(Đồ án hcmute) giám sát và điều khiển tháp điều hòa nhiệt độ trong hệ thống xử lý nước thải

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - TRUYỀN THÔNG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN THÁP ĐIỀU HÒA NHIỆT ĐỘ TRONG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI GVHD: ThS TẠ VĂN PHƯƠNG SVTH: NGUYỄN HẢI TRIỀU MSSV: 11241023 SVTH: NGUYỄN BÁ TUẤN MSSV: 11241028 SKL 0 5 Tp Hồ Chí Minh, tháng 01/2017 an BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ-CÔNG NGHIỆP - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN THÁP ĐIỀU HÒA NHIỆT ĐỘ TRONG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI GVHD: ThS Tạ Văn Phương SVTH: Nguyễn Hải Triều MSSV: 11241023 SVTH: Nguyễn Bá Tuấn MSSV: 11241028 Tp Hồ Chí Minh - 1/2017 an BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ-CÔNG NGHIỆP - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN THÁP ĐIỀU HÒA NHIỆT ĐỘ TRONG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI GVHD: ThS Tạ Văn Phương SVTH: Nguyễn Hải Triều MSSV: 11241023 SVTH: Nguyễn Bá Tuấn MSSV: 11241028 Tp Hồ Chí Minh - 1/2017 an TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC Tp HCM, ngày tháng năm 2017 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Chuyên ngành: Hệ đào tạo: Khóa: Nguyễn Hải Triều MSSV: 11241023 Nguyễn Bá Tuấn MSSV: 11241028 Công nghệ kỹ thuật điện tử, truyền thông Mã ngành: Đại học quy Mã hệ: 2011 Lớp: 112410 01 I TÊN ĐỀ TÀI: GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN THÁP ĐIỀU HÒA NHIỆT ĐỘ TRONG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI II NHIỆM VỤ Mục đích đề tài: Thiết kế thi cơng tháp điều hịa nhiệt độ ổn định nhiệt độ nước thải theo yêu cầu, điều khiển giám sát hình HMI, tiết kiệm lượng Nội dung thực hiện:  Đặt yêu cầu cho hệ thống  Lựa chọn phương án thực hiên  Thiết kế thi cơng hệ thống điều khiển  Thi cơng mơ hình  Viết chương trình điều khiển  Chạy thử, kiểm tra, hiệu chỉnh  Viết báo cáo III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 10/10/2016 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 6/01/2017 V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: Th.S Tạ Văn Phương CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Th.S Tạ Văn Phương TS Nguyễn Thanh Hải i an TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC Tp HCM, ngày tháng năm 2017 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Nguyễn Hải Triều Lớp: 112410A MSSV: 11241023 Họ tên sinh viên 2: Nguyễn Bá Tuấn Lớp: 112410A MSSV: 11241028 Tên đề tài: GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN THÁP ĐIỀU HÒA NHIỆT ĐỘ TRONG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI Xác nhận Tuần/ngày Nội dung GVHD Nhận đề tài Tuần Tìm tài liệu liên quan đưa hướng thực đề Tuần 7-8 tài, thiết kế sơ đồ khối Tuần 9-10 Thiết kế sơ đồ nguyên lý Tuần 11-12 Viết chương trình giao tiếp với cảm biến nhiệt độ Tuần 13-15 Thiết kế hệ thống điều khiển 10/12/2016 11/12/2016 – 20/12/2016 21/12/2016 – 31/12/2016 Viết báo cáo nộp lần Thi công mơ hình Lắp đặt hệ thống, chạy thử, hiệu chỉnh 1/1/2017 – 5/1/2017 Kiểm tra chỉnh sửa lần cuối, hoàn thiện hệ thống tháp giải nhiệt 6/1/20179/1/2017 Viết báo cáo hoàn tất GV HƯỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) Th S Tạ Văn Phương ii an LỜI CẢM ƠN Đầu tiên nhóm em xin cảm ơn chân thành đến đến tất quý thầy cô giáo trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh giảng dạy cung cấp kiến thức cho nhóm em thực đề tài Trong q trình thực đồ án nhóm em nhận giúp đỡ tận tình từ quý Thầy Cô khoa Điện – Điện Tử bạn thực đồ án tại phong thực hành Nhờ giúp đỡ mà nhóm em hồn thành tốt đồ án tốt nghiệp Nhóm em xin gủi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy hướng dẫn Th.S Tạ Văn Phương, người trực tiếp hướng dẫn hỗ trợ nhóm em thực tốt đồ án tốt nghiệp Nhóm em gửi lời cảm ơn đến bạn lớp 112410 chia sẻ trao đôi kiến thức kinh ngiệm quý báu thời gian thực đề tài Cảm ơn đến cha mẹ, người thân góp ý kiến, giúp đỡ động viên nhóm em thực đề tài Xin chân thành cảm ơn! Nhóm thực đề tài Nguyễn Hải Triều Nguyễn Bá Tuấn iv an 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 an 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 an TÀI LIỆU THAM KHẢO 30 PHỤ LỤC 30 vii an 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 hoàn 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 hoàn chỉnh 27 Hình 6.2: HMI hiển thị nhiệt độ tần số 28 viii an 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 ngơn 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 an 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 an 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 an 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 công mô 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 thơng thường BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP an 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 MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP an 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 thơng thường  Hệ thống giám sát điều khiển từ xa thông qua PC Hình 6.1: Tháp giải nhiệt hồn chỉnh BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP an 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 an 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 an 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 Xuân, Nguyễn Dỗn Phước, Tự động hóa với SIMATIC S7-200, S7300, Nhà xuất nông 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 CÔNG NGHIỆP an 30 PHỤ LỤC BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP an 31 PHỤ LỤC BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP an 32 PHỤ LỤC BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP an 33 PHỤ LỤC BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP an 34 S an K L 0 ... 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. .. NGHIỆP - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN THÁP ĐIỀU HÒA NHIỆT ĐỘ TRONG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI GVHD: ThS Tạ Văn Phương