Đề tài thiết kế hệ thống scada trong hệ thống xử lý nước thải công nghiệp

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN BÁO CÁO MẠNG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG SCADA TRONG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CƠNG NGHIỆP Sinh viên thực hiện: Nguyễn Hồng Min Châu Phước Nhật Trần Lê Công Ẩn Trần Nguyễn Thiên Ý 20TDH1 20TDH1 20TDH2 20TDH2 Giảng viên: TS Nguyễn Thị Kim Trúc Đà Nẵng, tháng 5/2023 Nội dung Chương 1: Tổng quan hệ thống tham chiếu theo mơ hình phân cấp Tổng quan hệ thống: I Nguyên lý hoạt động: Liệt kê thiết bị: II Tham chiếu mơ hình: Chương 2: Lựa chọn giải pháp truyền thông cho cấp nhà cung cấp thiết bị Cấp trường: bơm, van, biến tần, cảm biến, động cơ: I Giao thức Các thiết bị cấp trường: II Cấp điều khiển: PLC, HMI, modules remote I/O 10 Giao thức: 10 Các thiết bị cấp điều khiển: 10 III Cấp điểu khiển giám sát: PLC, PC 13 Chương 3: Phân tích giải pháp truyền thông cho cấp 14 I Cấp thiết bị cấp trường : 14 II Cấp điều khiển : 23 III Cấp điều khiển giám sát: 27 Tài liệu tham khảo 34 Chương 1: Tổng quan hệ thống tham chiếu theo mơ hình phân cấp I Tổng quan hệ thống: Nguyên lý hoạt động: -Ban đầu nước thải theo hệ thống ống dẫn đưa vào bể tiếp nhận Khi cảm biến mức cao trả tín hiệu High Vanin đóng lại ngừng bơm nước vào bể Đồng thời hai bơm hoạt động luân phiên để bơm nước sang bể xử lý -Nước bơm vào bể điều hòa từ bể tiếp nhận đo độ pH cảm biến đo pH Giá trị pH thực bể so sánh liên tục với giá trị pH đặt trước Nếu giá trị pH bể lệch chuẩn quy định Van hóa chất bể máy khuấy hoạt đợng để trung hòa nước Nước bơm từ bể chưa vào xử lý trung hòa bể chứa cạn bể điều hịa đồng thời đầy thông qua hai máy bơm luân phiên đưa nước đến bể xử lý -Sau nước thải qua thiết bị tạo phản ứng keo tụ siêu tốc máy nén khí bơm áp lực khởi đợng để trợn khí bợ trợn khí Nước đưa vào bồn khí tan bơm áp lực cao Khơng khí cấp vào bồn khí tan máy nén khí, nước khơng khí hịa trợn Khơng khí hịa tan áp lực một chất lỏng bơm trực tiếp vào bể Tuyển Nổi Thiết bị giám sát mức đợ bùn đưa tín hiệu để điều khiển van xả bùn Khi mức độ bùn đạt ngưỡng định van xả bùn mở đưa bùn đến cơng trình xử lý bùn Nước sau xử lý cảm biến mức nước trả mức High van khóa mở dẫn nước thải vào cơng trình xử lý -Nước thải dẫn qua bể kị khí.Bể kị khí hoạt đợng với dòng nước thải cấp vào bể dẫn từ lên thông qua lớp đệm bùn hoạt tính bao gồm: hạt bùn nhỏ, lớn nhằm tăng trình tiếp xúc nước thải bùn qua tăng q trình phân hủy chất hữu nhiễm có nước thải -Nước thải từ bể UASB chảy qua bể Anoxic đến mức định làm cho cảm biến mức nước đạt mức trung bình có tín hiệu,khi máy khuấy hoạt động luân phiên,nước đến một mức định chảy qua bể qua ống dẫn -Nước từ bể Anoxic chảy vào bể Khi mực nước chạm phao cảm biến mức thấp (LSW.L.6 = 1), khởi động máy bơm khí (MTK.6 = 1), đảm bảo mơi trường hiếu khí cho vi sinh vật phân giải chất hữu cơ.Nước từ bể lắng chảy vào bể, cảm biến mức thấp kích hoạt , máy khuấy khởi đợng , van Clo mở để châm Clo vào bể khử trùng theo lưu lượng tính tốn Nước sau qua bể tiếp xúc chảy qua hệ thống quan trắc Nước sau xử lí xong tự chảy qua bể lắng bùn sinh học đầu bể, khơng có hỗ trợ máy bơm -Nước thải từ bể Aerotank đổ vào bể đến mức trung bình, cảm biến nước mức trung bình đưa tín hiệu khởi đợng đợng M.7.1 Bùn sau gạt sang phần chứa bên cạnh lúc đạt mức trung bình cảm biến mức bùn đưa tín hiệu khởi động động M.7.2 hút bùn sang bể thu bùn Phần nước phía sau bùn lắng xuống dẫn sang bể khử trùng hệ thống ống -Khi phao mức cao WGT1 tác đợng máy bơm M1 hoạt đợng để bơm bã mỡ đến quy trình ép đễ tách nước tiếp tục q trình lọc sau một thời gian đảm bảo bơm xong lượng mỡ bể máy bơm ngừng hoạt đợng - Cấp trường: Cảm biến mức, cảm biến siêu âm, phụ tải chấp hành bể giao tiếp với PLC khu vực qua giao thức CC- Link -Cấp điều khiển: Các PLC khu vực (normal) điều khiển PLC tổng ( control ) thông qua giao thức CC-Link - Cấp điều khiển giám sát: PLC tổng điều khiển( mater) giao tiếp với PC thông qua giao thức MC protocol Sơ đồ phân cấp hệ thống Liệt kê thiết bị: II Cấp trường: bơm, van, biến tần, cảm biến, động Cấp điều khiển: PLC, HMI, modules remote I/O Cấp điểu khiển giám sát: PLC, PC Tham chiếu mô hình: Chương 2: Lựa chọn giải pháp truyền thơng cho cấp nhà cung cấp thiết bị I Cấp trường: bơm, van, biến tần, cảm biến, động cơ: Giao thức CC-Link IE Field - CC-Link mạng lưới Fieldbus xử lý hai chu kỳ liệu I / O liệu liệu tham số mạch hở với tốc độ cao CC-Link phát triển Mitsubishi ngày quản lý CC-Link Partner Association (CLPA) CC-Link mạng phổ biến Châu Á Hơn nữa, sử dụng cho ứng dụng trọng thời gian dựa công nghệ tự động Mitsubishi CC-Link chứng nhận CLPA - CC-Link Fieldbus cho mạng truyền thông tốc độ cao bộ điều khiển thiết bị trường thông minh I/Os, cảm biến bộ truyền động mạng lưới với 65 trạm, cung cấp khả truyền thơng thật mà không cần lặp lại Được hỗ trợ mật độ rộng thiết bị tự động từ nhiều nhà máy, CC-Link cung cấp yếu tố truyền thông cho sản xuất tích hợp hiệu q trình sở thông qua cáp đơn Sự đáp ứng thời gian nhanh kết giao thức đơn giản hiệu cao.CC-Link bao hàm nhiều đặc tính cấp cao tính stand-by master, tháo gỡ tự động trở chức Slave tự động khơi phục từ tính lỗi truyền thơng.Có khả kết nối tương tác với thiết bị khác: ● ● ● ● ● a Các khối I/O Màn hình cảm ứng HMI Cụm van điện từ Drive servo Máy tinh… Các thiết bị cấp trường: Biến tần: FR-E700: b Máy bơm nước: c Van điện từ TPC: d Cảm biến nước siêu âm FINETEK: e Động máy khốy chìm: II Cấp điều khiển: PLC, HMI, modules remote I/O Giao thức: CC-Link IE Control Các thiết bị cấp điều khiển: a Bộ nguôn PLC: Q61P Thông số: ● Điện áp ngõ vào: 100-240VAC ● Điện áp ngõ ra: 5VDC ● Dòng điện ngõ ra: 6A6A 10 - → Như hình khớp với mơ hình phân cấp lớp thiết bị chấp hành Với Remote I/O AJ65SBTB-64AD: * Chúng ta vào phần Innital Setting để thực chuyển đổi Analog qua Digital : + Tagert Station số trạm mà Remote I/O AJ65SBTB-64AD mà quy định Sau đó, vào phần Regist Procedure để thiết lập 20 + Với ví dụ Manual Module Analog AJ65SBTB-64AD Khi cài đặt Regist Procedure Ta hiểu được thông số để điều chỉnh việc chuyển đổi từ Analog sang Digital hình + Từ tra thơng số để điền vào bảng + Sau đó, ta điền thơng số sau phần Regist Procedure 21 * Các thông số có ý nghĩa : + Khi RX18 bật ON : Dòng đầu : Cài đặt tổng số kênh Analog mà sử dụng Dòng thứ hai : Cài đặt giá trị trả cám biến Dịng thứ ba : Cài đặt giá trị trung bình lấy mẫu Và dòng sau theo đồ thị RX18 bật → Khi điền đầy đủ xong ta thực bấm Check để Check lỗi End để kết thúc trình 22 - Từ cấu hình thực trên, có phân vùng bit ghi trên: → Từ bước thực cấu hình thành cơng cho PLC Master trạm Remote I/O biến tần FR-E720 II Cấp điều khiển : Các PLC trạm thông thường truyền thông với PLC trạm điều khiển qua giao thức CC-Link IE Control Sơ đồ đấu dây : - Các Module mạng trang bị đầu nối liên kết quang IN OUT - Vòng lặp cấu hình cách kết nối Module theo thứ tự “Đầu trạm 1” → “Đầu vào trạm 2” → “Đầu trạm 2” → “Đầu vào trạm 3”→ “Đầu trạm 3” → “Đầu vào trạm 4”→ “Đầu trạm 4” → “Đầu vào trạm 5” → “Đầu trạm 5” → “Đầu vào trạm 1” - Từ đó, có kiến trúc dạng theo dạng mạch vòng Thiết lập kết nối phần mềm GX Works2 : - Đầu tiên, vào phần Ethernet/ CC IE/ MELSECNET để cấu hình Module CC-Link IE Control - Với trạm PLC điều khiển : Chúng ta kích đúp vào phần PLC Parameter vào phần I/O Assigment để cấu hình Module mở rộng Ở đây, chúng PLC Control có Module Module truyền thơng CC-Link IE Control nên đặt địa Start XY 0000 23 * Đầu tiên, vào phần Ethernet/ CC IE/ MELSECNET để cấu hình Module CC-Link IE Control * Ở phần này, ta thực cấu hình điền vào ô cần thiết : + Network Type : CC IE Control ( Control Station ) Lựa chọn loại hình mạng tương ứng với trạm điều khiển + Start I/O No : 0000 Lựa chọn địa Module Control Station + Network No : Lựa chọn mạng hệ thống + Total Station : Tổng số trạm có hệ thống + Group No : Lựa chọn nhóm hệ thống + Station No : Lựa chọn trạm hệ thống → Khi điền đầy đủ xong ta thực bấm Check để Check lỗi End để kết thúc trình * Tiếp theo, mở phần Network Range Assignment để tiếp tục thiết lập 24 phần định phạm vi mạng * Theo hình, có mục : + Station No : Số trạm tương ứng với tổng số trạm mà điền phần + LB/LW Setting : Chỉ rõ cho phạm vi truyền rơle liên kết trạm ( LB ) ghi liên kết trạm ( LW ) Ở rõ số LB/LW cho trạm có bắt đầu kết thúc * Ở tương ứng với trạm định 256 điểm/trạm → Khi điền đầy đủ xong ta thực bấm Check để Check lỗi End để kết thúc q trình * Sau đó, mở phần Refresh Parameter để tiếp tục thiết lập thơng số làm cho mạng * Với mục tương ứng hình : + Transfer SB, SW thiết lập cấu Manual CC-Link IE Control +Transfer 1,2 thiết lập cấu Bởi vì, phía Network Range Assignment có tổng 1280 rờ-le liên kết/ ghi Nên điền địa Start phía PLC side 0000 địa End tự động điền Vì phía bên 25 trái, khai báo địa Start End phần Transfer 1,2 - + Như tài liệu Manual CC-Link IE Control trên, mặc định 8192 điểm làm Tại chúng ta, giảm xuống số điểm làm để rút ngắn thời gian làm → Khi điền đầy đủ xong ta thực bấm Check để Check lỗi End để kết thúc trình Với trạm PLC thơng thường : * Phần khai báo Module mở rộng làm phần giao thức cấp trường * Đầu tiên, vào phần Ethernet/ CC IE/ MELSECNET để cấu hình Module CC-Link IE Control * Ở phần này, ta thực cấu hình điền vào cần thiết : + Start I/O No : 002 Lựa chọn địa Module Control Station + Network No : Lựa chọn mạng hệ thống + Group No : Lựa chọn nhóm hệ thống + Station No : Lựa chọn trạm hệ thống Với trạm 2,3,4,5 cấu hình thay đổi phần để thay đổi thứ tự trạm thông thường 26 → Khi điền đầy đủ xong ta thực bấm Check để Check lỗi End để kết thúc q trình * Sau đó, mở phần Refresh Parameter để tiếp tục thiết lập thông số làm cho mạng * Chúng ta, thiết lập thông số làm PLC trạm ( Trạm điều khiển ) → Từ bước thực cấu hình truyền thông thành công cho PLC điều khiển PLC thông thường khác III Cấp điều khiển giám sát: Điều khiển chỗ: PLC kết nối với PC thông qua giao thức MC Protocol Cáp kết nối: Ethernet Ngôn ngữ sử dụng: Python Setup PLC - Thiết lập IP cho PLC B1: Vào phần PLC Parameter để cấu hình IP cho PLC 27 B2: Chọn Built-in Ethernet Port Setting - Nhập địa IP cho PLC - Chọn mã liệu, Binary code ASCII code - Enable online change phép ghi liệu vào PLC - Tại phần Open Setting: - Hàng cổng mặc định để PC kết nối với PLC thông qua Ethernet - Thiết lập thông tin truyền thông hàng 2: 28 - - Protocol: TCP UDP Open System: MC protocol Host Station Port No : dải cho phép (1025 ~ 4999, 5010 ~ 65534) Chọn “Check” để Kiểm tra Chọn “End” để kết thúc phần cài đặt 29 - - Setup PC Cài đặt thư viện cho python Thư viện pymcprotocol một thư viện Python sử dụng để giao tiếp với bợ điều khiển lập trình Mitsubishi Electric sản xuất thông qua giao thức MC Protocol Lệnh khai báo dòng PLC sử dụng ta sử dụng PLC Q series 30 - Lệnh khai báo IP + commtype: khai báo theo mã chọn PLC + pymc3e.connect(“IP”,port) + IP: địa PLC + port: khai báo PLC - Lệnh xử lí data + Lệnh đọc liệu từ PLC: word bit + Lệnh đọc liệu từ PLC: DWord #read "D1000", "D2000" and dword "D3000" word_values, dword_values = pymc3e.randomread(word_devices=["D1000", "D2000"], dword_devices=["D3000"]) + Lệnh ghi liệu vào PLC Điều khiển từ xa: - Sử dụng thư viện “socket” python - Giao thức: TCP/IP - Xây dựng một sever - client viết python có sử dụng TCP/IP socket - TCP/IP socket một chế truyền thông liệu giao thức TCP/IP, cho phép ứng dụng thiết lập kết nối, gửi nhận liệu thiết bị mạng 31 + Thiết lập máy chủ: + thiết lập client 32 - - Màn hình người dùng xây dựng web ngôn ngữ HTML, CSS, Javascript Dữ liệu đẩy lên sever Khi có truy cập từ phía client -> sever gửi yêu cầu đến thiết bị gửi thông tin -> thiết bị nhận yêu cầu -> gửi thông tin đến cho sever: hiển thị thông tin thời điểm client Khi có thao tác từ phía người giám sát -> client gửi thông tin sever -> sever gửi thông tin xuống thiết bị để thực Sau thực xong, thiết bị lại tiếp tục gửi thơng tin cho sever, q trình lặp lại ngắt kết nối 33 Tài liệu tham khảo 1-CC-Link_fod_vie.pdf (mitsubishielectric.com) 1-CC-Link_IE_Ctrl_Ntw_fod_vie.pdf (mitsubishielectric.com) 1-CC-Link_IE_Fld_Ntw_fod_vie.pdf (mitsubishielectric.com) 34