Scada cho hệ thống bốc hơi nước mía trong công nghệ sản xuất đường

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHẠM VĂN TOÀN SCADA CHO HỆ THỐNG BỐC HƠI NƯỚC MÍA TRONG CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT ĐƯỜNG Chun ngành: Tự động hóa Mã số: 11150097 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH 06/2014 Luận văn thạc sỹ Phạm Văn Tồn - 11150097 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM Cán hướng dẫn khoa học: TS TRƯƠNG ĐÌNH CHÂU Cán chấm nhận xét 1: TS HỒNG MINH TRÍ Cán chấm nhận xét 2: TS VÕ HOÀNG DUY Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 18 tháng 07 năm 2014 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) PGS TS DƯƠNG HOÀI NGHĨA – Chủ tịch hội đồng TS HỒ PHẠM HUY ÁNH – Thư ký TS HỒNG MINH TRÍ – Giáo viên phản biện TS VÕ HOÀNG DUY – Giáo viên phản biện PGS TS LÊ MINH PHƯƠNG - Ủy viên Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Trang Phạm Văn Toàn - 11150097 Luận văn thạc sỹ ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: PHẠM VĂN TOÀN MSHV: 11150097 Ngày, tháng, năm sinh: 07/06/1986 Nơi sinh: Nam Định Chuyên ngành: Tự Động Hóa Mã số : 605260 I TÊN ĐỀ TÀI: SCADA CHO HỆ THỐNG BỐC HƠI NƯỚC MÍA TRONG CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT ĐƯỜNG II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:       Lựa chọn công nghệ thiết kế hệ thống SCADA cho trình bốc nước mía Thiết kế sơ đồ cơng nghệ điều khiển P&ID (Process and Instrument Diagram) Thiết kế chức hệ thống tự động hóa q trình bốc nước mía Lập trình chương trình điều khiển, điều chỉnh thơng số hoạt động hệ thống Lập trình điều khiển giám sát, hiển thị chức giao diện người máy máy tính Thực kết nối hoàn chỉnh hệ thống III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 24/06/2013 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS TRƯƠNG ĐÌNH CHÂU Tp HCM, ngày tháng năm 2014 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên chữ ký) (Họ tên chữ ký) TRƯỞNG KHOA….……… (Họ tên chữ ký) Trang Luận văn thạc sỹ Phạm Văn Toàn - 11150097 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn này, xin chân thành cảm ơn quý thầy gia đình dạy dỗ, động viên giúp đỡ tơi suốt q trình học tập Đặc biệt, xin chân thành cảm ơn TS Trương Đình Châu nhiệt tình hướng dẫn, định hướng cho suốt thời gian thực luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn Thầy Cô trường Đại Học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh nói chung Thầy Cô môn Điều khiển tự động nói riêng trang bị cho tơi kiến thức quý báu để hoàn thành luận văn Cuối cùng, xin cảm ơn anh chị lớp Tự Động Hóa khố 2011 giúp đỡ tơi thời gian học tập Người thực luận văn Phạm Văn Toàn Trang Luận văn thạc sỹ Phạm Văn Tồn - 11150097 TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SỸ Trong quy trình sản xuất nhà máy mía đường q trình bốc nước mía có vị trí quan trọng việc tăng suất, hiệu suất toàn hệ thống Phần nhiều nhà máy mía đường Việt Nam sử dụng trang thiết bị lạc hậu, cũ kỹ dẫn đến hiệu kinh tế không cao Một số nhà máy trang bị thiết bị đại việc cài đặt, điều khiển, kết nối lại chuyên gia nước ngồi đảm nhiệm, chi phí lớn Do việc người Việt Nam làm chủ công nghệ đại, xây dựng hệ thống cho trình bốc nước mía nói riêng, quy trình sản xuất đường nói chung cần thiết để giảm chi phí, nâng cao hiệu kinh tế Luận văn đưa để giải vấn đề nêu Nội dung luận văn xây dựng hệ thống SCADA cho q trình bốc nước mía, bao gồm từ việc lựa chọn cơng nghệ, trang thiết bị, lập trình điều khiển, vận hành giám sát hệ thống Ngoài cịn việc xây dựng mơ hình ứng dụng, giải tốn tự động hóa điều khiển trình, nhiệt độ, mực nước, giám sát điều chỉnh lưu lượng Trang Luận văn thạc sỹ Phạm Văn Toàn - 11150097 ABSTRACT The evaporation of sugar-cane-juice is important to increase labour productivity in sugar manufacturing process of a cane sugar company Almost all the cane sugar companies are using old equipment in Vietnam, that are the reasons for low productivity There are some companies using modern equipments but the installation, controlling and connection are supervised by the foreign professional So how to use and control the evaporation of sugar-cane-juice system by Vietnam engineer become important to decrease the cost and increase labour productivity In my abstract there are some methods to solve our problems above Contents of my abstract is building SCADA system for the Evaporation of sugar-cane-juice, include choosing the technology, equipment, control method, operations and how to supervise Plus, my abstract is also solve the automation control process, such as temperature, water level, supervise and flow control Trang Luận văn thạc sỹ Phạm Văn Toàn - 11150097 LỜI CAM ĐOAN CỦA TÁC GIẢ LUẬN VĂN Tơi xin cam đoan nội dung trình bày luận văn kết nghiên cứu, tìm hiểu thân Những tài liệu, quy trình cơng nghệ liên quan đến lĩnh vực sản xuất mía đường đưa luận văn đồng ý công ty liên quan Trang Luận văn thạc sỹ Phạm Văn Toàn - 11150097 MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 1.2 Tính cấp thiết đề tài Sự phát triển cơng nghiệp đường mía 12 12 1.2.1 Sự phát triển cơng nghiệp đường mía giới 12 1.2.2 Tình hình cơng nghiệp đường mía nước ta 13 1.2.3 Vấn đề nâng cao hiệu sản xuất đường mía 13 1.3 Ứng dụng cơng nghệ đại tự động hóa q trình sản xuất đường 15 1.4 Tình hình nghiên cứu 15 1.5 Nhu cầu thực tế 16 1.6 Nội dung đề tài phương pháp thực 16 1.7 Những vấn đề đề tài 16 CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG BỐC HƠI NƯỚC MÍA TRONG SẢN XUẤT ĐƯỜNG 2.1 Giới thiệu tổng quan trình sản xuất đường 18 2.1.1 Tiếp nhận mía 19 2.1.2 Trích ly nước mía từ mía 19 2.1.3 Xử lý tạp chất nước mía 19 2.1.4 Cơ đặc nước mía thành sirơ 19 2.1.5 Nấu đường thô: 19 2.1.6 Tinh luyện đường trắng 19 2.1.7 Nấu đường trắng tinh luyện 19 2.1.8 Sấy, lưu trữ, đóng bao 20 2.2 Vị trí vai trị hệ thống bốc trình sản xuất đường 20 2.3 Các hệ thống bốc sử dụng 21 2.3.1 Yêu cầu chung thiết bị bốc 21 2.3.2 Bốc dạng ống chùm 21 2.3.3 Bốc dạng 23 2.4 Cơ sở lý thuyết trình bốc 26 2.4.1 Lượng nước bốc 26 2.4.2 Lượng nhiệt dùng bốc 26 2.4.3 Lượng tiêu hao hệ cô đặc nhiều hiệu 28 Trang Luận văn thạc sỹ 2.4.4 Sử dụng thứ hiệu cuối 2.5 Phạm Văn Toàn - 11150097 28 Sơ đồ nguyên lý trình bốc dạng 29 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT 3.1 Thiết kế sơ đồ công nghệ P&ID (Process and Instrument Diagram) 31 3.2 Thống kê thiết bị Input/ Output 31 3.3 Qui trình vận hành hệ thống 41 3.3.1 Mô tả thiết bị 41 3.3.2 Nguyên tắc hoạt động 42 3.3.3 Mô tả hoạt động 44 3.4 Lưu đồ thuật toán điều khiển 47 3.5 Xây dựng cấu hình phần cứng PLC 48 3.5.1 Danh mục thiết bị PLC SIEMEN 48 3.5.2 Cấu hình phần cứng PLC 49 Lập trình PLC 50 3.6.1 Cấu hình phần cứng Step 50 3.6.2 Tổ chức khối chương trình PLC 52 3.6.3 Cấu trúc chương trình ứng dụng PLC S7-400 53 Hệ thống điều khiển giám sát & thu thập liệu 58 3.7.1 Mô tả 58 3.7.2 Thiết lập chung cho toàn trang hình SCADA 59 3.7.3 Tổ chức trang hình SCADA 60 Thử nghiệm ứng dụng thực tế 68 3.6 3.7 3.8 CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG MƠ HÌNH THỰC NGHIỆM 4.1 Tổng quan mơ hình 71 4.2 Các cấu chấp hành 72 4.2.1 Bồn nước 72 4.2.2 Bơm nước 72 4.2.3 Động khuấy 73 4.2.4 Thiết bị gia nhiệt 74 Các thiết bị đo lường 75 4.3 Trang Luận văn thạc sỹ 4.3.1 Đồng hồ đo lưu lượng Phạm Văn Toàn - 11150097 75 4.3.2 Đồng hồ đo áp suất 75 4.3.3 Cảm biến nhiệt độ 76 4.3.4 Cảm biến đo mực nước 76 4.4 Thiết bị điều khiển 77 4.5 Sơ đồ kết nối thiết bị 77 4.6 Mơ hình vật lý đạt 79 4.7 Lưu đồ thuật toán hệ thống 82 4.7.1 Lưu đồ hoạt động hệ thống 82 4.7.2 Lưu đồ thuật toán điều khiển mực nước 82 4.7.3 Lưu đồ thuật toán điều khiển nhiệt độ 83 Lập trình PLC 83 4.8.1 Cấu hình phần cứng PLC 83 4.8.2 Tổ chức khối chương trình PLC 84 Cây dựng giao diện SCADA WINCC 86 4.8 4.9 4.10 Kết hoạt động mơ hình 88 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 5.1 Kết đạt đề tài 89 5.2 Hạn chế đề tài 89 5.3 Hướng mở rộng phát triển đề tài 89 TÀI LIỆU THAM KHẢO 90 LÝ LỊCH TRÍCH NGANG 91 Trang