intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE

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

Chia sẻ: ViColor2711 ViColor2711 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:9

54
lượt xem
0
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Hệ thống XLNT được tự động hóa sẽ đảm bảo được được các yêu cầu về tham số công nghệ và các yêu cầu về quản lý, quan trắc dữ liệu, làm tăng hiệu quả xử lý nước, giảm nhân công và chi phí vận hành. Bài viết này trình bày giải pháp tự động hóa và một số thuật toán điều khiển được thực thi trên PLC Siemens, thực hiện tự động hóa quy trình công nghệ XLNT hiện nay.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: 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 />
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2