đồ án kỹ thuật điều khiển tự động Thiết kế mạng Profibus DP cho hệ thống xử lý nước thải tại nhà máy Thụy Vân khu công nghiệp thành phố Việt Trì.

Lời nói đầu
LỜI NÓI ĐẦU
Một trong nhưng nội dung quan trọng của cuộc cách mạng trên toàn cầu nói chung
và với việc công nghiệp hoá hiện đại hoá nước ta nói riêng đó chính là tự động hoá trong
quá trình sản xuất.Nó nhằn tăng năng suất lao động,sản xuất ra nhiếu sản phẩm hơn,cải
thiện và nâng cao đời sống con người,giảm sức lao động cho con người một cách đáng
kể.Hiện nay nước ta đang ứng dụng tự động hoá vào rất nhiều ngành,một trong những
ngành cần thiết đó chính là ngành xử lý nước thải công nghiệp.Với việc ứng dụng tự
động hoá vào ngành xử lý nước thải đã làm cho môi trường Việt Nam cũng như môi
trường thế giới ngày càng được cải thiện nhiều hơn.Trong đồ án này en nghiên cứu và
thiết kế mạng Profibus DP cho hệ thống xử lý nước thải tại nhà máy xử lý nước thải
Thụy Vân khu công nghiệp thành phố Việt Trì.
Được sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo Phan Cung, cô giáo Phan Thị Huyền Châu
và các thầy cô trong bộ môn Tự Động Hóa của trường đại học Bách Khoa Hà Nội đã
giúp em hoàn thành đúng tiến độ đồ án.Trong quá trình làm đồ án nếu em có gì sai sót
mong thầy cũng như cô thông cảm và bỏ qua cho em.Em xin chân thành cảm ơn thầy cô.
Hà nội ngày 28 tháng 5 năm 2008
Sinh viên
Nguyễn Đức Cường
1
Lời nói đầu
Chương 1 : Công nghệ xử lý nước thải công nghiệp
1.1. Sự ô nhiễm môi trường nước
1.1.1. Tìm hiểu về sự ô nhiễm nước
Nước tự nhiên là nước được hình thành cả số lượng và chất lượng dưới ảnh hưởng
của các quá trình tự nhiên,không có tác động của nhân sinh.Do tác động của nhân sinh
nước tự nhiên bị nhiễm bẩn bởi các chất khác nhau dẫn đến kết quả là làm ảnh hưởng đến
chất lượng của nó.
Các khuynh hướng thay đổi chất lượng của nước dưới nảh hưởng các hoạt động của
con người bao gồm:
-Giảm độ pH của nước ngọt do ô nhiễm bởi H

2
SO
4
,HNO
3
từ khí quyển và nước thải
công nghiệp,tăng hàm lượng SO
3
2-

và NO
3
-

trong nước.
-Tăng hàm lượng các ion Ca,Mg,Si trong nước ngầm và nước sông do nước mưa hoà
tan,phong hoá các quặng cacbonat.
-Tăng hàm lượng các ion kim loại nặng trong nước tự nhiên,trước hết là
Pb,Cd,Hg,As,Zn và cả các anion PO
4
3-
,NO
3
-

-Tăng hàm lượng các muối trong nước bề mặt và nước ngầm do chúng đi vào môi
trường nước cùng nước thải,từ khí quyển và từ các chất thải rắn.
-Tăng hàm lượng các hợp chất hữu cơ,trước hết là các chất khó bị phân huỷ sinh học.
-Giảm nồng độ oxy hoà tan trong nước tự nhiên do các quá trình oxy hoá liên quan tới
quá trình phì dưỡng các nguồn chứa nước và các khoáng hoá các hợp chất hữu cơ

-Giảm độ trong nước.Tăng khả năng nguy hiểm của ô nhiễm nước tự nhiên do các
nguyên tố phóng xạ.
Các chỉ tiêu quan trọng của nước cần được xem xét trong cấp nước là độ pH,độ
trong,độ cứng,hàm lượng sắt,mângn và các chỉ số coli.
Các tính chất đặc trưng của nước thải gồm:pH,hàm lượng chất rắn,nhu cầu õy sinh
hoá BOD(Biochemical Oxygen Demand)hoặc nhu cầu oxy hoá học COD(Chemical
Oxygen Demand),các dạng nitơ,photpho,dầu mỡ,mùi,màu,các kim loại nặng trong nước
thải công nghiệp
Việc nước thải chỉ qua xử lý bằng phương pháp thông thường đã đẩy nhanh quá trình
phì dưỡng do sự phát triển bùng nổ của tảo và các thực vật khác,làm giảm chất lượng
nước,cản trở việc sử dụng lại nước và các hoạt động nghỉ ngơi giải trí.Do đó ngày nay đã
phát triển và ứng dụng thêm các phương pháp xử lý cấp ba vào các dây chuyền xử lý
nước thải.
1.1.2. Một số thông số quan trọng của nước thải:
2
Lời nói đầu
1.1.2.1. Hàm lượng chất rắn :
Tổng chất rắn là thành phần vật lý đặc trưng quan trọng nhất của nước thải.Nó bao
gồm các chất rắn nổi,lơ lửng keo và tan.Do đó khi phân tích,tổng chất ranứ được xác định
là phần còn lại sau khi cho bay hơi mẫu nước hoặc nước thải trên bếp cách thủy,tiếp đó
sấy khô ở nhiệt độ 103
0
C cho tới khi trọng lượng không đổi.Hàm lượng các chất rắn lắng
được là những hạt rắn sẽ lắng xuống đáy bình hình côn trong 60phút,được tính bằng
ml/l.Chỉ tiêu này cho phép đo gần đúng lượng bùn sẽ được khử trong lắng sơ cấp.Theo
kích thước của hạt rắn,tổng chất rắn được phân thành các loại:chất rắn lơ lửng,chất rắn
keo và chất rắn tan.
1.1.2.2.Hàm lượng oxy hoà tan DO(Dissolved oxy gen) :
Một trong những chỉ tiêu quan trọng nhất của nước là hàm lượng oxy hoà tan,vì oxy
không thể thiếu được đối với tất cả các sinh vật sống trên cạn cũng như dưới nước.Oxy

duy trì quá trình trao đổi chất,sinh ra năng lượng cho sự sinh trưởng,sinh sản và tái xuất.
Oxy là chất khó hoà tan trong nước,không tác dụng với nước về mặt hoá học.Độ hoà
tan của nó phụ thuộc vào các yếu tố như áp suất,nhiệt độ và các đặc tính của nước.Nồng
độ bão hoà của oxy trong nước ở nhiệt độ cho trước có thể tính theo định luật
Henry.Nồng độ này thường nằm trong khoảng 8-15mg/l ở nhiệt độ thường.
Khi thải các chất thải sử dụng oxy vào các nguồn nước,quá trình oxy hoá chúng sẽ
làm giảm nồng độ oxy hoà tan trong các nguồn nước này,thậm chí có thể đe doạ được sự
sống của các loài cá cũng như sinh vật sống trong nước.
1.1.2.3. Nhu cầu oxy sinh hoá BOD (Biochemical Oxygen Demand) :
Nhu cầu oxy sinh hóa là chỉ tiêu thông dụng nhất để xác định mức độ ô nhiễm của
nước thải đô thị và chất thải trong nước thải của công nghiệp.
BOD được định nghĩa là lượng oxy vi sinh vật đã sử dụng trong quá trình oxy hoá các
chất hữu cơ.
1.1.2.4.Nhu cầu hoá học COD(Chemical Oxygen Demand) :
Chỉ số này được sử dụng rộng rãi để biểu thị hoá hàm lượng chất hữu cơ trong nước
thải và mức độ ô nhiễm nước tự nhiên.COD được định nghĩa là lượng oxy cần thiết cho
quá trình oxy hoá hoá học các chất hữu cơ trong mẫu nước thành CO
2
và nước.Lượng
oxy này tương đương với hàm lượng chất hữu cơ có thể bị oxy hoá được xác định khi sử
dụng một tác nhân oxy hóa hóa học mạnh trong môi trường axit.
1.1.2.5.Chỉ thị chất thải về lượng vi sinh của nước :
Nước là một phương tiện lan truyền các nguồn bệnh và trong thực tế các bệnh lây lan
qua môi trường nước là nguyên nhân chính gây ra bệnh tật và tử vong,nhất là ở các nước
đang phát triển.Các tác nhân gây bệnh thường được bài tiết trong phân của người
bệnh,bao gồm các nhóm chính sau : các vi khuẩn,virut,động vật đơn bào,giun ký sinh.Ba
3
Lời nói đầu
bệnh do các vi khuẩn của nguồn nước thường gặp nhất là sốt thương hàn,bệnh tả châu
Á,ly khuẩn que.Các bệnh này thường có ở những nơi thải phân người tuỳ tiện.

Chất lượng về mặt vi sinh của nước thường được biểu thị bằng nồng độ của vi khuẩn
chỉ thị - đó là những vi khuẩn không gây bệnh và về nguyên tắc đó là nhóm trực
khuẩn.Thông số được sử dụng rộng rãi nhất đó là chỉ số coli.Nước thải sinh hoạt chưa
qua xử lý thường chứa trên 3 triệu coli/100 ml.Các tiêu chuẩn nước uống thường định rõ
sự an toàn vệ sinh bằng một phương pháp xét nghiệm xác định mà không phát hiện ra ở
mức trung bình và không vượt quá 1 coliform/100 ml.
1.1.3. Nước thải sinh hoạt :
Lượng nước thải sinh hoạt dao động trong phạm vi rất lớn,tuỳ thuộc vào mức sống và
các thói quen của người dân,có thể ước tính bằng 80% lượng nước được cấp.Ở Mỹ và
Canada là nơi có nhu cầu cấp nước nên lượng nước thải thường tới 200 – 400
l/người.ngày(số liệu 1979).Giữa lượng nước thải và tải trọng chất thải của chúng biểu thị
bằng các chất lắng hoặc BOD
5
có một mối tương quan nhất định.Đặc trưng củ nước thải
sinh hoạt là thường chứa nhiều tạo chất với nhau,trong đó khoảng 52% là chất hữu
cơ,48% là chất vô cơ và vi sinh vật.Phần lớ các vi sinh vật trong nước thải thường ở dạng
các virut và vi khuẩn lây bệnh như tả.lỵ,thương hàn Đồng thời trong nước thải cũng
chứa các vi khuẩ không có hại có tác dụng phân huỷ các chất thải.
1.1.4.Nước thải công nghiệp :
Trong công nghiệp, nước được sử dụng như là một loại nguyên liệu thô,phương tiện
sản xuất và phục vụ cho các mục đích truyền nhiệt.Nước cấp cho sản xuất có thể lấy từ
mạng cấp nước sinh hoạt chung hoặc lấy trực tiếp từ nguồn nước ngầm hay nước mặt nếu
xí nghiệp có hệ thống xử lý nước riêng.Nhu cầ về cấp nước và lượng nước thải trong sản
xuất phụ thuộc vào nhiều yếu tố.Lưu lượng nước thải của các xí nghiệp công nghiệp
được xác định chủ yếu bởi đặc tính sản phẩm được sản xuất.
Ngoài ra trình độ công nghệ sản xuất và khối lượng sản xuất của xí nghiệp cũng có ý
nghĩa quan trọng.Lưu lượng tính cho một đơn vị sản phẩm có thể khác nhau.Lưu lượng
nước thải sản xuất lại dao động rảt lớn.Bởi vậy các số liệu nêu trong tài liệu thường
không ổn định và ở nhiều xí nghiệp lại có khả năng tiết kiệm lượng nước cấp do sử dụng
hệ thống tuần hoàn trong sản xuất.

Thành phần nước thải rất đa dạng,thậm chí ngay trong một ngành công nghiệp,số liệu
cũng thay đổi đáng kể do mức độ hoàn thiện của công nghệ sản xuất hoặc điều kiênk môi
trường.Trong trường hợp cụ thể cần sử dụng nguồn tài liệu thích hợp.
1.1.5.Nước thải đô thị :
4
Lời nói đầu
Nước thải đô thị gồm khoảng 50% là nước thải sinh hoạt,14% là các loại nước thấm
và 36% là nước thải sản xuất.cũng cần lưu ý rằng,nhu cầu cấp nước và nước thải đô thị ở
các ở các nước công nghiệp phát triển cao hơn rất nhiều so với các nước đang phát triển.
Lưu lượng nước thải đô thị phụ thuộc rấ nhiều vào điều kiện khí hậu và các tính chất
đặc trưng của thành phố.Khoảng 65 đến 85% lượng nước cấp cho một người trở thành
nước thải.Lưu lượng và hàm lượng các chất thải của nước thải đô thị thường dao động
trong phạm vi rất lớn.Lưu lượng nước thải lớn nhất trong ngày vào lúc 10 – 12 giờ trưa
và thấp nhất vào khoảng 5 giờ sáng.
1.2. Các phương pháp xử lý nước thải :
1.2.1. Phân loại các quá trình và các phương pháp xử lý nước thải :
Nước thải thường chứa rất nhiều tạp chất có bản chất khác nhau.Vì vậy,mục đích của
xử lý nước thải là khử các tạp chất đó sao cho nước sau khi xử lý đạt tiêu chuẩn ở mức
chấp nhận được theo các chỉ tiêu đặt ra.Các tiêu chuẩn chất lượng ở mức chấp nhận được
theo các chỉ tiêu đặt ra.Các tiêu chuẩn chất lượng đó phụ thuộc vào mục đích và cách
thức sử dụng:nước sẽ được tái sử dụng hay thải thẳng vào các nguồn tiếp nhận nước.
Theo chất lượng nước đạt được, các quá trình xử lý được nhóm lại thành các công
đoạn: xử lý cấp I, xử lý cấp II và xử lý cấp III.
- Xử lý cấp I gồm các quá trình xử lý ơ bộ và lắng, bắt đầu từ song chắn và kết thúc
sau lắng cấp I.Công đoạn này có nhiệm vụ khử các vạt rắn nổi có kích thước lớn và các
tạp chất có thể lắng ra khỏi bể nước thải để bảo vệ bơm và đường ống.Hầu hết các chất
rắn lơ lửng lắng ở bể cấp I.Ở đây thường gồm các quá trình lọc qua song chắn, lắng,
tuyển nổi, tách dầu mỡ và trung hoà.
- Xử lý cấp II gồm các quá trình sinh học(đôi khi cả quá trình hoá học) có tác dụng
khử hầu hết các tạp chất hữu cơ hoà tan có thể phân huỷ bằng con đường sinh học,nghĩa

là khử BOD.Đó là các quá trình :hoạt hoá bùn,lọc sinh học hay oxy hoá sinh học trong
các hồ và phân huỷ yếm khí.Tất cả các quá trình này đều sử dụng khả năng của các sinh
vật chuyển hoá chất thải hữu cơ về dạng ổn định và năng lượng thấp.
- Xử lý cấp III thường gồm các quá trình : vi lọc,kết tủa hoá học và đông tụ,hấp thụ
bằng than hoạt tính,trao đổi ion,thẩm thấu ngược,điện thấm tích,các quá trình khử chất
dinh dưỡng,clo hoá và ozon hoá.
Nhìn chung tất cả các phương pháp và quá trình xử lý nước thải đều dựa trên cơ sở
các quá trình vật lý,hoá học và sinh học.Các hệ thống xử lý chất thải được thiết lập
thường bao gồm hàng loạt các quá trình trên kết hợp theo trật tự công nghệ tuỳ thuộc vào
đặc tính nước thải,tiêu chuẩn dòng ra và các điều kiện cụ thể khác.
1.2.2.Làm sạch nước thải bằng các phương pháp cơ học :
5
Lời nói đầu
Nước thải công nghiệp và nước thải sinh hoạt thường chứa các chất tan và không tan
ở dạng hạt lơ lửng.Các tạp chất lơ lửng có thể ở dạng rắn và lỏng, chúng tạo với nước
thành hệ huyền phù.
Để tách các hạt lơ lửng ra khỏi nước thải,thường người ta sử dụng các quá trình thuỷ
cơ : lọc qua song chắn hoặc lưới,lắng dưới tác dụng của lực trọng trường hoặc lực ly tâm
và lọc.Việc lựa chọn phương pháp xử lý tuỳ thuộc vào kích thước hạt,tính chất hoá
lý,nồng độ hạt lơ lửng,lưu lượng nước thải và mức độ làm sạch cần thiết.
1.2.2.1.Lọc qua song chắn hoặc lưới chắn :
Đây là bước xử lý sơ bộ,mục đích của quá trình là khử tất cả các tạp vật có thể gây ra
các ự cố trong quá trình vận hành hệ thống xử lý nước thải như làm tắc bơm,đường ống
hoặc kênh dẫn.Trong xử lý nước thải đô thị,thường dùng các song chắn để lọc nước và
dùng máy nghiền nhỏ các vật bị giữ lại.Còn trong xử lý nước thải công nghiệp người ta
dùng thêm lưới chắn.
- Song chắn
Nước thải đưa tới công trình làm sạch trước hết phải qua song chắn rác.Tại song
chắn,các tạp vật thô như giẻ, rác,vỏ đồ hộp,các mẩu đá,gỗ và các vật thải khác được giữ
lại.Song chắn có thể đặt cố định hoặc di động,cũng có thể là tổ hợp cùng với máy nghiền

nhỏ.Thông dụng hơn cả là các song chắn cố định.Các song chắn được làm bằng kim
loại,đặt ở cửa vào của kênh dẫn,nghiêng một góc 60 -75
o
.Thanh song chắn có thể có tiết
diện tròn,vuông hoặc hỗn hợp.Thông dụng nhất là thanh có tiết diện hỗn hợp,cạnh vuông
góc ở phía sau và cạnh tròn ở phía trước hướng đối diện với dòng chảy.
- Lưới lọc
Để khử các chất lơ lửng có kích thước nhỏ hoặc các sản phẩm có giá trị,thường sử
dụng lưới lọc.Lưới có kích thước lỗ từ 0,5 đến 1mm.Khi tang trống quay,thường với vận
tốc 0,1 đến 0,5m/s ,nước thải được lọc qua bề mặt trong hay ngoài,tuỳ thuộc vào sự bố trí
đường dẫn nước thải vào.Các vật thải được cào ra khỏi mặt lưới bằng hệ thống cào.Loại
lưới lọc này hay dùng trong các hệ thống xử lý nước thải của công nghiệp dệt,giấy và da.
1.2.2.2. Điều hoà lưu lượng :
Điều hoà lưu lượng được đung để duy trì dòng thải vào gần như không đổi,khắc phục
những vấn đề vận hành do sự dao động lưu lượng nước thải gây ra và nâng cao hiệu suất
của các quá trình ở cuối dây chuyền xử lý
1.2.2.3. Quá trình lắng :
a. Phân tích quá trình lắng của các chất rắn trong nước thải:
Trong xử lý nước thải,quá trình lắng được sử dụng để loại các tạp chất ở dạng huyền
phù thô ra khỏi nước.Sự lắng của các hạt xảy ra dưới tác dụng của trọng lực.Để tiến hành
quá trình này người ta thường dùng các loại bể lắng khác nhau.Trong công nghệ xử lý
6
Lời nói đầu
nước thải,theo chức năng các bbể lắng được phân thành : bể lắng cát,bể lắng cấp I và bể
lắng trong(cấp II).Bể lắng cấp I có nhiệm vụ tách các chất rắn hữu cơ(60%) và các chất
rắn khác,còn bể lắng cấp II có nhiệm vụ tách bùn sinh học ra khỏi nước thải.Các bể lắng
đều phải thoả mãn yêu cầu : có hiệu suất lắng cao và xả bùn dễ dàng.
Nước thải nói chung thường là hệ dị thể đa phân tán hợp thể không bền.Trong quá
trình lắng,kích thước,mật độ hình dạng của các hạt và cả tính chất vật lý của hệ bị thay
đổi.Ngoài ra,khi hoà nhập vào nước thải có thành phần hoá học khác nhau cũng có thể

tạo thành các chất rắm,trong đó có các chất đông tụ.Những quá trình này sẽ làm ảnh
hưởng tới hình dạng và kích thước hạt,gây phức tạp cho việc thiết lập qui luật thực của
quá trìng lắng.
b. Bể lắng cát :
Bể lắng cát thường được thiết kế để tách các tạp chất rắn vô cơ không tan có kích
thước từ 0,2 đến 2mm ra khỏi nước thải.Điều đó đảm bảo cho các thiết bị cơ khí không
bị cát,sỏi bào mòn,tránh tắc các đường ống dẫn và các ảnh hưởng xấu cùng việc tăng tải
lượng vô ích cho các thiết bị xử lý sinh học.
c. Các lọai bể lắng :
Các bể lắng có nhiệm vụ lắng các hạt rắn nhỏ hơn 0,2m m.Bể lắng có nhiều loại khác
nhau và hiện thông dụng hơn là các bể lắng liên tục.Bùn lắng được tách ra khỏi nước
ngay sau khi lắng,có thể bằng phương pháp thủ công hoặc cơ giới.
Quá trình lắng chịu ảnh hưởng của các yếu tố sau : lưu lượng nước thải,thời gian
lắng ,khối lượng riêng và tải lượng tính theo chất rắn lơ lửng,tải lượng thuỷ lực,sự keo tụ
các hạt rắn,vận tốc dòng chảy trong bể,sự nén bùn đặc,nhiệt độ của nước thải và kích
thước bể lắng.
- Bể lắng ngang : có thể được làm bằng các vật liệu khác nhau như bê tông,bê tông
cốt thép,gạch hoặc bằng đât tuỳ vào kích thước, yêu cầu của quá trình lắng và điều kiện
kinh tế.Bể lắng có thể chia ra làm 4 vùng :
+ Vùng nước thải vào : có chức năng phân phối đều dòng nước thải vào bể lắng theo
toàn bộ tiết diẹn cắt ngang dòng chảy,sao cho không có hiện tượng xoáy ở vùng lắng.
+ Vùng lắng : chiếm hầu hết thể tích bể,lắgn trong bùn này tuân theo định luật
stockes.Một yêu cầu rất quan trọng là duy trì điều kiện chảy dòng trong bể.
+ Vùng xả nước ra có chức năng tháo nước trong ra một cách ổn định
+ Vùng bùn cặn : cần được trang bị các phương tiện tháo bùn bằng phương pháp thuỷ
lực hay cơ khí.
Các bể lắng ngang thường có chiều sâu H từ 1,5 đến 4m,chiều dài bằng (8-12)H chiều
rộng kênh từ 3 đến 6 m.Để phân phối nước người ta thường chia bể thành nhiều ngăn
bằng vách ngăn.Các bể lắng ngang thường được sử dụng khi lưu lượng nướcthải trên
7

Lời nói đầu
15000m
3
/ngày .Hiệu suất lắng đạt 60%.Vận tốc dòng chảy của nước thải trong bể lắng
thường được chọn không lớn hơn 0,01m/s,thời gian lưu từ 1-3 giờ.
- Bể lắng đứng :
Bể lắng đứng có dạng hình hộp hoặc hình trụ với đáy hình chóp.Nước thải được đưa
vào ống phân phối ở tâm bể với vận tốc không quá 30m/s.Nước thải chuyển động theo
phương đứng từ dưới lên trên tới vách tràn với vận tốc 0,5-0,6 m/s.Thời gian lưu lại trong
bể từ 45-120 phút và được xả ra ngoài bằng áp lực thuỷ tĩnh.
- Bể lắng theo phương bán kính :
Loại bể này có tiết diện hình tròn,đường kính 16-40m.Chiều sâu phần nước chảy 1,5-
5m.Nước thải được dẫn vào bể theo chiều từ tâm ra thành bể và thu vào máng tập trung
dẫn ra ngoài.
d. Tách các tạp chất nổi :
Trong một số laọi nước thải có chứa dầu mỡ có khối lượng riêng nhỏ hơn nước.Đó là
những chất nổi,chúng sẽ gây ra ảnh hưởng xấu tới các công trình thoát nước.Các chất mỡ
sẽ bịt kín lỗ hổng giữa các vật liệu lọc trong các bể lọc sinh học và chúng sẽ phá huỷ cấu
trúc bùn hoạt tính trong bể aeroten,gây khó khăn trong qúa trình lên men cặn.
e. Lọc
Lọc được ứng dụng trong để tách các tạp chất phân tán có kích thước nhỏ khỏi nước
thải mà các bể lắng không thể loại được chúng.Người ta tiến hành quá trình tách nhờ
vách ngăn xốp cho phép cho phép chất lỏng đi qua và giữ phân tán lại.Quá trình lọc có
thể xảy ra dưới tác dụng của áp suất thuỷ tĩnh của cột chất lỏng hoặc áp suất cao trước
vách ngăn hay áp suất chân không sau vách ngăn.
-Lọc qua vách lọc:
Việc lựa chọn lọc qua vách lọc phụ thuộc vào tính chất nước thải,nhiẹt độ, áp suất lọc
và kết cấu thiết bị lọc.Vách lọc giữ các hạt cần có các tính chất sau :trở lực nhỏ,đủ bền và
dẻo cơ học,đủ bền về hoá học,không bị trương nở và bị phá huỷ ở điều kiện lọc cho
trước.

- Bể lọc với lớp vật liệu lọc dạng hạt :
Trong các quá trình làm sạch nước thải thường phải xử lý một lưọng lớn nước,do đó
người ta không cần sử dụng các thiết bị lọc với áp suất cao mà dùng các bể lọc với lớp
vật liệu lọc dạng hạt.Vật liệu lọc có thể sử dụng là cát thạch anh,than cốc hoặc sỏi
nghiền,thậm chí cả than nâu,than bùn hoặc than gỗ.
- Thiết bị lọc chậm :
Người ta dùng bể lọc chậm để lọc nước thải không đông tụ.Tốc độ lọc trong các thiết
bị này phụ thuộc vào nồng độ chất rắn lơ lửng.Khi nồng độ các chất rắn nhỏ hơn 25mg/l
8
Lời nói đầu
có thể lấy tốc độ lọc bằng 0,2 đến 0,3m/h,còn khi nồng độ các hạt rắn lơ lửng bằng 25-30
mg/l thì tốc độ lọc sẽ chọn trong khoảng từ 0,1 đến 0,2m/h.
Ưu điểm của lọc chậm là có kha năng làm sạch cao.Nhược điểm của loại này là kích
thước lớn,giá thành cao,làm sạch bùn khó và phức tạp.
- Thiết bị lọc nhanh :
Bể lọc nhanh làm việc với kích thước hữu hiệu lớn hơn và hệ số đồng đèu nhỏ hơn so
với bể lọc chậm.Về kết cấu thiết bị lọc nhiều lớp rất ít khac biệt so với thiết bị lọc một
lớp,nhưng thiết bị loại này có năng suất lọc cao và thời gian lọc kéo dài.
1.2.3.Các phương pháp hoá lý :
1.2.3.1. Đông tụ và keo tụ :
Quá trình lắng chỉ có thể tách được các hạt rắn huyền phù nhưng không thể tách được
các chất gây nhiễm bẩn ở dạng keo và hoà tan vì chúng là những hạt rắn có kích thước
quá nhỏ.Để tách các hạt rắn đó một cách có hiệu quả bằng phương pháp lắng,cần tăng
kích thước củ chúng nhờ sự tác động tương hỗ giữa các hạt phân tán liên kết thành tập
hợp các hạt nhằm làm tăng vận tốc lắng của chúng.Việc khử các chất keo rắn bằng trọng
lượng trước hết đòi hỏi cần trung hoà điện tích của chúng,thứ đến là liên kết chúng với
nhau.Quá trình trung hoà điện tích thường gọi là quá trình đông tụ còn quá trình tạo thành
các bông lớn hơn từ các hạt nhỏ gọi là quá trình keo tụ.
1.2.3.2. Tuyển nổi :
Phương pháp tuyển nổi thường được sử dụng để tách các tạp chất phân tán không

tan,tự lắng kếm ra khỏi pha lỏng.Trong một số trường hợp quá trình này cũng được dùng
để tách các chất hoà tan như các chất hoạt động bề mặt.Qáu trình như vậy được gọi là
quá trình tách bọt hay làm đặc bọt.
Trong xử lý nước thải,về nguyên tắc,tuyển nổi thường được sử dụng để khử các
chất,lơ lửng và làm đặc bùn sinh học.Ưu điểm của phương pháp này so với phương pháp
lắng là có thể khử được hoàn toàn các hạt nhỏ nhẹ,lắng chậm,trong một thời gian
ngắn.Khi các hạt đã nổi lên bề mặt,chúng có thể được thu gom bằng bộ phận vớt bọt.
Quá trình tuyển nổi được thực hiện bằng cách sục các bọt khí nhỏ vào trong pha
lỏng.Các khí đó kết dính với các hạt và khi lực nổi của tập hợp các bóng khí và hạt đủ lớn
sẽ kéo theo hạt cùng nổi lên bề mặt,sau đó chúng tập hợp lại với nhau thành các lớp bọt
chứa hàm lượng các hạt cao hơn trong chất lỏng ban đầu.
1.2.3.3. Hấp phụ :
Phương pháp hấp phụ được dùng rộng rãi để làm sạch triệt để nước thải khỏi các chất
hữu cơ hoà tan sau khi xử lý sinh học cũng như xử lý cục bộ khi trong nước thải có chứa
một hàm lượng rất nhỏ các chất đó.Những chẩt này không phân huỷ bằng con đường sinh
9
Lời nói đầu
học và thường có độc tính cao.Nếu các chất cần khử bị hấp phụ tốt và khi chi phí riêng
lượng chất hấp phụ không lớn thì việc ứng dụng phương pháp này là hợp lý hơn cả.
Ứng dụng của quá trình hấp phụ: quá trình hấp phụ có thể được sử dụng để tách các
chất hữu cơ như phenol,thuốc nhuộm,các hợp chất thơm từ nước thải bằng than hoạt tính.
1.2.3.4. Trao đổi ion :
Phương pháp trao đổi ion được ứng dụng để làm sạch nước hoặc nước thải khỏi các
kim loại như Zn,Cu,Ni,Pb,Hg,Cd,Mn cũng như các hợp chất của asen,photpho,xyanua
và chất phóng xạ.
Phương pháp này cho phép thu hồi các chất có giá trị và đạt được mức độ làm sạch
cao.Vì vậy nó là một phương pháp được ứng dụng rộng rãi để tách muối trong xử lý nước
và nước thải.
1.2.3.5. Quá trình tách bằng màng :
Các kỹ thuật như điện thẩm tích,thẩm thấu ngược,siêu lọc và các quá trình tương tự

khác ngày càng đóng vai trò quan trọng trong xử lý nước thải.
Màng được định nghĩa là một pha đóng vai trò ngăn cách giữa các pha khác nhau.Đó
có thể là chất rắn,hoặc một gel trương nở do dung moi hoặc thậm chí cả một chất
lỏng.Việc ứng dụng màng để tách các chất phụ thuộc vào độ thấm qua của các hợp chất
đó qua màng
1.2.3.6. Các phương pháp điện hoá :
Người ta sử dụng các quá trình oxy hoá cực anot và khử của catot,đông tụ điện để
làm sạch nước thải khỏi các chất hoà tan và phân tán.
Tất cả các quá trình này đều xảy ra trên các điện cực khi cho dòng điện một chiều đi
qua nước thải.
Các phương pháp điện hoá cho phép lấy ra từ nước thải các sản phẩm có giá trị bằng
các sơ đồ công nghệ tương đối dơn giản và tự động hoá.Không cần sử dụng các tác nhân
hoá học.
Nhược điểm chính của phương pháp này là tiêu hao điện năng lớn.
Việc làm sạch nước thải bằng các phương pháp điện hoá có thể tiến hành gián đoạn
hoặc liên tục.
Hiệu suât của các phương pháp điện hoá được đánh giá bằng một loạt các yếu tố như
mật độ dòng điện,điện áp,hệ số sử dụng hữu ích điện áp,hiệu suất theo dòng,hiệu suât
theo năng lượng.
1.2.3.7. Các phương pháp hoá học :
a. Phương pháp trung hoà :
Nước thải chứa các axit vô cơ hoặc kiềm cần được trung hoà đưa pH về khoảng 6,5
đến 8,5 trước khi thải vào nguồn nước hoặc sử dụng cho công nghệ xử lý tiếp theo.
10
Lời nói đầu
-Trộn lẫn nước thải với nước thải kiềm
-Bổ sung các tác nhân hoá học
-Lọc nước ãit qua vật liệu có tác dụng trung hoà
-Hấp thụ khí axít bằng nước kiềm hoặc hấp thụ amoniac bằng nước axít.
b. Phương pháp oxy hoá khử :

Để làm sạch nước thải người ta có thể sử dụng các chất oxy hoá như clo ở dạng khí và
hoá lỏng,dioxyt cko,clorat cãni,hypoclorit canxi,penmângnat kali,bỉcomat kali
Trong quá trình oxy hoá,các chât độc hại trong nước thải được chuyển thành các chất
ít độc hơn và tách ra khỏi nước.Quá trình này tiêu tốn một lượng nước lớn các tác nhân
hoá học,do đó quá trình oxy hoá hoá học chỉ được dùng trong những trường hợp khi các
tạp chất gây nhiễm bản trong nước thải không thể tách bằng phương pháp khác.
c. Làm sạch bằng khử :
Phương pháp làm sạch nước thải bằng quá trình khử được ứng dụng trong các trường
hợp khi nước thải chứa các chất đẽ bị khử.Dùng để tách các hợp chất thuỷ
ngân,crom,asen ra khỏi nước thải.
Trong xử lý nước thải chứa hợp chất thuỷ ngân ở dạng vô cơ,người ta khử thành thuỷ
ngân kim loại và tách ra khỏi nước bằng quá trình lắng,lọc hoặc tuyển nổi.
1.2.3.8. Xử lý nước thải bằng các phương pháp sinh học:
Người ta sử dụng các phương pháp sinh học để làm sạch nước thải sinh hoạt cũng như
nước thải sản xuất khỏi nhiều chất hữu cơ hoà tan một số chất vô cơ như H
2
S,các
sunfit,amoniac.nito.
Phương pháp này dựa trên cơ sở sử dụng hoạt động của vi sinh vật để phân huỷ các
chất hữu cơ gây hniễm bẩn trong nước thải.Các vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ và
một số chất khoáng làm nguồn dinh dưỡng và tạo năng lượng.Trong quá trình dinh
dưỡng,chúng nhận các chất dinh dưỡng để xây dựng tế bào,sinh trưởng và sinh sản nên
sinh khối của chúng được tăng lên.Qáu trình phân huỷ các chất hữu cơ nhờ vi sinh vật
như vậy gọi là quá trình oxy hoá sinh hoá .
Như vậy,nước thải có thể được xử lý bằng phương pháp sinh học sẽ được đặc trưng
bởi chỉ tiêu BOD hoặc COD.Để có thể xử lý bằng phương pháp này nước thải sản xuất
cần không chứa các chất độc và tạp chất,các muối kim loại nặng hoặc nồng độ của chúng
không được vượt quá nồng độ cực đại cho phép.

11
Lời nói đầu
Chương 2: Tìm hiểu chung về mạng truyền thông công nghiệp
2.1. Mạng truyền thông công nghiệp là gì ?
Sự phổ biến của cá giải pháp tự động hoá sử dụng hệ thống truyền thông số là kết quả
tổng hợp của các tiến bộ trong kỹ thuật vi điện tử,kỹ thuật máy tính,kỹ thuật thông tin và
đương nhiên cả kỹ thuật ự động hoá.Mạng truyền thông công nghiệp hay mạng công
nghiệp(MCN) là một khái niệm chung chỉ các hệ thông mạng truyền thông số,truyền bit
nối tiếp,được sử dụng để ghép nối các thiết bị công nghiệp.Các hệ thống truyền thông
công nghiệp phổ biến hiện nay cho phép liên kết mạng ở nhiều mức khác nhau,từ các
cảm biến,cơ cấu chấp hành dưới cấp trường cho đến các máy tính điều khiển,thiết bị quan
sat,máy tính điều khiển giám sát và các máy tính cấp điều hành xí nghiệp,quản lý công
ty.
Để thấy rõ phạm vi đề cập của lĩnh vực truyền thông công nghiệp,ta cần phân biệt với
các hệ thống mạng viễn thông và mạng máy tính.Về cơ sở kỹ thuật,mạng công nghiệp và
các mạng viễn thông có rất nhiều điểm tương đồng,tuy nhiên có những điểm khác biệt
sau :
- Mạng viễn thông có phạm vi địa lý và số lượng thành viên tham gia lớn hơn rất
nhiều,nên các yêu cầu kỹ thuật(cấu trúc mạng,tốc đọ truyền thông,tính năng thời gian
thực )rất khác,cũng như các phương pháp truyền thông thườn phức tạp hơn nhiều so với
mạng công nghiệp.
- Đối tượng của mạng viễn thông bao gồm cả con người và thiết bị kỹ thuật,trong đó
con người đóng vai trò chủ yếu.Vì vậy các dạng thông tin cần trao đổi bao gồm cả tiếng
nói,hình ảnh ,văn bản và dữ liệu.Đối tượng của mạng công nghiệp thuần tuý là các thiết
bị công nghiệp,nên dạng thông tin được quan tâm duy nhất là dữ liệu.Các kỹ thuật và
công nghệ được dùng trong mạng viễn thông rất phong phú,trong kỹ thuật truyền dữ liệu
theo chế độ bit nối tiếp là đặc trưng của mạng công nghiệp.
Mạng truyền thông công nghiệp thực chất là một dạng đặc biệt của mạng máy tính,có
thể so sánh với mạng máy tính thông thường ở những điểm giống nhau và khác nhau như
sau :

+ Kỹ thuật truyền thông số hay truyền dữ liệu là đặc trưng chung của cả hai lĩnh vực.
+ Trong nhiều trường hợp,mạng máy tính được sử dụng trong công nghiệp được coi
là một phần trong mô hình phân cấp của mạng công nghiệp .
+ Yêu cầu về tính năng thời gian thực,độ tin cậy và khả năng tương thích trong môi
trường công nghiệp của mạng truyền thông công nghiệp cao hơn so với một mạng máy
tính thông thường,trong khi đó mạng máy tính thường đòi hỏi cao hơn về độ bảo mật.
12
Lời nói đầu
+ Mạng máy tính có phạm vi trải rộng rất khac nhau,ví dụ có thể nhỏ như mạng LAN
cho một nhóm vài máy tính,hoặc lớn như mạng Internet.Trong nhiều trường hợp,mạng
máy tính gián tiếp sử dụng dịch vụ truyền dữ liệu của mạng viễn thông.Trong khi đó,cho
đến nay các hệ thống mạng công nghiệp thường có tính chất độc lập,phạm vi hoạt động
tương đối hẹp.
Sự khác nhau trong phạ vi và mục đích sử dụng giữa các hệ thống mạng truyền thông
công nghiệp với các mạng viễn thông và mạng máy tính dẫn đến sự khác nhau trong các
yêu cầu về mặt kỹ thuật cũng như kinh tế.
2.2. Vai trò của mạng truyền thông công nghiệp:
Ghép nối thiết bị,trao đổi thông tin là một trong những vấn đề cơ bản trong bất cứ một
giải pháp tự động hoá nào.Một bộ điều khiển cần được ghép nối với các cảm biến cơ cấu
và chấp hành.Giữa các bộ điều khiển trong một hệ thống điều khiển phân tán cũng cần
trao đổi thông tin với trong một hệ thống điều khiển phân tán cũng cần trao đổi thông tin
với nhau để phối hợp thực hiện điều khiển cả quá trình sản xuất.Ở một cấp cao hơn,các
trạm vận hành trong trung tâm điều khiển cũng cần được ghép nối và giao tiếp với các bộ
điều khiển để có thể theo dõi,giám sát toàn bộ quá trình sản xuất và hệ thống điều khiển.
Vậy mạng truyền thông công nghiệp có vai trò quan trọng như thế nào trong các lĩnh
vực đo lường,điều khiển và tự động hoá ngày nay?Sử dụng mạng truyền thông công
nghiệp ,đặc biệt là bus trường để thay thế cách nối điểm cổ điển giữa các thiết bị công
nghiệp mang lại hàng loạt lợi ích như sau :
- Đơn giản hoá cấu trúc liên kết giữa các thiết bị công nghiệp :Một số lượng lớn các
thiết bị thuộc các chủng loại khác nhau được ghép nối với nhau thông qua đường truyền

duy nhất.
- Tiết kiệm dây nối và công thiết kế,lắp đặ hệ thống:Nhờ cấu trúc đơn giản,việc thiết
kế hệ thống trở nên đễ dàng hơn nhiều.Một số lượng lớn cáp truyền được thay thế bằng
một đường duy nhất,giảm chí phí đáng kể cho nguyên vật liệu và công lắp đặt.
- Nâng cao độ tinh cậy và độ chính xác của thông tin : Khi dùng phương phá truyền
tín hiệu tương tự cổ điển,tác động của nhiễu dễ làm thay đổi nội dung thông tin mà các
thiết bị không có cách nào nhận biết.Nhờ kỹ thuật truyền thông số,không những thông tin
truyền đi khó bị sai lệch hơn,mà các thiết bị nối mạng còn có thêm khả năng tự phát hiện
lỗi và chuẩn đoán lỗi nếu có.Hơn thế nữa,việc bỏ qua nhiều lần chuyển đổi qua lại tương
tự-số và số-tương tự nâng cao độ chính xác của thông tin.
- Nâng cao độ linh hoạt,tính năng mở của hệ thống:Một hệ thống mạng chuẩn hoá
quốc tế tạo điều kiênj cho việc sử dụng các thiết bị của nhiều hãng khác nhau.Việc thay
thế thiết bị,nâng cấp và mở rộng phạm vi chức năng của hệ thống cũng dễ dàng hơn
nhiều.Khả năng tương tác giữa các thành phần được nâng cao nhờ cá giao diện chuẩn.
13
Lời nói đầu
- Đơn giản hoá /tiện lợi hoá việc tham số hoá,chuẩn đoán,định vị lỗi,sự cố các thiết
bị:Với một đường truyền duy nhất không những các thiết bị có thể trao đổi dữ liệu quá
trình mà còn có thể gửi cho nhau các dữ liệu tham số,dữ liệu trạng thái,dữ liệu cảnh báo
và dữ liệu chuẩn đoán.Các thiết bị có thể tích hợp khả năng tự chuẩn đoán,các trạm trong
mạng có khả năng tự cảnh báo lẫn nhau.
- Mở ra nhiều chức năng và khả năng ứng dụng mới của hệ thống:sử dụng mạng
truyền thông công nghiệp cho phép áp dụng các kiến trúc điều khiển mới như điều khiển
phân tán,điều khiển phân tán với các thiết bị trường,điều khiển giám sát hoặc chuẩn đoán
lỗi từ xa qua Internet,tích hợp thông tin của hệ thống điều khiển giám sát với thông tin
điều hành sản xuất và quản lý công ty.
2.3. Phân loại và đặc trưng mạng truyền thông công nghiệp :
Để sắp xếp phân loại và phân tích đặc trưng các hệ thống mạng truyền thông công
nghiệp,ta dựa vào mô hình phân cấp cho các công ty xí nghiệp sản xuất

Hình 2.1. Mô hình phân cấp chức năng công ty sản xuất công nghiệp

Ở những cấp dưới thì các chức năng càng mang tính chất cơ bản hơn và đòi hỏi cao
hơn về độ nhanh nhậy,thời gian phản ứng.Một chức năng cấp cao được thực hiện dựa
trên những chức năng cấp dưới,nhưng lượng thông tin cần trao đổi và xử lý lại lớn hơn
nhiều.
Tương ứng với năm cấp chức năng là bốn cấp của hệ thống truyền thông.Từ cấp điều
khiển giám sát trở xuống thuật ngữ “bus” thường được dùng thay thế cho thuật ngữ
“mạng” vì hầu hết các hệ thống mạng phía dưới đều có cấu trúc vật lý hoặc logic theo
kiểu bus.
Bus (fieldbus) là một khái niệm chung dùng trong các ngành công nghiệp chế biến để
chỉ hệ thống bus nối tiếp,sử dụng kỹ thuật truyền tin số để kết nối các thiết bị thuộc cấp
thuộc cấp điều khiển với nhau và với các thiết bị chấp hành.
14
Lời nói đầu
Hệ thống bus trường được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay là PROFIBUS,
ControlNet,INTERBUS,CAN,P-Net,và gần đây phải kể đến device net,AS-i
2.4. Eithernet :
- Eithernet là kiểu mạng cụu bộ(LAN) được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay.Thực
chất,Eithernet chỉ là mạng cấp dưới,vì vậy có thể sử dụng các giao thức khác nhau ở phía
trên,trong đó TCP/IP là tập giao thức được sử dụng phổ biến nhất.Tuy vậy,mỗi nhà cung
cấp sản phẩm có thể thực hiện giao tiếp riêng hoặc theo một chuẩn quốc tế cho giải pháp
của mình trên cơ sở Eithernet .High Speed Eithernet (HSE) của Fieldbus Foundation
chính là một trong tám hệ bus trường được chuẩn hoá quốc tế theo IEC 61158.
- Industrial Eithernet
Hiện tại Industrial Eithernet chưa phải là một chuẩn quốc tế mà chỉ la tên của một
loạt các sản phẩm do một số nhà sản xuất(Synergetic,Siemens) dưa ra.Thực chất IE chỉ là
Eithernet vói các thành phần mạng thích hợp trong môi trường công nghiệp.
2.5. Các hệ thống bus tiêu biểu :
2.5.1. Profibus:

Là một hệ thống bú trường được phát triển tại Đức từ năm 1987 do 21 công ty và cơ
quan nghiên cứu hợp tac.Sau khi được chuẩn hoá quốc gia với DIN 19245,Profibus đã trở
thành chuẩn Châu Âu EN 50 170 trong năm 1996 và chuẩn quốc tế IEC 61158 vào cuối
năm 1999.Bên cạnh đó,Profibus còn được đưa vào trong chuẩn IEC 61784 -một chuẩn
mở rộng trên cơ sở IEC 61158 cho các hệ thống sản xuất công nghiệp.Với sự ra đời của
chuẩn mới IEC 61158 và IEC 61784 cũng như với các phát triển mới gần đây,Profibus
không chỉ dừng lại là một hệ thống truyền thông mà còn được coi là một công nghệ tự
động hoá.
Profibus định nghĩa các đặc tính của một hệ thống bú cho phép kết nối nhiều thiết bị
khác nhau,từ các thiêt bị trường cho tới vào/ra phân tán,các thiết bị đièu khiển và giám
sát.Profibus định nghĩa ba loại giao thức là :Profibus FMS,Profibus DP và Profibus
PA.FMS là giao thức nguyên bản của Profibus,được dùng chủ yếu cho việc giao tiếp giữa
các máy tính điều khiển và điều khiển giám sat.Bước tiếp theo là sự ra đời của DP vào
năm 1993_một giao thức đơn giản và nhanh hơn nhiều so với FMS.Profibus DP được
xây dựng tối ưu cho việc kết nối các thiết bị vào/ra phân tán và các thiết bị trường với các
máy tính điều khiển Profibus-FMs và Profibus-DP lúc đầu được sử dụng phổ biến trong
các ngành công nghiệp chế tạo,lắp ráp.Tuy nhiên gần đây,vai trò của Profibus –FMs ngày
càng mờ nhạt bởi sự cạnh tranh của các hệ dựa trên nền Eithernet.Trong khi đó phạm vi
hoạt động của Profibus-DP ngày càng lan rộng sang nhiều lĩnh vực khác.Profibus-PA là
kiểu đặc biệt được sử dụng ghép nối trực tiếp các thiết bị trường trong lĩnh vực tự động
hoá các quá trình có môi trường dễ cháy nổ,đặc biệt trong công nghiệp chế biến.
15
Lời nói đầu
Ngày nay, Profibus là hệ bus trường hàng đầu thế giới với hơn 20% thị phần và với
hơn 5 triệu thiết bị lắp đặt trong khoảng 500000 ứng dụng.Có thể nói Profibus là giải
pháp chuẩn,đáng tin cậy cho nhiều phạm vi ứng dụng khác nhau,đặc biệt các ứng dụng có
yêu cầu cao về tính thời gian thực.
2.5.2. Kiến trúc giao thức :
Profibus chỉ thực hiện các lớp 1,2,7 theo mô hình quy chiếu OSI,tuy nhiên Profibus-
DP và Profibus-PA bỏ qua cả lớp 7 nhằm tối ưu hóa việc trao đổi dữ liệu quá trình giữa

cấp điều khiển với cấp chấp hành.
Cả ba giao thức Profibus-FMS,DP,PA đều có chung lớp liên kết dữ liệu FDL(fieldbus
Data link). Profibus-PA có cùng giao diện sử dụng như DP,tuy nhiên tính tất cả các trạm
không vượt quá một giá trị tối đa cho phép .Các thử nghiệm cho thấy cũng có thể ghép
nối tối đa 32 trạm trong một đoạn mạng RS-485IS.
2.5.3. Truy nhập bus :
Profibus phân biệt hai thiết bị chính là trạm chủ(master) và trạm tớ (slave).Các trạm
chủ có khả năng kiểm soát truyền thông trên bus.Một trạm chủ có thể gửi thông tin khi nó
giữ quyền truy nhập bus.Trạm tớ chỉ được truy nhập bus khi có yêu cầu của trạm chủ,một
trạm tớ phải thực hiện ít dịch vụ hơn,tức xử lý giao thức đơn giản hơn so với trạm chủ
Về khả năng gán địa chỉ, bộ nối phân đoạn hoạt động hoàn toàn trong suốt
(transparent), ví dụ các thiết bị PA và DP không thích nghi với các địa chỉ thiết bị giống
nhau. Bên cạnh đó, các bộ nối phân đoạn của các nhà sản xuất khác nhau hoạt động tại
các tốc độ truyền dữ liệu khác nhau đối với Profibus DP. (chẳng hạn Pepperl+Fuchs:
93.75 kbit/s; Siemens: 45.45 kbit/s). Thêm vào đó, có các thành phần mạng để kết nối
DP/PA hỗ trợ tốc độ truyền dữ liệu DP lên tới 1.200 kbit/s, chẳng hạn như PA-Link của
Siemens. PA-Link hoạt động như một slave trên bus DP, nhận địa chỉ thiết bị riêng và
cung cấp tới 5 phân đoạn PA trên bộ nối riêng. Về phía PA, PA-Link hoạt động như một
master và định địa chỉ tối đa 30 thiết bị hiện trường. Tuy nhiên, các thiết bị như vậy phải
được tham số hóa sử dụng công cụ cấu hình phù hợp trước khi bắt đầu hoạt động.
2.5.4. Profibus-DP:
Profibus-DP được phát triển nhằm đáp ứng các yêu cầu cao về tính năng thời gian
trong trao đổi dữ liệu dưới cấp trường.Việc trao đổi dữ liệu được thực hiện theo giao thức
chủ/ tớ.Bên cạnh đó Dp còn hỗ trợ các dịch vụ truyền thông không tuần hoàn,phục vụ
tham số hóa,vận hành và chẩn đoán các thiết bị trường thông minh.
Đối với mô hình OSI, Profibus-DP chỉ thực hiện các lớp 1 và 2 vì lý do hiệu suất xử
lý giao thức và tính năng thời gian.Tuy nhiên DP còn định nghĩa phía trên lớp 7 một ánh
xạ liên kết với lớp 2 gọi là DDLM cũng như một giao diện sử dụng chứa các hàm DP cơ
sở và các hàm DP mở rộng.Trong khi các hàm cơ sở chủ yếu phục vụ trao đổi dữ liệu
16

Lời nói đầu
tuần hoàn,thời gian thực thì các hàm DP mở rộng cung cấp các dịch vụ truyền dữ liệu
không định kỳ hạn như tham số thiết bị,chế độ vận hành,thông tin chẩn đoán.Với các
phát triển gần đây, Profibus-DP được coi là kỹ thuật truyền thông,là giao thức truyền
thông duy nhất trong công nghệ Profibus.
a. Cấu hình hệ thống và các kiểu thiết bị :
Profibus-DP cho phép sử dụng cấu hình một trạm chủ hoặc nhiều trạm chủ.Trong cấu
hình nhiều trạm chủ tất cả các trạm chủ đều có thể đọc được ảnh dữ liệu đầu vào/ra của
trạm tớ,tuy nhiên chỉ duy nhất một trạm chủ được quyền ghi dữ liệu đầu ra.
Tùy theo phạm vi chức năng,kiểu dịch vụ thực hiện,người ta phân biệt các kiểu thiết
bị DP như sau:
- Trạm chủ DP cấp ( DPM1) : Các dữ liệu thuộc kiểu này trao đổi dữ liệu với các trạm
tớ theo một chu trình được quy định,thông thường đó là các bộ điều khiển trung tâm,ví
dụ PLC,hoặc PC ,hoặc các module thuộc bộ điều khiển trung tâm.
- Trạm chủ DP cấp 2 ( DPM2 ) : Các máy lập trình,công cụ cấu hình và vận
hành,chẩn đoán hệ thống BUS .
- Trạm tớ (DP-slave ) : Các thiết bị tớ không có vai trò kiểm soát truy nhập bus,vì vậy
chỉ cần thực hiện một phần nhỏ các dịch vụ so với một trạm chủ.
b. Đặc tính vận hành hệ thống :
Chuẩn DP mô tả chi tiết đặc tính vận hành hệ thống để đảm bảo tính tương thích và
khả năng thay thế lẫn nhau của các thiết bị.trước hết đặc tính vận hành của hệ thống được
xác định qua các trạng thái hoạt động của các thiết bị chủ:
STOP: không truyền dữ liệu giữa các trạm chủ và trạm tớ,chỉ có thể chẩn đoán và
tham số hóa.
CLEAR : Trạm chủ đọc thông tin đầu vào từ các trạm tớ và giữ các đầu ra ở giá trị an
toàn.
OPERATE : trạm chủ ở chế độ trao đổi dữ liệu đầu vào và đầu ra tuần hoàn với các
trạm tớ.Trạm chủ cũng thường xuyên gửi thông tin trạng thái của nó tới các trạm tớ sử
dụng lệnh gửi đồng loạt vào các khoảng thời gian đặt trước.
c. Trao đổi dữ liệu tuần hoàn :

Trao đổi dữ liệu giữa trạm chủ và các trạm tớ gán cho nó được thực hiện tự động theo
một trình tự qui định sẵn.Khi đặt cấu hình hệ thống bus,người sử dụng định nghĩa các
trạm tớ cho một thiết bị DPM1,quy định các trạm tớ tham gia và các trạm tớ không tham
gia trao đổi dữ liệu tuần hoàn.
Trong mỗi chu kỳ,trạm chủ đọc các thông tin đầu vào lần lượt từ các trạm tớ lên bộ
nhớ đệm cũng như đưa các thông tin đầu ra từ bộ nhớ đệm xuống lần lượt các trạm tớ
theo một trình qui định sẵn trong danh sách
17
Lời nói đầu
d. Tham số hóa và chẩn đoán hệ thống :
Trong trường hợp có thông tin chẩn đoán,ví dụ báo cáo trạng thái vượt ngưỡng hay
các cảnh báo khác,một DP-slave có thể báo cáo cho các trạm chủ của nó qua bức điện trả
lời.Nhận được thông báo,trạm chủ sẽ có trách nhiệm tra hỏi trạm tớ liên quan về các chi
tiết thông tin chẩn đoán.
Các hàm chẩn đoán của DP cho phép định vị lỗi một cách nhanh chóng,các thông tin
chẩn đoán được truyền qua bus và thu thập tại trạm chủ.Các thông báo này được chia
thành ba cấp:
- Chẩn đoán trạm : Các thông báo liên quan đến trạng thái hoạt động chung của cả
trạm,ví dụ tình trạng quá nhiệt hoặc sụt áp.
- Chẩn đoán module : Các thông báo này chỉ thị lỗi nằm ở một khoảng vào/ra nào đó
của một module.
- Chẩn đoán kênh : Trường hợp này nguyên nhân lỗi nằm ở một lỗi vào/ra riêng biệt.
2.5.5. Profibus-PA :
Profibus-PA(process Automation) là một thể loại bus trường thích hợp cho các hệ
thống điều khiển trong các ngành công nghiệp,chế biến,đặc biệt trong hóa dầu hay trong
những ngành mà môi trường làm việc khác nghiệt.Thực chất Profibus-PA là một sự mở
rộng của profibus-dp với kỹ thuật truyền dẫn MBP theo IEC 1158-2 cũ và một số quy
định chuyên biệt về thống số và đặc tính của các thiết bị trường.Các quy định chuyên biệt
này tạo điều kiện cho khả năng tương tác thay thế lẫn nhau giữa các thiết bị của nhiều
nhà sản xuất khác nhau.

Với khả năng đồng tải nguồn,Profibus-PA cho phép kết nối mạng các thiết bị đo
lường và điều khiển tự động trong các ứng dụng công nghiệp bằng một cặp đôi dây xoắn
duy nhất.Profibus-PA cũng cho phép bảo trì,bảo dưỡng cũng như thay thế các trạm trong
khi vận hành.Đặc biệt nó được phát triển để thích hợp sử dụng trong các khu vực nguy
hiểm dễ cháy nổ.
a. PA-profile
PA-profile hỗ trợ khả năng tương tác và thay thế lẫn nhau giữa các thiết bị của nhiều
nhà sản xuất khác nhau.Các thiết bị trường PA được chia thành hai loại,dựa theo các
profile như sau:
- Profile cấp A : Quy định các đặc tính và chức năng cho các thiết bị đơn giản như các
cảm biến nhiệt độ,áp suất,đo mức hoặc lưu lượng và các cơ cấu truyền động.Các giá trị
cũng như tham số có thể truy nhập là giá trị và trạng biến quá trình,đơn vị đo,phạm vi
làm việc,giới hạn trễ và ngưỡng cảnh báo.
- Profile cấp B : Qui định đặc tính và chức năng cho các thiết bị có chức năng phức
hợp,hay còn gọi là các thiết bị trường thông minh.
18
Lời nói đầu
b. Các khối PA
PA-profile sử dụng mô hình khối để mô tả các chức năng và tham số thiết bị.Mỗi khối
đại diện cho một chức năng sử dụng.Các khối chức năng có thể được liên kết logic với
nhau qua các đầu vào và đầu ra,tạo ra một chương trình ứng dụng.Trên thực tế,một mối
liên kết logic giữa hai khối chức năng thuộc hai trạm thiết bị sẽ được thực hiện bằng một
mối liên kết truyền thông của hệ thống bus.
Ba loại khối đặc thù cho các thiêt bị PA là :
- Khối vật lý : Chứa các thông tin chung của một thiết bị như tên thiêt bị,nhà sản
xuất,chủng loại,mã số serie.
- Khối biến đổi : Chứa các tham số cần thiết cho việc ghép nối một thiết bị trường với
quá trình kỹ thuật,ví dụ các thông tin phục vụ chỉnh định và chẩn đoán vào/ra .
- Khối chức năng có nhiệm vụ thực hiện chức năng vào/ra( AI,AO,DI,DO) nằm trong
sách lược điều khiển.

Các khối chức năng được nhà sản xuất thực hiện và tích hợp trong các thiết bị
trường.Các công cụ phát triển có thể truy nhập các khối,đặt tham số và liên kết chúng với
nhau tạo nên các chương trình ứng dụng.
2.5.6. Profibus-FMS
Mặc dù Profibus-FMS không được chuẩn hóa trong IEC 61158 và một phần vì thế vai
trò của nó cũng mờ nhạt dần trong các phát triển tiếp theo,ứng dụng của nó có một vai trò
nhất định trong một số lĩnh vực chế tạo,lắp ráp.
Profibus-FMS cho phép thực hiện các hoạt động giao tiếp hướng đối tượng theo cơ
chế client/server.Các phần tử có thể truy nhập được từ một trạm trong mạng,đại diện cho
các đối tượng thực hay các biến quá trình gọi là các đối tượng giao tiếp.Việc truy nhập
các đối tượng có thể thực theo nhiều cách khác nhau.Phương pháp hiệu quả nhất là sử
dụng chỉ số đối tượng còn gọi là phương pháp định địa chỉ logic.
Việc trao đổi thông tin trong FMS luông được thực hiện giữa hai đối tác truyền thông
dưới hình thức có nối theo cơ theo cơ chế client/server.Một client được hiểu là một
chương trình ứng dụng gửi yêu cầu để truy nhập các đối tượng.Còn một server chính là
một chương trình cung cấp các dịch vụ truyền thông qua các đối tượng.Mối quan hệ giữa
một client và một server gọi là một kênh logic.Vể nguyên tắc một chương trình ứng dụng
có thể đóng cả hai vai trò là client và server.
Với mục đích hỗ trợ nhiều loại ứng dụng mạng khác nhau. Profibus-FMS chuẩn hóa
một loạt các dịch vụ,có thể chia thành hai phạm trù là các dịch vụ ứng dụng và các dịch
vụ quản trị.
Các dịch vụ ứng dụng bao gồm :
- Variable Access : Truy nhập dữ liệu.
19
Lời nói đầu
- Program Invocation : Đối tượng chương trình,liên kết các domain thành một chương
trình và kiểm soát các hoạt động của trình.
- Domain Management:Quản lý miền nhớ,truyền nạp và quản lý các vùng nhớ có
logic.
- Event Management :Hỗ trợ xử lý sự kiện (kiểm soát bởi các chương trình ứng dụng)

Các dich vụ quản lý gồm có :
- VFD support : Hỗ trợ thiết bị ảo,cung cấp thông tin về các thiết bị trường thông qua
đối tượng thiết bị trường ảo VFD ( Virtual Field Device)
- Object List Management : Quản lý danh mục các đối tượng
- Context Management : Quản lý ngữ cảnh,có nghĩa là quản lý các mối liên kết.
2.5.7. Ghép nối Profibus-DP/PA :
Xét theo mô hình quy chiếu OSI, Profibus-PA giống hoàn toàn Profibus-DP từ lớp
liên kết dữ liệu trở lên.Vì vậy việc ghép nối giữa hai hệ thống có thể thực hiện đơn giản
qua các bộ chuyển đổi DP/PA –link hoặc DP/PA coupler.Bên cạnh các chức năng DP
chuẩn,PA còn bổ xung thêm hàm quản trị hệ thống có đồng bộ hóa thời gian.

2.6. Khái niệm về SCADA :
SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) là một hệ thống thu thập dữ
liệu, giám sát và điều khiển các quá trình từ xa. Người vận hành có thể nhận biết và điều
khiển hoạt động các thiết bị thông qua máy tính và mạng truyền thông. Nói cách khác,
20
Lời nói đầu
SCADA thường được dùng để chỉ tất cả các hệ thống máy tính được thiết kế để thực hiện
các chức năng sau:
- Thu thập dữ liệu từ các thiết thiết bị công nghiệp hoặc các cảm biến.
- Xử lý và thực hiện các phép tính trên các dữ liệu thu thập được.
- Hiển thị các dữ liệu thu thập được và kết quả đã xử lý.
- Nhận các lệnh từ người điều hành và gửi các lệnh đó đến các thiết bị của nhà máy.
- Xử lý các lệnh điều khiển tự động hoặc bằng tay một cách kịp thời và chính xác.
Các hệ thống SCADA thế hệ mới được xây dựng theo cấu trúc phân bố, trong đó máy
chủ được phân bố trên một số các bộ xử lý được nối với nhau thông qua mạng cục bộ
(LAN). Trong đó, mỗi bộ xử lý có một nhiệm vụ riêng nhất định như: thu thập và xử lý,
xây dựng hiển thị, tạo báo cáo… và một số bộ xử lý dùng để dự phòng.Hệ thống được
thiết kế theo giao thức mở và cơ chế Client – Server.
Về phần giao tiếp giữa người và máy, các hệ thống SCADA ngày nay được trang bị

các khối hiển thị hình ảnh VDU (Video Display Unit), hiển thị đầy đủ hình ảnh đồ họa
của các quá trình. Ngoài ra còn có kèm theo mouse, trackball, joystick và bàn phím, các
nút điều khiển được thay thế bằng các biểu tượng (Icon) trên màn hình. Chúng được tác
động bằng mouse, bàn phím hay có thể chỉ tay lên biểu tượng trên màn hình đối với các
màn hình cảm ứng.
Các thiết bị đó giúp cho người điều hành có khả năng:
-Nhanh chóng hoán đổi giữa các hiển thị.
-Nhanh chóng xem được chi tiết các thông tin được cập nhật.
-Tạo và sửa đổi các hiển thị trực tiếp trên màn hình hệ thống.
-Có những hiệu ứng đặc biệt giúp dễ dàng phân biệt trạng thái cũng như nhận biết dữ
liệu (Ví dụ: các màu khác nhau cho các trạng thái khác nhau).
2.7. Chuẩn RS-485
RS-485 sử dụng tín hiệu điện áp chênh lệch đối xứng giữa hai dây dẫn A và B.ngưỡng
giới hạn quy định cho VCM với chuẩn RS-485 được nới rộng ra khoảng -7V đến
12V,cũng như trở kháng đầu vào lớn gấp 3 lần so với RS-422.
RS-485 có khả năng ghép nối nhiều điểm,vì thế được dùng phổ biến trong các hệ
thống bus trường.Cụ thể,32 trạm có thể tham gia ghép nối,được định địa chỉ và giao tiếp
đồng thời trong một đoạn RS-485 mà không cần bộ lặp.Để đạt được điều này,trong một
thời điểm chỉ một trạm được phép kiểm soát đường dẫn và phát tín hiệu,vì thế một bộ
kích thích đều phải đưa về chế độ trở kháng cao mỗi khi rỗi,tạo điều kiện cho các bộ kích
thích ở các trạm khác tham gia.
RS-485 cho phép khoảng cách truyền tối đa giữa trạm đầu và trạm cuối trong một
đoạn mangn là 1200m,không phụ thuộc vào số trạm tham gia.Tốc độ truyền dẫn tối đa có
21
Lời nói đầu
thể lên đến 10Mbit/s.Tuy nhiên tốc độ truyền còn phụ thuộc vào độ dài dây dẫn cho
phép.Quan hệ giữa chúng còn phụ thuộc nhiều vào chất lượng cáp dẫn được dùng cũng
như phụ thuộc vào việc đánh giá chất lượng tín hiệu.
RS-485 là chuẩn duy nhất mà EIA đưa ra mà có khả năng truyền thông đa điểm thực
sự chỉ dùng một đường dẫn chung duy nhất,được gọi là bus.Vì thế nó được dùng làm

chuẩn cho lớp vật lý ở đa số các hệ thống bus hiện thời.
RS-485 không phải là một chuẩn trọn vẹn mà chỉ là một chuẩn về đặc tính điện học,vì
vậy không đưa ra các quy định cho cáp nối cũng như các bộ nối.Có thể dùng đôi dây
xoắn,cáp trơn hoặc các loại cáp khác,tuy nhiên đôi dây xoắn vẫn là loại cáp được sử dụng
phổ biến nhất nhờ đặc tính chống tạp nhiễu và xuyên âm.
Do tốc độ truyền thông và chiều dài dây dẫn có thể khác nhau rất nhiều trong các ứng
dụng đầu cuối,hầu như tất cả các bus RS-485 đều yêu cầu sử dụng trở đầu cuối tại hai
đầu dây.Sử dụng trở đầu cuối có tác dụng chống các hiệu ứng phụ trong truyền dẫn tín
hiệu,ví dụ sự phản xạ tín hiệu.
Mặc dù mức tín hiệu được xác định bằng điện áp chênh lệch giữa hai đầu dây dẫn A
và B không có liên quan tới đất, hệ thống RS-485 vẫn cần một đường dây nối đất để tạo
một đường thoát cho nhiễu chế độ chung và các dòng khác,ví dụ dòng đầu vào bộ thu.
22
Lời nói đầu
Chương 3: Lựa chọn công nghệ xử lý nước thải công nghiệp
3.1. Mục đích lựa chọn công nghệ xử lý nước thải :
Như trên đã nói để lựa chọn một công nghệ xử lý nước thải cho một khu công
nghiệp phụ thuộc vào nhiều yếu tố đặc biệt đối với tình hình kinh tế nước ta bây
giờ.Một số yếu tố đó là :
- Thành phần tính chất nước thải.
- Mức độ xử lý cần thiết
- Các yếu tố : điều kiện nhà máy,khả năng tài chính,năng lượng tính chất đất
đai,diện tích khu xây dựng,lưu lượng nước thải,công suất nguồn tiếp nhận….
Ngoài việc chọn lựa công nghệ xử lý nước thải phù hợp với điều kiện Việt Nam
và được dựa trên tiêu chí sau :
- Giá thành thấp hơn so với dây chuyền công nghệ nước ngoài có cùng công
suất.
- Dễ dàng vận hành
- Cho phép chủ động bảo dưỡng,bảo trì.
- Có khả năng nâng cấp mức độ tự động hoá khi cần thiết.

- Đảm bảo các chỉ tiêu về chất lượng nước thải sau xử lý theo đúng các TCVN
về chất lượng nước thải công nghiệp.
Tại mỗi nhà máy,xí nghiệp của khu công nghiệp đều có các trạm xử lý nước thải
cục bộ .Sau khi xử lý cục bộ xong,nước thải phải đạt một tiêu chuẩn chất lượng
nhất định và được bơm vào kênh thoát nước tới nhà máy xử lý nước thải công
nghiệp tập trung.Nước thải sau xử lý đạt chất lượng theo TCVN 5945:1995.
Từ những lý do trên ta thấy việc tự động hóa trong xử lý nước thải là hết sức
cần thiết,nó góp phần làm cho xã hội Việt Nam ngày càng phát triển và theo kịp các
nước trên thế giới đồng thời nó cũng góp phần làm cho môi trường của Việt Nam
cũng như thế giới ngày càng trong sạch hơn.Sau đây là công nghệ của hệ thống xử
lý nước thải tại khu công nghiệp Thụy Vân thành phố Việt Trì đang áp dụng.
23
Lời nói đầu
3.2. Sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý nước thải của khu công nghiệp Thụy
Vân thành phố Việt Trì :
24
Lời nói đầu
25