
giá thành sản phẩm.
Tóm lại tự động hoá không những đem lại những lợi ích về mặt kinh tế, công nghệ mà còn
cho thấy rõ tính ưu việt về mặt xã hội là giải phóng con người khỏi những công việc thủ công
nặng nhọc. Song vấn đề áp dụng tự động hoá hay không phần lớn vẫn là do hiệu quả về mặt
kinh tế của nó quyết định.[1]
2. Các chỉ số về hiệu quả kinh tế của tự động hoá
Khi áp dụng tự động hóa, các thao tác cần thực hiện trong dây chuyền sản xuất được thực
hiện bằng máy móc và chúng được điều khiển tự động do người ấn nút hoặc tự động hoàn
toàn không cần điều khiển. Điều đó làm giảm một số lượng lớn công nhân phục vụ trong dây
chuyền và có thể không cần người tham gia. Thực tế, tự động hoá xử lý nước thải đã giảm
đến 2-3 lần số lượng công nhân so với khi chưa tự động hoá.
Tự động hoá làm tăng năng suất làm việc của thiết bị do bớt thời gian nghỉ để sửa chữa sự
cố. Trong các trạm xử lý nước còn giảm được hao tổn nguyên vật liệu, chất phản ứng, đồng
thời tiết kiệm được năng lượng điện và nước. Các chi phí để sửa chữa thường xuyên hệ thống
máy cũng giảm đến 20% và làm tăng thời hạn phục vụ các thiết bị tới 30%, bớt số lần sự cố
và độ lớn cũng như hậu quả của sự cố.Đối với môi trường làm việc của thiết bị cũng được cải
thiện hơn và chính xác hơn.

52
Một điều tiện ích của tự động hoá là vẫn chỉ dùng hệ thống máy bơm thiết kế, ta có thể
tăng giảm công suất của thiết bị khi cần và do đó có thể giảm vốn đầu tư xây dựng công trình
do giảm khối lượng xây dựng, giảm khối tích nhà xưởng, giảm chiều cao giàn máy, giảm
chiều rộng các lối đi giữa các hệ thống máy bơm, giảm cả khối tích các phòng phụ trợ điều
khiển. Mặt khác, áp dụng tự động hoá là ta phải thêm khoản chi phí vào vốn đầu tư để mua
sắm là lắp ráp vận hành các phương tiện tự động song những chi phí này có thể hoàn lại trong
một thời gian ngắn do có các lợi thế để giảm các chi phí đã kể trên.
Để đánh giá hiệu quả kinh tế khi áp dụng tự động hoá vào các quá trình sản xuất, người ta
thường đưa vào chỉ số thời gian hoàn vốn ban đầu của tự động hoá. Thời gian này được tính
theo biểu thức sau:
Trong đó:
T0 - thời gian hoàn vốn ban đầu (tính bằng năm):
K - vốn đầu tư ban đầu;
Q - đại lượng sản phẩm hàng năm;
C 1: giá thành 1 đơn vị sản phẩm khi công trình chưa được áp dụng tự động hoá;
C 2: giá thành 1 đơn vị sản phẩm khi công trình đã được áp dụng tự động hoá;
Cũng có khi chỉ số kinh tế của tự động hoá còn xác định theo số phần trăm của chi phí vốn
đầu tư được hoàn vốn sau 1 năm áp dụng tự động hoá:
Trong đó:
E- phần trăm chi phí vốn đầu tư được hoàn vốn sau 1 năm áp dụng tự động hoá;
T0 - số năm hoàn vốn đầu tư ban đầu.
Thời gian hoàn vốn lâu nhất tuỳ thuộc vào mức độ tự động hoá được sử dụng. Sau đây là
những chỉ số thời gian hoàn vốn tham khảo:
Khi tự động hoá từng phần trên các thiết bị kỹ thuật. Cụ thể T0 = 1-1,5 năm.
Khi tự động hoá từng quá trình và có sự thay đổi từng phần thiết bị T0 = 2-3 năm.
Khi tự động hoá liên hợp các quá trình riêng rẽ không có sự thay đổi sơ đồ công nghệ
T0 = 4-5 năm.
Khi tự động hoá liên hợp đối tượng có thay đổi thiết bị và biến đổi sơ đồ công nghệ
T0 = 6 năm.
Trong thời kỳ hiện nay, khi nền công nghệ cao phát triển mạnh, việc áp dụng tin học vào tự
động hoá ngày càng nhiều và nó cho thấy rõ hiệu quả kinh tế và các tiện ích khác trong hệ
thống vận hành tự động nên thời gian hoàn vốn sẽ hoàn thành nhanh hơn. Mặt khác nhờ có tự
động hoá mà chất lượng sản phẩm ngày một như ý để tăng tính cạnh tranh trên thị trường và
đến đây ta khẳng định một điều rằng chỉ áp dụng tự động hoá mới có được sản phẩm chất
lượng cao, số lượng nhiều, chi phí ít và giá thành rẻ. Do đó việc áp dụng tự động hoá vào các
QCC
KK
To
*)12(
)12(
−
−
=
%100*
1
To
E =

53
quá trình sản xuất là hướng đúng đắn nhất và chỉ có theo hướng đi đó chúng ta mới có thể
tiến tới hoà nhập APTA. [1]
3. Tính toán hiệu quả kinh tế
a) Dự toán chi tiết chi phí đầu tư tự động hóa cho hai công đoạn trung hòa và hiếu khí
Tiền thiết bị/vật tư
TT
Thiết bị/vật tư Nước/Hãng SX
SL Đơn giá
(triệu
đồng)
Giá
thành
(triệu
đồng)
1 pH,T sensor Endress+Hauser-Đức 02 5.1 10.2
2 pH,T transmitter Endress+Hauser-Đức 02 13.7 27.4
3 DO,T sensor Endress+Hauser-Đức 01 12.5 12.5
4 DO,T transmitter Endress+Hauser-Đức 01 13.0 13.0
5 Flowmeter (đo lưu lượng nước bơm
từ bể khuấy vào bể kỵ khí), DIN 150
ARKON-Anh 01 35.1 35.1
6 Flowmeter đo biogas Endress+Hauser-Đức 01 15.7 15.7
7 Biến tần (điều chỉnh lưu lượng nước
bơm từ bể khuấy vào bể kỵ khí)
5.5Kw
Control Technique-Anh 01 10.2 10.2
8 Biến tần (điều chỉnh DO trong bể hiếu
khí) 15Kw
Control Technique-Anh 01 15.3 15.3
9 PC dùng làm HMI (Human Machine
Interface) bao gồm CPU, monitor 17",
CD-ROM, Keyboard, Mouse.
Đông nam á 01 9.5 9.5
10 SIMATIC PLC S7-300 SIEMENS-Đức 01 16.5 16.5
11 SIMATIC SM322 - 16DO SIEMENS-Đức 01 3.1 3.1
12 SIMATIC SM323 - 8DI/8DO SIEMENS-Đức 01 4.3 4.3
13 SIMATIC SM321 - 16DI SIEMENS-Đức 01 3.1 3.1
14 SIMATIC SM332 - 4AO SIEMENS-Đức 01 5.3 5.3
15 SIMATIC SM331 - 8AI SIEMENS-Đức 01 7.5 7.5
16 Nguồn cấp 24 V SIEMENS-Đức 01 1.9 1.9
17 Tủ điều khiển VIELINA-Việt Nam 01 4.2 4.2
18 Nút ấn, công tắc, rơle trung gian,
đèn/còi báo cảnh, cáp động lực, dây
tín hiệu và phụ kiện
Hàn quốc 3.9 3.9
Tổng chưa VAT 198.7
VAT 10% 19.87
Tổng đã có VAT 218. 57
Tiền công
TT
Nội dung công việc
Giá thành
(triệu đồng)
1 Khảo sát, nghiên cứu công nghệ và phân tích khả năng ứng
dụng TĐH cho trạm xử lý nước thải
3
2 Phân tích, thiết kế chức năng phần cứng của hệ thống TĐH 5
3 Thiết kế sơ đồ điện của hệ thống TĐH và lựa chọn linh
kiện/vật tư cần thiết cho sơ đồ
5
Viết chương trình cho bộ điều khiển PLC 12

54
4 Kết nối, lắp ráp thiết bị phần cứng, và kiểm tra , thử trong
phòng thí nghiệm
5
5 Thiết kế chức năng, giao diện phần mềm HMI 5
6 Thiết kế cơ sở dữ liệu phần mềm HMI 5
7 Viết chương trình phần mềm HMI 15
Kết nối PC+ HMI và tủ điều khiển, kiểm tra các chức năng
của toàn bộ hệ thống trong phòng thí nghiệm
4
8 Lắp đặt, kết nối hệ thống tại hiện trường 4
Vận hành chạy thử, theo dõi và hiệu chỉnh 4
Làm tài liệu hướng dẫn sử dụng 1
Đào tạo, hướng dẫn sử dụng và chuyển giao 2
Bảo hành 12 tháng miễn phí 0
Tổng chưa VAT 70
VAT 10% 7
Tổng 77
Tổng dự toán là : 295.57 triệu đồng
b) Dự kiến hiệu quả thu được khi áp dụng TĐH
.........................

55
IV. PHỤ LỤC
1. Sơ đồ hệ thống điện - tự động hoá
2. Mã chương trình điều khiển trên PLC
Chương trình điều khiển được viết trên ngôn ngữ STL cho bộ điều khiển khả trình SIMATIC
PLC S7-300 của hãng SIEMENS
Network 1: START/STOP
AN "STOP"
A(
O "START"
O M 0.0
)
= M 0.0
Network 2: DEN START
A M 0.0
AN "DEN_DUNG"
= "DEN_CHAY"
Network 3: DEN STOP
A M 0.0
AN "DEN_DUNG"
= "DEN_CHAY"
Network 4: CT PHAO THAP
A M 0.0
A "PHAOCAO"
= "DEN_CT_THAP"
Network 5: CT PHAO CAO
A M 0.0
A "PHAOTHAP"
= "DEN_CT_CAO"
Network 6:DIEU KHIEN DONG CO P1
A M 0.0
A "TD/BT"
A(
ON M 8.3
O
AN "CPLD"
AN "LD_P1"
)
= "DC_P1"
Network 7: DIEU KHIEN DONG CO P2
A M 0.0
A "TD/BT"
A "PHAOTHAP"
A(

56
ON M 8.3
O
AN "CPLD"
AN "LD_P2"
)
= "DC_P2"
Network 8:CHUYEN DOI THANH GIA TRI THUC
A M 0.0
= L 20.0
A L 20.0
JNB _001
CALL FC 1
giatrivao:="PH1"
giatrira :=MD100
_001: A BR
= M 0.1
A L 20.0
JNB _002
CALL FC 1
giatrivao:="PH2"
giatrira :=MD104
_002: A BR
= M 0.2
Network 9: KIEM TRA PH1
A M 0.0
A "TD/BT"
A M 0.1
A(
L MD 100
L 6.800000e+000
<R
)
= M 0.3
Network 10:MO VAN NAOH
A M 0.0
A "TD/BT"
A M 0.3
FP M 1.3
AN "V_HCL"
S "V_NAOH"
A M 0.0
A "TD/BT"
A M 0.1
A(
L MD 100
L 7.200000e+000

57
>R
)
= M 0.4
Network 12: MO VAN HCL
A M 0.0
A "TD/BT"
A M 0.4
FP M 1.4
AN "V_NAOH"
S "V_HCL"
Network 13: TAO TRE 2S
A M 0.0
A "TD/BT"
A(
O "V_NAOH"
O "V_HCL"
)
L S5T#2S
SD T 5
Network 14:KHOI DONG BOM DINH LUONG
A T 5
FP M 0.5
S "DC_DP"
Network 15:DUNG BOM DINH LUONG
A(
ON "V_NAOH"
ON "V_HCL"
)
FP M 0.6
R "DC_DP"
Network 16: TAO TRE 2S
A "DC_DP"
L S5T#2S
SF T 6
Network 17: KHOA VAN
A T 6
FN M 0.7
R "V_NAOH"
R "V_HCL"
A M 0.0
A M 0.2
A(
O(
L MD 104
L 7.200000e+000
>=R

He thong xu ly nuoc thai

Empfohlen

Empfohlen

Weitere ähnliche Inhalte

Was ist angesagt?

Was ist angesagt? (20)

Andere mochten auch

Andere mochten auch (9)

Ähnlich wie He thong xu ly nuoc thai

Ähnlich wie He thong xu ly nuoc thai (20)

He thong xu ly nuoc thai