Thiết kế hệ thống điều khiển và giám sát cho dự án mở rộng hệ thống cấp nước thành phố vĩnh yên

..

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

HOÀNG VĔN TUỂN

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT
CHO DỰ ÁN MỞ RỘNG HỆ THỐNG CẤP NƯ C
THÀNH PHỐ VĨNH YểN

LUẬN VĔN THẠC SĨ KỸ THUẬT
ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

Hà N i – Năm 2019


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

HOÀNG VĔN TUỂN

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT
CHO DỰ ÁN MỞ RỘNG HỆ THỐNG CẤP NƯ C
THÀNH PHỐ VĨNH YểN

Chuyên ngƠnh: ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

LUẬN VĔN THẠC SĨ KỸ THUẬT

ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

NGƯỜI HƯ NG DẪN KHOA HỌC:
TS. NGUYỄN MẠNH TIẾN

Hà N i – Năm 2019


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan bản luận văn tốt nghiệp này là cơng trình c a riêng tơi, do
tơi tự thực hiện d ới sự h ớng dẫn c a T.S Nguyễn Mạnh Tiến. Kết quả đạt đ ợc
hoàn tồn trung thực.
Để hồn thành luận văn này tơi chỉ sử dụng những tài liệu đ ợc ghi trong danh
mục tài liệu tham khảo và không sao chép hay sử dụng bất kỳ một tài liệu nào khác.
Nếu phát hiện có sự sao chép nào tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm.
Hà Nội, ngày 20 tháng 3 năm 2019
Học viên thực hiện

HoƠng Văn Tuơn

i


LỜI C M

N

Đầu tiên em xin chân thành gửi l i cảm ơn đến T.S Nguyễn Mạnh Tiến, thầy
đư giúp đỡ em tận tình trong suốt quá trình làm luận văn.
Xin chân thành cảm ơn các quý thầy cô đư giảng dạy em trong suốt quá trình

học cao học vừa qua.
Cảm ơn gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đư động viên, hỗ trợ và đóng góp ý kiến
giúp em hồn thành luận văn này.
Dù đư rất cố gắng nh ng với trình độ hiểu biết và th i gian nghiên c u có hạn
nên khơng tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận đ ợc những chỉ dẫn, l i
góp ý c a các thầy/cơ và bạn đọc để luận văn c a em hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!

ii


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... i
LỜI C M

N ............................................................................................................ii

MỤC LỤC ................................................................................................................ iii
DANH MỤC CÁC B NG ....................................................................................... vi
DANH MỤC CÁC HÌNH .......................................................................................vii
MỞ Đ U .................................................................................................................... 1
CHƯ NG 1 : CƠNG NGHỆ X

Lụ NƯ C TRONG DỰ ÁN MỞ RỘNG CẤP

NƯ C VĨNH YểN .................................................................................................... 3
1.1. S l

c v d án. ............................................................................................. 3

1.2. Quy trình x lý n

c s ch. ............................................................................. 4

1.2.1. Tổng quan về hệ thống. .............................................................................. 4
1.2.2. Công nghệ xử lý n ớc. ............................................................................... 4
1.3. Các tr m, khu v c chính. ............................................................................... 6
1.3.1. Trạm bơm n ớc thơ. ................................................................................... 6
1.3.2. Khu vực bể tiếp nhận và phân phối n ớc, bể trộn, bể phản ng và bể lắng.
............................................................................................................................ 10
1.3.3. Khu vực bể lọc nhanh............................................................................... 12
1.3.4. Khu vực bể ch a n ớc sạch . ................................................................... 18
1.3.5. Hệ thống định l ợng vôi và PAC. ............................................................ 21
1.3.6. Khu vực bể thu hồi n ớc rửa lọc. ............................................................. 23
CHƯ NG 2 : HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN, GIÁM SÁT VÀ THU THẬP ........ 33
D

LIỆU SCADA ................................................................................................... 33
2.1. M ng truy n thông công nghi p. ................................................................. 33
2.1.1. Phân cấp hệ thống mạng công nghiệp ...................................................... 33
2.1.2. Cấu trúc mạng. ......................................................................................... 34
iii


2.1.3. Một số loại mạng và bus truyền thông thông dụng. ................................. 38
2.2. Gi i thi u v h th ng SCADA. ................................................................... 40
2.2.1. Lịch sử hình thành và phát triển. .............................................................. 40
2.2.2. Các thành phần chính. .............................................................................. 41
2.2.3. Cơ chế hoạt động. ..................................................................................... 41
2.2.4.

u, nh ợc điểm c a hệ SCADA. ............................................................. 42

CHƯ NG 3 : XỂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỂU KHIỂN GIÁM SÁT ............... 44
3.1. Xây d ng c u hình m ng. ............................................................................ 44
3.1.1. Mục tiêu.................................................................................................... 44
3.1.2. Cấu hình chi tiết. ...................................................................................... 44
3.2. H th ng m ng k t n i. ................................................................................ 49
3.2.1. Kết nối trong các trạm. ............................................................................. 49
3.2.2. Kết nối giữa các trạm trong nhà máy xử lý n ớc với nhau . .................... 50
3.2.3. Kết nối các máy tính

phịng điều khiển trung tâm. ............................... 51

3.2.4. Kết nối giữa nhà máy xử lý n ớc với trạm bơm tăng áp, trạm bơm n ớc
thô. ...................................................................................................................... 52
3.3. Gi i pháp đi u khi n và giám sát. ............................................................... 53
3.4. Thi t k h đi u khi n, giám sát trung tâm. ............................................... 54
3.4.1. Thiết kế giao diện cho máy ch . .............................................................. 55
3.4.2. Quản lý dữ liệu c a các trạm. ................................................................... 60
3.4.3. Thiết kế cấu trúc Server-Client. ............................................................... 61
CHƯ NG 4 : THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN, GIÁM SÁT CHO TRẠM
B M NƯ C THÔ. ................................................................................................. 63
4.1.Thi t k cho tr m thu th p d li u trung gian. .......................................... 63
4.1.1.Thống kê tín hiệu vào, ra. .......................................................................... 63
4.1.2. Thiết kế sơ đồ ghép nối với PLC. ............................................................ 66
4.1.3. Lập nguyên lý hoạt động c a các thiết bị. ................................................ 71

iv

4.1.4. Viết ch ơng trình PLC. ............................................................................ 74
4.2. Thi t k giao di n ng

i máy HMI. ............................................................ 83

4.2.1. Vẽ các trang màn hình. ............................................................................. 83
4.2.2. Thiết kế các hiệu ng. .............................................................................. 84
4.2.3. Thiết kế Faceplate. ................................................................................... 87
4.2.4. Thiết kế Alarm. ........................................................................................ 88
4.2.5. Thiết kế phân quyền truy cập. .................................................................. 89
4.2.6. Giao diện vận hành. .................................................................................. 89
KẾT LUẬN .............................................................................................................. 95
TÀI LIỆU THAM KH O ...................................................................................... 96

v


DANH MỤC CÁC B NG
Bảng 1.1. Thông số kỹ thuật các thiết bị c a trạm bơm n ớc thô. ............................. 7
Bảng 1.2. Thông số kỹ thuật các thiết bị c a khu vực bể tiếp nhận, bể phản ng và bể
lắng. ........................................................................................................................... 10
Bảng 1.3. Thông số các thiết bị c a khu vực bể rửa lọc. .......................................... 13
Bảng 1.4. Thông số kỹ thuật các thiết bị c a khu vực bể ch a n ớc sạch. .............. 18
Bảng 1.5. Thông số kỹ thuật các thiết bị c a hệ thống định l ợng vôi. ................... 22
Bảng 1.6. Thông số kỹ thuật các thiết bị c a khu vực bể thu hồi n ớc rửa lọc. ....... 24
Bảng 1.7. Thông số kỹ thuật các thiết bị nhà clo. ..................................................... 27
Bảng 1.8. Thông số c a các thiết bị trạm bơm tăng áp. ............................................ 31
Bảng 3.1. Các thành phần c a mạng Profibus. ......................................................... 46
Bảng 3.2. Các thành phần c a mạng Ethernet giữa các trạm.................................... 48

Bảng 3.3. Các thành phần c a mạng Ethernet nhà điều khiển trung tâm. ................ 49
Bảng 4.1. Thống kê tín hiệu vào, ra c a van cửa phai đầu vào. ............................... 63
Bảng 4.2. Thống kê tín hiệu vào, ra c a van đầu ra. ................................................ 64
Bảng 4.3. Thống kê tín hiệu vào, ra c a bơm n ớc thơ. .......................................... 65
Bảng 4.4. Thống kê tín hiệu vào, ra c a bơm tiêu. .................................................. 65
Bảng 4.5. Thống kê tín hiệu c a các cảm biến. ........................................................ 66
Bảng 4.6. Thống kê các thiết bị phần c ng cần khai báo. ........................................ 74
Bảng 4.7. Thống kê ch c năng c a các khối hàm. .................................................... 77

vi


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Sơ đồ cơng nghệ xử lý n ớc. ...................................................................... 5
Hình 1.2. Sơ đồ cơng nghệ c a trạm bơm n ớc thơ. .................................................. 7
Hình 1.3. Sơ đồ công nghệ c a khu vực bể tiếp nhận và phân phối n ớc, bể trộn, bể
phản ng và bể lắng. ................................................................................................. 10
Hình 1.4. Sơ đồ cơng nghệ c a bể lọc nhanh. ........................................................... 13
Hình 1.5. Chế độ lọc tự động. ................................................................................... 16
Hình 1.6. Chu trình rửa ng ợc c a bể lọc nhanh. ..................................................... 17
Hình 1.7. Sơ đồ công nghệ c a khu vực bể ch a n ớc sạch..................................... 18
Hình 1.8. Sơ đồ cơng nghệ c a hệ thống định l ợng vôi và PAC. ........................... 21
Hình 1.9. Sơ đồ cơng nghệ c a bể thu hồi n ớc rửa lọc. .......................................... 24
Hình 1.10. Chu trình hoạt động c a bể thu hồi n ớc rửa lọc. ................................... 26
Hình 1.11. Sơ đồ cơng nghệ c a nhà clo. .................................................................. 27
Hình 1.12. Chu trình tiền clo hóa. ............................................................................. 29
Hình 1.13. Chu trình hậu clo hóa. ............................................................................. 30
Hình 1.14. Sơ đồ công nghệ c a khu vực trạm bơm tăng áp. ................................... 31
Hình 2.1. Phân cấp hệ thống mạng cơng nghiệp. ...................................................... 33
Hình 2.2. Cấu trúc bus............................................................................................... 35

Hình 2.3. Cấu trúc sao. .............................................................................................. 36
Hình 2.4. Cấu trúc vịng. ........................................................................................... 37
Hình 3.1. Cấu hình hệ thống mạng truyền thơng c a dự án. .................................... 45
Hình 3.2. Ph ơng th c hoạt động dự phịng mạng. .................................................. 51
Hình 3.3. Ph ơng án truyền thơng bằng sóng wifi. .................................................. 52
Hình 3.4. Giải pháp điều khiển trong dự án. ............................................................. 53
Hình 3.5. Cấu hình kết nối mạng giữa các trạm ....................................................... 55
Hình 3.6. Giao diện tổng quan hệ thống tại máy ch , nhà điều khiển trung tâm . ... 55
Hình 3.7. Giao điều khiển trạm bơm n ớc thô . ....................................................... 56
Hình 3.8. Giao điều khiển khu vực bể tiếp nhận, bê trộn, bể phản ng và bể lắng . 56
Hình 3.9. Giao điều khiển khu vực bể lọc nhanh . .................................................... 57
Hình 3.10. Giao điều khiển khu vực trạm bơm n ớc sạch . ..................................... 57
Hình 3.10. Giao điều khiển khu vực bể ch a n ớc sạch . ........................................ 58
Hình 3.11. Giao điều khiển khu vực nhà clo ............................................................ 58
Hình 3.12. Giao điều khiển khu vực nhà hóa chất . .................................................. 59
Hình 3.13. Giao điều khiển khu vực trạm bơm n ớc sạch . ..................................... 59
Hình 3.14. ng dụng Structure tags cho đối t ợng bơm n ớc thô . ......................... 60
Hình 3.15. Tạo dữ liệu Server . ................................................................................. 61
Hình 3.16. Tạo các máy Client ................................................................................. 61

vii


Hình 3.17. Tải dữ liệu từ Server sang các máy Client. ............................................. 62
Hình 4.1. Sơ đồ đấu nối c a module số 1. ................................................................ 67
Hình 4.2. Sơ đồ đấu nối phần số 1 c a module số 2. ................................................ 68
Hình 4.3. Sơ đồ đấu nối phần số 2 c a module 2...................................................... 68
Hình 4.4. Sơ đồ đấu nối phần số 1 c a module 3...................................................... 69
Hình 4.5. Sơ đồ đấu nối c a module số 4. ................................................................ 70
Hình 4.6. Sơ đồ đấu nối c a module số 6 và đấu nối chống sét cho thiết bị đo. ...... 71

Hình 4.7. Nguyên lý m tự động c a van đầu ra. ..................................................... 72
Hình 4.8. Ngun lý đóng tự động c a van đầu ra. .................................................. 73
Hình 4.9. L u đồ hoạt động c a bơm tiêu. ............................................................... 74
Hình 4.10. Cấu hình phần c ng trạm bơm n ớc thơ. ................................................ 75
Hình 4.11. Cấu hình mạng Profibus c a trạm bơm n ớc thơ. .................................. 75
Hình 4.12. Bảng địa chỉ tín hiệu vào ra c a trạm bơm n ớc thô. ............................. 76
Hình 4.13. Các khối hàm trong ch ơng trình PLC trạm bơm n ớc thơ. .................. 77
Hình 4.14. Điều khiển tần số bơm n ớc thô theo m c n ớc c a bể ch a n ớc
sạch. ........................................................................................................................... 79
Hình 4.15. L u đồ c a hàm PID 1 điều chỉnh tần số bơm theo l u l ợng đặt. ........ 80
Hình 4.16. L u đồ c a hàm PID 2 điều chỉnh l u l ợng đặt theo m c n ớc bể ch a
n ớc sạch. .................................................................................................................. 81
Hình 4.17. L u đồ các chế độ cài đặt tốc độ cho bơm n ớc thơ. ............................. 82
Hình 4.18. Th viện các biểu t ợng trong phần mềm TIA Portal . .......................... 84
Hình 4.19. Lập bảng địa chỉ vào ra trong phần mềm TIA Portal . ........................... 85
Hình 4.20. Hiệu ng c a biểu t ợng trong phần mềm TIA Portal . ......................... 86
Hình 4.21. Các sự kiện c a biểu t ợng trong phần mềm TIA Portal . ..................... 86
Hình 4.22. Lập trình các lệnh điều khiển bằng VB Script . ...................................... 87
Hình 4.23. Giao diện thiết kế Faceplate c a TIA Portal . ......................................... 88
Hình 4.24. Bảng lỗi c a trạm bơm n ớc thơ . ........................................................... 89
Hình 4.25. Giao diện chính c a trạm bơm n ớc thơ. ................................................ 90
Hình 4.26. Giao diện c a các bơm n ớc thơ. ............................................................ 90
Hình 4.27. Giao diện cài đặt thơng số PID điều khiển bơm. .................................... 91
Hình 4.28. Giao diện HMI c a nhà hóa chất. ........................................................... 91
Hình 4.29. Giao diện HMI c a bể lọc nhanh. ........................................................... 92
Hình 4.30. Giao diện HMI c a khu vực bể tiếp nhận, bể trộn,…. ............................ 92
Hình 4.31. Giao diện HMI c a trạm bơm n ớc sạch. ............................................... 93
Hình 4.32. Giao diện HMI c a bể thu hồi n ớc rửa lọc. .......................................... 93
Hình 4.33. Giao diện HMI c a nhà clo. .................................................................... 94
Hình 4.34. Giao diện HMI c a trạm bơm tăng áp. ................................................... 94

viii


MỞ Đ U
1. Lý do chọn đ tài.
Cung cấp n ớc sạch luôn là nhu cầu cấp bách trong quá trình phát triển kinh
tế, xã hội c a đất n ớc. Theo khảo sát tại thành phố Vĩnh Yên, hệ thống cấp n ớc có
cơng suất 16.000 m3 /ngày đêm sử dụng nguồn n ớc ngầm. Hiện nay do năng lực hệ
thống phân phối còn kém nên chỉ phát huy đ ợc 80% công suất thiết kế. Tuy vậy tỉ
lệ dân đ ợc cấp n ớc cịn thấp (50%), ngồi ra l ợng n ớc thất thốt cịn cao (40%).

Theo dự kiến trong giai đoạn tới, hệ thống cấp n ớc c a thành phố Vĩnh Yên phải
cấp n ớc cho thành phố Vĩnh Yên, thị xư Tam D ơng, các khu công nghiệp Khai
Quang, Lai Sơn, Hợp Thịnh, Tân Tiến, Chấn H ng, Đại Đồng với tổng diện tích 820
Ha. Riêng nhu cầu cấp n ớc cho các khu cơng nghiệp là 30.000 m3 /ngày đêm. Vì

vậy nhu cầu xây dựng nhà máy cấp n ớc công suất lớn, đạt tiêu chuẩn và hoạt động

hiệu quả tránh thất thoát là vấn đề cấp bách. Từ đó đư hình thành nên dự án “ Cải
thiện môi tr

ng đầu t tỉnh Vĩnh Phúc “ trong đó có một tiểu dự án là m rộng hệ

thống cấp n ớc thành phố Vĩnh Yên.
Đề tài “ Thiết kế hệ thống điều khiển, giám sát cho dự án m rộng cấp n ớc
Vĩnh Yên “ đư áp dụng công nghệ xử lý n ớc cấp hiện tại c a Nhật Bản, kết hợp với
hệ thống tự động hóa c a hãng Siemens giúp dự án hoàn thành đạt đ ợc những mục
tiêu đề ra; xây dựng nên nhà máy cấp n ớc tại xã Việt Xuân đi vào hoạt động ổn định,
tin cậy, đạt hiệu suất cao.

2. Ph

ng pháp nghiên cứu.
- Khảo sát thực tế, thống kê, phân tích và đánh giá thực trạng hệ thống.
- Sử dụng nền tảng tự động hóa c a hưng Siemens để xây dựng bài toán điều

khiển và giám sát.
- Xây dựng hệ thống thực tế để vận hành, kiểm tra và khẳng định các mục tiêu
đề ra.
3. Đ i t

ng của đ tài.

1


Đối t ợng c a đề tài là hệ thống điều khiển và giám sát cho dự án m rộng cấp
n ớc Vĩnh Yên.
4. M c tiêu của đ tài.
Xây dựng đ ợc hệ thống điều khiển và giám sát tích hợp cơng nghệ tự động
hóa hiện đại, giúp nâng cao hiệu quả c a quá trình xử lý n ớc cấp, hoạt động tin cậy
và ổn định, hỗ trợ tối đa cho ng

i quản lý và vận hành.

5. ụ nghƿa của đ tài.
Đối với hệ thống tự động hóa cho nhà máy xử lý n ớc cấp sẽ đem lại một giải
pháp điều khiển và giám sát hiệu quả, từ đó lấy căn c để sử dụng cho các thiết kế về
tự động hóa nói chung và hệ thống điều khiển và giám sát cho nhà máy xử lý n ớc
cấp nói riêng.

2


CHƯ NG 1 : CÔNG NGHỆ X

Lụ NƯ C TRONG DỰ ÁN MỞ RỘNG

CẤP NƯ C VĨNH YểN
1.1. S l

c v d án.

Dự án hợp phần M rộng hệ thống cấp n ớc Vĩnh Yên là 1 trong 6 hợp phần
dự án "Cải thiện môi tr

ng đầu t tỉnh Vĩnh Phúc" sử dụng vốn ODA Nhật Bản. Dự

án do UBND tỉnh Vĩnh Phúc là ch đầu t đ ợc kh i công xây dựng từ tháng 5 năm
2014, đến nay dự án đư hoàn thành và sẵn sàng đi vào sử dụng.
Dự án gồm 3 hạng mục: Trạm thu n ớc mặt sông Lô tại xư Sơn Đông, huyện
Lập Thạch; Nhà máy xử lý n ớc sạch Việt Xuân tại xã Việt Xuân, huyện Vĩnh T

ng;

Trạm bơm tăng áp Hợp Thịnh tại xã Hợp thịnh, huyện Tam D ơng có tổng nguồn
vốn đầu t 484 tỷ đồng. Trong đó, Nhà máy xử lý n ớc sạch Việt Xuân đ ợc đầu t
nâng cấp cơng suất 34 nghìn mét khối trên ngày đêm, với công nghệ, thiết bị hiện đại
sẽ cung cấp n ớc sạch đạt tiêu chuẩn c a Bộ Y tế. Cụ thể :
- Xây dựng và nâng công suất trạm thu n ớc mặt sông Lô tại xư Sơn Đông,

huyện Lập Thạch lên 50.000 m3/ ngày đêm .Giai đoạn I: đư xây dựng 30.000 m3/ngày
đêm.
- Xây dựng và m rộng nhà máy xử lý n ớc sạch Việt Xuân tại Huyện Vĩnh
T

ng. Với công xuất xử lý n ớc 45.000 m3/ ngày đêm .Giai đoạn I : đư xây dựng

34.000 m3/ ngày đêm.
- Xây dựng hệ thống đ

ng ống dẫn n ớc D700 dài L= 9 km, từ nhà máy n ớc

Việt Xuân về Trạm Bơm Tăng áp Hợp Thịnh.
- Xây dựng thêm 01 Bể ch a 6.300 m3/ ngày đêm tại Trạm bơm tăng áp Hợp
Thịnh.
- Xây dựng hệ thống mạng phận phối n ớc sạch trong thành phố Vĩnh Yên
khoảng 26,0km đ

ng ống từ D100 đến D500.

Dự án hợp phần M rộng hệ thống cấp n ớc Vĩnh n hồn thành và đi vào
sử dụng khơng chỉ đáp ng nguồn n ớc sạch phục vụ phát triển kinh tế - xã hội trên
địa bàn tỉnh mà cịn góp phần cải thiện mơi tr
lực thu hút đầu t trong và ngoài n ớc.

3

ng đầu t c a tỉnh, tăng c

ng năng

1.2. Quy trình x lý n

c s ch.

1.2.1. Tổng quan về hệ thống.
Trong dự án này, hệ thống đ ợc chia thành các phần nhỏ thực hiện các công
đoạn khác nhau trong chu trình xử lý n ớc và phân phối. Nhiệm vụ c a các trạm, khu
vực chính trong dự án :
- Trạm bơm n ớc thô : đ a n ớc từ sông Lô về nhà máy xử lý n ớc.
- Trạm hóa chất : pha hóa chất PAC và Lime bơm đến các bể phản ng.
- Trạm lọc : xử lý n ớc, lắng đọng tạp chất và lọc để bơm n ớc đến trạm bơm
n ớc sạch.
- Trạm bể ch a n ớc sạch : ch a và cấp n ớc cho công đoạn rửa ng ợc, bơm
n ớc tới trạm bơm tăng áp.
- Trạm clo : châm clo để khử trùng n ớc thô đầu vào và n ớc sạch sau lọc.
- Trạm thu hồi n ớc rửa lọc : thu hồi n ớc rửa lọc, bơm n ớc tái sử dụng đến
bể tiếp nhận và bơm bùn thải sang bể ch a bùn.
- Trạm bơm tăng áp : tiếp nhận n ớc từ nhà máy bơm đến và bơm n ớc đi đến
nơi sử dụng thông qua hệ thống mạng phân phối n ớc.
1.2.2. Công nghệ xử lý n ớc.
- Sơ đồ công nghệ c a dự án m rộng cấp n ớc Vĩnh Yên :

4


Hình 1.1. Sơ đồ cơng nghệ xử lý n ớc.
+ N ớc thô từ sông Lô đ ợc bơm vào nhà máy bằng bơm n ớc thô. Đầu tiên
n ớc đ ợc bơm đến bể tiếp nhận và phân phối n ớc, nơi clo hóa sơ bộ n ớc. Sau đó,

n ớc đ ợc đ a đến bể trộn.
+ Để loại bỏ chất rắn lơ lửng ch a trong n ớc thô, chất tạo keo là PAC sẽ đ ợc
bơm vào bể trộn và đ ợc đẩy nhanh tốc độ phản ng bằng máy khuấy nhanh. Sau đó,
n ớc đ ợc đ a vào bể phản ng qua một hệ thống khuấy chậm để các hạt keo tụ đạt
đến kích th ớc lớn hơn.
+ Sau đó n ớc chảy vào bể lắng nơi các hạt keo tụ từ từ lắng xuống đáy. Đối
với các chất rắn lơ lửng trên mặt n ớc sẽ đ ợc đ a đến lọc tại bể lọc nhanh, sau đó
n ớc sẽ đ ợc bơm vào bể ch a n ớc sạch.
+ Bể lọc nhanh có 2 phần là một lớp cát phía trên và lớp ống lọc phía d ới.
Sau một th i gian lọc n ớc bể lọc nhanh sẽ bám một lớp bẩn trên bề mặt cát. Để loại
bỏ lớp bẩn này cần thực hiện công đoạn rửa ng ợc.
+ N ớc sạch từ bể ch a n ớc sạch sẽ đ ợc bơm ng ợc lại bể lọc nhanh kết
hợp với khơng khí từ máy nén khí để sục rửa bể. Từ bể ch a n ớc sạch, n ớc đ ợc

5


bơm vào hồ ch a tại trạm bơm tăng áp và sau đó đ ợc đ a đến mạng l ới cung cấp
bằng bơm tăng áp.
+ Đối với các chất thải, bùn lắng đọng trong bể lắng đ ợc bơm đến sân phơi
bùn. N ớc rửa ng ợc từ bể lọc nhanh sẽ đ ợc đ a đến bể thu hồi n ớc rửa lọc. Từ
đây bùn đ ợc bơm vào sân phơi bùn và n ớc đ ợc tái sử dụng đ a đến bể tiếp nhận
và phân phối. Bùn đ ợc phơi khô trong sân phơi bùn và sau đó đ ợc đ a ra khỏi nhà
máy.
- Cơ s định l ợng hóa học :
+ Đối với clo, có hai điểm cần bơm clo. Một bể tiếp nhận và phân phối n ớc
để diệt rong rêu và các sinh vật hữu cơ. Hai là

đầu vào c a máy bơm n ớc sạch để

khử trùng. Các thông số về định l ợng clo sẽ đ ợc tính tốn dựa trên các yêu cầu về
kỹ thuật cũng nh các tiêu chuẩn về chất l ợng n ớc.
+ Đối với chất tạo keo tụ (PAC), điểm định l ợng là

bể trộn. Hệ thống cấp

PAC bao gồm một bể hòa tan và máy bơm cấp. PAC sẽ tách chất hữu cơ tan và không
tan cũng nh kim loại nặng gây ra độ đục c a n ớc, làm trong n ớc.
+ Đối với độ pH, vôi (Lime ) đ ợc sử dụng và định l ợng đầu ra c a bể lắng.
Do sử dụng PAC để xử lý n ớc sẽ ít nhiều làm giảm độ pH c a n ớc nên vơi đ ợc
sử dụng để trung hịa n ớc đạt độ pH theo tiêu chuẩn.Tỷ lệ cấp vôi dựa vào chỉ số pH
thực tế và chỉ số PH theo yêu cầu. Hệ thống cấp vơi bao gồm một bể hịa tan và máy
bơm cấp.
1.3. Các tr m, khu v c chính.
1.3.1. Trạm bơm n ớc thơ.
Đ ợc xây dựng bên b sơng Lơ, trạm bơm n ớc thơ có nhiệm vụ vận chuyển
l ợng n ớc thô cần thiết đến nhà máy xử lý n ớc. Sơ đồ công nghệ c a trạm bơm
n ớc thô nh sau :

6


Hình 1.2. Sơ đồ cơng nghệ c a trạm bơm n ớc thô.
a. Các thiết bị trong trạm bơm n ớc thô
- Bảng thông số kỹ thuật các thiết bị chính :
Bảng 1.1. Thơng số kỹ thuật các thiết bị c a trạm bơm n ớc thô.
Tên thi t bị
Van cửa phai
đầu vào
Bơm n ớc thô

Bơm tiêu

Ký hi u
100WA001
100WA002
100WA003
100WA004
100PD101
100PD102
100PD103
100PS104
100PS105

l

S

Thông s kỹ thu t
ng
04
Mã thiết bị DN800
Công suất 1.5kWx380V
Loại van On/Off
03

02

7

Bơm Ebara trục đ ng
Mã thiết bị 350x300VDM
L u l ợng 1,116m3/h x 27mH
Cơng suất 110kWx380V
Bơm chìm Ebara
Mã thiết bị 50 DS 52.2


Van đầu ra
Cảm biến đo
l u l ợng liên
tục
Cảm biến đo
m c liên tục

100VBA102
100VBA202
100VBA302
100CF001

03

01

100CL001
100CL005
100CL006
Cảm biến đo áp 100CP001
suất liên tục

03

01

L u l ợng 5m3/h x 25mH
Công suất 2.2 kWx380V
Phụ kiện kèm theo bơm n ớc thô
Loại van On/Off
Loại cảm ng điện từ
Kích th ớc 700mm
Dải đo từ 0-2000m3/h
Loại siêu âm
Dải đo từ 0-20m
Dải đo 0-50m n ớc

- Nhiệm vụ c a các thiết bị vận hành :
+ Van cửa phai: cấp n ớc từ sông Lô vào để vận hành bơm .
+ Bơm n ớc thô : bơm n ớc đến nhà máy xử lý n ớc Việt Xuân theo l u l ợng
đ ợc cài đặt .
+ Van đầu ra : đóng m đ

ng n ớc từ 3 bơm n ớc thô, bảo vệ bơm tránh

hiện t ợng búa n ớc.
+ Bơm tiêu : bơm n ớc

khu vực để bơm n ớc thô trong tr

ng hợp bị sự cố

ngập n ớc.
- Nhiệm vụ c a các thiết bị đo :
+ Cảm biến đo m c siêu âm : 1 cảm biến đo mực n ớc sông Lô và 2 cảm biến
đo mực n ớc

bể n ớc cấp vào bơm.

+ Cảm biến đo áp suất : đo áp lực đ
hợp quá áp dẫn đến vỡ đ

ng ống đầu ra c a bơm, tránh tr

ng

ng ống.

+ Cảm biến đo l u l ợng : đo l u l ợng n ớc bơm về nhà máy xử lý n ớc .
L u l ợng này sẽ là mục tiêu để điều khiển, ngồi ra cịn có l u l ợng tổng để giám
sát và tính tốn.
+ Đồng hồ đo nhiệt động cơ : giám sát nhiệt c a các trục động cơ, ổ bi, ..
b. Công nghệ điều khiển .
- Điều kiện để hoạt động :

8


Để kh i động trạm bơm n ớc thô đ a n ớc về nhà máy xử lý cần đáp ng
đ ợc những điều kiện sau :
+ Điều kiện về mực n ớc sông Lô : mực n ớc c a sông Lô không đ ợc quá
thấp .

+ Điều kiện về m c chênh lệch giữa mực n ớc sông Lô và mực n ớc bể ch a:
nếu mực n ớc sông Lô cao hơn nhiều so với mực n ớc bể ch a có thể do cả 4 van
cửa phai đều đóng hoặc song chắn rác

các cửa bị tắc do rác

sông. N ớc cần đ ợc

cung cấp liên tục trong quá trình vận hành bơm tránh cạn bể ch a n ớc gây hỏng
bơm.
+ Điều kiện vận hành c a nhà máy : cần xem xét nhà máy xử lý n ớc có thể
hoạt động hay khơng mới đ a n ớc về.
+ Điều kiện về chế độ hoạt động c a các bơm và van : do các bơm và van cần
hoạt động theo chế độ tự động với các cài đặt tự động bảo vệ nên cần chọn các chế
độ Remote

các t tại chỗ, PLC

t động lực và Auto trên mình hình vận hành.

+ Điều kiện về an tồn : ít nhất phải có 1 van cửa phai m , 3 van đầu ra phải
đóng, l u l ợng và áp suất đ

ng ống

m c cho phép, nhiệt độ động cơ

m c cho

phép, ….

- Điều khiển các bơm n ớc thơ :
Bơm n ớc thơ có thể điều khiển 2 chế độ tự động và bằng tay. Thơng th
bơm hoạt động

ng

chế độ tự động để có thể kiểm soát đ ợc l u l ợng n ớc và đảm

bảo an toàn cho hệ thống. Trong 3 bơm n ớc thơ có 2 bơm chạy và 1 bơm dừng hoạt
động luân phiên nhau để tiện cho việc bảo d ỡng sửa chữa. Các bơm đ ợc điều chỉnh
tốc độ bằng biến tần và đ ợc điều khiển PID với mục tiêu đạt đ ợc m c n ớc

bể

ch a n ớc sạch mà vẫn đảm bảo l u l ợng n ớc đ a về nhà máy xử lý một cách ổn
định.
- Chế độ điều khiển tự động c a bơm n ớc thô :
Các bơm hoạt động

chế độ tự động với 2 ph ơng pháp điều khiển :

+ Frequence Constant : cố định tần số, các bơm sẽ hoạt động với tần số cố
định đ ợc đặt

ô Speed Adjustment . Để tránh việc đặt tần số quá cao có thể gây vỡ

9


đ

ng ống hoặc quá thấp dẫn đến th i gian đ a n ớc về nhà máy xử lý quá lâu có

thể cài đặt tần số giới hạn lớn nhất và nhỏ nhất. Các thông số này sẽ đ ợc tính tốn
qua q trình vận hành trong thực tế.
+ Flow Constant : cố định l u l ợng , các bơm sẽ hoạt động sao cho l u l ợng
đầu ra c a trạm bơm n ớc thô là cố định. L u l ợng này sẽ đ ợc cài đặt và không
thể v ợt quá giá trị l u l ợng lớn nhất . Do l u l ợng n ớc ln có độ nhấp nhơ, khó
ổn định nên cần có dải trên và d ới mà trong dải này coi nh hệ thống đư hoạt động
ổn định để tránh việc thay đổi tần số c a bơm liên tục.
1.3.2. Khu vực bể tiếp nhận và phân phối n ớc, bể trộn, bể phản ng và bể lắng.
Đ ợc xây dựng trong nhà máy x lý n ớc Việt Xuân, khu vực này có nhiệm
vụ tiếp nhận n ớc từ trạm bơm n ớc thô và xử lý, lắng đọng các tạp chất trong n ớc.
Sau đây là sơ đồ cơng nghệ c a khu vực này :

Hình 1.3. Sơ đồ công nghệ c a khu vực bể tiếp nhận và phân phối n ớc, bể trộn, bể
phản ng và bể lắng.
a. Các thiết bị trong khu vực
- Bảng thơng số kỹ thuật các thiết bị chính :
Bảng 1.2. Thông số kỹ thuật các thiết bị c a khu vực bể tiếp nhận, bể phản ng và
bể lắng.

10


Tên thi t bị

Ký hi u

Máy khuấy

nhanh

250MS 001

Máy khuấy
tạo bông

310MP101
310MP201

Máy khuấy
tạo bông

310MP102
310MP202

Máy khuấy
tạo bông

310MP103
310MP203

Máy cào bùn 350S101
350S102
350S201
350S202
Van xả bùn
310VGA111~114
310VGA211~214
Cảm biến đo 210CF001

l u l ợng
liên tục
Cảm biến đo 210CD001
độ đục
Cảm biến đo 210CQ001
pH
350CQ001

l

S

Thông s kỹ thu t
ng
01
Máy khuấy trục đ ng
Mã thiết bị 1097
Đ ng kính cánh quạt 1000mm
Tốc độ quay 120 vịng/phút
Cơng suất 9.2kW x 380V
02
Máy khuấy cánh ngang
Tốc độ quay 0.48-4.77vịng/phút
Cơng suất 2.2kW x 380V
02
Máy khuấy cánh ngang
Tốc độ quay 0.28-2.77vịng/phút
Cơng suất 1.5kW x 380V
02
Máy khuấy cánh ngang

Tốc độ quay 0.14-1.44vịng/phút
Cơng suất 0.75kW x 380V
04
Máy cào Mã thiết bị dùng xích
kéo
Cơng suất 0.37kW x 380V
08

Loại van On/Off

01

Loại cảm ng điện từ
Kích th ớc 700mm
Dải đo từ 0-2000m3/h
Dải đo từ 0-300 NTU

01
02

Loại dùng dung dịch KCl
Dải đo pH từ 2-12

- Nhiệm vụ c a các thiết bị vận hành :
+ Máy khuấy nhanh : tăng tốc độ phản ng tại bể trộn. Khi có l u l ợng n ớc
về nhà máy, máy khuấy nhanh sẽ tự động đ ợc kích hoạt chạy.
+ Máy khuấy tạo bơng : n ớc đ ợc chảy từ từ qua hệ thống máy khuấy tạo
bông để các bông cặn li ti sẽ chuyển động, va chạm và kết dính với nhau thành những
bơng căn kích cỡ lớn tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình lắng đọng

bể lắng .

+ Van xả bùn : xả bùn tại đáy bể lắng đ a qua sân phơi bùn .
+ Máy cào bùn : cào bùn lắng đọng trong bể lắng về vị trí hố thu để các bơm
bùn bơm ra ngoài.
11


- Nhiệm vụ c a các thiết bị đo :
+ Cảm biến đo độ đục :

vị trí đầu bể tiếp nhận, đo tạp chất trong n ớc

đầu

vào bể tiếp nhận, giúp đ a ra cảnh báo khi độ đục c a n ớc quá cao và khối l ợng
hóa chất cần để xử lý n ớc.
+ Cảm biến đo PH : 1 thiết bị

đầu bể tiếp nhận,giúp cảnh báo m c PH c a

n ớc đồng th i để tính tốn l ợng hóa chất cần để trung hịa n ớc. Thiết bị cịn lại
cuối bể lắng kiểm sốt chất n ớc n ớc đầu ra do hóa chất xử lý n ớc là PAC có thể
làm giảm PH c a n ớc . Nếu PH

đầu ra nhỏ hơn 6.5 thì bơm vơi sẽ đ ợc kích hoạt

để trung hịa n ớc.
+ Cảm biến đo l u l ợng n ớc : đo l u l ợng dòng chảy về nhà máy và cũng
đồng th i để tính tồn l ợng hóa chất cần bơm vào để xử lý n ớc.

b. Công nghệ điều khiển .
- Các điều kiện tr ớc khi hoạt động :
+ Các thiết bị công nghệ

chế độ tự động .

+ Kiểm tra điều kiện dẫn n ớc vào các bể và đ

ng dẫn hóa chất xử lý n ớc.

+ Điều chỉnh tốc độ máy khuấy tạo bơng phù hợp để tạo ra các bơng cặn có
thể kết dính với nhau tạo điều kiện thuận lợi cho việc lắng đọng

bể lắng.

- Chế độ điều khiển tự động c a các van xả bùn :
Các van xả bùn sẽ đ ợc điều khiển tự động đóng m một cách tuần tự và có
thể cài đặt th i gian chạy theo lịch đặt tr ớc hoặc theo l u l ợng n ớc đầu vào. Cài
đặt theo lịch đặt tr ớc các bơm sẽ hoạt động đúng vào th i gian cài đặt. Đối với cài
đặt theo l u l ợng n ớc đầu vào thì khi l u l ợng đạt đến ng ỡng cài đặt các van xả
bùn sẽ tự hoạt động. Ngồi ra cịn có thể cài đặt th i gian m c a một van xả bùn và
th i gian nghỉ giữa các chu trình.
1.3.3. Khu vực bể lọc nhanh.
Đây là khu vực quan trọng nhất trong nhà máy, đ ợc chia làm 6 bể lọc nhỏ
với công nghệ giống nhau. Để điều khiển hoạt động c a mỗi bể cần thao tác trực tiếp
tại bàn điều khiển đặt cạnh mỗi bể và chỉ có thể điều khiển tại bàn này. Các màn hình
vận hành tại t điều khiển tại trạm lọc và tại phòng điều khiển trung tâm chỉ có thể

12

giám sát ch khơng thể điều khiển vì chế độ hoạt động
đến hiện tr

đây ph c tạp cần trực tiếp

ng theo dõi vận hành. Khu vực này có 2 nhiệm vụ chính :

+ Lọc n ớc từ bể lắng đ a sang, số l ợng bể lọc hoạt động dựa trên l u l ợng
n ớc đầu vào. Sau khi lọc xong bơm sang bể ch a n ớc sạch.
+ Nhận n ớc từ bể ch a n ớc sạch để sục rửa phần lắng đọng sau khi lọc.
Sau đây là sơ đồ công nghệ c a một bể lọc :

Hình 1.4. Sơ đồ cơng nghệ c a bể lọc nhanh.
a. Các thiết bị c a khu vực bể lọc nhanh.
- Bảng thơng số các thiết bị chính :
Bảng 1.3. Thông số các thiết bị c a khu vực bể rửa lọc.
Tên thi t bị

Ký hi u

Bơm tiêu

500PS101
500PS102

Van số 1

500VBA101~106

Van số 2

500VBA201~206
500VBA301~306
500VBA601~606
500VBA301~306

Van số 3

l

S

Thơng s kỹ thu t
ng
02
Máy bơm chìm
Mã thiết bị 50DS 50.75
L u l ợng 10 m3/h x 10mH
Công suất 0.75 kW x 380V
06
Mã thiết bị DN200
Công suất 0.03kWx380V
Loại van On/Off
06
Mã thiết bị DN400
Công suất 0.06kWx380V
Loại van On/Off
06
Mã thiết bị DN400

13


Van số 5

500VBA501~506

06

Công suất 0.06kWx380V
Loại van On/Off
Mã thiết bị DN500
Công suất 0.1kWx380V
Loại van On/Off

Van số 6

500VBA601~606

06

Van số 7

500VBA701~706

06

Cảm biến đo
m c liên tục

Cảm biến đo
độ đục

500CL101~106

06

500CD001

01

Mã thiết bị DN400
Công suất 0.06kWx380V
Loại van tỉ lệ
Mã thiết bị DN400
Công suất 0.06kWx380V
Loại van On/Off
Loại cảm biến siêu âm
Dải đo từ 0-6m
Dải đo từ 0-300NTU

- Nhiệm vụ c a các thiết bị vận hành :
+ Van số 1 : dẫn khí từ máy thổi khí thực hiện cơng đoạn rửa lọc.
+ Van số 2 : là van tỉ lệ có nhiệm vụ dẫn n ớc sạch từ bể ch a n ớc sạch thực
hiện công đoạn rửa lọc. Tùy mỗi giai đoạn rửa lọc mà cần l ợng n ớc khác nhau do
đó van này sẽ đ ợc điều chỉnh độ m van một cách tự động.
+ Van số 3 : dẫn n ớc lọc đầu ra sang bể ch a tạm th i tr ớc khi đ a sang bể
ch a n ớc sạch.
+ Van số 5 : giải phóng khí cịn d trong đ

ng ống.

+ Van số 6 : dẫn n ớc từ bể lắng đ a sang bể lọc .
+ Van số 7 : dẫn n ớc thải sau quá trình rửa lọc đến bể thu hồi n ớc rửa lọc,
tiếp tục tuần hoàn tái sử dụng.
- Nhiệm vụ c a các thiết bị đo :
+ Cảm biến đo m c siêu âm : đo mực n ớc liên tục tại bể lọc.
+ Cảm biến đo độ đục : đo độ đục c a n ớc

bể ch a trung gian - đầu ra sau

bể lọc, giúp đánh giá chất l ợng n ớc tr ớc khi đ a vào bể ch a n ớc sạch.
b. Công nghệ điều khiển.
- Các chế độ điều khiển:

14


+ Man : điều khiển bằng tay. Các van, máy thổi khí, bơm rửa ng ợc sẽ đ ợc
điều khiển bật tắt bằng tay.
+ Semi – Auto : điều khiển bán tự động. Chế độ lọc bán tự động có thể bật tắt
bằng các nút Start, Stop trên bàn điều khiển. Cơng đoạn rửa ng ợc có thể kh i động
bằng nút ấn, sau khi rửa ng ợc các bể dừng lại khơng tiếp tục q trình lọc n ớc .
+ Auto : điều khiển tự động. Chế độ lọc tự động có thể bật tắt bằng các nút
Start, Stop trên bàn điều khiển. Cơng đoạn rửa ng ợc có thể kh i động một cách tự
động dựa theo m c n ớc trong bể hoặc có thể cài đặt ngày trong tuần, tự động tiến
hành rửa ng ợc. Sau quá trình rửa ng ợc, các bể tiếp tục quá trình lọc n ớc tự động
Dù

bất kỳ chế độ nào chỉ có thể tiến hành rửa ng ợc từng bể và khi một bể

thực hiện rửa ng ợc các bể khác vẫn có thể thực hiện cơng đoạn lọc n ớc bình th

ng.

- Chế độ điều khiển tự động :
Để hoạt động đ ợc

chế độ này tất các các thiết bị phải để

chế độ tự động

và các điều kiện hoạt động phải thỏa mãn. Chế độ này có thể hiểu là chế độ lọc xử lý
n ớc tự động trên tồn nhà máy vì vậy tất cả các khu vực đều phải

chế độ tự động

để sẵn sàng cho việc lọc n ớc, từ bơm n ớc thô về nhà máy, các khu vực tiếp nhận
và xử lý hóa chất, …. Nguyên nhân là do n ớc bơm về nhà máy cần đ ợc xử lý và
lọc đ a qua bể ch a vì dung tích các bể ch a trung gian cũng chỉ có giới hạn.
Do

mỗi bàn điều khiển

mỗi bể lọc đều có 1 khóa chuyển chế độ Auto /

Semi-Auto / Man vì vậy chế độ tự động đ ợc định nghĩa là tất cả các bể lọc đều
chế độ Auto. Nếu trong q trình rửa lọc tự động có 1 bể bất kỳ chuyển sang chế độ
Semi-Auto để tiến hành bảo d ỡng các bể khác cũng sẽ tự động chuyển sang chế độ
Semi Auto và tiếp tục tiến hành rửa lọc đến khi kết thúc.

- Chế độ lọc tự động :

15