Khoá luận tốt nghiệp Công nghệ cơ điện tử: Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển trong quy trình xử lý nước thải sử dụng PLC S7-300

Mục tiêu nghiên cứu chính trong đề tài Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển trong quy trình xử lý nước thải sử dụng PLC S7-300 là nghiên cứu lí thuyết công nghệ xử lý nước thải. Lập trình điều khiển hệ thống xử lý nước thải bằng phần mềm S7 Manager. Lập trình hệ thống điều khiển giám sát mô phỏng trên máy tính bằng WinCC.

ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP VIỆT NAM KHOA CƠ ĐIỆN VÀ CƠNG TRÌNH BỘ MƠN KỸ THUẬT ĐIỆN VÀ TỰ ĐỘNG HĨA KHỐ LUẬN TỐT NGHIỆP Tên đề tài: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRONG QUY TRÌNH XỬ LÝ NƢỚC THẢI SỬ DỤNG PLC S7-300 NGÀNH: CÔNG NGHỆ CƠ ĐIỆN TỬ MÃ NGÀNH: 7510203 Giảng viên hƣớng dẫn : ThS Trần Kim Khuê Sinh viên thực : Vũ Văn Linh MSV : 1551080793 Lớp : K60_CĐT Khoá học : 2015 - 2019 Hà Nội - năm 2019 LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, với phát triển kinh tế - xã hội Đời sống ngƣời ngày đƣợc nâng cao Đô thị đƣợc mở rộng nhiều Nếu khơng đƣợc quan tâm quyền, nhƣ ngƣời dân, môi trƣờng sống ngày giảm sút Đặc biệt môi trƣờng nƣớc Nguyên nhân gây nhiễm nƣớc thải q trình sử dụng ngƣời hoạt động sống hay sản xuất mình, làm thay đổi tính chất thành phần nƣớc ban đầu Các chất thải thải môi trƣờng nƣớc, gây mùi hôi thối, làm chậm q trình chuyển hóa hịa tan oxy vào nƣớc, dinh dƣỡng hóa nƣớc mặt, làm cản trở trình sinh trƣởng phát triển sinh vật Có nhiều phƣơng pháp xử lý nƣớc thải, nhƣng tính chất thành phần nƣớc thải khác cần lựa chọn phƣơng pháp xử lý cho phù hợp Chính mà em chọn đề tài “Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển quy trình xử lý nƣớc thải sử dụng PLC S7-300” Mục tiêu nghiên cứu đề tài Nghiên cứu lí thuyết cơng nghệ xử lý nƣớc thải Lập trình điều khiển hệ thống xử lý nƣớc thải phần mềm S7 Manager Lập trình hệ thống điều khiển giám sát mơ máy tính WinCC Đề tài em chia làm phần sau: Phần 1: Tổng quan vấn đề nghiên cứu Phần 2: Nội dung khóa luận Chƣơng 1: Tổng quan Chƣơng 2: Các thiết bị chấp hành xây dựng sơ đồ mạch động lực Chƣơng 3: Bài toán điều khiển lập trình mơ cho hệ thống xử lý nƣớc thải Trong suốt thời gian làm đề tài đƣợc giúp đỡ thầy, cô giáo mơn Kỹ thuật điện Tự đơng hóa đặc biệt hƣớng dẫn tận tình, chi tiết thầy giáo ThS Trần Kim Khuê giúp em hoàn thành khóa luận Mặc dù cố gắng nhƣng kiến thức kinh nghiệm hạn chế nên khóa luận em khơng thể tránh thiếu sót, em mong đƣợc bảo thầy cơ, để em hồn thiện tốt khóa luận tốt nghiệp Hà Nội, Ngày 16 tháng 05 năm 2019 Sinh viên thực Vũ Văn Linh NHẬN XÉT (Của giảng viên hƣớng dẫn) GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN (Chữ ký, họ tên) NHẬN XÉT (Của giảng viên phản biện) GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN (Chữ ký, họ tên) MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN .1 1.1 Khái niệm 1.2 Cơng nghệ xử lí nƣớc thải nƣớc 1.3 Cơng nghệ xử lí nƣớc thải nƣớc 1.4 Các thông số ô nhiễm đăc trƣng chất thải 1.5 Tính chất nguồn nƣớc thải cần xử lí .4 1.6 Nghiên cứu áp dụng cơng nghệ tự động hóa nƣớc thải 2.2 Các thiết bị chấp hành hệ thống nƣớc thải 2.3 Sơ đồ đấu nối thiết bị chấp hành 2.4 Các đầu đo sử dụng hệ thống xử lí nƣớc thải 17 2.5 Sơ đồ đấu nối đầu đo với PLC – 300 18 CHƢƠNG 3: BÀI TỐN ĐIỀU KHIỂN VÀ LẬP TRÌNH MƠ PHỎNG CHO S7 – 300 .19 3.1 Xây dựng tốn xử lí nƣớc thải tự động .19 3.1.1 Khảo sát tính tốn dân số 19 3.1.2 Tính tốn lƣu lƣợng nƣớc thải 19 3.1.3 Cơ sở đề xuất công nghệ xử lý 19 3.1.4 Thống kê thiết bị điện có dây chuyền XLNT 21 3.2 Xây dựng lƣu đồ thuật toán 33 3.2.1 Điều khiển bơm P1 vào Bể cân 33 3.2.1 Điều chỉnh pH Bể trung hoà 37 3.2 Viết chƣơng trình điều khiển cho S7 – 300 40 3.2.1 Các bƣớc tạo viết chƣơng trình điều khiển cho S7 - 300 40 3.2.2 Chƣơng trình điều khiển cho S7 – 300 46 THIẾT KẾ PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT CHO HỆ THỐNG XỬ LÍ NƢỚC THẢI Error! Bookmark not defined 4.1 Thiết kế giao diện phần mềm WinCC Error! Bookmark not defined 4.2 Lƣu trữ, báo cáo thống kê hoạt động hệ thống Error! Bookmark not defined 4.3 Vận hành hệ thống, chạy mô Error! Bookmark not defined CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN 61 5.1 Giới hạn đề tài .61 5.2 Kết luận kiến nghị 61 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: khối lƣợng chất rắn có nƣớc thải sinh hoạt (g/ngƣời.ngày) Bảng 1.2: Tính chất nguồn nƣớc thải cần xử lý Bảng 2.1: Đầu Bảng 2.2: Đầu vào .10 Bảng 3.1: Hệ số điều hòa phụ thuộc vào lƣu lƣợng .19 Bảng 3.2: So sánh chất lƣợng nƣớc thải sau xử lý với QCVN 14:2008/BTNMT .20 Bảng 3.3: Các biến sử dụng hệ thống 21 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 2.1: Ngun lý đấu dây Module EM323 11 Hình 2.2: CPU 312 Module EM323 Siemens 11 Hình 2.3: Bộ nguồn 24VDC cấp cho CPU 312 Module EM323 Siemens 12 Hình 2.5: Sơ đồ dấu nối thiết bị đầu vào Error! Bookmark not defined Hình 2.6: Mạch động lực động bơm nút ấn 14 Hình 2.7: Mạch động lực Động bơm định lƣợng, Động máy khuấy, Động sục khí 14 Hình 2.8: Mạch động lực Động máy gạt bùn, Động bơm bùn, Động máy ép bùn 16 Hình 3.1: Transmitter MAG 5000 SIEMENS 22 Hình 3.2: MAG 5100W SIEMENS 23 Hình 3.3: Clorator 23 Hình 3.4 : Cảm biến phát rị rỉ khí Clo 24 Hình 3.4: Máy khuấy 26 Hình 3.5: Máy bơm chìm nƣớc thải APP KS-50 GT HP (có dao cắt) 27 Hình 3.6: Cảm biến nhiệt độ PT100 28 Hình 3.7: PM6RTD 29 Hình 3.8: Đồng hồ đo lƣu lƣợng EFM-115 30 Hình 3.9: Bảng chọn model tất dòng đồng hồ đo lƣu lƣợng EFM-115 31 Hình 3.10: Model Orbipac CPF81D 33 Hình 3.11 khởi động chƣơng trình 41 Hình 3.12 khai báo 41 Hình 3.13 khai báo 42 Nhấp Hardware mở hình đặt cấu hình cứng cho trạm 42 Hình 3.14 đặt câú hình cứng cho trạm 42 Hình 3.15 đặt câú hình cứng cho trạm 43 Hình 3.16 đặt câú hình cứng cho trạm Error! Bookmark not defined Hình 3.17 đặt câú hình cứng cho trạm 43 Error! Bookmark not defined 44 44 Error! Bookmark not defined 45 Error! Bookmark not defined 45 46 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Khái niệm Nƣớc thải sinh hoạt nƣớc đƣợc sử dụng ngƣời chứa tất chất bẩn sau sử dụng Nó đƣợc sinh nhu cầu hàng ngày, nhƣ tắm rửa, vệ sinh, từ cống nƣớc loại nƣớc tắm rửa ngƣời, giặt giũ, chế biến thực phẩm, nấu ăn, vệ sinh nhà bếp,… Đặc trƣng nƣớc thải sinh hoạt là: hàm lƣợng chất hữu cao (55-65% tổng lƣợng chất bẩn), chứa nhiều vi sinh vật có vi sinh vật gây bệnh, vi khuẩn phân hủy chất hữu cần thiết cho q trình chuyển hóa chất bẩn nƣớc thải 1.2 Cơng nghệ xử lí nƣớc thải nƣớc Cơng nghệ xử lí nƣớc thải AFBR (Advance Fixed Bed Reactor) ứng dụng để xử lí chất hữu hòa tan nƣớc thải nhƣ số chất vơ Cơng nghệ xử lí nƣớc thải MBR (Membrane Bio-Reactor – MBR hay gọi màng MBR) bể thiết bị sinh học xử lí nƣớc thải áp dụng kĩ thuật bùn hoạt tính AS phân tán có kết hợp với màng lọc tách vi sinh Cơng nghệ đẩy nồng độ vi sinh hay bùn hoạt tính bể MBR lên tới 15g/l Công nghệ xử lý nƣớc thải AAO Anaerobic – Anoxic – Oxic (Kị khí – Thiếu khí – Hiếu khí) đƣợc ứng dụng cho loại nƣớc thải có tỷ lệ BOD/COD > 0.5, hàm lƣợng hợp chất hữu dễ phân hủy sinh học cao Công nghệ AAO có khả xử lý triệt để hàm lƣợng chất dinh dƣỡng (Nito, photpho) cao Với đặc điểm vận hành ổn định Bởi khả ứng dụng rộng rãi công nghệ Mặc dù vấn đề cần phải xử lý, hóa lý trƣớc sinh học (trừ xử lý bậc cao) nhƣng có nhiều hệ thống xử lý nƣớc thải xây dựng sử dụng q trình sử lý sinh học trƣớc hóa lý Ngun nhân có nhiều cơng ty chƣa có kinh ngiệm lĩnh vực xử lý nƣớc thải áp dụng khơng q trình xử lý nên hiệu xử lý thấp Để xác định đƣợc loại hóa chất phù hợp với loại nƣớc thải cần phải test thử mẫu trƣớc ứng dụng vào thực tế 1.3 Cơng nghệ xử lí nƣớc thải nƣớc ngồi Cùng với phát triển sản xuất cơng nghiệp, xử lý nƣớc thải công nghiệp vấn đề vô quan trọng, bảo đảm cho mơi trƣờng sống đồng thời góp phần vào phát triển bền vững kinh tế quốc gia giới Tại nhiều nƣớc có công nghiệp phát triển cao nhƣ Nhật, Mỹ, Anh, Pháp, hệ thống xử lý nƣớc thải công nghiệp đƣợc nghiên cứu đƣa vào ứng dụng từ lâu, đặc biệt thành tựu tiên tiến lĩnh vực tự động hoá đƣợc áp dụng đem lại hiệu kỹ thuật, kinh tế xã hội vô to lớn Nhiều hãng đầu lĩnh vực nhƣ USFilter, Aquatec Maxcon, Hunter Water Corporation (HWC), Global Industries.Inc đƣa giải pháp công nghệ xử lý nƣớc thải đại Những công nghệ tự động hố cơng ty hàng đầu giới nhƣ SIEMENS, AB, YOKOGAWA, đƣợc sử dụng rộng rãi cơng trình xử lý nƣớc thải Có thể nói trình độ tự động hố xử lý nƣớc thải đạt mức cao, tất công việc giám sát, điều khiển thực đƣợc Trung tâm, ngƣời vận hành đƣợc hỗ trợ công cụ đơn giản, dễ sử dụng nhƣ giao diện đồ hoạ PC, điều khiển kích chuột, góp phần nâng hiệu cho công việc quản lý điều hành dây chuyền công nghệ Ngồi với phát triển cơng nghệ thông tin viễn thông, khoảng cách không gian thời gian đƣợc rút ngắn, cho phép ngƣời vận hành điều khiển từ cách xa hàng ngàn km với máy tính PC nhận đƣợc thông tin hệ thống thông qua SMS Hơn thế, hệ thống tự động hoá xử lý nƣớc thải cịn đƣợc tích hợp với hệ thống điều hành cấp độ điều khiển cao nhƣ cấp điều hành sản xuất (manufacturing execution: workflow, order tracking, resources), cấp xí nghiệp (enterprise:Production planning, orders, purchase) cấp quản trị (administration:Planning, Statistics, Finances) nhằm nâng cao mức tự động hoá tối ƣu hoá q trình sản xuất Ngồi ra, lĩnh vực điều khiển có nhiều lý thuyết điều khiển đại đƣợc áp dụng nhƣ điều khiển mờ, mạng nơ-ron, điều khiển dự báo trƣớc (predicted control), điều khiển lai ghép (hybrid control), đƣợc ứng dụng xử lý nƣớc thải để nâng cao chất lƣợng điều khiển hiệu suất công đoạn xử lý Lý thuyết hệ chuyên gia đƣợc áp dụng mở khả tự động hố hồn tồn cho xử lý nƣớc thải Code chƣơng trình FC1 49 50 51 52 53 Code chƣơng trình FC2 54 55 56 57 Code chƣơng trình FC3 58 3.4 Vận hành hệ thống, chạy mơ Hình 3.24 Cài đặt thơng số tiêu chu n hệ thống Hình 3.25 Chạy mơ phần mềm WinCC 59 Hình 3.26 Chạy mô phần mềm S7-300 60 KẾT LUẬN Giới hạn đề tài Đề tài dừng mức độ nghiên cứu nên khơng có sản phẩm, dừng lại nghiên cứu mô hoạt động phần mềm Kết luận kiến nghị So với mục tiêu đề e tìm hiểu lập trình đƣợc chƣơng trình, mơ đƣợc phần mềm WinCC Trong khóa luận em sử dụng phƣơng pháp tìm hiểu qua tài liệu sách giáo trình, tìm tài liệu mạng internet Tuy thời gian có hạn hẹp, nhƣng đƣợc hƣớng dẫn tận tình thầy Trần Kim Khuê với cố gắng thân, em hồn thành đồ án theo thời gian qui định Sau hoàn thành đồ án điều khiển logic này, em tìm hiểu nắm vững kiến thức sau: Quy trình xử lí cấu trúc hệ thống nƣớc thải Hiểu biết kết cấu, nguyên lí làm việc, cách sử dụng, phƣơng pháp lập trình PLC Đƣa đƣợc lƣu đồ thuật toán, lƣu đồ điều khiển để vận hành hệ thống, dựa vào lập trình đƣợc chƣơng trình điều khiển Hạn chế, tồn Tuy nhiên, đồ án làm thời gian ngắn, điều kiện tài liệu thiếu kiến thức thực tế thân em nhiều hạn chế, nên báo cáo không tránh khỏi sai sót có hạn chế nhƣ sau: Do thiết bị cịn lạ, chƣa tìm đủ tài liệu cần thiết nên đồ án việc trình bày thiết bị nhƣ PLC, clorator, cảm biến loại cịn thiếu sót Do kiến thức lập trình cịn nhiều hạn chế nên chƣơng trình điều khiển cịn dài phức tạp Hƣớng phát triển đề tài Em mong muốn đƣợc đầu tƣ nhiều thời gian nhƣ kinh phí để đề tài phát triển thành sản phẩm hoàn thiện 61 Cuối cùng, lần em xin gửi lời cảm ơn đến thầy Trần Kim Khuê trực tiếp hƣớng dẫn bảo tận tình giúp chúng em hồn thành khóa luân tốt nghiệp 62 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ThS NGHUYỄN XUÂN QUANG, giáo trình PLC S7-300 lý thuyết ứng dụng, NXB TP.HCM Trang web: http://luanvan.co/default.aspx Trang web: https://www.youtube.com/watch?v=VikVi7fNP1g Trang web: https://www.youtube.com/watch?v=y5UYzKdG_9o 63 ... thải sử dụng PLC S7-300? ?? Mục tiêu nghiên cứu đề tài Nghiên cứu lí thuyết cơng nghệ xử lý nƣớc thải Lập trình điều khiển hệ thống xử lý nƣớc thải phần mềm S7 Manager Lập trình hệ thống điều khiển. .. nhiều hệ thống xử lý nƣớc thải xây dựng sử dụng q trình sử lý sinh học trƣớc hóa lý Ngun nhân có nhiều cơng ty chƣa có kinh ngiệm lĩnh vực xử lý nƣớc thải áp dụng khơng q trình xử lý nên hiệu xử lý. .. công nghệ xử lý nƣớc thải đại Những công nghệ tự động hố cơng ty hàng đầu giới nhƣ SIEMENS, AB, YOKOGAWA, đƣợc sử dụng rộng rãi cơng trình xử lý nƣớc thải Có thể nói trình độ tự động hố xử lý