Báo-cáo-đồ-án-tốt-nghiệp v5 - Đạt

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế hệ thống SCADA sản xuất phân NPK ĐẶNG TIẾN ĐẠT dat.dt165947@sis.hust.edu.vn Ngành Cử nhân Điều khiển Tự động Hóa Chuyên ngành Kỹ thuật đo Tin học công nghiệp Giảng viên hướng dẫn: PGS TS Bùi Đăng Thảnh Chữ ký GVHD Bộ môn: Kỹ thuật đo Tin học công nghiệp Viện: Điện HÀ NỘI, 6/2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Độc lập - Tự - Hạnh phúc *** - NHIỆM VỤ THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP Họ tên: Đặng Tiến Đạt Mã số sinh viên: 20165947 Khóa: K61 Viện: Điện Ngành: Kỹ thuật đo tin học công nghiệp Đầu đề thiết kế/Tên đề tài Thiết kế hệ thống SCADA sản xuất phân NPK Các số liệu ban đầu Thiết kế dựa mơ hình thực tế nhà máy tham khảo số tài liệu Các nội dung tính tốn, thiết kế Phạm Quang Huy • Chương 1: Tổng quan dây chuyền sản xuất phân NPK • Chương 3: Phần thiết kế mơ Đặng Tiến Đạt • Chương 2:Tổng quan hệ SCADA nhà máy sản xuất phân NPK • Chương 3: Phần thiết kế phần cứng Phạm Quang Huy Đặng Tiến Đạt • Phần lưu đồ thuật tốn • Phần viết chương trình điều khiển • Các nội dung khác Cán hướng dẫn: PGS TS Bùi Đăng Thảnh Ngày giao nhiệm vụ thiết kế: 20/2/2020 Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 30/6/2020 Ngày tháng năm 2020 CHỦ NHIỆM BỘ MÔN (Ký, ghi rõ họ tên) CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) SINH VIÊN THỰC HIỆN (Ký, ghi rõ họ tên) LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn tới tất thầy cô giáo công tác trường Đại học Bách khoa Hà Nội, người dạy dỗ em suốt năm giảng đướng đại học Em xin gửi lời cảm ơn PGS TS Bùi Đăng Thảnh giao cho em đề tài hướng dẫn bảo tận tình suốt thời gian làm đồ án Bên cạnh đó, hỗ trợ động viên lớn lao từ gia đình, giúp đỡ nhiệt tình người bạn giúp em thêm niềm tin vững bước với ngành học chọn Em xin chân thành cảm ơn TĨM TẮT NỘI DUNG ĐỒ ÁN Nơi dung đồ án: “Thiết kế hệ thống SCADA sản xuất phân NPK” gồm có chương: - Chương Tổng quan dây chuyền sản xuất phân NPK Chương Tổng quan hệ SCADA nhà máy sản xuất phân NPK Chương Thiết kế hệ thống SCADA Chương Kết mô đánh giá Để tìm hiểu đề tài, em tham khảo số tài liệu có chuyến thực tế đến Cơng ty Cổ phần Supe Phốt phát Hóa chất Lâm Thao Đề tài cần thiết kế hệ thống giám sát hoạt động công đoạn trình sản xuất phân bón NPK Hệ thống sử dụng điều khiển logic khả trình PLC S7-300 Siemens lập trình mơ phần mềm PLC STEP7 WinCC Kết đồ án đáp ứng vấn đề đặt sát so với mơ hình thực tế Trong thời gian thực đề tài, em cố gắng hoàn thành cách tốt cơng việc Do kiến thức kinh nghiệm hạn chế nên đồ án em khơng tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận đóng góp quý báu thầy cô bạn để đồ án hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thực MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN TÓM TẮT NỘI DUNG ĐỒ ÁN MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT PHÂN NPK 1.1 Giới thiệu chung phân NPK 1.1.1 Khái niệm 1.1.2 Thành phần tác dụng phân NPK 1.1.3 Phân loại 10 1.2 Giới thiệu Công ty Cổ phần Supe Phốt phát Hóa chất Lâm Thao………………… 11 1.3 Quy trình cơng nghệ sản xuất phân NPK 15 1.3.1 Sơ đồ quy trình cơng nghệ 15 1.3.2 Mơ hình sản xuất ngun lý hoạt động mơ hình 18 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ SCADA TRONG NHÀ MÁY SẢN XUẤT NPK 20 2.1 Khái niệm SCADA hệ SCADA nhà máy phân NPK 20 2.1.1 SCADA 20 2.1.2 Hệ SCADA nhà máy phân bón NPK 21 2.2 Tổng quan điều khiển logic khả trình PLC 21 2.2.1 Lịch sử phát triển vai trò PLC 21 2.2.2 Ưu việc sử dụng PLC tự động hóa 22 2.2.3 Ứng dụng PLC công nghiệp 22 2.3 PLC S7-300 23 2.3.1 Phần cứng trạm PLC S7-300 23 2.3.2 Tổ chức nhớ CPU PLC S7-300 27 2.3.3 Vịng qt chương trình 28 2.3.4 Trao đổi liệu CPU module mở rộng 29 2.3.5 Cấu trúc chương trình 30 2.3.6 Ngôn ngữ lập trình 32 2.4 Giới thiệu phần mềm STEP7 32 2.5 Giới thiệu phần mềm WinCC 33 CHƯƠNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG SCADA 35 3.1 Sơ đồ khối hệ thống 35 3.2 Thiết kế phần cứng 35 3.2.1 Lựa chọn thiết bị 35 3.2.2 Lựa chọn cấu hình phần cứng cho PLC S7-300 42 3.2.3 Xây dựng mạch điều khiển 45 3.3 Xây dựng lưu đồ thuật toán 46 3.3.1 Thuật toán điều khiển hệ thống 46 3.3.2 Các khâu cụ thể 47 3.4 Thiết kế mạch động lực cho dây chuyền 52 3.4.1 Khâu định lượng nghiền nguyên liệu 52 3.4.2 Khâu trộn nguyên liệu 53 3.4.3 Hệ thống tạo hạt sấy 53 3.4.4 Hệ thống phân loại làm nguội 54 3.4.5 Hệ thống đóng bao 54 3.5 Thiết kế chương trình điều khiển cho PLC S7-300 STEP 55 3.6 Thiết kế giao diện giám sát phần mềm WinCC 56 CHƯƠNG KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ 64 4.1 Chương trình điều khiển cho PLC S7-300 STEP7 64 4.2 Chương trình mơ WinCC 73 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 79 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 80 PHỤ LỤC 81 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1 Hạt phân bao phân NPK Hình Cơng ty Cổ phần Supe Phốt Phát Hóa chất Lâm Thao 11 Hình Chuyến thực tế đến Công ty Cổ phần Supe Phốt phát Hóa chất Lâm Thao 12 Hình Sơ đồ cơng nghệ sản xuất phân NPK - S nhà máy 13 Hình Xưởng sản xuất phân NPK 13 Hình Dây chuyền sản xuất phân NPK 13 Hình Hệ thống máy sấy thùng quay 14 Hình Hệ thống đóng bao tự động 14 Hình Phịng điều khiển hệ thống 14 Hình 10 Sơ đồ quy trình cơng nghệ sản xuất phân NPK 15 Hình 11 Mơ hình dây chuyền sản xuất phân NPK 18 Hình Cấu trúc chung trạm PLC S7-300 23 Hình 2 Module nguồn khối xử lý trung tâm 24 Hình Module vào số (DI/DO) tương tự (AI/AO) 26 Hình Module ghép nối IM 26 Hình Các vùng nhớ CPU 27 Hình Vịng qt chương trình 28 Hình Nguyên lý trao đổi liệu CPU module mở rộng 29 Hình Lập trình tuyến tính 30 Hình Lập trình cấu trúc 31 Hình 10 Ngơn ngữ lập trình PLC S7 - 300 32 Hình 11 Phần mềm SIMATIC STEP 33 Hình 12 Phần mềm WinCC hãng Siemens 34 Hình Sơ đồ khối hệ thống SCADA nhà máy phân NPK 35 Hình Cảm biến mức RN 3002 36 Hình 3 Cảm biến can nhiệt K 36 Hình Cảm biến đo độ ẩm chịu nhiệt độ cao EE1900 37 Hình Loadcell VLC 106 VMC 37 Hình Cảm biến tiệm cận Autonics PRDT18-14XO-V 38 Hình Cân băng định lượng 38 Hình Băng tải truyền động 39 Hình Máy nghiền lồng 39 Hình 10 Máy trộn xốy 39 Hình 11 Máy vê viên dạng chảo 40 Hình 12 May sấy thùng quay 40 Hình 13 Máy sàng rung phân loại 40 Hình 14 Máy làm nguội thùng quay 41 Hình 15 Hệ thống đóng bao tự động 41 Hình 16 Van bướm điều khiển khí nén 41 Hình 17 Sơ đồ đấu dây cho PLC 45 Hình 18 Sơ đồ thuật tốn hệ thống sản xuất phân NPK 46 Hình 19 Thuật tốn điều khiển hệ thống cân định lượng nghiền nguyên liệu 47 Hình 20 Thuật tốn điều khiển hệ thống trộn nguyên liệu 48 Hình 21 Thuật tốn điều khiển hệ thống tạo hạt sấy 49 Hình 22 Thuật toán điều khiển hệ thống phân loại làm nguội 50 Hình 23 Thuật toán điều khiển hệ thống may bao 51 Hình 24 Sơ đồ mạch lực hệ thống cân định lượng nghiền nguyên liệu 52 Hình 25 Sơ đồ mạch động lực hệ thống trộn nguyên liệu 53 Hình 26 Sơ đồ mạch động lực hệ thống tạo hạt sấy 53 Hình 27 Sơ đồ mạch động lực hệ thống phân loại làm nguội 54 Hình 28 Sơ đồ mạch động lực hệ thống đóng bao 54 Hình 29 Khai báo cấu hình phần cứng cho PLC phần mềm STEP7 55 Hình 30 Cấu trúc chương trình điều khiển 55 Hình 31 Dự án tạo WinCC 56 Hình 33 Giao diện mơ hình giám sát 57 Hình 32 Khai báo Tag cho chương trình 57 Hình 34 Tạo nút ấn ON 58 Hình 35 Tạo băng tải 1,2,3,4,5,6,7 59 Hình 36 Tạo Silo chứa nguyên liệu 59 Hình 37 Tạo cảm biến cân trọng lượng 60 Hình 38 Tạo van xả liệu 60 Hình 39 Tạo bồn nghiền 61 Hình 40 Tạo băng tải 61 Hình 41 Tạo động truyền động 62 Hình 42 Thiết lập thuộc tính cho động cơ, băng tải silo chứa 62 Hình 43 Mơ hình giám sát sau hoàn tất 63 Hình Giao diện Simulation PLCSIM 64 Hình Kết mô 65 Hình Kết mô 65 Hình 4 Kết mơ 66 Hình Kết mơ 66 Hình Kết mơ 67 Hình Kết mô 67 Hình Kết mô 68 Hình Kết mô 68 Hình 10 Kết mơ 69 Hình 11 Kết mơ 69 Hình 12 Kết mô 70 Hình 13 Kết mô 70 Hình 14 Kết mô 71 Hình 15 Kết mơ 71 Hình 16 Kết mơ 72 Hình 17 Giao diện mô 73 Hình 18 Giao diện PLC SIM 73 Hình 19 Kết mô 74 Hình 20 Kết mơ 74 Hình 21 Kết mơ 75 Hình 22 Kết mô 75 Hình 23 Kết mô 76 Hình 24 Kết mô 76 Hình 25 Kết mơ 77 Hình 26 Kết mơ 77 Hình 27 Kết mô 78 Hình 28 Kết mô 78 DANH MỤC BẢNG Bảng 3.1 Bảng thống kê đầu vào PLC 42 Bảng 3.2 Bảng thống kê đầu PLC 44 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT PHÂN NPK 1.1 Giới thiệu chung phân NPK 1.1.1 Khái niệm NPK nhằm nguyên tố dinh dưỡng đa lượng Nitơ, Photpho, Kali, tức nguyên tố yếu cần bổ sung trước cho trồng, nhằm nâng cao khả sinh trưởng suất trồng Phân NPK loại phân bón hóa học chuyên cung cấp cho trồng loại nguyên tố dinh dưỡng Ngoài nguyên tố phân NPK cịn cung cấp cho trồng số loại nguyên tố dinh dưỡng khác Ca, S, Mg… Hình 1 Hạt phân bao phân NPK 1.1.2 Thành phần tác dụng phân NPK Phân NPK gồm thành phần Đạm (N), Lân (P), Kali (K) Tùy vào loại phân NPK mà tỷ lệ thành phần thay đổi a) Đạm ( N) Đạm loại nguyên tố dinh dưỡng quan trọng nhất, có tác dụng làm xanh tốt, sinh trưởng chiều cao khối lượng thân lá, hình thành hoa quả, mầm chồi Thiếu đạm phát triển, sinh trưởng chậm, còi cọc, chồi búp bị thui chột Các non thường nhỏ, già xuất màu xanh sáng đến vàng nhạt từ đỉnh xuống cuống, từ gân mép lá, sau rụng Ngược lại thừa đạm, yếu, thân vươn dài, rợp bóng ảnh hưởng đến quang hợp Cây dễ bị sâu bệnh cơng, q trình phát triển thân dài, trình hoa kết trái chậm lại b) Lân (P) Lân đóng vai trị quan trọng cho hình thành phận cây, kích thích rễ phát triển mạnh, kích thích q trình đẻ nhánh, hoa kết Tăng khả chống chịu sức đề kháng cho trồng Thiếu lân rễ phát triển kém, trở nên còi cọc Chồi non phát triển, trình đẻ nhánh phân nhánh Hoa ít, chậm chín, khơng có hạt, vỏ dày xốp, dễ hư bảo quản Kèm theo việc thiếu hụt Zn, Fe, Cu Thừa lân làm cho chín sớm, khơng kịp tích lũy vụ mùa suất cao c) Kali (K) Kali giữ vai trị quan trọng việc chuyển hóa lượng q trình đồng hóa chất trồng, xúc tiến trình quang hợp, tổng hợp hydrat cacbon gluxit Thiếu Kali phát triển chậm, còi cọc, thân yếu, dễ bị đổ Lá hẹp, xuất chấm đỏ, dễ héo rũ khô Làm tăng tỷ lệ hạt lép, giảm tỷ lệ nảy mầm sức sống hạt giống Quả nhỏ dễ bị nứt, vỏ dày dễ bị rỗng ruột Thừa Kali lại làm không hút chất dinh dưỡng khác Mg, Na , ức chế trình hấp thu đạm Quả trở nên sần sùi ảnh hưởng tới trình hút canxi Hàm lượng Kali nông sản cao ảnh hưởng tới sức khỏe người tiêu dùng 1.1.3 Phân loại Trên thị trường có loại phân NPK sau đây: - Loại yếu tố N - P P - K, N – K với tỉ lệ NPK: 20-20-0 20-0-20 0-1-3 Loại yếu tố N P K với tỉ lệ 20-20-10 20-10-25 Loại yếu tố N P K Mg (S,Ca ) có tỉ lệ 14-9-21-2 16-16-813 Các loại phân tổng hợp hỗn hợp phát huy hiệu lực tốt bón với yêu cầu phù hợp với tính chất loại đất Vì vậy, muốn sử dụng có hiệu loại phân cần nắm đầy đủ cụ thể đặc điểm tính chất đất Một số loại phân cụ thể: • Phân diamophos (DAP): - Phân có tỷ lệ chất dinh dưỡng (N, P, K) là: 1:2,6:0 10 ... NPK sau đây: - Loại yếu tố N - P P - K, N – K với tỉ lệ NPK: 2 0-2 0-0 2 0-0 -2 0 0-1 -3 Loại yếu tố N P K với tỉ lệ 2 0-2 0-1 0 2 0-1 0-2 5 Loại yếu tố N P K Mg (S,Ca ) có tỉ lệ 1 4-9 -2 1-2 1 6-1 6-8 13 Các loại... làm van đóng lại CB-1, CB-2, CB-3: Các Loadcell đo khối lượng nguyên liệu đầu vào đảm bảo tỉ lệ thành phần phân NPK CB- đầy 1, CB- cạn 1, CB- đầy 2, CB- cạn 2, CB- đầy 3, CB- cạn 3: cảm biến lượng... dụng PLC cơng nghiệp - Điều khiển Robot công nghiệp - Hệ thống xử lý nước - Công nghệ thực phẩm - Công nghệ chế biến dầu mỏ - Công nghệ sản xuất vi mạch - Điều khiển máy công cụ - Điều khiển giám