MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TRUNG TÂM AN TOÀN MỎ 3 1.1. Giới thiệu về Trung tâm an toàn mỏ 3 1.2. Chức năng, nhiệm vụ của trung tâm. 5 1.3.Kết quả đạt được và phương hướng phát triển của trung tâm. 9 CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG QUAN TRẮC KHÍ MỎ TẬP TRUNG TỰ ĐỘNG 11 2.1. Vai trò của hệ thống quan trắc khí mỏ. 11 2.2. Đặc điểm của hệ thống 11 2.3. Sơ đồ công nghệ của hệ thống giám sát khí mỏ. 11 2.3.1. Yêu cầu công nghệ của hệ thống. 11 2.3.2. Cấu trúc chung của hệ thống quan trắc. 12 CHƯƠNG 3 : XÂY DỰNG MÔ HÌNH VÀ TÍNH CHỌN THIẾT BỊ 19 3.1. Mô hình hệ thống mới 19 3.2. Các yêu cầu cơ bản khi lựa chọn thiết bị. 19 3.3. Cơ cấu chấp hành 20 3.3.1 Cảm biến 20 3.3.2. Nút bấm PLC 22 3.3.3 Thiết bị ngoại vi. 23 3.4. Thiết bị điều khiển 24 3.4.1. Tìm hiểu về PLC S7200 24 3.5. Thiết kế hệ thống 28 3.5.1. Mạch kết nối cảm biến với modul analog 28 3.5.2. Mạch điều khiển 28 3.5.3 Mạch kết nối cảm biến với modul analog 29 3.5.4. Mạch kết nối CPU 224 29 3.5.5. Lưu đồ thuật toán 30 CHƯƠNG 4 : THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH 33 4.1. Xây dựng chương trình điều khiển 33 4.2. Giới thiệu phần mền giám sát wincc . 35 4.3. Thiết kế giao diện giám sát 37
LỜI NÓI ĐẦU Trong năm gần đây, hệ thống điều khiển tự động không xa lạ với Nhằm đáp ứng nhu cầu thiết yếu sống người Vì điều khiển tự động trở thành ngành khoa học kỹ thuật chuyên nghiên cứu ứng dụng ngành điều khiển tự động vào lao động sản xuất, đời sống sinh hoạt người Tiến khoa học kĩ thuật dẫn đến phát triển thiết bị điều khiển logic khả trình PLC Trong thời gian thực tập để trau dồi kiến thức thực tế Em tiếp cận tìm hiểu hệ thống quan trắc khí mỏ, thiết bị máy móc tủ điều khiển, đầu đo khí, gió mỏ hầm lò thiết bị liên quan khác Đề tài : “Giám sát hệ thống khí PLC “ đề tài mẻ, qua em muốn nghiên cứu tìm hiểu trình giám sát khí thiết bị điều khiển PLC kiểm soát, cảnh báo khí thông qua giao diện giám sát Win cc Với mong muốn giám sát chặt chẽ tạo hệ thống đồng từ phòng giám sát trung tâm tới mỏ Từ đó, nâng cao hiệu công tác quản lý an toàn, đặc biệt an toàn cháy nổ khí thực cấp thiết Về nội dung đồ án chia làm chương sau: Chương 1: Giới thiệu trung tâm an toàn mỏ Chương 2: Hệ thống quan trắc khí mỏ tập trung tự động Chương 3: Lập trình, điều khiển hệ thống giám sát PLC Chương 4: Thiết kế giao diện giám sát Qua kiến thức học tập trường với vấn đề thực tế mà em tiếp thu trình thực tập, với hướng dẫn tận tình thầy TS Khổng Cao Phong, thầy cô giáo môn Tự động hoá, em cố gắng hoàn thành đồ án Nhưng đề tài mẻ kiến thức thân hạn chế nên đồ án em không tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận góp ý bảo thầy cô giáo để đồ án em hoàn thiện Cuối em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 15 tháng năm 2017 MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TRUNG TÂM AN TOÀN MỎ 1.1 Giới thiệu Trung tâm an toàn mỏ Đối với ngành than, khai thác than hầm lò hoạt động tiềm ẩn nhiều nguy hiểm khó lường Trong năm qua, Trung tâm An toàn Mỏ thuộc Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam (Vinacomin) thành lập làm tốt nhiệm vụ góp phần ngăn ngừa, giảm thiểu tối đa cố hầm lò Lịch sử đời Trung tâm An toàn Mỏ thành lập từ năm 2001, bối cảnh hoạt động ngành than phải đối mặt với nhiều thách thức, đặc biệt công tác đảm bảo an toàn lao động mỏ hầm lò Hiện hầu hết mỏ khai thác than địa tỉnh có chứa hàm lượng khí mê tan nhiều loại khí mỏ nguy hiểm khác Do việc xác định hàm lượng khí vỉa than có ý nghĩa định việc xây dựng phương án sản xuất quy trình khai thác an toàn đơn vị ngành than Để xác định cách xác hàm lượng khí mỏ vỉa than, Trung tâm An toàn Mỏ Uông Bí phải tiến hành lấy mẫu phân tích mẫu than, mẫu khí đơn vị nhiều vị trí vỉa khác Từ năm 2009, tất đơn vị khai thác than hầm lò lắp đặt hệ thống quan trắc đại với đầu đo khí mỏ, đo tốc độ gió, công cụ hỗ trợ đắc lực vấn đề kiểm soát môi trường hầm lò Tuy nhiên thiết bị điện tử tự động, sau sử dụng bị sai lệch thông số kĩ thuật, không phát hiệu chỉnh kịp thời, thiết bị công nghệ đại lại trở thành mối hiểm họa cho hoạt động đơn vị than Trung tâm An toàn Mỏ Uông Bí có nhiệm vụ kiểm tra, phát hiện, hiệu chỉnh đánh giá lại thông số kĩ thuật thiết bị hệ thống quan trắc theo quy trình nghiêm ngặt Năm 2013, Trung tâm An toàn Mỏ Uông Bí bảo trì 25 hệ thống quan trắc khí mỏ với tổng số 903 đầu đo đáp ứng yêu cầu quản lý khí mỏ đơn vị ngành than Không có nhiệm vụ bảo trì, sửa chữa hệ thống quan trắc, trung tâm vận hành trạm giám sát khí mỏ từ xa qua mạng internet Trạm kết nối với 32 hệ thống quan trắc khí mỏ đơn vị than Nhờ đội ngũ kĩ sư trung tâm theo dõi kiểm soát hoạt động hệ thống quan trắc đồng thời thông báo kịp thời cho đơn vị phát tượng bất thường khí mỏ Với đội ngũ cán bộ, kĩ sư giỏi, Trung tâm hoàn thành nhiều công trình nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn quan trọng hoạt động khai thác gắn với công tác đảm bảo an toàn ngành than đề tài quy luật dự báo độ thoát khí mê tan đào lò, tính tự cháy than, giải pháp chống sét cho hệ thống giám sát khí mê tan… Bên cạnh trung tâm phối hợp hiệu với số đơn vị lập triển khai phương án nâng cao công tác an toàn hoạt động khai thác than, đào tạo, bồi dưỡng nghiệp vụ cho cán bộ, nhân viên an toàn đơn vị Từ năm 2014, trung tâm An toàn Mỏ Uông Bí tiếp tục xây dựng kế hoạch phát triển, đẩy mạnh lĩnh vực kiểm toán mạng gió đề xuất giải pháp phù hợp nhằm nâng cao chất lượng hiệu thông gió mỏ Trung tâm áp dụng, triển khai công nghệ khoan tháo khí số đơn vị ngành than đưa trạm kiểm định thiết bị thủy lực, cột chống thủy lực vào hoạt động Đó kế hoạch quan trọng góp phần giải toán an toàn ngành than bối cảnh Bộ máy tổ chức trung tâm Giám đốc : Là người đứng đầu điều hành hoạt động trung tâm PGĐ điện : Là người điều hành lĩnh vực định mà cụ thể điện Hoặc thực nhiệm vụ giám đốc ủy quyền PGĐ an toàn : Là người chịu trách nhiệm việc kiểm tra thiết bị phòng nổ Các phòng ban PTN : Là nơi thực nhiệm vụ cụ thể trung tâm Hình 1.1 : Bộ máy tổ chức trung tâm Nhân lực trung tâm Tiến sĩ Nghiên cứu sinh Thạc sĩ Kĩ sư, cử nhân Cao đẳng, trung cấp Khác Tổng cộng người người 13 người 39 người người 10 người 73 (người) Hình 1.2 : Tổng quan nhân lực trung tâm 1.2 Chức năng, nhiệm vụ trung tâm Chức năng, nhiệm vụ trung tâm : Chức trung tâm an toàn mỏ nghiên cứu triển khai hoạt động KHCN lĩnh vực bảo đảm an toàn khai thác mỏ gồm: khí mỏ, nguy bục nước mỏ… Kiểm định thiết bị: tính phòng nổ, thiết bị điện, vật liệu nổ công nghiệp dùng mỏ hầm lò, loại vật liệu, chống khai thác mỏ Đào tạo, hướng dẫn, chuyển giao thực công nghệ, kỹ thuật liên quan đến việc đảm bảo an toàn, cấp cứu khai thác Biên soạn tài liệu liên quan đến an toàn cấp cứu mỏ Thực dịch vụ kỹ thuật lĩnh vực an toàn mỏ Nhiệm vụ phòng ban : Phòng thông gió an toàn mỏ: Phòng thông gió an toàn mỏ nhiệm vụ chủ yếu nghiên cứu khí mỏ (CH 4, CO, CO2), nghiên cứu An toàn mỏ, nghiên cứu Thông gió mỏ, nghiên cứu cháy mỏ, nghiên cứu tháo khí, sử dụng khí mê tan, lập quy định an toàn nội cho mỏ than hầm lò, đào tạo An toàn mỏ Hình 1.3 : Đào tạo an toàn phòng chống cháy nổ khí metan mỏ hầm lò Hình 1.4 : Thiết kế hệ thống tháo khí Metan mỏ hầm lò có độ chứa khí cao Hình 1.5 : Đào tạo tập huấn khoan, lấy mẫu than vỉa để xác định độ chứa khí Metan Phòng nghiên cứu tầng : Phân tích than khí mỏ than,nghiên cứu tượng cháy nội sinh mỏ than hầm lò, nghiên cứu tượng cháy nội sinh mỏ than hầm lò, nghiên cứu tượng cháy nội sinh mỏ than hầm lò, nghiên cứu vật liệu nổ vật liệu nổ công nghiệp sử dụng mỏ than hầm lò, thử nghiệm, chứng nhận thiết bị thở, thiết bị dùng cấp cứu mỏ Phòng kiểm tra thiết bị phòng nổ : Thử nghiệm, hiệu chuẩn thiết bị điện sử dụng mỏ hầm lò, thử nghiệm, hiệu chuẩn thiết bị (máy đo khí, đầu đo khí, máy đo gió), đào tạo an toàn sử dụng thiết bị điện phòng nổ, thực nhiệm vụ khác theo yêu cầu Phòng phát triển hệ thống khoan trắc : Nghiên cứu phát triển hệ thống quan trắc khí tập trung, hướng dẫn, đào tạo sử dụng thiết bị điện, kiểm tra chứng nhận thiết bị (Máy đo khí, đầu đo khí), bảo dưỡng đầu đo khí Hình 1.6 : Các thiết bị phân tích mẫu Hình 1.7 : Thử nghiệm thiết bị Hình 1.8 : Thiết kế hệ thống khoan trắc khí tập trung 1.3 Kết đạt phương hướng phát triển trung tâm Kết đạt Trung tâm có 31 hệ thống quan trắc khí tập trung, đào tạo hướng dẫn sử dụng thiết bị điện cho 1000 người, đào tạo an toàn cháy nổ khí metan cho 100.000 người, phân tích 20.000 mẫu than khí, kiểm tra định kỳ khoảng 9498 thiết bị, kiểm định 88 kiểu thiết bị, kiểm định khoảng 27904 thiết bị nhập tu, bảo dưỡng 2190 đầu đo khí Phương hướng phát triển trung tâm Kế hoạch ngắn hạn Tiếp tục theo dõi, bảo trì hệ thống quan trắc khí mêtan mỏ hầm lò, tiếp tục lấy mẫu, phân tích, đánh giá, xếp loại mỏ theo khí mêtan cho tất mỏ than hầm lò, tiếp tục kiểm toán mạng gió cho số mỏ than hầm lò, tiếp tục kiểm định thiết bị điện sử dụng mỏ than hầm lò, tiếp tục xây dựng quy định an toàn nội cho mỏ than hầm lò, tiếp tục thực nhiệm vụ nhà nước Tập đoàn giao phó Kế hoạch dài hạn Nghiên cứu, xây dựng phòng thí nghiệm xác định tính tự cháy than Trên sở đó, xác định tính tự cháy tất vỉa than thuộc Tập đoàn Triển khai mở rộng dự án hệ thống tháo khí mê tan cho Công ty than Mạo khê, Quang Hanh Tiến tới áp dụng đơn vị khác Tập đoàn Đánh giá trữ lượng khí vỉa than, khả tháo khí, thu hồi khí sử dụng khí mê tan thu Phối hợp với đối tác nước nghiên cứu sử dụng khí luồng gió thải mỏ Xây dựng Trung tâm đào tạo an toàn chất lượng cao cho toàn ngành Than-Khoáng sản CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG QUAN TRẮC KHÍ MỎ TẬP TRUNG TỰ ĐỘNG Hệ thống Quan trắc khí mỏ tập trung tự động phòng ban Trung tâm an toàn mỏ Em phân công tìm hiểu công nghệ cụ thể hệ thống quan trắc khí mỏ Để đảm bảo môi trường làm việc ngăn ngừa cháy nổ khí mỏ, hệ thống giám sát khí mỏ tự động vào hoạt động để giám sát hàm lượng khí Tùy theo quy mô yêu cầu cụ thể mỏ giai đoạn cụ thể mà số lượng giám sát khác 2.1 Vai trò hệ thống quan trắc khí mỏ Nhiệm vụ hệ thống quan trắc khí mỏ giám sát tự động thông số môi trường mỏ khí mêtan CH4, khí độc CO, tốc độ gió thông qua đầu đo đặt vị trí xác định đường lò Các đầu đo kết nối với thiết bị liên động cắt điện tủ điều khiển trung tâm mặt tạo thành hệ thống đồng bộ, kiểm soát điều khiển từ phòng giám sát trung tâm Tín hiệu từ đầu đo gửi tới hệ thông máy tính, xử lý, hiển thị, lưu trữ nhớ máy tính Vì vậy, việc thiết lập trung tâm giám sát từ xa có khả tiếp nhận thông tin, liệu từ hệ thống quan trắc mỏ mỏ quan trắc thông số liệu mỏ mình, vào thời điểm để phối hợp nâng cao hiệu công tác quản lý an toàn, đặc biệt an toàn cháy nổ khí thực cấp thiết 2.2 Đặc điểm hệ thống Tất đầu đo có kết cấu phòng nổ an toàn tia lửa Mỗi đầu đo kiểm soát liên tục gửi liệu tới phòng quan trắc Dữ liệu tập hợp lưu giữ máy tính chủ, máy tính mạng kiểm tra liệu trước Cáp truyền liệu phòng quan trắc hầm lò loại cáp điện thoại xoắn đôi, có bọc kim & vỏ bọc bảo vệ không lan truyền cháy 2.3 Sơ đồ công nghệ hệ thống giám sát khí mỏ 2.3.1 Yêu cầu công nghệ hệ thống Hệ thống thiết kế làm việc liên tục Giám sát đại lượng đo trường từ phòng quan trắc trung tâm Hệ thống đặt thông số cảnh báo từ phòng quan trắc trung tâm Các liệu in giấy lưu giữ lâu dài Hệ thống có tính mở, tạo thành mạng LAN kết nối Internet Giám sát giá 10 Sai số cho dải đo (5~100)% khí CH4: ±1% cho dải đo (0~30)% ±3% cho dải đo (30~100)% Tần số phát: Trong toàn dải đo 4kHz ÷ 12,5kHz Giá trị 0% CH4……10kHz ± 20Hz Giá trị 5% CH4……5kHz ± 30Hz Thông số mạch cắt an toàn tia lửa: I=100mADC, U=60VDC, với đường AL1 & AL2 Điều kiện môi trường: Độ ẩm môi trường