Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Nhu cầu nước sạch sinh hoạt và sản xuất công nghiệp tại thành phố Hải Phòng gia tăng nhanh chóng cùng với tốc độ phát triển đô thị hóa và các khu công nghiệp trọng điểm. Để giải quyết áp lực thiếu hụt nguồn nước, công trình nâng cấp Nhà máy nước An Dương đã được triển khai trong khuôn khổ Dự án đầu tư mở rộng hệ thống cấp nước thành phố Hải Phòng giai đoạn 2. Công trình sử dụng nguồn vốn vay ưu đãi OCR từ Ngân hàng Phát triển Châu Á (ADB) theo Hiệp định vay số 2961-VIE trị giá 212 triệu USD (trong đó 207 triệu USD phân bổ cho 6 dự án tại Bình Dương, Đắk Lắk, Đà Nẵng, Hải Phòng, Quảng Trị, Thừa Thiên Huế). Gói thầu nâng cấp Nhà máy nước An Dương là hạng mục lớn nhất dự án với tổng mức đầu tư 1.579 tỷ đồng, chính thức khánh thành ngày 18/12/2020, nâng công suất cấp nước từ 100.000 m³/ngày lên 200.000 m³/ngày.

Đồ án tốt nghiệp đại học ngành Điện Tự động Công nghiệp của tác giả Vũ Ngọc Tiến (Trường Đại học Quản lý và Công nghệ Hải Phòng, dưới sự hướng dẫn của ThS. Phạm Đức Thuận) mang tên: "Nghiên cứu phương pháp điều khiển hệ thống cấp nước của Nhà máy nước An Dương Hải Phòng". Đề tài tập trung phân tích cấu trúc phần cứng điện động lực, hệ thống trạm biến áp, cơ cấu chấp hành bơm - van, và thuật toán vận hành giám sát tự động hóa bằng phần mềm SCADA kết hợp bộ điều khiển lập trình PLC.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đồ án được xác định cụ thể:

  1. Khái quát quy mô, vai trò của hệ thống cấp nước Hải Phòng và dự án nâng cấp Nhà máy nước An Dương nhằm đáp ứng Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 01:2009/BYT về chất lượng nước sạch.
  2. Khảo sát thực địa, giải mã cấu trúc kỹ thuật dây chuyền công nghệ, hệ thống cấp nguồn máy biến áp (22 kV xuống 0,4 kV) và danh mục các tủ điện chức năng (từ DB01 đến DB06).
  3. Nghiên cứu chi tiết nguyên lý điều khiển tự động của hệ thống SCADA - PLC, thuật toán điều khiển biến tần duy trì áp lực mạng lưới, cơ chế vận hành liên động bơm - van và quy trình xử lý sự cố bằng tay tại chỗ.

Đối tượng nghiên cứu là hệ thống cung cấp điện, thiết bị đo lường, cơ cấu chấp hành biến tần - động cơ bơm và hệ thống điều khiển SCADA tại Nhà máy nước An Dương. Phạm vi nghiên cứu về không gian bao gồm Trạm bơm nước thô Cấp 1 Quán Vĩnh và mặt bằng công nghệ Nhà máy nước An Dương (địa chỉ tại số 249 Tôn Đức Thắng, phường An Dương, quận Lê Chân, thành phố Hải Phòng). Phạm vi thời gian bao quát từ giai đoạn chuẩn bị dự án vay vốn ADB (2013-2020) đến giai đoạn vận hành thực tế tại thời điểm hoàn thành đồ án năm 2023 - 2024.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án xây dựng trên nền tảng kỹ thuật điều khiển tự động hóa quá trình công nghệ và kỹ thuật cung cấp điện công nghiệp. Khung tiêu chuẩn và quy chuẩn vận hành bao gồm:

  • Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 01:2009/BYT của Bộ Y tế về chất lượng nước ăn uống, sinh hoạt.
  • Tiêu chuẩn kỹ thuật thiết bị công nghiệp: Cấp bảo vệ vỏ động cơ (IP44, IP55), cấp cách điện (F, B), và các chế độ làm việc định mức (S1 làm việc liên tục, S3 làm việc ngắn hạn lặp lại, S4 khởi động, Cont/MCR).
  • Nguyên lý điều khiển quá trình: Điều khiển vòng kín duy trì áp suất nước phát trên đường ống bằng cách sử dụng bộ điều khiển PLC phối hợp với biến tần (VFD) để điều chỉnh tần số, thay đổi tốc độ quay của động cơ bơm theo tải tiêu thụ thực tế của mạng lưới; logic khóa liên động (interlock) an toàn giữa bơm và van điện.

Phương pháp nghiên cứu thực tế được tác giả áp dụng:

  • Phương pháp khảo sát, đo đạc và thu thập dữ liệu kỹ thuật thực địa: Trực tiếp tiếp cận dây chuyền công nghệ, các trạm bơm cấp 1, trạm nước dâng, trạm cấp 2, nhà hóa chất và bể lắng lọc tại nhà máy.
  • Phương pháp phân tích - tổng hợp hệ thống: Bóc tách sơ đồ nguyên lý phân phối nguồn từ 4 máy biến áp hạ thế, giải mã chức năng từng cụm tủ điện phân phối và tủ điều khiển cục bộ (LCU/PLC).
  • Phương pháp phân tích thuật toán điều khiển: Khảo sát cấu hình vận hành trên giao diện SCADA công nghiệp, giải mã logic xử lý tín hiệu điều khiển van, bơm, máy khuấy, máy định lượng hóa chất và quy trình chuyển đổi chế độ vận hành (Auto/Manual/Local/Remote).

Nguồn dữ liệu của đề tài bắt nguồn từ hồ sơ thiết kế kỹ thuật, lý lịch thiết bị máy móc vận hành thực tế tại Công ty Cổ phần Cấp nước Hải Phòng, catalog thông số kỹ thuật của các nhà chế tạo (Siemens, Ebara, WEG, Yaskawa, Hitachi, Reliance, Vihem, ShinMaywa) và dữ liệu giao diện trạm vận hành trung tâm SCADA Nhà máy nước An Dương.

Thiết kế và kiến trúc hệ thống kỹ thuật

Quy trình công nghệ xử lý nước của Nhà máy nước An Dương vận hành khép kín: Nước thô từ sông được Trạm bơm nước thô Quán Vĩnh bơm qua hai tuyến ống D800 và D1000 về bể tiếp nhận và khu xử lý U-BCF theo cao trình thủy lực. Tại cụm xử lý, phèn (PAC) và vôi từ nhà hóa chất được máy bơm định lượng châm vào ngăn trộn cơ khí cùng với clo. Nước qua bể phản ứng và bể lắng lamen tạo bông cặn, sau đó chảy sang bể lọc nhanh (bổ sung clo khử trùng). Nước sạch sau lọc được dẫn về bể chứa dung tích lớn, từ đó Trạm bơm nước sạch Cấp 2 bơm qua tuyến ống truyền tải D800 - D500 dài khoảng 4,5 km để cung cấp tới mạng lưới tiêu thụ của 4 quận trung tâm và phụ cận.

Hạ tầng cung cấp điện cho nhà máy sử dụng nguồn điện lưới trung thế 22 kV, hạ thế xuống 0,4 kV thông qua hệ thống 4 máy biến áp phân phối:

  • Máy biến áp công suất 4.000 kVA: Cung cấp nguồn cho 3 tổ máy bơm lớn của trạm bơm cấp 2 (Tổ bơm số 1, 2 và 5).
  • Máy biến áp công suất 2.000 kVA: Cung cấp nguồn cho các trạm phụ trợ, cụm bể lọc và khu vực nhà hóa chất.
  • Máy biến áp công suất 1.000 kVA: Cung cấp nguồn cho 3 tổ máy bơm trạm cấp 2 (Tổ bơm số 3, 4 và 6), đồng thời trích 1/3 công suất cấp cho cụm bể lắng.
  • Máy biến áp số 2 (hệ thống dự phòng và phụ tải nội bộ).

Kiến trúc điều khiển và phân phối động lực được tổ chức thành các cụm tủ điện chuyên trách:

Mã hiệu tủ Tên phân hệ Cấu hình thành phần và chức năng chính
DB01 Trạm bơm nước sạch Cấp 2 Gồm 16 tủ: Tủ tụ bù MBA 7; các tủ điện tổng MBA 1, 2, 6, 7; các tủ máy cắt biến tần 1 đến 6; tủ điện dự phòng (cấp nguồn quạt gió, 2 bơm rãnh chìm 1 pha); tủ DB01-PLC; hệ thống dàn tủ biến tần VFD cho 4 tổ bơm chính.
DB02 Trạm bơm nước rửa lọc Gồm 4 tủ: DB02-1 (cấp nguồn, điều khiển bơm chân không); DB02-2 (điều khiển bơm nước rửa lọc và van); DB02-3 (điều khiển máy gió và van gió rửa lọc); DB02-PLC.
DB03 Cụm bể lọc U-BCF Gồm tủ phân phối nguồn DB03 (cấp điện 3 pha và 220 VAC qua UPS online cho các bàn lọc), 2 tủ PLC điều khiển (DB03-PLC 1, DB03-PLC 2) và dãy 8 tủ điều khiển van bàn lọc (FCD 1 đến FCD 8).
DB04 Phân hệ nhà hóa chất Gồm tủ DB04-1 (điều khiển bơm định lượng và máy khuấy vôi); DB04-2 (điều khiển bơm định lượng và máy khuấy phèn); DB04-PLC; kèm các hộp nút bấm điều khiển tại chỗ (LCU).
DB05 Trạm bơm thu hồi Tủ điều khiển và giám sát các bơm thu hồi nước rửa lọc tuần hoàn về đầu chu trình xử lý.
DB06 Cụm bể trộn, khuấy, lắng lamen Chia làm 2 phân khu độc lập: Bể lắng 1 (tủ DB06-1.5, DB06-PLC 1, tủ van DB06-Valve 1) và Bể lắng 2 (tủ DB06-2.1, tủ điều khiển máy khuấy các cấp, tủ DB06-PLC, tủ van).

Bên cạnh hệ thống điều khiển tự động SCADA, mặt bằng nhà máy được trang bị hệ thống giám sát hình ảnh phụ trợ gồm các camera hồng ngoại tự xoay 360 độ ngoài trời, tầm quan sát 20 - 30 m. Tín hiệu video truyền qua đầu ghi hình về phòng điều khiển trung tâm và hiển thị trên màn hình tivi 40 inch tại trạm tăng áp.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1. Khái quát hệ thống cấp nước của thành phố Hải Phòng

Chương này trình bày lịch sử hình thành, địa chỉ trụ sở Công ty Cổ phần Cấp nước Hải Phòng (54 Đinh Tiên Hoàng) và Chi nhánh Nhà máy nước An Dương (249 Tôn Đức Thắng). Tác giả làm rõ tiến trình thực hiện Khoản vay 2 thuộc Hiệp định vay số 2961-VIE ký ngày 23/5/2013 và có hiệu lực từ ngày 18/9/2013 giữa Chính phủ Việt Nam và Ngân hàng Phát triển Châu Á (ADB). Toàn bộ gói thầu tư vấn và xây lắp được triển khai liên tục từ tháng 8/2013, hoàn tất đấu thầu gói cuối cùng vào tháng 3/2020 và khánh thành ngày 18/12/2020. Dự án hoàn thành giúp đảm bảo nguồn cấp nước an toàn, liên tục cho 4 quận trung tâm nội thành (Hồng Bàng, Ngô Quyền, Lê Chân, Hải An), Khu công nghiệp Đình Vũ và huyện đảo Cát Hải. Số liệu quy hoạch đặt mục tiêu nâng công suất cấp nước khu vực đô thị thành phố Hải Phòng lên 360.000 m³/ngày vào năm 2025 và hướng tới 1.000.000 m³/ngày vào năm 2050.

Chương 2. Hệ thống điện cấp nước của N.M.N An Dương - HP

Chương 2 khảo sát toàn diện hệ thống máy móc động lực và mạng lưới tủ phân phối điện. Tác giả lập bảng thống kê chi tiết 35 hạng mục thiết bị máy móc tại các trạm công nghệ then chốt:

Vị trí / Hạng mục Số lượng / Chủng loại Thông số kỹ thuật động cơ và máy bơm Xuất xứ / Năm dùng
Trạm Cấp 1 (Quán Vĩnh): Tổ bơm 1 - 2 02 bộ bơm ly tâm trục ngang Động cơ Siemens: 380V-Δ, 500 kW, 988 A, cosφ=0,8, 742 v/p, IP55. Bơm HD: Model LHP 600*600, Q=4.390 m³/h, H=30 m. Siemens (Đức) / HD (Việt Nam), 10/2019
Trạm Cấp 1 (Quán Vĩnh): Tổ bơm 3 - 4 - 5 03 bộ bơm ly tâm Động cơ Yaskawa: 380V-Δ, 230 kW, 448 A, 995 v/p, m=2.000 kg. Bơm Ebara: Model 01RP-03 500*350CWGM, Q=2.088 m³/h, H=29 m. Yaskawa / Ebara (Nhật Bản), 11/2020
Trạm bơm nước dâng: Tổ bơm 1 01 bộ bơm Động cơ: 400V-Δ, 200 kW, 368 A, cosφ=0,83, 740 v/p, lưu lượng 2.851 m³/h, H=30 m. Singapore / Việt Nam, 2001
Trạm Cấp 2 (Nước sạch): Tổ bơm 1 - 2 - 3 - 4 04 bộ bơm chính Động cơ WEG W50: Model 400J/H-06, 400V-Δ, 560 kW, 1010 A, cosφ=0,83, 992 v/p, IP55, m=3.580 kg. WEG (Đức), 05/2020
Trạm Cấp 2 (Nước sạch): Tổ bơm 5 - 6 02 bộ bơm Động cơ Reliance: Model 37C G5810Z, 380V-Δ, 500 kW, 927 A, cosφ=0,83, 989 v/p. Bơm HD: Model LHP2300-50, trọng lượng 2.582 kg. Reliance (Mỹ) / HD (Việt Nam), 09/2020
Cụm xử lý: Máy trộn số 1 ÷ 6 06 bộ máy khuấy trộn Động cơ hộp số Siemens: 400V-Δ, 30 kW, 56 A, cosφ=0,75, 1470 v/p, tỷ số truyền i=12,72, chế độ S3. Siemens (Đức), 05/2020
Cụm xử lý: Máy khuấy cấp 1, 2, 3 và cào bùn 12 bộ/cấp; 24 máy cào Động cơ hộp số Siemens: Khuấy cấp 1 (1,5 kW, i=335,7); Khuấy cấp 2 (0,75 kW, i=424); Khuấy cấp 3 (0,25 kW, i=668); Cào bùn (0,37 kW, i=715). Siemens (Đức), 05/2020
Nhà hóa chất & Clo: Định lượng, tăng áp Bơm vôi, phèn, Clo, NaOH Bơm định lượng vôi Hitachi/Iwaki (1,5 kW, Q=2,04 m³/h, H=20 m); Bơm tăng áp Clo Ebara (3,7 kW và 2,2 kW, Q=15 m³/h, H=48 m). Hitachi, Iwaki, Ebara (Nhật Bản), 2020

Nội dung chương mô tả chi tiết cách bố trí bên trong các tủ DB01 đến DB06, đồng thời đưa ra hướng dẫn quy trình chuyển đổi chế độ vận hành bằng tay khi mất kết nối SCADA.

Chương 3. Hệ thống điều khiển bằng phần mềm

Chương 3 trình bày chi tiết nguyên lý điều khiển và giám sát thông qua hệ thống SCADA kết hợp bộ điều khiển PLC. Trạm bơm nước sạch Cấp 2 vận hành với 6 tổ bơm: 4 tổ bơm công suất 560 kW và 2 tổ bơm công suất 500 kW. Mỗi tổ bơm đều tích hợp hai van điện: một van chặn đầu hút và một van điều khiển đầu đẩy. Phương thức vận hành phân bổ theo lưu lượng phụ tải mạng lưới:

  • Giờ bình thường: Vận hành luân phiên 2/6 bơm để duy trì sản lượng 5.000 - 6.000 m³/h.
  • Giờ cao điểm: Vận hành đồng thời 3/6 bơm để đáp ứng lưu lượng 7.000 - 8.000 m³/h.

Chu trình khởi động và dừng tổ bơm tuân thủ logic khóa liên động nghiêm ngặt:

  1. Chu trình khởi động: Người vận hành mở van hút, xả hết khí dư trong buồng bơm. Khi nhấp kích hoạt bơm trên giao diện SCADA, động cơ khởi động và vận hành trong 5 - 10 giây để áp lực đẩy đạt giá trị định mức. Lúc này van đẩy mới tự động mở. PLC thu thập tín hiệu áp suất mạng lưới, điều khiển biến tần tự động tăng/giảm tốc độ quay động cơ để áp suất thực tế bám sát áp suất cài đặt. Nếu áp lực không đủ, PLC tự động gọi thêm tổ bơm phụ.
  2. Cơ chế luân phiên và bảo vệ: Hệ thống cài đặt chu kỳ tự động đảo bơm sau 1 ca làm việc (8 giờ/lần). Trường hợp cảm biến nhiệt độ động cơ báo vượt ngưỡng tới hạn, hệ thống tự động kích hoạt đảo sang tổ bơm dự phòng.
  3. Chu trình dừng bơm liên động: Khi phát lệnh dừng, biến tần điều khiển động cơ giảm dần tần số về ngưỡng dừng đặt trước, đồng thời điều khiển đóng van đầu đẩy. Bơm chỉ chính thức dừng hoạt động sau khi van đẩy đã đóng hoàn toàn.

Quy định mã hóa màu sắc và ký hiệu hiển thị trên giao diện đồ họa SCADA được chuẩn hóa:

  • Động cơ: Trạng thái chạy hiển thị màu xanh, dừng màu đỏ, báo lỗi màu vàng; ký hiệu chữ cái: "P" (bơm), "M" (máy khuấy/trộn/cào bùn), "A" (quạt thổi khí/máy gió).
  • Van điện: Trạng thái mở hiển thị màu xanh, đóng màu đỏ, sự cố hiển thị nhấp nháy vàng - đỏ; ký hiệu chữ cái: "M".
  • Ký tự chỉ thị chế độ và lỗi thiết bị:
    • "IL" (Interlock): Lỗi tác động bảo vệ, khóa bơm khẩn cấp (Estop) hiển thị màu đỏ.
    • "S": Lỗi phản hồi trạng thái từ hiện trường hiển thị màu vàng.
    • "L" (Local): Vận hành tại chỗ bằng tay tại tủ điện.
    • "R" (Remote): Chế độ sẵn sàng nhận lệnh từ xa hoặc tự động tại tủ điện.
    • "M" (Manual): Đang vận hành bằng tay từ màn hình SCADA.
    • "A" (Auto): Đang vận hành tự động theo chương trình SCADA.
    • Giá trị thông số đo lường vượt ngưỡng cài đặt (quá cao hoặc quá thấp) sẽ nhấp nháy cảnh báo vàng - đỏ.
  • Quy chuẩn màu sắc đường ống công nghệ trên màn hình giám sát: Ống dẫn nước sạch màu xanh dương (riêng đường ống nước kỹ thuật và bơm rửa lọc dùng màu xanh da trời); ống dẫn phèn và vôi màu cam; ống dẫn dung dịch Clo màu vàng; ống dẫn bùn thải màu nâu.

Về phương thức đo lường và phân tích trực tuyến tại trạm bơm nước sạch DB01, hệ thống tích hợp: 3 đồng hồ đo lưu lượng kích thước D700, D800 và D1200; 2 cảm biến đo mức nước liên tục tại 2 ngăn của bể chứa số 4.2; 2 đồng hồ đo áp lực nước phát; 1 bộ đo độ đục trực tuyến; 1 bộ tích hợp phân tích nồng độ Clo dư và đo độ pH.

Kết quả và đóng góp

Khóa luận đã tổng hợp và lượng hóa thành công các kết quả kỹ thuật của hệ thống cấp nước Nhà máy nước An Dương:

  • Trình bày toàn diện dây chuyền công nghệ xử lý nước nâng công suất từ 100.000 m³/ngày lên 200.000 m³/ngày, phục vụ 4 quận nội thành và huyện đảo Cát Hải với tuyến ống truyền tải D800 - D500 dài 4,5 km.
  • Tổng hợp đầy đủ lý lịch thông số kỹ thuật định mức của 35 cụm máy móc công nghiệp (gồm động cơ công suất lớn từ 90 kW đến 560 kW, máy nén khí, bơm chân không, máy khuấy hộp số có tỷ số truyền từ 12,72 đến 715).
  • Làm rõ cấu trúc phân phối nguồn điện hạ thế từ 4 trạm biến áp (4.000 kVA, 2.000 kVA, 1.000 kVA) và giải pháp cấp nguồn qua hệ thống tủ điện DB01 - DB06, có tích hợp bộ lưu điện UPS online cấp nguồn 220 VAC cho 8 bàn lọc FCD.
  • Chuẩn hóa quy trình vận hành và kiểm soát thông số trên giao diện SCADA: Thiết lập thành công logic liên động thời gian (trễ mở van 5 - 10 giây khi khởi động) và liên động tần số biến tần, chu kỳ đảo bơm định kỳ 8 giờ/lần nhằm cân bằng thời gian vận hành cho các tổ bơm 500 kW - 560 kW.
  • Xây dựng quy trình xử lý sự cố chuẩn hóa 2 bước khi hệ thống điều khiển tự động gặp trục trặc: (1) Chuyển công tắc chế độ "TĐ/TAY" tại cánh tủ về chế độ TAY; (2) Reset mã lỗi biến tần trên bảng điều khiển BOP (Diagnostic -> ACK ALL -> OK -> ESC -> chuyển sang HAND) hoặc ngắt cáp mạng truyền thông để vận hành độc lập trực tiếp tại chỗ.

Đóng góp của tác giả thể hiện ở việc hệ thống hóa một cách mạch lạc, chi tiết toàn bộ hồ sơ thiết kế kỹ thuật điện - tự động hóa của một nhà máy nước cấp đô thị quy mô lớn vào tài liệu học thuật thực tế, hỗ trợ trực tiếp cho công tác nắm bắt quy trình vận hành của kỹ sư chuyên ngành.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Khóa luận phản ánh chính xác hiện trạng vận hành kỹ thuật tại thời điểm nghiên cứu nhưng vẫn có những hạn chế nhất định xuất phát từ phạm vi đề tài:

  • Đồ án chủ yếu mang tính chất khảo sát, phân tích, giải mã cấu trúc hệ thống và quy trình công nghệ đã được lắp đặt sẵn theo dự án nâng cấp; văn bản chưa xây dựng các thuật toán điều khiển hiện đại tối ưu hóa năng lượng tiêu thụ (như thuật toán mờ Fuzzy Logic, thuật toán tối ưu đa mục tiêu cho hệ thống biến tần trạm bơm cấp 2).
  • Toàn bộ chương trình điều khiển dạng mã nguồn (mã lệnh PLC Step 7 / TIA Portal hay các khối hàm logic cụ thể) chưa được trình bày chi tiết trong văn bản ngoài phần giải thích nguyên lý hoạt động.

Hướng mở nghiên cứu tiếp theo bao gồm:

  • Nghiên cứu xây dựng mô hình toán học dự báo nhu cầu tiêu thụ nước theo giờ trong ngày để tự động điều chỉnh biểu đồ áp lực tối ưu, giảm thiểu tổn thất áp lực trên mạng lưới đường ống truyền tải D800 - D500.
  • Nghiên cứu giải pháp bảo trì dự đoán (Predictive Maintenance) thông qua việc tích hợp giám sát trực tuyến độ rung và nhiệt độ ổ bi động cơ trạm bơm cấp 1 và cấp 2 về hệ thống SCADA trung tâm.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo thực tiễn hữu ích cho sinh viên, học viên các ngành Kỹ thuật Điện, Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa, Kỹ thuật Môi trường và Cấp thoát nước.

Phần nội dung có giá trị tham khảo cao nhất bao gồm:

  • Bảng danh mục thông số thiết bị cơ - điện công nghiệp tại Chương 2, cung cấp thông số thực tế về lựa chọn dải công suất bơm, biến tần và tỷ số truyền hộp giảm tốc trong các trạm xử lý nước sạch quy mô lớn.
  • Thiết kế nguyên lý liên động bơm - van và chuẩn hóa hệ thống tín hiệu cảnh báo trên màn hình SCADA tại Chương 3, có thể trực tiếp ứng dụng làm mẫu thiết kế giao diện HMI/SCADA cho các đồ án tốt nghiệp tự động hóa trạm bơm hoặc các dự án công nghiệp tương tự.

Câu hỏi thường gặp

1. Dự án nâng cấp Nhà máy nước An Dương có quy mô đầu tư và nguồn vốn từ đâu?
Dự án có tổng mức đầu tư 1.579 tỷ đồng, là gói thầu lớn nhất thuộc Dự án đầu tư mở rộng hệ thống cấp nước thành phố Hải Phòng giai đoạn 2. Dự án sử dụng nguồn vốn vay ưu đãi OCR từ Ngân hàng Phát triển Châu Á (ADB) theo Hiệp định vay số 2961-VIE.

2. Công suất thiết kế của Nhà máy nước An Dương sau nâng cấp là bao nhiêu và phục vụ các khu vực nào?
Nhà máy được nâng công suất tổng thể từ 100.000 m³/ngày lên 200.000 m³/ngày. Nguồn nước sạch dẫn qua tuyến ống truyền tải D800 - D500 dài 4,5 km để phục vụ 4 quận nội thành (Hồng Bàng, Ngô Quyền, Lê Chân, Hải An), Khu công nghiệp Đình Vũ và huyện đảo Cát Hải, đạt tiêu chuẩn QCVN 01:2009 của Bộ Y tế.

3. Cơ cấu vận hành của Trạm bơm nước sạch Cấp 2 trong giờ bình thường và giờ cao điểm được phân bổ như thế nào?
Trạm gồm 6 tổ máy bơm (4 tổ bơm WEG 560 kW và 2 tổ bơm Reliance 500 kW). Vào giờ bình thường, trạm chạy luân phiên 2/6 bơm để cung cấp lưu lượng 5.000 - 6.000 m³/h; vào giờ cao điểm, trạm chạy đồng thời 3/6 bơm để đáp ứng lưu lượng 7.000 - 8.000 m³/h. Chu kỳ đảo bơm định kỳ được đặt là 1 ca làm việc (8 giờ/lần).

4. Nguyên lý khóa liên động giữa máy bơm và van đầu đẩy tại Trạm bơm nước sạch (DB01) hoạt động ra sao?
Khi khởi động, người vận hành kích hoạt bơm, động cơ khởi động và chạy từ 5 đến 10 giây để áp lực đạt yêu cầu thì van đẩy mới tự động mở (hoặc mở khi tần số bơm đạt ngưỡng cài đặt). Khi dừng, người vận hành nhấn dừng bơm, biến tần điều khiển giảm tần số về ngưỡng dừng đặt trước đồng thời đóng dần van đẩy; van đóng hoàn toàn thì bơm mới chính thức ngắt điện.

5. Khi hệ thống SCADA gặp sự cố, quy trình chuyển sang chạy bằng tay tại tủ điện được thực hiện như thế nào?
Người vận hành gạt công tắc "TĐ/TAY" trên cánh tủ sang chế độ "TAY". Với động cơ không dùng biến tần, thao tác nút bấm "CHẠY/DỪNG" tại mặt tủ; với động cơ dùng biến tần, tiến hành reset lỗi bằng cách vào mục "DIAGNOSTIC" trên màn hình điều khiển BOP, chọn "ACK ALL" -> "OK", nhấn "ESC" rồi chuyển sang chế độ "HAND" để vận hành (có thể rút cáp mạng truyền thông biến tần nếu cần). Đối với van điện, thao tác trực tiếp bằng các nút "MỞ", "ĐÓNG", "DỪNG" trên cánh tủ.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của tác giả Vũ Ngọc Tiến đã phân tích toàn diện giải pháp công nghệ và hệ thống điều khiển tự động hóa của Nhà máy nước An Dương Hải Phòng sau khi hoàn thành dự án nâng cấp công suất lên 200.000 m³/ngày bằng nguồn vốn ADB. Đề tài làm rõ mối liên kết kỹ thuật chặt chẽ giữa hệ thống trạm biến áp hạ thế, mạng lưới tủ điện động lực DB01 - DB06 và kiến trúc giám sát SCADA - PLC vận hành liên động bơm - van an toàn. Đây là một công trình nghiên cứu ứng dụng có giá trị thực tiễn cao, phản ánh sát thực tế vận hành công nghiệp của hệ thống cấp nước đô thị hiện đại.