Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Trong các cơ sở sản xuất công nghiệp và khu dân cư, nước thải phát sinh từ dây chuyền sản xuất cũng như hoạt động sinh hoạt chứa nhiều thành phần phức tạp như rác thải thô, cặn lơ lửng, hợp chất hữu cơ (BOD, COD, Nitơ, Photpho) và nồng độ pH biến động liên tục theo thời gian. Việc xử lý thủ công hoặc sử dụng các mạch điều khiển rơ-le cổ điển bộc lộ nhiều nhược điểm về độ ổn định, khả năng chống nhiễu và tính linh hoạt khi cần thay đổi quy trình công nghệ. Đề tài "Đồ án môn học điều khiển logic" (GVHD: TS. Nguyễn Kim Ánh) được thực hiện nhằm giải quyết bài toán tự động hóa quy trình xử lý nước thải liên hoàn bằng bộ điều khiển lập trình PLC.
Mục tiêu và các nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể của đề tài bao gồm:
- Nghiên cứu và chuẩn hóa quy trình công nghệ xử lý nước thải qua các đơn vị xử lý: mương lắng cát, bể cân bằng, bồn định lượng, bể trung hòa pH, bể lắng ngang, bể chứa bùn, bể vi sinh và bể khử trùng.
- Khảo sát, tính toán và lựa chọn các cảm biến đo lường (đo pH, đo mức bùn, đo độ đục, đo mức nước) cùng các cơ cấu chấp hành (bơm nước, bơm định lượng hóa chất axit/bazơ/PAC/Clo, máy sục khí, máy khuấy chìm, van tự động).
- Thiết kế cấu hình phần cứng điều khiển trung tâm trên cơ sở bộ điều khiển PLC Mitsubishi FX3U-64MR/ES-A kết hợp module mở rộng tín hiệu tương tự FX3U-4AD-ADP; phân chia chi tiết địa chỉ vào/ra (I/O).
- Tính toán, lựa chọn khí cụ điện cho mạch động lực và mạch bảo vệ (rơ-le trung gian, contactor, aptomat) đáp ứng yêu cầu vận hành an toàn của phụ tải công nghiệp.
- Xây dựng sơ đồ thuật toán điều khiển và lập trình chương trình điều khiển tự động cho toàn bộ hệ thống.
Đối tượng nghiên cứu là quy trình công nghệ xử lý nước thải và hệ thống trang bị điện - tự động hóa trạm xử lý. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào việc thiết kế kỹ thuật, tính toán thiết bị đo lường, thiết bị đóng cắt và lập trình điều khiển logic cho một trạm xử lý nước thải cục bộ với công suất phụ tải động cơ 30 kW, điện áp nguồn 220V/380V và lưu lượng nước thải qua bể lắng lớn hơn 15 $\text{m}^3/\text{h}$.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
Đề tài vận dụng các cơ sở lý thuyết và nguyên lý kỹ thuật sau:
- Khung lý thuyết điều khiển logic khả trình (Programmable Logic Controller - PLC), cấu trúc CPU, chu trình quét (scan cycle) và các chuẩn ngôn ngữ lập trình theo IEC 61131-3 (Ladder Diagram, Instruction List, Function Block Diagram, Sequential Function Charts, Structured Text).
- Nguyên lý đo lường công nghiệp: Phương pháp đo pH bằng chênh lệch điện thế điện cực thủy tinh kết hợp bù nhiệt tự động; phương pháp đo độ đục quang học Nephelometric theo tiêu chuẩn châu Âu ISO 7027 và DIN EN 27027; nguyên lý báo mức chất rắn/bùn bằng cảm biến cơ điện dạng cánh xoay; nguyên lý đo mức chất lỏng bằng công tắc phao.
- Cơ sở tính toán cơ điện và công nghệ môi trường: Quá trình keo tụ tạo bông với hóa chất PAC, trung hòa pH bằng axit/bazơ, xử lý sinh học hiếu khí với nồng độ oxy hòa tan $\text{DO} > 2\text{ mg/l}$, khử trùng vi khuẩn coliform bằng dung dịch Chlorine nồng độ 6–9 ppm; phương pháp tính toán chọn thiết bị đóng cắt bảo vệ (Aptomat, Contactor) theo dòng điện định mức $I_{đm}$ và phụ tải khởi động.
Phương pháp nghiên cứu được triển khai trong đồ án gồm:
- Phương pháp phân tích - tổng hợp kỹ thuật: Phân tích từng công đoạn công nghệ xử lý nước thải để xác định các thông số đầu vào/đầu ra, từ đó tổng hợp thành sơ đồ công nghệ tổng thể.
- Phương pháp tính toán thiết kế kỹ thuật: Tính toán công suất điện, dòng điện làm việc của động cơ ($P_{đm} = 30\text{ kW}, U_{đm} = 220\text{V} \rightarrow I_{đm} \approx 136\text{A}$), từ đó áp dụng các điều kiện bất đẳng thức để chọn Contactor ($I_{đm} = 150\text{A}$) và Aptomat ($I_{aptomat} \ge 1,5 \times I_{đm} = 204\text{A}$).
- Phương pháp thiết kế hệ thống điều khiển: Thiết lập bảng phân bổ địa chỉ I/O cho 18 ngõ vào số, 2 ngõ vào tương tự và 29 ngõ ra số; xây dựng lưu đồ thuật toán điều khiển tuần tự và lập trình sơ đồ bậc thang (Ladder Diagram).
Nguồn dữ liệu sử dụng trong nghiên cứu là các thông số kỹ thuật chuẩn trích xuất từ tài liệu hướng dẫn kỹ thuật của giảng viên hướng dẫn (TS. Nguyễn Kim Ánh) cùng bảng dữ liệu (datasheet/catalog) từ các hãng sản xuất thiết bị: Mitsubishi Electric (PLC FX series), Hach (cảm biến pH DPD1R1), Kansai (cảm biến mức bùn), Faggiolati (máy khuấy chìm GM17A1T), Longtech (máy thổi khí).
Thiết kế và triển khai hệ thống kỹ thuật
Hệ thống điều khiển và trang bị điện của trạm xử lý nước thải được thiết kế đồng bộ từ tầng đo lường, tầng điều khiển logic đến tầng chấp hành và mạch động lực.
| Thành phần hệ thống |
Model / Quy cách kỹ thuật |
Thông số và chức năng chính |
| Bộ điều khiển CPU |
Mitsubishi FX3U-64MR/ES-A |
32 ngõ vào Digital (Sink/Source 24VDC), 32 ngõ ra Relay, bộ nhớ 64.000 bước lệnh, nguồn nuôi 100–240 VAC, tích hợp cổng RS232C/RS485. |
| Module mở rộng Analog |
Mitsubishi FX3U-4AD-ADP |
4 kênh ngõ vào tương tự (0–10VDC / 4–20mA), chuyển đổi A/D tốc độ cao để nhận tín hiệu đo độ đục và pH. |
| Cảm biến pH |
Hach DPD1R1 |
Dải đo 0–14 pH, độ nhạy $\pm 0,01\text{ pH}$, độ trôi $0,03\text{ pH}/24\text{h}$, bù nhiệt NTC $300\ \Omega$, thân nhựa Ryton, ngõ ra 0–10V. |
| Cảm biến mức bùn |
Kansai (dạng cánh xoay) |
Nguồn cấp 200–220 VAC, tiếp điểm relay NO/NC 250V 3A, cấp bảo vệ IP55, đo mức bùn bể lắng. |
| Cảm biến đo độ đục |
Chuẩn Nephelometric ISO 7027 |
Dải đo 0–1000 NTU, độ chính xác $\pm 2%$, ngõ ra 0–10V, lưu lượng mẫu $6\text{--}60\text{ l/h}$. |
| Máy khuấy chìm |
Faggiolati GM17A1T |
Công suất $1,1\text{ kW}$, tốc độ $1380\text{ RPM}$, 2 cánh khuấy Inox AISI 316 ($\varnothing 176\text{ mm}$), cấp bảo vệ IP68, cách điện Class H. |
| Máy thổi khí |
Longtech |
Cung cấp khí qua hệ thống đĩa phân phối bọt mịn (kích thước bọt 1–6 mm, lưu lượng đĩa $0,2\text{ m}^3/\text{phút}$). |
| Khí cụ đóng cắt & bảo vệ |
Contactor & Aptomat |
Contactor ($U_{đm} = 220\text{V}, I_{đm} = 150\text{A}$), Aptomat bảo vệ ($I_{đm} = 204\text{A}$), Rơ-le trung gian 24VDC/1A. |
Bảng phân bổ địa chỉ đầu vào và đầu ra cho bộ điều khiển PLC FX3U:
| Loại tín hiệu |
Ký hiệu địa chỉ |
Tên thiết bị / Chức năng |
| Ngõ vào số (Digital Inputs) |
X000, X001 |
Nút ấn START, Nút ấn STOP |
|
X002 |
Phao đo mức nước mương lắng cát (V1_P1) |
|
X003, X004 |
Phao mức thấp (V2_P2), Phao mức cao (V2_P3) bể cân bằng |
|
X005, X006 |
Phao mức thấp (V3_P4), Phao mức cao (V3_P5) bể trung hòa pH |
|
X007, X010 |
Cảm biến mức bùn thấp (V4_SB1), Cảm biến mức bùn cao (V4_SB2) |
|
X011, X012, X013 |
Phao mức thấp (V5_P6L), mức trung bình (V5_P6M), mức cao (V5_P6H) bể vi sinh |
|
X014, X015 |
Phao mức thấp (V6_P7), Phao mức cao (V6_P8) bể khử trùng |
|
X016, X017 |
Phao báo mức bồn Axit (P_AX), Phao báo mức bồn Bazơ (P_BZ) |
|
X020, X021 |
Phao báo mức bồn PAC (P_PAC), Phao báo mức bồn Clo (P_CLO) |
| Ngõ vào tương tự (Analog) |
M8262 / Kênh Analog |
Tín hiệu đo độ đục (V4_DDUC), Tín hiệu đo pH |
| Ngõ ra số (Digital Outputs) |
Y000 |
Cuộn dây contactor tổng (K_TONG) |
|
Y001, Y005, Y022, Y026 |
Van tự động V1_V1, Van V3_V2, Van V5_V3, Van V6_V4 |
|
Y002, Y003 |
Bơm nước thải 1 (V2_B1), Bơm nước thải 2 (V2_B2) bể cân bằng |
|
Y004, Y024 |
Máy sục khí 1 (V2_MSK1), Máy sục khí 2 (V5_MSK2) |
|
Y006, Y007, Y010 |
Máy khuấy bể trung hòa (V3_MK1), khuấy axit (V3_MK2), khuấy bazơ (V3_MK3) |
|
Y011, Y012 |
Bơm định lượng Axit 1 (V3_AX1), Bơm Axit 2 (V3_AX2) |
|
Y013, Y014 |
Bơm định lượng Bazơ 1 (V3_BZ1), Bơm Bazơ 2 (V3_BZ2) |
|
Y015, Y016, Y017 |
Máy khuấy 4 (V4_MK4), Máy khuấy 5 (V4_MK5), Bơm bùn (V4_BB) |
|
Y020, Y021 |
Bơm định lượng PAC 1 (V4_PAC1), Bơm PAC 2 (V4_PAC2) |
|
Y023, Y025 |
Thiết bị gạt nước bề mặt (V5_BNS), Máy khuấy chìm bể vi sinh (V5_MK6) |
|
Y027, Y030 |
Bơm định lượng Clo (V6_CLO), Máy khuấy bể khử trùng (V6_MK7) |
|
Y031, Y032, Y033, Y034 |
Contactor cấp nguồn hóa chất Axit (CCAX), Bazơ (CCBZ), PAC (CCPAC), Clo (CCCL) |
Nội dung chính theo từng chương
CHƯƠNG 1 : QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI
Chương 1 mô tả chi tiết nguyên lý làm việc và cấu tạo của 8 khâu công nghệ trong dây chuyền xử lý nước thải:
- Mương lắng cát: Nước thải tự chảy qua tấm lọc rác thô và tấm lọc rác tinh để loại bỏ rác có kích thước lớn (gỗ, giấy, nylon, cát đá vụn). Phao V1_P1 điều khiển van V1_V1 đóng mở tự động để duy trì dòng chảy vào và chống tràn.
- Bể cân bằng: Trang bị dàn sục khí đáy V2_MSK1 nhằm khuấy trộn đều các thành phần ô nhiễm (BOD, COD, pH, N, P, nhiệt độ) và điều hòa lưu lượng. Hai máy bơm V2_B1 và V2_B2 hoạt động luân phiên theo trạng thái phao mức thấp V2_P2 và mức cao V2_P3 để bơm nước lên bồn định lượng.
- Bồn định lượng: Thiết kế hai ngăn để điều tiết lượng nước tự chảy sang bể trung hòa; phần nước bơm thừa tràn qua ngăn thứ hai sẽ tự động hồi lưu về bể cân bằng.
- Bể trung hòa pH: Duy trì độ pH nước thải trong ngưỡng cho phép (6,5–7,5) nhằm chống ăn mòn đường ống và bảo vệ các khâu sinh học phía sau. Hệ thống gồm bồn axit (2 bơm V3_AX1, V3_AX2, máy khuấy V3_MK2, phao P7_AX), bồn bazơ (2 bơm V3_BZ1, V3_BZ2, máy khuấy V3_MK3, phao P8_BZ), máy khuấy trung hòa V3_MK1 và cảm biến pH. Logic xử lý: $\text{pH} < 3,5$ kích hoạt 2 bơm bazơ và máy khuấy; $3,5 \le \text{pH} < 6,5$ kích hoạt 1 bơm bazơ và máy khuấy; $7,5 < \text{pH} \le 10,5$ kích hoạt 1 bơm axit và máy khuấy; $\text{pH} > 10,5$ kích hoạt 2 bơm axit và máy khuấy; khi $6,5 \le \text{pH} \le 7,5$ dừng khuấy và mở van V3_V2 xả sang bể lắng.
- Bể lắng ngang: Kích thước bể: chiều sâu $H = 1,5\text{--}4\text{ m}$, chiều dài $L = 8\text{--}12\text{ m}$, chiều rộng $B = 3\text{--}6\text{ m}$; áp dụng khi lưu lượng nước thải $> 15\text{ m}^3/\text{h}$, hiệu quả lắng đạt 60%, thời gian lắng 1–3 giờ, vận tốc nước không lớn hơn 0,01 m/s. Hệ thống tự động châm chất keo tụ PAC dựa theo cảm biến độ đục V4_DDUC: độ đục $100\text{--}500\text{ NTU}$ bật 1 bơm PAC (V4_PAC1) và máy khuấy V4_MK4, V4_MK5; độ đục $500\text{--}1000\text{ NTU}$ bật 2 bơm PAC (V4_PAC1, V4_PAC2) và máy khuấy. Khi cảm biến mức bùn cao V4_SB2 tác động, bơm bùn V4_BB hoạt động hút cặn sang bể chứa bùn cho đến khi mức bùn xuống dưới cảm biến mức thấp V4_SB1.
- Bể chứa bùn: Chứa bùn lắng và thực hiện nén bùn sơ cấp; định kỳ khoảng 6 tháng hút bỏ xác bùn một lần bằng xe bồn chuyên dụng.
- Bể vi sinh (hiếu khí): Phân hủy chất hữu cơ bằng vi sinh vật hiếu khí, máy sục khí V5_MSK3 cấp khí qua dàn đĩa phân phối và máy khuấy chìm V5_MK6 khuấy trộn bùn hoạt tính. Quá trình gồm pha sục khí, pha lắng yên tĩnh (ngừng sục khí và dừng khuấy trong 5 phút để bùn lắng) và pha thu nước bề mặt bằng thiết bị gạt nước V5_BNS theo tín hiệu của 3 phao mức nước V5_P6L, V5_P6M, V5_P6H.
- Bể khử trùng: Tiêu diệt vi khuẩn đường ruột (coliform) bằng dung dịch Clo nồng độ 6–9 ppm. Khi phao V6_P8 báo đầy, bơm Clo V6_CLO và máy khuấy V6_MK7 hoạt động trong 1 phút, sau đó ngâm khử trùng trong thời gian 4 phút trước khi mở van V6_V4 xả ra hệ thống thoát nước chung.
CHƯƠNG 2: CÁC CẢM BIẾN VÀ CƠ CẤU CHẤP HÀNH SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG
Chương 2 trình bày cấu tạo, nguyên lý hoạt động và thông số chọn lựa của các thiết bị đo lường và cơ cấu chấp hành:
- Cảm biến pH Hach DPD1R1: Dải đo 0–14 pH, điện áp ngõ ra khuếch đại 0–10V, bù nhiệt tự động NTC $300\ \Omega$, vỏ nhựa Ryton chống ăn mòn, chịu áp suất 6,6 bar, kết nối bộ điều khiển số SC200/SC1000.
- Cảm biến mức bùn Kansai: Dạng cánh xoay cơ điện, nguồn cấp 200–220 VAC, tiếp điểm relay NO/NC 250V 3A, công suất tiêu thụ 1,5–2,5W, cấp bảo vệ IP55, nhiệt độ làm việc 0–50°C.
- Cảm biến đo độ đục: Đo theo tiêu chuẩn ISO 7027/DIN EN 27027 bằng nguồn sáng hồng ngoại, dải đo 0–1000 NTU, độ chính xác $\pm 2%$, ngõ ra 0–10V, lưu lượng dòng mẫu $6\text{--}60\text{ l/h}$.
- Hệ thống cung cấp khí: Máy thổi khí Longtech (Đài Loan) và đĩa phân phối khí bọt mịn (kích thước bọt 1–6 mm, lưu lượng $0,2\text{ m}^3/\text{phút}$), tính toán số lượng đĩa phân phối đáp ứng yêu cầu nồng độ oxy hòa tan $\text{DO} > 2\text{ mg/l}$ cho bể Aerotank.
- Máy khuấy chìm Faggiolati GM17A1T: Công suất 1,1 kW, sức đẩy 120 N, công suất cánh 0,42 kW, 2 cánh Inox AISI 316, trục SUS AISI 420, thân gang EN-GJL-250, cách điện Class H (180°C), chuẩn bảo vệ IP68, điện áp 380V 3 pha 50Hz.
- Công tắc phao và máy bơm chìm nước thải: Khảo sát nguyên lý đóng cắt tiếp điểm của phao chống cạn/chống tràn và máy bơm chìm ly tâm/tích cực (dải công suất 0,4–30 kW, lưu lượng $1\text{--}3000\text{ m}^3/\text{h}$, cột áp 3–30 m).
Chương 3: LỰA CHỌN BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC VÀ THIẾT KẾ TRANG BỊ ĐIỆN CHO HỆ THỐNG
Chương 3 tập trung vào việc lựa chọn PLC và tính toán trang bị điện:
- So sánh các giải pháp điều khiển: Phân tích ưu nhược điểm kỹ thuật giữa Rơ-le, Mạch số, Máy tính công nghiệp và PLC về giá thành, kích thước, tốc độ điều khiển, khả năng chống nhiễu và bảo trì.
- Khảo sát các họ PLC Mitsubishi FX (FX1S, FX1N, FX2N, FX3U) về dung lượng bộ nhớ, tập lệnh, số lượng I/O và tốc độ xử lý lệnh.
- Lựa chọn cấu hình: Với yêu cầu 18 ngõ vào digital, 2 ngõ vào analog và 29 ngõ ra digital, nhóm tác giả chọn PLC Mitsubishi FX3U-64MR/ES-A kết hợp module analog FX3U-4AD-ADP.
- Tính toán thiết bị mạch động lực và bảo vệ:
- Động cơ phụ tải: $P_{đm} = 30\text{ kW}, U_{đm} = 220\text{V} \rightarrow I_{đm} = \frac{30000}{220} \approx 136\text{A}$.
- Chọn Contactor: Điện áp định mức $U_{đm} = 220\text{V}$, dòng định mức $I_{đm} = 150\text{A}$.
- Chọn Aptomat: Áp dụng điều kiện $I_{aptomat} \ge 1,5 \times I_{đm} = 1,5 \times 136\text{A} = 204\text{A} \rightarrow$ Chọn Aptomat có dòng định mức 204A.
- Chọn Rơ-le trung gian loại 24VDC, dòng tác động 1A.
Chương 4: THIẾT KẾ SƠ ĐỒ THUẬT TOÁN VÀ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN
Chương 4 xây dựng lưu đồ thuật toán điều khiển tuần tự cho từng khâu công nghệ của nhà máy và hiện thực hóa thuật toán thành chương trình điều khiển bằng ngôn ngữ sơ đồ bậc thang (Ladder Diagram) trên PLC Mitsubishi FX3U.
Kết quả và đóng góp
Đồ án đạt được các kết quả kỹ thuật cụ thể sau:
- Hoàn thiện thiết kế hệ thống điều khiển tự động cho trạm xử lý nước thải 8 công đoạn liên hoàn với đầy đủ các thông số vận hành thực nghiệm: kiểm soát pH trong dải an toàn 6,5–7,5; phân cấp định lượng PAC theo 3 dải độ đục (0–100, 100–500, 500–1000 NTU); kiểm soát thời gian lắng vi sinh 5 phút và thời gian khử trùng bằng Clo 4 phút (sau 1 phút châm hóa chất).
- Xác lập cấu hình phần cứng điều khiển và lập bảng phân bổ 49 kênh tín hiệu (18 DI, 2 AI, 29 DO) trên nền tảng PLC Mitsubishi FX3U-64MR/ES-A và module FX3U-4AD-ADP.
- Thực hiện đầy đủ các bước tính toán trang bị điện mạch động lực cho động cơ 30 kW ($I_{đm} \approx 136\text{A}$), lựa chọn chính xác Contactor 150A và Aptomat bảo vệ 204A theo tiêu chuẩn kỹ thuật.
Các giải pháp và kiến nghị kỹ thuật do tác giả đề xuất:
- Ứng dụng giải pháp điều khiển luân phiên hai máy bơm V2_B1 và V2_B2 ở bể cân bằng nhằm phân bổ đều thời gian hoạt động, giúp kéo dài tuổi thọ thiết bị bơm.
- Thiết kế bồn định lượng 2 ngăn có rãnh tràn hồi lưu tự nhiên về bể cân bằng để ngăn chặn sự cố tràn nước hoặc quá tải lưu lượng qua bể trung hòa pH.
- Khuyến nghị quy trình vận hành an toàn điện: Khi có sự cố mất điện và có điện trở lại, cần ngắt các thiết bị có công suất lớn và tiến hành khởi động lại tuần tự nhằm triệt tiêu hiện tượng dòng khởi động đồng thời tăng vọt từ 3 đến 10 lần làm nhảy Aptomat bảo vệ.
Về mặt đóng góp kỹ thuật, đồ án đã thay thế phương thức điều khiển thủ công và hệ thống rơ-le dây nối cồng kềnh bằng hệ thống điều khiển lập trình khả trình PLC nhỏ gọn, nâng cao độ tin cậy, khả năng chống nhiễu trong môi trường công nghiệp và cho phép mở rộng quy trình điều khiển thông qua phần mềm mà không cần thay đổi đấu nối cơ học.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
Dựa trên phạm vi và nội dung trình bày trong văn bản, đề tài có các hạn chế và hướng mở sau:
- Hạn chế: Đồ án tập trung vào tính toán thiết kế phần cứng, lập bảng địa chỉ I/O và thuật toán điều khiển trên lý thuyết/mô phỏng đồ án môn học, chưa triển khai tích hợp giao diện giám sát SCADA/HMI hoàn chỉnh cũng như chưa có số liệu vận hành thực nghiệm dài hạn trên trạm xử lý quy mô thực tế.
- Hướng nghiên cứu tiếp: Mở rộng tích hợp giao diện điều khiển, giám sát và thu thập dữ liệu (SCADA/HMI) qua cổng truyền thông RS485/RS232 sẵn có trên PLC FX3U; nghiên cứu ứng dụng thuật toán điều khiển nâng cao (PID hoặc logic mờ) cho khâu định lượng hóa chất trung hòa pH; kết nối mạng truyền thông công nghiệp để quản lý nhiều trạm xử lý phân tán từ xa.
Giá trị tham khảo
Đồ án là tài liệu tham khảo hữu ích cho sinh viên, giảng viên và kỹ sư thuộc các chuyên ngành Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa, Kỹ thuật Điện - Điện tử, Kỹ thuật Cơ điện tử và Kỹ thuật Môi trường.
Các nội dung có giá trị ứng dụng cao bao gồm:
- Quy trình phân tích công nghệ xử lý nước thải và phương pháp chuyển đổi logic công nghệ thành bảng địa chỉ I/O thực tế cho PLC.
- Phương pháp tính toán lựa chọn khí cụ điện mạch động lực (Contactor, Aptomat, Rơ-le) dựa trên công suất phụ tải động cơ.
- Tài liệu tra cứu thông số kỹ thuật và phương pháp đấu nối các cảm biến công nghiệp chuyên dụng (cảm biến pH Hach DPD1R1, cảm biến mức bùn cánh xoay Kansai, cảm biến độ đục Nephelometric).
Câu hỏi thường gặp
1. Bộ điều khiển trung tâm và module mở rộng được lựa chọn trong đồ án là loại nào?
Hệ thống sử dụng PLC Mitsubishi FX3U-64MR/ES-A (32 ngõ vào số 24VDC, 32 ngõ ra rơ-le, bộ nhớ chương trình 64.000 bước) kết hợp với module chuyển đổi tương tự FX3U-4AD-ADP để thu thập 2 kênh tín hiệu analog (đo độ đục và đo pH).
2. Các ngưỡng điều khiển nồng độ pH tại bể trung hòa được thiết lập như thế nào?
Hệ thống chia làm 5 vùng điều khiển: Khi $\text{pH} < 3,5$, kích hoạt 2 bơm bazơ (V3_BZ1, V3_BZ2) và máy khuấy (V3_MK1, V3_MK3); khi $3,5 \le \text{pH} < 6,5$, kích hoạt 1 bơm bazơ (V3_BZ1) và máy khuấy; khi $6,5 \le \text{pH} \le 7,5$, dừng máy khuấy và mở van V3_V2 xả nước sang bể lắng; khi $7,5 < \text{pH} \le 10,5$, kích hoạt 1 bơm axit (V3_AX1) và máy khuấy (V3_MK1, V3_MK2); khi $\text{pH} > 10,5$, kích hoạt 2 bơm axit (V3_AX1, V3_AX2) và máy khuấy.
3. Quy trình định lượng chất keo tụ PAC tại bể lắng ngang diễn ra theo nguyên lý nào?
Dựa vào giá trị đo từ cảm biến độ đục Nephelometric: Trong khoảng $0\text{--}100\text{ NTU}$, hệ thống không tác động; trong khoảng $100\text{--}500\text{ NTU}$, khởi động 1 bơm hóa chất (V4_PAC1) và 2 máy khuấy (V4_MK4, V4_MK5); trong khoảng $500\text{--}1000\text{ NTU}$, khởi động đồng thời 2 bơm hóa chất (V4_PAC1, V4_PAC2) và 2 máy khuấy.
4. Dòng điện làm việc và thông số thiết bị đóng cắt bảo vệ cho động cơ tải 30 kW được tính toán ra sao?
Với động cơ có $P_{đm} = 30\text{ kW}$ và điện áp $U_{đm} = 220\text{V}$, dòng điện định mức tính được là $I_{đm} = \frac{30000}{220} \approx 136\text{A}$. Từ đó, hệ thống lựa chọn Contactor có $U_{đm} = 220\text{V}, I_{đm} = 150\text{A}$ và lựa chọn Aptomat bảo vệ thỏa mãn điều kiện $I_{aptomat} \ge 1,5 \times I_{đm} = 1,5 \times 136\text{A} = 204\text{A}$ (chọn Aptomat có dòng định mức 204A).
5. Quy trình xử lý tại bể khử trùng được định thì bằng các mốc thời gian nào?
Khi phao mức cao V6_P8 tác động báo đầy nước, hệ thống ngừng bơm cấp, kích hoạt bơm Clo (V6_CLO) và máy khuấy (V6_MK7) hoạt động trong 1 phút để hòa trộn dung dịch Chlorine (6–9 ppm). Sau đó, hệ thống ngâm khử trùng trong thời gian 4 phút rồi mới kích hoạt mở van xả tự động V6_V4.
Kết luận
Đồ án môn học điều khiển logic do TS. Nguyễn Kim Ánh hướng dẫn đã xây dựng hoàn chỉnh giải pháp kỹ thuật tự động hóa trạm xử lý nước thải 8 công đoạn bằng bộ điều khiển lập trình PLC. Tác giả đã hoàn thành việc tính chọn cấu hình phần cứng gồm PLC Mitsubishi FX3U-64MR/ES-A, module analog FX3U-4AD-ADP cùng các thiết bị đo lường chuyên dụng và khí cụ điện động lực (Aptomat 204A, Contactor 150A cho phụ tải 30 kW). Hệ thống thuật toán điều khiển logic và bảng phân bổ 49 kênh I/O được thiết lập chi tiết, đáp ứng đầy đủ các yêu cầu công nghệ và cung cấp tài liệu kỹ thuật có giá trị cho việc triển khai thực tế.
