HỆ THỐNG xử lý nước THẢI CÔNG NGHIỆP, GIÁM sát và điều KHIỂN QUA WINCC

2022 TÊN ĐỀ TÀI: HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP, GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN QUA WINCC Họ tên sinh viên: Đặng Quang Chiến, Nguyễn Văn Xuân Mỹ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA ĐỀ TÀI: HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP, GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN QUA WINCC Người hướng dẫn : Sinh viên thực hiện: Mã sinh viên : Lớp : ThS Phạm Duy Dưởng Đặng Quang Chiến Nguyễn Văn Xuân Mỹ 1811505520106 1811505520232 18TDH1 18TDH2 Đà Nẵng, 06/2022 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA ĐỀ TÀI: HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP, GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN QUA WINCC Người hướng dẫn : Sinh viên thực hiện: Mã sinh viên : Lớp : ThS Phạm Duy Dưởng Đặng Quang Chiến Nguyễn Văn Xuân Mỹ 1811505520106 1811505520232 18TDH1 18TDH2 Đà Nẵng, 06/2022 NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI HƯỚNG DẪN NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI PHẢN BIỆN TÓM TẮT Tên đề tài: Hệ thống xử lý nước thải công nghiệp, giám sát điều khiển qua WinCC Sinh viên thực hiện: Đặng Quang Chiến Mã SV: 1811505520106 Nguyễn Văn Xuân Mỹ Mã SV: 1811505520232 Lớp: 18TDH1 Lớp: 18TDH2 Nhu cầu sản xuất ngày khu công nghiệp lớn, kèm theo lượng lớn nước thải sau trình sản xuất, sinh hoạt công nhân viên thải môi trường Nước thải doanh nghiệp chứa hàm lượng chất nguy hiểm lớn PAH, phenol, benzene, amoniac, cyanua, … Do gây nhiễm mơi trường, ảnh hưởng đến hệ sinh vật Với tình trạng vậy, vấn đề đặt cho doanh nghiệp nước thải phát sinh sau trình sản xuất phải xử lý để không gây ô nhiễm mơi trường thải ngồi Nắm bắt yêu cầu cấp thiết đó, nhóm định thực đề tài “Hệ thống xử lý nước thải công nghiệp, giám sát điều khiển qua WinCC” nhằm hướng đến đáp ứng nhu cầu Với đề tài này, nhóm thực nghiên cứu nội dung sau: - - - - Chương 1: Tổng quan phương pháp xử lý nước thải công nghiệp Ở nội dung này, nhóm tham khảo tài liệu từ Internet nắm phương pháp sử dụng hệ thống xử lý nước thải cơng nghiệp Qua đó, nhóm phân tích lựa chọn phương án xây dựng hệ thống Chương 2: Tổng quan PLC S7 – 1200 phần mềm TIA Portal Với nội dung này, nhóm tìm hiểu lập trình PLC S7 – 1200 phần mềm TIA Portal để lập trình cho hệ thống Chương 3: Thiết kế thi cơng mơ hình xử lý nước thải cơng nghiệp Từ phương án lựa chọn Chương 1, nhóm tiến hành phân tích lựa chọn quy trình cơng nghệ tối ưu, sau thiết kế thi cơng mơ hình hệ thống Đồng thời, qua việc tìm hiểu thiết bị khí cụ điện linh kiện điện tử, nhóm hồn thành tủ điện điều khiển hệ thống Chương 4: Lập trình điều khiển giám sát hệ thống xử lý nước thải công nghiệp Ở nội dung này, từ sơ đồ nối dây, bảng phân cơng vào quy trình cơng nghệ nhóm vẽ lưu đồ thuật tốn hệ thống Từ lập trình hệ thống vận hành với u cầu Ngồi ra, nhóm tìm hiểu thiết kế giao diện WinCC để điều khiển, giám sát hệ thống cách dễ dàng thuận tiện TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ CỘNG HÒA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Giảng viên hướng dẫn: Phạm Duy Dưởng Sinh viên thực hiện: Đặng Quang Chiến Nguyễn Văn Xuân Mỹ Mã SV: 1811505520106 Mã SV: 1811505520232 Tên đề tài: Hệ thống xử lý nước thải công nghiệp, giám sát điều khiển qua WinCC Các số liệu, tài liệu ban đầu: - PLC S7-1200, phao điện, máy bơm, máy sục khí, biến trở trượt, thiết bị khí cụ điện, … - Sách Tự động hóa PLC S7 – 1200 với TIA Portal – Tác giả Trần Văn Hiếu Thiết kế hệ thống SCADA/HMI – Tác giả Trần Văn Hiếu Web tham khảo: https://xulymoitruongsg.vn/xu-ly-nuoc-thai-khu-cong-nghiep Nội dung đồ án: Chương 1: Tổng quan phương pháp xử lý nước thải công nghiệp Chương 2: Tổng quan PLC S7-1200 phần mềm TIA Portal Chương 3: Thiết kế thi cơng mơ hình xử lý nước thải cơng nghiệp Chương 4: Lập trình điều khiển giám sát hệ thống xử lý nước thải công nghiệp Tổng kết hướng phát triển đề tài Các sản phẩm dự kiến - Mơ hình hệ thống xử lý nước thải công nghiệp điều khiển PLC S7-1200 - Giao diện giám sát hệ thống WinCC - Báo cáo đồ án Ngày giao đồ án: 21/2/2022 Ngày nộp đồ án: 30/5/2022 Trưởng Bộ môn Đà Nẵng, ngày 21 tháng năm 2022 Người hướng dẫn LỜI NĨI ĐẦU Ngày q trình sản xuất ứng dụng tự động hóa có ý nghĩa to lớn, nói cơng nghiệp tự động hóa đánh giá phát triển công nghiệp kỹ thuật giới nói chung quốc gia nói riêng Việc tự động hóa sản xuất, dịch vụ sinh hoạt giúp tăng suất, giảm chi phí, nâng cao chất lượng sản phẩm tiếp cận thị trường Các tiêu mục tiêu mà doanh nghiệp muốn hướng tới nâng cao chất lượng sản xuất Mơn học nói chung đồ án tốt nghiệp nói riêng, mang lại cho nhóm nhiều kiến thức chuyên môn thực tiễn trình nghiên cứu, học hỏi để hồn thành đề tài Để hoàn thành đề tài: “Hệ thống xử lý nước thải công nghiệp, giám sát điều khiển qua WinCC”, nhóm tiến hành tìm hiểu PLC S7-1200, quy trình phương pháp xử lý nước thải vận dụng kiến thức học trường để hoàn thành đồ án Thời gian học tập Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật - Đại học Đà Nẵng chặng đường không dài không ngắn Trong suốt thời gian đó, thầy ln tạo điều kiện, hướng dẫn bảo chúng em tận tâm nhiệt tình Đó điều thúc đẩy chúng em không ngừng học hỏi, phấn đấu, trau dồi kiến thức suốt năm tháng sinh viên vừa qua Bên cạnh đó, để hồn thành tốt báo cáo này, nhóm cố gắng nhận giúp đỡ người, đặc biệt thầy Phạm Duy Dưởng Thầy nhiệt tình hướng dẫn, sai sót có kinh nghiệm q báu thực tế để giúp nhóm hồn thành tốt báo cáo Vì vậy, lời cảm ơn em xin chân thành gửi đến thầy Phạm Duy Dưởng Kế đến, em xin cảm ơn thầy cô Khoa Điện - Điện tử nói riêng tồn thể thầy cô trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật - Đại học Đà Nẵng nói chung truyền đạt kiến thức cho em suốt quãng thời gian sinh viên trường Một lần nữa, nhóm xin chân thành cảm ơn! i CAM ĐOAN Nhóm xin cam đoan đề tài: “Hệ thống điều khiển giám sát xử lý nước thải cơng nghiệp” cơng trình nghiên cứu độc lập hướng dẫn giảng viên hướng dẫn Phạm Duy Dưởng Ngồi khơng có chép người khác Đề tài, nội dung báo cáo sản phẩm mà nhóm nỗ lực nghiên cứu trình học tập trường Các số liệu, kết trình bày báo cáo hồn tồn trung thực, nhóm xin chịu hồn tồn trách nhiệm, kỷ luật môn nhà trường đề có vấn đề xảy Sinh viên thực Đặng Quang Chiến ii Nguyễn Văn Xuân Mỹ MỤC LỤC NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI HƯỚNG DẪN NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI PHẢN BIỆN TÓM TẮT NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LỜI NÓI ĐẦU i CAM ĐOAN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC BẢNG vii DANH MỤC HÌNH VẼ viii DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT xi MỞ ĐẦU Chương 1: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP 1.1 Nước thải từ khu công nghiệp 1.2 Các phương pháp xử lý nước thải công nghiệp 1.2.1 Phương pháp học 1.2.2 Phương pháp hóa lý 1.2.3 Phương pháp sinh học 1.2.4 Phương pháp hóa học 1.2.5 Phương pháp điện hóa 1.3 Mục tiêu cần đạt đề tài .9 1.4 Lựa chọn giải pháp 10 Chương 2: TỔNG QUAN VỀ PLC S7 – 1200 VÀ PHẦN MỀM TIA PORTAL 12 2.1 2.1.1 2.1.2 2.1.3 2.1.3.1 2.1.3.2 2.1.3.3 2.1.4 2.1.4.1 Tổng quan PLC S7 – 1200 12 Giới thiệu PLC S7 – 1200 12 Một số dòng CPU S7-1200 13 Cấu trúc PLC S7-1200 .14 Đơn vị xử lý trung tâm 15 Hệ thống bus 15 Các ngõ vào I/O 15 Module hỗ trợ 15 Module tín hiệu 16 iii 2.1.4.2 Module truyền thông 16 2.1.4.3 Module nguồn cung cấp (Power Module) 17 2.1.5 Các bảng tín hiệu 17 2.1.6 Các hoạt động xử lý bên PLC .18 2.1.6.1 Xử lý chương trình .18 2.1.6.2 Xử lý xuất nhập 18 2.2 Tổng quan phần mềm TIA Portal 19 2.2.1 Khái niệm 19 2.2.2 Ưu điểm – nhược điểm sử dụng phần mềm TIA Portal 19 2.2.3 Các thành phần cài TIA Portal 20 2.2.4 Các khối mã sử dụng để lập trình 20 2.2.4.1 Khối tổ chức OB – OGANIZATION 20 2.2.4.2 Khối hàm FB – FUNCTION BLOCK 21 2.2.4.3 Hàm FC – FUNCTION 21 2.2.4.4 Khối liệu DB – DATA BLOCK 22 2.2.5 Một số tập lệnh sử dụng để lập trình 22 2.2.5.1 2.2.5.2 Tập lệnh so sánh 22 Các tập lệnh phép toán .23 2.2.5.3 Bộ định thời 24 2.2.5.4 Bộ đếm 25 2.2.6 Khái quát phần mềm WinCC tích hợp TIA Portal 26 2.2.6.1 Khái niệm .26 2.2.6.2 Các chức WinCC 27 Chương 3: THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP .28 3.1 Đề xuất phương án thiết kế 28 3.1.1 3.1.2 3.1.2.1 3.1.2.2 3.1.3 3.1.4 3.1.4.1 3.1.4.2 3.1.4.3 Yêu cầu hệ thống .28 Phân tích phương án 28 Phương án điều chỉnh độ pH 28 Phương án vận hành bơm .29 Lựa chọn phương án thiết kế 29 Một số thiết bị hệ thống thực tế 31 Cảm biến đo pH nước PH – X – 420 – I 31 Cảm biến đo mức bùn tần số cao KWS100-S (hãng Kansai) 32 Máy bơm chìm nước thải Kaiquan 100WQ/E80-11-4 33 3.1.4.4 Bơm định lượng ETATRON DLX(B)MA/AD 08-10 34 iv Phụ lục Chương trình bể lắng Phụ lục Phụ lục Chương trình bể Anoxic Phụ lục Chương trình hố gom Phụ lục Chương trình bể điều hịa Phụ lục Chương trình bể hiếu khí Phụ lục 10 Chương trình bể khử trùng Phụ lục 11 Chương trình chế độ điều khiển tay Phụ lục Phụ lục 12 Chương trình hiển thị trạng thái bơm WinCC 13 Chương trình hiển thị trạng thái thiết bị WinCC Phụ lục Phụ lục 14 Chương trình xử lý tín hiệu Analog từ cảm biến Phụ lục II Phương pháp điều xung PWM HÌNH Đồ thị dạng xung điều chế PWM Phương pháp điều xung PWM (Pulse Width Modulation) phương pháp điều chỉnh điện áp tải, hay nói cách khác, phương pháp điều chế dựa thay đổi độ rộng chuỗi xung vuông, dẫn đến thay đổi điện áp Các PWM biến đổi có tần số khác độ rộng sườn dương hay sườn âm PWM ứng dụng nhiều điều khiển Điển hình mà thường hay gặp điều khiển động xung áp, điều áp Sử dụng PWM điều khiển độ nhanh chậm động hay cao nữa, cịn dùng để điều khiển ổn định tốc độ động HÌNH Sơ đồ xung van điều khiển đầu PWM gặp nhiều thực tế mạch điện điều khiển Điều đặc biệt PWM chuyên dùng để điều khiển phần tử điện tử cơng suất có đường đặc tính tuyến tính có sẵn nguồn chiều cố định Nguyên lý : Trong khoảng thời gian - t0, ta cho van G mở, toàn điện áp nguồn Ud đưa tải Còn khoảng thời gian t0 - T, cho van G khóa, cắt nguồn cung cấp cho tải Vì với t0 thay đổi từ T, ta cung cấp toàn bộ, phần hay khóa hồn tồn điện áp cung cấp cho tải Cơng thức tính giá trị trung bình điện áp tải : Phụ lục Gọi t1 thời gian xung sườn dương (khóa mở) cịn T thời gian sườn âm dương, Umax điện áp nguồn cung cấp cho tải Ta có: Ud = Umax.(t1/T) (V) Hay Ud = Umax.D Trong đó: D = t1/T hệ số điều chỉnh tính % tức PWM Như diệm áp trung bình tải là: Ud = 12.20% = 2.4V (D = 20%) Ud = 12.40% = 4.8V (D = 40%) Ud = 12.90% = 10.8V (D = 90%) Đối với động điều mà dễ nhận thấy PWM hay sử dụng động để điều khiển động hoạt động nhanh, chậm, thuận ,nghịch ổn định tốc độ cho Cái ứng dụng nhiều điều khiển động chiều Phụ lục ... Duy Dưởng Hệ thống xử lý nước thải công nghiệp, giám sát điều khiển qua WinCC Chương 1: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP 1.1 Nước thải từ khu công nghiệp Nước thải công nghiệp... Dưởng 28 Hệ thống xử lý nước thải công nghiệp, giám sát điều khiển qua WinCC thích ứng dao động pH đầu vào hệ thống vận hành liên tục dẫn tới hiệu suất xử lý nước thải nâng cao Với hệ thống hoạt... diện WinCC giám sát toàn hệ thống Sinh viên thực hiện: Đặng Quang Chiến Nguyễn Văn Xuân Mỹ Người hướng dẫn: ThS Phạm Duy Dưởng 11 Hệ thống xử lý nước thải công nghiệp, giám sát điều khiển qua WinCC