Đồ án Nghiên cứu thiếu kế bộ điều khiển cho bể khử trùng trong hệ thống xử lí nước thải sinh hoạt bằng PLC S7 1200

-Sử dụng phần mềm TIA Portal v11 cho việc lập trình điều khiển -Đưa ra được thuật toán, lưu đồđiều khiển để vận hành bể, và dựa vào đó đã lập trình Tuy nhiên, do đồ án làm trong một thời gian ngắn, điều kiện về tài liệu còn thiếu và kiến thức thực tế của bản thân em còn nhiều hạn chế, nên báo cáo sẽ không tránh khỏi sai xót và có những hạn chế như sau: -Do thiết bị còn mới lạ, chưa tìm đủ tài liệu cần thiết nên trong đồ án việc trình bày về các thiết bị như PLC, clorator, cảm biến các loại còn thiếu xót -Do kiến thức về lập trình vẫn còn nhiều hạn chế nên chương trình điều khiển còn dài và phức tạp Hướng mở rộng đề tài: -Xây dựng hệ thống kiểm soát dư lượng Clo trong nước -Nghiên cứu, vận dụng các phương pháp khử trùng nước thải hiện đại hơn như bằng ozone, hay tia cực tím -Xây dựng bộ điều khiển cho toàn bộ hệ thống xử lí nước thải Cuối cùng, một lần nữa em xin gởi lời cảm ơn đến thầy Ngô Trí Dương đã trực tiếp hướng dẫn và chỉ bảo tận tình giúp chúng em hoàn thành đồ án môn học điều khiển logic.

docx33 trang | Chia sẻ: tienthan23 | Ngày: 18/02/2016 | Lượt xem: 2091 | Lượt tải: 10download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Đồ án Nghiên cứu thiếu kế bộ điều khiển cho bể khử trùng trong hệ thống xử lí nước thải sinh hoạt bằng PLC S7 1200, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Đồ án điều khiển logic Tên đề tài: Nghiên cứu thiếu kế bộ điều khiển cho bể khử trùng trong hệ thống xử lí nước thải sinh hoạt bằng PLC S7 1200 Mở đầu 1.Đặt vấn đề Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của nhiều khu đô thị, khu công nghiệp, khu nhà cao tầng đã làm ảnh hưởng không nhỏ đến nguồn nước mặt bởi những chất thải do nhu cầu sinh hoạt của con người thải ra ngoài môi trường. Cũng giống như bao nhiêu vấn đề về môi trường khác, việc xử lý nước thải sinh hoạt ở các thành phố, các khu vui chơi giải trí... luôn là một vấn đề hết sức nan giải. Hầu hết nước thải của các thành phố, khu du lịch, khu vui chơi giải trí đều không có hệ thống xử lý nước thải hoặc hệ thống xử lý nước thải bằng công nghệ cũ không đáp ứng nổi yêu cầu nên nước sau xử lý không đạt chất lượng nên sau khi thải ra ngoài môi trường đã gây ra hậu quả nghiêm trọng. Trong quá trình hội nhập hiện nay, nếu các vấn đề về môi trường không xử lý triệt để nó sẽ ảnh hưởng trực tiếp tới đời sông sinh hoạt của con người. Trên thế giới, việc ứng dụng thành tựu khoa học kĩ thuật vào kĩ thuật môi trường ngày càng phổ biến. Tại nhiều nước có nền công nghiệp phát triển cao như Nhật, Mỹ, Anh, Pháp,... các hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt đã được nghiên cứu và đưa vào ứng dụng từ lâu, đặc biệt trong lĩnh vực tự động hoá cũng đã được áp dụng và đem lại hiệu quả kỹ thuật, kinh tế xã hội vô cùng to lớn. Những công nghệ tự động hoá của các công ty hàng đầu trên thế giới như SIEMENS, AB, YOKOGAWA,... được sử dụng rộng rãi trong các công trình xử lý nước thải. Có thể nói trình độ tự động hoá xử lý nước thải đã đạt mức cao, tất cả các công việc giám sát, điều khiển đều có thể thực hiện được tại một trung tâm, tại đây người vận hành được hỗ trợ bởi những công cụ đơn giản, dễ sử dụng như giao diện đồ hoạ trên PC, điều khiển bằng kích chuột,... góp phần nâng cao năng suất làm việc, hạn chế sự ảnh hưởng đến người làm việc. Ngoài ra cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin và viễn thông, khoảng cách về không gian và thời gian đã được rút ngắn, cho phép người vân hành có thểđiều khiển từ cách xa hàng ngàn km với chỉ một máy tính PC hoặc nhận được thông tin về hệ thống thông qua SMS. Xuất phát từ các vấn đề trên, cùng với việc thực hiện nhiệm vụ học tập của nhà trường, em đã tìm hiểu nghiên cứu việc ứng dụng công nghệ tự động hóa cho hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt bằng công nghệ sinh học truyền thống. Vì vậy em thực hiện tiến hành đề tài: “Nghiên cứu thiếu kế bộ điều khiển cho bể khử trùng trong hệ thống xử lí nước thải sinh hoạt bằng PLC S7-1200”. 2.Mục đích đề tài Nghiên cứu quy trình công nghệ xử lý nước thải trong đó tập trung nghiên cứu hệ thống bể khử trùng, tìm hiểu các quá trình làm việc, các thiết bị tự động hóa được sử dụng trong hệ thống thực để tiến tới thiết kế, mô phỏng việc điều khiển, vận hành của hệ thống. Nghiên cứu thiết bị khả lập trình PLC, làm quen với việc sử dụng PLC S7-1200 của Siemens và ngôn ngữ lập trình cho PLC. 3.Phương pháp nghiên cứu Phương pháp kế thừa: kế thừa từ các tài liệu, công trình nghiên cứu trước đó về hai mảng chính của đề tài: môi trường (công nghệ xử lý nước thải) và tự động hóa (sử dụng, lập trình PLC và các thiết bị tự động hóa khác có liên quan). Phương pháp thực nghiệm kiểm chứng: sau khi đã xây dựng xong cơ sở lý thuyết của đề tài sẽ tiến hành thử nghiệm sự hoạt động trên các thiết bị hiện có. Các bước tiến hành nghiên cứu là tìm hiểu cơ sở lý thuyết về vấn đề nghiên cứu, tiến hành thiết kế chương trình điều khiển, sau đó thử nghiệm trên các chương trình mô phỏng để đưa ra kết luận. 4.Nội dung nghiên cứu Chương 1: Nghiên cứu quy trình xử lý nước thải sinh hoạt bằng công nghệ sinh học truyền thống. Chương 2: Phân tích bài toán và lập lưu đồ điều khiển bể khử trùng. Chương 3:Thiết kế bộ điều khiển hoạt động bể khử trùng 5.Giới hạn đề tài Do thời gian làm đồ án hạn hẹp và đồ án ở cấp độ môn học nên trong hệ thống xử lý nước thải, em chỉ nghiên cứu thiết kế bể khử trùng CHƯƠNG 1 Nghiên cứu quy trình xử lý nước thải sinh hoạt bằng công nghệ sinh học truyền thống 1.Tổng quan về bước thải sinh hoạt 1.1 Khái niệm -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, và từ các cống thoát nước đó là loại nước tắm rửa của con người, giặt giũ,chế biến thực phẩm, nấu ăn, vệ sinh nhà bếp, -Đặc trưng của nước thải sinh hoạt là: hàm lượng chất hữu cơ cao (55-65% tổng lượng 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 nước thải. 1.2 Các thông số ô nhiễm đăc trưng của chất thải -Hàm lượng chất rắn trong nước thải Nước thải là hệ đa phân tán bao gồm nước và các chất bẩn. Các nguyên tố chủ yếu có trong thành phần của nước thải sinh hoạt là C, H, O, N với công thức trung bình C12H26O6N. Các chất bẩn trong nước thải gồm cả vô cơ và hữu cơ, tồn tại dưới dạng cặn lắng, các chất rắn không lắng được là các chất hòa tan và dạng keo. Bảng khối lượng chất rắn có trong nước thải sinh hoạt (g/người.ngày) Thành phần Cặn lắng Cặn không lắng Chất hòa tan Tổng cộng Hữu cơ 30 10 50 90 Vô cơ 10 5 75 90 Tổng cộng 40 15 125 180 Tổng chất rắn là thành phần vật lý đặc trưng của nước thải. Các chất rắn không hoà tan có hai dạng: chất rắn keo và chất rắn lơ lửng. Chất rắn lơ lửng (SS) được giữ lại trên giấy lọc kích thước lỗ 1,2 micromet (bao gồm chất rắn lơ lửng lắng được và chất rắn lơ lửng không lắng được), làm giảm lượng hóa chất cần sử dụng trong quá trình xử lý. -Độ pH của nước pH là chỉ số đặc trưng cho nồng độ H+ có trong dung dịch, thường dùng để biểu hiện tính kiềm hay tính axit của nước. Độ pH có liên quan đến dạng tồn của kim loại và khí hòa tan trong nước, ảnh hưởng tới hiệu quả của các quá trình xử lý nước. Ngoài ra độ pH còn ảnh hưởng tới quá trình trao đổi chất trong cơ thể sinh vật tồn tại trong nước. Do vậy rất có ý nghĩa về khía cạnh sinh thái môi trường. -Hàm lượng oxy hòa tan(Dissolved oxygen - DO) DO là lượng oxy hòa tan cần thiết cho sự hô hấp của các sinh vật sống trong nước, thường được tạo ra do sự hòa tan từ khí quyển hay sự quang hợp của tảo. Nồng độ oxy tự do trong nước nằm trong khoảng 8-10 ppm, và dao động mạnh vào nhiệt độ, sự phân hủy hóa chất, sự quang hợp của tảo.Các quá trình oxy hóa của các chất thải sẽ làm giảm nồng độ oxy hòa tan trong các nguồn nước, đe dọa sự sống các loài sinh vật sống trong nước. Do vậy, DO là chỉ số quan trọng để đánh giá mức độ ô nhiễm của nước. -Nhu cầu oxy sinh hóa (Biochemical Oxygen Demand - BOD) BOD là lượng oxy cần thiết để vi sinh vật oxy hóa các chất hữu cơ theo phản ứng: Chất hữu cơ + O2 ® CO2 + H2O + tế bào mới + Sản phẩm cố định Do đó, nó là thước đo nồng độ chất hữu cơ trong chất thải có thể bị oxy hóa bởi vi sinh vật. -Nhu cầu oxy hóa học(Chemical Oxygen Demand - COD) COD là lượng oxy cần thiết để oxy hóa các hợp chất hóa học trong nước bao gồm cả vô cơ và hữu cơ. Toàn bộ lượng oxy sử dụng cho các phản ứng trên được lấy từ oxy hoà tan trong nước (DO). Do vậy nhu cầu oxy hoá học và oxy sinh học cao sẽ làm giảm nồng độ DO của nước, có hại cho sinh vật nước và hệ sinh thái nước nói chung. Nước thải hữu cơ, nước thải sinh hoạt và nước thải hoá chất là các tác nhân tạo ra các giá trị BOD và COD cao của môi trường nước. 2.Các phương pháp xử lý nước thải 2.1Phương pháp hóa học-hóa lý Các phương pháp hóa học dùng trong hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt gồm có: trung hòa, oxy hóa khử, tạo kết tủa hoặc phản ứng phân hủy các hợp chất độc hại. Cơ sở của phương pháp này là các phản ứng hóa học diễn ra giữa chất ô nhiễm và hóa chất thêm vào, do đó, ưu điểm của phương pháp là có hiệu quả xử lý cao, thường được sử dụng trong các hệ thống xử lý nước khép kín. Tuy nhiên, phương pháp hóa học có nhược điểm là chi phí vận hành cao, không thích hợp cho các HTXLNT sinh hoạt với quy mô lớn. Bản chất của phương pháp hoá lý trong quá trình xử lý nước thải sinh hoạt là áp dụng các quá trình vật lý và hoá học để đưa vào nước thải chất phản ứng nào đó để gây tác động với các tạp chất bẩn, biến đổi hoá học, tạo thành các chất khác dưới dạng cặn hoặc chất hoà tan nhưng không độc hại hoặc gây ô nhiễm môi trường. Những phương pháp hoá lý thường được áp dụng để xử lý nước thải là: keo tụ, tuyển nổi, đông tụ, hấp phụ, trao đổi ion, thấm lọc ngược và siêu lọc Giai đoạn xử lý hoá lý có thể là giai đoạn xử lý độc lập hoặc xử lý cùng với các phương pháp cơ học, hoá học, sinh học trong công nghệ xử lý nước thải hoàn chỉnh. 2.2Phương pháp sinh học Bản chất của phương pháp sinh học trong quá trình xử lý nước thải sinh hoạt là sử dụng khả năng sống và hoạt động của các vi sinh vật có ích để phân huỷ các chất hữu cơ và các thành phần ô nhiễm trong nước thải. Các quá trình xử lý sinh học chủ yếu có năm nhóm chính: quá trình hiếu khí, quá trình trung gian anoxic, quá trình kị khí, quá trình kết hợp hiếu khí – trung gian anoxic – kị khí các quá trình hồ. Đối với việc xử lý nước thải sinh hoạt có yêu cầu đầu ra không quá khắt khe đối với chỉ tiêu N và P, quá trình xử lý hiếu khí bằng bùn hoạt tính là quá trình xử lý sinh học thường được ứng dụng nhất. 3.Sơ đồ công nghệ xử lý của HTXLNT sinh hoạt. Tuy nhiên, trong thiết kế không áp dụng một sơ đồ mẫu cụ thể nào mà tùy vào từng yêu cầu và mục đích, người ta xây dựng dây chuyền xử lý nước thải cụ thể. Đối với trường hợp trạm xử lý quy mô lớn và yêu cầu vệ sinh cao thì mới sử dụng sơ đồ xử lý như trên. Đối với trường hợp cho phép giảm mức độ xử lý hoặc đối với những trạm có công suất nhỏ, sơ đồ có thể đơn giản hơn. -Nước thải sinh hoạt từ các nguồn phát sinh sẽ được dẫn về khu xử lý nước thải, trên đường dẫn nước thải về khu vực xử lý nước thải tập trung sẽ đem theo nhiều cát, rác, tóc... nên trước khi đưa vào hệ thống xử lý cần bố trí một bể bẫy cát và song chắn rác được thiết kế đặc biệt giúp loại bỏ hoàn toàn cát và rác ra khỏi nước thải. - Nước thải sau khi qua bể lắng cát tiếp tục được chuyển sang bể điều hòa. Bể điều hòa có tác dụng ổn định lưu lượng nước thải và hòa trộn đều nước thải. Ở bể điều hòa được bố trí một máy thổi khí đặt cạn giúp nước thải luôn có khí lưu thông không gây ra các mùi hôi khó chịu do nước thải sinh hoạt gây ra. Trong bể điều hòa sẽ xảy ra quá trình hiếu khí giúp phân dã một phần chất hữu cơ hòa tan ở dạng keo. - Nước thải sau bể điều hòa được chuyển tiếp đến bể xử lý vi sinh kỵ khí, ở điều kiện thiếu khí các vi sinh vật thiếu khí hoạt động mạnh mẽ, ở đây chúng sẽ hấp thụ các hợp chất hữu cơ và chuyển hóa chúng thành các hợp chất N và P. Với lượng thức ăn vô cùng lớn các vi sinh vật sẽ trưởng thành và xảy ra quá trình phân bào giúp tăng mật độ của các vi sinh vật trong bể. - Bể lắng: Nước sau khi đi qua bể xử lý vi sinh được chuyển qua bể lắng với thiết kế đặc biệt của bể cộng thêm tác dụng của máy thổi khí và dung dịch trợ lắng các chất lơ lửng được lắng xuống đáy bể lắng. Ở đây được bố trí một máy bơm hút bùn có tác dụng bơm bùn hoàn lưu và một phần bùn chuyển về bể chứa bùn. - Nước sau khi qua bể lắng được máy bơm tiếp túc đưa qua bể lọc áp lực giúp loại bỏ hoàn toàn các huyễn phù lơ lửng tồn dư trong nước nguồn. - Bể khử trùng: Nước sau khi qua thiết bị lọc áp lực nước đã đạt tiêu chuẩn xả thải ra moi trường nhưng vẫn còn lại lượng vi khuẩn rất lớn còn tồn dư ở quá trình xử lý vi sinh, nên ở đây được bố trí một hệ thống châm hóa chất khử trùng giúp loại bỏ hoàn toàn các vi khuẩn ra khỏi nước. Nước sau khi qua hệ thống xử lý đạt thiêu tiêu chuẩn 4.Bể khử trùng-nhiệm vụ yêu cầu điều khiển Trong quy trình xử lý nước thải, bể khử trùng thường là công trình được đặt ở cuối cùng trước khi đưa nước ra môi trường. Khử trùng nước thải là nhằm mục đích phá hủy, tiêu diệt các loại vi khuẩn gây bệnh nguy hiểm chưa được hoặc không thể khử bỏ trong quá trình xử lý nước thải. Các biện pháp khử trùng bao gồm sử dụng hóa chất, sử dụng các quá trình cơ lý, sử dụng các bức xạ. Trong phần này chúng ta chỉ nghiên cứu đến việc khử trùng bằng bằng Chlorine. Phương pháp này có ưu điểm là rẻ tiền, đơn giản, hiệu quả cao Clo có tính khử mạnh nên khi dùng Clo để khử trùng nước thải sẽ xảy ra rất nhiều phản ứng giữa Clo với các thành phần hóa học có mặt trong nước thải. Bể khử trùng bằng Chlorine đươc cấu tạo để nước thải và dung dịch clo (phân phối qua ống châm lổ, hoặc suốt chiều ngang của bể trộn) được đưa vào bể trộn trang bị một máy khuấy vận tốc cao, thời gian lưu tồn của nước thải và dung dịch chlorine trong bể trộn không ngắn hơn 30 giây. Sau đó nước thải đã trộn lẫn với dung dịch chlorine được cho chảy qua bể tiếp xúc được chia thành những kênh dài và hẹp theo đường gấp khúc. Thời gian tiếp xúc giữa chlorine và nước thải khoảng từ 15 – 45 phút, và ít nhất phải giữ được 15 phút ở tải lượng lớn nhất. Bể tiếp xúc chlorine thường được thiết kế theo kiểu plug-flow (ngoằn ngoèo). Tỉ lệ dài : rộng từ 10 : 1 đến 40 : 1. Vận tốc tối thiểu của nước thải phải từ 2 - 4,5 m/phút để tránh lắng bùn trong bể. Phản ứng đặc trưng là sự thủy phân của clo tạo ra axit hypoclorit và axit hydrocloric: Cl2 + H2O ® HClO + HCl Hoặc có thể ở dạng phương trình phân li: Cl2 + H2O ® 2H+ + OCl- + Cl- Tuy nhiên, nếu trong NT chứa nhiều chất hữu cơ chúng sẽ kết hợp với clo tạo các sản phẩm độc hại,... dễ gây hại cho nguồn nước đặc biệt đối nguồn nước cấp cho mục đích sinh hoạt. Để định lượng clo, xáo trộn clo với hơi nước công tác, điều chế và vận chuyển đến nơi sử dụng người ta thường dùng cloratơ. Nồng độ HOCl phụ thuộcvào lượng ion H+ trong nước hay phụ thuộc vào pH của nước. Khi: - PH = 6 thì HOCl chiếm 99,5% còn OCl- chiếm 0.5% - PH = 7 thì HOCl chiếm 79% còn OCl- chiếm 21% - PH = 8 thì HOCl chiếm 25% còn OCl- chiếm 75% Tác dụng khử trùng của HOCl cao hơn nhiều OCl-. Tức là PH càng cao hiệu quả khử trùng càng giảm. Khử trùng hóa chất nói chung và Clo nói riêng cần đảm bảo nồng độ hóa chất trong nước theo QCVN, thông thường để đảm bảo hiệu quả của quá trình khử trùng, ta điều chỉnh lượng clo cho vào sao cho hàm lượng clo dư còn lại trong nước thải sau khi tiếp xúc không nhỏ hơn 1,5 mg/l. Khử clo dư trong nước : Khử dư lượng clo trong nước khi clo hóa với liều lượng cao có thể dùng phương pháp hóa học. Khử clo bằng hóa chất như dùng SO2, Na2SO3, Na2S2O3 theo các phản ứng sau : Cl2 + SO2 +2H2O→ 2HCl + H2SO4 Cl2 + Na2SO3 + H2O → 2HCl + Na2SO4 4Cl2 + Na2S2O3 + 5H2O → 2NaCl + 6HCl + 2H2SO4 Axit clohydric và axit sunfuric hình thành được trung hòa bằng độ kiềm dư của nước. Để khử hết 1mg clo dư cần đến 0,9 mg SO2. Sử dụng khí Clo trong hoạt động sản xuất mang lại hiệu quả về kinh tế và kỹ thuật, tuy nhiên quá trình lâu ngày có thể xảy ra một vài sự cố rò rỉ. Biện pháp phù hợp nhất để xử lý sự cố rò rỉ vẫn là thiết bị trung hòa khí Clo. Do vậy để bảo đảm an toàn về tính mạng con người, tài sản thiết bị, môi trường xung quanh thì cần lắp đặt hệ thống này cho nhà trạm Clo. CHƯƠNG 2 Phân tích bài toán và lập lưu đồ điều khiển bể khử trùng 1.Yêu cầu thiết kế Thiết kế bộ điều khiển hoạt động của bể khử trùng có thể tích 62.5 m3, chiều cao công tác là 1,2 m. Thời gian tiếp xúc giữa chlorine và nước thải là 30 phút 2.Sơ đồ bể khử trùng và các thiết bị -Hoạt động của hệ thống: Nước thải được bơm vào bể qua bơm B1, qua van tiết lưu V1 với lưu lương 125m3/h. Khi có nước thải chảy qua cảm biến lưu lượng sẽ gửi tín hiệu đến clorator để định lượng clo cần điều chế. Nước thải được đưa vào bể trộn. Sau khi tiếp xúc với chlorine, nước thải được đưa sang bể tiếp xúc. Sau 30 phút, khi mực nước trong bể đạt 1.2m van giới hạn lưu lượng V2 ra kênh xả. Khi bể ngừng hoạt động, van xả V2 -Bảo vệ 1: Bể tiếp xúc có 2 van xả: Van giới hạn lưu lượng V2 và van an toàn V3. Van giới hạn lưu lượng hoạt động thường xuyên. Khi van V2 gặp sự cố không mở, mực nước trong bể dâng lên bằng chiều cao bảo vệ, cảm biến mức tác động, ngừng hệ thống và mở van V3 thoát nước -Bảo vệ 2: Khi clo rò rỉ trong không khí (trong phòng clo), Sensor phát hiện clo rò rỉ sẽ ghi nhận giá trị và đưa về bộ phận xử lý trung tâm. Tại đây giá trị đưa về sẽ được so sánh với giá trị cài đặt của người vận hành (Thông thường từ 0.2 – 2 ppm), nếu vượt quá ngưỡng cài đặt thì bộ xử lý trung tâm sẽ gửi tín hiệu đến tủ điều khiển.          -   Tủ điện điều khiển, khi nhận được tín hiệu từ bộ xử lý trung tâm sẽ ngừng toàn bộ quạt thông gió của nhà clo, kích hoạt cho bơm hóa chất trung hòa NaOH (20%), Còi và đèn báo động đồng thời được bật lên, quạt sẽ chạy sau một thời gian cài đặt, thông thường thì từ 5 đến 10 giây để cho bơm bơm đều dung dich NaOH. -   Quá trình hút clo và trung hòa NaOH diễn ra liên tục cho đến khi hàm lượng clo rò rỉ trong không khí ( trong nhà clo) xuống dưới mức đã cài đặt. -   Khí clo được hút sạch, lúc này bộ xử lý trung tâm sẽ gửi tín hiệu điện đến tủ điện điều khiển mở các tiếp điểm cho quạt hút clo rò rỉ, bơm hóa chất trung hòa NaOH (20%), Còi và đèn báo động tắt. -   Sau mỗi lần chạy hệ thống phải thay toàn bộ lượng NaOH trong bồn 3.Lưu đồ điều khiển Lưu đồ điều khiển hoạt động của bể Lưu đồ bảo vệ 1 Lưu đồ bảo vệ nhà Clo Chương 3 Thiết kế bộ điều khiển hoạt động bể khử trùng 1.Thiết bị phần cứng 1.1Lựa chọn cảm biến Các thiết bị đo lưu lượng bằng nguyên lý điện từ của hãng Siemens bao gồm hai phần chính là cảm biến (sensor) và bộ chuyển đổi tín hiệu (Transmitter). Phần cảm biến bao gồm các dòng sản phẩm sau: Mag 5100W, Bộ chuyển đổi tín hiệu bao gồm các dòng sản phẩm sau: Mag 5000. Các nguyên tắc đo lưu lượng dựa trên định luật cảm ứng điện từ Faradays, là các cảm biến chuyển đổi dòng chảy thành một điện áp điện tỉ lệ với vận tốc của dòng chảy. Transmitter MAG 5000  SIEMENS : MAG 5000 là bộ chuyển đổi tín hiệu dùng cho các dòng cảm biến đo lưu lượng Mag 1100, Mag 1100F, Mag 5100W, Mag3100W,  và  Mag  3100.  Bộ  chuyển  đổi  tín hiệu này có độ chính xác cao 0.5% và giá rẻ, nó dùng kèm  với  các cảm biến  lưu lượng trong các ứng dụng thông thường và không yêu cầu chức năng định mẻ (Batching controller) + Độ chính xác 0.5% + Không  có  chức  năng  định  mẻ (Batching controller) + Hiển thị lưu lượng tức thời và lưu lượng tổng, có thể hiển thị lưu lượng tổng theo chiều thuận, ngược của dòng  chảy và lưu lượng tuyệt đối. Có thể tuỳ chọn không có màn hình hiển thị + Tín hiệu ra : Một tín hiệu ra tương tự 4-20 mA, một tín hiệu ra xung, một tín hiệu ra Relay. + Nguồn cung cấp: Có thể chọn DC 1130V,  AC  11  24V  hoặc  AC  115230 V + Cảm  biến tương thích: Mag5100W, Mag 3100, Mag 3100W, Mag 1100, Mag 1100F.       Mag 5000 có thể lắp trực tiếp (compact) hoặc lắp từ xa với Sensor ở mọi kích cỡ. + MAG 5100W  SIEMENS : -Độ chính xác : 0.25% -Size : DN 25 -1200 -Áp lực max : 40 bar  -Nhiệt độ : ( - 5 ) - 90 oC -Cấp bảo vệ : IP 67/68 -Ứng dụng : Đo lưu lượng của nước và nước thải, hoặc các chất lỏng dẫn điện không ăn mòn như nước mía, nước trái cây không yêu cầu kiểu lắp đặt theo chuẩn vệ sinh với nhiệt độ cho phép của chất lỏng cần đo lên tới 70oC . 1.2Clorator K S10 ™ thiết bị clorator chân không thường được sử dụng để xử lí nước thải công nghiệp, sinh hoạt và khử trùng bể bơi -Độ chính xác +Cho ăn khí ga là ± 4% dòng chỉ thị. -Áp lực tại điểm đặt +Áp lực cực đại với ống mềm hay polyetylen là 5bar / 75psi. +Ống mềm áp suất cao hoặc ống cứng vững sẽ cho phép ứng dụng chống lại áp lực ngược đến 10.7 bar/ 160 psi. -Phương pháp điều khiển Tốc độ cấp khí của k S10 ™ được kiểm soát bằng cách một hoặc cả hai phương pháp này : ngắt cung cấp nước cho injector để đóng cắt chân không hoặc thay đổi diện tích lỗ thoát khí. Start-Stop or Control Program: loại điều khiển này được thực hiện với việc thực hiện đơn giản. Đóng, cắt bằng cách ngưng cung cấp nước phun. +Điều chỉnh tự động K S10 ™ có thể được cung cấp điều khiển tỉ lệ theo vận tốc cấp dòng tự động, từ đơn giản phức tạp. Tín hiệu đầu vào 4-20mA. 1.3Cảm phát hiện rò rỉ khí Clo Bộ phát hiện khí rò rỉ clo ADVANCETM serie 1610B, 1620B cho phép phát hiện liên tục khí clo, (hoặc các khí khác như sulphua hoặc Amoniac nếu sử dụng đầu dò khác nhau) trong môi trường làm việc. Bộ phát hiện khí rò rỉ này sử dụng lí tưởng cho việc bảo vệ người, tài sản ở những nơi có khả năng xuất hiện khí rò rỉ ở mức dưới ngưỡng yêu cầu của cơ quan vệ sinh của Mỹ OSHA. Đầu rò cho phép phát hiện được ngay khi khí bị rò rỉ, và được thiết kế để tránh báo động giả do bị nhiễu khí và môi trường làm việc. Serie 1610B thiết kế để bảo vệ nhiễu sóng radio và sóng điện từ(RFI/RMI) có trong các nhà máy công nghiệp. Thông số kỹ thuật máy phát hiện rò rỉ Clo 1610B: -Tiêu chuẩn chất lượng: ISO 9001 -Nguồn điện: 120 hoặc 240 Vac, 50/60 Hz, pha -Công suất tiêu thụ: 12 watts -Đầu vào từ các cảm biến: 4-20 mAdc -Cảm biến đếm thời gian ổn định: Jumper lựa chọn 1/2, 1, 2, 4, 8, 16 phút -Vạch đồ thị chỉ số phạm vi: 0-10 ppm CL2 & SO2; 0-50 ppm; 0-100 ppm NH3 -Độ chính xác: ± 1 phân vạch -Đèn chỉ thị: Power, Sẵn sàng, báo, trục trặc -Đo được 8 điểm -Chỉ số tín hiệu đầu ra: 4-20 mAdc vào tối đa 900 ohms trở kháng -Báo động và kiểm soát sự cố: 10 amps -Cảnh báo và sự cố kiểu tiếp xúc: lựa chọn chốt nhảy thủ công hoặc tự động 1.4Máy khuấy Ứng dụng: -Xử lý nước thải -Xử lý nước cấp Mục đích: -Bồn pha dung dịch keo tụ (PAC), dung dịch trợ lắng (PAM) -Bồn pha dung dịch axit (H2SO4), dung dịch bazơ (NaOH) -Bồn pha dung dịch Clo khử trùng nước, dung dịch Nitơ, Photpho.. Thông số kỹ thuật: -Công suất máy khuấy: 0.2 – 7.5 kW -Điện áp: 380 V/ 3 pha / 50 Hz hoặc 220 V / 1 pha / 50 Hz -Tốc độ khuấy: 20 – 70 vòng/ phút -Kiểu lắp đặt: Trục đứng, trục ngang -Kiểu cánh khuấy: Tuabin, cánh quạt -Số cánh khuấy: Từ 2-4 cánh đối xứng nhau -Số tầng cánh: 1-2 tầng (tuỳ thuộc vào dung tích bồn pha) 2. Thiết bị trung tâm của hệ thống điều khiển tự động hóa PLS S7-1200 2.1 Dòng sản phẩm S7-1200 SIEMENS  Năm 2009, Siemens ra dòng sản phẩm S7-1200 dùng để thay thế dần cho S7-200. PLC S7-1200 có những tính năng nổi trội hơn S7-200 và sau đây là một vài đặc điểm của dòng sản phẩm S7-1200 S7-1200 là một dòng của bộ điều khiển logic lập trình (PLC) có thể kiểm soát nhiều ứng dụng tự động hóa. Thiết kế nhỏ gọn, chi phí thấp và một tập lệnh mạnh làm cho bạn có những giải pháp hoàn hảo hơn cho ứng dụng của mình với S7-1200. S7-1200 bao gồm một microprocessor, một nguồn cung cấp được tích hợp sẵn, các đầu vào/ra (DI/DO). - Một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ quyền truy cập vào cả CPU và chương trình điều khiển: + Tất cả các CPU đều cung cấp bảo vệ bằng password chống truy cập vào PLC + Bạn cũng có thể dùng chức năng "know-how protection" để bảo vệ các block đặc biệt của mình. S7-1200 cung cấp một cổng PROFINET, hỗ trợ chuẩn Ethernet và TCP/IP. Ngoài ra bạn có thể dùng các module truyền thông mở rộng kết nối bằng RS485 hoặc RS232. - Phần mềm dùng để lập trình cho S7-1200 là Step7 Basic. Step7 Basic hổ trợ ba ngôn ngữ lập trình là FBD, LAD và SCL. Phần mềm này được tích hợp trong TIA Portal 11 của Siemens. Vậy để làm một dự án với S7-1200 chỉ cần cài TIA Portal, vì phần mềm này đã bao gồm cả môi trường lập trình cho PLC và thiết kế giao diện HMI. - Vòng quét chương trình trong S7-1200 - Cấu hình S7-1200 rất dễ dàng trong project của bạn với phần mềm TIA Portal - Truyền thông với Programming device, HMI device, và các thiết bị khác một cách dễ dàng qua mạng PROFINET. Qua các thông số kỹ thuật trên, việc sử dụng S7-1200 là xu thế tất yếu để thay thế dần dòng S7-200. Có thể trong thời gian tới Siemens sẽ cho khai tử dòng S7-200 vì vậy trong các dự án mới chúng ta nên thiết kế hệ thống sử dụng dòng S7-1200 cho các dự án vừa và nhỏ. 2.2 Thông số của một số loại CPU S7-1200 S7 1200 CPU 1211C S7 1200 CPU 1212C Kích thước : 90 x 100 x 75 Bộ nhớ người dùng √  Bộ nhớ làm việc : 25Kb √   Bộ nhớl ưu trữ: 1Mb √   Bộ nhớ Retentive : 2Kb Ngõ vào ra số :6 In/4 Out Ngõ vào ra tương tự: 2 Vùng nhớ Truy suất bit (M) : 4096Byte Module tín hiệu mở rộng :0 Board  tín hiệu/truyền thông :1 Module truyền thông: 3 Bộ đếm tốc độ cao : √   1Pha 3 : 100KHZ √   2 Pha 3: 80KHZ Ngõ ra xuất xung tốc độ cao: 2 Truyền thông : Ethernet Thực thi lệnh nhị phân : 0.1 micro giây/lệnh Kích thước : 90 x 100 x 75 Bộ nhớ người dùng √   Bộ nhớ làm việc : 25Kb √   Bộ nhớl ưu trữ: 1Mb √   Bộ nhớ Retentive : 2Kb Ngõ vào ra số :8 In/6 Out Ngõ vào ra tương tự: 2 in Vùng nhớ Truy suất bit (M) : 4096Byte Module tín hiệu mở rộng :2 Board  tín hiệu/truyền thông :1 Module truyền thông: 3 Bộ đếm tốc độ cao : √   1 Pha 3 x 100KHZ/ 1 x 30KHZ √   2 Pha 3 x 80KHZ/ 1 x 20KHZ Ngõ ra xuất xung tốc độ cao: 2 Truyền thông : Ethernet Thực thi lệnh nhị phân : 0.1 micro giây S7 1200 CPU 1214C S7 1200 CPU 1215C Kích thước : 110 x 100 x 75 Bộ nhớ người dùng √   Bộ nhớ làm việc : 50Kb √   Bộ nhớl ưu trữ: 2Mb √   Bộ nhớ Retentive : 2Kb Ngõ vào ra số :14 In/10 Out Ngõ vào ra tương tự: 2 in Vùng nhớ Truy suất bit (M) : 4096Byte Module tín hiệu mở rộng :8 Board  tín hiệu/truyền thông :1 Module truyền thông: 3 Bộ đếm tốc độ cao : √   1 Pha 3 x 100KHZ/3 x 30KHZ √   2 Pha 3 x 80KHZ/3 x 20KHZ Ngõ ra xuất xung tốc độ cao: 2 Truyền thông : Ethernet Thời gian thực khi mất nguồn nuôi: 10 ngày Thực thi lệnh nhị phân : 0.1 micro giây/lệnh Kích thước : 11.60 x 13.90 x 8.90 Bộ nhớ người dùng √   Bộ nhớ làm việc : 100Kb Ngõ vào ra số :14 In/10 Out Ngõ vào ra tương tự: √   2 out 0-20mA √   2 in 0-10VDC Module tín hiệu mở rộng :8 Board  tín hiệu/truyền thông :1 Module truyền thông: 3 Bộ đếm tốc độ cao : √   1 Pha 3 x 100KHZ/3 x 30KHZ √   2 Pha 3 x 80KHZ/3 x 20KHZ Số cổng Ethernet : 2 Module tín hiệu cho dòng S7 1200 Bảng tín hiệu số SB (gắn mặt trươc CPU) Bảng tín hiệu analog loại SB Siemens hổ trợ các loại sau: Bảng tín hiệu ngõ vào số: √   4 x 24 VDC in, 200 KHZ √   4 x 5 VDC in, 200 KHZ Bảng tín hiệu ngõ ra số √   4 x 24 VDC out, 200 KHZ √   4 x 5 VDC out, 200 KHZ Bảng tín hiệu hỗn hợp vào ra số: √   2 x 24 VDC in/ 2 x 24 VDC out √   2 x 24 VDC in/ 2 x 24 VDC out, 200 KHZ √   2 x 5 VDC in/ 2 x 5 VDC out, 200 KHZ Siemens hổ trợ các loại sau: Modlue ngõ vào tương tự: √   1 x 12 Bit Analog in √   1 x 16 Bit RTD √   1 x 12 Bit Thermocouple Module ngõ ra tượng tự √   1 x Analog out 0-10V/0-20mA Module tín hiệu số loại SM Module tín hiệu tương tự loại SM Siemens hổ trợ các loại sau: Modlue ngõ vào số: √   8 x 24 VDC in √   16 x 24 VDC in Module ngõ ra số √   8 x 24 VDC out √   8 x Relay out √   8 x Relay out 2 tiếp điểm √   16 x 24 VDC out √   16 x Relay out Module hỗn hợp vào ra số: √   8 x 24 VDC in/ 8 x 24 VDC out √   8 x 24 VDC in/ 8 x Relay out √   8 x 120/230 VAC in/ 8 x Relay out √   12 x 24 VDC in/ 16 x 24 VDC out √   12 x 24 VDC in/ 16 x Relay out Siemens hổ trợ các loại sau: Modlue ngõ vào tương tự: √   4 x Ngõ vào tương tự √   8 x Ngõ vào tương tự √   4 x 16 Bit Thermocouple √   4 x 16 Bit RTD √   8 x 16 Bit RTD Module ngõ ra tượng tự √   2 x Analog out 0-10V/0-20mA √   4 x Analog out 0-10V/0-20mA Module ngõ/vào ra tương tự √   4 x ngõ vào tương tự, 2 x ngõ ra tương tự Trong đồ án này, em sử dụng CPU 1214C để thiết kế bộ điều khiển 3.Phần mềm tia portal Được thiết kế với giao diện thân thiện người sử dụng, TIA Portal thích hợp cho cả những người mới lẫn những người nhiều kinh nghiệm trong lập trình tự động hóa. Là phần mềm cơ sở cho các phần mềm dùng để lập trình, cấu hình, tích hợp các thiết bị trong dải sản phẩm Tích hợp tự động hóa toàn diện (TIA) của Siemens. Ví dụ như phầm mềm mới Simatic Step 7 V11 để lập trình các bộ điều khiển Simatic, Simatic WinCC V11 để cấu hình các màn hình HMI và chạy Scada trên máy tính. Để thiết kế TIA portal, Siemens đã nghiên cứu rất nhiều các phần mềm ứng dụng điển hình trong tự động hóa qua nhiều năm, nhằm mục đích hiểu rõ nhu cầu của khách hàng trên toàn thế giới. Là phần mềm cơ sở để tích hợp các phần mềm lập trình của Siemens lại với nhau, TIA Portal giúp cho các phần mềm này chia sẽ cùng một cơ sở dữ liệu, tạo nên sự thống nhất trong giao diện và tính toàn vẹn cho ứng dụng. Hướng ứng dụng, các khái niệm về thư viện, quản lý dữ liệu, lưu trữ dự án, chẩn đoán lỗi, các tính năng online là những đặc điểm rất có ích cho người sử dụng khi sử dụng chung cơ sở dữ liệu TIA Portal. Tất cả các bộ đều khiển PLC, màn hình HMI, các bộ truyền động của Siemens đều được lập trình, cấu hình trên TIA portal. Việc này giúp giảm thời gian, công sức trong việc thiết lập truyền thông giữa các thiết bị này. Phần mềm mới Simatic Step 7 V11, tích hợp trên TIA Portal, để lập trình cho S7-1200, S7-300, S7-400 và hệ thống tự động PC-based Simatic WinAC. Simatic Step 7 V11 được chia thành các module khác nhau, tùy theo nhu cầu của người sử dụng. Simatic Step 7 V11 cũng hỗ trợ tính năng chuyển đổi chương trình PLC, HMI đang sử dụng sang chương trình mới trên TIA Portal. Phần mềm mới Simatic WinCC V11, cũng được tích hợp trên TIA Portal, dùng để cấu hình cho các màn hình TP và MP hiện tại, màn hình mới Comfort, cũng như để giám sát điều khiển hệ thống trên máy tính (SCADA). 3.1Cách tạo một Project Bước 1: từ màn hình desktop nhấp đúp chọn biểu tượng Tia Portal V11 Bước 2 : Click chuột vào Create new project để tạo dự án. Bước 3 : Nhập tên dự án vào Project name sau đó nhấn create Bước 4 : Chọn configure a device Bước 5 : Chọn add new device Bước 6 : Chọn loại CPU PLC sau đó chọn add Bước 7 : Project mới được hiện ra 3.2 Cấu trúc chương trình Khối tổ chức OB – OGANIZATION BLOCKS -Organization blocks (OBs) : là giao diện giữa hoạt động hệ thống và chương trình người dùng. Chúng được gọi ra bởi hệ thống hoạt động, và điều khiển theo quá trình: +Xử lý chương trình theo quá trình +Báo động – kiểm soát xử lý chương trình +Xử lý lỗi -Startup oB, Cycle OB, Timing Error OB và Diagnosis OB : có thể chèn và lập trình các khối này trong các project. Không cần phải gán các thông số cho chúng và cũng không cần gọi chúng trong chương trình chính. -Process Alarm OB và Time Interrupt OB : Các khối OB này phải được tham số hóa khi đưa vào chương trình. Ngoài ra, quá trình báo động OB có thể được gán cho một sự kiện tại thời gian thực hiện bằng cách sủ dụng các lệnh ATTACH, hoặc tách biệt với lệnh DETACH. -Time Delay Interrupt OB : OB ngắt thời gian trễ có thể được đưa vào dự án và lập trình. Ngoài ra, chúng phải được gọi trong chương trình với lệnh SRT_DINT, tham số là không cần thiết -Start Information : Khi một số OB được bắt đầu, hệ điều hành đọc ra thông tin được thẩm định trong chương trình người dùng, điều này rất hữu ích cho việc chẩn đoán lỗi, cho dù thông tin được đọc ra được cung cấp trong các mô tả của các khối OB Hàm chức năng – FUNCTION -Funtions (FCs) là các khối mã không cần bộ nhớ. Dữ liệu của các biến tạm thời bị mất sau khi FC được xử lý. Các khối dữ liệu toàn cầu có thể được sử dụng để lưu trữ dữ liệu FC. -Functions có thể được sử dụng với mục đích +Trả lại giá trị cho hàm chức năng được gọi +Thực hiện công nghệ chức năng, ví dụ : điều khiển riêng với các hoạt động nhị phân +Ngoài ra, FC có thể được gọi nhiều lần tại các thời điểm khác nhau trong một chương trình. Điều này tạo điều kiện cho lập trình chức năng lập đi lặp lại phức tạp. -FB (function block) : đối với mỗi lần gọi, FB cần một khu vực nhớ. Khi một FB được gọi, một Data Block (DB) được gán với instance DB. Dữ liệu trong Instance DB sau đó truy cập vào các biến của FB. Các khu vực bộ nhớ khác nhau đã được gán cho một FB nếu nó được gọi ra nhiều lần. -DB (data block) : DB thường để cung cấp bộ nhớ cho các biến dữ liệu . Có hai loại của khối dữ liệu DB : Global DBs nơi mà tất cả các OB, FB và FC có thể đọc được dữ liệu lưu trữ, hoặc có thể tự mình ghi dữ liệu vào DB, và instance DB được gán cho một FB nhất định. 4.Lập trình điều khiển cho PLC 5.Kết luận kiến nghị Tuy thời gian có hạn hẹp, nhưng được sự hướng dẫn tận tình của thầy Ngô Trí Dương cùng với sự cố gắng của bản thân, em đã hoàn thành đồ án của mình đúng theo thời gian qui định. Sau khi hoàn thành đồ án điều khiển logic này, em cũng đã tìm hiểu và nắm vững hơn các kiến thức sau: -Qui trình xử lí và cấu trúc cơ bản của hệ thống nước thải sinh hoạt -Hiểu biết về kết cấu, nguyên lí làm việc, cách sử dụng, phương pháp lập trình PLC S7-1200 -Sử dụng phần mềm TIA Portal v11 cho việc lập trình điều khiển -Đưa ra được thuật toán, lưu đồđiều khiển để vận hành bể, và dựa vào đó đã lập trình Tuy nhiên, do đồ án làm trong một thời gian ngắn, điều kiện về tài liệu còn thiếu và kiến thức thực tế của bản thân em còn nhiều hạn chế, nên báo cáo sẽ không tránh khỏi sai xót và có những hạn chế như sau: -Do thiết bị còn mới lạ, chưa tìm đủ tài liệu cần thiết nên trong đồ án việc trình bày về các thiết bị như PLC, clorator, cảm biến các loại còn thiếu xót -Do kiến thức về lập trình vẫn còn nhiều hạn chế nên chương trình điều khiển còn dài và phức tạp Hướng mở rộng đề tài: -Xây dựng hệ thống kiểm soát dư lượng Clo trong nước -Nghiên cứu, vận dụng các phương pháp khử trùng nước thải hiện đại hơn như bằng ozone, hay tia cực tím -Xây dựng bộ điều khiển cho toàn bộ hệ thống xử lí nước thải Cuối cùng, một lần nữa em xin gởi lời cảm ơn đến thầy Ngô Trí Dương đã trực tiếp hướng dẫn và chỉ bảo tận tình giúp chúng em hoàn thành đồ án môn học điều khiển logic.. 6.Tài liệu tham khảo SIMATIC S7-1200 Programmable controller Manual SIMATIC S7-1200 Easy Book Manual for wastewater clorination and declorination practices Báo cáo thực tập tốt nghiệp – Dương Tuấn Linh – TĐH K47 Bài tham luận xu hướng và lợi ích của tự động hóa Bài giảng môn xử lí nước thải – Giảng viên: Nguyễn Thị Hường

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • docxdo_an_dieu_khien_logic_5615.docx