(Đồ án hcmute) điều khiển và giám sát hệ thống xử lý nước thải diện rộng qua mạng 3g

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH KỸ THUẬT ÐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ÐỘNG HÓA ÐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI DIỆN RỘNG QUA MẠNG 3G GVHD: TRƯƠNG ÐÌNH NHƠN SVTH : NGUYỄN HOÀNG TUẤN MSSV: 13151122 SVTH : VŨ HUY HẢO MSSV: 13151140 SKL 0 5 Tp Hồ Chí Minh, tháng 07/2017 an TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀ NH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀ O TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI DIỆN RỘNG QUA MẠNG 3G SVTH : NGUYỄN HOÀNG TUẤN SVTH : VŨ HUY HẢO Khoá : 2013 MSSV: 13151122 MSSV: 13151140 Ngành : KĨ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA GVHD: TS TRƯƠNG ĐÌNH NHƠN Tp Hồ Chı́ Minh, tháng năm 2017 an CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh Phúc ******* NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên Sinh viên: NGUYỄN HOÀNG TUẤN Họ tên Sinh viên: VŨ HUY HẢO MSSV: 13151122 MSSV: 13151140 Ngành: Kĩ thuật điều khiển tự động hóa Lớp: 13151CLC Ngày nhận đề tài: Ngày nộp đề tài: Giảng viên hướng dẫn: TS.TRƯƠNG ĐÌNH NHƠN Tên đề tài Các số liệu, tài liệu ban đầu Nội dung thực đề tài Sản phẩm: TRƯỞNG NGÀNH GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN i an CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh Phúc ******* PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Họ tên Sinh viên: NGUYỄN HOÀNG TUẤN MSSV: 13151122 Ngành: Kĩ thuật điều khiển tự động hóa Lớp: 13151CLC Họ tên Sinh viên: VŨ HUY HẢO MSSV: 13151140 Đề tài: “Điều khiển giám sát hệ thống xử lý nước thải diện rộng qua mạng 3G” Họ tên Giáo viên hướng dẫn: TS.TRƯƠNG ĐÌNH NHƠN NHẬN XÉT Nội dung khối lượng công việc thực hiện: Ưu điểm: Khuyết điểm: Đề nghị cho bảo vệ hay không?: Đánh giá loại: Điểm:……………….(Bằng chữ: ) Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2017 Giáo viên hướng dẫn Trương Đình Nhơn ii an CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh Phúc ******* PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Họ tên Sinh viên: NGUYỄN HOÀNG TUẤN MSSV: 13151122 Ngành: Kĩ thuật điều khiển tự động hóa Lớp: 13151CLC Họ tên Sinh viên: VŨ HUY HẢO MSSV: 13151140 Đề tài: “Điều khiển giám sát hệ thống xử lý nước thải diện rộng qua mạng 3G” Họ tên Giáo viên phản biện: NHẬN XÉT Về nội dung khối lượng công việc thực hiện: Ưu điểm: Khuyết điểm: Đề nghị cho bảo vệ hay không?: Đánh giá loại: Điểm:……………….(Bằng chữ: ) Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2017 Giáo viên phản biện iii an LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn:  Ban giám hiệu nhà trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM tạo điều kiện tốt cho sinh viên học tập nghiên cứu  Thầy thư viện trường cung cấp giáo trình tài liệu tham khảo suốt trình học tập sinh viên  Đặc biệt hướng dẫn giúp đỡ tận tình thầy giáo Trương Đình Nhơn giảng dạy, giúp đỡ phân tích rõ vấn đề sinh viên cịn khúc mắc Nhóm em cố gắng q trình tìm hiểu thực đề tài kiến thức cịn hạn chế khiến tiểu luận khơng ý thầy Nhóm em mong góp ý, nhận xét đánh giá nội dung hình thức trình bày từ thầy để nhóm em hoàn thiện tiểu luận Xin chân thành cảm ơn! TP.HCM, Ngày tháng năm 2017 Nhóm thực iv an TÓM TẮT Trong năm gần nhu cầu ứng dụng công nghệ thông tin kết hợp với tự động hóa hoạt động giám sát điều khiển quan, xí nghiệp phát triến mạnh Sự phát triển kết hợp hồn hảo cơng nghệ thơng tin với mạng công nghiệp mang lại bước cho giải pháp tự động hoá, tạo chuyển biến tích cực ngành kinh tế quốc dân Với mục đích tìm hiểu áp dụng kiến thức học để kết nối công nghệ thông tin mạng cơng nghiệp, nhóm thực đề tài “Điều khiển giám sát hệ thống xử lý nước thải qua mạng 3G” Đề tài xoay quanh việc làm để kết nói module 3G PLC để điều khiển theo dõi giám sát từ xa hệ thống với qui mô diện rộng, tốn chi phí kéo dây từ nơi sang nơi khác Cụ thể nhóm sửa dụng đối tượng hệ thống xử lý nước thải để áp dụng phương pháp Hệ thống bao gồm đầy đủ khâu hệ thống thực tế như: lọc ozone, lọc thô, lắng, khuấy, lọc qua than hoạt tính thạch anh Sử dụng giao diện Wincc để điều khiển gửi tín hiệu qua Module 3G, module 3G kết nối với PLC qua cổng giao tiếp RS 485, từ điều khiển thiết bị ngõ cho phù hợp với yêu cầu người sử dụng Đồng thời hệ thống tự động cấp nước ngược trở khâu lọc thô nước đầu chưa đạt đủ điều kiện mà người giám sát đặt trước Nếu đạt đủ điều kiện, nước bơm bòn chứa nước Với lợi mạng 3G người làm việc với thiết bị từ xa nhu cầu sử dụng mạng 3G ngày cao, điểm mạnh để phát triển thêm v an MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP I PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN II PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN III LỜI CẢM ƠN IV TÓM TẮT V MỤC LỤC VI DANH MỤC HÌNH ẢNH X DANH MỤC BẢNG BIỂU XIII CHƯƠNG TỔNG QUAN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT 1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI 1.3 NỘI DUNG CÔNG VIỆC THỰC HIỆN 1.4 GIỚI THIỆU VỀ ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1.4.1 Đối tượng nghiên cứu 1.4.2 Phương pháp nghiên cứu CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 TỔNG QUAN VỀ SCADA 2.2 TÍNH NĂNG CỦA HỆ THỐNG SCADA 2.3 MẠNG MODBUS TRONG TỰ ĐỘNG HÓA 2.4 PHƯƠNG THỨC TRUYỀN THÔNG 3G 13 vi an 2.5 PHÂN TÍCH HỆ THỐNG THỰC TẾ 14 2.5.1 Tính chất thành phần nước thải sinh hoạt: 14 2.5.2 Nồng độ đánh giá mức độ ô nhiễm nước thải sinh hoạt (NTSH) 14 2.5.3 Thông số nước thải sinh hoạt đầu vào 15 2.5.4 Thông số nước thải sinh hoạt đầu (theo QCVN 14:2008) 16 2.5.5 Sơ đồ nguyên lý hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt 17 2.5.6 Một số hình ảnh hệ thống xử lý nước thải thực tế 18 2.6 TỔNG QUAN VỀ PLC 20 CHƯƠNG 23 TỔNG QUAN VỀ PHẦN CỨNG 23 3.1 MƠ TẢ QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ 23 3.2 SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG 24 3.3 LỰA CHỌN PLC CHO HỆ THỐNG 24 3.3.1 Module CPU 1215C 24 3.3.2 Module nguồn 6EP1333-2BA01 27 3.3.3 Module analog SM 1231 27 3.3.4 Module giao tiếp RS485 CM 1241 29 3.4 LỰA CHỌN THIẾT BỊ NGÕ VÀO 29 3.4.1 Cảm biến siêu âm SRF06 29 3.4.2 Cảm biến nhiệt độ PT100 transmitter 30 3.4.3 Cảm biến độ đục LGZD sensor v1.1 32 3.4.4 Cảm biến đo độ PH hình hiển thị 33 3.5 LỰA CHỌN THIẾT BỊ NGÕ RA 34 3.5.1 Van điện từ 34 3.5.2 Động bơm nước 35 3.5.3 Relay trung gian 35 vii an 3.6 MODULE 3G 37 3.6.1 Module GPRS RTU WG-8010 37 3.6.2 Module GPRS WRC-610 38 3.6.2.1 Kích thước thiết bị 39 3.6.2.2 Đặc tính kĩ thuật sản phẩm 39 3.6.2.3 Dải địa Modbus thiết bị 41 3.6.2.4 Sơ đồ đấu nối 42 3.6.2.5 Cấu hình thiết bị 44 3.6.2.6 Tạo port Com ảo PC để giao tiếp với thiết bị 3G 48 3.7 SƠ ĐỒ ĐẤU NỐI THIẾT BỊ 50 3.7.1 Sơ đồ đấu dây PLC 50 3.7.2 Sơ đồ đấu dây module analog 51 3.7.3 Sơ đồ đấu dây module 3G 51 CHƯƠNG 52 CẤU HÌNH PHẦN MỀM 52 4.1 LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT 52 4.2 CẤU HÌNH PHẦN CỨNG PLC BẰNG PHẦN MỀM TIA PORTAL V13 53 4.3 THIẾT KẾ GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN BẰNG PHẦN MỀM WINCC FLEXIBLE 57 4.4 CẤU HÌNH GIAO TIẾP MODBUS GIỮA MODULE 3G VÀ PLC BẰNG PHẦN MỀM OPC SERVER 61 4.5 CẤU HÌNH BỘ 3G 67 4.4.1 Module WRC610 RTU: 67 4.4.2 Module WG-8010: 71 4.4.3 Tạo cổng COM ảo máy tính 74 CHƯƠNG 76 viii an Hình 4.27 Cấu hình chân ngõ  Thiết đặt số điện thoại để gửi tin nhắn nội dung tin nhắn: 70 an 4.4.2 Hình 4.28 Thiết lập số điện thoại nội dung tin nhắn Module WG-8010:  Khởi động phần mềm: truy cập vào thư mục WG-8010 (đường dẫn hình) chạy dtugprs.exe 71 an Hình 4.29 Khởi động phần mềm  Kết sau cấu hình: 72 an Hình 4.30 Kết cấu hình WG-8010 73 an 4.4.3 Hình 4.31 Cấu hình nhà mạng cho WR-8010 (Mobifone) Tạo cổng COM ảo máy tính Cách cấu hình nêu phần 3.6.2.6 Kết sau tạo cổng COM ảo: 74 an Hình 4.32 Kết tạo cổng COM ảo 75 an Chương 5.1 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM Sau tìm hiểu thiết bị phần cứng cách kết nối cho phù hợp an tồn, nhóm thi cơng xong đối tượng điều khiển mơ hình hệ thống xử lý nước thải, sau giao diện điều khiển giám sát hệ thống Hình 5.1 Mơ hình sau thi cơng Giao diện điều khiển hình 3.1 Kết thu được:  Số lầ n mấ t kế t nố i với thiế t bi ̣trong giờ: 10-12 lầ n  Thời gian tự đô ̣ng kế t nố i la ̣i sau có sự cố về mấ t nguồ n: 3-5s  Thời gian mấ t kế t nố i lâu nhấ t lầ n: 8s  Tố c đô ̣ đáp ứng sau nhâ ̣n lê ̣nh từ giao diê ̣n điề u khiể n: 6-10s  Thời gian gửi tin nhắ n sau có tıń hiê ̣u cảnh báo từ thiế t bi ̣đầ u cuố i: 8-10s  Chu kỳ quét tố i ưu cho thông số đo ̣c về bô ̣ 3G: 3-5s  Sai số ta ̣i đầ u vào analog của thiế t bi ̣so với giá tri ̣thực: 0.3%  Thời gian trı̀ kế t nố i tố t nhấ t: 16-20h hằ ng ngày 76 an Đánh giá: Ưu điểm:  Cơ động, có khả thi công địa hình phức tạp  Khơng cần hạ tầng mạng phức ta ̣p  Có thể thu thập số lượng thiết bị lớn trải diện rộng  Giảm kinh phí đầu tư ban đầu  Dễ dàng kế t nố i các thiế t bi ̣đầ u cuố i cảm biế n cũng các thiế t bi ̣điề u khiể n hoă ̣c thu thâ ̣p dữ liê ̣u khác thông qua chuẩ n truyề n thông Modbus Nhược điểm:  Tốc độ truyền liệu thấp  Độ ổn định đường truyền phụ thuộc chất lượng 3G nhà mạng  Thường xuyên xảy sự cố mấ t kế t nố i  Tốn kinh phı́ trì dịch vụ đinh ̣ kỳ  Do tốc độ thấp nên phù hợp chức giám sát thu thập liệu khơng phù hợp tính điều khiển 5.2 KẾT LUẬN Sau khoảng thời gian thực đề tài này, nhóm em hồn thành nhiệm vụ sau:  Lựa chọn thiết bị phần cứng phù hợp với yêu cầu đề tài  Xây dựng hệ thống phần cứng mô mô hình xử lý nước thải sinh hoạt  Biết cách kết nói thiết bị ngõ vào, ngõ với PLC  Cách cấu hình module 3G, thiết lập cổng COM ảo giao tiếp phần mềm SCADA với 3G, chức 3G  Xây dựng hệ thống phần mềm giao tiếp người thiết bị sở mạng 3G 77 an  Điều khiển giám sát từ xa thông số hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt, tự động lưu liệu thông số giảm sát, điều khiển xuất báo cáo dạng tin nhắn SMS Tuy nhiên nhóm cịn số hạn chế như: mơ hình chưa đáp ứng thực tế u cầu nguồn nước dùng sinh hoạt lý hóa chất độc hại nên nhóm khơng sử dụng khâu khuấy nước hạn chế nguồn vồn thi cơng mơ hình nên khơng thể làm đầy đủ tất khâu xử lý nước thực tế, đối tượng điều khiển nên nhóm làm số khâu lọc nước hệ thống thực tế 5.3 HƯỚNG PHÁT TRIỂN Để khắc phục điểm hạn chế, đồng thời đáp ứng nhu cầu cao sau này, hệ thống phát triển theo hướng như:  Đầu tư thêm vốn để nâng cấp khâu khuấy hóa chất, mua máy ozone khâu lọc ozone  Cải thiện thiết kế mơ hình để khâu lắng nước xử lý nhanh  Sử dụng thêm số cảm biến để tăng điều kiện cho nước bồn 78 an TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Mạng truyền thông công nghiệp – Thư viện số đại học Bách Khoa Hà Nội [2] Ebook Mạng truyền thông cơng nghiệp - Hồng Minh Sơn [3] TS Trần Thu Hà, KS Phạm Quang Huy, Tự động hóa cơng nghiệp, lập trình với S7 WINCC, Giao diện người - máy HMI, NXB HỒNG ĐỨC [4] Giáo trình Cơng nghệ cơng trình xử lý nước thải quy mơ nhỏ - PGS.TS Trần Đức Hạ [5] Giáo trình Xử lý nước thải TS Nguyễn Trung Việt TS Trần Thị Mỹ Diệu đồng chủ biên 79 an Code điều khiển chương trình: PHỤ LỤC  Chương trình chính: 80 an 81 an  Khối Scale: 82 an  Các địa giao tiếp Modbus: 83 an an