Luận văn mô hình hệthống quan trắcmôi trƣờng khu vực sông vàm cỏ

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH ĐIỆN – ĐIỆN TỬ MƠ HÌNH HỆ THỐNG QUAN TRẮC MƠI TRƢỜNG KHU VỰC SÔNG VÀM CỎ GVHD: ThS TRẦN VĂN LỢI SVTH: HOÀNG TUỆ ĐĂNG (DH31400210) VÕ DUY MINH (DH31400710) LỚP : D14-DDT01 NHIỆM VỤ BÀI THI TỐT NGHIỆP XÁC NHẬN CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN XÁC NHẬN CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN LỜI CÁM ƠN Đề tài “Mơ hình hệ thống quan trắc môi trường nước khu vực sông Vàm Cỏ” nội dung nghiên cứu làm đề tài luận văn tốt nghiệp sau năm học đại học trƣờng Đại học Cơng Nghệ Sài Gịn Để hồn thành q trình nghiên cứu hồn thiện luận văn này, nhóm em xin chân thành cám ơn đến thầy Trần Văn Lợi thuộc khoa Điện – Điện tử tận tình hƣớng dẫn, giúp đỡ nhóm Nhóm xin chân thành cảm ơn thầy Khoa, bạn bè ngồi trƣờng giúp đỡ hỗ trợ nhóm thực luận văn TĨM TẮT ĐỀ TÀI Quan trắc mơi trƣờng q trình ghi nhận liên tục có kế hoạch thông số môi trƣờng, cung cấp thông tin số liệu cách tin cậy, có độ xác cao thông qua đo đạc để đánh giá thông số môi trƣờng nhằm phục vụ công tác quản lý bảo vệ bền vững Quan trắc hoạt động then chốt, thiếu công tác quản lý bảo vệ môi trƣờng Độ mặn yếu tố nghiêm trọng làm hạn chế suất trồng nơng nghiệp, có ảnh hƣởng xấu đến nảy mầm, sức sống thực vật suất trồng PH số xác định tính chất hóa học nƣớc, tác động trực tiếp đến hoạt động sống động thực vật ngƣời Độ pH ảnh hƣởng đến hệ tiêu hóa động vật đặc biệt ngƣời, ảnh hƣởng đến sinh trƣởng động thực vật Đối với nƣớc nông nghiệp, quan trắc môi trƣờng nƣớc phần quan trọng để đánh giá chất lƣợng nƣớc, nhằm đƣa chƣơng trình quản lý phù hợp Cung cấp thêm thơng tin cho việc giải phóng trồng phản ứng với độ mặn tìm cách ứng dụng tƣơng lai để cải thiện tác động độ mặn lên thực vật, sức khoẻ ngƣời tính bền vững nơng nghiệp Mục tiêu đề tài thực hệ thống quan trắc độ mặn bản, dựa tiêu chuẩn độ mặn để đƣa báo cáo cảnh báo phù hợp Nội dụng luận văn đƣợc trình bày chƣơng: Chƣơng I: Giới thiệu tổng quan đề tài Chƣơng II: Tổng quan, kiến thức, tài liệu liên quan đến LVTN Chƣơng III: Nội dung thực (bao gồm: phƣơng pháp, cách tiến hành, thiết kế) Chƣơng IV: Kết biện luận Chƣơng V: Kết luận phƣơng hƣớng phát triển i MỤC LỤC CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục tiêu LVTN 1.3 Phạm vi LVTN CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Tổng quan PLC Siemens: 2.2 PLC S7-1200: 2.2.1 Giới thiệu: 2.2.2 Ứng dụng: 2.2.3 CPU S7-1200: 2.2.4 Module mở rộng S7-1200: 2.2.5 Giao tiếp: 2.2.6 Phần mềm ngôn ngữ lập trình PLC S7-1200: a) Phần mêm lập trình PLC S7-1200: b) Ngơn ngữ lập trình: c) Giao diện phần mềm SIMATIC TIA Portal STEP 10 2.2.7 Giao tiếp module SMS 11 2.3 Cảm biến độ pH 12 2.4 Các thiết bị khác 13 2.4.1 Động bơm 13 2.4.2 Động giảm tốc 15 2.4.3 Phao báo mức nƣớc 15 2.4.4 Relay: 16 a) Relay DS2E-S-DC24V 16 b) Relay SLA-24VDC-SL-C 30A 16 2.4.5 Công tắc, đèn 17 a) Nút nhấn 17 b) Đèn báo pha 18 c) Cơng tắc hành trình 18 CHƢƠNG 3: NỘI DUNG THỰC HIỆN 19 3.1 Phƣơng pháp thực 19 ii 3.2 Sơ đồ khối 20 3.3 Mơ hình hệ thống 21 3.3.1 Các thiết bị mơ hình 21 a) PLC + Module SMS: điều khiển hệ thống gửi tin nhắn đến điện thoại di động 21 b) Bơm nước 12VDC (JT-180A) 21 c) Cảm biến pH: 21 d) Biến trở: 21 e) Phao báo mức nước: 21 f) Động giảm tốc: 21 3.3.2 Sơ đồ kết nối chân PLC 22 3.3.3 Sơ đồ kết nối phần điện 23 Lƣu đồ giải thuật 24 3.4 3.4.1 Chƣơng trình 24 3.4.2 Chƣơng trình 26 3.5 Lập trình PLC 28 3.5.1 Tạo project, kết nối plc với máy tính: 28 a) Open tia portal v13 28 b) Kết nối module SMS lập trình gửi tin nhắn 31 3.5.2 Code lập trình 39 Chương trình 39 a)  Nút nhấn 39  Kiểm tra thời gian 40  Bơm thƣợng lƣu 40  Đọc độ mặn thƣợng lƣu 41  Đọc độ pH thƣợng lƣu 41  Gửi tin nhắn 42  Chiết mẫu 42  Xoay mẫu 43  Xả bể 43  Bơm 43  Đọc đô mặn hạ lƣu 44  Đọc độ pH hạ lƣu 44  Xả bể 45 iii  HMI 45 Chương trình 47 b)  Đọc thời gian thực 47  Bơm nƣớc 48  Đọc Analog 49  Chiết rót 50  Gửi tin nhắn 51  Xoay mẫu 53  Xả bể 53  Đóng mở cửa đập 54  Xả bể 57 3.5.3 Chƣơng trình giám sát điều khiển - Wincc 58 a) Kết nối xuất file Wincc (chỉ áp dụng cho Wincc RT) 58 b) Thiết lập HMI alarms 65 c) Thiết lập nút nhấn 67 d) Tạo đèn 69 e) Thêm biểu tượng 71 f) Hiển thị giá trị lên hình: 72 g) Các biến sử dụng Wincc 73 CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN 74 4.1 Sản phẩm đề tài 74 4.2 Quá trình kiểm nghiệm mơ hình 75 4.2.1 Màn hình HMI 75 a) Màn hình chính: 75 b) Màn hình điều khiển: 76 c) Màn hình cảnh báo: 76 4.2.2 Quá trình kiểm nghiệm 76 CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 79 5.1 Kết luận 79 5.1.1 Kết đạt đƣợc so với đề cƣơng đề 79 5.1.2 Những kết chƣa đạt đƣợc 79 5.1.3 Những thuận lợi khó khăn 79 iv 5.2 a) Thuận lợi 79 b) Khó khăn 79 Hƣớng phát triển đề tài 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO 81 67  Chọn biến đƣợc khai báo chƣơng trình Trigger tag c) Thiết lập nút nhấn  Ở thẻ Toolbox  chọn thẻ Elements  chọn Buttons phần kéo thả vào vùng làm việc  Để đổi tên nút nhấn , ta nhấp đúp vào nhập tên cần đổi vào:  Tiến hành liên kết nút nhấn biến nhớ chƣơng trình: 68  Kích chuột phải nút “ON” chọn Properties, sau chọn Event, sau kích vào Press left mouse button  chọn Setbit  Kích chọn tag tƣơng ứng với nút “ON”  Ở phần Release left mouse button, làm tƣơng tụ phần Press left mouse button, cần đổi Setbit thành ResetBit 69  Tƣơng tự với nút nhấn “OFF”  Tạo nút nhấn chuyển trang: Kích chuột phải nút chuyển trang chọn Properties, sau chọn Event, sau kích vào Click  chọn ActivateScreen  chọn hình cần chuyển tới ô Screen name d) Tạo đèn  Ở thẻ Toolbox  chọn thẻ Elements  chọn Circle phần kéo thả vào vùng làm việc 70  Kích chuột phải chọn Properties  Ở thẻ Animations  chọn Add new animations,sau kích chọn Appearance  Chọn tag tƣơng ứng màu sắc hiển thị (Range 0: ứng với trạng thái mức 0; Range 1: ứng với trạng thái mức 1) 71 e) Thêm biểu tượng  Ở thẻ Toolbox  chọn thẻ Elements  chọn Symbol library  chọn kiểu bơm tùy thích 72 f) Hiển thị giá trị lên hình:  Ở thẻ Toolbox  chọn thẻ Elements  chọn I/O field kéo thả vào vùng làm việc  Gán biến cho ô: Kích chuột phải chọn Properties  chọn thẻ General, tiến hành chọn biến phù hợp phần Process/Tag: 73  Tạo màu cảnh báo giá trị vƣợt mức giới hạn: Ở thẻ Animations  chọn Add new animations,sau kích chọn Appearance  chọn tag màu sắc mong muốn g) Các biến sử dụng Wincc Tên tag Địa Kiểu liệu Chức “OFF-HMI” %M10.5 Bool Nút ON “ON-HMI” %M10.4 Bool Nút OFF “START” %M10.0 Bool Đèn báo ON “LED-DO-MAN-HMI” %M20.2 Bool Đèn báo độ mặn “LED-DO-PH-HMI” %M20.7 Bool Đèn báo độ Ph “VAN_CHIET_HMI” %M21.6 Bool Đèn báo chiết “VAN_XA_HMI” %M21.7 Bool Đèn báo xả “BOM_HL_HMI” %M28.0 Bool Đèn báo bơm nƣớc hạ lƣu “BOM_TL_HMI” %M28.1 Bool Đèn báo bơm nƣớc thƣợng lƣu “HL-CAO-HMI” %M21.4 Bool Mức nƣớc hạ lƣu mức “HL_THAP-HMI” %M21.2 Bool Mức nƣớc hạ lƣu mức “TL_CAO-HMI” %M21.3 Bool Mức nƣớc thƣợng lƣu mức “TL-THAP-HMI” %M21.5 Bool Mức nƣớc thƣợng lƣu mức “CLOSE_FULL_HMI” %M20.1 Bool Đèn báo cửa đóng “CLOSE-HMI” %M21.0 Bool “OPEN_FULL-HMI” %M11.0 Bool “OPEN-HMI” %M21.1 Bool Đèn báo cửa đóng 74 CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN 4.1 Sản phẩm đề tài Hình 4.1: Bảng điều khiển Hình 4.2: Bể chứa mơ cửa đập 75 Hình 4.3: Bể chứa mẫu đo mâm chứa mẫu 4.2 Q trình kiểm nghiệm mơ hình 4.2.1 Màn hình HMI a) Màn hình chính: 76 b) Màn hình điều khiển: c) Màn hình cảnh báo: 4.2.2 Q trình kiểm nghiệm Để so sánh độ xác kết quả, ta sử dụng giấy quỳ tím để kiểm tra giá trị lần đo 77 Giá trị mẫu thực tế kiểm tra giấy quỳ Lần đo pH (mẫu số 3): 78 Lần đo pH thứ (mẫu 2): Lần đo pH thứ (mẫu 1): Ngững độ pH thiết lập khoản [5.5;8.0], giá trị vƣợt ngƣỡng giá trị nhấp nháy để cảnh báo 79 CHƢƠNG KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 5.1 Kết luận 5.1.1 Kết đạt đƣợc so với đề cƣơng đề Mơ hình sau hồn thành đọc xử lý tín hiệu analog Khi giá trị vƣợt q thơng số cài đặt, có tin nhắn gửi đến số điện thoại cá nhân Cửa đập đóng mở đủ điều khiện đề ra:  Mở cửa đập nƣớc thƣợng lƣu nhiều hạ lƣu, độ mặn độ pH đạt giá trị an toàn  Đóng cửa đập nƣớc hạ lƣu cao thƣợng lƣu, độ mặn độ pH trƣớc cửa đập vƣợt mức cho phép 5.1.2 Những kết chƣa đạt đƣợc Việc đo độ mặn nƣớc dừng lại việc mô thông qua biến trở Số lƣợng chứa mẫu mơ hình cịn ít, chƣa có biện pháp xử lý mẫu sau chiết Tin nhắn gửi cá nhân chƣa có hiển thị cụ thể thơng số độ mặn, độ pH (chỉ cảnh báo vƣợt mức) 5.1.3 Những thuận lợi khó khăn a) Thuận lợi Đƣợc hỗ trợ tận tình giáo viên hƣớng dẫn bạn bè Một số phần lập trình đƣợc giới thiệu chƣơng trình giảng dạy trƣờng (ví dụ: thời gian thực,…) Khả tiếp cận với Internet dễ dàng góp phần thuận lợi trình thực b) Khó khăn Việc tiếp cận với số phần gặp trở ngại chƣa đƣợc phổ biến mạng, nhƣ khác biệt ngôn ngữ gây nên phần trở ngại 80 Kiến thƣc thiết bị hạn chế gây chậm tiến độ trình làm việc Ý thức làm việc nhóm nhƣ làm đề tài chƣa thực tốt 5.2 Hƣớng phát triển đề tài Hiện tại, đề tài sử dụng biến trở để mô độ mặn kết hợp với đọc độ pH Nên phát triển thêm việc đọc nhiều thơng số khác môi trƣờng nhƣ nhiệt độ, hàm lƣợng kim loại,…Tăng số lƣợng lƣu trữ mẫu nhƣ phƣơng pháp xử lý mẫu nhƣ thay mẫu, phân biệt mẫu,… Ngồi điều khiển trực tiếp hệ thống, phát triển thêm việc điều khiển qua mạng, nhƣ đăng tải thông số môi trƣờng lên web 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu Tiếng Việt: Trần Văn Hiếu, Tài liệu Tự động hóa PLC S7-1200 với TIA PORTAL, NXB Khoa học kỹ thuật, 2015 Tài liệu Tiếng Anh: Tài liệu Getting started with S7-1200 Siemens phát hành 1/2009 Tài liệu s7-1200 Programmable controller - System Manual Siemens phát hành 03/2014 Tài liệu GMP Engineering Manual WinCC – Siemens Tài liệu từ Website: https://support.automation.siemens.com http://plcvietnam.com.vn/forum https://www.youtube.com/user/Siemens/videos