CHÀO MỪNG NGÀY THÀNH LẬP TRƯỜNG (01/04/1956-01/04/2010) GIẢI PHÁP THIẾT KẾ PHẦN MỀM TỰ ĐỘNG HOÁ XỬ LÝ NƯỚC THẢI ỨNG DỤNG CHO CÁC NHÀ MÁY SẢN XUẤT RƯỢU BIA VỪA VÀ NHỎ SOFTWARE DESIGN SOLUTIONS FOR AUTOMATIC SEWAGE TREATMENT PROCESS FOR SMALL- AND- MEDIUM-SIZED BEVERAGE FACTORIES TS HOÀNG XUÂN BÌNH KS TRẦN TIẾN LƯƠNG Khoa Điện - ĐTTB, Trường ĐHHH Tóm tắt Bài báo giới thiệu giải pháp thiết kế phần mềm điều khiển khâu dây chuyền tự động hoá xử lý nước thải ứng dụng cho nhà máy sản xuất rượu bia vừa nhỏ Abstract The article presents the software design solutions to control each step in the automatic sewage treatment process applied for small and medium-sized beverage factories Đặt vấn đề Công nghệ thiết kế tự động hoá cho trạm, nhà máy xử lý nước thải phục vụ cho dự án sản xuất nhỏ, khu công nghiệp có nhiều dạng cấp độ đầu tư kinh tế kỹ thuật khác [1, 3, 4] Một số kết nghiên cứu tự động hoá xử lý nước thải cho nhà máy sản xuất rượu bia cỡ nhỏ trung bình học viên cao học ngành Tự động điện - Đại học Hàng hải Việt Nam đề cập tài liệu [1] Để có cách nhìn cụ thể hơn, sâu sắc trình thiết kế tự động hoá giải pháp thiết kế phần mềm điều khiển cần đề cập cần thiết Các yêu cầu cho phần mềm hệ thống xử lý nước thải nhà máy sản xuất rượu bia vừa nhỏ Chiến lược thiết kế phần cứng (Phần mạch điện thiết bị phục vụ điều khiển giám sát) hoàn thiện khả thực công nghệ Sách lược phần mềm điều khiển thiết kế cần phải thỏa mãn yếu tố sau: - Hệ thống hoạt động tin cậy, ổn định, đảm bảo tham số cần điều khiển theo tiêu cho trước - Cho phép thay đổi chế độ hoạt động, tham số hệ thống hoạt động - Lưu trữ, hiển thị số liệu trình cho người vận hành cần thiết Tóm lại, phần mềm điều khiển nhằm tạo dựng khả điều khiển giám sát tập trung Cấu trúc hệ thống điều khiển giám sát hình 1, gồm cấp: Hình cấu trúc chung hệ thống điều khiển giám sát - Cấp trường bao gồm thiết bị điều khiển, cảm biến thiết bị chấp hành Đây cấp thực điều khiển trực tiếp hoạt động thiết bị, tham số theo quy trình công nghệ đặt - Cấp điều khiển: Là cấp giám sát, điều khiển, điều chỉnh thông số, tình trạng thiết bị toàn dây chuyền sản xuất theo quy trình đặt thao tác, theo dõi bảng Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải Số 22 – 04/2010 19 CHÀO MỪNG NGÀY THÀNH LẬP TRƯỜNG (01/04/1956-01/04/2010) thông số, hình hiển thị điều khiển qua giao diện phần mềm (HMI - Human Machine Interface) hay bàn điều khiển (Operator Panel) - Cấp giám sát, quản lý: Nhà quản lý theo dõi thông số, tình trạng thiết bị toàn hoạt động quy trình xử lý qua giao diện máy tính kết nối trực tiếp với phòng điều khiển qua kết nối internet Qua nắm tình hình vận hành, tình trạng vật tư thiết bị, lên kế hoạch sản xuất… Xây dựng phần mềm cho hệ thống xử lý đặt yêu cầu cụ thể sau: + Xây phần mềm điều khiển hệ thống giám sát qua giao diện HMI + Liên kết phần giám sát, điều khiển với thiết bị thực cấp trường + Lưu trữ thông tin trình xử lý Như vậy, cấu trúc phần cứng hợp lý xây dựng hình 2, thiết bị khả trình PLC chọn để điều khiển phổ biến S7-300 hãng Siemens, kết hợp với phần mềm giám sát WinCC xây dựng máy tính phục vụ vận hành giám sát Xây dựng giải pháp giám sát phần mềm WinCC Giải pháp xây dựng hệ thống điều khiển giám sát sử dụng phần mềm WinCC (Windows Control Center - Trung tâm điều khiển Windows) hãng Siemens Thiết kế hệ thống điều Hình Cấu trúc mạng PLC hợp lý cho dây khiển giám sát với phần mềm WinCC cho chuyền xử lý nước thải nhà máy sản xuất rượu bia phép tạo lập chương trình để tạo vừa nhỏ giao diện người – máy HMI, thu thập thông số trình, tạo lập báo cáo, cảnh báo, báo động tham số trình Trong dòng sản phẩm thiết kế giao diện phục vụ cho vận hành giám sát, WinCC xây dựng hệ thống SCADA với chức hữu hiệu dành cho việc điều khiển Hai ưu điểm lớn WinCC là: - WinCC liên kết cách dễ dàng với phần mềm chuẩn phần mềm thiết kế giao diện người - máy, đáp ứng nhu cầu thực tế cách xác - WinCC thuận tiện cho liên kết thiết bị hãng Siemens - cho phép thiết kế hệ thống nhanh chóng với thủ tục hỗ trợ sẵn cho người lập trình Công việc thiết kế giám sát WinCC gồm bước sau: + Tạo liên kết WinCC với PLC thực trình xử lý nước thải + Xây dựng giao diện người máy + Thiết lập quy trình thu thập liệu, báo cáo, cảnh bảo với tín hiệu trình Tạo liên kết với PLC Hình Liên kết Tag WinCC PLC WinCC giám sát điều khiển thông qua PLC, công việc thực dựa PLC, tạo liên kết gồm bước: + Khai báo driver thực liên kết, WinCC hỗ trợ sẵn liên kết với thiết bị điều khiển PLC S5, S7, hình công nghiệp, mạng MPI, Profibus… giao thức truyền thông Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải Số 22 – 04/2010 20 CHÀO MỪNG NGÀY THÀNH LẬP TRƯỜNG (01/04/1956-01/04/2010) để thu nhận liệu chương trình tự động xử lý Ở sử dụng truyền thông qua mạng MPI với PLC S7 Siemens đặc biệt thuận lợi + Khai báo Tag liên kết: việc khai báo định địa kiểu liệu mà WinCC cần trao đổi với PLC Đồng thời thông qua Tag này, WinCC giám sát, điều khiển hay thu thập số liệu cần thiết thông tin trình từ PLC Các Tag liên kết cho việc điều khiển hệ thống xử lý nước thải xây dựng tiêu biểu như: độ pH, DO, nhiệt độ, mức… Thiết kế giao diện giám sát với Graphics Designer Giao diện giám sát cho hệ thống xử lý nước thải xây dựng với hình đồ họa, hiển thị tham số trình công nghệ trực tiếp quy trình hoạt động hệ thống hình Với việc sử dụng tag tạo liên kết, tương ứng với hiển thị số, đồ thị hay hiệu ứng hoạt chuyển động hình ảnh tham số trình thể trực quan số liệu đồ họa Thu thập liệu, biểu diễn giá trị trình (Tag logging) thu thập liệu cảnh báo (Alarm logging) Việc tạo báo cáo thu thập, Hình Thiết kế giao diện HMI lưu trữ tham số trình thu thập liệu cảnh báo khởi tạo Tag Logging Alarm logging WinCC Các lưu trữ tạo Tag Logging Alarm logging Hình Tạo thu thập liệu trình liệu cảnh báo Với Archieve Winzad cho phép người lập trình chọn Tag cần thiết với thời gian số lượng giá trị lưu trữ cho Tag, hình Công việc thiết kế cảnh báo, báo động khai báo với công cụ Alarm logging Công cụ cung cấp phương pháp đơn giản tự động tạo hệ thống cảnh báo mong muốn Với khai báo lệnh hiển thị, Tag hiển thị, màu sắc, số lượng cảnh báo/báo động lưu trữ lại hỗ trợ System Winzad Giải pháp viết chương trình điều khiển hệ thống xử lý nước thải cho thiết bị khả trình PLC Trong hệ thống điều khiển tự động hóa, PLC xem thiết bị trái tim hệ thống Với chương trình lưu bên CPU PLC, dựa tín hiệu đầu vào tảng điều khiển logic để đưa định hoạt động xuất tín hiệu đến đầu PLC Thực chất, toàn công việc điều khiển cho hệ thống xử lý nước thải thực PLC Thông qua việc giao tiếp với bàn phím, hình hay máy tính, PLC nhận yêu cầu thực người vận hành tiến hành thực thi với thiết bị trường để đáp ứng yêu cầu Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải Số 22 – 04/2010 21 CHÀO MỪNG NGÀY THÀNH LẬP TRƯỜNG (01/04/1956-01/04/2010) Như ta biết, hệ thống tự động xử lý nước thải vừa nhỏ số lượng thiết bị không lớn điều khiển trọn vẹn trạm PLC Vấn đề đặt việc thu thập tín hiệu vào, xử lý xuất điều khiển thiết bị hệ thống bao gồm: + Thu thập tín hiệu từ cảm biến để truyền tới PLC truyền tín hiệu từ PLC tới thiết bị trường + Điều khiển tham số hệ thống lưu lượng bơm NaOH, HCL, nồng độ pH, DO… phạm vi yêu cầu hệ thống + Xuất tín hiệu điều khiển tốc độ vô cấp đối tượng bơm, thiết bị khuấy trộn… Việc truyền, nhận tín hiệu cảm biến, thiết bị trường nối trực tiếp vào PLC qua module mở rộng Tuy nhiên, điều gây khó khăn số lượng tín hiệu cần truyền xa nhiều Điều dẫn Hình Khai báo cấu hình cứng cho trạm PLC đến số lượng cáp điện hệ thống xử lý nước thải lớn khó khăn trình xác định lỗi hệ thống Một giải pháp thực với nhiều lợi thực truyền thông với tất thiết bị qua mạng profibus Công nghệ đòi hỏi cảm biến thiết bị trường phải có khả kết nối với mạng Mặc dù giải pháp tốt mặt kỹ thuật lại không khả quan kinh tế Giải pháp có lợi lựa chọn trạm vào/ra phân tán ET200M kết nối thông qua mạng profibus để thực thu thập tín hiệu xa trung tâm điều khiển truyền tín hiệu trạm PLC qua mạng trường Cấu trúc mạng, khai báo trạm ET200M thực cho trạm xử lý nước thải thực hình Vấn đề cần giải liên kết tín hiệu từ trạm vào/ra phân tán Về bản, tín hiệu sau khai báo coi địa miền nhớ PLC Như vậy, để đọc/ghi tín hiệu tới đầu vào/ra từ trạm phân tán phần mềm PLC thực cách đọc/ghi tới địa đầu vào/ra tương ứng Một nhiệm vụ khó khăn hệ thống xử lý nước thải trì lưu lượng Hình Cấu trúc PID PLC dòng thải, lưu lượng chất xử lý khác NaOH, HCl, nồng độ DO theo giá trị mong muốn Với điều khiển ON/OFF chất lượng điều khiển không cao, tồn sai lệch theo chu kỳ gây dao động với Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải Số 22 – 04/2010 22 CHÀO MỪNG NGÀY THÀNH LẬP TRƯỜNG (01/04/1956-01/04/2010) biến cần điều chỉnh Giải pháp cho vấn đề sử dụng PLC S7-300 sử dụng khối PID tương tự FB41 có sẵn CPU PLC Cùng với điều khiển giám sát WinCC, tham số PID sử dụng đặt cách độc lập với cho phép thay đổi trực tuyến Việc thay đổi tham số trực tuyến có ý nghĩa to lớn hệ thống xử lý nước thải có thành phần, nồng độ chất thải không giống nhau, hoạt động vi sinh vật trình làm nước phụ thuộc nhiều vào độ pH, nhiệt độ, nồng độ i-on có nước Như vậy, người vận hành can thiệp kịp thời để đảm bảo chất lượng xử lý cho phù hợp với tình trạng nước thải Kết luận Việc ứng dụng giải pháp phần mềm cho hệ thống điều khiển tự động dây chuyền xử lý nước thải cho nhà máy rượu bia vừa nhỏ cho phép tạo giao diện vận hành tiện ích thân thiện Đảm bảo việc liên kết trình truyền dẫn thông tin, lưu giữ tham số trình điều khiển hiệu công đoạn thực thi trình công nghệ Vận dụng liên kết phần mền WinCC, phần mềm lập trình PLC tạo khả rút ngắn thời gian cho trình thiết kế phần mềm điều khiển TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Học viên cao học: KS Đặng Thị Chinh “ Một số kết nghiên cứu giải pháp tự động hoá xử lý nước thải cho nhà máy sản xuất rượu bia vừa nhỏ” - Tạp chí hoạt động khoa học - số 1.2010 [2] PGS, TS Hoàng Văn Nhuệ; (2004), “Công nghệ môi trường, tập1-xử lý nước”; NXB Xây dựng [3] Website: www.minhviet.com.vn [4] Website: www.Siemens.com Người phản biện: TS Trần Xuân Việt Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải Số 22 – 04/2010 23