Thiết kế hệ thống điều khiển và giám sát cho dự án mở rộng hệ thống cấp nước thành phố vĩnh yên

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - HOÀNG VĔN TUỂN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT CHO DỰ ÁN MỞ RỘNG HỆ THỐNG CẤP NƯ C THÀNH PHỐ VĨNH YểN LUẬN VĔN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA Hà N i – Năm 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - HOÀNG VĔN TUỂN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT CHO DỰ ÁN MỞ RỘNG HỆ THỐNG CẤP NƯ C THÀNH PHỐ VĨNH YểN Chuyên ngƠnh: ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA LUẬN VĔN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA NGƯỜI HƯ NG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN MẠNH TIẾN Hà N i – Năm 2019 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn tốt nghiệp cơng trình c a riêng tôi, tự thực d ới h ớng dẫn c a T.S Nguyễn Mạnh Tiến Kết đạt đ ợc hoàn toàn trung thực Để hoàn thành luận văn sử dụng tài liệu đ ợc ghi danh mục tài liệu tham khảo không chép hay sử dụng tài liệu khác Nếu phát có chép tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm Hà Nội, ngày 20 tháng năm 2019 Học viên thực HoƠng Văn Tuơn i LỜI C M N Đầu tiên em xin chân thành gửi l i cảm ơn đến T.S Nguyễn Mạnh Tiến, thầy đư giúp đỡ em tận tình suốt trình làm luận văn Xin chân thành cảm ơn quý thầy cô đư giảng dạy em suốt trình học cao học vừa qua Cảm ơn gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đư động viên, hỗ trợ đóng góp ý kiến giúp em hoàn thành luận văn Dù đư cố gắng nh ng với trình độ hiểu biết th i gian nghiên c u có hạn nên khơng tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận đ ợc dẫn, l i góp ý c a thầy/cô bạn đọc để luận văn c a em hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI C M N ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC B NG vi DANH MỤC CÁC HÌNH .vii MỞ Đ U CHƯ NG : CÔNG NGHỆ X Lụ NƯ C TRONG DỰ ÁN MỞ RỘNG CẤP NƯ C VĨNH YểN 1.1 S l c v d án 1.2 Quy trình x lý n c s ch 1.2.1 Tổng quan hệ thống 1.2.2 Công nghệ xử lý n ớc 1.3 Các tr m, khu v c 1.3.1 Trạm bơm n ớc thô 1.3.2 Khu vực bể tiếp nhận phân phối n ớc, bể trộn, bể phản ng bể lắng 10 1.3.3 Khu vực bể lọc nhanh 12 1.3.4 Khu vực bể ch a n ớc 18 1.3.5 Hệ thống định l ợng vôi PAC 21 1.3.6 Khu vực bể thu hồi n ớc rửa lọc 23 CHƯ NG : HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN, GIÁM SÁT VÀ THU THẬP 33 D LIỆU SCADA 33 2.1 M ng truy n thông công nghi p 33 2.1.1 Phân cấp hệ thống mạng công nghiệp 33 2.1.2 Cấu trúc mạng 34 iii 2.1.3 Một số loại mạng bus truyền thông thông dụng 38 2.2 Gi i thi u v h th ng SCADA 40 2.2.1 Lịch sử hình thành phát triển 40 2.2.2 Các thành phần 41 2.2.3 Cơ chế hoạt động 41 2.2.4 u, nh ợc điểm c a hệ SCADA 42 CHƯ NG : XỂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỂU KHIỂN GIÁM SÁT 44 3.1 Xây d ng c u hình m ng 44 3.1.1 Mục tiêu 44 3.1.2 Cấu hình chi tiết 44 3.2 H th ng m ng k t n i 49 3.2.1 Kết nối trạm 49 3.2.2 Kết nối trạm nhà máy xử lý n ớc với 50 3.2.3 Kết nối máy tính phịng điều khiển trung tâm 51 3.2.4 Kết nối nhà máy xử lý n ớc với trạm bơm tăng áp, trạm bơm n ớc thô 52 3.3 Gi i pháp u n giám sát 53 3.4 Thi t k h u n, giám sát trung tâm 54 3.4.1 Thiết kế giao diện cho máy ch 55 3.4.2 Quản lý liệu c a trạm 60 3.4.3 Thiết kế cấu trúc Server-Client 61 CHƯ NG : THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN, GIÁM SÁT CHO TRẠM B M NƯ C THÔ 63 4.1.Thi t k cho tr m thu th p d li u trung gian 63 4.1.1.Thống kê tín hiệu vào, 63 4.1.2 Thiết kế sơ đồ ghép nối với PLC 66 4.1.3 Lập nguyên lý hoạt động c a thiết bị 71 iv 4.1.4 Viết ch ơng trình PLC 74 4.2 Thi t k giao di n ng i máy HMI 83 4.2.1 Vẽ trang hình 83 4.2.2 Thiết kế hiệu ng 84 4.2.3 Thiết kế Faceplate 87 4.2.4 Thiết kế Alarm 88 4.2.5 Thiết kế phân quyền truy cập 89 4.2.6 Giao diện vận hành 89 KẾT LUẬN 95 TÀI LIỆU THAM KH O 96 v DANH MỤC CÁC B NG Bảng 1.1 Thông số kỹ thuật thiết bị c a trạm bơm n ớc thô Bảng 1.2 Thông số kỹ thuật thiết bị c a khu vực bể tiếp nhận, bể phản ng bể lắng 10 Bảng 1.3 Thông số thiết bị c a khu vực bể rửa lọc 13 Bảng 1.4 Thông số kỹ thuật thiết bị c a khu vực bể ch a n ớc 18 Bảng 1.5 Thông số kỹ thuật thiết bị c a hệ thống định l ợng vôi 22 Bảng 1.6 Thông số kỹ thuật thiết bị c a khu vực bể thu hồi n ớc rửa lọc 24 Bảng 1.7 Thông số kỹ thuật thiết bị nhà clo 27 Bảng 1.8 Thông số c a thiết bị trạm bơm tăng áp 31 Bảng 3.1 Các thành phần c a mạng Profibus 46 Bảng 3.2 Các thành phần c a mạng Ethernet trạm 48 Bảng 3.3 Các thành phần c a mạng Ethernet nhà điều khiển trung tâm 49 Bảng 4.1 Thống kê tín hiệu vào, c a van cửa phai đầu vào 63 Bảng 4.2 Thống kê tín hiệu vào, c a van đầu 64 Bảng 4.3 Thống kê tín hiệu vào, c a bơm n ớc thô 65 Bảng 4.4 Thống kê tín hiệu vào, c a bơm tiêu 65 Bảng 4.5 Thống kê tín hiệu c a cảm biến 66 Bảng 4.6 Thống kê thiết bị phần c ng cần khai báo 74 Bảng 4.7 Thống kê ch c c a khối hàm 77 vi DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Sơ đồ cơng nghệ xử lý n ớc Hình 1.2 Sơ đồ cơng nghệ c a trạm bơm n ớc thô Hình 1.3 Sơ đồ cơng nghệ c a khu vực bể tiếp nhận phân phối n ớc, bể trộn, bể phản ng bể lắng 10 Hình 1.4 Sơ đồ cơng nghệ c a bể lọc nhanh 13 Hình 1.5 Chế độ lọc tự động 16 Hình 1.6 Chu trình rửa ng ợc c a bể lọc nhanh 17 Hình 1.7 Sơ đồ cơng nghệ c a khu vực bể ch a n ớc 18 Hình 1.8 Sơ đồ cơng nghệ c a hệ thống định l ợng vôi PAC 21 Hình 1.9 Sơ đồ công nghệ c a bể thu hồi n ớc rửa lọc 24 Hình 1.10 Chu trình hoạt động c a bể thu hồi n ớc rửa lọc 26 Hình 1.11 Sơ đồ công nghệ c a nhà clo 27 Hình 1.12 Chu trình tiền clo hóa 29 Hình 1.13 Chu trình hậu clo hóa 30 Hình 1.14 Sơ đồ công nghệ c a khu vực trạm bơm tăng áp 31 Hình 2.1 Phân cấp hệ thống mạng công nghiệp 33 Hình 2.2 Cấu trúc bus 35 Hình 2.3 Cấu trúc 36 Hình 2.4 Cấu trúc vịng 37 Hình 3.1 Cấu hình hệ thống mạng truyền thơng c a dự án 45 Hình 3.2 Ph ơng th c hoạt động dự phòng mạng 51 Hình 3.3 Ph ơng án truyền thơng sóng wifi 52 Hình 3.4 Giải pháp điều khiển dự án 53 Hình 3.5 Cấu hình kết nối mạng trạm 55 Hình 3.6 Giao diện tổng quan hệ thống máy ch , nhà điều khiển trung tâm 55 Hình 3.7 Giao điều khiển trạm bơm n ớc thô 56 Hình 3.8 Giao điều khiển khu vực bể tiếp nhận, bê trộn, bể phản ng bể lắng 56 Hình 3.9 Giao điều khiển khu vực bể lọc nhanh 57 Hình 3.10 Giao điều khiển khu vực trạm bơm n ớc 57 Hình 3.10 Giao điều khiển khu vực bể ch a n ớc 58 Hình 3.11 Giao điều khiển khu vực nhà clo 58 Hình 3.12 Giao điều khiển khu vực nhà hóa chất 59 Hình 3.13 Giao điều khiển khu vực trạm bơm n ớc 59 Hình 3.14 ng dụng Structure tags cho đối t ợng bơm n ớc thô 60 Hình 3.15 Tạo liệu Server 61 Hình 3.16 Tạo máy Client 61 vii Hình 3.17 Tải liệu từ Server sang máy Client 62 Hình 4.1 Sơ đồ đấu nối c a module số 67 Hình 4.2 Sơ đồ đấu nối phần số c a module số 68 Hình 4.3 Sơ đồ đấu nối phần số c a module 68 Hình 4.4 Sơ đồ đấu nối phần số c a module 69 Hình 4.5 Sơ đồ đấu nối c a module số 70 Hình 4.6 Sơ đồ đấu nối c a module số đấu nối chống sét cho thiết bị đo 71 Hình 4.7 Nguyên lý m tự động c a van đầu 72 Hình 4.8 Ngun lý đóng tự động c a van đầu 73 Hình 4.9 L u đồ hoạt động c a bơm tiêu 74 Hình 4.10 Cấu hình phần c ng trạm bơm n ớc thô 75 Hình 4.11 Cấu hình mạng Profibus c a trạm bơm n ớc thô 75 Hình 4.12 Bảng địa tín hiệu vào c a trạm bơm n ớc thô 76 Hình 4.13 Các khối hàm ch ơng trình PLC trạm bơm n ớc thơ 77 Hình 4.14 Điều khiển tần số bơm n ớc thô theo m c n ớc c a bể ch a n ớc 79 Hình 4.15 L u đồ c a hàm PID điều chỉnh tần số bơm theo l u l ợng đặt 80 Hình 4.16 L u đồ c a hàm PID điều chỉnh l u l ợng đặt theo m c n ớc bể ch a n ớc 81 Hình 4.17 L u đồ chế độ cài đặt tốc độ cho bơm n ớc thô 82 Hình 4.18 Th viện biểu t ợng phần mềm TIA Portal 84 Hình 4.19 Lập bảng địa vào phần mềm TIA Portal 85 Hình 4.20 Hiệu ng c a biểu t ợng phần mềm TIA Portal 86 Hình 4.21 Các kiện c a biểu t ợng phần mềm TIA Portal 86 Hình 4.22 Lập trình lệnh điều khiển VB Script 87 Hình 4.23 Giao diện thiết kế Faceplate c a TIA Portal 88 Hình 4.24 Bảng lỗi c a trạm bơm n ớc thô 89 Hình 4.25 Giao diện c a trạm bơm n ớc thơ 90 Hình 4.26 Giao diện c a bơm n ớc thô 90 Hình 4.27 Giao diện cài đặt thông số PID điều khiển bơm 91 Hình 4.28 Giao diện HMI c a nhà hóa chất 91 Hình 4.29 Giao diện HMI c a bể lọc nhanh 92 Hình 4.30 Giao diện HMI c a khu vực bể tiếp nhận, bể trộn,… 92 Hình 4.31 Giao diện HMI c a trạm bơm n ớc 93 Hình 4.32 Giao diện HMI c a bể thu hồi n ớc rửa lọc 93 Hình 4.33 Giao diện HMI c a nhà clo 94 Hình 4.34 Giao diện HMI c a trạm bơm tăng áp 94 viii 46 47 48 49 Ch ơng trình c a FC5 : 50 51 Ch ơng trình FC6 : 52 53 54 55 Ch ơng trình FC7 : 56 57 58 59 60 ... tỉnh Vĩnh Phúc “ có tiểu dự án m rộng hệ thống cấp n ớc thành phố Vĩnh Yên Đề tài “ Thiết kế hệ thống điều khiển, giám sát cho dự án m rộng cấp n ớc Vĩnh Yên “ đư áp dụng công nghệ xử lý n ớc cấp. .. DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - HOÀNG VĔN TUỂN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT CHO DỰ ÁN MỞ RỘNG HỆ THỐNG CẤP NƯ C THÀNH PHỐ VĨNH YểN Chuyên ngƠnh: ĐIỀU... đ tài Đối t ợng c a đề tài hệ thống điều khiển giám sát cho dự án m rộng cấp n ớc Vĩnh Yên M c tiêu đ tài Xây dựng đ ợc hệ thống điều khiển giám sát tích hợp cơng nghệ tự động hóa đại, giúp nâng