Điều khiển và giám sát hệ thống cấp nước cho tòa nhà cao tầng

CHƯƠNG 1 Hệ thống điều khiển giám sát.CHƯƠNG 2 Tổng quan về đối tượng điều khiển giám sát.CHƯƠNG 3 Phân thích và thiết kế mô hình hệ thống.CHƯƠNG 4 Lập trình điều khiển hệ thống.CHƯƠNG 5 Xây dựng giao diện giám sát hệ thống.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG

KHOA CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG HÓA

BÁO CÁO MÔN HỌC

Đề tài :

ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT

HỆ THỐNG CẤP NƯỚC CHO TÒA NHÀ CAO TẦNG

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN : ThS.ĐỖ THỊ MAI

SINH VIÊN THỰC HIỆN : NGUYỄN TRUNG KIÊN

TRẦN VĂN KIÊN

Thái Nguyên, Ngày 22 tháng 10 năm 2019

LỜI NÓI ĐẦU

Nền công nghiệp thế giới đang trên đà phát triển ngày càng cao, trong đó vấn

đề điều khiển tự động luôn là mối quan tâm hàng đầu trong các ứng dụng khoa họcsản xuất Nó đòi hỏi sự chính xác, tính tiêu chuẩn và khả năng xử lý nhanh ở mứchoàn hảo, chỉ như vậy mới đáp ứng được nhu cầu ngày càng gia tăng của xã hội

Từ các hệ thống máy tính to lớn cồng kềnh và phức tạp, các nhà khoa họckhông ngừng cải tiến và hoàn thành cả phần cứng lẫn phần mềm để đáp ứng các yêucầu trong công nghiệp với các sản phẩm gọn nhẹ, tiện dụng, độ linh hoạt cao, giáthành rẻ Từ đó bộ lập trình PLC được ra đời Cùng với đó là các phần mềm điềukhiển và giám sát hệ thống tự động cũng được phát triển nhằm tăng tính tương tácgiữa người dùng và hệ thống tự động, giúp cho quá trình điều khiển được thực hiện dễdàng

Từ những yêu cầu cấp thiết về việc phát triển phần mềm điều khiển và giám sát

hệ thống mạng điện hạ thế bằng PLC và SCADA, đề tài sẽ nghiên cứu và phát triểncác phần mềm điều khiển cho các mô-đun PLC Mục tiêu của đề tài đó là nghiêu cứu,phát triển các phần mềm giám sát, điều khiển hiệu quả, đáp ứng nhu cầu làm việc vàhọc tập trong nhà trường

Với đề tài báo cáo môn học lần này, em lựa chọn đề tài “Điều khiển và giám sát

hệ thống cấp nước cho tòa nhà cao tầng” Đề tài gồm 5 chương :

 CHƯƠNG 1 Hệ thống điều khiển giám sát.

 CHƯƠNG 2 Tổng quan về đối tượng điều khiển giám sát.

 CHƯƠNG 3 Phân thích và thiết kế mô hình hệ thống.

 CHƯƠNG 4 Lập trình điều khiển hệ thống.

 CHƯƠNG 5 Xây dựng giao diện giám sát hệ thống.

Do điều kiện, kiến thức và thời gian còn hạn chế nên trong đề tài này chưa được hoàn thiện một cách tốt nhất Em kính mong các thầy cô giáo góp ý để em có thể hoàn thành bài tập lớn này hoàn thiện hơn sau này

Em xin chân thành cảm ơn!

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 – HỆ THỐNG ĐIỀU KHỂN GIẢM SÁT

1.1Tổng quan về hệ thống điều khiển giám sát

1.1.1 Định nghĩa SCADA.

SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) là hệ thống điều

khiển giám sát và thu thập dữ liệu

Hình 1.1 Đối tượng điều khiển của hệ thống SCADA

Đây là hệ thống hỗ trợ con người trong việc giám sát, điều khiển các hệ

thống điều khiển tự động như: Nhà máy sản xuất, trong các hệ thống thông tin

viễn thông, hệ thống điện lưới và các nhà máy cung cấp nước sạch… Để làm

được công việc đó thì hệ SCADA phải có các hệ thống sau:

 Hệ thống truy cập dữ liệu

 Hệ thống truyền tải dữ liệu

 Dao diện người - máy HMI (Humen Machine Interface)

HMI sử dụng ở cấp điều khiển giám sát và ở các cấp dưới hơn, để thuận

tiện hơn cho người vận hành hệ thống hoặc thiết bị Các loại dao diện HMI bao

gồm:

 PO-Perator Panel: Màn hình vận hành

 TP-Touch Panel: Màn hình cảm ứng

 Multy Panel…

Do sự phát triển của các chuẩn truyền thông công nghiệp và các phần mềm công nghiệp, nên việc chú trọng vào thiết kế một hệ SCADA là lựa chọn công

cụ phần mềm để thiết kế giao diện HMI và giải pháp tích hợp hệ thống là vấn

đề cốt lõi để xây dựng một hệ thu thập và điều khiển giám sát

1.1.2 Các loại hệ thống SCADA.

Hệ thống SCADA được chia thành 4 nhóm chính với các chức năng như

sau: Là hệ SCADA mang tính độc lập hoặc được nối mạng, hệ SCADA không

có khả năng đồ họa và một loại có khả năng xử lý đồ họa thông tin thời gian

thực

a) Hệ thống SCADA mờ (Blind).

Đây là hệ thống SCADA hết sức giản đơn, nó không có một bộ phận

giám sát mà chỉ có nhiệm vụ là thu thập và xử lý dữ liệu bằng đồ thị

Ưu điểm của nó là: Do công nghệ cấu thành mạng đơn giản nên có giá

thành thấp

b) Hệ thống SCADA độc lập.

Đây là hệ có khả năng giám sát và thu thập dữ liệu với một bộ vi xử lý Hệnày chỉ điều khiển được một hoặc hai máy móc, nên chủ yếu sử dụng ở trong cácđơn vị sản xuất có quy mô nhỏ và vừa

c) Hệ thống SCADA Mạng.

Đây là hệ thống có khả năng giám sát và thu thập dữ liệu với nhiều bộ vi

xử lý Các máy tính giám sát nối mạng với nhau Thường chúng được sử dụng

nhiều trong các dây chuyền sản xuất nơi có nhiều máy móc cần phải điều khiển

Thông qua các mạng truyền thông, toàn bộ hệ thống được kết nối với

phòng điều khiển cấp phân xưởng, phòng giám sát cấp công ty Hoặc có nhận tínhiệu điều khiển trực tiếp từ phòng quản lý và phòng thiết kế

d) Hệ thống SCADA xử lí đồ họa thông tin thời gian thực.

Hệ thống có khả năng giám sát và thu thập dữ liệu Nhờ các thông tin đã

được thu thập trước của máy tính mà hệ có khả năng mô phỏng quá trình hoạt

động của hệ thống sản xuất Nhờ máy tính ghi lại toàn bộ dữ liệu quá trình hoạt

động của hệ thống nên khi xảy ra sự cố thì hệ thống có thể báo cho người vận

hành, hoặc tự động xử lý lỗi xảy ra đó

e) Đánh giá một hệ SCADA.

Để đánh giá một hệ điều khiển và giám sát SCADA thì cần phải phân

tích các đặc điểm của hệ thống theo một số tiêu chuẩn như:

 Khả năng hỗ trợ của công cụ phần mềm điều khiển việc thực hiệnxây dựng các màn hình giao diện

• Số lượng và chất lượng của các thành phần đồ họa có sẵn,

khả năng truy cập và cách kết nối dữ liệu từ các quá trình kỹthuật có tốt không

• Tính năng mở của hệ thống, chuẩn hóa các giao diện quá

trình, khả năng hỗ trợ xây dựng các chức năng trao đổi tin tức(Messaging), xử lý sự kiện và sự cố (Event and Alarm), lưu trữ thông tin (Archive and history) và lập báo cáo (Reporting)

• Tính thời gian thực và hiệu suất trao đổi thông tin, với nền

Windown thì hỗ trợ sử dụng mô hình phần mềm ActiveX Control và OPC

• Xem xét giá thành tổng thể của hệ thống

1.1.3 Sự phân cấp quản lí của hệ thống SCADA.

Việc giám sát, thu thập số liệu và điều khiển là rất cần thiết đối với một hệthống công nghiệp bất kỳ Đặc thù của hệ tự động là quy mô của hệ thống sản xuất rấtlớn, trải trên một không gian rộng, bao gồm nhiều phần tử, thiết bị với các chức năng,nguyên lý làm việc khác nhau Do đó việc sử dụng một hệ thống điều khiển trung tâm

để đảm nhận tất cả các chức năng giám sát và điều khiển là hết sức phức tạp Chính vìvậy mà tùy theo mức độ quan trọng và yêu cầu những tính năng giám sát, điều khiển

mà các chức năng giám sát, điều khiển và thu thập dữ liệu được phân phối và phâncấp cho các thiết bị khác nhau

Cấp thứ nhất:

Là các phần tử có chức năng:

- Giám sát các thông số vận hành của hệ thống, ra lệnh cho các phần tử chấphành thực hiện chức năng điều khiển, ghi chụp, phân tích sự cố xảy ra trong quá trìnhhoạt động của hệ thống

- Thu thập số liệu, thông số vận hành ở các chế độ bình thường để gửi lên cácmáy tính điều khiển mức trạm (Substation Server) hoặc các thiết bị đầu cuối RTU(Remote Terminal Unit) Trong các hệ thống hiện đại, các phần tử này được gọi chung

là các thiết bị điện tử thông minh IED (Intelligent Electronic Devices)

Cấp thứ hai

Là các trạm điều khiển SS (Substation Server) và RTU có chức năng chủ yếu làthu thập số liệu từ các IED do nó quản lý, lưu lại trong cơ sở dữ liệu phục vụ các nhu

cầu đọc dữ liệu tại chỗ qua các giao diện người máy HMI (Human Machine Interface)

và truyền dữ liệu thu thập được lên cấp quản lý cao hơn theo các chuẩn truyền thông

Cấp thứ ba

Cấp thứ ba là trung tâm điều khiển toàn hệ thống, nơi thực hiện việc thu thập sốliệu từ các Điều khiển trạm SS (Substation Server) và RTU, thực hiện các chức năngtính toán, đánh giá trạng thái của hệ thống, thực hiện các chức năng điều khiển quantrọng, lên kế hoạch vận hành toàn hệ thống

Do quy mô rộng lớn của hệ thống điều khiển và giám sát hiện đại, các trạmđiều khiển trung tâm còn có thể được chia thành các cấp điều khiển trung tâm (CentralControl) và các trạm điều khiển vùng (Area Control Center)

Luồng thông tin trong hệ thống điều khiển tích hợp:

Hình 1.2 Phân cấp chức năng trong hệ SCADA Bảng 1.1 Bảng chức năng nhiệm vụ các cấp trong hệ SCADA

Level I Thu thập dữ liệu quá trình công nghệ thời gian thực;

Tính toán theo algorithm và đưa ra tín hiệu điều khiển theo qui luậtcho trước;

Báo hiệu về việc vượt quá ngưởng cho phép của các thông số;

Block những hành động lổi của Operator và thiết bị điều khiển;

Ngăn ngừa xãy ra Alarm

Level II Thu thập thông tin từ cấp dưới, xữ lý, lưu trữ và monitoring;

Đưa ra tín hiệu điều khiển trên cơ sở phân tích thông tin;

Chuyển thông tin về việc sản xuất ở các xưởng, xí nghiệp cho cấpcao hơn;

Tính toán những thông số thứ cấp, trong đó, chỉ số chất lượng sảnphẩm, chỉ số kinh tế-kỹ thuật;

Lưu trữ thông tin;

Đưa ra các report;

Chuẩn đoán về sự hư hỏng của các phần tử trong hệ thống;

Xác định thông số, cấu hình của các thiết bị điều khiển và những bộđiều khiển cục bộ của Level 1;

Thay đổi cấu trúc các hệ thống điều khiển cục bộ, thay đổi trạng tháilàm việc của các thiết bị điều khiển

Level III Tối ưu các chỉ số kinh tế về sản xuất;

Điều khiển theo các chỉ số kinh tế, kinh tế-kỹ thuật;

Quản lý tài nguyên của công ty;

Lưu trữ thông tin;

Đưa ra kế hoạch sản xuất

1.1.4 Chức năng của hệ thống SCADA.

- Chức năng giám sát: Giám sát và đảm bảo tính chính xác của toàn bộ các thông số

vận hành của hệ thống

- Chức năng điều khiển:

+ Điều khiển quá trình chính xác, tin cậy

+ Cài đặt các thông số từ xa khi có nhu cầu thay đổi cấu trúc, quy mô hệ thống,yêu cầu công nghệ dẫn tới một số thông số vận hành hệ thống bị thay đổi theo

- Chức năng quản lý, lưu trữ dữ liệu:

+ Giám sát sự cố xảy ra trong quá trình hoạt động của hệ thống, cảnh báo sự cốbằng âm thanh, màu sắc, hoặc thông báo trên màn hình hiển thị

+ Ghi nhận, lưu trữ dữ liệu, thông tin vận hành, thông tin sự cố hệ thống(logging/archiving)

+ Lập biểu đồ (Trending): các sản phẩm SCADA đều được hỗ trợ tiện ích lậpbiểu đồ

+ Điều khiển báo động (Alarm handing): thực hiện báo động dựa trên kiểm tragiới hạn và trạng thái thực hiện trên các server

+ Xuất báo cáo (Report Generation): xuất báo cáo dưới dạng truy vấn SQL cholưu trữ file, bảng ghi sự kiện dạng text, file sự kiện dạng html, báo cáo có thể xuất, inhoặc lưu trữ tự động.

- Tính năng thời gian thực:

SCADA là một hệ thống điều khiển, giám sát và thu thập dữ liệu trong thờigian thực, do đó tính năng thời gian thực của hệ thống là rất cân thiết và quan trọng.Tính năng thời gian thực ảnh hưởng tới độ chính xác, đúng đắn của các kết quả đầu ra.Một hệ thống có tính năng thời gian thực không nhất thiết phải có phản ứng thậtnhanh mà quan trọng hơn là phải có phản ứng kịp thời đối với các yêu cầu và tác động bênngoài

Một hệ thống có tính năng thời gian thực yêu cầu hệ thống BUS phải có những tínhnăng: Độ nhanh nhạy, tính tiền định, độ tin cậy,kịp thời, tính bền vững

- Kiểm soát truy cập:

Người dùng được chỉ định vào các nhóm, mỗi nhóm đều được định nghĩa quyềntruy cập đọc/ghi (read/write) các thông số của quá trình điều khiển

1.2Cấu trúc hệ thống SCADA.

Trong các hệ thống SCADA thì các cảm biến và cơ cấu chấp hành đóng

vai trò là giao diện giữa thiết bị điều khiển với quá trình sản xuất Còn hệ thống

điều khiển giám sát đóng vai trò là giao diện giữa người và máy Các thiết bị và

các bộ phận của hệ thống được ghép nối với nhau theo kiểu điểm - điểm (Point

to Point), hoặc thông qua mạng truyền thông công nghiệp

Tín hiệu thu được từ cảm biến có thể là tín hiệu nhị phân, tín hiệu số

hoặc tím hiệu tương tự Khi xử lý trong máy tính chúng ta phải được chuyển

đổi cho phù hợp với các chuẩn giao diện vào/ra của máy tính

Các thành phần chính:

 Giao diện quá trình: Là các phần tử chấp hành, cảm biến, thiết bị đo, cácthiết bị chuyển đổi…

 Thiết bị điều khiển tự động: Bao gồm các bộ điều khiển logic khả trình

PLC (Programable Logic Controller), bộ điều khiển chuyên dụng tỷ lệ vitích phân PID, các thiết bị điều chỉnh số đơn lẻ CDC (Compact Digital

Controller) và máy tính điều khiển với các phần mềm điều khiển chuyên dụng

 Hệ thống điều khiển giám sát: Bao gồm các phần mềm hỗ trợ và giao

diện người-máy HMI (Human Machine Interface), các trạm kỹ thuật,

trạm vận hành giám sát và điều khiển cao cấp

 Hệ thống truyền thông: gồm các thiết bị được ghép nối điểm - điểm

(Point to Point), Bus cảm biến/chấp hành, bus trường, bus hệ thống

Hình 1.3 Minh họa cấu trúc cơ bản hệ SCADA

Hình 1.4 Minh họa hê thống SCADA hiện đại Bảng 1.2 Một số hệ thống SCADA tiêu biểu

SCADA Company Country

1.3Cấu trúc phần cứng của hệ thống điều khiển giảm sát

Một mạng SCADA về bản chất là sự kết hợp của các máy chủ, máy tớ và cácthiết bị trường được kết nối với nhau bởi mạng truyền thông Thông tin sử dụng bởicác máy chủ được thu thập bửi các bộ điều khiển/cảm biến Các máy tớ là các giaotiếp được sử dụng bởi người vậ hành để tương tác với hệ thống Các máy chủ thườngđược đặt tại các nhà máy chính/trạm chính Chúng truyền thông với các bộ điều khiểncục bộ hoặc ở các vị trí xa

Cơ cấu cơ bản của hệ thống SCADA như sau:

- Trạm thu thập dữ liệu trung gian: là khối thiết bị vào/a đầu cuối từ xa RTU hoặc cáckhối (bộ) vi điều khiển logic lập trình PLC có chức năng giao tiếp với các thiết bịchấp hành (cảm biến cấp trường, cơ cấu chấp hành )

- Trạm điều khiển giám sát trung tâm: là một hay nhiều máy chủ trung tâm (Center hostcomputer server)

- Giao diện người – máy (Human – Machine Interface): là các bộ hiển thị quá trình hoạtđộng của hệ thống

- Hệ thống truyền thông: bao gồm các mạng truyền thông công nghiệp, các thiết bị viễnthông và các thiết bị chuyển đổi dòng kênh có chức năng truyền dữ liệu cấp trườngđến các khối điều khiển và máy chủ

- Một hệ thống SCADA (điều khiển, giám sát và thu thập các dữ liệu) là một hệ thốngbao gồm các thiết bị đầu cuối (hay RTU) thu thập các dữ liệu của hệ thống sau đó liênkết trở về trạm chủ thông qua hệ thống giao tiếp Trạm chủ hiển thị dữ liệu thu thậpđược và cho phép người vận hành thực hiện các tác vụ điều khiển từ xa

Đối với một hệ thống SCADA phức tạp cần thiết phải có 5 cấp:

- Các thiết bị cấp trường và cấp điều khiển

- Các thiết bị đầu cuối RTU

Hệ thống truyền thông mạng cung cấp giao thức truyền thông giữa trạm chủ và các thiết bị ở xa Việc truyền thông này có thể sử dụng dây dẫn tín hiệu, cáp quang, dây điện thoại, thậm chí có thể sử dụng tín hiệu vệ tinh Các giao thức cụ thể và kiểm tra phát hiện lỗi được sử dụng hiệu quả và tối quá trình truyền dữ liệu.

Trạm chủ chủ (hoặc trạm con) thu thập dữ liệu từ các bộ RTU khác nhau và cung cấp một giap diện để hiển thị thông tin và diều khiển các thiết bị ở xa

1.4 Cấu trúc phần mềm của hệ thống điều khiển giảm sát.

Phần mềm SCADA có thể chua thành hai loại là bản quyền hoặc mở Những công ty phát triển phần mềm bản quyền để giao tiếp với phần cứng của họ Các hệ thống này được bán giống như cung cấp các giải pháp theo dạng

“ chìa khóa trao tay” Vấn đề chính của hệ thống này là quá phụ thuộc vào nhà cung cấp Hệ thống phần mềm đã trở nên phổ biến vì khả năng tương tác mà chúng mang lại cho hệ thống Khae năng tương tác là khả năng để kết hợp các thiết bị của nhiều nhà sản xuất trên cùng một hệ thống

WINCC là một trong những gói phần mềm mở có trên thị trường hệ thống SCADA Ngoài ra, một số gói phần mềm SCADA hiện nay được tích hợp luôn việc quản lý năng lương hệ thống nhà máy toàn diện

Hệ thống WinCC bao gồm các hệ thống con:

• Hệ thống đồ họa (Graphics system)

• Ghi nhận cảnh báo (Alarm logging)

• Hệ thống lưu trữ (Archiving System)

• Hệ thống báo cáo (Report system)

• Truyền thông (Communication)

• Quản trị người dùng (user administration)

Hệ thống WinCC gồm có phần mềm cấu hình (Configuration Software) và phần

mềm thực thi (Runtime software)

• Phần mềm cấu hình dùng để tạo ra project

• Phần mềm thực thi dùng để thực thi project trong khi xử lý

Hình 1.19 Kiểu hệ thống SCADA điển hình

Theo hình 1.19, đầu tiên, dựa vào các trình biên tập trong phần mềm cấu hình,

ta tạo ra project Tất cả các trình biên tập đều lưu trữ thông tin của project trong cơ sở

dữ liệu cấu hình (CS database) Khi thực thi, thông tin của project được đọc ra từ CS database bởi phần mềm thực thi và project được thực thi Dữ liệu hiện tại của project được lưu tạm tại cơ sở dữ liệu thực thi (RT database)

• Hệ thống đồ họa hiển thị graphic trên màn hình, đồng thời cũng nhận các thiếtlập (input) từ người vận hành như khi người vận hành nhấp nút nhấn hay nhập giá trị

• Việc giao tiếp giữa WinCC và hệ thống tự động được thực hiện bởi driver giao

tiếp hay còn gọi là các kênh (channels) Các kênh này có nhiệm vụ thu thập các

giá trị quá trình cần thiết cho các thành phần trong WinCC, đọc giá trị các tag từ

hệ thống tự động và ghi các giá trị mới trở lại hệ thống tự động

• Việc trao đổi dữ liệu giữa WinCC và các ứng dụng khác có thể được thực hiệnbằng OPC, OLE hay ODBC

• Hệ thống lưu trữ lưu giá trị của quá trình vào nơi lưu trữ giá trị quá trình Cácgiá trị quá trình được lưu trữ được dùng để vẽ đồ thị (trend), đưa ra báo cáo

(report),

• Các gía trị của quá trình được theo dõi bởi tính năng ghi nhận cảnh báo

(Alarm logging) Nếu một giá trị giới hạn bị tràn, Alarm logging sẽ tạo ra một

message để cảnh báo Và hệ thống message cũng nhận các xác nhận

(acknowledgements) từ người vận hành và quản lý các trạng thái của message Alarm logging lưu trữ tất cả các message vào nơi lưu trữ message

• Quá trình sẽ được báo cáo bởi hệ thống báo cáo (Report system) theo yêu cầuhoặc theo thời điểm định trước Nơi lưu trữ giá trị quá trình và message được sử

dụng cho mục đích này

1.5 Giải pháp mạng truyền thông cho hệ thống diều khiển giám sát.

Mang máy tính cục bộ (LAN — Local Area Networks) là việc chia sẻ thông tin

và tài nguyên hệ thống Để cho phép tất cả các Nút (tNođe) trên mạng SCADA có thể chia sẻ thông tin thì chúng cần phải được kết nổi bới một số giao thức truyền dẫn Phương pháp để kết nối này được gọi là giáo thức mạng, các nút cần chỉa giao thức truyền điện này trong một cách nào đó để cho phép tất cả các nút có thể truy cập mà không mất bất kỹ một nút nào đó đã được thiết lập,

Mạng LAN là một giao thức giao tiếp giữa các may tỉnh, may chủ server, thiết

bị đầu cuối, máy trạm (workstation) và nhiều thiết bị ngoại vị thông mình khác Các thiết bị này thương được gọi là Device hay Host, Mạng LAN cho phép truy cập để cácthiết bị cụ thể chia sẻ bởi nhiều người dùng, với khả năng kết nối giữa tát cá các trạm trên cùng mạng với nhau Mạng LAN thường được sở hữu và quản lý bởi cá nhân hay trong hệ thông cục bò

Ethernet được sứ đụng rộng rãi nhất trong hệ thông mạng LAN ngày này vì giá thành rẻ và dễ sữ dụng Việc kết nối hệ thống mạng SCADA qua mạng LAN cho phépbất kỳ ai trong công ty có phần mềm bản quyên và được cho phép truy cập đếu có thể truy cập vào hệ thống Kế từ khi đữ liệu được xáy dựng trở thành cơ sở dữ liệu, người dùng có thế bị hạn chế để đọc các thông tin, Và vấn đề về an toàn (security) rõ rằng là một mới quan tắm hàng đầu và hệ thống SCADA hiện nay có thể giải quyết văn để này

Hình 1.20 Hệ thống SCADA trao đổi dữ liệu qua mạng Ethernet

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CẤP NƯỚC

2.1 Khảo sát dây chuyền thực tế

2.1.1 Đặc điểm về hệ thống cấp nước cho nhà cao tầng

a. Đăc điểm về kiến trúc.

Công trình nhà cao tầng thường có kiến trúc rất phong phú và đa dạng

- Về chắc năng sử dụng nhà cao tầng là công trình đa năng, có nhiều chức năng khác nhau như văn phòng, khách sạn, nhà ở cho thuê, siêu thị…

- Nhà cao tầng có chiều cao lớn nên khi thiết kế phải có giải pháp để đảm bảo áp lực tự do giữa các tầng là tương đương nhau

- Nhà cao tầng thường có nhiều hệ thống kỹ thuật vì vậy thường đặt các hệ thống trong hộp kỹ thuật

- Nhà cao tầng đặc biệt là nhà có nhiều chức năng khác nhau thường có các tầng

- Nhà cao tầng có nhiều khối nên thường có các khe lún rất đa dạng nên hạn chế đặt các tuyến kỹ thuật qua các khe lún

c Đặc điểm về phòng cháy chữa cháy

- Nhà cao tầng có số lượng người và tài sản lớn nên việc đảm bảo an toàn phòng cháy

chữa cháy là vấn đề được đặc biệt quan tâm Việc tổ chức thoát nạn thường rất khó khan

- Chất chữa chấy dự trữ trong công trình thường không đáp ứng đủ nhu cầu chữa cháy hoặc kém hiệu quả

- Nước trong hệ thống cấp nước thô thì rất yếu không đủ cung cấp

- Giao thong không thuận lợi do người và phương tiện tham gia giao thông cao nên gây cản trở cho lực lượng chữa cháy

d. Đặc điểm về trang thiết bị trong nhà cao tầng

Tùy thuộc vào chức năng sử dụng của từng loại nhà mà công trình có thể được trang bị các hệ thống kỹ thuật:

-Hệ thống cấp thoát nước sinh hoạt, sản xuất, thoát nước mái

-Hệ thống thu gom chất thải rắn

-Hệ thống cứu hỏa và báo cháy

-Hệ thống điều hòa không khí

-Hệ thống cung cấp điện động lực và chiếu sang

-Hệ thống thong hơi

-Hệ thống cung cấp khí đốt…

2.2 Giải pháp cấp nước cho nhà cao tầng

Nhà cao tầng thường có chiều cao lớn, độ chênh áp lực tại các tầng lớn nên khi thiết kế phải dùng sơ đồ phân vùng cấp nước để đảm bảo lưu lượng và áp lực giữa các tầng áp lực trong hệ thống đường ống cấp nước được tạo ra bằng hệ thống thiết bị bơm

áp lực hoặc bằng các bể dự trữ nước được đặt ở tầng cao nhất của công trình (áp lực nước rơi tự do)

Áp lực nước có thể được tính toán cho toàn bộ hệ thống của công trình hoặc có thể phân chia thành các vùng cấp nước riêng biệt Mỗi vùng cung cấp nước cho 1 số tầng nhất định Số tầng trong mỗi vùng không nhất thiết phải bằng nhau mà còn phụ thuộc vào các giải pháp thiết kế cụ thể sao cho đảm bảo áp lực đồng đều cho toàn bộ hệthống đường ống cấp nước

Nếu trong các nhà cao tầng cũng dùng sơ đồ hệ thống cấp nước giống như hệ thống cấp nước cho nhà thấp tầng, nghĩa là chỉ dùng 1 loại máy bơm cấp nước cho toànngôi nhà và két nước đặt ở tầng cao nhất thì sẽ có nhiều bất lợi cụ thể:

Về vấn đề hiệu quả kinh tế: trong nhà cao tầng, các thiết bị vệ sinh được trang bị

hoàn chỉnh, số lượng thiết bị nhiều, tiêu chuẩn dung nước cao, lưu lượng tính toán lớn nên đường kính các ống đứng phân phối cũng khá lớn Nếu bố trí đường ống chính phân phối phía trên, bơm nước lên két rồi từ két phân phối xuống các tầng dưới thì đường ống đứng có dạng phía trên to, phía dưới nhỏ, dung tích két nước lớn, ảnh hưởng đến kết cấu của nhà Ngược lại, nếu bố trí đường ống chính phân phối ở dưới dẫn lên các tầng, đường ống dẫn nước lên và xuống két chung thì dung tích két nước nhỏ hơn nhưng đường ống đứng cấp nước có dạng: dưới to trên nhỏ, điều đó làm cho

áp lực tự do ở các tầng dưới càng lớn Cả 2 trường hợp đều dẫn đến giá thành xây dựngmạng lưới lớn vì các đoạn ống phía đầu phải có đường kính lớn để tải lưu lượng cho các đoạn sau Nếu so sánh với phương án phân ra từng vùng cấp nước thì đường kính ống sẽ nhỏ hơn, giá thành xây dựng hệ thống sẽ giảm

Về vấn đề áp lực dư và phân phối nước đều: nếu nhà cao tầng chỉ có 1 máy bơm

thì áp lực của máy bơm phải đảm bảo đưa nước lên tầng cao nhất, đảm bảo nhu cầu dùng nước của các thiết bị ở tầng cao nhất Như vậy, áp lực nước ở tầng dưới sẽ quá

lớn Theo tính toán sơ bộ thì áp lực cần thiết cho ngôi nhà 10 tầng là 35 ÷ 50m, 15 tầng

là 60 ÷ 70m, 20 tầng là 75 ÷ 85m Lúc đó áp lực nước tại chân các ống đứng ở tầng 1 cũng tương ứng là 35 ÷ 50m, 60 ÷ 70m và 75 ÷ 85m Điều đó dẫn tới việc khử áp lực

dư ở các tầng dưới đảm bảo áp lực tự do ở các thiết bị tương đối đều nhau để phân phốinước đều, chế độ làm việc của hệ thống sát với tính toán sẽ gặp nhiều khó khăn áp lực

dư quá lớn cũng gây trở ngại cho người sử dụng, khó điều chỉnh nhiệt độ khi dùng vòi trộn nóng lạnh, gây ồn khi sử dụng,…

Trong sơ đồ phân vùng cấp nước nếu bố trí đường ống chính phân phối từ dưới lên, để đảm bảo việc phân phối nước đều tại các tầng thì vận tốc nước trong đường ốngphải lớn hơn vận tốc kinh tế Từ đó dẫn tới làm tăng tổn thất trong đường ống ⇒ áp lựcmáy bơm tăng ⇒ không kinh tế

Nếu bố trí đường ống chính phân phối từ trên xuống, thì áp lực của máy bơm sovới trường hợp trên là không thay đổi Các đường trục chính cấp xuống các tầng có thểgiảm tiết diện ống sao cho tổn thất trong các tầng bằng chiều cao hình học của tầng để đảm bảo việc khử áp lực dư tại các tầng dưới Trong trường hợp này, đối với nhà cao tầng sẽ kinh tế hơn vì giảm được giá thành xây dựng mạng lưới do việc giảm tiết diện ống

Về vấn đề tiêu hao điện năng cho máy bơm: khi ngôi nhà cao tầng chỉ dùng 1

máy bơm chung thì máy bơm phải đủ được lưu lượng cung cấp cho toàn ngôi nhà và

áp lực phải đảm bảo đưa được nước lên tầng cao nhất ⇒ năng lượng điện tiêu thụ tỷ lệ thuận với lưu lượng và cột áp của máy bơm ⇒ điện năng tiêu thụ lớn hơn so với trườnghợp tách thành nhiều máy bơm cung cấp cho từng vùng riêng biệt với lưu lượng và áp lực phù hợp cho từng vùng

Tóm lại, Để giảm giá thành xây dựng mạng lưới, giảm độ chênh áp giữa các tầng, thuận tiện cho việc phân phối nước đến các tầng và để giảm chi phí điện năng choviệc bơm nước, cần phải phân vùng cấp nước có hệ thống hoạt động độc lập với nhau Thông thường phân chia số tầng nhà thành các vùng khác nhau, mỗi vùng từ 4 đến 5 tầng Việc phân phối vùng cấp nước có thể thực hiện bằng 2 cách :

- Phân vùng song son

- Phân vùng nối tiếp,

gài ra còn phân vùng cân bằng bể chứa với thiết bị điều hoà áp lực và phân vùng theo ống đứng cấp nước

2.3 Lĩnh vực ứng dụng Ưu điểm và nhược điểm.

Hệ thống cung cấp nước cho nhà cao tầng được ứng dụng vào các hệ thống cấpnước như nhà chung cư, hoặc các căn hộ gia đình có nhiều tầng

2.3.1 Ưu điểm

Hệ thống bơm nước tự động lên các tầng sẽ giúp con người không tốn

nhiều công sức để quản lý lượng nước tiêu dùng Hệ thống hoạt động ổn định

sẽ giúp toà nhà luôn luôn có nước để sinh hoạt

2.3.2 Nhược điểm

Chi phí thiết kế ban đầu cao so với các phương pháp thông thường

2.4 Xây dựng sơ đồ công nghệ hệ thống.

Hình 2.1 Sơ đồ công nghệ hệ thống

Sơ đồ công nghệ của hệ thống được hoạt động như sau: hệ thống có các

cảm biến đo mức nước ở các tầng có số thứ tự là 1,2,3,4,5,6 Khi các cảm

biến 1,3,5 có tín hiệu thì hệ thống bơm nước đang hoạt động, tới khi các cảm

Cảm biến đo mức nước ở các tầng

Khối xử lý thông tin qua máy tính và PLC S7 300.

Điều khiển và giám sát trên máy tính.

Điều khiển máy bơm

biến 2,4,6 phát hiện thấy nước thì các bể chứa đã đầy nước báo tín hiệu về

khối xử lý PLC S7 300 để dừng động cơ máy bơm

2.5 Tính cấp tiết xây dụng hệ thống điều khiển giảm sát cho hệ thống cấp nước.

- Hệ thống cấp nước nhà cao tầng phải đảm bảo liên tục 24/24h

- Đảm bảo hệ thống cấp nước nhà cao tầng phải cấp đủ nước cho các thiết

bị, đảm bảo áp lực tự do tối thiểu tại các thiết bị dùng nước

- Đảm bảo chi phí lắp đặt, đường ống ở mức tối thiểu

- Lựa chọn phương án thiết kế dựa trên yếu tố kỹ thuật và hướng dẫn của

tiêu chuẩn và quy phạm ban hành

- Đảm bảo quá trình sử dụng, sửa chữa được dễ dàng, tiện lợi