BÁO cáo NGHIÊN cứu, THIẾT kế hệ THỐNG tự ĐỘNG xử lý nước THẢI đổ RA SÔNG PHÚ lộc, THÀNH PHỐ đà NẴNG và CHẾ tạo mô HÌNH

Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 8 Đại học Đà Nẵng năm 2012

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI
ĐỔ RA SÔNG PHÚ LỘC, THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG
VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH.
RESREACH, DESIGN AUTOMATIC SYSTEM WASTEWATER TREATMENT PHÚ
LỘC RIVER, ĐÀ NẴNG CITY AND FABRICATE MODEL
SVTH: Lê Thanh Hưng, Đỗ Duy Tỵ, Nguyễn Đoàn.
Lớp 07C1C, 10 CDTLT Khoa Cơ Khí, Trường Đại học Bách Khoa, Đại học Đà Nẵng

GVHD: ThS.Nguyễn Thanh Việt
Khoa Cơ Khí, Trường Đại học Bách Khoa, Đại học Đà Nẵng

TÓM TẮT
Xử lý nước thải sinh hoạt là vấn đề cấp thiết đối với các đô thị lớn nói chung và thành phố
Đà Nẵng nói riêng. Với quận Thanh Khê lâu nay nước thải được đổ trực tiếp ra biển thông qua
sông Phú Lộc làm ô nhiễm môi trường biển của vịnh Đà Nẵng. Bởi vậy hiện tại chúng ta rất cần
một hệ thống xử lý nước thải để đảm bảo môi trường trong sạch cho sông Phú Lộc và vịnh Đà
Nẵng. Để giải quyết vấn đề trên cần nhiều hạng mục khác nhau, trong nội dung bài báo này tập
trung nghiên cứu thiết kế phai chắn, van lật và chế tạo mô hình điều khiển tự động xử lý nước
thải. Đây là đề tài mang tính thực tế cao có thể áp dụng ngay vào thực tế xử lý nước thải cho
thành phố.

ABSTRACT
Wastewater treatment is a critical problem for large urban areas in general and in particular
the Đà Nẵng city. At Thanh Khe district, wastewater has been pouring directly into the beach
through Phu Loc river. It has been polluted marine environment. Therefore in fact we need a
wastewater treatment system to ensure a clean environment for Phu Loc river and Gulf of Da nang.
To solve this problem we need to many different categories, the contents of this article focused
on the research, design stoplog groove, flapgate and fabricate wastewater treatment automation
control model. This is high practical article. It can apply immediately to real wastewater

treatment system for the city.

1. Đặt vấn đề
Xử lí nước thải luôn là bái toán khó cho các đô thị ở nước ta hiện nay. Với thành
phố Đà Nẵng hiện tại, việc đầu tư xây dựng một nhà máy xử lý nước thải lớn để xử lý toàn
bộ nước thải và nước mưa đổ ra vịnh Đà Nẵng cần vốn đầu tư rất lớn. Để để phù hợp với
điều kiện kinh tế của thành phố, ta chỉ giải quyết việc xử lý nước thải sinh hoạt khi không
mưa và mưa nhỏ. Bởi vì khi mưa lớn nước thải đã được pha loãng khi đổ ra biển ít gây ảnh
hưởng tới môi trường.
2. Mô tả hệ thống giếng tách
2.1. Cấu tạo
Cấu tạo của hệ thống giếng tách được thể hiện trên hình 1.

1


Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 8 Đại học Đà Nẵng năm 2012

mat duong
muc
cao
muc
thap

muc
can

Hình 1: Cấu tạo của hệ thống giếng tách.
1: Cống thu; 2: Lưới chắn rác; 3: Cảm biến thủy lợi; 4: Van lật; 5: Trục vit me; 6: Sàn thao tác
7: Động cơ; 8: Phai chắn; 9: Giếng thu; 10: Ống hút.

2.2. Nguyên tắc hoạt động
Nước thải của khu vực sau khi thải ra chảy theo các kênh dẫn đến cống thu (1), qua
lưới chắn rác (2) và đến giếng thu (9).
Khi không mưa hoặc mưa nhỏ mực nước trong giếng thu nằm dưới mức cao của
cảm biến thủy lợi (3) van lật (4) tự động đóng lại do chênh lệch về mực nước giữa giếng
thu và cửa xả. Đồng thời bộ điều khiển xuất tín hiệu bật động cơ (7) dẫn động qua vitme
(5) để đóng phai chắn (8) lại và gửi tín hiệu cho trung tâm điều độ (TTĐĐ) để mở bơm
hút nước thải về hồ tập trung để xử lý. Trong trường hợp nước trong giếng thu xuống dưới
mức cạn của cảm biến thủy lợi (3) thì bộ điều khiển tại TTĐĐ tự động ngắt bơm để bảo
vệ bơm.
Khi mưa lớn nước đổ về giếng thu nhiều mực nước trong giếng dâng lên cao vượt
qua mức cao của cảm biến thủy lợi (3), bộ điều khiển tại chỗ nhận tín hiệu từ cảm biến
này gửi về TTĐĐ để ngắt bơm. Van lật (4) sẽ mở ra bởi sự chênh lệch mực nước giữa
giếng thu và cửa xả, đồng thời bộ điều khiển tại chỗ xuất tín hiệu điều khiển động cơ nâng
phai chắn lên chấp nhận cho nước mưa và nước thải chảy thẳng ra sông mà không hút về
xử lý.
Khi hết mưa mực nước trong giếng thu dần hạ xuống dưới mức thấp của cảm biến
thủy lợi (3), van lật (4) sẽ đóng do mực nước ngoài cửa xả lớn hơn mực nước trong giếng
thu. Bộ điều khiển tại chỗ xuất tín hiệu điều khiển động cơ hạ phai chắn xuống đóng cửa
xả lại đồng thời gửi tín hiệu về cho TTĐĐ mở bơm hút nước về hồ tập trung để xử lý.
Cứ như vậy hệ thống hoạt động một cách tự động tùy theo sự thay đổi mực nước
trong giếng thu.
2.3. Các thiết bị
Các thiết bị hoạt động trong môi trường nước nên các thiết bị được chế tạo bằng vật

2


Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 8 Đại học Đà Nẵng năm 2012

liệu chống ăn mòn.
Phai chắn:
Phai chắn được biết tới như là cửa đóng tuyệt đối cho hệ giếng tách. Được thiết kế
cụ thể như trên hình 2.
8

7

6

M
K

Gioang cao su ?ng

5

C2

C2

4

C2

C2

C2

3

2

J
1

K

Bánh xe cao su

I

J

Hình 2: Hệ phai chắn.
1: Cửa phai. 2: Khe phai. 3: Trục vít me. 4: Sàn thao tác.5: Thanh Công tac. 6:Khung đỡ. 7:Lan can bảo
vệ. 8: Bộ dẫn đông phai chắn.

Cửa phai (1) trượt lên xuống trong khe phai (2) được che kín khít bởi hệ gioăng củ
tỏi cùng bánh xe cao su dẫn động bỡi hệ trục vít me đai ôc (3) cùng hộp tốc độ và động cơ
Trong quá trình nâng hạ nếu cửa phai bị kẹt thì hệ truyền động phải được ngưng
kịp thời điện vào động cơ phải được ngắt để đảm bảo an toàn cho động cơ và các cơ cấu.
3. Thiết kế hệ thống điều khiển mô hình
3.1. Thiết bị điều khiển
PLC S7-200 của hãng Siemens là loại PLC thông dụng, giá thành thấp, làm việc ổn
định, dễ lập trình có thể kết nối mạng với nhau, có thể mở rộng được nên rất phù hợp với
hệ thống trên. Mô hình sử dụng bộ điều khiển chủ yếu là PLC S7-200, do kinh phí có hạn
nên sử dụng thêm một mạch vi điều khiển nhỏ để đáp ứng thêm tín hiệu vào ra cho mô
hình.

Hệ thống được thiết kế có 2 chế độ điều khiển manual và auto:
Chế độ điều khiển tự động (Auto) được sử dụng trong trường hợp bình thường.
Trong trường hợp có xảy ra sự cố muốn điều khiển phai chắn lên xuống ta có thể sự dụng
chế độ điều khiển bằng tay (manual). Chế độ điều khiển bằng tay sử dụng các nút bấm trên
bảng điều khiển bằng tay gắn vào tủ điều khiển. Khi có sự cố mất điện muốn điều khiển
phai chắn lên xuống ta có thể sử dụng tay quay để nâng hạ phai chắn. Tại trạm bơm thì sử
dụng phương án dự phòng(sử dụng máy phát điện mini).
Sơ đồ kết nối phần cứng của mô hình đươc giới thiệu như hình 3
3


Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 8 Đại học Đà Nẵng năm 2012

Trong đó computer được kết nối với PLC thơng qua cáp RS232/PPI. PLC kết nối
với các thiết bị cảm biến, cơ cấu chấp hành, cơng tắc hành trình …theo phương thức điểm
nối điểm.
COMPUTER

PLC S7-200

BÁ
O ĐỘ
NG

CÔ
NG TẮ
C
HÀ
NH TRÌNH

ĐỘ
NG CƠ NÂ
NG
HẠPHAI CHẮ
N

CẢ
M BIẾ
Â
N
MỰC NƯỚ
C

Hình 3: Sơ đồ kết nối hệ thống

-

Sơ đồ thuật tốn để điều khiển mơ hình được thể hiện như hình 4
START

STOP

Y

DUNG HE THONG

N

CB_H

Y

SU CO 1

N

GOI CT
MO CONG
DUNG BOM

Y
N

CB_L

BAO SU CO 1

Y

SU CO 2

N

GOI CT
DONG CONG
MO BOM

Y
N

BAO SU CO 2

Y

CB_D

DUNG BOM

N

Hình 4: Sơ đồ thuật tốn điều khiển hệ thống
STOP: Nút dừng hệ thống; CB_H: Cảm biến mức cao ;CB_L: Cảm biến mức thấp;CB_D: Cảm
biến hết nước; Sự cố 1: Báo sự cố ở cửa 1; Sự cố 2: Báo sự cố ở cửa 2.

3.2. Phần mềm hỗ trợ
-Phần mềm lập trình cho PLC là STEP 7 MicroWIN V4.0.
-Phần mềm thiết kế giao diện giám sát và thu thập dữ liệu WINCC 7.0.
-Phần mềm kết nối giữa S7-200 với WINCC là PC Access V1.0.
Việc giám sát và thu thập dữ liệu q trình hoạt động của hệ thống được thực hiện
trên PC, giao diện như hình 5. Căn cứ vào giao diện này ta có thể biết được trạng thái hoạt
động của từng phai chắn, mức nước hiện tại, các sự cố có thể xảy ra cũng như can thiệp
vào việc tăng cường số lượng bơm nếu cần.
4


Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 8 Đại học Đà Nẵng năm 2012

Hình 5: Giao diện giám sát và thu thập dữ liệu

4. Chế tạo mô hình

Để có thể áp dụng vào thực tế nên cần chế tạo mô hình để mô phỏng đánh giá tính
thực tiễn của đề tài. Từ những kết quả nghiên cứu và thiết kế ở trên đã chế tạo thành công
mô hình mô phỏng hoạt động của hệ thống.
Do điều kiện kinh phí và thời gian có hạn nên mô hình chỉ có thể mô phỏng một số
vấn đề cơ bản của đề tài.
5. Kết luận
Với kết quả thu được từ việc nghiên cứu thiết kế hệ thống giếng tách và chế tạo mô
hình mô phỏng, thấy mô hình hoạt động ổn định và đã giải quyết được các vấn đề đã đặt
ra. Như vậy đề tài hoàn toàn có thể áp dụng vào hệ thống xử lý nước thải tại sông Phú Lộc,
thành phố Đà Nẵng.
Tuy nhiên đề tài còn hạn chế ở chỗ chưa xử lý triệt để nước thải (khi lưu lượng
nước qua giếng thu lớn).
Mở rộng đề tài: Sử dụng hệ thống SCADA hoặc DCS để quản lý toàn bộ các trạm
xử lý nước thải cho thành phố.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Lê Ngọc Bích, Trần Thu Hà, Phạm Quang Huy (2011), Điều khiển và giám sát với
S7300 PC Access WinCC, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia, TP. Hồ Chí Minh.
[2] Phan Xuân Minh (1997), Tự động hóa với Simatic S7-200, Nhà xuất bản NN&PTNN.
[3] Hoàng Minh Sơn (2006), Mạng truyền thông công nghiệp, Nhà xuất bản Khoa học và
Kỹ thuật, Hà Nội.
[4] GS.TS. Trương Đình Dụ, PGS. TS. Nguyễn Đăng Cường (2005), Sổ tay kỹ thuật thủy
lợi, Phần 2 Công trình thủy lợi, Tập 4 Cửa van và thiết bị đóng mở, Nhà xuất bản Nông
Nghiệp, Hà Nội.
[5] GS.TS Nguyễn Đắc Lộc, PGS.TS Lê Văn Tiên, PGS.TS Ninh Đức Tốn, PGS.TS Trần
Xuân Việt (2007), Sổ tay công nghệ chế tạo máy Tập 1,2,3, Nhà xuất bản Khoa học và

5


Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 8 Đại học Đà Nẵng năm 2012

Kỹ thuật, Hà Nội.

6