Ứng dụng kỹ thuật tự động hoá vào xử lý nước thải - Trần Ngọc Mai

Hóa học & Kỹ thuật môi trường Trần Ngọc Minh, “Ứng dụng kỹ thuật tự động hóa vào xử lý nước thải.” 250 ỨNG DỤNG KỸ THUẬT TỰ ĐỘNG HOÁ VÀO XỬ LÝ NƯỚC THẢI Trần Ngọc Minh* Tóm tắt: Bài báo trình bày những bất cập trong việc xử lý nước thải (XLNT) của các khu công nghiệp và khu chế xuất hiện nay ở nước ta, đồng thời đưa ra giải pháp ứng dụng kỹ thuật tự động hóa (TĐH) và điều khiển từ xa vào quá trình XLNT tại đây. Việc ứng dụng kỹ thuật này dựa trên cơ sở trình độ TĐH hiện nay đã đạt mức cao, tất cả các công việc giám sát, điều khiển quá trình XLNT 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 để nâng hiệu quả cho công việc quản lý điều hành hệ thống XLNT. Ngoài ra người vận hành có thể điều khiển từ xa với một máy tính hoặc thông qua hệ thống tin nhắn. Hơn thế, hệ thống TĐH XLNT còn được tích hợp với các hệ thống điều hành ở cấp độ điều khiển cao hơn như cấp điều hành sản xuất, cấp xí nghiệp và cấp quản trị nhằm nâng cao hơn nữa mức TĐH và tối ưu hoá quá trình sản xuất. Từ khóa: Tự động hóa, Xử lý nước thải. 1. MỞ ĐẦU Với mục tiêu đẩy mạnh phát triển công nghiệp trong nước và thu hút đầu tư nước ngoài nhằm phát triển đất nước theo định hướng công nghiệp hóa - hiện đại hóa, từ năm 1991, Chính phủ Việt Nam chủ trương xây dựng và phát triển các khu công nghiệp (KCN), các khu chế xuất (KCX). Tính đến nay, cả nước có hàng trăm KCN được thành lập và hoạt động. Giá trị sản xuất công nghiệp bình quân trên 1 ha đất (đã cho thuê) đạt khoảng 1,6 triệu USD/ha/năm. Các KCN, KCX hiện đang tạo công ăn việc làm cho hàng triệu lao động. Tuy nhiên, bên cạnh những đóng góp tích cực, quá trình phát triển công nghiệp nói chung và hệ thống các KCN nói riêng ở Việt Nam đang tạo ra nhiều thách thức lớn về ô nhiễm môi trường do chất thải rắn, nước thải và khí thải công nghiệp. Nguyên nhân là do các KCN - KCX thiếu nhà máy xử lý nước thải (XLNT) bởi nhà đầu tư chưa thực sự quan tâm và do cơ chế, chính sách, chế tài xử phạt còn chưa đủ mạnh. Nguồn vốn đầu tư cho các hoạt động bảo vệ môi trường (BVMT) của các doanh nghiệp hạn chế, do doanh nghiệp cố gắng giảm giá thành sản phẩm và ưu tiên tăng lợi nhuận tài chính. Như vậy, cùng với sự phát triển của sản xuất công nghiệp, XLNT công nghiệp đang là vấn đề vô cùng quan trọng trong việc bảo đảm cho sự trong sạch môi trường sống đồng thời góp phần vào sự phát triển bền vững của nền kinh tế mọi quốc gia trên thế giới. Tại nhiều nước có nền công nghiệp phát triển cao như Nhật, Mỹ, Anh, Pháp,... các hệ thống XLNT công nghiệp đã được nghiên cứu và đưa vào ứng dụng từ lâu, đặc biệt các thành tựu tiên tiến 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. Nhiều hãng đi đầu trong lĩnh vực này như USFilter, Aquatec Maxcon, Hunter Water Corporation (HWC), Global Industries.Inc... đã đưa ra các giải pháp công nghệ XLNT hiện đại. 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 XLNT. Có thể nói trên thế giới trình độ tự động hoá XLNT đã đạt đến mức cao. Ngoài ra, trong lĩnh vực điều khiển đã có rất nhiều lý thuyết điều khiển hiện Thông tin khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san NĐMT, 09 - 2017 251 đại được áp dụng như điều khiển mờ, mạng nơ-ron, điều khiển dự báo trước (predicted control), điều khiển lai ghép (hybrid control),... được ứng dụng trong XLNT để nâng cao chất lượng điều khiển và hiệu suất của các công đoạn xử lý. Tại Việt Nam đã có những nhà máy XLNT hiện đại, sử dụng hoàn toàn hoặc phần lớn các công nghệ của nước ngoài do đó mức độ tự động hoá cao, tuy nhiên giá thành đắt, nhiều công nghệ không mang tính mở nên khó làm chủ hoàn toàn, chi phí nâng cấp, bảo trì rất lớn. Do đó, tự thiết kế và xây dựng một hệ thống tự động hoá hiện đại cho dây chuyền XLNT là mục tiêu của nội dung mà bài viết này đề cập. 2. CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG HÓA TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI 2.1. Lợi ích của việc áp dụng tự động hoá xử lý nước thải: Tự động hoá XLNT là điều cần thiết bởi các lợi ích sau: - Cải thiện điều kiện làm việc: Lợi ích đầu tiên của tự động hoá (TĐH) là loại bỏ được công việc lặp đi lặp lại nhàm chán và khó nhọc cho việc vận hành, ví dụ: liên tục theo dõi, kiểm tra nhiều thông số công nghệ, tắt bật cơ cấu chấp hành, ghi chép số liệu, sự cố,...Tự động hoá và giám sát bằng máy tính làm tiện lợi thêm khả năng khống chế từ xa một số lượng lớn các thông tin, đơn giản hóa nhiệm vụ khai thác, giám sát và quản lý. - Nâng cao hiệu quả của thiết bị: Trước hết ta có thể cải thiện chất lượng xử lý nước bằng các thiết bị đo và điều chỉnh. Ví dụ như định lượng chất phản ứng, mức độ ô xy hoá, kiểm tra nhiệt độ các bể phản ứngTự động hoá quá trình cho phép giải phóng con người và làm tăng tốc độ tin cậy của hệ thống. Nhưng mục tiêu quan trọng là nâng cao độ chắc chắn vận hành của thiết bị có tính đến các tiêu chuẩn độ tin cậy qua việc nghiên cứu các sự cố vận hành. Nghĩa là dự phòng các phương án để thiết bị có thể làm việc liên tục trong trường hợp bị hỏng hóc một bộ phận nào đó bằng cách đưa tự động các thiết bị dự phòng vào làm việc và giải quyết hỏng hóc. Tự động hoá cho phép việc nghiên cứu thống kê các dữ liệu đã thu được, mở ra con đường tối ưu của việc xử lý. - Tăng năng suất lao động: Tự động hoá nhằm nâng cao năng suất bằng cách giảm chi phí vận hành. Ta cũng có thể tối ưu hóa giá thành năng lượng chi phí hàng giờ và chi phí vật liệu. Giảm nhân công vận hành và giảm công việc bảo dưỡng cũng cho phép giảm giá thành. - Trợ giúp việc giám sát: Nó bao gồm việc lắp đặt bộ biến đổi, phát hiện báo động, đặt các phương tiện ghi các dữ liệu và truyền đi xa cho đến nơi giám sát bằng máy tính. 2.2. Yêu cầu và cơ sở xây dựng hệ thống tự động hoá: Hệ thống tự động hoá có thể chia làm hai phần: hệ thống thông tin và hệ thống điều khiển. Hệ thống thông tin có nhiệm vụ thực hiện các chức năng thông tin. Các chức năng này cho phép giám sát quá trình công nghệ: cụ thể là thu thập, bảo quản, thống kê và ghi lại các thông tin đã diễn ra của quá trình điều khiển, cần cho dự báo trước các tình huống sự cố hay thông tin về sự thay đổi yêu cầu đặt trước của quá trình. Hóa học & Kỹ thuật môi trường Trần Ngọc Minh, “Ứng dụng kỹ thuật tự động hóa vào xử lý nước thải.” 252 Hệ thống điều khiển dùng để tạo ra và thực hiện các tác động điều khiển dựa trên các nguyên lý điều khiển các đại lượng phụ thuộc của quá trình công nghệ; thực hiện điều khiển tối ưu; bằng các phương tiện tự động thực hiện các thao tác logic và theo chương trình đối với các phần tử phân tán (điều khiển phân tán các cơ cấu chấp hành , các liên động sự cố, khởi động và dừng hệ thống máy ...). Vấn đề đo lường từ xa các thông số của hệ thống công nghệ là rất quan trọng. Các thông số cần đo có thể là: mực nước trong các bể chứa, trong các buồng đầu vào công trình, lưu lượng, các chỉ số chất lượng nước như pH, T, DO,.... Các thiết bị cho tín hiệu từ xa giúp người điều khiển nhìn nhận được toàn cảnh về trạng thái làm việc của các thiết bị. Các thiết bị hiện trường truyền về Trung tâm điều khiển các tín hiệu sau đây: tín hiệu về tắt sự cố, về hỏng hóc các thiết bị điều khiển hay của các thiết bị phụ trợ (quạt, máy bơm ...), giá trị sự cố của các thông số công nghệ, sự trục trặc điều tiết chất phản ứng .... Các phòng trong Trung tâm điều khiển thường được sắp xếp liền kề nhau, phòng có diện tích lớn là phòng điều khiển chính có đặt các tủ thiết bị, có bàn ghế của người vận hành. Đằng sau tủ là các bộ phận cung cấp nguồn, điều khiển xa và các đầu vào của cáp. Trong Trung tâm điều khiển, các tủ, trạm đặt thiết bị điều khiển cần được sắp xếp như thế nào để người điều khiển từ chỗ ngồi làm việc có thể bao quát được tất cả các dụng cụ đo lường và các tín hiệu. Kết cấu các tủ và trạm điều khiển yêu cầu phải đơn giản nhưng cho khả năng lắp ráp dụng cụ một cách dễ dàng hoặc có thể thực hiện đổi chỗ chúng khi cần thiết. Trên sơ đồ bằng các ký hiệu tương ứng làm tái hiện lại các tín hiệu truyền từ xa, đánh dấu trạng thái tác động của các máy bơm, của khoá van, của các cầu giao dầu và các thiết bị khác. Bằng sự thay đổi màu sắc, ánh sáng và kim quay chỉ trạng thái của đối tượng. Khi có các tín hiệu cảnh báo, báo động cần cho ánh sáng đèn nhấp nháy... Với tiến bộ không ngừng của khoa học công nghệ tự động, các phương tiện điều khiển ngày một hiện đại hơn, có độ chắc chắn, tinh vi trong công tác lại có kích thước thu nhỏ, rất tiện ích về nhiều mặt. Điều đó đạt được khi các quá trình công nghệ được điều khiển bằng các thiết bị vừa tính toán vừa điều khiển lại vừa có khả năng tự động lập trình gọi là thiết bị tự động lập trình công nghiệp (máy tính PC và các thiết bị tự động khả trình PLC) và chúng được lắp đặt làm việc trong mạng riêng gọi là mạng công nghiệp. Nhờ có mạng truyền thông công nghiệp mà việc điều hành, quản lý giám sát một nhà máy, xí nghiệp nói chung hay một quá trình công nghệ nói riêng thu được nhiều kết quả tốt hơn Công nghệ làm sạch nước thải rất phức tạp, vì trong đó có nhiều quá trình khác biệt nhau xảy ra Nước thải là một môi trường luôn thay đổi về thành phần cấu tạo bởi các hợp chất và lưu lượng, lại có độ ẩm, độ kết dính, độ ô xít hoá, nhiệt độ biến đổi nên gây nhiều khó khăn phức tạp cho việc áp dụng tự động hoá. Cụ thể, không thể sử dụng các thiết bị tự động đã sản xuất hàng loạt lưu hành trên thị trường như cho tự động hoá các môi trường bình thường khác, mà phải chọn các thiết bị tự động hoá chuyên sử dụng cho tự động hoá ở môi trường đặc biệt như nước thải. Các loại cảm biến này phải chống chọi được những ảnh hưởng khắc nghiệt của môi trường ô xy hoá, có độ đậm đặc các loại rác bẩn vô cơ và hữu cơ, có thể có nhiệt độ cao Thông tin khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san NĐMT, 09 - 2017 253 Với một đối tượng luôn thay đổi là nước thải (lưu lượng, mức độ bẩn, nồng độ các chất bẩn, lượng bùn hoạt tính), lại có những hạn chế về phía công nghệ nên việc đưa công trình vào làm việc ở chế độ tối ưu về cả kỹ thuật lẫn kinh tế là một nhiệm vụ nan giải. Vì vây, khi tự động hoá các quá trình XLNT, chế độ công nghệ luôn cần được dịch chỉnh sao cho theo sát gần với các điều kiện thay đổi của môi trường. Như vậy nhiệm vụ của tự động hoá các công trình XLNT đã được hiện ra rõ nét là: tổ chức việc điều khiển, kiểm tra, bảo vệ, cho tín hiệu tự động về sự làm việc của các công trình công nghệ từ một Trung tâm điều khiển sao cho công trình XLNT có hiệu quả cao. Tuỳ thuộc vào qui mô của trạm xử lý (công suất thiết kê, kết cấu của công trình) và đặc tính của nước thải cần xử lý mà chọn khối lượng và mức độ tự động hoá cho phù hợp về mặt kinh tế (tự động hoá từng phần hay toàn phần). Trong các trạm điều khiển được trang bị nhiều sơ đồ của quá trình công nghệ XLNT. Các sơ đồ này phải chỉ rõ được trạng thái làm việc của tất cả các công trình, máy móc mà nó điều khiển (trạng thái "làm việc", "dừng máy", hay "sự cố"). Ngoài ra các sơ đồ đó phải cho khả năng theo dõi dễ dàng các tín hiệu; đơn giản hoá và giảm các sai sót trong việc điều khiển. Để tiện cho việc theo dõi, kiểm tra công tác của các thiết bị máy móc, ở các trạm điều khiển đặt cách xa công trình nên sử dụng thiết bị truyền hình công nghiệp... Ngày nay khoa học công nghệ mỗi ngày một phát triển. Trong các hệ thống điều khiển người ta đã sử dụng các block logic hay các máy tính điện tử có thiết bị đo lường từ xa các thông tin ở dạng tín hiệu tương tự hoặc dạng số rất tiện ích, đã có các thiết bị gọi là thiết bị tự động lập trình công nghiệp ra đời (API) hơn hẳn các bộ điều chỉnh trước đây, có khả năng tính toán và điều khiển; có thể kết nối với đối tượng điều khiển qua các cảm biến điện tử có độ tin cậy cao với cơ cấu chấp hành và các thiết bị ngoại vi khác (màn hình, phím lập trình, thẻ điện tử, mạng thông tin). Cũng đã có các API có khả năng điều khiển quá trình đồng thời với nhiều thông số đầu vào biến đổi với các qui luật khác nhau. Các API có khả năng làm việc trong điều kiện khắc nghiệt về môi trường. Sự xuất hiện của thiết bị tự động lập trình công nghiệp đã mở ra những triển vọng tốt đẹp trong việc áp dụng tự động hoá vào điều khiển các công trình XLNT 2.3. Thiết kế các chức năng hệ thống tự động hoá xử lý nước thải Để đạt được mục đích cũng như đáp ứng các yêu cầu nói trên, hệ thống tự động hoá XLNT cần có những chức năng cơ bản sau đây: 2.3.1. Điều chỉnh tự động Điều chỉnh tự động là sử dụng các thiết bị tự động để tác động lên quá trình công nghệ cần điều khiển theo một chế độ làm việc đã định sẵn. Mỗi quá trình công nghệ xảy ra trong đối tượng điều chỉnh được đặc trưng bởi một hay vài đại lượng. Một số đại lượng được duy trì không đổi, một số đại lượng khác được thay đổi trong giới hạn cho trước nào đó. Đây là một trong những chức năng quan trọng nhất quyết định đến mức độ tự động hoá. Trong dây chuyền XLNT thường có ba khâu điều chỉnh tự động là điều chỉnh pH tại bể trung hòa, lưu lượng nước vào bể kỵ khí và DO tại bể hiếm khí. 2.3.2. Giám sát điều khiển có khoảng cách hoặc từ xa Hóa học & Kỹ thuật môi trường Trần Ngọc Minh, “Ứng dụng kỹ thuật tự động hóa vào xử lý nước thải.” 254 Nếu điều khiển bằng tay trực tiếp tại chỗ người vận hành có thể phải tiếp xúc với môi trường độc hại, đi lại khó khăn và tốn thời gian. Mặt khác nhiều trường hợp, ví dụ như có sự cố hoặc mất điều khiển tự động, đòi hỏi điều khiển tay phải kịp thời và đồng bộ, ví dụ như dừng nhanh nhiều máy bơm đặt tại nhiều vị trí khác nhau, điều khiển cùng lúc nhiều quá trình có liên quan hệ quả với nhau. Để làm được điều này hệ thống TĐH phải có chức năng điều khiển có khoảng cách, cụ thể là điều khiển từ Trung tâm đặt cách dây chuyền công nghệ một khoảng cách nhất định (hàng chục đến hàng trăm mét). Điều khiển từ xa qua mạng LAN, WAN cũng là một chức năng không thể thiếu hiện nay trong nhiều hệ thống TĐH nói chung và XLNT nói riêng. Giám sát, điều khiển, trao đổi dữ liệu từ xa là nền tảng cho việc xây dựng hệ thống điều hành sản xuất MES (Manufacturing Execution System) nhằm đem lại hiệu quả kỹ thuật, kinh tế, xã hội một cách toàn diện. MES tạo ra một cầu nối thông suốt hai chiều giữa khối quản lý và sản xuất, giúp tối ưu hóa quá trình sản xuất từ khâu hoạch định kế hoạch đến khâu sản xuất ra thành phẩm cuối cùng, cung cấp các chức năng lập kế hoạch; quản lý nhân lực, thiết bị, nguyên vật liệu; theo dõi quá trình sản xuất, chất lượng sản phẩm, sự cố máy móc,.... Ngoài ra, điều khiển từ xa còn cho phép giảm đáng kể số lượng chuyên gia công nghệ, kỹ thuật cần thiết cho vận hành, bảo trì hệ thống tự động hoá. Một nhóm chuyên gia có thể điều hành cùng lúc cả mạng lưới các nhà máy XLNT tại nhiều nơi trong thành phố, nhiều tỉnh mà không cần đến tận nơi. Đặc biệt, ngày nay mạng Internet toàn cầu đã rút ngắn khoảng cách về không gian và thời gian khiến cho khó ai có thể tin được từ cách xa hàng nghìn km vẫn có thể giám sát, điều khiển thậm chí chuẩn đoán, sửa lỗi, nạp lại chương trình cho thiết bị điều khiển từ bất kỳ địa điểm nào trên thế giới,... Hệ thống tự động hoá XLNT công nghiệp có chức năng giám sát điều khiển có khoảng cách (từ Trung tâm điều khiển) và từ xa (qua mạng LAN hoặc Internet) các máy bơm, máy khuấy, máy gạt bùn, ép bùn, thổi khí, van điện từ và các thông số công nghệ. 2.3.3. Hiển thị thông số công nghệ Chức năng này giúp cho việc theo dõi, giám sát các thông số chất lượng nước, trạng thái thiết bị, sự cố một cách thuận tiện, dễ hiểu đối với người vận hành. Việc hiển thị được thiết kế hợp lý về màu sắc, bố trí các cửa sổ, kiểu thể hiện. Màu sắc không quá loè loẹt, dùng các gam màu dịu không gây mỏi mắt khi nhìn lâu. Cảnh báo, báo động bằng đổi màu và nhấp nháy liên tục để gây sự chú ý. Kiểu thể hiện đa dạng: kiểu số riêng biệt, kiểu bảng thống kê, kiểu đồ thị trực tuyến (online trend). (Xem hình 1). 2.3.4. Cấu hình hệ thống Chức năng này dùng để đặt và thay đổi các tham số công nghệ cho hệ thống TĐH, chủ yếu là các giá trị chủ đạo (setpoint), ngưỡng cảnh báo sớm, ngưỡng báo động. Các tham số đặt sẽ được truyền từ PC xuống thiết bị điều khiển sau đó lại được truyền ngược lại PC để so sánh, nếu thấy không trùng nhau thì báo động, trái lại chứng tỏ rằng việc truyền và xử lý dữ liệu chính xác, đường truyền và thiết bị điều khiển không có sự cố. Chức năng này nâng cao độ an toàn (fail-safe) của hệ thống. Thông tin khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san NĐMT, 09 - 2017 255 Hình 1. Màn hình chính điều khiển hệ thống XLNT. 2.3.5. Bảo vệ tự động Bảo vệ hệ thống máy móc, đường ống và các đối tượng khác khỏi các sự cố được thực hiện bởi các thiết bị chuyên dụng để ngắt các bộ phận bị sự cố. Ngoài ra các thiết bị tự động còn thực hiện chức năng liên động tự động, cho phép bảo vệ các thiết bị máy móc khỏi nguy hiểm do thao tác nhầm lẫn của người vận hành. Phân biệt hai loại liên động: liên động sự cố và liên động cấm chỉ. Liên động sự cố dùng để điều khiển bảo vệ (ví dụ: điều khiển dừng) một nhóm máy móc thiết bị có liên quan khi sự cố xảy ra. Liên động cấm chỉ loại trừ khả năng điều khiển sai, không đúng trình tự có khả năng gây sự cố. 2.3.6. Cảnh báo/Báo động Chức năng được thực hiện bằng còi, đèn nhấp nháy trên bàn điều khiển hoặc biểu tượng nhấp nháy trên PC, hiển thị thông báo dạng chữ trên PC, gửi tin nhắn tới điện thoại di động của những người có trách nhiệm thông qua dịch vụ tin nhắn SMS. Hệ thống đưa ra cảnh báo khi giá trị thông số vượt ngưỡng cảnh báo sớm hoặc thông số vượt ngưỡng báo động trong giai đoạn quá độ của quá trình điều khiển. Báo động được đưa ra khi thông số vượt ngưỡng báo động liên tục trong khoảng thời gian nhất định (lớn hơn thời gian điều chỉnh ngầm định) hoặc báo động sự cố đường truyền, sự cố thiết bị điều khiển, cơ cấu chấp hành, báo động sự cố cảm biến. Sự khác biệt giữa cảnh báo và báo động ở chỗ: cảnh báo tự mất đi khi thông số hết vượt ngưỡng, trái lại báo động sẽ tồn tại cho đến khi người vận hành xử lý xong sự cố và tự quyết định xoá bỏ trạng thái báo động. Như vậy mức độ cần chú ý của người vận hành đối với báo động phải cao hơn cảnh báo. 2.3.7. Lưu trữ, báo cáo thống kê Hóa học & Kỹ thuật môi trường Trần Ngọc Minh, “Ứng dụng kỹ thuật tự động hóa vào xử lý nước thải.” 256 Lưu trữ và lập báo cáo thống kê dữ liệu về thông số chất lượng nước, trạng thái hoạt động, sự cố, thời gian hoạt động của máy móc thiết bị, tổng lượng nước đã xử lý, lượng hoá chất đã dùng, danh sách người đã vận hành, bộ tham số công nghệ đã thay đổi và nhiều thông tin khác cần thiết cho các chuyên gia công nghệ, kỹ thuật và các nhà quản lý trong việc điều chỉnh để đạt chế độ làm việc tối ưu; phát hiện, dự báo sự cố; bảo trì thay thế kịp thời máy móc thiết bị; điều hành sản xuất và tính toán hiệu quả kinh tế. 2.4. Lựa chọn công nghệ và thiết kế mô hình hệ thống tự động hoá 2.4.1. Yêu cầu lựa chọn công nghệ Công nghệ hệ thống tự động hoá được lựa chọn trên cơ sở sau: - Hệ thống điều khiển sử dụng công nghệ tiên tiến trong lĩnh vực TĐH, đồng thời thiết bị, vật tư phải thông dụng trên thị trường Việt Nam để thuận tiện trong bảo hành, thay thế, sửa chữa khi có sự cố. - Hệ thống phải dễ dàng mở rộng, hỗ trợ nối ghép với các hệ thống khác thông qua các mạng công nghiệp thông dụng đã được chuẩn hóa theo các chuẩn hóa quốc tế (như Profibus, Industrial Ethernet, ...). - Phần mềm điều hành hệ thống được xây dựng trên nền hệ SCADA mở, hỗ trợ nhiều chuẩn thông dụng hiện nay trên thế giới. - Đầu đo và các cơ cấu chấp hành cần được lựa chọn đảm bảo môi trường, điều kiện làm việc đặc biệt trong XLNT. Cụ thể cần sử dụng các loại đầu đo chuyên dụng, thiết kế đúng cho các ứng dụng trong lĩnh vực XLNT với các tiêu chuẩn bảo vệ cao. 2.4.2. Các thành phần hệ thống tự động hoá Hệ thống điều khiển tự động bao gồm các thành phần chính sau: - Tủ điện cấp nguồn động lực và điều khiển. - Trạm điều khiển tự động. - Trạm máy tính. - Bàn điều khiển bằng tay - Khối các thiết bị đo, transmitter. - Cơ cấu chấp hành (động cơ, van điện). Tủ điện cấp nguồn động lực và điều khiển gồm các thành phần chính sau: - Các bộ cầu chì, cầu dao, aptomat, rơle nhiệt. - Các thiết bị đo điện, đèn chỉ thị, đồng hồvon kế và ampe kế - Các thiết bị chuyển dòng. Tất cả các thiết bị trong tủ điện cấp nguồn có cùng dạng thiết kế, bền, làm từ thép, cơ cấu chuyển mạch đáp ứng các tiêu chuẩn về cung cấp điện và có sơ đồ, tài liệu chi tiết kèm theo. Các thanh chuyển làm bằng đồng, có trang bị phần bao bọc bên ngoài. Các cơ cấu chuyển mạch được gắn trong cửa, có nhãn nhận dạng. Các nhãn mác phía dưới của cửa tủ điện sẽ cung cấp các dữ liệu: mức điện áp, dòng điện, tần số, dòng ngắn mạch, mức độ dòng của thanh chuyển mạch chính và phân loại bảo vệ. Tủ điện được sơn tĩnh điện chống ăn mòn và trang bị quạt thông gió. Trạm điều khiển tự động: Thông tin khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san NĐMT, 09 - 2017 257 Trạm điều khiển tự động là đầu não của toàn bộ hệ thống. Tại đây toàn bộ các thông tin đo lường từ các thiết bị đo, cơ cấu chấp hành, trạng thái hệ thống được kiểm soát chặt chẽ, xử lý, tính toán và ra các lệnh điều khiển kịp thời, trực tiếp tới từng đối tượng điều khiển. Trạm điều khiển tự động được xây dựng trên cơ sở bộ khả trình phiên bản SIMATIC PLC S7-300 trở lên của hãng SIEMENS cho phép đáp ứng các yêu cầu lựa chọn công nghệ đã nêu trên đồng thời giá thành phải chăng và có khả năng mở rộng, nâng cấp thành hệ điều khiển dự phòng một cách dễ dàng. Ngoài ra, nhiều công trình tại Việt Nam và trên thế giới sử dụng công nghệ TĐH SIMATIC đã chứng tỏ độ ổn định, độ tin cậy cao và SIEMENS là một trong những hãng lớn trong lĩnh vực TĐH đã có mặt tại Việt Nam từ lâu với đại diện và nhiều đại lý phân phối chính thức, có hỗ trợ kỹ thuật tốt. Hình 2. Bộ khả trình SIMATIC PLC S7-300. Trạm máy tính: Do yêu cầu làm việc liên tục 24/24 , 7/7 nên Trạm máy tính được xây dựng trên cơ sở các máy tính công nghiệp có độ bền, tin cậy cao. Trạm máy tính bao gồm 01 IPC SIMATIC WinCC Server, 01 máy IPC SIMATIC WinCC Client, Switch Module, Router và SMS MODEM như hình sau: Hình 3. Máy tính công nghiệp. Hóa học & Kỹ thuật môi trường Trần Ngọc Minh, “Ứng dụng kỹ thuật tự động hóa vào xử lý nước thải.” 258 Bàn điều khiển bằng tay: Bàn điều khiển giúp vận hành hệ thống trong chế độ bằng tay. Bàn điều khiển được thiết kế gồm các nút ấn, đèn hiệu và còi báo động. Các thiết bị, vật tư lựa chọn có xuất xứ từ Nhật hoặc thuộc nhóm G7. Bàn điều khiển sẽ do Việt Nam thiết kế chế tạo. Khối các thiết bị đo, transmitter: Các đầu đo phải là loại đặc chủng dùng trong XLNT với mức độ bảo vệ cao (đa phần IP65, IP67 hoặc IP68), chủ yếu sử dụng của hãng Endress&Hauser (E+H) có hiển thị số tại chỗ. E+H là hãng sản xuất các thiết bị đo chuyên dụng chất lượng cao cho XLNT. Hãng có đại diện và nhà phân phối chính thức tại Việt Nam. Cơ cấu chấp hành: Các động cơ, van điện từ đã có sẵn trong hệ thống. Biến tần điều khiển động cơ sử dụng của hãng Control Techniques (Anh). Thiết kế phần mềm SCADA (Superviser Control And Data Aquisision) cho hệ thống TĐH: Chương trình giám sát, điều khiển được phát triển trên nền SIMATIC WinCC của hãng SIEMENS. SIMATIC WinCC (Windows Control Center) là phần mềm giao diện người-máy (HMI-Human Machine Interface) dựa trên máy tính PC và được chạy trên nền Windows NT /Windows, hiện có phiên bản SIMATIC WinCC V7.4 WinCC được thiết kế cho phép theo dõi trực quan về quá trình hoạt động và xử lí của hệ thống tự động cũng như hỗ trợ mạnh về xử lí giao diện. WinCC có đặc điểm chính sau: - Xử lí tin cậy và đảm bảo tính toàn vẹn dữ liệu thông qua chức năng dự phòng (redundancy) - Chức năng mở rộng nhờ có tích hợp thành phần ActiveX - Hệ thống giao tiếp mở thông qua OPC (OLE cho điều khiển quá trình) - Dễ dàng cấu hình thông qua phần mềm SIMATIC STEP7. - Khả năng cấu hình nối với nhiều máy tính theo mô hình Client-Server. - WebBrowser cho phép truy cập từ xa qua mạng Internet. - Dễ dàng phát triển nhờ các công cụ, thư viện tuỳ chọn (options) và các thành phần mở rộng (Add-On) của các hãng thứ ba WinCC version 7.4 là phầm mềm giao diện người -máy trong môi trường hệ điều hành Window, do vậy người sử dụng được cung cấp các công cụ lưu trữ, tích hợp dữ liệu của SQL. Hơn nữa việc tích hợp thêm ngôn ngữ lập trình VBS cript đã làm cho WinCC V7.4 trở nên mềm dẻo hơn trong khi lập trình, trong vấn đề bảo mật 3. PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ VIỆC ÁP DỤNG TĐH XLNT Để thực hiện công nghiệp hoá hiện đại hoá nền kinh tế nước nhà, hướng đi đúng đắn nhất hiện nay là thực hiện TĐH trong tất cả các ngành kỹ thuật nói chung và trong các công trình XLNT công nghiệp nói riêng với sự áp dụng khoa học công nghệ TĐH cao và các phương tiện kỹ thuật hiện đại. Thực hiện TĐH các công trình XLNT công nghiệp không những làm tăng độ tin cậy và tính liên tục hoạt động của hệt hống mà còn đạt được một kết quả quan trọng hơn hết là nâng cao Thông tin khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san NĐMT, 09 - 2017 259 được chất lượng xử lý nước làm cho chất lượng nước đạt yêu cầu mong muốn của khách hàng một cách mỹ mãn. Để đạt được điều đó phải liên tục kiểm tra tự động các quá trình công nghệ bằng các thiết bị có độ nhạy cao, phát hiện ra sai lệch về chỉ số chất lượng và số lượng một cách tức thời để tiến hành điều chỉnh chúng thay đổi trong giới hạn đã cho trước. Tự động hoá làm tăng năng suất lao động và cải thiện môi trường làm việc của công nhân trong hệ thống XLNT. Người công nhân không phải thực hiện các thao tác lặp đi lặp lại vừa nhàm chán mà có thể là khó khăn, nặng nhọc. Họ không phải làm việc trong môi trường bụi, bẩn, độc hại. Tự động hoá làm giảm mất mát hao phí chất phản ứng, tiết kiệm lượng nguyên vật liệu, năng lượng điện và nước. Tự động hoá làm tăng khả năng tổ chức hiệu quả các quá trình sản xuất, bởi: Thứ nhất là tạo điều kiện tăng cường áp dụng các phương pháp tiến bộ mới về khoa học công nghệ. Điều này tự nó đã tăng cường hóa bản thân công trình công nghệ. Thứ hai là làm giảm số lượng công nhân phục vụ quá trình sản xuất. Thứ ba, tăng khả năng tránh các sự cố hoặc giảm độ lớn hay giảm hậu quả của các sự cố. Tạo điều kiện nâng cao chất lượng và giảm giá thành sản phẩm. 4. KẾT LUẬN Như vậy, TĐH không những đem lại những lợi ích về mặt kinh tế, công nghệ mà còn cho thấy rõ tính ưu việt về mặt xã hội là giải phóng con người khỏi những công việc thủ công nặng nhọc. Song vấn đề áp dụng TĐH hay không phần lớn vẫn là do hiệu quả về mặt kinh tế của nó quyết định. Trong thời kỳ hiện nay, khi nền công nghệ cao phát triển mạnh, việc áp dụng tin học vào tự động hoá ngày càng nhiều và nó cho thấy rõ hiệu quả kinh tế và các tiện ích khác trong hệ thống vận hành tự động nên thời gian hoàn vốn sẽ hoàn thành nhanh hơn. Mặt khác nhờ có tự động hoá mà chất lượng sản phẩm ngày một như ý để tăng tính cạnh tranh trên thị trường và đến đây có thể khẳng định một điều rằng chỉ áp dụng tự động hoá mới có được sản phẩm chất lượng cao, số lượng nhiều, chi phí ít và giá thành rẻ. Do đó việc áp dụng TĐH vào các quá trình sản xuất nói chung và vào quá trình XLNT công nghiệp nói riêng là hướng đúng đắn nhất và chỉ có theo hướng đi đó chúng ta mới có thể tiến tới hoà nhập APTA. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Phạm Thị Giới, “Tự động hoá các công trình cấp và thoát nước,” NXB Xây dựng (2003). [2]. SIEMENS, “Catalog CA01,” (2003). [3]. Trung tâm đào tạo ngành nước và môi trường, “Sổ tay xử lý nước,” (Tập1, 2), NXB Xây dựng (1999). [4]. Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga, “Giáo trình công nghệ xử lý nước thải,” NXB Khoa học và kỹ thuật (2002). [5]. Trang web của Bộ TN&MT (monre.gov.vn) và Tổng cục MT (vea.gov.vn). Hóa học & Kỹ thuật môi trường Trần Ngọc Minh, “Ứng dụng kỹ thuật tự động hóa vào xử lý nước thải.” 260 [6]. Nguyễn Việt Anh và Lê Minh Sơn, “Báo cáo chuẩn bị Dự án Quản lý ô nhiễm công nghiệp (VIPMP),” Bộ Kế hoạch và Đầu tư (6/2012). ABSTRACT APPLICATION OF AUTOMATIC TECHNIQUE FOR WASTEWATER TREATMENT PLANTS This paper presents the inadequacies of the waste treatment of existing industrial parks and export processing zones in Vietnam, and offers one of the solutions to the application of automation technology, and remote control of wastewater treatment for industrial zones. The application of this technology on the basis of the current level of automation has reached a high level, all monitoring and control of the wastewater treatment process can be performed at one Center, at This operator is supported by simple, easy-to-use tools such as graphical user interfaces, mouse controls, and more, wastewater treatment technology. In addition to the development of information and communications technology, space and time have been shortened, allowing operators to operate thousands of miles away with just one personal computer or short message service system. Furthermore, the sewage automation system is also integrated with higher level control systems such as manufacturing execution: workflow, order tracking, resources, enterprise level (Enterprise: Production planning, orders, purchase) and top administration (Planning, Statistics, Finances) to further automate and optimize the production process. Keywords: Automatic, Wastewater treatment. Nhận bài ngày 15 tháng 7 năm 2017 Hoàn thiện ngày 20 tháng 8 năm 2017 Chấp nhận đăng ngày 15 tháng 9 năm 2017 Địa chỉ: Viện Nhiệt đới môi trường. * Email: tnm@yahoo.com.