Trong công nghiệp, tùy theo yêu cầu các mạng khác nhau có sắn cho việc phục vụ truyền thông công nghiệp, các loại mạng sau được liệt kê theo thứ tự tăng dần về quy mô và phạm vi sử dụng tùy thuộc bài toán truyền thông:
- MPỊ
- PROFIBUS.
Mạng MPI
MPI ( giao diện đa điểm) thích hợp cho những mạng kích thước nhỏ. Nó có thể chỉ được sử dụng phối hợp với SIMATIC S7. Mạng MPI sử dụng giao diện MPI của card sử lý trung tâm PLC cho truyền thông. Giao diện này đã được thiết kế như một giao diện lập trình và nhanh chóng đạt đến những giới hạn thực hiện của nó với u cầu truyền thơng ngày càng tăng. Một PC có thể truy nhập mạng MPI bằng một card MPI được càị Những bộ xử lý truyền thông cung cấp sự truy nhập tới PROFIBUS có thể cũng được sử dụng.
Mạng Profibus
PROFIBUS là một mạng được thiết kế cho mức ô và trường. Nó là một mạng mở, sản xuất-hệ thống truyền thông độc lập. PROFIBUS được sử dụng để chuyển số lượng dữ liệu từ nhỏ tới vừa những giữa một số đối tác truyền thông. Với giao thức DP, PROFIBUS được sử dụng cho truyền thông tới những thiết bị trường thông minh. Kiểu truyền thơng này có đặc điểm truyền dữ liệu nhanh, theo chu kỳ.
Mạng Ethernet Công nghiệp
Ethernet Cơng nghiệp là một mạng thích hợp cho mức quản lý. Nó được sử dụng để chuyển những số lượng lớn dữ liệu qua những khoảng cách dài giữa một số lớn các trạm. Ethernet Công nghiệp là mạng mạnh nhất sẵn sàng cho truyền thông cơng nghiệp. Nó có thể được định hình và mở rộng dễ dàng mà khơng cần công sức lớn.
1.5.5.1. Truyền thông trên mạng MPI ạ Bộ xử lý truyền thông
Để thực hiện kết nối truyền thông với mạng MPI, trạm WinCC phải có bộ xử lý truyền thơng thích hợp. Bộ xử lý truyền thông này cũng có thể xử để kết nối truyền thông với mạng PROFIBUS. Theo ‘Bảng 1.1. Bộ xử lý truyền thông trên
mạng MPI’ những bộ xử lý truyền thơng có sẵn cho việc kết nối giữa trạm WinCC
Bảng 1.1. Bộ xử lý truyền thông trên mạng MPI
Communication Processor Configuration/Type Driver Software
CP 5412 A2 ISA Card/Hardnet PB S7-5412
CP 5613 PCI Card/Hardnet PB S7-5613
CP 5511 PCMCIA Card/Softnet S7-DOS
CP 5611 PCI Card/Softnet S7-DOS
Trình điều khiển truyền thơng SIMATIC S7 PROTOCOL SUITE cung cấp việc truyền thông tới các PLC SIMATIC S7-300 và S7-400 sử dụng các kênh truyền thơng khác nhaụ Trong số đó có sẵn một kệnh MPI để truyền thơng qua nó.
b. Đối tác truyền thơng
Trình điều khiển truyền thơng SIMATIC S7 PROTOCOL SUITE cho phép truyền thông với PLC SIMATIC S7-300 và S7-400. Theo hình minh họa dưới đây cho biết các đối tác truyền thơng có thể của kệnh MPỊ
c. Dữ liệu truyền thông
Kênh MPI hỗ trợ việc truyền thông thông qua modul Hardnet và Softnet. Mỗi PC chỉ có thể được sử dụng một modul truyền thông MPỊ Theo ‘Bảng 1.2. Số
lượng điểm kết nối truyền thông’ cho biết số lượng PLC có thể được địa chỉ bởi bộ
xử lý truyền thông xử dụng trong trạm WinCC. Giá trị trong ngoặc biểu diễn số lượng khuyến cáo lớn nhất.
Bảng 1.2. Số lượng điểm kết nối truyền thông
Bộ xử lý truyền thông (Communication Processor)
Số lượng điểm kết nối truyền thông (Communication Connections)
Hardnet Module 29 (6)
Softnet Module 29 (4)
1.5.5.2. Truyền thông PROFIBUS ạ Bộ xử lý truyền thông ạ Bộ xử lý truyền thông
Để thực hiện kết nối truyền thông với mạng PROFIBUS, trạm WinCC phải có bộ xử lý truyền thơng thích hợp và một phần mềm điều khiển (driver software) phù hợp được cài đặt cho giao thực truyền thơng mong muốn. Có hai loại xử lý truyền thơng có sẵn cho WinCC. Đó là của Hardnet và Softnet. Sự khác nhau chủ yêu giữa hai modul này là Hardnet được tích hợp bộ vi xử lý trong nó nên làm giảm CPU của máy tính cịn Sofnet thì khơng.
- Hardnet
Toàn bộ phần mềm giao thức chạy trên modulẹ
Có thể đồng thời hoạt động hai giao thức trên nó (multi-protocol operation).
Module này nhanh hơn module Sofnet.
- Sofnet
Toàn bộ phần mềm giao thức chạy trong CPU của máy tính.
Chỉ có thể hoạt động giao thức tại một thời điểm (single-protocol operation).
Giá thành của module này rẻ hơn module Harnet.
Theo ‘Bảng 1.3. Bộ xử lý truyền thông trên mạng PROFIBUS’ những bộ xử lý truyền thơng có sẵn cho phép kết nối với một trạm WinCC. xử lý truyền thơng có sẵn cho phép kết nối với một trạm WinCC.
Bảng 1.3. Bộ xử lý truyền thông trên mạng PROFIBUS
Bộ xử lý truyền thông
(Communication Processor) Configuration Loại
CP 5412 A2 ISA Card Hardnet
CP 5613 PCI Card Hardnet
CP 5511 PCMCIA Card Softnet
CP 5611 PCI Card Softnet
b. Trình điều khiển truyền thơng (Communication Driver)
Trong WinCC, có nhiều trình điều khiển truyền thơng có sẵn cho phép truyền thông thông qua mạng PROFIBUS.
- Giao thức truyền thơng
Các trình điều khiển truyền thơng có sẵn cho PROFIBUS để thực hiện truyền thông thông qua một giao thức truyền thơng nào đó. Theo ‘Bảng 1.4. Trình điều
khiển truyền thông trên mạng PROFIBUS’ cho biết thức truyền thông cho các
trình điều khiển truyền thơng của nó.
Bảng 1.4. Trình điều khiển truyền thơng trên mạng PROFIBUS
Trình điều khiển truyền thơng
(Communication Driver) Protocol
SIMATIC S7 PROTOCOL SUITE (PROFIBUS) S7-Functions
SIMATIC S5 PMC PROFIBUS S5-PMC
- Kết nối truyền thông
Theo ‘Bảng 1.4. Số lượng các kết nối theo trình điều khiển truyền thơng ’ số lượng các kết nối truyền thơng có thể được liên kết bởi một trình điều khiển nào đó.
Bảng 1.5. Số lượng các kết nối theo trình điều khiển truyền thơng
Trình điều khiển truyền thơng (Communication
driver)
Số các kết nối cho một kênh (Connections per
channel unit) Số lượng các kênh (Channel units) S7 PROFIBUS 59 2 S5 PMC PROFIBUS 24 1 S5 PROFIBUS FDL 24 1 PROFIBUS FMS 32 1 PROFIBUS DP 62 4 c. PROFIBUS DP
Thơng qua trình điều khiển truyền thơng PROFIBUS DP, một trạm WinCC có thể truyền thơng với tất cả các PLC và các thiết bị trường, các thiết bị này có thể được hoạt động như các DP slavẹ Ứng dụng trình điều khiển truyền thơng PROFIBUS DP trong WinCC sẽ cho khả năng làm việc tốt, nếu có một khối lượng nhỏ dữ liệu truyền thông tới một số lượng lớn các thiết bị cấp dướị Có thể cập nhật tag rất nhanh ngay cả khi dữ liệu bị phân tán.
- Đối tác truyền thơng
Thơng qua trình điều khiển truyền thông PROFIBUS DP, có thể liên kết truyền thơng với tất cả các PLC và các thiết bị trường, các thiết bị này có thể được hoạt động như các DP slavẹ Theo sự mơ tả của hình dưới cho biết những đối tác truyền thơng có thế.
Hình 1.17. Mơ hình truyền thơng qua mạng Profibuss DP
- Truyền thơng dữ liệu
Trình điều khiển truyền thông PROFIBUS DP cung cấp riêng cho truyền thông thông qua bộ xử lý truyền thơng CP 5412 A2. Trong một trạm WinCC có thể xử dụng từ 1 đến 4 module truyền thông. Mỗi bộ xử lý truyền thơng CP 5412 A2 có thể truyền thông với 62 DP slave nếu có Repeater, nếu khơng có Repeater thì chỉ kết nối tối đa được 32 trạm.
d. PROFIBUS FMS
Thông qua trình điều khiển truyền thơng PROFIBUS FMS, một trạm WinCC có thể truyền thơng với các FMS.
Trình điều khiển truyền thơng PROFIBUS FMS có thể được sử dụng để truyền thông với các thiết bị được cung cấp bởi các nhà sản xuất khác nhaụ Truyền thơng này có thể quản lý một số lượng lớn dữ liệụ
Thơng qua trình điều khiển truyền thông PROFIBUS FMS, WinC có thể truyềnn thơng với các PLC được hỗ trợ giao thức FMS. Theo hình vẽ mơ tả dưới đây cho biết các đối tác truyền thơng có thể
Hình 1.18. Mơ hình truyền thơng qua Profibus FMS.
ẹ SIMATIC S7 PROTOCOL SUITE
Trình điều khiển truyền thơng SIMATIC S7 PROTOCOL SUITE cung cấp việc truyền thông tới PLC SIMATIC S7- 300 và S7- 400 xử dụng các kênh truyền thơng khác nhaụ Trong số đó có sẵn hai kênh truyền thơng thơng qua PROFIBUS.
Trình điều khiển truyền thông SIMATIC S7 PROTOCOL SUITE cho phép truyền thông với các PLC SIMATIC S7-300 và S7-400. Theo ‘Hình 1.18. Khả
năng truyền thông mạng Profibus của WinCC ’ hình vẽ mơ tả dưới cho biết những
đối tác truyền thơng có thể của các kênh PROFIBUS.
CHƯƠNG 2:
PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
2.1. Phương pháp nghiên cứu
Trên cơ sở lý thuyết về hệ SCADA kết hợp với tình hình khảo sát thực tế tại một số nhà máy hoặc cơ sở sản xuát để đưa ra phương án thiết kế hệ SCADA cho nhà máy hoặc cơ sở sản xuất đã khảo sát. Các bước tiến hành như sau:
- Thứ nhất, nghiên cứu về hệ SCADA sử dụng phần mềm WinCC.
- Thứ hai, khảo sát tình hình thực tế tại nhà máy hoặc cơ sở sản xuất. Trong quá trình đi thực tế khảo sát, tiến hành tìm hiểu về quy trình hoạt động sản xuất tại nhà máy, cấu trúc, trang thiết bị nhà máy hiện có.
- Thứ ba, căn cứ vào hiện trạng nhà máy qua khảo sát và yêu cầu thiết kế (thông qua tư vấn và tham khảo ý kiến ban quản lý, điều hành nhà máy), bổ xung thêm trang thiết bị cần thiết để thiết kế hệ SCADA cho nhà máỵ
- Thứ tư, thực nghiệm và kết quả mô phỏng.
- Thứ năm, căn cứ vào kết quả thực hiện để đưa ra những điều chỉnh, kiến nghị và đề xuất mới về đề tài nghiên cứụ
2.2. Nội dung nghiên cứu
2.2.1. Khảo sát thực tế quy trình cơng nghệ nhà máy nước sạch Phước Nhơn – Ninh Thuận Ninh Thuận
Hệ thống cấp nước Phước Nhơn là một đơn vị sản xuất và cung cấp nước sinh hoạt quy mô nhỏ trực thuộc Trung tâm nước sạch và vệ sinh môi trường (VSMT) nông thôn Ninh Thuận; Hê thống cấp nước được đặt tại thôn phước Nhơn 1, xã Xuân Hải, huyện Ninh Hảị Công suất thiết kế là 796 m3/ngày đêm. Hiện nay, nhà máy sản xuất khoảng 500 m3 nước sạch/ngày đêm với quy trình cơng nghệ xử lý như sau: Nước mương Cái được đưa vào giếng thu nước thơ trong nhà máy, sau đó được bơm cấp 1 đẩy vào hệ thống xử lý. Tại bể trộn, nước thô được châm phèn và vơi để thực hiện q trình keo tụ tạo bơng nhằm loại bỏ cặn lơ lửng và một phần các chất hữu cơ, rong tảo… Tiếp tục, nước được chảy sang bể lắng ngang và bể lọc cát để đạt độ trong cần thiết trước khi được khử trùng bằng clọ Nước cấp từ bể chứa nước sạch được bơm cấp 2 đưa vào mạng lưới cấp nước của các thôn Phước Nhơn 1,2,3 để cấp cho 1.058 hộ dân, 6100 khẩu trên địa bàn 3 thôn.
2.2.1.1. Tổng quan về ngành sản xuất nước sạch ở Việt Nam
Nước sạch là nhu cầu thiết yếu cho mọi sinh vật, đóng vai trị đặc biệt trong việc điều hồ khí hậu và cho sự sống trên trái đất. Hàng ngày cơ thể con người cần 3 -10 lít nước cho các hoạt động sống, luợng nước này đi vào cơ thể qua con đường thức ăn, nước uống để thực hiện các quá trình trao đổi chất và trao đổi năng lượng, sau đó thải ra ngoài theo con đường bài tiết. Ngoài ra con người còn sử dụng nuớc cho các hoạt động khác như tắm, rửa, sản xuất…
Nước ta hiện nay nhu cầu sử dụng nước ngày càng tăng do sự phát triển dân số và mức sống ngày càng tăng. Tuỳ thuộc vào mức sống của người dân và tuỳ từng vùng mà nhu cầu sử dụng nước là khác nhau, định mức cấp nước cho dân đơ thị là 150 lít/người/ngày (qua điều tra, tại khu vực nội thành Hà Nội, lượng nước tiêu thụ khoảng từ 150 đến 200 lít/người/ngày), cho khu vực nơng thơn (nói chung) là 40 – 70 lít/người/ngàỵ Riêng khu vực các huyện ngoại thành Hà Nội và TP. Hồ Chí Minh, mật độ dân cư đơng đúc, dân trí cao, kinh tế phát triển lượng nước tiêu thụ cho mỗi người dân đạt ≈ 150 lít/người/ngàỵ
Nguồn nước cung cấp cho nước sinh hoạt ở nước ta chủ yếu là nguồn nước mặt được lấy từ các sông hồ..., sau khi qua xử lý sẽ dẫn đến các hộ dân, các khu công nghiệp. Hiện nay, hơn 60 % tổng công suất các trạm cấp nước tại các đô thị và khu công nghiệp trên cả nước dùng nguồn nước mặt với tổng lượng nước khoảng 3 triệu m3/ ngày đêm. Con số này còn tăng lên nhiều trong những năm tới nhằm cung cấp cho các đô thị và khu công nghiệp ngày càng mở rộng và phát triển.
2.2.1.2. Quy trình xử lý nước tại nhà máy
Hình 2.1. Sơ đồ cơng nghệ nhà máy nước Phước Nhơn
ạ Bể chứa nước thô
Phần lớn các nguồn nước thiên nhiên dùng làm nguồn cấp nước ở Việt Nam có chỉ tiêu chất lượng khơng thỏa mãn tiêu chuẩn vệ sinh. Do đó phải xử lý nước thô trước khi cấp cho các đối tượng tiêu thụ. Nhà nước đã ban hành tiêu chuẩn nước mặt dùng làm nguồn nước TCVN 5942:1995.
Tiêu chuẩn đã chia nguồn nước mặt và nước ngầm dùng làm nguồn cấp nước thành ba loại theo các chỉ tiêu chất lượng của nước thô như sau:
Bể trộn Bể phản ứng Bể lắng Bể lọc Kênh dẫn nước thô Trạm bơm Bể chứa nước thô Trạm bơm Trạm bơm nước thô Trạm bơm nước sạch Bể chứa nước sạch Đài chứa nước sạch Mạng lưới cấp nước Trạm bơm CLO Bể khuấy phèn Trạm bơm Trạm bơm đ phèn
Bể khuấy vôi Trạm bơm đ vôi
- Nước thơ có các chỉ tiêu chất lượng loại A: được áp dụng các quy trình xử lý đơn giản; lọc trực tiếp, sát trùng rồi cấp cho người tiêu dùng.
- Nước thơ có các chỉ tiêu chất lượng loại B: được áp dụng các quy trình xử lý truyền thống: pha phèn, khuấy trộn, keo tụ, lắng, lọc, sát trùng rồi cấp cho người tiêu thụ.
- Nước thơ có các chỉ tiêu chất lượng loại C: phải áp dụng các quy trình xử lý đặc biệt như: khử NH3, NO2 khử H2S khử Mg, làm mềm, khử màu, khử mùi…
Nước thơ có các chỉ tiêu hóa học sinh học vượt các giá trị ghi trong tiêu chuẩn loại C khơng được dùng làm nguồn cấp nước vì có chứa những chất khơng có khả năng xử lý hoặc nếu xử lý thì quá đắt.
Bể chứa nước thô được cấu tạo bởi ba ngăn: ngăn chứa nước từ kênh dẫn, ngăn lọc và lắng sơ bộ, ngăn chứa nước lọc sơ bộ.
Hình 2.2. Bể chứa nước thơ nhà máy nước Phước Nhơn
b. Bể trộn
Mục đích cơ bản của q trình khuấy trộn hóa chất là tạo ra điều kiện phân tán nhanh và điều hóa chất vào tồn bộ khối lượng nước cần xử lý. Q trình trộn phèn địi hỏi phải trộn nhanh và đều phèn vào nước xử lý vì phản ứng thủy phân tạo nhân keo tụ diễn ra rất nhanh thường nhỏ hơn một phần mười giây, nếu không trộn đều và trộn kéo dài sẽ không tạo ra được các nhân keo tụ đủ, chắc và đều trong thể tích nước, hiệu quả lắng sẽ kém và tốn phèn, các loại hóa chất khác địi hỏi trộn đều
cịn có thời gian trộn địi hỏi ít nghiêm ngặt hơn trộn phèn. Việc lựa chọn điểm cho hóa chất vào để trộn đều với nước xử lý căn cứ vào tính chất và phản ứng hóa học tương hỗ giữa các hóa chất với nhau, giữa hóa chất với các chất có trong nước xử lý theo quy trình cơng nghệ được lựa chọn quyết định.
- Ứng dụng công nghệ trộn thủy lực với bản chất là dùng các vật cản để tạo ra sự xáo trộn trong dịng chảy của hỗn hợp nước và hóa chất.
- Tại đây, dung dịch phèn và vôi (sau khi được pha ở nhà pha hóa chất với hàm lượng quy định) được châm liên tục vào bằng bơm định lượng cùng với nước thô.
c. Bể phản ứng:
Nước qua bể phản ứng sẽ thực hiện q trình keo tụ tạo bơng cặn. Khi trộn đều phèn với nước xử lý lập tức xảy ra các phản ứng hóa học và lý hóa tạo thành hệ