Giám sát và điều khiển tháp điều hòa nhiệt độ trong hệ thống xử lý nước thải

MỤC LỤC NỘI DUNG TRANG Nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp i Lịch trình thực đồ án tốt nghiệp ii Lời cam đoan iii Lời cảm ơn iv Mục lục v Liệt kê hình viii Liệt kê bảng x Tóm tắt xi CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.2 MỤC TIÊU 1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 1.4 GIỚI HẠN 1.5 BỐ CỤC CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 QUY TRÌNH HOẠT ĐỘNG THÁP GIẢI NHIỆT 2.1.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢI NHIỆT 2.1.2 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA THÁP GIẢI NHIỆT 2.2 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG 2.2.1 PLC S7 - 1200 2.2.1.1 PHÂN LOẠI 2.2.1.2 CẤU TRÚC BÊN TRONG 2.2.1.3 SƠ ĐỒ ĐẤU DÂY PLC v 2.2.2 MODULE MỞ RỘNG 2.2.3 BIẾN TẦN 2.2.4 HMI 11 2.2.5 TRANSMITER T120 11 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG 12 3.1 GIỚI THIỆU 12 3.2 THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG 12 3.2.1 SƠ ĐỒ KHỐI 12 3.2.2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG 16 3.2.2.1 SƠ ĐỒ KẾT NỐI 16 3.2.2.2 THI CÔNG TỦ ĐIỀU KHIỂN 17 3.2.2.3 THI CƠNG MƠ HÌNH 18 CHƯƠNG 4: LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG 20 4.1 YÊU CẦU HỆ THỐNG 20 4.2 LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT 20 4.3 PHẦN MỀM LẬP TRÌNH CHO PLC VÀ HMI 22 4.3.1 GIỚI THIỆU PHẦN MỀM LẬP TRÌNH 22 4.3.2 CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 22 4.4 VIẾT TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN VẬN HÀNH HỆ THỐNG 22 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ 24 5.1 KẾT QUẢ 24 5.2 NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ 26 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 27 6.1 KẾT LUẬN 27 6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 28 vi TÀI LIỆU THAM KHẢO 30 PHỤ LỤC 30 vii LIỆT KÊ HÌNH VẼ Hình Trang Hình 2.1: Ngun lý hoạt động tháp giải nhiệt Hình 2.2: Cấu trúc bên Hình 2.3: Sơ đồ đấu dây S7 - 1200 Hình 2.4: CPU 1200 module mở rộng Hình 2.5: Sơ đồ kết nối Module Analog SM 1234 Hình 2.6: Sơ kết nối biến tần MM 440 10 Hình 2.7: Hình ảnh HMI 11 Hình 2.8: Hình ảnh T120 11 Hình 3.1: Sơ đồ khối 12 Hình 3.2: Sơ đồ đấu dây S7 - 1200 13 Hình 3.3: Bộ nguồn SITOP 13 Hình 3.4: Sơ đồ kết nối Pt100 14 Hình 3.5: Hình ảnh HIM 14 Hình 3.6: Biến tần MM440 14 Hình 3.7: Nhiệm vụ chân kết nối 15 Hình 3.8: Hình ảnh thực tế 15 Hình 3.9: Sơ đồ kết nối T120 16 Hình 3.10: Sơ đồ kết nối 16 Hình 3.11: Hình ảnh kết nối thực tế 17 Hình 3.12: Hình ảnh lắp đặt bên tủ điều khiển 17 Hình 3.13: Mặt trước tủ điều khiển 18 Hình 3.14: Đế tháp 18 Hình 3.15: Thân tháp 19 Hình 3.16: Tháp giải nhiệt hồn chỉnh 19 Hình 4.1: Luu đồ giải thuật 21 Hình 5.1: HMI hiển thị nhiệt độ tần số 24 Hình 5.2: Nhiệt độ nước đầu vào 24 Hình 5.3: Nhiệt độ nước sau xử lý 25 Hình 5.4: Tháp giải nhiệt hoạt động 25 Hình 6.1: Tháp giải nhiệt hồn chỉnh 27 Hình 6.2: HMI hiển thị nhiệt độ tần số 28 viii Hình 6.3: PC hiển thị nhiệt độ tần số 28 ix LIỆT KÊ BẢNG Bảng Trang Bảng 2.1: Các đặc điểm S7 - 1200…………………………………… Bảng 2.2: Thông số module……………………………………………………7 Bảng 2.3: Thông số kỹ thuật biến tần MM 440……………………………………9 x TÓM TẮT Cùng với phát triển sản xuất không ngừng công nghiệp, hệ thống SCADA đời nhằm đáp ứng vấn đề vô quan trọng, bảo đảm an toàn cho người vận hành nhà máy Trên nhiều nước giới có cơng nghiệp phát triển Mỹ, Đức, Anh, Nhật Hệ thống SCADA đưa vào ứng dụng nhà máy từ lâu, đặc biệt thành tựu tiên tiến lĩnh vực tự động hóa ứng dụng đem lại hiệu kỹ thuật, kinh tế vô to lớn Nhiều hãng đầu lĩnh vực SIEMEN, ABB, MITSUBISHI, đưa hệ thống SCADA đại Có thể nói hệ thống SCADA đạt đến mức cao, công việc giám sát, điều khiển thực trung tâm Tại người vận hành điều khiển, giám sát PC, hổ trợ công cụ đơn giản, dễ sử dụng Cùng với phát triển công nghệ thông tin viễn thông, cho phép người vận hành điều khiển từ khoảng cách xa hàng ngàn Km với PC Nhằm vận dụng kiến thức trang bị trình học tập nhà trường vào thực tế nhóm em chọn đề tài “GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN THÁP ĐIỀU HÒA NHIỆT ĐỘ TRONG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI” Nội dung hệ thống xử lý tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ đưa điều khiển hoạt động quạt để hút nóng từ nước thải để giảm nhiệt độ Nhóm em vận dụng kiến thức, lực đạt trình học tập trường đánh giá qua đợt bảo vệ đồ án tốt nghiệp Nhóm cố gắng tận dụng kiến thức học với tìm hiểu, nghiên cứu hướng dẫn tận tình giáo viên hướng dẫn với Thây/Cô thuộc Khoa Điện – Điện Tử để hồn thành tốt đồ án Trong q trình thực đề tài chắn không tránh khỏi thiếu sót, mong q Thầy/Cơ bạn thơng cảm Nhóm em mong nhận ý kiến đóng góp từ quý Thầy/Cô ban Xin chân thành cảm ơn! xi CHƯƠNG TỔNG QUAN Chương TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Đất nước ta đường cơng nghiệp hóa, đại hóa Dưới tốc độ phát triển không ngừng công nghiệp, thị hóa gia tăng dân số, tài nguyên nước vùng lãnh thổ chịu ảnh hưởng nặng nề Hệ môi trường nước nhiều khu đô thị, công nghiệp ngày bị ô nhiễm nước thải, khí thải chất thải rắn Ơ nhiễm nước sản xuất cơng nghiệp đóng vai trị lớn ô nhiễm môi trường nước, bên cạnh nước thải sinh hoạt Chính vậy, chúng em chọn đề tài “GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN THÁP ĐIỀU HÒA NHIỆT ĐỘ TRONG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI” Với yêu cầu ứng dụng thực tế trên, đối tượng đề tài thực tháp giải nhiệt Điều khiển tốc độ quạt tháp giải nhiệt để thay đổi lưu lượng gió, ổn định nhiệt độ mơi trường nước thải sau qua tháp giải nhiệt Khoa học kỹ thuật ngày phát triển, đặc biệt ngành tự động hóa, ứng dụng rộng rãi đời sống, cơng nghiệp Vì cần có điều khiển xác đáng tin cậy, PLC lựa chọn tốt cho ứng dụng công nghiệp với độ xác độ tin cậy cao 1.2 MỤC TIÊU Ổn định nhiệt độ nước thải theo yêu cầu hệ thống xử lý nước thải cơng nghiệp dựa mơ hình thực tế 1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU  NỘI DUNG 1: Thu thập số liệu quy trình hệ thống xử lý nước thải công nghiệp  NỘI DUNG 2: Các giải pháp phát triển tháp giải nhiệt hệ thống xử lý nước thải công nghiệp  NỘI DUNG 3: Thi công tháp giải nhiệt  NỘI DUNG 4: Điều khiển vận hành mơ hình tháp giải nhiệt  NỘI DUNG 5: Nhận xét, đánh giá kết thực hiền đề tài BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP CHƯƠNG TỔNG QUAN GIỚI HẠN 1.4 Chưa áp dụng giải thuật thông minh vào việc điều khiển tháp giải nhiệt BỐ CỤC 1.5  Chương 1: Tổng quan Chương đặt vấn đề dẫn nhập lý chọn đề tài, mục tiêu, nôi dung nghiên cứu, giới hạn thông số bố cục đồ án  Chương 2: Cơ sở lý thuyết Nội dung chương trình bày lý thuyết có liên quan đến vấn đề mà đề tài dùng để thực thiết kế, thi công cho đề tài  Chương 3: Thiết kế thi công Trong chương đặt yêu cầu cho hệ thống, lựa chọn phương án thiết kế thi cơng hệ thống hồn thiện  Chương 4: Thi công điều khiển hệ thống Chương trình bày q trình thi cơng mơ hình, phần cứng chương trình xử lý tháp giải nhiệt  Chương 5: Kết quả, nhận xét đánh giá Phần trình bày kết trình nghiên cứu thực đề tài, nhận xét đánh giá sản phẩm mơ hình có đạt hay khơng, có ứng dụng vào thực tế hay không  Chương 6: Kết luận hướng phát triển Chương kết luận sản phẩm mơ hình có đạt mục tiêu đề hay không, đưa hướng giải quyết, khắc phục phát triển đề tài BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 QUY TRÌNH HOẠT ĐỘNG THÁP GIẢI NHIỆT 2.1.1 Các phương pháp giải nhiệt - Phương pháp sục khí trực tiếp - Phương pháp tưới mưa - Phương pháp dùng tháp giải nhiệt 2.1.2 Nguyên lý làm việc tháp giải nhiệt Tháp giải nhiệt làm thiết bị làm giảm nhiệt độ nước dựa nguyên tắc tạo mưa làm mát gió Ngun lý làm việc tháp sau: Hình 2.1: Nguyên lý hoạt động tháp giải nhiệt [5] Tháp giải nhiệt thiết kế luồng khơng khí đưa từ bên theo hướng ngược với lưu lượng nước Ban đầu nguồn khơng khí tiếp xúc với mơi trường màng BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP CHƯƠNG LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG Chương LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG 4.1 YÊU CẦU HỆ THỐNG Yêu cầu đặt hệ thống người dùng điều khiển giám sát hệ thống:  Điều khiển hệ thống hình HMI PC  Giám sát nhiệt độ tần số 4.2 LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 20 CHƯƠNG THI CÔNG HỆ THỐNG BẮT ĐẦU Quạt hoạt động 40Hz Van mở Timer hoạt động S t1=10s Đ Bơm chạy Timer hoạt động S t2=60s Đ Đọc nhiệt độ Quạt chạy theo nhiệt độ TO < 30 Đ Tắt biến tần S TO 35o timer hoạt động, timer đếm đến 10s van đóng van mở Khi nhấn STOP hệ thống ngừng hoạt động 4.3 PHẦN MỀM LẬP TRÌNH CHO PLC VÀ HMI 4.3.1 Giới thiệu phần mềm lập trình Để lập trình cho PLC S7 – 1200 chọn phần mềm SIMATIC TIA Portal STEP SP1 Phần mềm SIMATIC TIA Portal STEP SP1 cung cấp môi trường thân thiện với người dùng, tự hiệu chỉnh, thư viện điều chỉnh logic cần thiết đến ứng dụng điều khiển SIMATIC TIA Portal STEP SP1 cung cấp công cụ cho quản lý cấu hình tất thiết bị project, ví dụ như: PLC thiết bị HMI SIMATIC TIA Portal STEP SP1 cung cấp hai ngôn ngữ lập trình (LAD FBD), thích hợp hiệu cải tiến lập trình điều khiển ứng dụng Ngồi SIMATIC TIA Portal STEP SP1 cịn cung cấp cơng cụ tạo cấu hình thiết bị HMI 4.3.2 CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN Xem phần phụ lục 4.4 VIẾT TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN VẬN HÀNH HỆ THỐNG Các bước thực hiên vận hành hệ thống: Bước 1: Cấp nguồn 220VAC cho hệ thống BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 22 CHƯƠNG THI CÔNG HỆ THỐNG Bước 2: Kiểm tra xem thiết bị có nguồn chưa, PLC có báo lỗi khơng hình có hiển thị nhiệt độ chưa Bước 3: Nhấn phím START hình HMI theo dõi thiết bị hình HMI Bước 4: Nhấn phím START hình HMI để dừng hệ thống Bước 5: Tắt nguồn 220VAC cho hệ thống kết thúc trình vận hành hệ thống BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 23 CHƯƠNG KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ Chương KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ 5.1 KẾT QUẢ Hình 5.1: HMI hiển thị nhiệt độ tần số Hình 5.2: Nhiệt độ nước đầu vào BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 24 CHƯƠNG KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ Hình 5.3: Nhiệt độ nước sau xử lý Hình 5.4: Tháp giải nhiệt hoạt động  Thi cơng mơ hình sử dụng vào thực tế  Hệ thống đáp ứng mục tiêu đề  Hệ thống chạy thực nghiệm với công suất bơm m3/h giảm nhiệt độ nước từ 60 oC xuống 32 ~ 35 oC motor quạt chạy với tần số 15 ~ 20 Hz nhiệt độ môi trường 31oC  Điều khiển giám sát HMI PC  Tiết kiệm lượng so với tháp giải nhiệt thông thường BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 25 CHƯƠNG KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ 5.2 NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ  Phát triển hệ thống thành hệ thống giải nhiệt khép kín cho thiết bị cần giải nhiệt nước công nghiệp  Sử dụng giải thuật PID giải thuật thông minh nơ-ron nhân tạo, điều khiển mờ để tăng độ xác cho hệ thống BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 26 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.1 KẾT LUẬN  Sau thời gian tìm hiểu nghiên cứu nhóm làm hồn tất mơ hình sử dụng thực tế  Điều khiển vận hành dễ dàng theo yêu cầu đề tài đặt  Người vận hành điều khiển giám sát dễ dàng hình HMI  Hệ thống chạy thực nghiệm với công suất bơm m3/h giảm nhiệt độ nước từ 60 oC xuống 32 ~ 35 oC motor quạt chạy với tần số 15 ~ 20 Hz nhiệt độ môi trường 31oC  Tiết kiệm lượng so với tháp giải nhiệt thông thường  Hệ thống giám sát điều khiển từ xa thơng qua PC Hình 6.1: Tháp giải nhiệt hồn chỉnh BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 27 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Hình 6.2: HMI hiển thị nhiệt độ tần số Hình 6.33: PC hiển thị nhiệt độ tần số 6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN  Phát triển hệ thống thành hệ thống giải nhiệt khép kín cho thiết bị cần giải nhiệt nước cơng nghiệp BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP 28 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN  Sử dụng giải thuật PID giải thuật thông minh nơ-ron, mờ để tăng độ xác cho hệ thống BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 29 TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tham khảo [1] Hugh Jack, Automation Manufacturing Systems whith PLCs, April 14 2005 [2] Bộ môn ĐKTĐ, Bài giảng Điều khiển lập trình, 2015 [3] Phan Minh Xn, Nguyễn Dỗn Phước, Tự động hóa với SIMATIC S7-200, S7300, Nhà xuất nơng nghiệp, 1999 [4] LA Bryan, Programmable Controller, Industrial Text Company Publication, 1997 [5] www.baoanjsc.com.vn [6] https://support.industry.siemens.com PHỤ LỤC ĐOẠN CODE CHƯƠNG TRÌNH CHÍNH BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP 30 PHỤ LỤC BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 31 PHỤ LỤC BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 32 PHỤ LỤC BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 33 PHỤ LỤC BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 34 ... trường vào thực tế nhóm em chọn đề tài “GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN THÁP ĐIỀU HÒA NHIỆT ĐỘ TRONG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI” Nội dung hệ thống xử lý tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ đưa điều khiển hoạt động... TRÌNH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG Chương LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG 4.1 YÊU CẦU HỆ THỐNG Yêu cầu đặt hệ thống người dùng điều khiển giám sát hệ thống:  Điều khiển hệ thống hình HMI PC  Giám sát nhiệt. .. SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN THÁP ĐIỀU HÒA NHIỆT ĐỘ TRONG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI” Với yêu cầu ứng dụng thực tế trên, đối tượng đề tài thực tháp giải nhiệt Điều khiển tốc độ quạt tháp giải nhiệt để thay đổi