Hệ thống quản lý nhà máy thông minh giải pháp tối ưu hóa hệ thống điện trong nhà máy procter và gamble pvàg

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM - HOÀNG THANH LAM HỆ THỐNG QUẢN LÝ NHÀ MÁY THÔNG MINH GIẢI PHÁP TỐI ƯU HÓA HỆ THỐNG ĐIỆN TRONG NHÀ MÁY PROCTER & GAMBLE (P&G) LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành : Kỹ thuật điện Mã số ngành: 60520202 TP HỒ CHÍ MINH, tháng năm 2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM - HOÀNG THANH LAM HỆ THỐNG QUẢN LÝ NHÀ MÁY THƠNG MINH GIẢI PHÁP TỐI ƯU HĨA HỆ THỐNG ĐIỆN TRONG NHÀ MÁY PROCTER & GAMBLE (P&G) LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành : Kỹ thuật điện Mã số ngành: 60520202 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS VÕ NGỌC ĐIỀU TP HỒ CHÍ MINH, tháng năm 2016 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM Cán hướng dẫn khoa học: PGS.TS VÕ NGỌC ĐIỀU Luận văn Thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Công nghệ TP HCM ngày 25 tháng năm 2016 Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn Thạc sĩ) TT Họ tên PGS.TS QUYỀN HUY ÁNH PGS.TS ĐỒNG VĂN HƯỚNG TS VÕ VIẾT CƯỜNG TS VÕ CÔNG PHƯƠNG TS NGUYỄN HÙNG Chức danh Hội đồng Chủ tịch Phản biện Phản biện Ủy viên Ủy viên, Thư ký Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau Luận văn sửa chữa (nếu có) Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ TP HCM PHÒNG QLKH – ĐTSĐH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc TP HCM, ngày 10 tháng năm 2016 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: HỒNG THANH LAM Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 19/5/1986 Nơi sinh: Kiên Giang Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện MSHV:1441830012 I- Tên đề tài: HỆ THỐNG QUẢN LÝ NHÀ MÁY THƠNG MINH GIẢI PHÁP TỐI ƯU HĨA HỆ THỐNG ĐIỆN TRONG NHÀ MÁY PROCTER & GAMBLE (P&G) II- Nhiệm vụ nội dung: Nhiệm vụ Luận Văn “Hệ Thống Quản Lý Nhà Máy Thông Minh Giải Pháp Tối Ưu Hóa Hệ Thống Điện Trong Nhà Máy Procter & Gamble” nắm vững cấu trúc, nguyên lý giám sát điều khiển hệ thống BMS hệ thống điện nhà máy Trình tự thiết kế hệ thống BMS, tính tốn hiệu kinh tế nhà máy tích hợp hệ thống BMS Mô điều khiển giám sát nhà máy phần mềm Window Viewer III- Ngày giao nhiệm vụ: 20/4/2016 IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 15/9/2016 V- Cán hướng dẫn: PGS.TS VÕ NGỌC ĐIỀU CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) PGS.TS VÕ NGỌC ĐIỀU KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên chữ ký) LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu Luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tơi xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực Luận văn cảm ơn thơng tin trích dẫn Luận văn rõ nguồn gốc Học viên thực Luận văn Hoàng Thanh Lam LỜI CÁM ƠN Để hồn thành chương trình cao học viết luận văn này, nhận giúp đỡ,hướng dẫn góp ý nhiệt tình q Thầy Cơ Trường Đại Học Cơng Nghệ Thành Phố Hồ Chí Minh Tôi xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy PGS.TS VÕ NGỌC ĐIỀU dành nhiều thời gian tâm huyết hướng dẫn nghiên cứu giúp tơi hồn thiện luận văn tốt nghiệp Mặc dù tơi có nhiều cố gắng hồn thiện luận văn tất nhiệt tình lực mình, nhiên khơng thể tránh khỏi thiếu sót, mong nhận đóng góp quý báo q thầy bạn để tiếp tục hồn thành tốt nhất, đầy đủ luận văn cao học Thành Phố Hồ Chí Minh,ngày tháng năm 2016 Học Viên Hồng Thanh Lam TĨM TẮT Với phát triển mạnh mẽ kinh tế xã hội Việt Nam đặc biệt công nghiệp Ngày nhiều tập đoàn nước đầu tư nhiều nhà máy sản xuất đại với qui mô lớn cao ốc văn phòng nước ta Một hệ thống đại địi hỏi phải có giải pháp điều khiển,giám sát va thu thập liệu từ thiết bị điều hịa nhiệt độ, chống cháy, chống trộm, tích hợp camera quan sát Hệ thống quản lý tòa nhà(nhà máy) BMS(Building Managerment System) giải pháp cần thiết hợp lý cho vấn đề Hệ thống BMS nghiên cứu phát triển từ nhiều năm qua nước tiên tiến giới Nhưng Việt Nam việc tích hợp BMS nhà máy hay tòa nhà chưa phổ biến, chi phí ban đầu cho hệ thống BMS thường cao nên chủ đầu tư đắn đo việc tích hợp hệ thống Trong tương lai việc tối ưu hóa hệ thống điện phải ưu tiên hàng đầu, việc nâng cao tiêu chuẩn an toàn hiệu suất sử dụng lượng nhà máy hay tòa nhà điều tất yếu Luận văn giải vấn đề sau: Đưa cấu trúc,nguyên lý giám sát điều khiển hệ thống BMS hệ thống điện nhà máy PROCTER & GAMBLE Trình tự thiết kế sơ hệ thống BMS, tính tốn hiệu kinh tế nhà máy tích hợp hệ thống BMS Mô quản lý hệ thống nhà máy PROCTER & GAMBLE phần mềm Window Viewer ABSTRACT With the strong growth of the economy and social Vietnam today especially date this industry many domestic and foreign corporations have been investing a lot of modern factory with large scale as well as office buildings in the country ta.Mot modern systems require a control solution, monitor and collect data from devices such as air conditioning, fire protection, anti-theft area where the building management system (factory) BMS (building Managerment system) is a solution needed and reasonable for this problem BMS has been researching and developing for many years in the advanced countries in the world in Vietnam System BMS integration in factories or buildings have not been popular, due to the initial cost BMS systems are usually quite high so very deeply invested in integrating this system In the future, the present and optimizing electrical systems must be a top priority, improving the standards of safety and energy efficiency in factories or buildings is inevitable Essays addressing the following issues: Provide structure, the principle of a supervisory control system BMS for electrical systems in factories PROCTER & GAMBLE.Trinh self preliminary design of BMS, calculate the economic efficiency of the plant as integrated systems management BMS Simulation systems Procter & Gamble plant in software Window Viewer MỤC LỤC Chương 1: Tổng quan hệ thống BMS 1.1 Khái niệm BMS 1.1.1 Lịch sử hình thành phát triển hệ thống quản lý tòa nhà BMS giới Việt Nam 1.1.2 Khái niệm lợi ích hệ thống quản lý tòa nhà BMS 1.1.3 Các chức hệ thống BMS 1.2 Một số hãng cung cấp giải pháp hệ thống quản lý tòa nhà BMS giới 1.2.1 Thị phần thị trường BMS 1.2.2 Giải pháp công nghệ số hãng cung cấp giải pháp BMS 1.3 Thị trường BMS Việt Nam Chương 2: Đặc điểm kỹ thuật hệ thống quản lý tòa nhà BMS 13 2.1 Tổng quan 13 2.2 Mơ hình hệ thống tự động hóa hệ thống BMS 14 2.3 Phòng điều khiển trung tâm 17 2.4 Các ứng dụng điều khiển giám sát 19 2.4.1 Giám sát thông số môi trường 19 2.4.2 Điều khiển đèn chiếu sáng 20 2.4.3 Giám sát điều khiển quạt thơng gió 21 2.4.4 Giám sát nguồn điện lượng điện 21 2.5 Kết nối tích hợp điều khiển hệ thống 22 2.5.1 Tích hợp hệ thống điều hịa thơng gió 22 2.5.1.1 Kết nối hệ thống điều hòa VRV Water Chiller 22 2.5.1.2 Kết nối hệ thống báo cháy chữa cháy 26 2.5.1.3 Kết nối hệ thống giám sát an ninh 26 2.5.1.4 Giám sát hệ thống thang máy 27 2.5.1.5 Kết nối hệ thống phát nội 28 2.6 Phần mềm điều khiển 29 2.7 Thiết bị điều khiển trực tiếp kỹ thuật số DDC (Direct Digital Controller) thiết bị giám sát 30 2.7.1 Bộ đo lường giám sát điện WM14-96 30 2.7.2 Bộ cảm biến nhiệt độ phòng QAA2071 32 2.7.3 Bộ cảm biến chất lượng khơng khí phịng BA/AQSR-10 33 2.7.4 Thiết bị đo áp suất khơng khí QBM81-3 33 2.7.5 Cảm biến áp suất tĩnh đường ống nước 34 Chương 3: Cơ sở lý thuyết logic điều khiển hệ thống BMS 36 3.1 Mạng truyền thông hệ thống BMS 36 3.1.1 Khái niệm mạng truyền thông 36 3.1.2 Cơ sở truyền dẫn 36 3.1.2.1 Chuẩn truyền dẫn RS232 36 3.1.2.2 Chuẩn truyền dẫn RS485 37 3.1.3 Cấu trúc mạng 37 3.2 Logic điều khiển hệ thống BMS 39 3.2.1 Điều khiển tỷ lệ P 39 3.2.2 Điều khiển tích phân PI 40 3.2.3 Điều khiển PID 41 Chương 4: Tính tốn hiệu đầu tư hệ thống BMS 43 4.1 Tổng quan hiệu tiêu thụ lượng tòa nhà 43 4.2 Hiện trạng sử dụng lượng nhà máy P&G 46 4.3 Tính tốn hiệu đầu tư hệ thống BMS cho nhà máy P&G 47 4.3.1 Chi phí đầu tư hệ thống BMS cho nhà máy P&G 47 4.3.2 BMS Tính tốn cơng suất tiêu thụ hệ thống HVAC hiệu đầu tư 50 4.3.2.1 Tính tốn điện tiêu thụ tích hợp điều khiển tốc độ 50 4.3.2.2 Hiệu đầu tư 51 Chương 5: Mô hệ thống giám sát, điều khiển nhà máy chương trình Window Viewer 53 5.1 Tổng quan phần mềm Window viewer 53 5.1.1 Giới thiệu 53 5.1.2 Tính phần mềm 53 56 5.2.2 Quá trình tạo White Base(WB) Hình 5.2 Quá trình tạo White Base(WB) Đây trình hình thành nên chất tạo cho sản phẩm Downy Có loại WB để dùng cho tất sản phẩm WB Winner WB Kimchee Quá trình quan trọng tất bước sản xuất.BFA đưa qua hệ thống xử lý HEX Testing,pha trộn với nước kết hợp với nguyên liệu cần thiết.khi đạt yêu cầu độ nhớt,độ PH hệ thống cho phép bơm WB vào tank chứa chờ đợi trình 57 5.2.3 Quá trình chạy White Base(WB) 5.2.3.1 Qui trình CLP1(Control Liquid Program 1) Hình 5.3 Qui trình CLP1(Control Liquid Program 1) Sau WB đưa vào tank chứa đạt số lượng yêu cầu hệ thống tiến hành trình chạy WB Đây trình bổ sung chất hóa học để tạo nên thành phần nước xả vải Downy thông qua flowmeter để adjust như:HCL,Cacl2,axit formic, silicon Tốc độ CLP1 15 tấn/h.có thể vận hành liên tục 72h mà không cần khởi động lại 58 5.2.3.2 Qui trình CLP2(Control Liquid Program 2) Hình 5.4 Qui trình CLP2(Control Liquid Program 2) Sau WB đưa vào tank chứa đạt số lượng yêu cầu hệ thống tiến hành trình chạy WB Đây trình bổ sung chất hóa học để tạo nên thành phần nước xả vải Downy thông qua flowmeter để adjust như:HCL,Cacl2,axit formic, silicon Tốc độ CLP2 15 tấn/h.có thể vận hành liên tục 72h mà khơng cần khởi động lại Về nguyên tắc CLP1 CLP2 có chế độ làm việc giống y nhau.cả CLP có nhiệm vụ backup cho bị cố CLP cịn lại vận hành đảm bảo cho hệ thống vận hành liên tục Khi lúc cần nhiều sản phẩm cho nhiều thị trường khác CLP hoạt động lúc độc lập với để tạo loại WB khác 59 5.2.4 Quá trình tạo Bulk 5.2.4.1 Nhánh LPD1(Liquid Program Digital 1) Hình 5.5 Quá trình tạo bulk LPD1 Ở trình chương trình bổ sung chất cịn lại để tạo sản phẩm hoàn chỉnh như:màu,lupamin,glycerol Khi muốn chạy sản phẩm khác thị trường với sản phẩm trước phải thực q trình làm hệ thống LPD nước nóng với thời gian lần 45 phút Tốc độ LPD1 tấn/h 60 5.2.4.2 Nhánh LPD2 (Liquid Program Digital 2) Hình 5.6 Quá trình tạo bulk LPD2 Ở trình chương trình bổ sung chất cịn lại để tạo sản phẩm hoàn chỉnh như:màu,lupamin,glycerol Khi muốn chạy sản phẩm khác thị trường với sản phẩm trước phải thực q trình làm hệ thống LPD nước nóng với thời gian lần 45 phút Tốc độ LPD2 tấn/h 61 5.2.4.3 Nhánh LPD3 (Liquid Program Digital 3) Hình 5.7 Quá trình tạo bulk LPD3 Ở trình chương trình bổ sung chất cịn lại để tạo sản phẩm hồn chỉnh như:màu,lupamin,glycerol Khi muốn chạy sản phẩm khác thị trường với sản phẩm trước phải thực trình làm hệ thống LPD nước nóng với thời gian lần 45 phút Tốc độ LPD3 22 tấn/h Trong nhà máy P&G sản xuất thời điểm loại sản phẩm khác thông qua LPD 62 5.2.5 Kết nối Bulk với tank chứa 5.2.5.1 Khu vực Kimchee Hình 5.8 Kết nối bulk khu vực Kimchee Đây khu vực chứa bulk thị trường Hàn Quốc, Nhật Bản Malaysia Khi LPD tạo bulk kết nối với tank chứa thông qua control valve tank chứa từ kết nối tới máy sản xuất đóng thành sản phẩm cuối đưa thị trường 63 5.2.5.2 Khu vực Surtic Hình 5.9 Kết nối bulk khu vực Surtic Đây khu vực chứa bulk thị trường Thailand,indonesia,VietNam Khi LPD tạo bulk kết nối với tank chứa thông qua control valve tank chứa từ kết nối tới máy sản xuất đóng thành sản phẩm cuối đưa thị trường 64 5.2.6 Hệ thống cảnh báo nguyên vật liệu Hình 5.10 Hệ thống cảnh báo nguyên vật liệu Khi nguyên vật liệu bị cố mà khơng đáp ứng cho nhu cầu sản xuất hệ thống cảnh báo màu vàng hình HMI.khi người vận hành kiểm tra lại điểm này,nếu bất thường reset lại hình trạng thái 65 5.2.7 Hệ thống báo cháy,chữa cháy tự động hướng dẫn di tản gặp cố Hình 5.11 Nguyên lý hệ thống báo cháy Hình 5.12 Sơ đồ hệ thống báo cháy Khi có cố cháy xảy hệ thống kích hoạt hệ thống đèn hiểm hướng dẫn cho nhân viên thoát hiểm theo lối gần an toàn Một đặc điểm bật hệ thống khả cô lập đám cháy hiệu 66 quả.khi có đám cháy xảy hệ thống cô lập nguồn điện nơi xảy cháy cách hiệu Vì đặc thù nhà máy có khu vực phải đảm bảo 100% khơng điện nên tính hữu dụng cần thiết 5.2.8 Hệ thống camera quan sát thơng minh Hình 5.13 Hệ thống camera quan sát thơng minh Hệ thống camera giám sát thông minh giúp cho nhà máy theo dõi hoạt động xảy đồng thời có cố xảy tìm ngun nhân cách xác nhanh chóng 67 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 6.1 Kết luận Chúng ta phủ nhận tiện ích mà hệ thống BMS mang lại sống nhu cầu người đại ngày BMS mang lại ưu điểm cho nhà máy P&G sau:  Tăng tính tiện nghi cho nhà máy  Tăng tính thẩm mỹ cho nhà máy  Mang lại an toàn cho người thiết bị cần bảo vệ  Tiết kiệm lượng cách hiệu  Tích hợp tính điều khiển nhà máy thành khối thống nhất,giúp cho người vận hành kiểm soát tổng thể nhà máy cách dễ dàng Nhưng việc đầu tư cho hệ thống BMS tốn nhiều chi phí,địi hỏi nhà đầu tư phải có chiến lược kinh doanh lâu dài bền vững hệ thống BMS phát huy ưu điểm mang tính đặc trưng Mục đích đề tài Luận Văn “Hệ Thống Quản Lý Nhà Máy Thơng Minh Giải Pháp Tối Ưu Hóa Hệ Thống Điện Trong Nhà Máy Procter & Gamble” nắm vững cấu trúc, nguyên lý giám sát điều khiển hệ thống BMS hệ thống điện nhà máy Trình tự thiết kế hệ thống BMS, tính tốn hiệu kinh tế nhà máy tích hợp hệ thống BMS Mô điều khiển giám sát nhà máy phần mềm Window Viewer Trong thời đại cơng nghiệp hóa nay, nhiều nhà máy công nghiệp với qui mô lớn xây dựng nhiều nước ta, mong muốn lớn tác giả việc thực đề tài có nhiều nhà máy áp dụng hệ thống nhằm mang lại hiệu cao việc sản xuất quản lý 68 6.2 Kiến Nghị Có nhiều lý làm cho nhà máy e ngại chuyển qua giải pháp điều khiển BMS như:  Chi phí tốn  Ngại thay đổi hệ thống cũ  Sản xuất không ổn định Khi lắp đặt hệ thống BMS cho nhà máy, cần thiết kế xác tối ưu khả hoạt động thiết bị thông minh như: sensor, đầu dị khói, thiết bị thu phát tín hiệu Nhằm hạn chế tình trạng báo sai trạng thái, thiết bị bị nhiễu tín hiệu, làm cho hệ thống hoạt động khơng xác, gây thiệt hại cho nhà đầu tư Những nhà máy có nhu cầu sản xuất lớn liên tục, muốn chuyển sang hệ thống BMS, hệ thống phải vận hành thử song song với hệ thống cũ nhằm làm giảm tổn thất cho nhà máy hệ thống vận hành chưa ổn định 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Integrated Building Management Systems in Data Central – Schneider Electric May – 2007 [2] Engineering manual of automatic control for commercial buildings – Honeywell [3] “Inside Building Management Systems” by H.P Scheepers [4] “BACnet, Various articles” by H Michael Newman ASHRAE [5] Lonworks Various articles Echelon Corp [6] “Smart Building Management System” Tuomas Koskenranta [7] “Integrated Security & Building Management System” Risco group [8] “ Mạng truyền thông công nghiệp” [9] “General Topology” Jesper M Moller Matematisk Institut, Universitetsparken 5, DK{2100 K_benhavn [10].”Topology and Data” Gunnar Carlsson _Department of Mathematics, Stanford University Stanford, California 94305 Oct - 2008 [11] A Bjorner, Topological methods, appears in Handbook of Combinatorics, Vol 1, 2, 1819{1872, Elsevier, Amsterdam, 1995 [12] “A Protocol for Packet Network ntercommunication” VINTON G CERF AND ROBERT E KAHN, MEMBER, IEEE [13] “Command Module Modbus protocol” AirSense Technology Ltd [14] D L A Barber, “The European computer network project,” in Computer Communications: Impacts and Implications, S Winkler, Ed Washington , D.C 1972, pp 192-200 [15] “HVAC Training for professional design and operation of heating, ventilating, and air conditioning systems” [16] www.unex.berkeley.edu/cert/hvac.html [17] “ HVAC Handbook” [18] “HVAC Product” ABB 70 [19] “Modular Building Controller” Siemens – Technical Specication Sheet [20] “Power Modular Equipment Controller for BACnet Networks” Siemens – Technical Specication Sheet [21] “Communication Systems for Building Automation and Control” WOLFGANG KASTNER, GEORG NEUGSCHWANDTNER, STEFAN SOUCEK, AND H MICHAEL NEWMAN [22] “Optimization of HVAC Control Strategies By Building Management Systems” MASTER OF SCIENCE - Izmir Institute of Technology Izmir, Turkey September, 2003 ... ? ?Hệ Thống Quản Lý Nhà Máy Thơng Minh Giải Pháp Tối Ưu Hóa Hệ Thống Điện Trong Nhà Máy Procter & Gamble? ?? nắm vững cấu trúc, nguyên lý giám sát điều khiển hệ thống BMS hệ thống điện nhà máy Trình... Thuật Điện MSHV:1441830012 I- Tên đề tài: HỆ THỐNG QUẢN LÝ NHÀ MÁY THÔNG MINH GIẢI PHÁP TỐI ƯU HÓA HỆ THỐNG ĐIỆN TRONG NHÀ MÁY PROCTER & GAMBLE (P&G) II- Nhiệm vụ nội dung: Nhiệm vụ Luận Văn ? ?Hệ Thống. ..BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM - HOÀNG THANH LAM HỆ THỐNG QUẢN LÝ NHÀ MÁY THÔNG MINH GIẢI PHÁP TỐI ƯU HÓA HỆ THỐNG ĐIỆN TRONG NHÀ MÁY PROCTER & GAMBLE (P&G)