ĐỒ án tốt NGHIỆP xây dựng hệ thống xử lý nước thải công nghiệp

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Xây dựng hệ thống xử lý nước thải Công Nghiệp NGUYỄN BÁ ĐÔNG dong.nb165977@sis.hust.edu.vn Ngành CN – Điều khiển tự động hóa Giảng viên hướng dẫn: ThS Phan Thị Huyền Châu Chữ ký GVHD Bộ môn: Viện: Tự động hóa Cơng Nghiệp Điện HÀ NỘI, 1/2020 ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Xây dựng hệ thống xử lý nước thải công nghiệp Giáo viên hướng dẫn Ký ghi rõ họ tên Lời cảm ơn Sau nhiều ngày tháng miệt mài nghiên cứu thực hành, đến đồ án tốt nghiệp em hoàn thành Để hoàn thành đồ án tốt nghiệp này, em xin chân thành cảm ơn tới tồn thể thầy trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội nói chung thầy mơn Tự Động Hóa Cơng Nghiệp nói riêng, người tận tình hướng dẫn, dạy dỗ trang bị cho em kiến thức bổ ích suốt năm tháng sinh viên ý nghĩa vừa qua Đặc biệt em xin chân thành gửi lời biết ơn sâu sắc đến ThS.Phan Thị Huyền Châu, giảng viên mơn Tự Động Hóa Cơng Nghiệp – trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội, người trực tiếp hướng dẫn, tận tình bảo tạo điều kiện để giúp đỡ em suốt trình làm đồ án tốt nghiệp Em xin chân thành cảm ơn! Tóm tắt nội dung đồ án Các vấn đề cần thực đồ án: • Tìm hiểu công nghệ hệ thống xử lý nước thải công nghiệp • Xây dựng tốn mơ hình hóa đối tượng độ pH q trình trung hịa • Thiết kế điều khiển PID • Thiết kế mạch lực mạch điều khiển cho toàn hệ thống • Thực lập trình hệ thống xử nước thải phần mềm TIA Portal • Thiết kế hình HMI giao tiếp người máy móc • Tìm hiểu, thực hành PLC S7-1200 cấu tạo, chức năng, cấu hình phần cứng phần mềm… Các phần mềm cần sử dụng đồ án: • Matlab 2017 • TIA Portal V15 • AutoCAD Electrical 2019 Các kết đồ án phù hợp với vấn đề đặt ra, độ pH đạt mức trung hòa chất lượng nước thải sau xử lý đạt chuẩn điều kiện nhà QCVN 14 -2008 Các động cơ, van điều khiển xác với yêu cầu đặt Nội dung đồ án có tính thực tế cao áp dụng cơng nghệ cho hầu hết nhà máy sản suất mà cần xử lý nước thải sau sản suất Qua trình làm đồ án, em học nhiều kỹ làm việc nhóm, kỹ học tập nghiên cứu, thành thạo Microsoft Word Kết luận: Trong đồ án ta điều khiển nồng độ pH Sinh viên thực Ký ghi rõ họ tên MỤC LỤC CHƯƠNG TỔNG QUAN HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI 1.1 Giới thiệu chung 1.2 Yêu cầu công nghệ hệ thống xử lý nước thải Sơ lược yêu cầu công nghệ Chi tiết công nghệ xử lý nước thải CHƯƠNG MƠ HÌNH HĨA Q TRÌNH TRUNG HỊA ĐỘ PH 2.1 Đặt vấn đề 2.2 Mơ q trình điều khiển độ PH Matlab/Simulink Mơ hình hóa q trình trung hòa độ pH Xây dựng mơ hình đối tượng Matlab/Simulink: 2.3 Bộ điều khiển PID 11 Bộ điều khiển PID 11 Chương trình kết mơ 14 CHƯƠNG THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ CHO HỆ THỐNG 16 3.1 Tổng quan khí cụ điện 16 3.2 Các thiết bị sử dụng mạch 17 Biến tần 17 Aptomat 21 Rơ le nhiệt 21 Contactor 22 3.3 Bản vẽ mạch điện 23 CHƯƠNG THIẾT KẾ XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BẰNG PLC S7-1200 VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG BẰNG WINCC 37 4.1 Giới thiệu PLC S7-1200 37 PLC 37 Giới thiệu PLC Siemens S7-1200 38 4.2 Tổng quan phần mềm TIA Portal 42 4.3 Giới thiệu Phương pháp Grafcet 43 4.4 Grafcet cho tốn điều khiển hệ thống xử lí nước thải 46 Bơm bể gom 46 Máy thổi khí bể điều hòa 47 Bơm bể điều hòa 47 Bơm bể trung hòa máy khuấy bể trung hòa 48 Bơm bể vi sinh máy thổi khí, máy khuấy 48 Bơm bùn, đèn khử trùng, quạt, van dẫn hóa chất bồn 49 Quạt thơng gió xử lí nước tia UV 50 Bơm bùn bể lắng máy khuấy bể Anoxic 50 4.5 PLC tags DataBlock hệ thống 51 4.6 Thiết kế giao diện HMI phần mềm TIAPortal V15 54 CHƯƠNG KẾT LUẬN 57 5.1 Kết luận 57 5.2 Hướng phát triển đồ án tương lai 57 PHỤ LỤC 59 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Tổng quan quy trình xử lý nước thải Hình 2.1 Chương trình matlab Hình 2.2 Chương trình tính α β từ PT 2.3, PT 2.4 10 Hình 2.3 Chương trình tính nồng độ [ H+ ] từ PT 2.11 10 Hình 2.4 Chương trình tính nồng độ pH từ PT 2.12 10 Hình 2.5 Đồ thị mô độ pH 10 Hình 2.6 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển vịng kín 11 Hình 2.7 Xác định tham số đặc tính quán tính 13 Hình 2.20 Chương trình mơ dùng điều khiển PID 14 Hình 2.22 Đồ thị mơ q trình thay đổi độ pH trung hịa 14 Hình 2.23 Đồ thị mơ dùng điều khiển PID 15 Hình 3.1 Cầu chì, Aptomat tép, Aptomat khối, Máy cắt khơng khí 16 Hình Hình Hình Hình Hình 3.2 Chống sét, Contactor, Overload, Role trung gian, RTD 16 3.3 Biến dòng(Ti), Máy biến áp, Chuyển đổi nguồn 24v 17 3.4 Biến tần ………………………………………………………………18 3.5 Cấu tạo biến tần 18 3.6 Kết nối điều khiển RUN/STOP biến tần với PLC 20 Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình 3.7 Cấu tạo Rơ le nhiệt 22 3.8 Cấu tạo contactor 23 3.9 Sơ đồ sợi hệ thống xử lí nước thải 26 3.10 Nguồn cấp mạch điều khiển 28 3.11 Sơ đồ mạch lực mạch điều khiển bể gom 29 3.12 Mạch lực mạch điều khiển bể điều hòa 30 3.13 Mạch lực mạch điều khiển máy thổi khí bể điều hịa 31 3.14 Mạch lực mạch điều khiển máy khuấy bể trung hòa …… 32 3.15 Mạch lực mạch điều khiển bơm bể vi sinh ………………… 34 Hình 3.16 Mạch lực mạch điều khiển máy khuấy bể Anoxic máy thổi khí bể vi sinh……………………………………………………………………… 35 Hình 3.17 Sơ đồ mạch lực mạch điều khiển bơm bùn bể lắng…… 36 Hình 4.1 Hình ảnh PLC 38 Hình 4.2 Cấu trúc PLC 39 Hình 4.3 PLC S7 1200 39 Hình 4.4 Các đặc điểm PLC S7-1200 40 Hình 4.5 Các đặc điểm PLC S7-1200 41 Hình 4.6 Hình dạng CPU 1214C DC/DC/Rly 41 Hình 4.7 Giới thiệu chung phần mềm TIA Portal 42 Hình 10 Kí hiệu rẽ nhánh Ký hiệu bước nhảy hình 4.11 Hình 11 Ký hiệu bước nhảy Hình 4.11a biểu diễn grafcet cho phép thực bước nhảy, trạng thái hoạt động có điều kiện a q trình chuyển hoạt động từ trạng thái sang trạng thái bỏ qua trạng thái trung gian 4, điều kiện a không thoả mãn trình chuyển trình tự 2, 3, 4, Hình 4.11b trạng thái hoạt động thoả mãn điều kiện f trình 21 chuyển sang trạng thái 9, không thoả mãn điều kiện trình quay lại trạng 45 Grafcet hoạt động tuân theo quy tắc vượt qua, chuyển tiếp -Một trạng thái trước chuyển tiếp sang trạng thái sau hoạt động (tích cực) có đủ điều kiện chuyển tiếp - Khi q trình chuyển tiếp sang trạng thái sau giai đoạn sau hoạt động (tích cực) khử bỏ hoạt động trạng thái trước (giai đoạn trước hết tích cực) 4.4 Grafcet cho tốn điều khiển hệ thống xử lí nước thải Bơm bể gom Hình 12 Grafcet bơm bể gom 46 Máy thổi khí bể điều hịa Hình 13 Grafcet máy thổi khí bể điều hịa Bơm bể điều hịa Hình 14 Grafcet bơm bể điều hòa 47 Bơm bể trung hòa máy khuấy bể trung hịa Hình 15 Grafcet bơm máy khuấy bể trung hòa Bơm bể vi sinh máy thổi khí, máy khuấy Hình 16 Grafcet bơm bể vi sinh máy thổi khí 48 Hình 17 Grafcet máy khuấy bể vi sinh Bơm bùn, đèn khử trùng, quạt, van dẫn hóa chất bồn Hình 18 Grafcet van dẫn hóa chất bồn PAC 49 Quạt thơng gió xử lí nước tia UV Hình 19 Grafcet quạt hơng gió tia UV Bơm bùn bể lắng máy khuấy bể Anoxic Hình 4.19 Cấu tạo contactor Grafcet bơm bùn bể lắng máy khuấy bể Anoxic 50 4.5 PLC tags DataBlock hệ thống PLC Tags tag liên kết đến địa vùng nhớ PLC, ta cần phải có kết nối online đến PLC mà tag liên kết tới Data Block (DB) khối vùng nhớ, dùng để chứa danh sách biến hỗ trợ S7-1200.Trong S7-1200 khơng có sẵn khối DB, ta phải tạo cấu hình khối Tia download xuống S7-1200 Các biến vào hệ thống List I/O Bảng 4.1 PLC tags TiaPortal 51 52 Hình 20 Danh sách List I/0 53 4.6 Thiết kế giao diện HMI phần mềm TIAPortal V15 Hình 21 Giao diện HMI hệ thống HMI từ viết tắt Human-Machine-Interface, thiết bị giao tiếp người điều hành máy móc thiết bị Nói cách xác, cách mà người “giao tiếp” với máy móc qua hình giao diện HMI Hình 4.8 giao diện HMI cho toàn hệ thống xử lý nước thải với đối tượng điều khiển nói chương Hình 22 Tín hiệu đèn báo động chạy, dừng, lỗi đặt thời gian chạy cho động 54 Hình 23 Giao diện bể gom Hình 24 Giao diện bể điều hịa Hình 25 Giao diện bể trung hịa 55 Hình 26 Giao diện bể hiếu khí khiếu khí Hình 27 Giao diện bể lắng khử trùng 56 CHƯƠNG KẾT LUẬN 5.1 Kết luận Qua nhiều ngày tháng tìm hiểu, học hỏi nghiên cứu hồn thiện đề tài, em tìm hiểu vấn đề liên quan đến PLC cách xây dựng hệ thống tự động công nghiệp Nội dung đồ án tốt nghiệp: Tìm hiểu cơng nghệ hệ thống xử lý nước thải cơng nghiệp Xây dựng tốn mơ hình hóa đối tượng độ pH q trình trung hịa - Thiết kế điều PID - Thiết kế mạch lực mạch điều khiển cho tồn hệ thống - Thực lập trình hệ thống xử nước thải phần mềm TIA Portal - Thiết kế hình HMI giao tiếp người máy móc - Tìm hiểu kiến thức PLC S7-1200 cấu tạo, chức năng, cấu hình phần cứng phần mềm… Từ nội dung em xây dựng nói nội dung đồ án tốt nghiệp đáp ứng đầy đủ yêu cầu đề Bộ điều khiển PID cho kết mong muốn đáp ứng nhanh xác, đặc biệt ứng dụng q trình mà có tham số có thay đổi giai đoạn ảnh hưởng nhiễu Vì kết nhận từ mô nên ứng dụng thực tế giảm tính xác kết có nhiều ảnh hưởng từ yếu tố bên ngồi Vì nước thải từ nhà máy công nghiệp thải môi trường độc hại nên trình xử lý nước thải bặt buộc mà nhà máy phải thực PLC thiết bị điều khiển lập trình dùng nhiều hệ thống tịa nhà nhà máy cơng nghiệp nên kiến thức đồ án hồn tồn áp dụng thực tế có nhiều cơng ty áp dụng cơng nghệ vào hệ thống xử lý nước thải nên nói đồ án có tính thực tế Qua q trình làm đồ án em đặt nhiều kiến thức kỹ như: - Biết cách xây dựng hệ thống điều khiển thực tế - Ứng dụng phương pháp điều khiển vào toán - Nâng cao kỹ tư lập trình logic - Học cách xây dựng mạch lực mạch điều khiển cho hệ thống - Nâng cao kỹ sử dụng phần mềm Microsoft Word - 5.2 Hướng phát triển đồ án tương lai - Ứng dụng PLC S7-1200 vào hệ thống khác công nghiệp - Xây dựng thêm điều khiển với tính ưu việt - Phát triển điều khiển giám sát hệ thống qua Web server 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Hoàng Minh Sơn, Cơ sở hệ thống điều khiển trình, Nhà xuất Bách Khoa Hà Nội, 2016 [2] Nguyễn Phùng Quang, Matlab & Simulink dành cho kỹ sư điều khiển tự động, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 2005 [3] Phạm Công Ngô, Lý thuyết điều khiển tự động Tập I, Nhà xuất Khoa Học Kỹ Thuật, 2005 [4] Nguyễn Văn Khang, Bộ điều khiển logic khả trình PLC ứng dụng, Nhà xuất Bách Khoa Hà Nội, 2015 58 PHỤ LỤC Chương trình điều khiển hệ thống xử lý nước thải phần mềm TiaPortal 59 ... em suốt trình làm đồ án tốt nghiệp Em xin chân thành cảm ơn! Tóm tắt nội dung đồ án Các vấn đề cần thực đồ án: • Tìm hiểu công nghệ hệ thống xử lý nước thải cơng nghiệp • Xây dựng tốn mơ hình...ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Xây dựng hệ thống xử lý nước thải công nghiệp Giáo viên hướng dẫn Ký ghi rõ họ tên Lời cảm ơn Sau nhiều ngày tháng miệt mài nghiên cứu thực hành, đến đồ án tốt nghiệp em... cầu công nghệ hệ thống xử lý nước thải Sơ lược yêu cầu công nghệ Hình 1.1 Tổng quan quy trình xử lý nước thải Nước thải toàn nhà máy tập trung bể gom, bể gom có lưới chắn rác để ngăn chặn rác thải