báo cáo môn học dcs scada

PHÂ CÔN NG CÔNG VIỆC Phạm Biên Cương Thiết kế màn hình giám sát Overview Lê Minh Khuê Thiết kế, l p trình ậ chương trình PLC Trần Qu c Th ng ố ắ Thiết kế màn hình đồ thị Trend Nguyễn Hải

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

-    -

BÁO CÁO MÔN H C DCS & SCADA Ọ

Nhóm sinh viên thực hiện:

PHÂ CÔ N NG CÔNG VIỆC

Phạm Biên Cương Thiết kế màn hình giám sát Overview

Lê Minh Khuê Thiết kế, l p trình ậ chương trình PLC Trần Qu c Th ng ố ắ Thiết kế màn hình đồ thị Trend Nguyễn Hải Đăng Thiết kế màn hình c nh b ả áo AlarmPhạm Tiến Đạt Thiết kế màn hình c nh báo Alaả rm

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ NƯỚC THẢI 6

1.1 T ổng quan về nước thả 6 i 1.1.1 Khái niệm 6

1.1.2 Phân loại 6

1.2 Xử lý nước thải 6

1.2.1 Khái niệm 6

1.2.2 T ại sao cần xử lý nước thải 6

CHƯƠNG 2 NGUYÊN LÝ CỦA HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI 8

2.1 Các thành phần của hệ thống 8

2.2 Nguyên lý hoạt động c ủa t ng ph n và c h ừ ầ ả ệ thống 9

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ HỆ THỐNG SCADA CHO HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI TRÊN WINCC 10

3.1 T ạo project 10

3.1.1 T ạo project và ch n CPUọ 10

3.1.2 Chọn Power Supply 10

3.1.3 Chọn các module m r ở ộng 11

3.2 Khai báo tag đầu vào ra 11

3.3 Xây dựng chương trình điều khi ển 13

3.4 Thiết kế giao di n cho h ệ ệ thống SCADA 17

3.4.1 T ạo giao di n trên WinCCệ 17

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN 23

DANH M C HỤ ÌNH V Ẽ

Hình 1 Sơ đồ P&ID phân đoạn hệ thống xử lý nước thải 8

Hình 2 C u hình PLC 10 ấ Hình 3 b sung các module 11 ổ Hình 4 Network kiểm tra điều ki n ch y c a h ệ ạ ủ ệ thống 14

Hình 5 Ch y các chu trình con trong hạ ệ thống 14

Hình 6 Chương trình con điều khiển b lắng 1 15 ể Hình 7 Chương trình con điều khiển b lắng 2 15 ể Hình 8 Chương trình con điều khiển b lắng 3 16 ể Hình 9 Chuyển đổi tín hi u cệ ảm biến analog thành s ố thực 16

Hình 10 Ki m tra các tr ng thái c a hể ạ ủ ệ thống 17

Hình 11 C u hình giao diấ ện người dùng 18

Hình 12 C u hình kấ ết nối với PLC 18

Hình 13C u hình kấ ết n i vố ới PLC 19

Hình 14 Màn hình giám sát hệ thống 20

Hình 15 Đồ thị mức nước bể s c 21 ụ Hình 16 Đồ thị nống độ pH tại các bể lắng 22

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ NƯỚ C THẢI

- Nước th i sinh hoả ạt: là nước thải từ các khu dân cư, khu vực hoạt động thương mại, công sở, trường học và các cơ sở tương tự khác

- Nước th i công nghiả ệp: là nước th i tả ừ các nhà máy đang hoạt động, có cả nước thải sinh hoạt nhưng trong đó nước thải công nghiệp là chủ yếu

- Nước th i t nhiêả ự n: nước mưa được xem như nước th i t nhiên nh ng thành ả ự Ở ữphố hiện đại nước thải tự nhiên được thu gom theo một hệ thống thoát riêng

- Nước thải đô thị: là thu t ng chung chậ ữ ỉ chất l ng trong hỏ ệ thống c ng thoát cố ủa một thành phố Nước thải đô thị có th bao gể ồm t t cấ ả nước thải kể trên

1.2 Xử lý nước thả i

1.2.1 Khái ni m ệ

Xử lý nước th i là quá trình lo i b ả ạ ỏ chất ô nhi m ra khễ ỏi nước thải như nước thải

hộ gia đình, thương mại và cơ quan Nó bao gồm các quá trình vật lý, hóa học và sinh học để loại b các ch t ô nhi m và s n xuỏ ấ ễ ả ất nước thải được x lý an toàn vử ới môi trường Một s n ph m c a x ả ẩ ủ ử lý nước thải thường là m t ch t th i bán r n ho c bùn, mà c n phộ ấ ả ắ ặ ầ ải

xử lý hơn nữa trước khi được thải ra hoặc được áp dụng đất (thường là phân bón cho nông nghiệp) Đối v i h u h t các thành ph , các h ớ ầ ế ố ệ thống thoát nước cũng sẽ mang theo một t lỷ ệ nước th i công nghi p t i các nhà máy xả ệ ớ ử lý nước thải mà thường đã nhận được tiền xử lý tại các nhà máy để ả gi m t i ô nhi m N u hả ễ ế ệ thống thoát nước là một hệthống thoát nước kết hợp thì nó cũng sẽ mang theo dòng chảy đô thị (nước mưa) đến nhà máy x ử lý nước thải

1.2.2 T ại sao cần xử lý nước thả i

Môi trường ngày càng bị ô nhiễm trầm trọng kéo theo nguồn nước bị tác động không h ề nhỏ Tìm ki m mế ột phương pháp xử lý k p th i là cách b o v không gian s ng ị ờ ả ệ ố

và s c kh e c a mứ ỏ ủ ọi người N u bế ạn chưa hiểu hết được lý do vì sao ph i xả ử lý nước thải, phương pháp nào là hữu hiệu nhất thì bài viết sau đây s giúp bạn hiẽ ểu rõ hơn điều

đó

Thực t cho thế ấy, trong nước th i có chả ứa hàng trăm ngàn tấn ch t hấ ữu cơ, dầu

mỡ, chất dinh dương và cả sinh v t Vậ ới lượng hợp ch t này nấ ếu như không được x lý ử

và để ngấm trực tiếp vào đất thì nó sẽ dẫn đến tình trạng gây hại nghiêm trọng đến môi trường xung quanh Nguyên do là các chất dinh dưỡng phân hủy nhấm vào trong đất, gây ô nhiêm nguồn nước ng m, v n là ngu n ầ ố ồ nước được s d ng cho sinh ho t cử ụ ạ ủa người dân

Ở Việt Nam, trong những năm qua tình hình xử lý nước thải tại các hộ gia đình vẫn chưa được quan tâm đúng mực, không chỉ ở hi n tệ ại mà tương lai xa hơn nó s còn ẽđem lại nhiều hậu quả khôn lường Việc chỉ xử lý nước thải phân, nước tiểu mà bỏ qua các loại nước th i khác là m t thi u sót vô cùng l n, khi ả ộ ế ớ lượng nước thải này đổ ra sông

sẽ gây b n nguẩ ồn nước s ng, m t nguố ộ ồn nước sạch được s d ng trong sinh ho t cử ụ ạ ủa con người

Đối với nước th i t b p, nhà t m, nhà v sinh, chu ng trả ừ ế ắ ệ ồ ại chăn nuôi, thực phẩm thừa…được gọi là nước đen Thành phần của nó có ch a khá nhi u ch t hứ ề ấ ữu cơ BOD và chất dinh dưỡng như ni tơ, phốt pho trong nước đen rất cao Đa phần loại nước thải này hay gây nguy hại đến sức kh e và làm nhi m b n nguỏ ễ ẩ ồn nước m t, gây b c mùi hôi th i ặ ố ốNgoài ra, nước đèn còn tồn tại hàng loạt vi khuẩn, virut, vật nguyên sinh gây bênh, các

ấu trùng trứng giun d gây nên mối nguy hiễ ểm cho con người

Loại nước thải xuất phát từ các cơ sở, nhà máy chế biến, giặt rửa…thường chứa lượng chất cặn lơ lửng, chất tẩy, dầu m , các hóa chỡ ất vô cơ, hữu cơ Tên gọi phổ biến của nó là nước xám, thành phần ch a khá nhi u h p ch t hóa hứ ề ợ ấ ọc độc hại, nó rất dễ gây

ô nhi m môi trễ ường và làm tác động đến s c kh e c a m i ứ ỏ ủ ọ người không ít Đặc biệt, nước xám cũng chứa lượng vi trùng gây bệnh khá nhiều, đó là lý do vì sao cần được xử

lý ngay

Hiện t i có nhiạ ều phương pháp xử lý nước thải khác nhau, v quy trình th c hi n ề ự ệ

có những đặc điểm riêng nhưng chung quy lại đều hướng đến k t quế ả đó là x lý hoàn ửtoàn các chất độc h i còn tạ ồn đọng trong nước thải, đảm b o nguả ồn nước mà con người

sử dụng đượ ạch hơn, ngăn ngừc s a mọi tác động nguy hiểm đến s c khứ ỏe con người và giảm thiểu mức độ ô nhi m ễ

CHƯƠNG 2 NGUYÊN LÝ CỦ A HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚ C

THẢI

2.1 Các thành phần của h ệ thống

Thiết kế hệ thống v i các b thành ph n theo hình v ớ ể ầ ẽ dưới đây:

Hình 1 S ơ đồ P&ID ân ph đoạ n h ệ thố ng x lý n c th ử ướ ải

- Cảm biến lưu lượng dòng ch y ả

2.3 Giải pháp

Do đặc trưng là nước thải được xử lý theo t ng ừ đợt Do đó nhóm l a ch n ự ọ điều khi n ểtừng cơ cấ chấu p hành b ng tằ ay trên màn hình giao di n ngệ ười dùng, c ụ thể h th ng ệ ốgồm 8 máy bơm và 2 ng cđộ ơ khuấy

Đồng thời, màn hình giao diện ng i dùng cũng cho phép giám sát các ông sườ th ố của hệ thống:

• Chiều cao mực nước trong b ể

• Tốc độ dòng chảy trong đường ống

• Độ pH của bể lắng thứ cấp

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ HỆ THỐNG SCADA CHO HỆ THỐNG

XỬ LÝ NƯỚ C TH I TRÊN WINCC Ả

3.1 T ạo project

3.1.1 T ạo project và chọn CPU

Khởi động ph n m m TIA Portal, t o project m i ầ ề ạ ớ

3.2 Khai báo tag đầu vào ra

Name Path

Data Type Logical Address ĐÈN START DO_tag Bool %Q96.1

ĐÈN STOP DO_tag Bool %Q96.2

Light_Max DO_tag Bool %Q96.3

Light_Min DO_tag Bool %Q96.4

Q_Manual DO_tag Bool %Q96.5

Q_Auto DO_tag Bool %Q96.6

Q_Pump_On DO_tag Bool %Q96.7

Q_Pump_Off DO_tag Bool %Q97.0

M_Start Default tag table Bool %M4.1

M_Stop Default tag table Bool %M4.2

M_Manual Default tag table Bool %M4.3

M_Auto Default tag table Bool %M4.4

System_Byte Default tag table Byte %MB1 FirstScan Default tag table Bool %M1.0 DiagStatusUpdate Default tag table Bool %M1.1 AlwaysTRUE Default tag table Bool %M1.2 AlwaysFALSE Default tag table Bool %M1.3 Clock_Byte Default tag table Byte %MB0 Clock_10Hz Default tag table Bool %M0.0 Clock_5Hz Default tag table Bool %M0.1 Clock_2.5Hz Default tag table Bool %M0.2 Clock_2Hz Default tag table Bool %M0.3 Clock_1.25Hz Default tag table Bool %M0.4 Clock_1Hz Default tag table Bool %M0.5 Clock_0.625Hz Default tag table Bool %M0.6 Clock_0.5Hz Default tag table Bool %M0.7 Level Sensor 1 AI_tag Int %IW0 Level Sensor 2 AI_tag Int %IW2 Flow Sensor 1 AI_tag Int %IW6 Flow Sensor 2 AI_tag Int %IW8

pH Sensor 1 AI_tag Int %IW10 Level sensor high DI_tag Bool %I33.0 Level sensor low DI_tag Bool %I33.1 Start DI_tag Bool %I33.2 Stop DI_tag Bool %I33.3 I_Manual DI_tag Bool %I33.4 I_Auto DI_tag Bool %I33.5 Pump1_On DI_tag Bool %I33.6 Pump2_On DI_tag Bool %I33.7 Pump3_On DI_tag Bool %I34.0 Pump4_On DI_tag Bool %I34.1 Pump5_On DI_tag Bool %I34.2 Pump6_On DI_tag Bool %I34.3 Pump7_On DI_tag Bool %I34.4 Pump8_On DI_tag Bool %I34.5 Pump1_Off DI_tag Bool %I34.6 Pump2_Off DI_tag Bool %I34.7 Pump3_Off DI_tag Bool %I35.0 Pump4_Off DI_tag Bool %I35.1 Pump5_Off DI_tag Bool %I35.2 Pump6_Off DI_tag Bool %I35.3 Pump7_Off DI_tag Bool %I35.4 Pump8_Off DI_tag Bool %I35.5

pH Sensor 2 AI_tag Int %IW20 Khuay1_On DI_tag Bool %I35.6 Khuay1_Off DI_tag Bool %I35.7 Khuay 2_On DI_tag Bool %I36.0 Khuay2_Off DI_tag Bool %I36.1 On_pump_1 DO_tag Bool %Q97.2 On_pump_2 DO_tag Bool %Q97.3 On_pump_3 DO_tag Bool %Q97.4 On_pump_4 DO_tag Bool %Q97.5 On_pump_5 DO_tag Bool %Q97.6 On_pump_6 DO_tag Bool %Q97.7 On_pump_7 DO_tag Bool %Q98.0 On_pump_8 DO_tag Bool %Q98.1 Off_pump_1 DO_tag Bool %Q98.2 Off_pump_2 DO_tag Bool %Q98.3 Off_pump_3 DO_tag Bool %Q98.4 Off_pump_4 DO_tag Bool %Q98.5 Off_pump_5 DO_tag Bool %Q98.6 Off_pump_6 DO_tag Bool %Q98.7 Off_pump_7 DO_tag Bool %Q99.0 Off_pump_8 DO_tag Bool %Q99.1 On_khuay_1 DO_tag Bool %Q99.2 Off_khuay_1 DO_tag Bool %Q99.3 On_khuay_2 DO_tag Bool %Q99.4 Off_khuay_2 DO_tag Bool %Q99.5 Tag_1 Default tag table Bool %M100.0 Tag_2 Default tag table Bool %M100.7

3.3 Xây dựng chương trình điều khi n ể

Hình 4 Network ki m tra ể điề u ki n ch y c a h ệ ạ ủ ệ thống

Hình 5 Chạ y các chu trình con trong h ệ thống

Hình 6 Chương tr ình con điề u khi n b l ng 1 ể ể ắ

Hình 8 Chương tr ình con điề u khi n b l ng 3 ể ể ắ

Hình 9 Chuyển đổ i tín hi ệu cả m bi ến analog thành s ố thự c

Hình 10 Kiể m tra các tr ng thái c a h ạ ủ ệ thống

3.4 Thiết kế giao di n cho hệ ệ thống SCADA

3.4.1 T ạo giao diệ n trên WinCC

Ta ch n Add new device => PC Systems => SIMATIC HMI application => WinCC RT ọAdvanced

Hình C u hình giao di n ng i dùng 11 ấ ệ ườ

- Tiếp đến, ta chọn module để kết nối giữa PLC và WinCC Advanced: Trong Device view, ch n Communication modules => PROFINET/Ethernet => ch n IE ọ ọgeneral, kéo th vào v trí thích h p ả ị ợ

Hình C u hình k t n i v i PLC 12 ấ ế ố ớ

- Trong Network view, ta thực hiện k t nế ối giữa PLC và WinCC

Màn hình chính sẽ thể ệ ổ hi n t ng quan quá trình x ử lí nước thải bao g m: tên và thông ồ

số thiết bị, quá trình x ử lí nước thải, đầu ra vào c a các ch t trong quá trình ngoài ra ủ ấngười vận hành có thể giám sát trạng thái, điều khiển các thiết b bằng cách click chuột ịvào thiết bị trên màn hình

Sử d ng các công c cụ ụ ủa Tia portal thu được màn hình điều khi n chính quá trình x lí ể ửnước thải số 4.

Hình Màn hình giám sát h 14 ệ thống

Màn hình chính

Trong Screen management => Ch n ọ Pop-up Screens, t o màn hình nh ạ ỏ

điều khiển bơm và động cơ Trong đó có các nút chạy, dừng và hiển thị trạng thái c a ủđộng cơ, bơm

Màn hình Popup điều khiển h thống bơm 1 gồệ m tổ hợp bơm 1 2 3 4 và máy khuấy 1:

- T o màn hình theo dõi và hi n thạ ể ị Alarm:

+ Ta cũng sử dụng Pop-up Screens để tạo màn hình Alarm, khi ta ấn nút

Alarm trên màn hình chính thì sẽ hi n th lên l i ể ị ỗ

+ Add new pop-up screen => trong Controls, ta ch n ọ Alarm view, kéo

vào màn hình

Xây d ng th theo dõi h ự đồ ị ệ thống:

Hình 16 Đồ thị ống độ n pH t i các b l ạ ể ắng

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN

Sau một thời gian tìm hi u và thể ực hiện đề tài, nhóm chúng em ã có thêm nhi u ki n đ ề ế

thức bổ ích và trải nghi m ệ về ệ xây d ng l p trình m vic ự ậ ột hệ ống SCADA Do kh th ảnăng tiếp thu có h n nên nh ng gì nhóm em thạ ữ ực hiệ đượn c trong báo cáo này có th ểcòn h n chạ ế Nhóm đã hoàn thành được các công việc:

• Tìm hi u, phân tích sể ơ đồ P&ID

• Viết chương trình PLC điều khiển cho hệ thống

• Xây d ng các giao di n ngự ệ ười dùng giúp giảm sát hệ thống, c nh báo lả ỗi và theo dõi các tham s ố