Đồ án: Hệ thống điều khiển xử lý nước thải PLC S7-300 - ĐH Lâm Nghiệp

Điều khiển xử lý nước thải PLC S7-300: Giải pháp tự động hóa hiệu quả cho hệ thống xử lý nước thải. Tối ưu quy trình, giảm chi phí vận hành. Tìm hiểu ngay!

• Tác giả: Vũ Văn Linh
• Người hướng dẫn: ThS. Trần Kim Khuê
• Trường học: Đại học Lâm nghiệp Việt Nam
• Chuyên ngành: Công nghệ Cơ điện tử
• Đề tài: Nghiên Cứu Thiết Kế Hệ Thống Điều Khiển Trong Quy Trình Xử Lý Nƣớc Thải Sử Dụng PLC S7-300
• Loại tài liệu: Khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI NÓI ĐẦU
• DANH MỤC CÁC BẢNG
• DANH MỤC CÁC HÌNH
• 1. CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Công nghệ xử lí nƣớc thải trong nƣớc
• 1.2. Công nghệ xử lí nƣớc thải ở nƣớc ngoài
• 1.3. Các thông số ô nhiễm đăc trƣng của chất thải
• 1.4. Tính chất của nguồn nƣớc thải cần xử lí
• 1.5. Nghiên cứu áp dụng công nghệ tự động hóa nƣớc thải
• 1.5.1. Các thiết bị chấp hành trong hệ thống nƣớc thải
• 1.5.2. Sơ đồ đấu nối các thiết bị chấp hành
• 1.5.3. Các đầu đo sử dụng trong hệ thống xử lí nƣớc thải
• 1.5.4. Sơ đồ đấu nối các đầu đo với PLC – 300
• 2. CHƢƠNG 3: BÀI TOÁN ĐIỀU KHIỂN VÀ LẬP TRÌNH MÔ PHỎNG CHO S7 – 300
• 2.1. Xây dựng bài toán xử lí nƣớc thải tự động
• 2.1.1. Khảo sát và tính toán dân số
• 2.1.2. Tính toán lƣu lƣợng nƣớc thải. Cơ sở đề xuất công nghệ xử lý
• 2.2. Thống kê các thiết bị điện hiện có trong dây chuyền XLNT. Xây dựng lƣu đồ thuật toán
• 2.2.1. Điều khiển bơm P1 vào Bể cân bằng
• 2.2.2. Điều chỉnh pH trong Bể trung hoà
• 2.3. Viết chƣơng trình điều khiển cho S7 – 300
• 2.3.1. Các bƣớc tạo và viết chƣơng trình điều khiển cho S7 - 300
• 2.3.2. Chƣơng trình điều khiển cho S7 – 300
• 3. THIẾT KẾ PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT CHO HỆ THỐNG XỬ LÍ NƢỚC THẢI
• 5. CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN
• 5.1. Giới hạn đề tài
• 5.2. Kết luận kiến nghị

Tóm tắt

I. Tổng Quan PLC S7 300 Điều Khiển Xử Lý Nước Thải Giới Thiệu

Xử lý nước thải là một vấn đề cấp bách trong bối cảnh phát triển kinh tế - xã hội hiện nay. Việc sử dụng các hệ thống điều khiển tự động, đặc biệt là dựa trên nền tảng PLC S7-300, đang trở nên phổ biến nhờ khả năng vận hành ổn định, chính xác và linh hoạt. PLC điều khiển nước thải giúp tối ưu hóa quy trình, giảm thiểu chi phí vận hành và đảm bảo chất lượng nước thải sau xử lý đạt tiêu chuẩn. Bài viết này sẽ đi sâu vào các khía cạnh khác nhau của việc ứng dụng PLC S7-300 trong xử lý nước thải, từ tổng quan hệ thống đến lập trình và ứng dụng thực tế.

Nước thải sinh hoạt, với thành phần ô nhiễm đa dạng, đòi hỏi quy trình xử lý phức tạp. "Nước thải sinh hoạt là nước đã được sử dụng bởi con người và trong đó chứa tất cả các chất bẩn sau khi sử dụng. Nó được sinh ra bởi các nhu cầu hàng ngày, như tắm rửa, vệ sinh..." (Đại học Lâm Nghiệp Việt Nam). Các phương pháp xử lý nước thải truyền thống thường gặp nhiều khó khăn trong việc kiểm soát các thông số vận hành và thích ứng với sự thay đổi của lưu lượng và thành phần nước thải. Sự ra đời của các hệ thống tự động hóa, đặc biệt là sử dụng PLC S7-300, đã giải quyết được nhiều vấn đề, mang lại hiệu quả cao hơn, giảm thiểu tác động xấu đến môi trường.

Hệ thống điều khiển nước thải tự động PLC cho phép giám sát liên tục các thông số quan trọng như pH, DO, ORP, lưu lượng, mức nước. Dựa trên các thông số này, PLC sẽ tự động điều chỉnh hoạt động của các thiết bị chấp hành như bơm, van, máy khuấy, máy thổi khí để đảm bảo quy trình xử lý diễn ra ổn định và hiệu quả. Việc sử dụng SCADA xử lý nước thải, HMI xử lý nước thải, WinCC xử lý nước thải, TIA Portal xử lý nước thải giúp người vận hành dễ dàng theo dõi, điều khiển và giám sát toàn bộ hệ thống từ xa. Tự động hóa xử lý nước thải không chỉ nâng cao hiệu quả mà còn giảm thiểu rủi ro và chi phí vận hành.

1.1. Tại Sao Nên Chọn PLC S7 300 Cho Hệ Thống Nước Thải

PLC S7-300 là một trong những dòng PLC phổ biến của Siemens, được tin dùng trong nhiều ứng dụng công nghiệp, bao gồm cả xử lý nước thải. Ưu điểm của S7-300 bao gồm: độ tin cậy cao, khả năng mở rộng linh hoạt, dễ dàng lập trình và bảo trì, khả năng kết nối với nhiều loại cảm biến và thiết bị chấp hành. Ngoài ra, lập trình PLC xử lý nước thải bằng các phần mềm chuyên dụng như Step 7, TIA Portal cũng khá đơn giản, giúp kỹ sư dễ dàng triển khai và tùy chỉnh hệ thống. Việc tích hợp HMI xử lý nước thải giúp việc giám sát và điều khiển trực quan hơn.

1.2. Các Thành Phần Cơ Bản Của Hệ Thống PLC Xử Lý Nước Thải

Một hệ thống PLC điều khiển nước thải điển hình bao gồm các thành phần sau: PLC (S7-300), module đầu vào (kết nối với cảm biến xử lý nước thải), module đầu ra (kết nối với thiết bị chấp hành), nguồn điện, giao diện người dùng (HMI/SCADA). Các cảm biến xử lý nước thải có vai trò quan trọng trong việc thu thập dữ liệu về chất lượng nước, bao gồm pH, DO, ORP, nhiệt độ, độ dẫn điện. Các thiết bị chấp hành như bơm, van, máy khuấy, máy thổi khí sẽ được điều khiển bởi PLC để thực hiện các thao tác cần thiết trong quy trình xử lý.

1.3. Ứng Dụng SCADA và WinCC trong Giám Sát Xử Lý Nước Thải

Hệ thống SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) và phần mềm WinCC được sử dụng để giám sát và điều khiển hệ thống xử lý nước thải từ xa. SCADA cho phép thu thập dữ liệu từ các PLC, hiển thị trạng thái hoạt động của thiết bị, cảnh báo sự cố và cho phép người vận hành điều khiển hệ thống từ xa. WinCC là một phần mềm SCADA phổ biến của Siemens, cung cấp giao diện người dùng trực quan và nhiều tính năng mạnh mẽ để quản lý và giám sát hệ thống xử lý nước thải.

II. Thách Thức Và Vấn Đề Trong Điều Khiển PLC Nước Thải S7 300

Mặc dù mang lại nhiều lợi ích, việc ứng dụng PLC S7-300 trong xử lý nước thải cũng đặt ra một số thách thức. Một trong những thách thức lớn nhất là sự phức tạp của quy trình xử lý nước thải. Quy trình này bao gồm nhiều công đoạn khác nhau, mỗi công đoạn đòi hỏi các thông số vận hành khác nhau. Để điều khiển hiệu quả, cần phải xây dựng một hệ thống lập trình PLC xử lý nước thải chính xác và linh hoạt, có khả năng thích ứng với sự thay đổi của lưu lượng và thành phần nước thải. Bên cạnh đó, việc bảo trì và bảo dưỡng hệ thống PLC cũng đòi hỏi đội ngũ kỹ thuật có trình độ chuyên môn cao.

Một vấn đề khác là chi phí đầu tư ban đầu cho hệ thống tự động hóa. Việc mua sắm PLC, cảm biến, thiết bị chấp hành và phần mềm SCADA có thể tốn kém. Tuy nhiên, cần xem xét chi phí này trong dài hạn, bởi vì hệ thống tự động hóa có thể giúp giảm thiểu chi phí vận hành, bảo trì và chi phí xử lý sự cố. Hơn nữa, các hệ thống xử lý nước thải hiện nay thường xuyên phải đối mặt với vấn đề về chất lượng nước thải đầu vào không ổn định, gây khó khăn cho việc điều khiển và duy trì hiệu suất xử lý. Điều này đòi hỏi các giải pháp điều khiển thông minh và linh hoạt, có khả năng tự động điều chỉnh các thông số vận hành để thích ứng với sự thay đổi của chất lượng nước thải.

Cuối cùng, việc tích hợp các hệ thống tự động hóa với các hệ thống quản lý hiện có (ví dụ: hệ thống quản lý năng lượng, hệ thống quản lý chất lượng) cũng là một thách thức. Cần phải đảm bảo rằng các hệ thống này có thể giao tiếp và trao đổi dữ liệu với nhau một cách hiệu quả để tạo ra một hệ thống quản lý toàn diện.

2.1. Sự Phức Tạp Của Quy Trình Xử Lý Nước Thải Và Yêu Cầu Điều Khiển

Quy trình xử lý nước thải thường bao gồm các công đoạn như: xử lý cơ học, xử lý hóa học, xử lý sinh học. Mỗi công đoạn có các yêu cầu điều khiển khác nhau. Ví dụ, trong xử lý sinh học, cần phải kiểm soát chặt chẽ các thông số như DO, pH, nhiệt độ để đảm bảo vi sinh vật hoạt động hiệu quả. Trong xử lý hóa học, cần phải điều chỉnh lượng hóa chất sử dụng để đạt được hiệu quả xử lý tối ưu. Các hệ thống PLC cần phải được lập trình để đáp ứng các yêu cầu điều khiển khác nhau này.

2.2. Chi Phí Đầu Tư Và Yêu Cầu Về Bảo Trì Hệ Thống PLC S7 300

Chi phí đầu tư cho hệ thống PLC S7-300 có thể là một rào cản đối với một số đơn vị. Tuy nhiên, cần phải xem xét lợi ích lâu dài mà hệ thống này mang lại, bao gồm giảm chi phí vận hành, bảo trì, giảm thiểu rủi ro và nâng cao hiệu quả xử lý. Ngoài ra, việc bảo trì và bảo dưỡng hệ thống PLC đòi hỏi đội ngũ kỹ thuật có trình độ chuyên môn cao. Cần phải có kế hoạch bảo trì định kỳ để đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định và kéo dài tuổi thọ.

2.3. Khả Năng Tương Thích và Kết Nối với Các Hệ Thống Khác

Việc tích hợp hệ thống PLC S7-300 với các hệ thống khác (ví dụ: hệ thống quản lý năng lượng, hệ thống quản lý chất lượng) có thể gặp khó khăn nếu các hệ thống này sử dụng các giao thức truyền thông khác nhau. Cần phải có các giải pháp để đảm bảo khả năng tương thích và kết nối giữa các hệ thống này. Các giao thức truyền thông phổ biến trong công nghiệp như Modbus, Profibus có thể được sử dụng để kết nối các hệ thống khác nhau.

III. Phương Pháp Lập Trình PLC S7 300 Điều Khiển Nước Thải Hiệu Quả

Để xây dựng một hệ thống điều khiển xử lý nước thải PLC hiệu quả, việc lập trình PLC đóng vai trò then chốt. Cần phải lựa chọn ngôn ngữ lập trình phù hợp, xây dựng cấu trúc chương trình rõ ràng và sử dụng các hàm chức năng (function block) để tái sử dụng code. Ngoài ra, việc mô phỏng và kiểm tra chương trình trước khi triển khai thực tế cũng rất quan trọng.

Các ngôn ngữ lập trình phổ biến cho PLC S7-300 bao gồm: Ladder Diagram (LAD), Function Block Diagram (FBD), Statement List (STL), Structured Text (SCL). Mỗi ngôn ngữ có ưu điểm và nhược điểm riêng. LAD và FBD dễ học và dễ sử dụng, thích hợp cho các ứng dụng đơn giản. STL và SCL mạnh mẽ hơn, thích hợp cho các ứng dụng phức tạp. Việc lựa chọn ngôn ngữ lập trình phụ thuộc vào kinh nghiệm của người lập trình và yêu cầu của ứng dụng.

Cấu trúc chương trình nên được chia thành các module chức năng rõ ràng, ví dụ: module điều khiển bơm, module điều khiển van, module giám sát cảm biến. Mỗi module nên có một chức năng cụ thể và được thiết kế để dễ dàng tái sử dụng. Các hàm chức năng (function block) có thể được sử dụng để đóng gói các đoạn code thường xuyên sử dụng lại, giúp giảm thiểu công sức lập trình và đảm bảo tính nhất quán của chương trình. Việc mô phỏng chương trình trước khi triển khai thực tế giúp phát hiện và sửa lỗi sớm, giảm thiểu rủi ro và chi phí.

Việc ứng dụng các công nghệ mới như biến tần xử lý nước thải, các thuật toán PID (Proportional-Integral-Derivative) để điều khiển các thông số như lưu lượng, DO, pH cũng giúp nâng cao hiệu quả hệ thống.

3.1. Lựa Chọn Ngôn Ngữ Lập Trình PLC Phù Hợp Cho Xử Lý Nước Thải

Việc lựa chọn ngôn ngữ lập trình PLC phù hợp phụ thuộc vào kinh nghiệm của người lập trình và yêu cầu của ứng dụng. Ladder Diagram (LAD) dễ học và dễ sử dụng, thích hợp cho các ứng dụng đơn giản. Function Block Diagram (FBD) cũng tương tự như LAD, nhưng cho phép xây dựng các module chức năng phức tạp hơn. Statement List (STL) và Structured Text (SCL) mạnh mẽ hơn, thích hợp cho các ứng dụng phức tạp, nhưng đòi hỏi người lập trình có kiến thức sâu hơn về lập trình.

3.2. Xây Dựng Cấu Trúc Chương Trình PLC Rõ Ràng và Dễ Bảo Trì

Cấu trúc chương trình PLC nên được chia thành các module chức năng rõ ràng, ví dụ: module điều khiển bơm, module điều khiển van, module giám sát cảm biến. Mỗi module nên có một chức năng cụ thể và được thiết kế để dễ dàng tái sử dụng. Việc sử dụng các hàm chức năng (function block) giúp đóng gói các đoạn code thường xuyên sử dụng lại, giúp giảm thiểu công sức lập trình và đảm bảo tính nhất quán của chương trình.

3.3. Sử Dụng Hàm Chức Năng Function Block Để Tái Sử Dụng Code

Hàm chức năng (function block) là một đoạn code được đóng gói và có thể được sử dụng lại nhiều lần trong chương trình. Việc sử dụng hàm chức năng giúp giảm thiểu công sức lập trình, đảm bảo tính nhất quán của chương trình và giúp chương trình dễ bảo trì hơn. Ví dụ, có thể xây dựng một hàm chức năng để điều khiển một bơm, và sử dụng hàm này cho tất cả các bơm trong hệ thống.

IV. Giải Pháp Điều Khiển Bơm và Van Nước Thải Bằng PLC S7 300

Điều khiển bơm và van là một trong những chức năng quan trọng nhất của hệ thống PLC S7-300 trong xử lý nước thải. Bơm được sử dụng để vận chuyển nước thải qua các công đoạn xử lý, còn van được sử dụng để điều chỉnh lưu lượng và áp suất. Việc điều khiển bơm và van một cách chính xác và hiệu quả là rất quan trọng để đảm bảo quy trình xử lý diễn ra ổn định và đạt hiệu quả cao.

Có nhiều phương pháp điều khiển bơm khác nhau, tùy thuộc vào yêu cầu của ứng dụng. Phương pháp đơn giản nhất là điều khiển ON/OFF, trong đó bơm được bật hoặc tắt tùy thuộc vào mức nước hoặc một số điều kiện khác. Phương pháp phức tạp hơn là điều khiển tốc độ, trong đó tốc độ của bơm được điều chỉnh để duy trì lưu lượng hoặc áp suất mong muốn. S7-300 điều khiển bơm nước thải thông qua biến tần. Các thuật toán PID có thể được sử dụng để điều khiển tốc độ bơm một cách chính xác.

Van cũng có thể được điều khiển bằng nhiều phương pháp khác nhau. Van ON/OFF được sử dụng để đóng hoặc mở hoàn toàn dòng chảy. Van điều khiển được sử dụng để điều chỉnh lưu lượng một cách chính xác. Các tín hiệu điều khiển từ PLC có thể được sử dụng để điều khiển van điện từ hoặc van khí nén.

Các sơ đồ điều khiển xử lý nước thải PLC cần đảm bảo tối ưu việc sử dụng năng lượng và bảo vệ thiết bị.

4.1. Điều Khiển Bơm ON OFF Theo Mức Nước Bằng PLC S7 300

Phương pháp điều khiển bơm ON/OFF theo mức nước là một phương pháp đơn giản và hiệu quả để duy trì mức nước mong muốn trong một bể chứa. PLC sẽ theo dõi mức nước bằng các cảm biến và bật bơm khi mức nước xuống dưới mức thấp và tắt bơm khi mức nước lên trên mức cao. Phương pháp này thường được sử dụng trong các bể điều hòa hoặc bể trung gian.

4.2. Điều Khiển Tốc Độ Bơm Để Duy Trì Lưu Lượng Mong Muốn

Phương pháp điều khiển tốc độ bơm cho phép duy trì lưu lượng mong muốn một cách chính xác. PLC sẽ theo dõi lưu lượng bằng các cảm biến và điều chỉnh tốc độ bơm để duy trì lưu lượng mong muốn. Các thuật toán PID có thể được sử dụng để điều khiển tốc độ bơm một cách chính xác. Phương pháp này thường được sử dụng trong các ứng dụng đòi hỏi độ chính xác cao, ví dụ: điều khiển lượng hóa chất sử dụng trong xử lý hóa học.

4.3. Ứng Dụng Van Điện Từ và Van Khí Nén Trong Hệ Thống PLC

Van điện từ và van khí nén là các loại van được điều khiển bằng tín hiệu điện từ hoặc khí nén. PLC có thể được sử dụng để điều khiển các van này để đóng hoặc mở dòng chảy hoặc điều chỉnh lưu lượng. Van điện từ thường được sử dụng trong các ứng dụng đòi hỏi tốc độ đóng mở nhanh, còn van khí nén thường được sử dụng trong các ứng dụng đòi hỏi lực đóng mở lớn.

V. Ứng Dụng Thực Tế PLC S7 300 Trong Xử Lý Nước Thải Công Nghiệp

Ứng dụng PLC S7-300 trong xử lý nước thải công nghiệp mang lại nhiều lợi ích thiết thực. Các nhà máy sản xuất thường thải ra lượng lớn nước thải chứa nhiều chất ô nhiễm khác nhau. Việc xử lý nước thải này một cách hiệu quả là rất quan trọng để bảo vệ môi trường và tuân thủ các quy định của pháp luật.

PLC S7-300 có thể được sử dụng để điều khiển toàn bộ quy trình xử lý nước thải, từ khâu thu gom đến khâu xả thải. Các cảm biến xử lý nước thải được sử dụng để theo dõi các thông số quan trọng như pH, DO, ORP, lưu lượng, mức nước, nhiệt độ. Dựa trên các thông số này, PLC sẽ tự động điều chỉnh hoạt động của các thiết bị chấp hành như bơm, van, máy khuấy, máy thổi khí để đảm bảo quy trình xử lý diễn ra ổn định và hiệu quả.

Việc sử dụng SCADA xử lý nước thải giúp người vận hành dễ dàng theo dõi, điều khiển và giám sát toàn bộ hệ thống từ xa. SCADA cung cấp giao diện người dùng trực quan, cho phép người vận hành xem trạng thái hoạt động của thiết bị, cảnh báo sự cố và điều khiển hệ thống từ xa. Hệ thống SCADA cũng có thể lưu trữ dữ liệu vận hành, giúp phân tích hiệu suất và tối ưu hóa quy trình xử lý.

5.1. Điều Khiển Hệ Thống Xử Lý Nước Thải Sinh Hoạt Bằng PLC S7 300

PLC S7-300 có thể được sử dụng để điều khiển hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt, đảm bảo nước thải được xử lý đạt tiêu chuẩn trước khi thải ra môi trường. Hệ thống PLC sẽ tự động điều chỉnh các thông số vận hành để đảm bảo hiệu quả xử lý tối ưu, đồng thời giảm thiểu chi phí vận hành và bảo trì.

5.2. Giám Sát và Điều Khiển Bể Aerotank Bằng PLC S7 300

Bể Aerotank là một phần quan trọng của hệ thống xử lý nước thải sinh học. PLC S7-300 có thể được sử dụng để giám sát và điều khiển các thông số quan trọng trong bể Aerotank, như DO, pH, nhiệt độ, mức nước. Việc điều khiển chính xác các thông số này giúp đảm bảo vi sinh vật hoạt động hiệu quả, từ đó nâng cao hiệu quả xử lý nước thải.

5.3. Điều Khiển Bơm Định Lượng Hóa Chất Trong Xử Lý Nước Thải

PLC S7-300 có thể được sử dụng để điều khiển bơm định lượng hóa chất trong xử lý nước thải. Việc điều khiển chính xác lượng hóa chất sử dụng giúp đạt được hiệu quả xử lý tối ưu, đồng thời giảm thiểu chi phí hóa chất và tác động xấu đến môi trường.

VI. Kết Luận và Hướng Phát Triển PLC Điều Khiển Nước Thải

Việc ứng dụng PLC S7-300 trong xử lý nước thải mang lại nhiều lợi ích, bao gồm nâng cao hiệu quả xử lý, giảm thiểu chi phí vận hành, bảo trì, giảm thiểu rủi ro và bảo vệ môi trường. Tuy nhiên, để triển khai thành công hệ thống PLC, cần phải có kế hoạch chi tiết, lựa chọn thiết bị phù hợp, lập trình PLC một cách chính xác và đào tạo đội ngũ kỹ thuật có trình độ chuyên môn cao. Sự phát triển của công nghệ IoT (Internet of Things) mở ra nhiều cơ hội mới cho việc giám sát và điều khiển hệ thống xử lý nước thải từ xa. Các giải pháp điều khiển xử lý nước thải PLC kết hợp IoT có thể giúp thu thập dữ liệu từ nhiều nguồn khác nhau, phân tích dữ liệu để đưa ra các quyết định điều khiển tối ưu và cải thiện hiệu suất của hệ thống.

6.1. Tích Hợp IoT Vào Hệ Thống PLC Để Giám Sát Từ Xa

Việc tích hợp IoT vào hệ thống PLC cho phép giám sát và điều khiển hệ thống xử lý nước thải từ xa thông qua internet. Các cảm biến có thể được kết nối với PLC thông qua mạng không dây, cho phép thu thập dữ liệu từ nhiều địa điểm khác nhau. Người vận hành có thể theo dõi trạng thái hoạt động của thiết bị, cảnh báo sự cố và điều khiển hệ thống từ xa thông qua giao diện web hoặc ứng dụng di động.

6.2. Ứng Dụng Trí Tuệ Nhân Tạo AI Để Tối Ưu Hóa Quy Trình

Trí tuệ nhân tạo (AI) có thể được sử dụng để tối ưu hóa quy trình xử lý nước thải. Các thuật toán AI có thể phân tích dữ liệu vận hành để dự đoán các sự cố tiềm ẩn, điều chỉnh các thông số vận hành để đạt được hiệu quả xử lý tối ưu và giảm thiểu chi phí năng lượng. Ví dụ, AI có thể được sử dụng để dự đoán thời điểm cần thay thế các bộ lọc hoặc điều chỉnh lượng hóa chất sử dụng.

6.3. Đào Tạo Nguồn Nhân Lực Chuyên Môn Về PLC và Tự Động Hóa

Để triển khai và vận hành hiệu quả hệ thống PLC S7-300 trong xử lý nước thải, cần phải có đội ngũ kỹ thuật có trình độ chuyên môn cao về PLC, tự động hóa và quy trình xử lý nước thải. Các chương trình đào tạo chuyên sâu về PLC, tự động hóa và quy trình xử lý nước thải là rất cần thiết để đáp ứng nhu cầu nguồn nhân lực cho ngành công nghiệp này.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP VIỆT NAM KHOA CƠ ĐIỆN VÀ CÔNG TRÌNH BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP Tên đề tài: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRONG QUY TRÌNH XỬ LÝ NƢỚC THẢI SỬ DỤNG PLC S7-300 NGÀNH: CÔNG NGHỆ CƠ ĐIỆN TỬ MÃ NGÀNH: 7510203 Giảng viên hƣớng dẫn : ThS. Trần Kim Khuê Sinh viên thực hiện : Vũ Văn Linh MSV : 1551080793 Lớp : K60_CĐT Khoá học : 2015 - 2019 Hà Nội - năm 2019 LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, với sự phát triển của nền kinh tế - xã hội. Đời sống con ngƣời ngày càng đƣợc nâng cao. Đô thị đƣợc mở rộng nhiều.

Nếu không đƣợc sự quan tâm của chính quyền, cũng nhƣ ngƣời dân, môi trƣờng sống sẽ ngày càng giảm sút. Đặc biệt là môi trƣờng nƣớc. Nguyên nhân chính gây ra ô nhiễm nƣớc thải là do quá trình sử dụng của con ngƣời trong các hoạt động sống hay sản xuất của mình, làm thay đổi tính chất và thành phần nƣớc ban đầu. Các chất thải này khi thải ra môi trƣờng nƣớc, gây mùi hôi thối, làm chậm quá trình chuyển hóa và hòa tan oxy vào nƣớc, dinh dƣỡng hóa nƣớc mặt, làm cản trở quá trình sinh trƣởng và phát triển của sinh vật.

Có rất nhiều phƣơng pháp xử lý nƣớc thải, nhƣng do tính chất và thành phần của nƣớc thải khác nhau cần lựa chọn phƣơng pháp xử lý cho phù hợp. Chính vì thế mà em đã chọn đề tài “Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển trong quy trình xử lý nƣớc thải sử dụng PLC S7-300”. Mục tiêu nghiên cứu chính trong đề tài này là Nghiên cứu lí thuyết công nghệ xử lý nƣớc thải. Lập trình điều khiển hệ thống xử lý nƣớc thải bằng phần mềm S7 Manager.

Lập trình hệ thống điều khiển giám sát mô phỏng trên máy tính bằng WinCC. Đề tài của em chia làm 2 phần chính sau: Phần 1: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu Phần 2: Nội dung khóa luận Chƣơng 1: Tổng quan Chƣơng 2: Các thiết bị chấp hành và xây dựng sơ đồ mạch động lực Chƣơng 3: Bài toán điều khiển và lập trình mô phỏng cho hệ thống xử lý nƣớc thải Trong suốt thời gian làm đề tài đƣợc sự giúp đỡ của các thầy, cô giáo trong bộ môn Kỹ thuật điện và Tự đông hóa và đặc biệt là sự hƣớng dẫn tận tình, chi tiết của thầy giáo ThS. Trần Kim Khuê đã giúp em hoàn thành bản khóa luận này. Mặc dù đã rất cố gắng nhƣng kiến thức và kinh nghiệm còn hạn chế nên khóa luận của em không thể tránh những thiếu sót, em rất mong đƣợc sự chỉ bảo của các thầy cô, để em hoàn thiện tốt khóa luận tốt nghiệp này.

Hà Nội, Ngày 16 tháng 05 năm 2019 Sinh viên thực hiện Vũ Văn Linh NHẬN XÉT (Của giảng viên hƣớng dẫn). GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN (Chữ ký, họ tên) NHẬN XÉT (Của giảng viên phản biện). GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN (Chữ ký, họ tên) MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU .5 DANH MỤC CÁC BẢNG.7 DANH MỤC CÁC HÌNH .8 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN .2 Công nghệ xử lí nƣớc thải trong nƣớc .3 Công nghệ xử lí nƣớc thải ở nƣớc ngoài.4 Các thông số ô nhiễm đăc trƣng của chất thải .5 Tính chất của nguồn nƣớc thải cần xử lí .6 Nghiên cứu áp dụng công nghệ tự động hóa nƣớc thải .2 Các thiết bị chấp hành trong hệ thống nƣớc thải .3 Sơ đồ đấu nối các thiết bị chấp hành .4 Các đầu đo sử dụng trong hệ thống xử lí nƣớc thải .5 Sơ đồ đấu nối các đầu đo với PLC – 300 .18 CHƢƠNG 3: BÀI TOÁN ĐIỀU KHIỂN VÀ LẬP TRÌNH MÔ PHỎNG CHO S7 – 300 .1 Xây dựng bài toán xử lí nƣớc thải tự động .1 Khảo sát và tính toán dân số .2 Tính toán lƣu lƣợng nƣớc thải. Cơ sở đề xuất công nghệ xử lý .4 Thống kê các thiết bị điện hiện có trong dây chuyền XLNT.

Xây dựng lƣu đồ thuật toán. Điều khiển bơm P1 vào Bể cân bằng .1 Điều chỉnh pH trong Bể trung hoà .2 Viết chƣơng trình điều khiển cho S7 – 300 .1 Các bƣớc tạo và viết chƣơng trình điều khiển cho S7 - 300 .2 Chƣơng trình điều khiển cho S7 – 300 .46 THIẾT KẾ PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT CHO HỆ THỐNG XỬ LÍ NƢỚC THẢI. Error! Bookmark not defined.1 Thiết kế giao diện phần mềm trên WinCC. Error! Bookmark not defined.2 Lƣu trữ, báo cáo thống kê hoạt động của hệ thống.

Error! Bookmark not defined.3 Vận hành hệ thống, chạy mô phỏng. Error! Bookmark not defined. CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN .1 Giới hạn đề tài. Kết luận kiến nghị .61 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: khối lƣợng chất rắn có trong nƣớc thải sinh hoạt (g/ngƣời.2: Tính chất của nguồn nƣớc thải cần xử lý .1: Hệ số điều hòa phụ thuộc vào lƣu lƣợng.2: So sánh chất lƣợng nƣớc thải sau xử lý với QCVN 14:2008/BTNMT.3: Các biến sử dụng trong hệ thống .21 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 2.1: Nguyên lý đấu dây Module EM323.2: CPU 312 và Module EM323 của Siemens .3: Bộ nguồn 24VDC cấp cho CPU 312 và Module EM323 của Siemens .5: Sơ đồ dấu nối thiết bị đầu vào.

Error! Bookmark not defined.6: Mạch động lực động cơ bơm và nút ấn .7: Mạch động lực Động cơ bơm định lƣợng, Động cơ máy khuấy, Động cơ sục khí .8: Mạch động lực Động cơ máy gạt bùn, Động cơ bơm bùn, Động cơ máy ép bùn.1: Transmitter MAG 5000 SIEMENS .4 : Cảm biến phát hiện rò rỉ khí Clo .5: Máy bơm chìm nƣớc thải APP KS-50 GT 5 HP (có dao cắt) .6: Cảm biến nhiệt độ PT100 .8: Đồng hồ đo lƣu lƣợng EFM-115 .9: Bảng chọn model tất cả các dòng đồng hồ đo lƣu lƣợng EFM-115 .10: Model Orbipac CPF81D .11 khởi động chƣơng trình. 42 Nhấp Hardware mở ra màn hình đặt cấu hình cứng cho trạm .14 đặt câú hình cứng cho trạm .15 đặt câú hình cứng cho trạm .16 đặt câú hình cứng cho trạm. Error! Bookmark not defined.17 đặt câú hình cứng cho trạm. Error! Bookmark not defined.

Error! Bookmark not defined. Error! Bookmark not defined. 46 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Khái niệm Nƣớc thải sinh hoạt là nƣớc đã đƣợc sử dụng bởi con ngƣời và trong đó chứa tất cả các chất bẩn sau khi sử dụng. Nó đƣợc sinh ra bởi các nhu cầu hàng ngày, nhƣ tắm rửa, vệ sinh, và từ các cống thoát nƣớc đó là loại nƣớc tắm rửa của con ngƣời, giặt giũ, chế biến thực phẩm, nấu ăn, vệ sinh nhà bếp,… Đặc trƣng của nƣớc thải sinh hoạt là: hàm lƣợng chất hữu cơ cao (55-65% tổng lƣợng chất bẩn), chứa nhiều vi sinh vật có cả vi sinh vật gây bệnh, vi khuẩn phân hủy chất hữu cơ cần thiết cho các quá trình chuyển hóa chất bẩn trong nƣớc thải.2 Công nghệ xử lí nƣớc thải trong nƣớc Công nghệ xử lí nƣớc thải bằng AFBR (Advance Fixed Bed Reactor) là ứng dụng để xử lí các chất hữu cơ hòa tan trong nƣớc thải cũng nhƣ 1 số chất vô cơ Công nghệ xử lí nƣớc thải MBR (Membrane Bio-Reactor – MBR hay còn gọi là màng MBR) bể hoặc thiết bị sinh học xử lí nƣớc thải trong đó áp dụng kĩ thuật bùn hoạt tính AS phân tán có kết hợp với màng lọc tách vi sinh.

Công nghệ có thể đẩy nồng độ vi sinh hay bùn hoạt tính trong bể MBR lên tới 15g/l. Công nghệ xử lý nƣớc thải AAO Anaerobic – Anoxic – Oxic (Kị khí – Thiếu khí – Hiếu khí) đƣợc ứng dụng cho các loại nƣớc thải có tỷ lệ BOD/COD > 0.5, hàm lƣợng các hợp chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học cao. Công nghệ AAO có khả năng xử lý triệt để hàm lƣợng các chất dinh dƣỡng (Nito, photpho) cao. Với đặc điểm vận hành ổn định Bởi vì khả năng ứng dụng rộng rãi của công nghệ này.

Mặc dù vấn đề cần phải xử lý, hóa lý trƣớc sinh học (trừ xử lý bậc cao) nhƣng có rất nhiều hệ thống xử lý nƣớc thải đã xây dựng vẫn sử dụng quá trình sử lý sinh học trƣớc hóa lý. Nguyên nhân là do có nhiều công ty chƣa có kinh ngiệm trong lĩnh vực xử lý nƣớc thải áp dụng không đúng quá trình xử lý trên nên hiệu quả xử lý thấp. Để xác định đƣợc loại hóa chất phù hợp với loại nƣớc thải nào đó thì cần phải test thử mẫu trƣớc khi ứng dụng vào thực tế.3 Công nghệ xử lí nƣớc thải ở nƣớc ngoài Cùng với sự phát triển của sản xuất công nghiệp, xử lý nƣớc thải công nghiệp 1 đang là vấn đề vô cùng quan trọng, bảo đảm cho sự trong sạch môi trƣờng sống đồng thời góp phần vào sự phát triển bền vững của nền kinh tế mọi quốc gia trên thế giới. Tại nhiều nƣớc có nền công nghiệp phát triển cao nhƣ Nhật, Mỹ, Anh, Pháp,.

các hệ thống xử lý nƣớc thải công nghiệp đã đƣợc nghiên cứu và đƣa vào ứng dụng từ lâu, đặc biệt các thành tựu tiên tiến trong lĩnh vực tự động hoá cũng đã đƣợc 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 nhƣ USFilter, Aquatec Maxcon, Hunter Water Corporation (HWC), Global Industries. đã đƣa ra các giải pháp công nghệ xử lý nƣớc thải hiện đại. Những công nghệ tự động hoá của các công ty hàng đầu trên thế giới nhƣ SIEMENS, AB, YOKOGAWA,.

đƣợc sử dụng rộng rãi trong các công trình xử lý nƣớc thải. Có thể nói trình độ tự động hoá xử lý nƣớc thải đã đạt mức cao, tất cả các công việc giám sát, điều khiển đều có thể thực hiện đƣợc tại một Trung tâm, tại đây ngƣời vận hành đƣợc hỗ trợ bởi những công cụ đơn giản, dễ sử dụng nhƣ 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 đƣợc rút ngắn, cho phép ngƣời vận hành có thể điều khiển từ cách xa hàng ngàn km với chỉ một máy tính PC hoặc nhận đƣợc thông tin về hệ thống thông qua SMS.

Hơn thế, hệ thống tự động hoá xử lý nƣớc thải còn đƣợc tích hợp với các hệ thống điều hành ở cấp độ điều khiển cao hơn nhƣ 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 ƣu hoá quá trình sản xuất.