Tự động hóa quy trình công nghệ xử lý nước thải trong các tòa nhà cao tầng và khu đô thị

Thông tin khoa học công nghệ<br /> <br /> TỰ ĐỘNG HÓA QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI<br /> TRONG CÁC TÒA NHÀ CAO TẦNG VÀ KHU ĐÔ THỊ<br /> Đỗ Quảng Đại*, Khắc Trung Kiên, Lê Khánh Thành, Vũ Quốc Huy<br /> Tóm tắt: Việc xử lý nước thải sinh hoạt trong các khu đô thị và tòa nhà cao<br /> tầng hiện nay là một vấn đề cấp thiết. Trạm xử lý nước thải (XLNT) có chức năng<br /> xử lý toàn bộ nước đen và nước xám đạt tiêu chuẩn của Bộ Tài nguyên môi<br /> trường (QCVN 14:2008/BTNMT) trước khi xả ra hệ thống thoát nước chung của<br /> thành phố. Hệ thống XLNT được tự động hóa sẽ đảm bảo được được các yêu cầu<br /> về tham số công nghệ và các yêu cầu về quản lý, quan trắc dữ liệu, làm tăng hiệu<br /> quả xử lý nước, giảm nhân công và chi phí vận hành. Bài báo này trình bày giải<br /> pháp tự động hóa và một số thuật toán điều khiển được thực thi trên PLC<br /> Siemens, thực hiện tự động hóa quy trình công nghệ XLNT hiện nay.<br /> Từ khóa: Xử lý nước thải; Tự động hóa; PLC.<br /> <br /> 1. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI<br /> Trạm XLNT là một tổ hợp các thiết bị hợp khối có nhiệm vụ xử lý toàn bộ nước<br /> đen và nước xám [1], [2], [3]. Nước đen (nước thải từ xí tiểu) có hàm lượng chất<br /> hữu cơ rất cao, do vậy nước đen sẽ được xử lý sơ bộ bằng cách lên men yếm khí<br /> nhằm làm giảm phần lớn lượng chất hữu cơ, chất lơ lửng trước khi được bơm sang<br /> bể điều hòa thuộc công trình xử lý sinh học hiếu khí. Nước xám (nước thải từ nhà<br /> bếp) có hàm lượng dầu mỡ cao sẽ được xử lý sơ bộ lắng cặn và tách mỡ tại bể tách<br /> mỡ. Nước thải sau đó sẽ chảy tràn sang ngăn bơm và được bơm vào bể điều hòa<br /> (hình 1).<br /> Tại bể điều hòa, nước thải được khuấy trộn đều đảm bảo các dòng nước thải<br /> được pha trộn ổn định nồng độ chất ô nhiễm vào các bể xử lý sinh học phía sau.<br /> Sau khi được khuấy trộn, nước thải sẽ được bơm sang bể thiếu khí.<br /> Quá trình xử lý thiếu khí-hiếu khí có giá thể vi sinh di động (bể MBBR) sẽ xử<br /> lý các chất hữu cơ và nitơ có trong nước thải. Giá thể vi sinh là nơi các vi khuẩn<br /> trú ngụ, phát triển và tiêu thụ các chất dinh dưỡng có trong nước thải. Trong bể còn<br /> có các thiết bị phân phối khí tạo điều kiện cho các vi khuẩn hiếu khí hoạt động.<br /> Dòng nước sau khi được xử lý ở bể MBBR, amoni trong nước thải đã được chuyển<br /> hóa thành NO3-, sẽ được tuần hoàn về đầu bể thiếu khí để khử Nitơ.<br /> Sau khi qua bể MBBR, nước thải vẫn còn hàm lượng chất rắn lơ lửng. Vì vậy,<br /> nước thải sẽ được dẫn qua bể lắng. Bể lắng bao gồm ngăn phản ứng và ngăn lắng.<br /> Trong giai đoạn đầu cần bổ sung chất keo tụ để tăng hiệu quả lắng. Bùn từ bể lắng<br /> sẽ được thu sang ngăn thu bùn, hỗn hợp bùn nước sẽ được tuần hoàn về đầu bể<br /> thiếu khí để bổ sung lượng vi sinh hoạt tính. Bùn dư sẽ được bơm về bể lắng bùn.<br /> Nước thải sau khi qua bể lắng được dẫn qua bể trộn Clo diệt trùng. Hóa chất sử<br /> dụng là dung dịch Clo-Javen. Sau khi được khử trùng bằng Clo, nước thải được<br /> dẫn qua bể tiếp xúc. Sau một thời gian lưu nước, hầu hết các vi khuẩn gây bệnh<br /> được tiêu diệt, nước thải đảm bảo yêu cầu chất lượng của Bộ Tài nguyên - Môi<br /> trường và được bơm ra hệ thống cống thoát nước của thành phố.<br /> Toàn bộ lượng khí phát sinh từ công trình sẽ được thu gom về hệ thống xử lý<br /> khí mùi qua các ống thu gom (nhờ quạt hút) và được xử lý bằng hệ thống lọc than<br /> hoạt tính trước khi nối với hệ thống thông hơi của tòa nhà.<br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san TĐH, 04 - 2019 279<br />  K<br /> Kỹỹ thuật điều khiển & Đi<br /> Điện<br /> ện tử<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 1 Quy trình công ngh<br /> Hình 1. nghệệ XLNT<br /> XLNT.<br /> 2. BÀI TOÁN T<br /> TỰ<br /> Ự ĐỘNG HÓA QUY TR<br /> TRÌNH<br /> ÌNH CÔNG NGH<br /> NGHỆỆ XLNT<br /> Đểể thực hiện tự động hóa quy tr trình<br /> ình XLNT, ccần ần có sự tham gia của các thiết bị<br /> điện<br /> đi ện như<br /> như bơm (bơm nư nước,<br /> ớc, bơm<br /> bơm bùn), máy th thổi<br /> ổi khí, quạt hút mùi,<br /> mùi, máy khu<br /> khuấy<br /> ấy hóa<br /> chất, máy khuấy ch<br /> chất, chìm<br /> ìm và các thi<br /> thiết<br /> ết bị đo thông số nh như<br /> ư pH, DO, lưu lư lượng.<br /> ợng. V<br /> Vìì là quá<br /> trình xxử ử lý liên<br /> liên ttục<br /> ục nên các thithiết<br /> ết bị điện th thường<br /> ờng hoạt động luân phi phiên<br /> ên (bơm tu tuần<br /> ần<br /> hoạt, máy thổi khí, quạt hút, máy khuấy ch<br /> hoạt, chìm),<br /> ìm), ho<br /> hoặc<br /> ặc ở chế độ ngắn hạn lặp lại<br /> (máy khuấy<br /> khuấy hóa chất, bbơm ơm định<br /> định lượng<br /> l ợng hóa chất, bbơm ơm bùn).<br /> Các thi<br /> thiết<br /> ết bị trong<br /> trong hhệệ thống có thể hoạt động ở 3 ch chếế độ: Tự đđộng<br /> ộng ho<br /> hoàn<br /> àn toàn,<br /> bán ttựự động (tự động từng công đoạn) vvàà vvận ận hành<br /> hành bằng<br /> bằng tay. Hệ thống tự động hóa<br /> sẽẽ tính toán vvàà điđiều<br /> ều khiển dựa tr trên<br /> ên các thông ssố ố công nghệ mong muốn, thu thập<br /> và xxử ử lý dữ liệu, giám sát các trạng thái hoạt động của thiết bị, gửi các tham số<br /> công nghệ<br /> nghệ vàvà tr<br /> trạng<br /> ạng thái thiết bị về máy chủ SCADA, ho hoặc<br /> ặc webServer.<br /> webServer<br /> NNội<br /> ội dung tự động hóa bao gồm:<br /> - Các bơm nư nước<br /> ớc đưđược<br /> ợc vận<br /> vận hành<br /> hành theo phao báo mức mức trong các bbểể xử lý nnư ước.<br /> ớc.<br /> MMứcức cao cho phép cả 2 bbơm ơm cùng ch chạy,<br /> ạy, mức giữa cho phép 1 bbơm ơm ch ạy, 1 bbơm<br /> chạy, ơm<br /> nghỉ vàà đảo<br /> đảo nhau sau một một số lần hoạt động đđược ợc ccài<br /> ài đđặt<br /> ặt sẵn. Mức thấp không<br /> cho phép bơm ch chạy<br /> ạy để bảo vệ động ccơ. ơ.<br /> - Các bơm hóa ch chất<br /> ất hoạt động<br /> hoạt động theo ch chếế độ ngắn hạn lặp lại, định llượngợng hóa chất<br /> theo công ngh nghệệ yêu<br /> yêu ccầu.<br /> ầu.<br /> - Các máy khu khuấyấy hóa chất hoạt động tự động theo chế độ ngắn hhạn ạn lặp lại<br /> lại,, đđảm<br /> ảm<br /> bbảo<br /> ảo hóa chất đđư ược<br /> ợc khuấy đều.<br /> - Các máy khu khuấyấy ch<br /> chìm<br /> ìm hoạt<br /> hoạt động theo chế độ luân phi phiên.<br /> ên.<br /> <br /> <br /> 280 Đ. Q. Đại,<br /> ại, …<br /> …, V. Q. Huy, ““T<br /> Tự<br /> ự động hóa quy tr<br /> trình<br /> ình công ngh<br /> nghệệ xử<br /> ử lý nước<br /> n ớc … và khu đô th<br /> thị.”<br /> ”<br /> Thông tin khoa học<br /> học công nghệ<br /> <br /> - Các bơm bùn llắngắng hoạt động theo chế độ ngắn hạn lặp lại.<br /> - Các thông ssố vvề lưu lượng<br /> lượng nước<br /> nước,, hàm lư lượng<br /> ợng oxy hhòaòa tan trong nnước<br /> ớc (DO) vvàà<br /> ước<br /> pH đư<br /> được<br /> ợc ổn định tự động theo giá tr trịị ccài<br /> ài đặt<br /> đặt trước.<br /> tr ớc.<br /> - Các thông ssố ố công nghệ vvàà trạng<br /> trạng thái của thiết bị đđư ược<br /> ợc llưu<br /> ưu trữ<br /> trữ trong thiết bị<br /> đi<br /> điều<br /> ều khiển trung tâm ddưới ới dạng webServer. Khi đđư ược<br /> ợc kết nối internet, dữ liệu<br /> đo đạc<br /> đạc và<br /> và trtrạng<br /> ạng thái của hệ thống sẽ dễ ddàng àng đưđược<br /> ợc giám sát từ xa tại nh<br /> nhàà đi<br /> điều<br /> ều<br /> hành, ho<br /> hoặcặc tại Sở T<br /> Tài<br /> ài nguyên môi trưtrường<br /> ờng của Th Thành<br /> ành ph<br /> phố.<br /> ố.<br /> Trong các nnộiội dung sau đây, tự động hóa quy tr trình<br /> ình công ngh<br /> nghệệ XLNT đđư ược<br /> ợc<br /> nhóm tác gi<br /> giảả thực<br /> ực hiện nhờ một số thuật toán thực thực thi tr<br /> trên<br /> ên PLC ccủa<br /> ủa Siemens [[5].<br /> 5].<br /> 3.. MỘT<br /> MỘT SỐ THUẬT TOÁN V<br /> VÀÀ GI<br /> GIẢI<br /> ẢI PHÁP KỸ<br /> KỸ THUẬT THỰC TH<br /> THII CÔNG<br /> NGHỆ<br /> NGHỆ TỰ ĐỘNG HÓA XLNT<br /> 3.1.<br /> .1. Thuật<br /> Thuật toán AGR01 điều điều khiển hai b<br /> bơm<br /> ơm hoạt<br /> hoạt động luân phi<br /> phiên<br /> ên<br /> *NNội<br /> ội dung thuật toán: Giả<br /> Giả sử cần điều khiển 02 bbơm<br /> ơm P1, P2 hohoạtạt động luân<br /> phiên theo th<br /> thời<br /> ời gian đặt trước<br /> trước T. Thuật toán điều khiển AGR01 sử dụng 01 bộ định<br /> thời TR1 có thanh ghi thời gian ET. Thuật toán AGR01 đư<br /> thời được<br /> ợc thể hiện tr<br /> trên<br /> ên hình 22..<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 22. Lưu đđồ<br /> ồ thuật toán AGR01<br /> AGR01.<br /> * Thực<br /> Thực tthi<br /> hi thu<br /> thuật<br /> ật toán:<br /> toán Bơm P1/P2 được được điều khiển lần llượt ợt bởi đầu ra<br /> Q0.1/Q0.2. Ô nh nhớớ MD10 llưu<br /> ưu trữ<br /> trữ thời gian luân phi<br /> phiên<br /> ên T; ô nh<br /> nhớ ớ MD14 llưuưu tr<br /> trữ<br /> ữ một<br /> nửa<br /> ửa thời gian luân phiphiên<br /> ên T/2. Chương tr trình<br /> ình bắt<br /> bắt đầu bằng việc kiểm tra chế độ<br /> hoạt động. Nếu hoạt động tự động (AUTO) cchương<br /> hoạt hương trtrình<br /> ình ssẽẽ khai báo Timer TR1<br /> và đđặt<br /> ặt thời gian luân phi ên T vào ô nh<br /> phiên nhớ ớ MD10. Tr Trưước<br /> ớc 100ms, TR1 đđư ợc khởi tạo<br /> ược<br /> bằng<br /> ằng việc xóa bit nhớ RESET M0.3 về 0, cho bbơm ơm P1 chchạy,<br /> ạy, bơm<br /> bơm P2 ddừng.<br /> ừng. Khi<br /> TR1 đđếmếm lên<br /> lên th<br /> thời<br /> ời gian T/2 ch<br /> chương<br /> ương tr<br /> trình<br /> ình ssẽẽ đảo bbơm.<br /> ơm. Khi TR1 đđếm ếm llên<br /> ên đến<br /> đến th<br /> thời<br /> ời<br /> <br /> <br /> Tạp<br /> ạp chí Nghi<br /> Nghiên<br /> ên cứu<br /> cứu KH&CN quân<br /> uân sự,<br /> sự, Số<br /> ố Đặc san TĐH,<br /> TĐH, 04 - 2019 281<br />  K<br /> Kỹỹ thuật điều khiển & Đi<br /> Điện<br /> ện tử<br /> <br /> gian T, chương trtrình<br /> ình ssẽẽ đặt ô nhớ RESET llên<br /> ên 1 để<br /> để khởi tạo lại Timer, sau đó tiếp<br /> tục<br /> ục vvòng<br /> òng lặp.<br /> lặp. Lập<br /> ập tr<br /> trình<br /> ình thuật<br /> thuật toán AGR01 nh<br /> nhưư hình<br /> hình 3.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 33. Thực<br /> Thực thi thuật toán AGR01<br /> AGR01.<br /> 3.2. Thuật<br /> Thuật toán AGR02 điều<br /> điều khiển 2 b<br /> bơ<br /> ơm<br /> m hoạt<br /> hoạt động luân phiên<br /> phiên theo mức n<br /> mức nư<br /> ước<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 4. Lưu đđồ<br /> ồ thuật toán AGR02<br /> AGR02.<br /> *NNội<br /> ội dung thuật toán: Giả<br /> Giả sử cần điều khiển 02 bbơm ơm P1, P2 ho<br /> hoạt<br /> ạt động dựa tr<br /> trên<br /> ên<br /> mức nnư<br /> mức ước<br /> ớc và<br /> và luân phiên theo th<br /> thờờii gian đđặt<br /> ặt trước<br /> tr ớc T. Thu<br /> Thuật<br /> ật toán AGR02 sử dụng 01<br /> bộ<br /> ộ định thời TR2 có thanh ghi thời gian ET. Mức nnư ước<br /> ớc thấp nhất L0 khôn g có bơm<br /> không<br /> <br /> <br /> 282 Đ. Q. Đại,<br /> ại, …<br /> …, V. Q. Huy, ““T<br /> Tự<br /> ự động hóa quy tr<br /> trình<br /> ình công ngh<br /> nghệệ xử<br /> ử lý nước<br /> n ớc … và khu đô th<br /> thị.”<br /> ”<br /> Thông tin khoa học<br /> học công nghệ<br /> <br /> nào ho<br /> hoạtạt động, mức nnướcớc trung bbình<br /> ình L1 ssẽẽ có một bbơm<br /> ơm ho<br /> hoạt<br /> ạt động, mức nnước ớc cao<br /> L2 ssẽẽ có cả 2 bbơm<br /> ơm cùng ho<br /> hoạt<br /> ạt động. Trong AGR02 có 2 vvòng òng llặp.<br /> ặp. Vòng<br /> Vòng llặp<br /> ặp 1 thực<br /> hiện nhiệm vụ nh<br /> hiện như<br /> ư trong AGR01, khác ở chỗ thay vvìì điều ều khiển bbơm<br /> ơm P1/P2 tr trực<br /> ực<br /> tiếp<br /> ếp th<br /> thìì vòng llặp<br /> ặp này th ực hiện bật một bít nhớ MB0.1 llên<br /> thực ên 1, xóa bít nhnhớớ M0.2<br /> xuống 0 khi bbơm<br /> xuống ơm P1 ch ạy/bơm<br /> chạy/b ơm P2 dừng<br /> dừng vvàà ngược<br /> ngược lại. VVòng<br /> òng lặp<br /> lặp 2 kiểm tra mức<br /> nước cho phép và ra quy<br /> nước ết định điều khiển bbơm<br /> quyết ơm trực<br /> trực tiếp khi đến llư<br /> ượt<br /> ợt (hình 4)<br /> 4).<br /> * Thực<br /> Thực thi thuật toán (hình 5): 5) Bơm P1/P2 lần ần llư<br /> ượt<br /> ợt đư<br /> được<br /> ợc điều khiển bởi đầu ra<br /> Q0.1/Q0.2. Ô nh nhớ ớ MD1 llưu<br /> ưu trữ<br /> trữ thời gian luân phi<br /> phiên<br /> ên T. Ô nh<br /> nhớớ MD2 llưu<br /> ưu tr ữ thời gian<br /> trữ<br /> một nửa thời gian luân phi<br /> một ên T/2. M<br /> phiên Mức<br /> ức nư<br /> nước<br /> ớc thấp nhất L0 đọc ở đầu vvào ào I0.0. MMức<br /> ức<br /> nước thấp nhất L1 đọc ở đầu vvào<br /> nước ào I0.1. M<br /> Mức<br /> ức nước<br /> n ớc thấp nhất L2 đọc<br /> ọc ở đầu vvào<br /> ào I0.2<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 55. Thực<br /> Thực thi vvòng<br /> òng llặp<br /> ặp 2 của thuật toán điều khiển AGR02<br /> AGR02.<br /> 3.3. Thuật<br /> Thuật toán AGR03 điều<br /> điều khiển thiết bị hoạt động ở chế độ ngắn<br /> ắn hạn lặp lại<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 6.. Lưu đđồ<br /> Hình 6. ồ thuật toán AGR03<br /> AGR03.<br /> <br /> <br /> <br /> Tạp<br /> ạp chí Nghi<br /> Nghiên<br /> ên cứu<br /> cứu KH&CN quân<br /> uân sự,<br /> sự, Số<br /> ố Đặc san TĐH,<br /> TĐH, 04 - 2019 283<br />  K<br /> Kỹỹ thuật điều khiển & Đi<br /> Điện<br /> ện tử<br /> <br /> * Nội<br /> Nội dung thuật toán: Giả<br /> Giả sử cần điều khiển 01 máy khuấy hóa chất MK hoạt<br /> động<br /> ộng ở chế độ ngắn hạn lặp lại, có nghĩa llàà trong chu kỳ kỳ T, máy khuấy hóa chất<br /> trong thời<br /> thời gian TON, kho ảng thời gian sau TON đến<br /> khoảng đến T máy nghỉ. Thuật toán điều<br /> khiển AGR03 sau đây sử dụng 01 bộ định thời TR<br /> khiển TR33 có thanh ghi th<br /> thời<br /> ời gian ET. LLưu<br /> ưu<br /> đồồ thuật toán AAGR03<br /> GR03 đư ợc thể hiện trên<br /> được trên hình 66.<br /> * Thực<br /> Thực thi thuật toán: Máy khu<br /> khuấy<br /> ấy hóa chất đđược<br /> ợc điều khiển bởi đầu ra Q0.3 Ô<br /> nhớ MD18 llưu<br /> nhớ ưu tr<br /> trữ<br /> ữ thời gian máy khuấy hoạt động TON. Ô nh nhớớ MD10 llưu<br /> ưu tr<br /> trữ<br /> ữ chu<br /> kỳỳ llàm<br /> àm việc<br /> việc T của máy khuấy.<br /> khuấy. Thực<br /> Thực thi thuật toán nh<br /> nhưư hhình<br /> ình 7.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 7 Thực<br /> Hình 7. Thực thi thuật toán AGR03<br /> AGR03.<br /> 3.4. Đi<br /> Điềuều khiển tự động ổn định các thông số công nghệ<br /> 3.4.1. Cấu<br /> Cấu trúc của hệ điều khiển tự động ổn định thông số công nghệ<br /> Các thông ssố ố công nghệ cần ổn định tự động trong quy tr trình<br /> ình XLNT là hàm<br /> lượng oxi hhòa<br /> lượng òa tan trong nnước<br /> ớc DO, độ pH vvàà lưu lượng<br /> lượng nnướcớc thải bbơm<br /> ơm đi xxử<br /> ử lý từ bể<br /> điều hhòa.<br /> điều òa. Cấu<br /> Cấu trúc phần cứng của hệ điều khiển tự động ổn định các thông số nnày ày<br /> giống nhau, đa phần sử ddụng<br /> giống ụng động ccơ<br /> ơ không đđồng<br /> ồng bộbộ xoay chiều 3 pha vvàà biến<br /> biến tần<br /> đểể thay đổi tốc độ bbơmơm ((ổn<br /> ổn định llưu<br /> ưu lư<br /> lượng,<br /> ợng, pH) hay tốc độ thổi khí (ổn định DO).<br /> Bài báo trình bày ccấu ấu trúc điều khiển vvàà th<br /> thủ<br /> ủ tục thực hiện nhận dạng tham số điều<br /> khiển đối với hệ điều khiển tự động ổn đđịnh<br /> khiển ịnh lưu<br /> lưu lượng.<br /> lượng. Hệ tự động điều khiển các<br /> thông ssốố khác đđưược<br /> ợc thực hiện ttương<br /> ương tự.<br /> tự.<br /> Hệ điều khiển tự động ổn định llưu<br /> Hệ ưu lư<br /> lượng<br /> ợng sử dụng ccơ ơ ccấu<br /> ấu chấp hành<br /> hành là động<br /> động ccơ<br /> ơ<br /> không đđồngồng bộ xoay chiều 3 pha đđược ợc điều khiển kèm theo biến biến tần có công suất<br /> tương đương đđểể làmlàm qquay<br /> uay và thay đđổi<br /> ổi tốc độ cánh bbơm ơm [4]<br /> [4].. Lưu lượng<br /> lượng nnưước<br /> ớc bơm<br /> bơm<br /> ra đư<br /> được<br /> ợc phản hồi nhờ một cảm biến llưu ưu lượng<br /> lượng bằng tín hiệu ddòng òng đi ện 4-20mA<br /> điện 4 20mA<br /> (hình 88)).. Bộ<br /> Bộ điều khiển ((thư<br /> thường<br /> ờng là PID) đưđược<br /> ợc cài<br /> cài đặt<br /> đặt trong mmộtột bộ điều khiển logic<br /> khả tr<br /> khả trình<br /> ình (ở<br /> (ở đây là PLC Siemens), nh nhận<br /> ận thông<br /> thông sốsố lưu<br /> lưu lư<br /> lượng<br /> ợng đặt, nhận llưu<br /> ưu lư<br /> lượng<br /> ợng<br /> phản hồi từ đó so sánh, tính toán để đđưa<br /> phản ưa ra tín hi<br /> hiệu<br /> ệu điện áp trong ddải 0-10VDC<br /> 10VDC đđến ến<br /> <br /> <br /> 284 Đ. Q. Đại,<br /> ại, …<br /> …, V. Q. Huy, ““T<br /> Tự<br /> ự động hóa quy tr<br /> trình<br /> ình công ngh<br /> nghệệ xử<br /> ử lý nước<br /> n ớc … và khu đô th<br /> thị.”<br /> ”<br /> Thông tin khoa học<br /> học công nghệ<br /> <br /> ngõ vào analog ccủa<br /> ủa biến tần. Với cách điều khiển điều chế véc véc-tơ<br /> tơ không gian ttựa ựa<br /> từ<br /> ừ thông rotor, biến tần vvàà động<br /> động cơ<br /> cơ không đđồng<br /> ồng bộ xoay chchiều<br /> ều ba pha có động học<br /> tương ttự<br /> ự như<br /> như động<br /> động học của động ccơ ơmmột<br /> ột chiều [4<br /> [4] – hàm truy<br /> truyền<br /> ền là<br /> là khâu dao đđộngộng<br /> bậc<br /> ậc 2. Sau khi<br /> khi khi cài đđặt<br /> ặt biến tần, động học của hệệ điều khiển llưu<br /> ưu lượng<br /> lượng đđượcợc mô<br /> tả gần<br /> ần đúng bằng<br /> bằng hàm truy ền của khâu quán tính với<br /> truyền ới đầu vvào<br /> ào điện<br /> điện áp, đầu rraa ttốc<br /> ốc độ<br /> bơm.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 88. Sơ đồ<br /> đồ vòng<br /> vòng dòng đi<br /> điện<br /> ện 44-20mA<br /> 20mA đưa vào PLC<br /> PLC.<br /> Đối<br /> Đ ối với tải bbơm,<br /> ơm, lưu lượng ra của bơm tỉỉ lệ thuận với tốc độ quay nên khi đư<br /> lượng được<br /> ợc<br /> tính ch<br /> chọn<br /> ọn công suất bbơmơm phù hhợp,<br /> ợp, đểể ổn định llưu<br /> ưu lượng<br /> lượng ta ch<br /> chỉỉ cần ổn định tốc độ<br /> của<br /> ủa bbơm<br /> ơm nhờ<br /> nhờ hệ điều khiển phản hồi kín có cấu trúc nh như<br /> ư hhình<br /> ình 9..<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 99. Sơ đđồ<br /> ồ cấu trúc hệ điều khiển tự động ổn định llưu<br /> ưu lư<br /> lượng<br /> ợng.<br /> 3.4.2. ChChếế độ auto<br /> auto-tuning<br /> tuning hiệu<br /> hiệu chỉnh tham số số bộộ điều khiển PID trong PLC<br /> Siemens<br /> Giả sử điều khiển tốc độ<br /> Giả ộ động ccơơ KĐB 3 pha bbằng ằng biến tần với dải đầu vvào ào đi<br /> điện<br /> ện<br /> 3<br /> áp 00--10VDC.<br /> 10VDC. Lưu lư lượng<br /> ợng lớn nhất khi động ccơ ơ quay hhếtết tốc độ llàà 120m /h. C Cảm<br /> ảm<br /> biến llưu<br /> biến ưu lượng<br /> lượng trả về tín hiệu ddòng òng điđiện<br /> ện 44-20mA.<br /> 20mA. ĐầuĐầu ra của mô đun analog PLC<br /> có ddải<br /> ải điện áp 00--10VDC.<br /> 10VDC.<br /> * Chu<br /> Chuẩnẩn hóa thang đo củ a đầu<br /> của đầu vào<br /> vào ph<br /> phản<br /> ản hồi (Process Value):<br /> AD 16 bit, bit có tr trọng<br /> ọng số lớn nhất (MSB) llàà bit ddấu, ấu, dải giá trị đọc về: 215 =<br /> 32768 đơn vvịị lưlượng<br /> ợng tử. Càiài đặt<br /> đặt trong<br /> trong ccảm<br /> ảm biến llưuưu lư ợng lớn nhất 120m3/h tương<br /> lượng<br /> ứng với tín hiệu ddòng òng đđiện<br /> ện 20mA (32768 đđơn ơn vị<br /> vị llượng<br /> ợng tử; lưu lưu lư<br /> lượng<br /> ợng nhỏ nhất<br /> 0m3/h tương ứng với tín hiệu ddòng òng đi<br /> điện<br /> ện 4mA (6554 đđơn ơn vvị lưượng<br /> ợng tử).<br /> tử).<br /> Trên hình 3.<br /> 3.99 bi<br /> biểu<br /> ểu diễn thuật toán hiệu chỉnh giá trị phản hồi llưu ưu lư ợng. Thực<br /> lượng.<br /> tếế cho thấy, ở tín hiệu ddòng òng điện<br /> điện 4mA, giá trị llượng ợng tử không ho hoàn<br /> àn toàn nh<br /> nhận<br /> ận<br /> được 6554 đđơn<br /> được ơn vvịị nh<br /> nhưư tính toán. Do vvậy,ậy, để có giá trị llư ượng<br /> ợng tử chính xác, ngo<br /> ngoàiài<br /> việc hiển thị giá trị đo llường<br /> việc ờng cần hiển thị th thêm<br /> êm giá trtrịị llượng<br /> ợng tử. Khi đó cần bổ<br /> sung thủ tục nhập vvàà hi hiển<br /> ển thị giá trị lư<br /> lượng<br /> ợng tử offset vvàoào thu<br /> thuật<br /> ật toán hiệu chuẩn giá<br /> trịị phản hồi.<br /> Thuật toán hiệu chuẩn<br /> Thuật chuẩn giá trị phản hồi llưu ưu lượng:<br /> lượng:<br /> Bưước<br /> ớc 1: Đ<br /> Đọc ọc giá trị llư<br /> ượng<br /> ợng tử LL_AD từ đầu vvào ào tương ttự ự của PLC<br /> PLC;<br /> N<br /> Nạp<br /> ạp giá trị hệ số hiệu chuẩn<br /> chuẩn;;<br /> Bưước<br /> ớc 2: Chuy<br /> Chuyển ển đôi kiểu dữ liệu từ Int (Integer) sang Dint (Double<br /> <br /> <br /> Tạp<br /> ạp chí Nghi<br /> Nghiên<br /> ên cứu<br /> cứu KH&CN quân<br /> uân sự,<br /> sự, Số<br /> ố Đặc san TĐH,<br /> TĐH, 04 - 2019 285<br />  K<br /> Kỹỹ thuật điều khiển & Đi<br /> Điện<br /> ện tử<br /> <br /> Integer)<br /> Integer);<br /> B<br /> Bỏỏ đi giá trị llư<br /> ượng<br /> ợng tử offset (giá trị<br /> trị lư<br /> lượng<br /> ợng tử ứng với ddòng<br /> òng<br /> điện<br /> đi<br /> ph<br /> phản<br /> ản hồi 4mA)<br /> 4mA);;<br /> Bư<br /> ước<br /> ớc 3: Chuy<br /> Chuyển<br /> ển đổi kiểu dữ liệu từ DInt sang Real Real;<br /> Bư<br /> ước<br /> ớc 4: Nhân giá trtrịị lượng<br /> l ợng tử với hệ số hiệu chuẩn<br /> chuẩn;;<br /> Bư<br /> ước<br /> ớc 5: Hi<br /> Hiển<br /> ển thị giá trị llưu<br /> ưu lư<br /> lượng<br /> ợng (giá trị đo llư<br /> ường)<br /> ờng)<br /> ờng);<br /> Bư<br /> ước<br /> ớc 6: Quay vvềề B<br /> Bướcớc 1;<br /> 1<br /> * Giao di<br /> diện<br /> ện auto<br /> auto-tuning<br /> tuning hiệu<br /> ệu chỉnh ttham<br /> ham ssố<br /> ố PID trong PLC Siemens [5]<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 10. Giao di<br /> Hình 10. ện hiệu<br /> diện ệu chỉnh tham số PID hệ điều khiển llưu<br /> ưu lượng<br /> lượng.<br /> PLC của<br /> của hãng<br /> hãng Siemens cung ccấp ấp một công cụ trực quan để hiệu chỉnh tham số<br /> bộ<br /> ộ điều khiển PID thuận lợi (hình 10) 10).. Thông qua giao di<br /> diện<br /> ện auto-<br /> auto-tuning,<br /> tuning, các tham<br /> số<br /> ố PID đđư<br /> ược<br /> ợc tùy<br /> tùy ch<br /> chỉnh<br /> ỉnh để đáp ứng chất llượngợng điều khiển mong muốn. V Vìì yêu ccầu<br /> ầu<br /> vềề độ chính xác của các tham số llưu ưu lưlượng,<br /> ợng, DO, áp suất, … trong hệ thống nnày ày<br /> không quá cao, thu<br /> thuật<br /> ật toán PID llàà một<br /> một lựa chọn phù<br /> phù hợp<br /> hợp vvàà đư<br /> được<br /> ợc sử dụng<br /> dụng chủ yếu.<br /> 4.. KẾT<br /> ẾT LUẬN<br /> Tựự động hóa quá trình XLNT trong các khu đô th thịị vvàà tòa nhà cao ttầng<br /> ầng llàà m<br /> một<br /> ột<br /> ứng dụng cụ thể, phphùù hhợp<br /> ợp trong lĩnh vực chung của tự động hóa môi tr ờng. Giải<br /> trường.<br /> pháp ttự<br /> ự động hóa vvàà m<br /> mộtột số thuật toán điều khiển tr<br /> trình<br /> ình bày trong bài báo đãã được được<br /> nhóm tác gi<br /> giảả hi<br /> hiện<br /> ện thực hóa cho một ssố tr trạm<br /> ạm XLNT ở tthành<br /> hành phốphố Hà<br /> Hà N ội như<br /> Nội như Khu<br /> đô th<br /> thịị mới Nghĩa Đô, T òa nhà Mandarin, Tòa nhà Ecolife, Khu công nghi<br /> Tòa nghiệp<br /> ệp Nội<br /> Bài, TTTM Vincom Trung T Tự,<br /> ự, … Kết quả xử lý nnư<br /> ước,<br /> ớc, độ ộ ổn định của hệ thống và<br /> <br /> <br /> 286 Đ. Q. Đại,<br /> ại, …<br /> …, V. Q. Huy, ““T<br /> Tự<br /> ự động hóa quy tr<br /> trình<br /> ình công ngh<br /> nghệệ xử<br /> ử lý nước<br /> n ớc … và khu đô th<br /> thị.”<br /> ”<br /> Thông tin khoa học công nghệ<br /> <br /> chi phí vận hành cho thấy việc ứng dụng công nghệ tự động hóa trong lĩnh vực xử<br /> lý môi trường mang lại hiệu quả thiết thực. Ngoài việc ứng dụng trực tiếp vào hệ tự<br /> động hóa quy trình XLNT, một số thuật toán đề xuất còn có thể được áp dụng để<br /> điều khiển thiết bị điện trong các hệ thống tự động hóa khác.<br /> TÀI LIỆU THAM KHẢO<br /> [1]. Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về nước thải sinh hoạt (2008) - QCVN 14:<br /> 2008/BTNMT, Tổng cục môi trường, Bộ Tài nguyên môi trường.<br /> [2]. Trịnh Xuân Lai (2009), “Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải”,<br /> NXB Xây dựng.<br /> [3]. Lâm Minh Triết, Nguyễn Thanh Hùng, Nguyễn Phước Dân (2008), “Xử lý<br /> nước thải đô thị và công nghiệp – Tính toán thiết kế công trình”, Nhà xuất bản<br /> Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh.<br /> [4]. Đào Hoa Việt (2005), “Phân tích và tổng hợp hệ thống truyền động điện tự<br /> động”, Học viện KTQS.<br /> [5]. Siemens, “Teleservice of a S7-1200 with Telecontrol Server Basic V3 and CP<br /> 1242-7 GPRS V2 (Set 33)”, Application example, Entry ID: 56720905, Entry<br /> date: 10/26/2016.<br /> ABSTRACT<br /> TECHNOLOGY PROCESS AUTOMATION OF WASTE WATER<br /> TREATMENT IN HIGH-RISE BUILDINGS AND URBAN AREAS<br /> The treatment of domestic wastewater in urban areas and high-rise buildings<br /> today is an urgent issue. Wastewater treatment station (WTP) handles all black<br /> and gray water to meet the standards of Ministry of Natural Resources and<br /> Environment (QCVN 14: 2008 / BTNMT) before discharging into the city's<br /> general drainage system. The automated wastewater treatment system will<br /> ensure technological parameter requirements and management and data<br /> monitoring requirements, increasing water treatment efficiency, reducing labor<br /> and operating costs. This paper presents automation solutions and some control<br /> algorithms implemented on Siemens PLC, automating the current process of<br /> wastewater treatment technology.<br /> Keywords: Waste water treatment; Automation; PLC.<br /> <br /> Nhận bài ngày 15 tháng 01 năm 2019<br /> Hoàn thiện ngày 22 tháng 02 năm 2019<br /> Chấp nhận đăng ngày 15 tháng 3 năm 2019<br /> <br /> Địa chỉ: Viện Tự động hóa KTQS.<br /> *<br /> Email: maihuyvu@gmail.com.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san TĐH, 04 - 2019 287<br />