Luận văn về tích hợp hệ thống SCADA cho nhà máy xử lý nước thải

• Tác giả: Trần Trung Trực
• Người hướng dẫn: TS. Trương Đình Châu
• Trường học: Trường Đại học Giao thông Vận tải
• Chuyên ngành: Tự động hóa
• Đề tài: Tích hợp hệ SCADA cho nhà máy xử lý nước thải
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ kỹ thuật
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: TP. HCM

• LỜI CAM ĐOAN
• DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
• DANH MỤC CÁC BẢNG
• DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
• 1. Chương 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN
• 1.1. Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài
• 1.2. Mục tiêu của luận văn
• 1.3. Nhiệm vụ của luận văn
• 2. Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Giới thiệu tổng quan hệ thống SCADA trong nhà máy xử lý nước thải
• 2.2. Cấu trúc hệ thống SCADA trong nhà máy xử lý nước thải
• 2.2.1. Giao diện vận hành SCADA
• 2.2.2. Bộ điều khiển
• 2.2.3. Lớp giao tiếp mạng
• 2.2.4. Các thiết bị đo lường và các thành phần điều khiển cuối
• 2.3. Chức năng của hệ thống SCADA trong nhà máy xử lý nước thải
• 2.3.1. Điều chỉnh tự động
• 2.3.2. Giám sát điều khiển có khoảng cách hoặc từ xa
• 3. Chương 3: CƠ SỞ THỰC TIỄN
• 3.1. Khảo sát và đánh giá trình độ công nghệ xử lý nước thải
• 3.1.1. Các phương pháp xử lý nước thải
• 3.1.2. Hoạt động của nhóm vật lý
• 3.1.3. Cân bằng lưu lượng
• 3.1.5. Tách chất rắn khác loại
• 3.1.6. Công cụ lọc hạt
• 3.1.3. Nhóm quá trình hóa chất
• 3.1.1. Hóa chất kết tủa
• 3.1.2. Quá trình hấp thụ với cacbon hoạt tính
• 3.4. Nhóm quá trình sinh học
• 3.4.1. Quá trình hoạt hóa bùn
• 3.4.2. Vũng đã sục khí
• 3.4.3. Bộ lọc nhỏ giọt
• 3.4.4. Tiếp xúc sinh học luân phiên
• 3.4.6. Thủy phân hoàn toàn hỗn hợp kỵ khí
• 3.1.5. Ứng dụng của các phương pháp xử lý
• 3.1.3. Xử lý thứ cấp
• 3.1.4. Xử lý cấp cao
• 3.2. Nghiên cứu áp dụng công nghệ tự động hóa xử lý nước thải
• 3.2.1. Thiết bị đo lường
• 3.2.2. Thiết bị truyền tín hiệu
• 3.2.3. Màn hình hiển thị dữ liệu
• 3.2.4. Hệ thống điều khiển
• 3.2.5. Hệ thống thu thập dữ liệu
• 3.2.6. Ứng dụng hệ thống tự động hóa trong nhà máy xử lý nước thải
• 3.3. Khả năng áp dụng tự động hoá vào xử lý nước thải
• 3.4. Mục đích áp dụng tự động hoá xử lý nước thải
• 3.5. Yêu cầu và cơ sở xây dựng hệ thống tự động hoá
• 4. Chương 4: THIẾT KẾ SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ VÀ CÁC CHỨC NĂNG CỦA HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA
• 4.1. Lựa chọn công nghệ và thiết kế mô hình hệ thống tự động hoá
• 4.1.1. Yêu cầu lựa chọn công nghệ
• 4.1.2. Các thành phần hệ thống tự động hoá và lựa chọn công nghệ
• 4.1.3. Thiết kế mô hình hệ thống tự động hóa
• 4.2. Thiết kế sơ đồ công nghệ P&ID (Process and Instrument Diagram)
• 4.3. Thiết kế các chức năng hệ thống tự động hoá xử lý nước thải
• 4.3.1. Điều chỉnh tự động
• 4.3.2. Giám sát điều khiển có khoảng cách hoặc từ xa
• 4.3.3. Hiển thị thông số công nghệ
• 4.3.4. Cấu hình hệ thống
• 4.3.5. Bảo vệ tự động
• 4.3.7. Lưu trữ, báo cáo thống kê
• 4.3.8. Điều khiển dự phòng
• 4.3.9. Hỗ trợ quyết định hoặc hệ chuyên gia
• 4.3.10. Sơ đồ chức năng của hệ thống tự động hóa xử lý nước thải
• 4.4. Giới thiệu các thiết bị chính trong hệ thống tự động hoá
• 4.4.1. Thiết bị trong trạm điều khiển và giám sát
• 4.4.2. Thiết bị đo lường cấp trường
• 5. Chương 5: LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG
• 5.1. Đặt cấu hình và kết nối thiết bị trong hệ thống
• 5.1.1. Cấu hình tổng quan của hệ thống
• 5.1.2. Hoạt động của hệ thống
• 5.2. Lưu đồ hoạt động của hệ thống tự động hoá xử lý nước thải
• 5.2.1. Điều chỉnh pH1 trong Bể trung hoà
• 5.2.2. Điều khiển khoá liên động đối với pH
• 5.2.3. Điều chỉnh DO trong Bể hiếu khí
• 5.2.4. Điều chỉnh lưu lượng vào Bể kỵ khí
• 5.2.5. Điều khiển bơm P1 vào Bể cân bằng
• 5.2.6. Cảnh báo sự cố
• 5.2.7. Báo động sự cố
• 5.2.8. Điều khiển bơm bùn
• 5.3. Xây dựng chương trình điều khiển cho S7-300 trên nền Simatic Manager
• 5.4. Cấu hình S7A OPC I/O Driver
• 5.5. Xây dựng giao diện HMI/SCADA trên nền Proficy iFIX
• 5.5.1. Màn hình chính
• 5.5.2. Hiển thị thông số công nghệ
• 5.6. Xây dựng mô hình mô phỏng và thu thập dữ liệu trên Matlab
• 5.6.1. Mô hình mô phỏng và thu thập dữ liệu của thiết bị chấp hành
• 5.6.2. Mô hình mô phỏng và thu thập dữ liệu của thiết bị đo lường
• 6. Chương 6: KẾT LUẬN
• 6.1. Phân tích hiệu quả áp dụng tự động hóa vào xử lý nước thải
• 6.1.1. Tính ưu việt của tự động hoá về mặt kinh tế - kỹ thuật
• 6.1.2. Kết quả đạt được về các chỉ số và hiệu quả kinh tế của tự động hoá
• 6.2. Kết quả đạt được của đề tài
• 6.3. Hạn chế của đề tài
• 6.4. Hướng mở rộng và phát triển của đề tài
• DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

I. Giới thiệu tổng quan

Hệ thống SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) đóng vai trò quan trọng trong việc quản lý và giám sát các quy trình trong nhà máy xử lý nước thải. Việc áp dụng công nghệ SCADA giúp nâng cao hiệu quả xử lý nước thải, giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Hệ thống này cho phép giám sát liên tục các thông số, từ đó điều chỉnh kịp thời các quy trình xử lý. Theo nghiên cứu, việc tích hợp SCADA vào nhà máy xử lý nước thải không chỉ cải thiện chất lượng nước sau xử lý mà còn tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng và hóa chất. Điều này đặc biệt quan trọng trong bối cảnh ô nhiễm môi trường ngày càng gia tăng tại Việt Nam.

1.1. Cơ sở khoa học và thực tiễn

Việt Nam đang đối mặt với nhiều thách thức về ô nhiễm môi trường, đặc biệt là từ các khu công nghiệp. Việc áp dụng hệ thống SCADA đã chứng minh hiệu quả tại nhiều quốc gia phát triển. Hệ thống này không chỉ giúp kiểm soát chất lượng nước mà còn giảm thiểu rủi ro và chi phí bảo trì. Theo TS. Trương Đình Châu, việc xây dựng hệ thống SCADA cho nhà máy xử lý nước thải là cần thiết để nâng cao hiệu quả xử lý và bảo vệ môi trường.

II. Cơ sở lý thuyết

Hệ thống SCADA trong nhà máy xử lý nước thải bao gồm nhiều thành phần như cảm biến, bộ điều khiển và giao diện người dùng. Các cảm biến đo lường các thông số như pH, nhiệt độ, lưu lượng và áp suất. Dữ liệu từ các cảm biến được truyền về bộ điều khiển để xử lý và hiển thị trên giao diện người dùng. Hệ thống này cho phép người vận hành theo dõi và điều chỉnh quy trình xử lý nước thải từ xa, giúp tiết kiệm thời gian và tăng cường an toàn. Việc sử dụng công nghệ tự động hóa trong hệ thống SCADA không chỉ nâng cao hiệu quả mà còn giảm thiểu sai sót do con người.

2.1. Giới thiệu tổng quan hệ thống SCADA

Hệ thống SCADA cho phép giám sát và điều khiển các quy trình xử lý nước thải một cách hiệu quả. Các thông số được thu thập liên tục và hiển thị trên giao diện người dùng, giúp người vận hành có thể theo dõi tình trạng hoạt động của nhà máy. Hệ thống này cũng cung cấp các báo động khi có sự cố xảy ra, từ đó giúp người vận hành có thể can thiệp kịp thời. Theo nghiên cứu, việc áp dụng SCADA đã giúp cải thiện đáng kể hiệu suất và độ tin cậy của các quy trình xử lý nước thải.

III. Thiết kế và lập trình hệ thống

Thiết kế hệ thống SCADA cho nhà máy xử lý nước thải bao gồm việc lựa chọn công nghệ, thiết kế sơ đồ công nghệ P&ID và lập trình các chức năng tự động hóa. Các chức năng này bao gồm điều chỉnh tự động, giám sát từ xa và báo cáo thống kê. Việc lập trình hệ thống cần đảm bảo tính linh hoạt và khả năng mở rộng trong tương lai. Hệ thống cũng cần được kiểm tra và bảo trì định kỳ để đảm bảo hoạt động ổn định. Theo các chuyên gia, việc thiết kế một hệ thống SCADA hiệu quả sẽ giúp tối ưu hóa quy trình xử lý nước thải và giảm thiểu chi phí vận hành.

3.1. Lập trình điều khiển hệ thống

Lập trình điều khiển cho hệ thống SCADA là một bước quan trọng để đảm bảo các chức năng hoạt động hiệu quả. Các chương trình điều khiển cần được xây dựng trên nền tảng phần mềm phù hợp, cho phép người vận hành dễ dàng tương tác và điều chỉnh các thông số. Hệ thống cũng cần có khả năng thu thập dữ liệu và báo cáo tự động, giúp người quản lý có cái nhìn tổng quan về hiệu suất của nhà máy. Việc lập trình cần được thực hiện bởi các kỹ sư có kinh nghiệm để đảm bảo tính chính xác và hiệu quả của hệ thống.

IV. Kết luận

Việc tích hợp hệ thống SCADA vào nhà máy xử lý nước thải không chỉ nâng cao hiệu quả xử lý mà còn góp phần bảo vệ môi trường. Hệ thống này giúp giám sát và điều khiển các quy trình một cách tự động, giảm thiểu sai sót và tăng cường an toàn cho người vận hành. Theo các chuyên gia, việc áp dụng công nghệ SCADA là một giải pháp cần thiết trong bối cảnh ô nhiễm môi trường ngày càng gia tăng tại Việt Nam. Tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các giải pháp tự động hóa để nâng cao hiệu quả xử lý nước thải.

4.1. Đánh giá hiệu quả áp dụng

Đánh giá hiệu quả của việc áp dụng SCADA cho nhà máy xử lý nước thải cho thấy rõ những lợi ích về mặt kinh tế và môi trường. Hệ thống không chỉ giúp cải thiện chất lượng nước sau xử lý mà còn tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng và hóa chất. Theo báo cáo, các nhà máy áp dụng SCADA đã giảm thiểu được chi phí vận hành và bảo trì, đồng thời nâng cao hiệu suất làm việc của nhân viên. Điều này chứng tỏ rằng việc đầu tư vào công nghệ SCADA là một quyết định đúng đắn cho tương lai bền vững.