Thiết kế hệ thống SCADA trong sản xuất phân NPK

Đồ án thiết kế hệ thống điều khiển và giám sát SCADA trong sản xuất phân NPK sử dụng STEP7 và WinCC để lập trình và mô phỏngNôi dung của đồ án: “Thiết kế hệ thống SCADA trong sản xuất phân NPK” gồm có 4 chương:Chương 1. Tổng quan về dây chuyền sản xuất phân NPK.Chương 2. Tổng quan về hệ SCADA trong nhà máy sản xuất phân NPK.Chương 3. Thiết kế hệ thống SCADA.Chương 4. Kết quả mô phỏng và đánh giá.

LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN TÓM TẮT NỘI DUNG ĐỒ ÁN Error! Bookmark not defined 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 1.2 Giới thiệu Cơng ty Cổ phần Supe Phốt phát Hóa chất Lâm Thao………………… 1.3 Quy trình cơng nghệ sản xuất phân NPK 13 1.3.1 Sơ đồ quy trình cơng nghệ 13 1.3.2 Mơ hình sản xuất ngun lý hoạt động mơ hình 16 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ SCADA TRONG NHÀ MÁY SẢN XUẤT NPK 18 2.1 Khái niệm SCADA hệ SCADA nhà máy phân NPK 18 2.1.1 SCADA 18 2.1.2 Hệ SCADA nhà máy phân bón NPK 19 2.2 Tổng quan điều khiển logic khả trình PLC 19 2.2.1 Lịch sử phát triển vai trò PLC 19 2.2.2 Ưu việc sử dụng PLC tự động hóa 20 2.2.3 Ứng dụng PLC công nghiệp 20 2.3 PLC S7-300 21 2.3.1 Phần cứng trạm PLC S7-300 21 2.3.2 Tổ chức nhớ CPU PLC S7-300 25 2.3.3 Vịng qt chương trình 26 2.3.4 Trao đổi liệu CPU module mở rộng 27 2.3.5 Cấu trúc chương trình 28 2.3.6 Ngơn ngữ lập trình 30 2.4 Giới thiệu phần mềm STEP7 30 2.5 Giới thiệu phần mềm WinCC 31 CHƯƠNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG SCADA 33 3.1 Sơ đồ khối hệ thống 33 3.2 Thiết kế phần cứng 33 3.2.1 Lựa chọn thiết bị 33 3.2.2 Lựa chọn cấu hình phần cứng cho PLC S7-300 40 3.2.3 Xây dựng mạch điều khiển 43 3.3 Xây dựng lưu đồ thuật toán 44 3.3.1 Thuật toán điều khiển hệ thống 44 3.3.2 Các khâu cụ thể 45 3.4 Thiết kế mạch động lực cho dây chuyền 50 3.4.1 Khâu định lượng nghiền nguyên liệu 50 3.4.2 Khâu trộn nguyên liệu 51 3.4.3 Hệ thống tạo hạt sấy 51 3.4.4 Hệ thống phân loại làm nguội 52 3.4.5 Hệ thống đóng bao 52 3.5 Thiết kế chương trình điều khiển cho PLC S7-300 STEP 53 3.6 Thiết kế giao diện giám sát phần mềm WinCC 54 CHƯƠNG KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ 62 4.1 Chương trình điều khiển cho PLC S7-300 STEP7 62 4.2 Chương trình mơ WinCC 71 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 77 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 78 PHỤ LỤC 79 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1 Hạt phân bao phân NPK Hình Cơng ty Cổ phần Supe Phốt Phát Hóa chất Lâm Thao Hình Chuyến thực tế đến Cơng ty Cổ phần Supe Phốt phát Hóa chất Lâm Thao 10 Hình Sơ đồ công nghệ sản xuất phân NPK - S nhà máy 11 Hình Xưởng sản xuất phân NPK 11 Hình Dây chuyền sản xuất phân NPK 11 Hình Hệ thống máy sấy thùng quay 12 Hình Hệ thống đóng bao tự động 12 Hình Phịng điều khiển hệ thống 12 Hình 10 Sơ đồ quy trình cơng nghệ sản xuất phân NPK 13 Hình 11 Mơ hình dây chuyền sản xuất phân NPK 16 Hình Cấu trúc chung trạm PLC S7-300 21 Hình 2 Module nguồn khối xử lý trung tâm 22 Hình Module vào số (DI/DO) tương tự (AI/AO) 24 Hình Module ghép nối IM 24 Hình Các vùng nhớ CPU 25 Hình Vịng qt chương trình 26 Hình Nguyên lý trao đổi liệu CPU module mở rộng 27 Hình Lập trình tuyến tính 28 Hình Lập trình cấu trúc 29 Hình 10 Ngơn ngữ lập trình PLC S7 - 300 30 Hình 11 Phần mềm SIMATIC STEP 31 Hình 12 Phần mềm WinCC hãng Siemens 32 Hình Sơ đồ khối hệ thống SCADA nhà máy phân NPK 33 Hình Cảm biến mức RN 3002 34 Hình 3 Cảm biến can nhiệt K 34 Hình Cảm biến đo độ ẩm chịu nhiệt độ cao EE1900 35 Hình Loadcell VLC 106 VMC 35 Hình Cảm biến tiệm cận Autonics PRDT18-14XO-V 36 Hình Cân băng định lượng 36 Hình Băng tải truyền động 37 Hình Máy nghiền lồng 37 Hình 10 Máy trộn xốy 37 Hình 11 Máy vê viên dạng chảo 38 Hình 12 May sấy thùng quay 38 Hình 13 Máy sàng rung phân loại 38 Hình 14 Máy làm nguội thùng quay 39 Hình 15 Hệ thống đóng bao tự động 39 Hình 16 Van bướm điều khiển khí nén 39 Hình 17 Sơ đồ đấu dây cho PLC 43 Hình 18 Sơ đồ thuật toán hệ thống sản xuất phân NPK 44 Hình 19 Thuật tốn điều khiển hệ thống cân định lượng nghiền nguyên liệu 45 Hình 20 Thuật tốn điều khiển hệ thống trộn nguyên liệu 46 Hình 21 Thuật tốn điều khiển hệ thống tạo hạt sấy 47 Hình 22 Thuật tốn điều khiển hệ thống phân loại làm nguội 48 Hình 23 Thuật toán điều khiển hệ thống may bao 49 Hình 24 Sơ đồ mạch lực hệ thống cân định lượng nghiền nguyên liệu 50 Hình 25 Sơ đồ mạch động lực hệ thống trộn nguyên liệu 51 Hình 26 Sơ đồ mạch động lực hệ thống tạo hạt sấy 51 Hình 27 Sơ đồ mạch động lực hệ thống phân loại làm nguội 52 Hình 28 Sơ đồ mạch động lực hệ thống đóng bao 52 Hình 29 Khai báo cấu hình phần cứng cho PLC phần mềm STEP7 53 Hình 30 Cấu trúc chương trình điều khiển 53 Hình 31 Dự án tạo WinCC 54 Hình 33 Giao diện mơ hình giám sát 55 Hình 32 Khai báo Tag cho chương trình 55 Hình 34 Tạo nút ấn ON 56 Hình 35 Tạo băng tải 1,2,3,4,5,6,7 57 Hình 36 Tạo Silo chứa nguyên liệu 57 Hình 37 Tạo cảm biến cân trọng lượng 58 Hình 38 Tạo van xả liệu 58 Hình 39 Tạo bồn nghiền 59 Hình 40 Tạo băng tải 59 Hình 41 Tạo động truyền động 60 Hình 42 Thiết lập thuộc tính cho động cơ, băng tải silo chứa 60 Hình 43 Mơ hình giám sát sau hồn tất 61 Hình Giao diện Simulation PLCSIM 62 Hình Kết mơ 63 Hình Kết mô 63 Hình 4 Kết mô 64 Hình Kết mơ 64 Hình Kết mơ 65 Hình Kết mơ 65 Hình Kết mô 66 Hình Kết mô 66 Hình 10 Kết mô 67 Hình 11 Kết mơ 67 Hình 12 Kết mơ 68 Hình 13 Kết mô 68 Hình 14 Kết mô 69 Hình 15 Kết mô 69 Hình 16 Kết mơ 70 Hình 17 Giao diện mơ 71 Hình 18 Giao diện PLC SIM 71 Hình 19 Kết mô 72 Hình 20 Kết mô 72 Hình 21 Kết mơ 73 Hình 22 Kết mơ 73 Hình 23 Kết mô 74 Hình 24 Kết mô 74 Hình 25 Kết mô 75 Hình 26 Kết mơ 75 Hình 27 Kết mơ 76 Hình 28 Kết mô 76 DANH MỤC BẢNG Bảng 3.1 Bảng thống kê đầu vào PLC 40 Bảng 3.2 Bảng thống kê đầu PLC 42 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 ngun 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 trò 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 Phân sản xuất cách trộn super lân kép với sunphat amôn Phân có thành phần P2O5– 46%, N – 18% - Phân có hàm lượng lân cao, sử dụng thích hợp cho vùng đất phèn, đất bazan - Diamophos sử dụng để bón cho nhiều loại trồng khác Phân sử dụng để bón lót bón thúc - Phân DAP có đạm, lân dễ tiêu, không làm chua đất  Phân ĐYT NPK - Phân có tỷ lệ NPK: 6:11:2 chuyên dùng bón lót cho lúa (dạng trộn hạt) thời kỳ sinh trưởng phát triển rễ, đẻ nhánh - Thành phần dinh dưỡng: chất đa lượng N = 6%, P2O5 = 11%, K2O = 2%; cịn có chất trung lượng S = 2%, MgO = 10%, CaO = 20%, SiO2 = 15% chất vi lượng như: B, Mn, Zn, Cu, Co… tổng hàm lượng dinh dưỡng 60% - 1.2 Giới thiệu Công ty Cổ phần Supe Phốt phát Hóa chất Lâm Thao Cơng ty Cổ phần Supe Phốt phát Hịa chất Lâm Thao đứa đầu lịng cơng nghiệp Việt Nam, khởi cơng xây dựng ngày tháng năm 1959 bên bờ sơng Thao, đất Lâm Thao tỉnh Phú Thọ Hình Công ty Cổ phần Supe Phốt Phát Hóa chất Lâm Thao Trải qua q trình xây dựng phát triển 60 năm, Công ty Cổ phần Supe Phốt phát Hóa chất Lâm Thao ln giữ vững vai trò cờ đầu ngành sản xuất kinh doanh phân bón, hóa chất nước ta, cung ứng gần 20 triệu phân bón cho đồng ruộng, sát cánh nông dân nước làm nên vụ mùa bội thu, góp phần đưa nước ta trở thành nước xuất gạo đứng thứ giới Với mục tiêu hàng đầu giữ vững phát triển sản phẩm truyền thống phục vụ nông nghiệp, mở rộng phát triển ngành nghề sản xuất kinh doanh khác mà Cơng ty có ưu thế, tạo phát triển ổn định lâu dài vững chắc, tối đa hóa lợi nhuận, đảm bảo quyền lợi hợp pháp cho cổ đơng, làm trịn nghĩa vụ Nhà nước, Công ty cổ phần Supe phốt phát Hóa chất Lâm Thao triển khai sản xuất kinh doanh số lĩnh vực sau đây: - Sản xuất kinh doanh phân bón, hóa chất, chế tạo, điện, nước, xi măng, xăng dầu mỡ Thiết kế xây dựng cơng trình; thiết kế, chế tạo, lắp đặt thiết bị dây chuyền sản xuất hóa chất Kinh doanh khách sạn, nhà hàng Kinh doanh ngành khác theo quy định pháp luật cho phép Các sản phẩm phân bón cơng ty đa dạng chủng loại cho loại đất, loại trồng, thời kỳ phát triển trồng Một số loại sản phẩm chủ yếu như: phân lân nung chảy, phân bón supe lân, phân bón NPK-S Các sản phẩm kiểm định, đạt nhiều giải thưởng thương hiệu hàng Việt Nam chất lượng cao, tin dùng nhà nông Một số hình ảnh dây chuyền sản xuất phân NPK cơng ty cổ phần Supe phốt phát Hóa chất Lâm Thao: Hình Chuyến thực tế đến Cơng ty Cổ phần Supe Phốt phát Hóa chất Lâm Thao 10 Hình Sơ đồ cơng nghệ sản xuất phân NPK - S nhà máy Hình Xưởng sản xuất phân NPK Hình Dây chuyền sản xuất phân NPK 11 Sau 10 phút, van mở (màu xanh) đưa phân xuống động tạo hạt Ngay lúc đấy, động tạo hạt hoạt động (màu xanh) đồng thời van nước mở (màu xanh) Hình 23 Kết mơ Hạt phân tạo đưa đến động sấy đến cảm biến đầy báo (I0.6) bồn sấy hoạt động (màu xanh) Hình 24 Kết mơ 74 Khi cảm biến độ ẩm báo (I1.0), van mở đưa phân xuống bồn phân loại Lúc động phân loại, băng tải 10, băng tải 11, động làm nguội hoạt động (màu xanh) Khi cảm biến cạn báo van đóng lại Hình 25 Kết mơ Khi cảm biến nhiệt độ báo (I1.1), động phân loại, làm nguội, băng tải 10, 11 dừng; van mở (màu xanh), băng tải 12 hoạt động (màu xanh) đưa phân lên silo chứa Hình 26 Kết mơ 75 Khi cảm biến cạn báo van đóng băng tải 12 dừng lại Băng tải 13 hoạt động đưa bao vào vị trí đựng phân đến cảm biến vị trí báo (I1.3) dừng lại, đồng thời van mở (màu xanh) đưa phân vào bao Hình 27 Kết mơ Khi cảm biến sản phẩm (I1.4) báo bao phân đủ trọng lượng, động may bao hoạt động phút (màu xanh) van đóng lại Sau phút, động may bao dừng, băng tải 13 hoạt động lại Dây chuyền tiếp tục hoạt động Hình 28 Kết mơ 76 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Kết luận chung Trong thời gian thực đề tài, chúng em làm được: - Hoàn thiện đồ án thiết kế hệ thống SCADA cho nhà máy phân NPK Tìm hiểu dây chuyền cơng nghệ sản xuất phân NPK Tìm hiểu thiết bị phần cứng phần mềm hệ thống Đi thăm quan thực tế công ty Cổ phần Supe Phốt phát Hóa chất Lâm Thao Thiết kế hệ thống điều khiển SCADA Thiết kế chương trình điều khiển PLC STEP7 đưa mô WinCC Hướng phát triển - Thiết kế chi tiết khâu hệ thống SCADA dây chuyền sản xuất phân NPK Thiết kế giao diện điều khiển chuyên nghiệp dễ sử dụng Thiết kế hoàn chỉnh hệ SCADA thực tế Tìm hiểu nghiên cứu thêm cơng nghệ để áp dụng cho cân chi phí sản xuất chất lượng thành phẩm Bắt kịp xu hướng phát triển Bên cạnh đó, đồ án cịn thiếu sót Trong chương tổng quan dây chuyền sản xuất phân NPK chưa nêu đầy đủ yêu cầu, chất lượng thành phẩm Chương ba đưa mơ hình giám sát chưa sâu vào cụ thể cơng đoạn, hiệu ứng hình ảnh cịn chưa đẹp Tất kiến thức mang nặng tính lý thuyết mà chưa áp dụng vào thực tế Vì em mong nhận đóng góp quý báu thầy cô bạn để đề tài hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn 77 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Thu Hà, Phạm Quang Huy – Tự động hóa cơng nghiệp, lập trình với S7 WinCC 6.0 [2] Nguyễn Doãn Phước, Phan Xuân Minh, Vũ Văn Hà – Tự động hóa với SIMATIC S7-300 – Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội, 2006 [3] Hà Văn Trí - Bài giảng thiết bị Siemens S7-300 - Công ty TNHH TM&DV kỹ thuật SIS [4] Bài giảng PLC – Viện Điện – Đại học Bách khoa Hà Nội [5] www.phanbonmiennam.com.vn [6] www.supelamthao.vn 78 PHỤ LỤC 79 80 a) Hệ thống định lượng nghiền nguyên liệu 81 82 83 b) Hệ thống trộn nguyên liệu 84 c) Hệ thống tạo hạt sấy 85 d) Hệ thống phân loại làm nguội 86 87 e) Hệ thống may bao 88 ... Xưởng sản xuất phân NPK Hình Dây chuyền sản xuất phân NPK 11 Hình Hệ thống máy sấy thùng quay Hình Hệ thống đóng bao tự động Hình Phịng điều khiển hệ thống 12 1.3 Quy trình cơng nghệ sản xuất phân. .. đồ cơng nghệ sản xuất phân NPK - S nhà máy 11 Hình Xưởng sản xuất phân NPK 11 Hình Dây chuyền sản xuất phân NPK 11 Hình Hệ thống máy sấy thùng quay 12 Hình Hệ thống đóng... CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ SCADA TRONG NHÀ MÁY SẢN XUẤT NPK 2.1 Khái niệm SCADA hệ SCADA nhà máy phân NPK 2.1.1 SCADA Hệ thống SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) hệ thống thu thập liệu,