BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TÀI LIỆU THAM KHẢO BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN ⸙∆⸙ ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐỀ TÀI Điều Khiển Và Giám.
BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN -⸙∆⸙ - ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐỀ TÀI: Điều Khiển Và Giám Sát Trạm Xử Lý Nước Thải GVHD: Nguyễn Tấn Đời SVTH: Trần Văn Đẩu MSSV: 20651005 Trần Đình Quang 20651017 Nguyễn Hữu Tân 20651019 Nguyễn Thế Kỷ 20651011 Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2022 Lời cảm ơn Ngày nay, nước ta đẩy mạnh cơng nghiệp hóa – đại hóa, hội nhập kinh tế Quốc tế nhằm đưa đất nước phát triển, trở thành nước công nghiệp Song song với việc trọng phát triển ngành kinh tế việc cập nhật, nắm bắt cơng nghệ đại ngày phát triển toàn thể nhân loại quan trọng Sinh viên chủ nhân tương lai Đất nước, xã hội Đồ án Mơn học kiến thức quan trọng sinh viên trước trường, kết tích luỹ q trình học tập, vận dụng kiến thức học vào thực tế, giúp cho sinh viên thực hóa khả sáng tạo thân, tự tin trường Và q trình hồn thành đề tài: “Hệ thống giám sát xử lý nước thải sử dụng PLC S7-1200”, thân em người nhóm học hỏi nhiều kiến thức, kinh nghiệm quý báu thực đề tài với giúp đỡ nhiệt tình Thầy Nguyễn Tấn Đời Tuy có nhiều cố gắng q trình thực đề tài không tránh khỏi sai sót, mong quý thầy bỏ qua giúp đỡ để em hồn thành tốt nhiệm vụ củng cố kiến thức ngày vững vàng nhằm trang bị kiến thức cần thiết để tạo bước đệm trường làm Em xin chân thành cảm ơn thầy cô khoa Điện – Điện Tử đặc biệt Th.S Nguyễn Tấn Đời quan tâm, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi giúp em hồn thành đề tài thời hạn giao Mục lục Lời cảm ơn i Mục lục .ii Chương Hệ SCADA Công Nghiệp 1.1 Giới Thiệu Về Hệ SCADA 1.2 Phần Cứng Trong Hệ SCADA 1.3 Phần Mềm Trong Hệ SCADA 1.4 Ứng Dụng Của Hệ SCADA .2 Chương THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI 2.1 Giới Thiệu Về Hệ Thống 2.1.1 Mô tả phần cứng hệ thống .4 2.1.2 Quy trình vận hành hệ thống 2.2 Thiết Kế Sơ Đồ Khối Và Chức Năng 2.2.1 Sơ đồ khối chức điện 2.2.2 Nhiệm vụ khối 2.3 Chọn Và Giới Thiệu Thiết Bị Cho Từng Khối 2.4 Sơ Đồ Nối Dây PLC Và Thiết Bị .8 2.4.1 Sơ đồ mạch động lực .8 2.4.2 Sơ đồ mạch PLC Chương ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI 3.1 Yêu Cầu Điều Khiển Hệ Thống 3.2 Thiết Kế Lưu Đồ Điều Khiển 10 3.3 Yêu Cầu Giám Sát Hệ Thống 10 3.4 Thiết Kế Giao Diện SCADA 11 Chương KẾT QUẢ VÀ KẾT LUẬN .14 4.1 Kết Quả Thực Hiện 14 4.2 Kết Luận 18 Bảng Phân Chia Công Việc Thực Hiện Đề Tài 20 CHƯƠNG HỆ SCADA CÔNG NGHIỆP Chương Hệ SCADA Công Nghiệp 1.1 Giới Thiệu Về Hệ SCADA SCADA (viết tắt tiếng Anh: Supervisory Control And Data Acquisition) hiểu theo nghĩa truyền thống hệ thống điều khiển giám sát thu thập liệu Nhằm hỗ trợ người trình giám sát điều khiển từ xa Theo định nghĩa SCADA hệ thống yếu tố phần mềm phần cứng cho phép tổ chức công nghiệp: Kiểm sốt quy trình cơng nghiệp local địa điểm từ xa Theo dõi, thu thập xử lý liệu thời gian thực Tương tác trực tiếp với thiết bị cảm biến, van, máy bơm, động nhiều thứ khác thông qua phần mềm giao diện người-máy (HMI) Ghi kiện vào file nhật ký CSDL 1.2 Phần Cứng Trong Hệ SCADA Tuỳ thuộc vào hãng chế tạo,các hệ SCADA mang đặc điểm khác nhau, nhiên phần cứng hệ SCADA bao gồm phần sau: - Máy tính PC với dịch vụ truyền thơng chuẩn chương trình giao diện đồ hoạ thiết kế sẵn - Các điều khiển logic có khả lập trình PLC (Programmable Logic Controller) - Các transmitter/ RTU thông minh - Card mạng hệ thống cáp nối theo phục vụ cho trình thu thập điều khiển 1.3 Phần Mềm Trong Hệ SCADA Phần mềm hệ SCADA chương trình thực nhiệm vụ cụ thể hệ SCADA Phần mềm phải có khả thu thập liệu theo thời gian thực có khả điều khiển đáp ứng yêu cầu kĩ thuật hệ thống Ngồi ra, phần mềm SCADA phải có khả kết nối mạng, chẳng hạn Internet hay Ethenet để truyền báo cáo nhiều hình thức khác (dạng bảng thống kê, dạng biểu đồ hay đồ thị) Tuy nhiên, thực tế có số hệ thống thường gọi SCADA, hệ thống thực chức thu thập liệu Vậy phần mềm SCADA hệ thống yếu tố phần mềm phần cứng giúp: BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG CHƯƠNG HỆ SCADA CÔNG NGHIỆP Kiểm sốt quy trình cơng nghiệp local địa điểm từ xa Theo dõi, thu nhập xử lý liệu thời gian thực Tương tác trực tiếp với thiết bị cảm biến, van, máy bơm, động nhiều thứ khác thông qua phần mềm giao diện người-máy (HMI) Ghi kiện vào file nhật ký CSDL Các hệ thống SCADA quan trọng tổ chức cơng nghiệp Bởi chúng giúp trì hiệu quả, xử lý liệu cho định thông minh Và truyền đạt vấn đề hệ thống để giúp giảm thiểu downtime Kiến trúc phần mềm SCADA bắt đầu điều khiển logic lập trình (PLC) thiết bị đầu cuối từ xa (RTUs) PLC RTU máy vi tính giao tiếp với loạt đối tượng máy nhà máy, HMI, cảm biến thiết bị đầu cuối Sau định tuyến thơng tin từ đối tượng đến máy tính có phần mềm SCADA Và phần mềm xử lý, phân phối hiển thị liệu, giúp nhà khai thác nhân viên khác phân tích liệu đưa định quan trọng 1.4 Ứng Dụng Của Hệ SCADA SCADA có nhiều ứng dụng khác nhau, từ đơn vị nhỏ đến nhà máy lớn chí doanh nghiệp, tập đồn có nhiều nhà máy Giám sát hữu ích khía cạnh tự động hóa cho phép thu thập liệu hữu ích Dữ liệu khơng giúp giảm chi phí sản xuất mà cịn giúp cải thiện hiệu trình sản xuất giảm chi phí bảo trì SCADA cung cấp cho liệu để phân tích Nhiều ngành cơng nghiệp sử dụng số loạt ứng dụng SCADA để giám sát điều khiển quy trình họ Tuy nhiên, ngành có yêu cầu khác cần thiết phải giám sát điều khiển Hệ thống SCADA dành cho ngành dầu khí hồn tồn khác với hệ thống SCADA cho hệ thống điện nhà máy điện Mỗi ngành cơng ty riêng lẻ có u cầu khác hệ thống SCADA mà họ sử dụng Một số cơng ty lớn có nhiều nhà máy, công ty khác nhà máy chí hệ thống chế biến Có thể liệt kê số lĩnh vực, ngành công nghiệp sử dụng hệ thống SCADA nhiều như: BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG CHƯƠNG HỆ SCADA CÔNG NGHIỆP Sản xuất Nhà máy lượng Nhà máy xử lý nước, nước thải Ngành dược Thực phẩm đồ uống Cơng nghiệp dầu khí Tái chế vv BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG CHƯƠNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI Chương THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI 2.1 Giới Thiệu Về Hệ Thống 2.1.1 Mô tả phần cứng hệ thống Hình ảnh hệ thống xử lý nước thải thực tế: Trong thực tế, hệ thống xử lý nước thải có kết cấu phần gồm nhiều bể chứa có chức khác nhau, tuỳ thuộc vào nguồn nước thải mà có cách xử lý phù hợp Kết nối bể hệ thống bơm, van điện từ cảm biến mực chất lỏng để vận chuyển nước qua giai đoạn Theo giai đoạn xử lý bể có cảm biến thu thập liệu tương ứng, giúp việc xử lý giám sát chất lượng nước đảm bảo yêu cầu 2.1.2 Quy trình vận hành hệ thống Trong đề tài này, nhóm thực tham khảo hệ thống gồm loại bể theo trình tự xử lý sau: Bể thu gom – Bể lắng – Bể sinh học – Bể lọc - Bể thu gom có chức chứa nước thải trưc tiếp từ nguồn ban đầu - Bể lắng có chức loại bỏ cặn tạp chất có nước, bể có sử dụng quạt trộn cảm biến độ đục nước BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG CHƯƠNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI - Bể sinh học có chức bổ sung nồng độ oxi hồ tan có nước, bể có sử dụng quạt trộn cảm biến đo nồng độ oxi hoà tan - Bể lọc bể cuối chu trình lọc trên, có chức lọc lại nước lần cuối màng lọc tái sử dụng 2.2 Thiết Kế Sơ Đồ Khối Và Chức Năng 2.2.1 Sơ đồ khối chức điện 2.2.2 Nhiệm vụ khối - Khối nguồn: Cung cấp nguồn hoạt động cho thiết bị sử dụng điện hệ thống - PLC: Truyền nhận liệu với thiết bị giám sát (PC) điều khiển hệ thống theo chương trình nạp sẵn, tiếp nhận xử lý giá trị cảm biến điều khiển tải đầu hệ thống - Cảm biến: Bao gồm các cảm biến sử dụng hệ thống, có chức nhận biết kiện (tín hiệu Digital) đo đạc giá trị cần thu thập (tín hiệu Analog) trình vận hành để hồi tiếp cho PLC - Tải chấp hành: hoạt động dựa tín hiệu điều khiển PLC để giải công việc - PC: tiếp nhận liệu từ PLC Điều khiển thiết bị chấp hành gián tiếp thơng qua PLC BỘ MƠN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG CHƯƠNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI 2.3 Chọn Và Giới Thiệu Thiết Bị Cho Từng Khối PLC: Siemen S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC - Thương hiệu: Siemens - Mã sản phẩm: 6ES7 215-1BG40-0XB0 - Ngõ vào: 14DI,2AI - Ngõ ra: 10DQ - Firmware: v4.4 Cảm biến: Cảm biến phao mực nước MAC3-H07RN-F (Cảm biến On/Off) - Nguồn điện cực đại: 10A/250V - Cấp bảo vệ: IP68 - Góc chuyển mạch: 45˚ BỘ MƠN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG CHƯƠNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI Cảm biến Oxy hoà tan AQUA-DO (Cảm biến Analog) - Dải đo: 0-500mg/l - Tín hiệu ngõ ra: 4-20mA - Áp suất lớn nhất: bar Cảm biến độ đục chất lỏng GLobal Water WQ730 (Cảm biến Analog) - Dải đo: 0-50 NTU 0-1000 NTU - Tín hiệu ngõ ra: 4-20mA - Áp suất lớn nhất: bar Tải chấp hành: Bơm động điện xoay chiều pha Quạt trộn bồn chất lỏng Van điện từ BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG CHƯƠNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI 2.4 Sơ Đồ Nối Dây PLC Và Thiết Bị 2.4.1 Sơ đồ mạch động lực 2.4.2 Sơ đồ mạch PLC BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG CHƯƠNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG Chương ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI 3.1 Yêu Cầu Điều Khiển Hệ Thống Ở chế độ Auto hệ thống hoạt động theo chu trình sau: Bể (Bể thu gom): Cảm biến phao bể báo nước đầy, Van đóng lại, giây sau Bơm bắt đầu hoạt động Bể (Bể lắng): Xử lý tín hiệu Analog dùng cảm biến TSS (Cảm biến độ đục), dãy đo hoạt động khoảng 0.001~9999mg/l): - Cảm biến TSS phát độ đục 100mg/l ( Giá trị đặt thay đổi ví dụ 100) cho Quạt hoạt động - Cảm biến TSS phát độ đục 99mg/l ( Giá trị đặt thay đổi ví dụ 99) cho Quạt dừng, đồng thời Cảm biến phao bể báo nước đầy mở Van 2, sau giây Bơm bắt đầu hoạt động Bể (Bể sinh học): Xử lý tín hiệu Analog dùng cảm biến đo nồng độ oxi hoà tan DO, dãy đo hoạt động khoảng 0~500: - Cảm biến Oxi phát nồng độ Oxi có giá trị 29 ( Giá trị đặt thay đổi ví dụ 29) tác động mở Van đồng thời tác động Quạt chạy - Cảm biến Oxi phát nồng độ Oxi có giá trị 30 ( Giá trị đặt thay đổi ví dụ 30) cho Van Quạt ngưng hoạt động - Giá trị Oxi 30 đồng thời Cảm biến phao bể báo nước đầy tác động mở Van 3, sau giây Bơm bắt đầu hoạt động Bể (Bể lọc): Cảm biến phao bể báo nước đầy tác động mở Van Chu trình hoạt động lặp lại chuyển sang chế độ Man Ở chế độ Man, bật tắt tải chấp hành nút nhấn tuỳ theo nhu cầu điều khiển Ở chế độ Simulink mô + Auto hệ thống hoạt động cách độc lập để thấy rõ chu trình hệ thống hoạt động từ có nhìn bao qt BỘ MƠN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG CHƯƠNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG 3.2 Thiết Kế Lưu Đồ Điều Khiển 3.3 Yêu Cầu Giám Sát Hệ Thống Quan sát trạng thái hoạt động tải chấp hành bao gồm bơm, quạt van xả Quan sát giá trị độ đục nước nồng độ oxi hoà tan trả từ cảm biến Analog tương ứng BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG 10 CHƯƠNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG Có khả bật tắt hệ thống thông qua giao diện HMI 3.4 Thiết Kế Giao Diện SCADA -Thêm phần mềm WinCC RT: Thêm hình Win CC Tia Portal - Thêm module Profinet: Thêm Module Profinet - Tạo kết nối Win CC PLC: BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG 11 CHƯƠNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG Kết nối PLC Win CC - Thiết kế giao diện điều khiển: BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG 12 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ KẾT LUẬN Chương KẾT QUẢ VÀ KẾT LUẬN 4.1 Kết Quả Thực Hiện Chế độ Auto Giai đoạn 1: BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG 13 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ KẾT LUẬN Bể thu gom đầy, cảm biến phao đóng, van đóng, bơm chạy Đồng thời cảm biến TSS bể lắng phát độ đục bể lắng 100mg/l cho Quạt chạy Giai đoạn 2: BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG 14 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ KẾT LUẬN Cảm biến phao bể báo nước đầy mở Van 2, Bơm bắt đầu hoạt động Giai đoạn 3: BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG 15 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ KẾT LUẬN Cảm biến Oxi bể sinh học phát nồng độ Oxi có giá trị 29 ( Giá trị thay đổi ví dụ 29) tác động mở Van đồng thời tác động Quạt chạy hoà tan Oxi vào nước Giai đoạn 4: BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG 16 ... THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI Chương THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI 2.1 Giới Thiệu Về Hệ Thống 2.1.1 Mô tả phần cứng hệ thống Hình ảnh hệ thống xử lý nước thải thực tế: Trong thực tế, hệ thống xử lý nước. .. ngành công nghiệp sử dụng hệ thống SCADA nhiều như: BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG CHƯƠNG HỆ SCADA CÔNG NGHIỆP Sản xuất Nhà máy lượng Nhà máy xử lý nước, nước thải Ngành dược Thực phẩm đồ... 2.4 Sơ Đồ Nối Dây PLC Và Thiết Bị .8 2.4.1 Sơ đồ mạch động lực .8 2.4.2 Sơ đồ mạch PLC Chương ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI 3.1 Yêu Cầu Điều Khiển