CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1 Tính cần thiết đối tượng Trên thế giới và ở Việt Nam hiện nay nhu cầu tiêu thụ năng lượng ngày càng tăng dần và đã có rất nhiều cảnh báo về tiết kiệm năng lượng. Các ngành công nghiệp nói chung và ngành nước nói riêng vẫn sử dụng công nghệ truyền động không thích hợp, điều khiển thụ động, không linh hoạt. Nước và năng lượng sạch là hai vấn đề quan trọng nhất hiện nay và thế gới đang đối đầu. 70% nước sử dụng cho nông nghiệp, 23% sử dụng cho công nghiệp, 7% còn lại phục vụ cho con người.
Ấn Độ là đất nước chiếm 16% dân số nhưng chỉ chiếm 4% nguồn nước trên thế giới. Và trong một báo cáo gần đây, 102 đất nước với 3,9 tỷ dân phải đối đầu với sự thay đổi khí hậu và khủng hoảng nguồn nước, trong đó có Việt Nam. Đối với nhà máy nước, yêu tố cầu thành giá nước bị chi phối phần lớn bởi chi phí điện bơm nước (30-35%).Trước đây tôn tại quan điểm việc đầu tư vào tiết kiệm năng lượng là một công việc tốn kém và không mang lại hiệu quả thiết thực. Với công nghệ biến tần tính toán đã chi ra việc đầu tư vào hệ thống điều khiển tiết kiệm năng lượng cho trạm bơm có thời gian hoàn vốn đầu tư hết sức ngắn và giảm được chi phí cho công tác quản lí vận hành thiết bị.
Máy bơm và quạt gió là những ứng dụng rất thích hợp với truyền động biến đổi tốc độ tiết kiệm năng lượng. Trong môi trường sống hiện đại, việc cung cấp nước sạch và đủ cho mọi người là một yêu cầu cấp bách. Tuy nhiên, việc duy trì áp suất trong hệ thống đường ống là một thách thức quan trọng, việc mất áp suất, hụt áp suất có thể dẫn đến việc cung cấp nước không đủ đến các hộ gia đình hoặc khu vực, gây ra sự không hài lòng và nguy cơ về sức khoẻ công cộng. Một hệ thống cung cấp nước với áp suất duy trì tốt sẽ giúp giảm thiểu lượng nước bị mất do rò rỉ hoặc tràn ra ngoài không cần thiết.
Điều này không chỉ tiết kiệm tài nguyên nước mà con giảm chi phí vận hành bảo trì của hệ thống. Đối với các doanh nghiệp chuyên sản xuất và cung cấp nước sạch, vấn đề nâng cao hiệu quả trong vận hành các nhà máy sản xuất nước sạch và hệ thống cung cấp nước sạch là một đòi hỏi cấp bách nhằm đến các mục tiêu: ổn định chất lượng nước, ổn định áp lực nước, quản lý lượng nước khai thác và lượng nước tiêu thụ, vận hành và quản lý hệ thống BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN 1 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI máy móc thiết bị, quản lý hệ thống đường ống cung cấp nước… và trong tương lai quản lý đến tận từng địa chỉ, từng hộ tiêu thụ nước.2 Mục tiêu nghiên cứu Để tối ưu hoá việc tiết kiệm năng lượng, cụ thể là tiết kiệm điện và việc quản lí, giám sát hệ thống bơm cung cấp nước sạch, nhóm sẽ tiến hành tìm hiểu và thiết kế hệ thống bơm ổn định áp suất nước bằng biến tần và SCADA điều khiển giám sát. - Nghiên cứu hệ thống bơm nước trong thực tế, nắm rõ trình tự điều khiển và vận hành bơm. - Tìm hiểu về biến tần sử dụng vào hệ thống.
- Viết chương trình điều khiển PLC. - Điều khiển trực tiếp từ nút nhấn và màn hình HMI. - Thiết kế giao diện WinCC điều khiển, giám sát gián tiếp thiết bị từ màn hình. - Đưa giao diện WinCC để điều khiển, giám sát thiết bị qua Webserver.
- Xuất báo cáo lịch sử bơm lên màn hình giám sát.3 Nhiệm vụ Tiến hành thiết kế mô hình thực nghiệm hệ thống cung cấp nước công suất 7,2m3/giờ. - 2 bơm nước 3 phase có công suất 0.5HP - Lưu lượng 3,6m3/h, hút sâu 8m, đẩy cao 32m - Nghiên cứu về việc sử dụng biến tần vào hệ thống. - Kết hợp sử dụng PLC để điều khiển biến tần, biến tần điều khiển bơm hệ thống. - Kết nối Scada để điều khiển và giám sát từ xa, xuất báo cáo dữ liệu.4 Phương pháp nghiên cứu Nhóm nghiên cứu phương pháp về lý thuyết: thu thập và xử lý thông tin; phân tích,tổng hợp các tài liệu về hệ thống SCADA; tìm hiểu hướng dẫn sử dụng các thiết bị sử dụng trong mô hình và lý thuyết hệ thống cấp nước.
BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN 2 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI Nhóm nghiên cứu phương pháp về mô hình thực tế: thiết kế bản vẽ phần cứng của mô hình; quan sát, tính toán dữ liệu; kiểm tra các thông số thiết bị tương thích với các phần mềm điều khiển trên máy tính và lắp ráp các thiết bị lên mô hình.5 Phạm vi nghiên cứu Tìm hiểu và đề cập đến việc sử dụng thiết bị biến tần trong điều khiển tốc độ tiết kiệm năng lượng cho các máy bơm mà vẫn ổn định áp suất trong đường ống cấp nước. Tìm hiểu cơ cấu của một hệ thống bơm cấp nước sinh hoạt, để trình bày cho bạn đọc nắm về kiến thức, phương thức và cách thức hoạt động của hệ thống bơm nước sinh hoạt và thực hành PLC đưa vào đề tài để nội dung của đề tài sẽ có thêm nhiều kiến thức và lôi cuốn cho các bạn đọc. - Lập trình PLC S7-1200 điều khiển biến tần, biến tần điều khiển bơm. - Giao tiếp PLC với WinCC để giám sát hệ thống.
- Thiết kế giao diện giám sát trên WinCC và đưa lên Webserver. - Biến tần hãng Danfoss.6 Bố cục - Lời cam đoan. - Danh mục các từ ngữ, kí hiệu viết tắt. - Danh mục hình ảnh.
- Danh mục bảng biểu. - Tài liệu tham khảo. BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN 3 CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG CUNG CẤP NƯỚC CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG CUNG CẤP NƯỚC 2.1 Tổng quan hệ thống cung cấp – thoát nước 2.1 Tổng quan Hệ thống cấp và thoát nước là một phần quan trọng của cơ sở hạ tầng đô thị và nông thôn, đảm bảo việc thu gom, xử lý và xả nước một cách an toàn và hiệu quả. Nó cung cấp nước sạch và đảm bảo thoát nước thải hiệu quả, đảm bảo an toàn và tiện lợi cho người sử dụng.
Sau khi thu thập nước từ các nguồn nước tự nhiên như sông hồ, suối, nước mưa, mạch nước ngầm tự nhiên, sẽ trải qua một số các giai đoạn lọc bỏ các chất ô nhiễm và tạp chất độc hại. Nước được lưu trữ tại bể chứa từ các nhà máy nước và sau đó được phân phối thông qua mạng lưới các đường ống phức tập, đến các hộ dân, doanh nghiệp, khu vực cơ sở công cộng.1 Trạm nước số 3 nhà máy nước Thủ Đức BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN 4 CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG CUNG CẤP NƯỚC Ở các nhà máy nước lớn nhỏ, sẽ có các công trình điều hoà nước như là các bể nước dự trữ, đài nước. Mục đích của các công trình này là dự trữ và cấp nước đủ đến tất cả các hộ dân khi và tăng áp lực nước trên đường ống để nước đủ mạnh khi có nhu cầu.2 Bể dự trữ nước công nghiệp Hình 2.3 Đài nước của nhà máy nước Thành phố Thủ Đức BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN 5 CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG CUNG CẤP NƯỚC Với những nơi có nhu cầu sự dụng nước hoặc thời tiết thay đổi, thì bể dự trữ và đài nước sẽ đảm bảo cung cấp nước đến các hộ dân đủ nước và đủ mạnh trong một thời gian nhất định.2 Vai trò của hệ thống cung cấp nước Hệ thống cung cấp nước sạch có vai trò vô cung quan trọng trong nhiều khía cạnh của cuộc sống gia đình, xã hội và đất nước. Nước sạch ở các nơi, đặc biệt là những nơi khu vực đông dân cư và nhu cầu sử dụng nước tăng cao ở nước ta như thành phố Hồ Chí Minh, thành phố Hà Nội, Đà Nẵng,…là vô cùng quan trọng.
Hệ thống cung cấp nước sẽ đảm bảo nguồn nước sạch và an toàn cho ta sử dụng trong sinh hoạt hàng ngày. Nước sạch giúp bảo vệ sức khoẻ cộng đồng, ngăn ngừa các bệnh liên quan đến vi khuẩn, vi rút gây ra. Ở các nhà máy sản xuất, khu công nghiệp lớn nhỏ, thì nước sạch là một yếu tố quan trọng đóng góp cho sự phát triển kinh tế. Sản xuất, xử lí hàng xoá, làm mát, xử lí nước thải,.và rất nhiều ứng dụng khác cho ngành công nghiệp.
Trong thời đại hiện nay, việc khia thác các nguồn tài nguyên thiên nhiên tăng cao, để đáp ứng cho nhu cầu sống cũng như tăng trưởng kinh tế, thì nước cũng trở nên vô cùng đáng quý, vì vậy, hệ thống cung cấp nước sạch cũng giảm bớt nguy cơ khủng hoảng nước và các xung đột có liên quan đến nguồn tài nguyên nước.2 Hệ thống điều khiển áp suất nước 2.1 Tổng quan Nhu cầu sử dụng nước là quan trọng, đặc biệt là ở những khung giờ cao điểm trong sinh hoạt hàng ngày. Do đó, bài toán đặt ra là phải duy trì được áp suất đủ lớn trên đường ống, để nước đủ mạnh và đưa đến tận các hộ gia đình. Hệ thống bơm duy trì được áp suất nước trên đường ống bao gồm các thành phần ngoài bơm nước như là van điều khiển áp suất, cảm biến áp suất, hệ thống điều khiển tự động, hệ thống giám sát và điều khiển từ xa. BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN 6 CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG CUNG CẤP NƯỚC Việc dùng bơm đẩy nước đến các hộ gia đình, khu vực sử dụng nước là một vấn đề quan trọng của hệ thống cung cấp nước.
Điều khiển hệ thống này được chia thành 2 cách: vận hành trực tiếp và vận hành tự động. - Vận hành trực tiếp: Người vận hành bơm đến và điều khiển bơm chạy trực tiếp thông qua nút nhấn, hoặc biến tần để bơm trực tiếp từ bể chứa thông qua máy bơm nước để đẩy đến nơi sử dụng; - Tự động: Áp suất nước trên đường ống được đọc thông qua cảm biến áp suất, cảm biến áp suất gửi giá trị về để điều khiển bơm chạy theo áp suất mong muốn đạt được. Ở đồ án này, nhóm sẽ tiến hành liên kết giữa các cách vận hành với nhau, để thiết kế và thực hiện được hệ thống cung cấp nước, có thể vận hành bằng tay trực tiếp, có thể đọc tự động thông số từ cảm biến để điều khiển bơm, và đặc biệt có thể vận hành và giám sát từ xa qua các thiết bị trung gian như PLC, phần mềm SCADA WinCC.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống bơm duy trì áp suất Hình 2.