Tài liệu Lập trình plc điều khiển các thiết bị trong nhà máy xử lý nước thải

Đồ án môn học điều khiển logic GVHD: TS. Nguyễn Kim Ánh MỤC LỤC CHƯƠNG 1 : QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI...............................................3 1.1. Sơ đồ công nghệ................................................................................................................3 1.2. Nguyên lý làm việc...............................................................................................................3 1.2.1. Mương lắng cát...............................................................................................................3 1.2.2. Bể cân bằng....................................................................................................................4 1.2.3. Bồn định lượng...............................................................................................................5 1.2.4. Bể trung hòa pH.............................................................................................................6 1.2.5. Bể lắng............................................................................................................................7 1.2.6. Bể chứa bùn....................................................................................................................9 1.2.7. Bể vi sinh.....................................................................................................................10 1.2.8. Bể khử trùng................................................................................................................11 1.3. Kết luận:..............................................................................................................................12 CHƯƠNG 2: CÁC CẢM BIẾN VÀ CƠ CẤU CHẤP HÀNH SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG .......................................................................................................................................................13 2.1. Các cảm biến......................................................................................................................13 2.1.1. Cảm biến đo độ PH......................................................................................................13 2.1.2. Cảm biến đo mức bùn...................................................................................................15 2.1.3. Cảm biến đo độ đục.....................................................................................................17 2.2. Các thiết bị sử dụng trong hệ thống...................................................................................19 2.2.1. Hệ thống sục khí...........................................................................................................19 2.2.2. Máy khuấy chìm...........................................................................................................20 2.3. Kết luận...............................................................................................................................24 Chương 3 LỰA CHỌN BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC VÀ THIẾT KẾ TRANG BỊ ĐIỆN CHO HỆ THỐNG.........................................................................................................................................25 3.1. Giới thiê ̣u PLC...................................................................................................................25 3.1.1. Cấu truc cca PLC.........................................................................................................27 3.1.2. Các hoat đô ̣ng xử lý bên trong PLC.............................................................................30 3.1.3. Ngôn ngữ lâ ̣p trình........................................................................................................32 3.3. Lựa chọn thiết bị cho hệ thống............................................................................................36 3.4. Giới thiệu về bộ điều khiển dùng trong hệ thống................................................................36 =================================================================(1) SVTH: NGUYỄN MAI ĐÔNG - lớp 13TDH2 Đồ án môn học điều khiển logic GVHD: TS. Nguyễn Kim Ánh 3.4.1. FX3U-64MR/ES-A......................................................................................................36 3.4.2. FX3U-4AD-ADP..........................................................................................................39 3.4. Phân chia vào đầu vào đầu ra..............................................................................................42 3.5. Lựa chọn và tính toán thiết bị cho mach động lực..............................................................44 3.5.1. Relay............................................................................................................................44 3.5.2. Công tắc tơ...................................................................................................................45 3.5.3. LỰA CHỌN ÁPTÔMÁT............................................................................................47 3.6. Bản vẽ sơ đồ hệ thống........................................................................................................48 3.7. kết luận................................................................................................................................48 Chương 4: THIẾT KẾ SƠ ĐỒ THUẬT TOÁN VÀ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN..............49 4.1. Sơ đồ thuật toán.................................................................................................................49 4.2. Chương trình điều khiển.....................................................................................................55 4.3. kết luận................................................................................................................................55 =================================================================(2) SVTH: NGUYỄN MAI ĐÔNG - lớp 13TDH2 Đồ án môn học điều khiển logic GVHD: TS. Nguyễn Kim Ánh CHƯƠNG 1 : QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI 1.1. Sơ đồ công nghệ Trong bản vẽ CAD 1.2. Nguyên lý làm việc Nước thải ở mỗi dây chuyền sản xuất và nguồn nước phát sinh từ hoat động sinh hoat cca công nhân được thu gom lai và cho chảy tự nhiên nhờ vào trọng lực qua bộ lọc rác thô. Rác thải có kích thước lớn gồm: cát đá vụn, gỗ, giấy, giẻ, nylon… sẽ được giữ lai tránh gây ra các sự cố trong quá trình vận hành ở các công trình sau như làm tắc bơm, đường ống dẫn đảm bảo an toàn và thuận lợi cho cả hệ thống trong quá trình vận hành. Các rác thải này sẽ được lấy lên thường xuyên để tránh làm tắc lọc. 1.2.1. Mương lắng cát a. Định nghĩa Tai mương lắng cát, tấm lọc rác tinh được lắp đặt nhằm giữ lai các rác thải có kích cỡ nhỏ hơn để han chế tối đa rác thải theo vào ngăn bơm, tăng cường khả năng bảo vệ bơm. Lượng rác tinh này được vớt lên định kỳ để duy trì tác dụng cca tấm lọc rác. Nước thải sau đó được cho chảy tự nhiên qua bể cân bằng nhờ vào trọng lực. b. Cấu tạo Hình 1.1: Mương lắng cát =================================================================(3) SVTH: NGUYỄN MAI ĐÔNG - lớp 13TDH2 Đồ án môn học điều khiển logic GVHD: TS. Nguyễn Kim Ánh Cấu tao cca mương lắng cát gồm có: - Tấm lọc rác thô: dùng để giử lai các loai rác lớn từ bên ngoài vào để đưa ra nước mịn hơn; - Tấm lọc rác tinh: dùng để lọc các loai bùn và rác lai nhỏ làm cho chất lượng nước tốt hơn trước khi đưa vào bơm để bơm vào bể cân bằng; - Phao đo mức nước: phao này dùng để đo mức nước có trong mương lắng cát. c. Nguyên lý hoạt động Ban đầu khi bắt đầu hoat động thì trong mướng lắng cát sẽ chưa có nươc nên làm cho phao trong bể sẽ ha thấp xuống làm cho mach điện trong phao sẽ hở ra, từ đó sẽ đưa tín hiệu đến van đưa nước vào sẽ mở ra làm cho nước từ ngoài chảy vào bể lắng cát. Khi nước trong bể đầy thì phao sẽ được đẩy lên làm cho mach điện trong phao sẽ đóng lai, tín hiệu này sẽ được đưa tới làm cho van tự đọng đóng lai không cho nước vô tránh trường hợp tràng nước ra ngoài. Tức là: Phao P01 có nhiệm vụ điều khiển van tự động (VTĐ1) đưa nước thải vào mương lắng cát, có một cảm biến đưa tín hiệu Digital 0 hoặc 1; khi tín hiệu ở mức 0 thì van tự động mở, tín hiệu ở mức 1 thì van tự động đóng; có nghĩa là van sẽ luôn mở cho đến khi nước trong mương lắng cát dâng lên làm phao P01 nổi lên làm kín mach dòng điện sinh ra làm van đóng lai. 1.2.2. Bể cân bằng a. Định nghĩa Tai bể cân bằng, một dàn ống sục khí được bố trí dưới đáy với mục đích là khuấy trộn, tai đây nước thải được trộn lẫn, làm đồng đều các thành phần (BOD, COD, pH, N, P, Nhiệt độ…). Do tính chất nước thải thay đổi theo từng giờ sản xuất và tùy vào tính chất nước thải cca từng công đoan nên bể cân bằng rất cần thiết trong việc điều hòa nồng độ và lưu lượng nước thải, làm giảm kích thước và tao chế độ làm việc ổn định liên tục cho các công trình phía sau, tránh sự cố quá tải. Ngoài ra bể cân bằng còn có mục đích là giảm bớt sự dao động hàm lượng các chất bẩn trong nước thải, làm giảm và ngăn cản lượng nước thải có nồng độ các chất độc hai cao đi trực tiếp vào các công trình xử lý sinh học. b. Cấu tạo Cấu tao cca bể cân bằng gồm có: - Hai phao để đo mức nước cao và mức nước thấp trong bể cân bằng; - Hai máy bơm nước: dùng để bơm nước từ bể cân bằng lên bồn định lượng; - Hai máy sục khí: máy sục khí có tác dụng là trộn lẫn nước và các loai tap chất có trong nước như (BOD, COD, pH, N, P, Nhiệt độ…) để dễ dàng xử lý hơn. =================================================================(4) SVTH: NGUYỄN MAI ĐÔNG - lớp 13TDH2 Đồ án môn học điều khiển logic GVHD: TS. Nguyễn Kim Ánh Hình 1.2: Bể cân bằng c. Nguyên lý hoạt động Khi nước trong bể lắng cát chảy vào bể cân bằng thì mực nước trong bể cân bằng sẽ được đo bởi hai phao mức thấp và phao mức cao. Hai phao P2 và P3 có nhiệm vụ điều khiển máy sục khí MSK1 và máy bơm B1và B2. P2 cảm biến mức thấp, khi mực nước trong bể cân bằng xuống mức thấp hơn so với phao P2 thì mach điện trong phao P2 sẽ hở ra nên không có tín hiệu nào được gửi đi nên hai máy bơm B1,B2 và máy sục khí MSK1 sẽ không hoat động. Còn khi mự nước lên bằng hoặc cao hơn phao P2 thi mach điện trong phao sẽ đống lai nên có tín hiệu Digital từ P2 gửi đi thì khởi động B1 nếu mà mực nước đi xuống thì ngừng bơm. Khởi động MSk1 nếu mực nước đi xuống thì ngừng sục khí. P3 cảm biến mức cao, khi mực nước trong bể cân bằng thấp hơn phao P3 thi mach điện trong phao P3 sẽ hở ra nên sẽ không có tín hiệu gì gửi đi. Còn khi mực nước trong bể bằng hoac cao hơn phao P3 thì mach điện trong phao se kín mach nên có tín hiệu Digital từ phao P3 gửi đi thì cả hai bơm B1 và B2 khởi động. Khi mực nước giảm thì reset B1 cho B2 hoat động. Không có trường hợp nước tràn vì nước chảy qua bể cân bằng từ mương lắng cát bằng trọng lực mà P1 đã kiểm soát lượng nước vào. 1.2.3. Bồn định lượng a. Bồn định lượng: Là nơi điều tiết nước chảy vào chảy vào bể trung hòa, làm cho nước chảy vào bồn trung hòa không vượt mức cho phép. b. Cấu tạo của bồn =================================================================(5) SVTH: NGUYỄN MAI ĐÔNG - lớp 13TDH2 Đồ án môn học điều khiển logic GVHD: TS. Nguyễn Kim Ánh Bồn định lượng: có hai ngăn nhằm không để cho nước chảy qua bồn trung hòa quá nhiều, nước được bơm thừa lên sẽ tự động chảy xuống lai bể cân bằng. c. Nguyên lý hoạt động của bồn Từ bể cân bằng nước thải được bơm lên bồn định lượng bởi 1 trong 2 bơm B1 và B2 rồi cho chảy tự nhiên xuống bể trung hòa. Nếu lượng nước được bơm lên ngắn thứ nhất bị tràn sang ngăn thứ hai, từ ngăn thứ hai nước thải sẽ tự động chảy về lai bể cân bằng. 1.2.4. Bể trung hòa pH a. Tổng quan Là nơi xử lý cân bằng tính axit/bazo trong nước thải, đảm bảo cho độ pH trong nước thải luôn duy trì ở mước cho phép. Mục đích cca bể này dùng để tránh được hiện tượng ăn mòn, phá hcy vật liệu cca hệ thống ống dẫn, công trình thoát nước, cũng như đảm bảo độ pH cho phép cca ngồn nước tiếp nhận như sông, ngòi, ao hồ, nước thải công nghiệp có tính axit. b. Cấu tạo của bể trung hòa Gồm các bộ phận chính như sau: Hình1.3 : Cấu tao cca bể trung hòa pH - Bồn chứa axit , Bồn chứa bazo, Máy khuấy, Máy bơm, Phao để đo mức nước cao và mức nước thấp trong bể, Sensors pH. c. Nguyên lý làm việc =================================================================(6) SVTH: NGUYỄN MAI ĐÔNG - lớp 13TDH2 Đồ án môn học điều khiển logic GVHD: TS. Nguyễn Kim Ánh Phao P4 có nhiệm vụ điều khiển máy khuấy MK1 và bơm B1, B2, van tự động V3_V4 cảm biến mức thấp, khi mực nước trong bể cân bằng xuống mức thấp hơn so với phao P4 thi mach điện trong phao P4 sẽ hở ra nên không có tín hiệu nào được gửi đi nên hai máy bơm B1, B2 sẽ bơm và van tự động V3_V4 sẽ không hoat động. Còn khi mự nước lên bằng hoặc cao hơn phao P4 thi mach điện trong phao sẽ đóng lai nên có tín hiệu Digital từ P4 gửi đi thì hai bơm B1 và B2 sẽ không bơm và van V3_V4 sẽ đóng lai. P4 kết hợp với thiết bị đo pH chuyên dụng với thang đo 14 để điều khiển MK2 và MK3 cũng như các bơm AX và BZ. Khi pH trong nước nhỏ hơn 6,5 thì bơm bazo hoat động, bơm bazo từ bồn bazo vào bể. Đồng thời máy khuấy trong bể hoat động; bazo được bơm cho đến khi pH trong nước đat mức cho phép. Khi pH trong nước lớn hơn 7.5 thì bơm axit hoat động, bơm axit từ bồn axit vào bể đồng thời máy khuấy hoat động. axit được bơm cho tới khi pH trong nước thải đat mức cho phép. Cụ thể như sau: - Độ pH nhỏ hơn 3.5 thì khởi động BZ1, BZ2 và MK3; - Độ pH nằm trong khoảng (3.5 ÷ 6.5) thì khởi động BZ1 và MK3; - Độ pH trong khoảng (7.5 ÷ 10.5) thì khởi động MK2 và AX1; - Độ pH nhở hơn 10.5 thì khởi động AX1, AX2 và MK2; - Độ pH trong khoảng (6.5÷ 7.5 thì reset MK1 cũng như reset (mở) van V3_V4. Nước sau khi xử lý xong sẽ được xả qua bể lắng. Sau khi nước được xả qua bể lắng thì V3_V4 đóng lai 1.2.5. Bể lắng a. Định nghĩa Bể lắng dùng để tách các tap chất thô ra khỏi nước thải và lắng diễn ra dưới tác dụng cca trọng lực. Bể lắng có vai trò loai bỏ các tap chất dang huyền phù thô ra khỏi nước. Đồng thời tai đây một phần cặn lơ lửng có trong nước thải sẽ tách ra và lắng xuống đáy bể. Để tiến hành quá trình này bể lắng thường được thiết kế theo kiểu ngang hoặc đứng. Chất PAC sẽ được châm vào với một liều lượng nhất định và được kiểm soát chặt chẽ bằng bơm định lượng hóa chất để bổ trợ cho quá trình keo tụ các hat cặn lắng. Các hat cặn lắng này sẽ kết dính và hình thành nên những bông cặn có kích thước và khối lượng lớn hơn gấp nhiều lần so với những hat cặn lắng ban đầu giup chung lắng tốt hơn tao thành lớp bùn cặn dưới đáy bể lắng. Phần bùn này sau đó sẽ được bơm ra bể chứa bùn. Phần nước phía trên cca bể lắng sẽ được cho chảy tự nhiên qua bể vi sinh nhờ vào trọng lực. b. Cấu tạo: Trong dự án này ta dùng loai bể lắng ngang. =================================================================(7) SVTH: NGUYỄN MAI ĐÔNG - lớp 13TDH2 Đồ án môn học điều khiển logic GVHD: TS. Nguyễn Kim Ánh Hình 1.4: Bể lắng ngang Bể lắng ngang là bể có hình chữ nhật. có hai hay nhiều ngăn hoat động đồng thời. Nước chuyển động từ đầu này đến đầu kia cca bể. Chiều sâu cca bể lắng H= 1,5-4m, chiều dài L= (8-12)xH, chiều rộng B= 3-6m. Bể lắng ngang có ứng dụng khi lưu lượng nước thải lớn hơn 15.000m3/day. Hiệu quả lắng 60%. Bể lắng gồm các phần tử: - Cảm biến độ bùn; - Máy khuấy; - Cảm biến độ đục. c. Nguyên lý hoạt động Trong quá trình lắng gián đoan, các hat lơ hửng phân bố không đồng đều theo chiều cao lớp nước thải. Quan một khoảng thời gian nào đó, phần trên cca thiết bị xuất hiện lớp nước thải. Qua một thời gian nào đó, phần trên cca thiết bị lắng xuất hiện mức nước trong.càng xuống đáy, nồng độ chất lơ lửng càng cao và ngay tai đáy, lớp cặn được tao thành. Theo thời gian, chiều cao lớp nước trong và lớp cặn tăng lên. Sau một khoảng thời gian xác định, trong thiết bị lắng chỉ còn hai lớp nước trong và lớp cặn. Tiếp theo nếu cặn không được lấy ra thì nó sẽ ép và chiều cao lớp cặn bị giảm. Trong bể lắng liên tục cũng ó các vùng tương tự nhưng chiều cao cca chũng không thay đổi trong suốt quá trình. Ngoài ra, trong bể lắng một hat chuyển động theo dòng nước có vận tốc v và dưới tác dụng cca trọng lực chuyển động xuống dưới với vận tốc ὼὼ Như vậy, bể lắng có thể lắng những hat có quỹ đao cca chung cắt ngang đáy bể trong pham vi chiều dài cca nó.Vận tốc chuyển dộng cảu nước trong bể lắng không lớn hơn 0,01m/s. Thời gian lắng 1-3 giờ. Thiết bị đo độ đục tiến hành đo lượng tap chất cũng như các hat lơ lửng trong nước để tham chiếu và tiến hành điều khiển bơm chất PAC để cố định cũng như lắng bùn xuống đáy bể. =================================================================(8) SVTH: NGUYỄN MAI ĐÔNG - lớp 13TDH2 Đồ án môn học điều khiển logic - GVHD: TS. Nguyễn Kim Ánh 100 < độ đục < 500 thì tiến hành khởi động bơm PAC1 và MK4 MK5; 500 < độ đục < 1000 độ đục thì tiến hành khởi động bơm PAC1,PAC2 và MK4 MK5; 0 < độ đục < 100 độ đục thì không tác động. Thiết bị đo lượng bùn (TBĐB) có nhiệm vụ đo lượng bùn có trong bể lắng để điều khiển máy hut bùn (MHB) hut xuống bể chứa bùn. Cảm biến 2 mức min và max, khi lượng bùn trong bể lắng ở mức max cảm biến sẽ điều khiển MHB làm việc và khi lượng bùn xuống min thì cảm biến điều khiển cắt MHB. 1.2.6. Bể chứa bùn a. Định nghĩa: Là nơi chứa bùn sau khi lắng và bùn được xử lí sơ cấp bằng cơ chế nén bùn. b. Cấu tạo Hình 1.5 : bể chứa bùn. c. Nguyên lý hoạt động Bùn vi sinh dư được bơm ra định kỳ và tập trung lai tai bể chứa bùn. Tai đây cùng với thời gian, bùn vi sinh sẽ bị phân hcy thành nước dơ & xác bùn. Nước dơ sẽ được xử lý theo chu trình, còn xác bùn cùng với các cặn lắng khác sẽ được hut bỏ bằng xe bồn chuyên dụng, định kỳ khoảng 6 tháng 1 lần. 1.2.7. Bể vi sinh a. Tổng quan Bể vi sinh là bể xử lý các chất thải hữu cơ bằng hoat động cca các vi sinh vật, sử dụng vi sinh vật để phân hcy chất thải. Các vi sinh vật có thể là vi khuẩn hiếu khí hoặc yếm khí. b. Cấu tạo của bể vi sinh =================================================================(9) SVTH: NGUYỄN MAI ĐÔNG - lớp 13TDH2 Đồ án môn học điều khiển logic GVHD: TS. Nguyễn Kim Ánh Tùy theo khả năng tài chính và diện tích đất mà người ta có thể sử dụng ao hồ có sẵn hoặc xây dụng các bể nhân tao xử lý. Đối với bể nhân tao thường bao gồm các thành phần chính sau: - Máy sục khí dưới đáy bể; - Máy khuấy chìm. Hình 1.6: bể vi sinh c. Nguyên lý hoạt động của bể vi sinh Tổng quan: Tai pha sục khí cca bể vi sinh, nước thải được trộn đều với không khí được cấp từ ngoài vào qua dàn đĩa phân phối khí dưới đáy bể bằng máy sục khí MSK 3, hỗn hợp khí và nước được trộn lẫn với bùn vi sinh nhờ máy khuấy chìm MK6 đồng thời quá trình xử lý BOD, nitơ, photpho và các chất trong nước thải diễn ra manh mẽ. Sau một thời gian nhất định quá trình chuyển sang pha lắng, tai đây khí được ngừng cung cấp vào bể tao môi trường yên tĩnh và với khả năng lắng nhanh dựa vào trọng lực, bùn vi sinh sẽ lắng xuống đáy bể để lai lớp nước trong phía trên. Lớp nước này sau đó được xả xuống bể khử trùng thông qua thiết bị thu nước bề mặt có cấu tao đặc thù. Hoat động cụ thể cca từng thiết bị: Phao P5 có nhiệm vụ đo mức nước trong bể để tiến hành điều khiển máy khuấy MK6 và máy sục khí MSK3 cũng như điều khiển thiết bị lấy nước bề mặt; P5 có 3 mức: P5_TL cảm biến mức thấp, sẽ khởi động V2 đồng thời sau 3 phut T38 sẽ khởi động MSK3. Nếu mực nước giảm thì ngừng MSK3. Sau 4 phut sẽ khởi động MK6 đồng thời reset T37 cũng như mực nước giảm thì reset MK6; P5_TH cảm biến mức cao, khi mực nước dâng cao nhất thì ta ngừng MK6 cũng như MSK3 và V2 , sau khi T38 đếm 5 phut cho 5 phut cho nước trong bể lắng đi thì tiến hành set thiết bị lấy nước bề mặt LNBM cũng như set (đóng) V3; =================================================================(10) SVTH: NGUYỄN MAI ĐÔNG - lớp 13TDH2 Đồ án môn học điều khiển logic GVHD: TS. Nguyễn Kim Ánh P5_TM cảm biến mức trung bình, khi mực nước ở mức trung bình trong bể đang xuống ta tiến hành reset BNS và reset T38 cũng như set MSK3, set MK2 set V2 cung cấp lai nước cho bể vi sinh tiến hành chu trình mới. 1.2.8. Bể khử trùng a. Khái niệm Bể khử trùng là bể mà nơi đó chung ta làm giảm lượng vi sinh vật (các vi sinh vật có hai) có trong nước bằng cách sử dụng các dung dịch hóa học trước khi nước được kiểm tra để thải ra bên ngoài. b. Cấu tạo của bể khử trùng Bể khử trùng thường đơn giản là bể bình thường với hệ thống bơm nước từ công đoan trước vào và hệ thống thoát nước ra cùng với các cảm biến đo mức nước và nồng độ các vi sinh vật trong nước. Hình 1.7 bể khử trùng c. Nguyên lý hoạt động của bể khử trùng Tổng quan: Tai bể khử trùng nước sau khi xử lý vi sinh vẫn còn chứa một hàm lượng vi khuẩn nhất định sẽ được hòa trộn với dung dịch nước clorine (nồng độ 6-9 ppm) và lưu trong thời gian 4 phut để khử trùng (chc yếu là vi khuẩn đường ruột coliform). Cuối cùng nước thải đã xử lý sẽ chảy ra hệ thống thoát nước chung cca khu vực hoặc tập trung vào bể chứa để tái sử dụng (tưới cây, rửa đường, nuôi cá…). Hoat động cụ thể cca từng thiết bị: Tai bể khử trùng nước sẽ được ngâm với clo để diệt một số vi khuẩn trong thời gian 4 phut. Phao P10 đo mức nước có trong bể khử trùng, chiều cao bể là 5m, lượng clo cho 5m chiều cao =================================================================(11) SVTH: NGUYỄN MAI ĐÔNG - lớp 13TDH2 Đồ án môn học điều khiển logic GVHD: TS. Nguyễn Kim Ánh cột nước là bơm 1 phut, sau khi ngâm clo xong, ta tiến hành mở van VTĐ3 để đưa nước qua bể lưu lượng. 1.3. Kết luận: Chương này giới thiệu tổng quan về sơ đồ công ngệ và nguyên lý hoat động cca hệ thống nhà máy sử lý nước thải. Trình bày ngắn gọn cách vận hành từng khâu trong hệ thống, từ đó ta có thể hiểu biết đặt tính và một số điều cần thiết để có thể dựa vào đó mà tính toán lựa chọn cảm biến cũng như các cơ cấu chấp hành trong chương 2. =================================================================(12) SVTH: NGUYỄN MAI ĐÔNG - lớp 13TDH2 Đồ án môn học điều khiển logic GVHD: TS. Nguyễn Kim Ánh CHƯƠNG 2: CÁC CẢM BIẾN VÀ CƠ CẤU CHẤP HÀNH SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG 2.1. Các cảm biến Các cảm biến sử dụng trong chương này được tính chọn gần như phù hợp với hệ thống, để hiểu rỏ về chung ta đi lần lược từng cảm biến. 2.1.1. Cảm biến đo độ PH a. Giới thiệu chung Nước thải cần xử lí được thu từ nhiều nguồn thải nên vấn đề chứa các thành phần chất hóa học mang tính axit hay bazo là không tránh khỏi. Vậy nên cần lắp đặt các cảm biến đo độ PH ở các hệ thống xử lí. Ở đây bể trung hòa nước thải, để đảm bảo sự giám sát và kiểm sát độ PH thông qua các công nghê xử lí nhằm đưa PH về khoảng 6.5 - 8.5 trước khi thải ra nguồn nhận hoặc sử dụng cho công nghê tiếp theo. b. Cấu tạo và sơ đồ nguyên lý Một điện cực pH được cấu tao bởi hai loai thcy tinh. Thân điện cực được làm bằng loai thcy tinh không đãn điện,đầu điện cực thường có dang hình bầu.Cấu truc cca điện cực thcy tính cho phép icon lithium trao đổi với các ion hydro trong chất lỏng tao thành lớp thcy hợp. Một điện thế cỡ mV được sinh ra giữa tiết diện cca bầu thcy tinh pH với dung dịch lỏng bên ngoài. Độ lớn cca điện thế này phụ thuộc vào giá trị pH cca dung dịch. Độ khác nhau cca điện thế tao ra bởi lớp bên ngoài và lớp thcy hợp bên trong điện cực có thể đo bằng điện cực bac/bac chloride. Hình 2.1 : Cấu tao điện cực đo pH. Nguyên lý làm việc: Giá trị pH được tính theo nồng độ ion H+. Khi có sự chênh lệch bên trong điện cực đo (bầu kính) và trong dung dịch đo, ion H+ sẽ chuyển vào bên trong điện cực đo để cân bằng pH. Luc này chênh lệch điện áp giữa điện cực mẫu và điện cực đo sẽ được cảm biến =================================================================(13) SVTH: NGUYỄN MAI ĐÔNG - lớp 13TDH2 Đồ án môn học điều khiển logic GVHD: TS. Nguyễn Kim Ánh xác định và chuyển thành giá trị pH. Khi bảo trì, ta có thể rửa bầu thcy tinh và hiệu chuẩn lai thiết bị đo với dung dịch mẫu có pH=4;7;10. c. Đặc tính làm việc Ta chọn cảm biến Hach DPD1R1 với đặc điểm kỹ thuật: - Dải đo: -2 đến 14pH; Độ nhay: ±0.01pH; Độ trôi: 0,03pH/24h; Có bù trừ nhiệt tự động bằng NTC 300Ohm; Dòng nước tai điểm làm việc không quá 3m/s; Cầu muối là bộ phận tiếp xuc trực tiếp với dung dịch đo, gồm 3 bộ phận chính: điện cực đo là bầu kính, điện cực nối đất titan và điện cực mẫu; Vỏ cảm biến làm bằng nhựa Ryton có khả năng chống ăn mòn bởi hóa chất; Đầu cảm biến chịu được áp suất 6.9bar ở 70 C. ̊ d. Cách lắp đặt đầu đo PH Cảm biến đo pH DPD1R1 thuộc dòng digital sensor, để có thể hiển thị, thu thập đo ta cần sử dụng chung với bộ điều khiển digital cca Hach (SC200,SC1000). Cảm biến đo pH DPD1R1 có đầu kết nối tới bộ điều khiển dnagj plup in, ta có thể dễ dàng kết nối và sử dụng.Trường hợp khoảng cách xa, hãng sản xuất có hổ trợ cáp digital mở rộng và termination box giup tăng khoảng cách lên tới 100 m. Hình 2.2 Lắp đặt đầu đo trên đường ống Với kiểu thiết kế convertiable cảm biến đo pH DPD1R1 khi lắp trên đường ống sử dụng ống nối T, ren trong gắn đầu dò 1”NPT. =================================================================(14) SVTH: NGUYỄN MAI ĐÔNG - lớp 13TDH2 Đồ án môn học điều khiển logic GVHD: TS. Nguyễn Kim Ánh Hình 2.3: Lắp đặt cảm biến DPD1R1 trong bể Khi lắp tai bể hở, cảm biến đo pH DPD1R1 có thể được lắp kèm theo phao cầu và gậy nối, giup đầu dò nổi trên mặt nước. 2.1.2. Cảm biến đo mức bùn a. Giới thiệu chung Việc đo đac mức bùn đáy liên tục có thể làm tăng hiệu suất xử lý bằng cách cung cấp sớm các tín hiệu cảnh báo về chất rắn cần phải xả bỏ tai các bể để quá trình xử lý diễn ra chính xác và an toàn hơn. Chính vì vậy việc sử dụng các công cụ để đo mức bùn là quan trọng, thông thường người ta sử dụng các máy đo độ bùn với các cảm biển đo mức độ bùn. Trong các nhà máy xử lý nước thải công nghiệp thường sử dụng cảm biến đo mức độ bùn SONATAX SC. Sensor được kết nối với bộ điều khiển SC1000 hoặc SC100 để đo mức bùn. Biểu đồ mức bùn được xem thông qua màn hình cca sc1000,SC100. b. Cấu tạo và sơ đồ nguyên lý Hình 2.4: Cảm biến đo mức độ bùn SONATAX SC. =================================================================(15) SVTH: NGUYỄN MAI ĐÔNG - lớp 13TDH2 Đồ án môn học điều khiển logic GVHD: TS. Nguyễn Kim Ánh Hach SONATAX sc Sludge Blanket Level Probe được thiết kế để sử dụng trong các bể lắng sơ và thứ cấp, bể nén bùn trong xử lý nước thải, bể lắng lọc nước thô, bể lắng bùn trong xử lý nước và nhiều công nghiệp. c. Nguyên lý làm việc Hach SONATAX sc Sludge Level Probe sử dụng sóng siêu âm để đo đac mức bùn một cách chính xác. Tín hiệu sóng siêu âm được phát ra từ đầu đo thẳng tới lớp bùn đáy trong bể. Việc đo độ dày và độ sâu cca bùn được dựa vào thời gian để sóng siêu âm dội ngược trở lai đầu đo và kết quả đo được sẽ hiển thị trên bộ điều khiển. d. Đặc tính làm việc - Độ chuẩn xác: ±0.1 m (±0.33 ft.); Thang đo: 0 m đến 5 m ; Độ phân giải: 0.03 m (0.09 ft.); Chiều dài cáp: 10 m - 50 m với dây cáp kéo dài; Hiệu chuẩn: nhà sản xuất hiệu chuẩn sẵn; Phương pháp hiệu chuẩn: One-off on commissioning, tự động; Chứng nhận: CE certified to EN 61326-1:1998 /A1/A2/A3 & EN 61010-1:2001; CE, TÜV GS, UL/CSA; Đường kính: 185 mm; Cấp bảo vệ: ≤ 1 bar IP68; Dòng chảy: 3 m/s; Chu kì bảo dưỡng: < 1giờ/tháng, thông thường; Vật liệu: Cần gat từ, lớp phc epoxy; Vòng O: Silicone; Miếng đỡ và cần gat: POM; Miếng đệm cáp: thép không gỉ 1.4571; Miếng chèn đệm trong cáp: TPE-V; Khe dẫn sáng: Polycarbonate LEXAN; Vòng đệm cần gat: Polyurethane; Thân điện cực: thép không gỉ 1.4581; Dây cáp nối sensor (hard-wired): 1 cặp dây xoắn đôi AWG 22 / 12 VDC, 1 cặp dây xoắn đôi; AWG 24 / data, vỏ bọc xanh, Semoflex (PUR); Đầu kết nối sensor (hard-wired): loai M12 cấp bảo vệ IP67; Cao su cần gat: cao su Silicone; Miếng đệm lót : NBR (acrylonitrile butadiene rubber); Nguyên lý đo: sóng siêu âm; Kiểu gắn: cố định tai 1 vị trí hoặc trục quay ; =================================================================(16) SVTH: NGUYỄN MAI ĐÔNG - lớp 13TDH2 Đồ án môn học điều khiển logic GVHD: TS. Nguyễn Kim Ánh - Điều kiện hoat động (nhiệt độ): > 0 đến 50 °C; - Nguồn điện: 2.4 W; - Giới han áp suất: ≤ 0.3 bar hay ≤ 3 m; - Độ lặp lai: 0.1 m; - Độ phân giải: 0.03 m (0.09 ft); - Tự động bù trừ nhiệt độ; - Thang đo: 0.2 đến 12 m; - Khối lượng: 3.5 kg (7.7 lbs). Tối ưu việc tách bùn, kiểm soát quy trình tuần hoàn bùn và cảnh báo sớm việc rửa bùn hoặc cung cấp bùn cho quá trình xử lý kịp thời nhờ vào việc kiểm soát đo mức bùn trong bể liên tục. Sensor SONATAX là sensor kĩ thuật số nên han chế các tín hiệu gây nhiễu, có bù trừ nhiệt độ tự động và định vị sensor. e. Các ưu điểm/đặc điểm chính - - Kiểu thiết kế cần gat cải tiến giảm nhu cầu chăm sóc.; Ánh sáng chỉ thị đèn LED hoat động nhìn thấy được giup đánh giá nhanh sự hoat động cca đầu đo; Điều chỉnh tần số tự động cho sự đo đac chính xác cao; Đầu đo kỹ thuật số han chế sự nhiễu điện từ; Sự bù trừ nhiệt độ tự động đảm bảo đầu đo không chịu ảnh hưởng bởi sự thay đổi nhiệt độ cca nước theo thời tiết hay Giá trị đo độc lập với thành phần bùn và nhiệt độ nước; Giá trị đo đung ngay cả khi có sự biến động thành phần bùn; Cảm biến được gắn cố định theo góc bên trong bù trừ phòng khi đầu đo không được gắn hoàn toàn thẳng đứng; Khả năng gắn nhiều đầu đo cùng hoat động-khi kết nối với sc1000 có thể gắn 8 đầu đo và sc100 có thể gắn 2 đầu đo cùng luc; Khả năng kết hợp nhiều thông số- sc100 hay sc1000 controller có thể tương thích với bất kì thông số đo cca sensor thuộc dòng kỹ thuật số như sensor đo chất rắn lơ lửng, pH, DO, độ đục, nitrat, photphat, ammoni và nhiều sensor khác. 2.1.3. Cảm biến đo độ đục a. Giới thiệu chung Độ đục là một trong những thông số quan trọng nhất được sử dụng để xác định chất lượng nước uống. Độ đục được xem như một đặc điểm để nhận diện các tác nhân gây bệnh có trong nước uống. Trong nước tự nhiên, đo độ đục được thực hiện để đánh giá chất lượng nước nói chung và khả năng tương thích cca nó trong các ứng dụng liên quan đến sinh vật thuỷ sinh. Việc giám sát và xử lý nước thải hoặc đã từng chỉ cần dựa trên sự kiểm soát độ đục. Hiện nay, việc đo =================================================================(17) SVTH: NGUYỄN MAI ĐÔNG - lớp 13TDH2 Đồ án môn học điều khiển logic GVHD: TS. Nguyễn Kim Ánh độ đục ở cuối cca quá trình xử lý nước thải là cần thiết để xác minh rằng các giá trị nằm trong tiêu chuẩn quy định b. Cấu tạo và sơ đồ nguyên lý Hình 2.5: Sơ đồ cấu truc cca cảm biến đo độ đục Nguyên lý làm việc: Cảm biến đo độc đục bao gồm: sensor, hệ điều chỉnh lưu lượng, hệ điều áp, van đối áp. Nước đầu vào sẽ liên tục được chuyển vào khoang chứa mẫu cca cảm biến bằng bơm. Cảm biến hoat động dựa trên nguyên tắc đo lường độ đục Nephelometric cca tiêu chuẩn châu Âu ISO 7027 & DIN EN 27027. Trong thiết bị có một nguồn sáng hồng ngoai chiếu vào khoang chứa nước. Cường độ ánh sáng dẫn truyền qua mẫu nước sẽ được ghi nhận bằng cảm biến. Sau đó dựa trên giá trị cường độ ánh sáng bị giảm, máy sẽ xuất ra giá trị độ đục cca nước.Thiết bị có độ chính xác cao ±2% và ngưỡng đo là 0-1000NTU; c. Các lợi điểm của công nghệ: Khi kiểm soát chu trình lọc bằng cảm biến độ đục quá trình lọc sẽ đat được các lợi ích sau: - Tăng lưu lượng nước xử lý; Giảm thiểu lượng nước rửa lọc; Tăng tuổi thọ vật liệu lọc; Kiểm soát hoàn toàn được chất lượng nước và tối ưu hóa lưu lượng nước xử lý; Chất lượng nước xử lý tốt do khả năng đáp ứng với tính chất nước đầu vào; Công nghệ hiện đai, truyền thông bằng SCADA, vận hành, cảnh báo lỗi; Giảm chi phí nhân công vận hành. =================================================================(18) SVTH: NGUYỄN MAI ĐÔNG - lớp 13TDH2 Đồ án môn học điều khiển logic GVHD: TS. Nguyễn Kim Ánh d. Các thức lắp đặt, kích thước - Vị trí lắp đặt: cách vị trí lấy gần hơn 2-3m, nước mẫu sẽ được bơm về thiết bị; Là dang thiết bị indoor, cần có hộc tc chứa khi lắp ngoài trời; Hộc tc chứa cần trống tối thiểu 20cm phía trên để thao tác; Lưu lượng nước lấy mẫu cần thiết 6 -60l/h, áp suất < 13.8 bar, nhiệt độ < 50°C. 2.2. Các thiết bị sử dụng trong hệ thống 2.2.1. Hệ thống sục khí Trong hệ thống xử lý nước thải, chung ta thường cung cấp khí cho các bể: Bể điều hòa và bể hiếu khí. Đối với bể điều hòa là nới tập trung các nguồn nước thải một nguồn duy nhất và đồng thời để chứa cho hệ thống hoat động liên tục và tính chất cua nước thải dao động theo thời gian trong ngày nên để đảm bảo nhiệm vụ điều hòa lưu lượng cũng như nồng độ nước thải, tao chế độ làm việc ổn định liên tục cho các công trình xử lí, tránh hiện tượng hệ thống xử lý quá tải. Nước thải trong bể điều hòa được sục khí liên tục từ máy thổi khí và hệ thống đĩa phân phối khí nhằm tranh hiện tượng yếm khí dưới đáy bể. Đối với bể xử lý dinh học hiếu khí bằng bùn hoat tính lơ lửng là công trình đơn vị quyết định hiểu quả xử lu cca tram vì phần lớn những chất gây ô nhiễm trong nước thải. Các vi khuẩn hiện diện trong nước thải ở dang lơ lửng. Các vi sinh hiếu khí sẽ tiếp nhận oxy và chuyển hóa chất hữu cơ thánh thức ăn.Trong môi trường hiếu khí ( nhờ khí O2 sục vào- hoat động cung cấp khí), vi sinh hiếu khí tiêu thụ các chất hưu cơ để phát triển, tăng sinh khối và làm giảm tải lượng ô nhiễm trong nước thải xuống mức thấp nhất. Vì vậy nhằm đảm bảo lượng oxy cấp vào bể Aerotank đc cho quá trình Nitrate hóa chung ta cần phải tính toán chính xác lượng khí cấp vào bể nhằm duy trì DO trong bể đảm bảo nống độ oxy hòa tan luôn >2mg/l. Thiết bị cung cấp khí cho hệ thống. Gồm: máy thổi khí Longtech-Đài Loan; đĩa/ống phân phối khí Longtech –Đài loan hoặc JagerĐức. Tính toán lượng khí cần cung cấp(m3/phut) dựa vào những số liệu sau: Công suất xử lý(m3/ngày đêm)/Thể tích bể cần sục khí(Dài x Rộng x Cao). =================================================================(19) SVTH: NGUYỄN MAI ĐÔNG - lớp 13TDH2 Đồ án môn học điều khiển logic GVHD: TS. Nguyễn Kim Ánh Hình 2.6: Hình dáng và sơ đồ nguyên lí máy thổi khí Tính toán lựa chọn máy thổi khí Longtech –Đài Loan Lượng không khí cần cung cấp cho quá trình xử lý nước thải tính theo công thức: Qk = Qtt.D (m3 khí/h); Với Qtt – lưu lượng nước thải tính toán (m3/h); D – Lượng không khí cần thiết để xử lý 1 m3 nước thải (m3 khí/ m3 nước thải); Hs P=98066,5(1+ ) 10,33 Áp lực cca máy thổi khí tính theo công thức : Với Hs – Độ ngập cca thiết bị phân tán khí trong nước (m); Công suất cca máy thổi khí được tính theo công thức sau: 3,64 ( P0,29−26,3)Q x N= 1000 n Với QK – Tổng lưu lượng khí cấp cho bể xử lý (m3/h): n – Hệ số sử dụng hữu ích cca máy thổi khí (lấy khoảng 0,5 – 0,75). -Từ các tính toán kỹ thuật như trên ta lựa chọn Model máy thổi khí Longtech có các thông số về lưu lượng khí, áp lực máy, công suất điện năng, kích thước chi tiết cca máy phù hợp thông qua catalog cca nhà sản xuất. Tính toán số lượng đĩa/ống phân phối khí cần dùng: Để thực hiện việc phân phối khí ta có thể sử dụng các đĩa phân phối khí sau: Đĩa phân phối khí bọt mịn Lưu lượng: 0.02 – 0.2 m3/phut Số lượng đĩa cần dùng = Lưu lượng máy thổi khí/lưu lượng đĩa thổi khí = 30/0,1 = 300 cái. Lưu ý: Việc lựa chọn thiết bị phân tán khí phụ thuộc vào từng quy mô công trình. Đảm bảo cường độ khí phân tán phải đảm bảo lớn hơn giá trị tối thiểu để có thể tách cặn bẩn chui ra khỏi các lỗ và phải nhỏ hơn giá trị tối đa để vận tốc nổi không lớn, giữ được thời gian tiếp xuc cca khí và nước. Đối với các đĩa phân phối khí bọt mịn, kích thước bọt khí từ 1 – 6mm; Đối với hệ ống đục lỗ, đĩa khí thô thì kích thước bọt khí từ 2 – 10 mm. 2.2.2. Máy khuấy chìm Lựa chọn máy khuấy chìm GM17A1T (GM17A471T1-4V2KA0) 1.1 Kw. Máy khuấy chìm Faggiolati cho các hệ thống xử lý nước thải cơ bản là một động cơ có đầu trục gắn một cánh quat để khuấy trộn chất lỏng, hòa tan các hat lắng và ngăn chặn sự phân tầng.Đây là thiết bị được sử dụng phổ biến trong các nhà máy, các hồ nuôi trồng thcy sản,…. =================================================================(20) SVTH: NGUYỄN MAI ĐÔNG - lớp 13TDH2