Báo Cáo Nghiên cứu thiết kế mô hình tự động hóa điều khiển bể SBR trong hệ thống xử lý nước thải

MỞ ĐẦU

1. Đặt vấn đề
Nước là nguồn tài nguyên thiên nhiên quý giá, là yếu tố quan trọng
cho sự tồn tại và sức khỏe của nhân loại. Đồng thời nó có vai trò to lớn trong
các hoạt động sinh hoạt, sản xuất của cộng đồng. Hiện nay sự bùng nổ dân
số và phát triển hoạt động sản xuất thiếu sự quy hoạch và định hướng đúng
đắn không theo nguyên tắc phát triển bền vững làm cho tài nguyên thiên
nhiên bị khai thác cạn kiệt, môi trường bị ô nhiễm trầm trọng. Trong đó, sự ô
nhiễm nguồn nước sạch có ảnh hưởng xấu và gây ra những hậu quả nghiêm
trọng đến đời sống, sức khỏe của con người. Một trong những nguyên nhân
gây nên tình trạng đó là nước thải đã không được xử lý, làm sạch trước khi
đưa trở lại môi trường. Vì vậy, xử lý nước thải đã trở thành vấn đề mang tính
thời sự hết sức bức xúc hiện nay, nó đặt ra nhiệm vụ cho những người làm
việc trong lĩnh vực quản lý, hoạt động môi trường và kỹ thuật phải có
chương trình hành động và biện pháp thiết thực, kịp thời khắc phục, giải
quyết.
Đứng trước vấn đề cấp bách này, Đảng và Nhà nước ta đã có những
chủ trương, chính sách cụ thể nhằm khắc phục hậu quả của sự ô nhiễm môi
trường, cải thiện và nâng cao chất lượng đời sống nhân dân. Nằm trong định
hướng phát triển đó, nhiều nhà máy và công trình xử lý nước thải đã được
cải tạo, xây dựng và đưa vào vận hành. Không nằm ngoài xu hướng chung
của việc ứng dụng kỹ thuật tự động hóa và các ngành sản xuất và đời sống
việc ứng dụng tự động hóa vào kỹ thuật môi trường cũng ngày càng được
phổ biến rộng rãi. Các công trình, nhà máy xử lý nước thải cũng cần được tự
động hóa để nâng cao năng suất làm việc, hạn chế sự ảnh hưởng không tốt
đến sức khỏe người vận hành do đặc thù môi trường làm việc.
Xuất phát từ vấn đề trên, cùng với việc thực hiện nhiệm vụ học tập của
nhà trường tôi mạnh dạn tìm hiểu nghiên cứu về vấn đề tự động hóa trong kỹ
thuật môi trường. Trong quá trình nghiên cứu, tôi có tham khảo công nghệ
của nhà máy xử lý nước thải Hạ Long - Quảng Ninh. Tôi nhận thấy trong quy
trình xử lý của nhà máy, bể SBR (Sequencing Batch Reactor) là một công
trình xử lý sinh học thuộc loại bể hiểu khí mang tính hiện đại, là công trình
xử lý trung tâm của hệ thống xử lý nước thải của nhà máy. Việc tự động hóa
điều khiển bể SBR đặt ra bài toán thiết thực, có khả năng ứng dụng rộng rãi
cho các công trình xử lý nước thải sau này. Vì vậy, tôi tiến hành thực hiện đề
tài “Nghiên cứu thiết kế mô hình tự động hóa điều khiển bể SBR trong
hệ thống xử lý nước thải”.


MỤC LỤC

Trang
Mục lục 1
Mở đầu 4
1. Đặt vấn đề 4
2. Mục đích của đề tài 5
3. Nội dung của đề tài 5
4. Phương pháp và các bước tiến hành nghiên cứu 5
Chương I: Quy trình công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt nhà máy xử lý
nước thải thành phố Hạ Long - Bể SBR đối tượng của đề tài
6
1. Những vấn đề chung về xử lý nước thải 6
1.1 Một số khái niệm cơ bản trong công nghệ xử lý nước thải 6
1.2 Quy trình chung xử lý nước thải 8
2. Nhà máy xử lý nước thải thành phố Hạ Long 11
2.1 Mặt bằng và các công trình xử lý nước thải của nhà máy 11
2.2 Quy trình xử lý nước thải của nhà máy 15
Chương II: Phân tích bài toán và lập lưu đồ điều khiển bể SBR 20
1. Phân tích bài toán điều khiển bể SBR 20
1.1 Sơ đồ bể SBR và các thiết bị 20
1.2 Phân tích sự làm việc, yêu cầu đối với các quá trình và thiết bị 20
1.3 Kết luận 23
2. Lưu đồ điều khiển và giải thích lưu đồ 23
2.1 Lưu đồ hoạt động của bể 24
2.2 Lưu đồ điều khiển van xả nước vào bể 26
2.3 Lưu đồ điều khiển máy khuấy 27
2.4 Lưu đồ điều khiển van xả nước ra khỏi bể 28
2.5 Lưu đồ điều khiển van đường ống dẫn bùn 30
2.6 Lưu đồ điều khiển bơm hút bùn 31
Chương III: PLC Thiết bị trung tâm của hệ thống tự động hóa điều khiển
bể SBR
33
1. Giới thiệu chung về PLC 33
1.1 Sơ lược về sự phát triển của PLC 33
1.2 Khái niệm về PLC 35
1.3 Một số ưu điểm của việc ứng dụng PLC trong tự động hóa 36
1.4 Cấu trúc cơ bản của một bộ PLC 37
2. PLC S7-200 của Siemens 39
2.1 Phần cứng của PLC S7-200 39
2.2 Cấu trúc bộ nhớ PLC S7-200 43
2.3 Nguyên lý thực hiện chương trình điều khiển 46
2.4 Cấu trúc chương trình 46
3. Ngôn ngữ lập trình cho PLC S7-200 47
3.1 Phương pháp lập trình 47
3.2 Các nhóm lệnh lập trình cho S7-200 49
Chương IV: Thiết kế mô hình bể SBR 51
1. Các thiết bị sử dụng trong hệ thống thực 51
1.1 Thiết bị khả lập trình PLC S7-200 51
1.2 Các thiết bị đo lường, thu nhận thông tin 52
1.3 Các thiết bị chấp hành 60
2. Thiết kế mô hình bể SBR 62
2.1 Lựa chọn các thiết bị cho việc thiết kế mô hình 62
2.2 Sơ đồ kết nối các thiết bị với PLC 63
2.3 Mô hình của hệ thống 67
2.4 Lập trình điều khiển cho mô hình 69
2.5 Mô phỏng sự vận hành của PLC 85
Kết luận và đề nghị 87
1. Kết luận 87
2. Đề nghị 88
Tài liệu tham khảo 89