Nghiên cứu xây dựng hệ SCADA cho nhà máy nước vinaconex

Ở chế độ điều khiển tự động hoàn toàn, van sẽ được điều khiển liên động với hệ thống điều khiển Trạm bơm hồ Đầm Bài để duy trì mức nước ở trong bể chứa ở mức đặt trước theo các quy trình

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-[\ [\ -

TÁC GIẢ Nguyễn Thế Sơn

TÊN ĐỀ TÀI

Nghiên cứu xây dựng hệ Scada cho nhà máy nước

Vinaconex

CHUYÊN NGÀNH

Điều khiển-Tự động hóa

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

Điều khiển tự động hóa

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS Nguyễn Hồng Quang

Hà Nội, năm 2011

Mở Đầu

Lĩnh vực sản xuất là cơ sở, nền tảng vững chắc trong nền kinh tế Một quốc gia

có nhiều ngành sản xuất vững mạnh sẽ góp phần thúc đẩy sự phát triển nhanh và ổn định của nền kinh tế Các hệ thống điều khiển quá trình sản xuất được ứng dụng hầu hết trong các ngành sản xuất, đặc biệt là những ngành có qui mô lớn, giữ vai trò then chốt trong nền kinh tế như: điện lực, dầu khí, ngành chế biến thực phẩm vv Tất cả các ngành này đều đã ứng dụng các hệ thống điều khiển hiện đại trong tất cả các khâu của quá trình sản xuất

Thành tựu khoa học những năm qua đã có những bước phát vượt bậc Công nghệ số đã dần thay thế cho công nghệ tương tự Hầu hết các tập đoàn hùng mạnh về

tự động hóa như siemens, ABB, AB, Omron, Emerson vv đã cho ra nhiều sản phẩm trên cơ sở kĩ thuật số Các sản phẩm này đều có tính năng vượt trội so với các sản phẩm cũ Các thiết bị đo được tích hợp với bộ vi xử lý vừa thực hiện chức năng đo và vừa xử lý tại chỗ, tự tính toán và chuẩn đoán lỗi và vừa có chức năng truyền thông tin Các bộ điều khiển số ngày càng hoàn thiện, có thể thực hiện nhiều chức năng, số lượng các đầu vào ra ngày càng lớn, độ chính xác và hoạt động tin cậy cao Hệ thống mạng truyền thông liên kết các thiết bị ngày càng hoàn thiện, kĩ thuật truyền ứng dụng kĩ thuật số sẽ làm giảm sự suy hao tín hiệu, giảm sự tác động của nhiễu và làm tăng tốc

độ và độ tin cậy trong giao tiếp Đặc biệt hầu hết các thiết bị có cấu trúc mở chính vì vậy dễ dàng tích hợp với nhau theo một chuẩn chung giúp cho hệ thống điều khiển

mang tính mềm dẻo và dễ ràng mở rộng Bởi vậy đề tài “Nghiên cứu xây dựng hệ thống SCADA cho nhà máy nước Vinaconex” là rất cần thiết trong tình hình phát

triển thực tiễn ngành công nghiệp Tự động hóa ở nước ta hiện nay Luận văn tập trung vào việc nghiên cứu xây dựng hệ thống SCADA cho nhà máy nước Vinaconex Giúp cho người thực hiện hiểu rõ được cấu trúc mạng truyền thông công nghiệp Simatic Net, Profibus, Modbus Các mạng truyền thông tích hợp đang được sử dụng trong hệ

thống điều khiển quá trình Hiểu rõ được cấu hình dự phòng của hệ thống PCS7, Wincc, từ đó có thể xây dựng, lập trình điều khiển các hệ thống điều khiển quá trình Trong quá trình nghiên cứu, tác giả luận văn đã cố gắng tiếp cận và giải quyết vấn đề một cách triệt để nhất Tuy vậy, do thời gian có hạn và trình độ chuyên môn còn nhiều điểm chưa được hoàn thiện, chắc chắn sẽ không tránh khỏi những sai sót nhất định Kính mong nhận được sự đóng góp và chỉ bảo của các thầy cô

Tôi xin trân trọng gửi lời cảm ơn tới Viện đào tạo Sau đại học, Bộ môn Tự động hóa XNCN thuộc trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình tôi thực hiện luận văn này

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS Nguyễn Hồng Quang, người đã định

hướng và tận tình chỉ bảo, giúp đỡ tôi để tôi có thể hoàn thành bản luận văn tốt nghiệp này

Cuối cùng tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình, bạn bè, và đặc biệt là các đồng nghiệp, những người luôn ủng hộ nhiệt tình và là nguồn động viên to lớn đối với tôi trong suốt quá trình tôi thực hiện nghiên cứu

CHƯƠNG 1 : TÌM HIỂU YÊU CẦU CÔNG NGHỆ NHÀ MÁY NƯỚC

VINACONEX 1.1 Nội dung và mục tiêu nghiên cứu của đề tài

¾ Tìm hiểu và nắm vững cơ sở lý thuyết mạng truyền thông công nghiệp,

hiểu được bản chất các loại giao thức, phân biệt được các loại mạng với nhau

¾ Tìm hiểu và ứng dụng cơ sở lý thuyết điều khiển quá trình, các luật điều

khiển ( điều khiển vòng kín PID, điều khiển nối tầng )

¾ Xây dựng cấu trúc hệ thống điều khiển giám sát ứng dụng cho nhà máy

nước Vinaconex

¾ Nắm vững và làm chủ các phần mềm lập trình điều khiển ( Step7), phần

mềm giám sát ( WINCC)

¾ Hoàn thành viết chương trình điều khiển theo bài toán công nghệ và

chương trình mô phỏng bằng phần mềm giám sát ( WinCC)

¾ Nắm vững cơ sở lý thuyết và bản chất mạng internet và các ứng dụng của

mạng internet trong trong sản xuất công nghiệp

1.1.2 Bố cục của luận văn

Luận văn gồm 4 chương , mỗi chương sẽ chia thành nhiều mục lớn, mỗi mục lớn lại được chia thành nhiều mục nhỏ

Các chương trình bày trong luận văn bao gồm:

Chương 1: Tìm hiểu yêu cầu công nghệ nhà máy nước Vinaconex

Chương 2: Tìm hiểu mạng truyền thông Simatic Net và hệ thống PCS7

Chương 3: Xây dựng mô hình toán học và lập trình điều khiển cho hệ thống ổn định mức nước

Chương 4: Cấu hình hệ thống điều khiển PCS7 và hệ thống giám sát

1.2 Tìm hiểu công nghệ nhà máy nước Vinaconex

Nhà máy nước Vinaconex bao gồm bốn khu vực với chức năng riêng biệt:

+ Khu vực nhà máy xử lý ( khu trung tâm )

+ Trạm bơm nước sông

+ Trạm bơm nước hồ

+ Khu bể chưa trung gian

Quy mô xây dựng: Nhà máy xây dựng gồm 2 giai đoạn

+ Giai đoạn 1 công suất 300.000 m3/ngày đêm

+ Giai đoạn 2 công suất 300.000 m3/ngày đêm với tuyến ống dẫn nước dài 47,5km - D1500-1800mm

Tổng công suất thiết kế: 600.000m3/ngày đêm

Công nghệ ứng dụng: Sử dụng nguồn nước mặt sông Đà được xử lý và khử trùng

bằng công nghệ hiện đại Ống dẫn nước là ống cốt sợi thủy tinh D1500 – D1800

Nhà máy nước Vinaconex bao gồm các hạng mục sau:

1 Kênh dẫn nước sông từ sông Đà đến hồ Đầm Bài

2 Trạm bơm nước sông Đà

3 Trạm bơm nước hồ Đầm Bài

4 Nhà máy xử lý nước sông Đà

5 Tuyến truyền tải nước sạch

6 Bể chứa trung gian

7 Hệ thống điện nguồn

1.2.1 Trạm bơm nước sông Đà:

Vị trí: xã Phú Minh, huyện Kỳ Sơn, tỉnh Hòa Bình

Chức năng: Bơm nước từ kênh vào hồ Đầm Bài, duy trì mực nước trong hồ ở cao độ

thấp nhất là +29

Các thông số Trạm bơm :

- tổng công suất: 346,000m3/ngđ

- Số bơm: 4 bơm (3 vận hành + 1 dự phòng)

- công suất của một bơm: Q = 4,800m3/h ; H = 30m

- kiểu bơm: bơm tuốc-bin trục đứng

- mực nước hút: Max: +20.25m; Min : +8.25m

- kết cấu trạm bơm: bê tông cốt thép

- kích thước hố bơm: mặt bằng: 48.85x28.05m

- các thiết bị hỗ trợ khác: lưới chắn rác tinh, hệ thống chống nước va,

Hệ thống thông gió, các bơm làm mát, cầu trục và các thiết bị phụ trợ khác

- Đường ống đẩy đến hồ đường kính: DN1600

Vật liệu: thép carbon, PN10

1.2.2 Trạm bơm nước hồ Đầm Bài

Vị trí: xã Phú Minh, huyện Kỳ Sơn, tỉnh Hòa Bình

Chức năng: Bơm nước từ hồ Đầm Bài vào nhà máy xử lý

Các thông số Trạm bơm:

- tổng công suất: 320,000m3/ngđ

- Số bơm: 3 bơm (2 vận hành + 1 dự phòng)

- công suất của một bơm: Q = 6,670m3/h; H = 73.5m

- kiểu bơm: bơm ly tâm trục ngang

- mực nước hút: Max: +30.62m; Min: +28m

- kết cấu trạm bơm: bê tông cốt thép

- kích thước hố bơm: mặt bằng: 64.95x28.3m

Cao độ đáy buồng hút: +22.8m

- các thiết bị hỗ trợ khác: lưới chắn rác tinh, hệ thống chống nước va,

Hệ thống thông gió, các bơm làm mát, cầu trục và các thiết bị phụ trợ khác

- Đường ống đẩy vào nhà

Vị trí: xã Phú Minh, huyện Kỳ Sơn và xã Yên Quang của huyện

Lương sơn, tỉnh Hòa Bình

1 Buồng thu:

Chức năng: nhận nước từ hồ Đầm Bài với lưu lượng 320,000m3/ngày,

phân phối nước tới các bể trộn, công suất 160,000m3/ ngày

Thông số thiết kế: buồng thu có hình tròn, bao gồm 1 ngăn đầu vào, 1 ngăn

phân phối đường kính ngăn đầu vào3m; đường kính ngăn đầu ra 7.6m cao độ sàn thao tác +100m sàn đáy: +90m Kết cấu: bê tông cốt thép

2 Bể trộn thuỷ lực:

Chức năng: trộn phèn vào nước thô

Thông số thiết kế: bao gồm hai bể, vị trí ở đầu vào bể phản ứng kích thước

mặt bằng bên trong: 5.4x5.4m, bao gồm 2 ngăn, ngăn cách bằng một đập tràn ở giữa cao độ sàn đáy: +90m, sàn thao tác: +99.2m; cao độ đập: 97.7m

Kết cấu: bê tông cốt thép

3 bể phản ứng:

Chức năng: tạo các điều kiện cho việc hình thành bông cặn

Thông số thiết kế: bao gồm 2 đơn nguyên mỗi đơn nguyên có công suất

160.000m3/ngày, bao gồm 6 bể, mỗi bể có 3 ngăn được phân chia bằng các vách ngăn đục lỗ Mỗi ngăn được lắp một máy khuấy điều chỉnh được tốc độ kích thước mặt bằng của mỗi đơn nguyên: 38.4x18.9m cao độ đáy: +92.10m; của sàn thao tác: +97.75m

Kết cấu: bê tông cốt thép

4 Bể lắng:

Chức năng: lắng các bông cặn đã được hình thành từ giai đoạn trước Thông số thiết kế: bao gồm 2 đơn nguyên mỗi đơn nguyên có công suất

160.000m3/ngày, bao gồm 6 bể được thiết kế với tải trọng

bề mặt maximum: 6.67m/h Các bể được lắp với các môdun ống lắng Các môdun ống lắng có kích thước như sau: w = 36mm, α =600; l = 900mm Nước đã lắng được thu bởi các

ống đục lỗ sau đó chảy đến các máng thu và chảy đến bể lọc Mỗi bể có hai phễu thu bùn có thể tích 27m3 Bùn lắng được đưa đến phễu thu bằng máy cào bùn, kiểu “Chain & Flight” Bùn sẽ được tháo ra ra khỏi bể qua các van ống lồng Kích thước mặt bằng của mỗi đơn nguyên: 38.4x43.1m Cao độ đáy bể lắng: +91.2m; đáy phễu thu: +87.6m; sàn thao tác: +97.75m

5 Bể lọc nhanh:

Chức năng: Loại bỏ các vật chất hạt Nước sau lắng chảy qua lớp vật

liệu lọc nơi mà phần lớn các hạt sẽ bị loại bỏ trên phần đầu cũng như qua suốt chiều sâu của lớp vật liệu lọc

Thông số thiết kế: Bao gồm 16 bể lọc, chia đối xứng thành 4 cụm qua các

hành lang Diện tích của mỗi bể lọc: 112.5m2 Kiểu: bể lọc nhanh với lớp vật liệu lọc đơn, tải trọng cao Chiều sâu lớp vật liệu lọc: 1.8m Tốc độ lọc lớn nhất: 7.14m/h Tốc độ lọc được điều khiển bởi van bướm vận hành bằng điện Rửa lọc bằng khí và nước Chu kỳ rửa lọc: 48 giờ Kích thước mặt bằng của mỗi đơn nguyên: 18.85x68.4m; Cao độ đáy bể lộc:+90.7m, sàn chụp lọc: +91.95m; bề mặt lớp vật liệu lọc: 93.75m, sàn thao tác: +96.8m

Kết cấu: bê tông cốt thép

6 Đài nước:

Chức năng: Dự trữ và cung cấp nước rửa bể lọc và cho nhà hoá chất Thông số thiết kế: Dung tích: 2000m3; bể được cấp nước bằng 2 bơm (1 chạy

còn 1 dự phòng) Công suất của mỗi bơm: Q = 750m3/h, H

= 20m Kích thước mặt bằng: 24.0x24.0m Cao độ đáy: +104.6m; sàn đỉnh: +108.75m

Kết cấu: bê tông cốt thép

7 Bể pha clo:

Chức năng: Trộn clo vào nước sạch và xả khí

Thông số thiết kế: Bể được thiết kế với thời gian lưu giữ là 6 phút Bao gồm 2

ngăn: ngăn xả khí và ngăn trộn clo Tổng dung tích: 2000m3 Kích thước mặt bằng: 24x24m Cao độ đáy: +87.15m; sàn đỉnh: +91.35

Kết cấu: bê tông cốt thép

8 Nhà hoá chất:

Các hoá chất sau sẽ được dùng để xử lý nước:

Phèn: Phèn được sử dụng cho việc đông kết; điểm châm: bể trộn

đặt trước bể phản ứng, liều lượng: 10-30mg/l

Vôi: Vôi được dùng để điều chỉnh tính kiềm trong nước thô để

đông kết, điểm châm: ở cuối đường ống nước thô DN1600 nối Trạm bơm hồ Đầm Bài với nhà máy xử lý nước, liều lượng: 5-6mg/l; và để điều chỉnh độ pH của nước sạch, điểm châm: mương nước sạch, liều lượng: 5-10mg/l

Polyme: Tăng cao hiệu quả đông kết; điểm châm: ở điểm cuối

đường ống nối bể trộn với bể phản ứng, liều lượng: 0.5mg/l

0.25-Clo: Clo dùng để oxy hoá, điểm châm: đường ống đẩy của Trạm

bơm hồ Đầm Bài, liều lượng: 3-4mg/l; và để khử trùng ở nhà máy xử lý nước Sông Đà, điểm châm: Bể pha clo, liều lượng: 1-2mg/l

Kích thước: Khu vực pha và châm phèn, vôi, polyme được bố trí trong

một nhà; Kích thước mặt bằng: 57.6x28.8m (kể cả kho); cao độ của khu vực pha và châm: +89.5m; sàn nhà kho:

+93.5; sàn đỉnh: +102.5 Kết cấu nhà: khung bê tông, tường gạch

Khu vực pha và châm clo được bố trí trong một nhà, phân

chia bởi tường ngăn; Kích thước mặt bằng: 59.7x14.4m; cao độ của khu vực pha và châm: +89.5m; sàn đỉnh: +96.8 Kết cấu nhà: khung bê tông, tường gạch

9 Bể xử lý bùn:

Chức năng: Nhận nước xả bùn từ bể lắng và nước rửa lọc từ bể lọc; xả

nước đã gạn trong và giữ lại bùn; phơi khô bùn và loại bỏ bùn khô trong chu kỳ 3-4 tháng Bể xử lý bùn được thiết kế với độ đục trung bình: 12NTU Bao gồm 4 bể, kích thước mặt bằng mỗi bể: 95x26m Cao độ đáy bể: 47.8m; cao độ đỉnh: 50.3m

1.2.4 Bể chứa điều hoà:

11.3km Chức năng: Dự trữ, trung chuyển và điều hoà nước sạch

Thông số thiết kế: bao gồm 2 bể chứa; mỗi bể có dung tích 30,000m3,

kích thước: 78x78m cao độ đáy bể: +70m; đỉnh: 77.2m

Kết cấu: bê tông cốt thép

1.3 Hệ thống điều khiển mức nước bể chứa trung gian : (Bản vẽ số RWT – AS – 11)

Bao gồm hai bể chứa: bể số 1 và bể số 2 Các thiết bị lắp đặt ở Bể chứa sẽ được điều khiển tại Phòng điều khiển của Bể chứa Quy trình vận hành của bể chứa sẽ phải kết hợp chặt chẽ với chế độ vận hành bơm ở Trạm bơm hồ Đàm Bài

Van đầu vào: Tại đường ống vào bể chứa có một van điện DN1600 Trong trường hợp

vận hành bình thường, góc mở của van này sẽ được điều khiển để duy trì mức nước tại

Bể pha clo ở mức không đổi đặt trước nhằm tránh lọt khí vào trong đường ống truyền tải

Van điều khiển lưu lượng đầu ra:

Tại đường ống ra bể chứa cũng có một van điện DN1600 để điều khiển lưu lượng ra Van này có khả năng điều khiển được ở 3 chế độ: bằng tay, bán tự động và tự động Ở chế độ điều khiển bằng tay, người vận hành có thể điều khiển được góc mở của van để đạt được lưu lượng yêu cầu Ở chế độ điều khiển bán tự động người vận hành chỉ cần đặt lưu lượng yêu cầu, hệ thống sẽ tự động điều khiển góc mở của van để đạt được lưu lượng đã đặt Ở hai chế độ này, người vận hành sẽ phải theo dõi mức nước trong bể chứa để đảm bảo mức nước trong bể không thấp hơn mức min cho phép và cũng không cao hơn mức max cho phép

Ở chế độ điều khiển tự động hoàn toàn, van sẽ được điều khiển liên động với hệ thống điều khiển Trạm bơm hồ Đầm Bài để duy trì mức nước ở trong bể chứa ở mức đặt trước theo các quy trình sau:

1 Nếu Trạm bơm hồ Đầm Bài vẫn chưa vận hành hết công suất (số bơm chạy ≤ 2

và tốc độ bơm điều khiển bằng biến tần vẫn chưa đạt max) và mức nước trong

bể chứa vẫn cao hơn hoặc bằng mức đặt trước, van sẽ mở 100% và mức nước trong bể sẽ được điều khiển bằng Trạm bơm hồ như đã mô tả ở phần Trạm bơm

hồ Đầm Bài

2 Nếu Trạm bơm hồ Đầm Bài đã vận hành hết công suất (số bơm chạy = 2 và tốc

độ bơm điều khiển bằng biến tần đã đạt max) mà mức nước trong bể chứa vẫn thấp hơn mức đặt trước, góc mở của van được đóng bớt lại và điều khiển để duy trì mức nước trong bể chứa ở mức đặt trước

Trong mọi trường hợp nếu mức nước trong bể chứa thấp hơn mức min cho phép, van

sẽ tự động đóng lại

Lưu lượng nước cấp cho mạng truyền dẫn sẽ được đo bằng đồng hồ đo lưu lượng lắp ở trước van điều khiển lưu lượng đầu ra Tín hiệu lưu lượng tức thời và tích luỹ sẽ được truyền về phòng điều khiển của Bể chứa

Mức nước trong các bể sẽ được đo bằng thiết bị đo mức bằng siêu âm, tín hiệu

sẽ được truyền về phòng điều khiển của Bể chứa và phòng điều khiển Trung tâm trong nhà máy để hiển thị và điều khiển như đã đề cập ở trên

Chất lượng nước và nồng độ clo dư trong các bể chứa sẽ được đo bởi các thiết

bị phân tích, tín hiệu sẽ được truyền về phòng điều khiển của Bể chứa và phòng điều khiển Trung tâm trong nhà máy để hiển thị

1.4 Yêu cầu kỹ thuật điều khiển cho nhà máy Vinaconex

1.4.1 Trạm bơm nước sông Đà: (bản vẽ RPS - AS – 02)

a Phòng điều khiển trạm bơm :

Trong phòng điều khiển trạm bơm nước sông Đà, có một bàn điều khiển để điều khiển các thiết bị trong trạm bơm và một máy chiếu với màn hình lớn để hiển thị sơ đồ MIMIC của trạm bơm nước Sông Đà và các thiết bị hiển thị tương ứng theo yêu cầu

Sơ đồ MIMIC phải hiển thị rõ ràng việc bố trí thiết bị và dây chuyền xử lý và vị trí các dụng cụ đo

Phòng điều khiển Trạm bơm sông (TBS) phải có khả năng điều khiển chạy, dừng bơm

và các thiết bị, điều khiển đóng mở các van

Các thông số sau phải được hiển thị tại phòng điều khiển TBS để giám sát:

- Điện áp của các hệ thống : trung áp 6KV và hạ áp 0,4KV

- Công suất, cosθ của Trạm

- Dòng điện của tủ phân phối chính và 4 bơm chính

- Nhiệt độ động cơ, nhiệt độ ổ trục động cơ, thời gian chạy của 4 bơm chính

- áp lực làm việc của 4 bơm chính

- Lưu lượng của cả 4 bơm 2FM01 (bao gồm cả lưu lượng tức thời và lưu lượng tổng)

- Độ mở theo % của các van điều khiển lưu lượng (van 2V41)

- Các trạng thái đóng hoặc mở của các van điện

- Hiển thị mức nước trước và sau lưới chắn rác

- Hiển thị mức nước và kết quả phân tích chất lượng nước tại công trình thu trạm bơm sông

- Hiển thị mức nước hồ Đầm Bài tại cửa xả

- Hiển thị báo lỗi và chẩn đoán lỗi: Qúa tải, qúa nhiệt của các bơm và các thiết bị, tín hiệu báo mức cao, mức thấp của mực nước, áp lực cao, áp lực thấp, mất nước làm mát, mất lưu lượng của các bơm chính

- Các tín hiệu sau sẽ được truyền vào phòng điều khiển trung tâm trong Nhà máy để hiển thị:

+ Trạng thái chạy, dừng của 4 bơm chính

+ Lưu lượng tổng của 4 bơm chính

+ Báo lỗi các bơm chính

+ Mực nước tại công trình thu trạm bơm sông

b.Các bơm chính:

Trong trạm bơm sông có 4 bơm tuốc bin trục đứng (1P01 – 1P04) thay nhau hoạt động theo các chế độ làm việc: 1 bơm chạy, 2 bơm chạy đồng thời, 3 bơm chạy đồng thời và 1 bơm dự phòng

- Điều kiện khởi động bơm:

+ Trong mỗi hầm chứa nước đặt bơm đều có thiết bị đo mực nước bằng siêu âm truyền về bộ điều khiển, khi mực nước dưới mực nước chết thì không khởi động được bơm, hoặc phải lập tức ngừng bơm (giá trị của mức này sẽ được tính cụ thể tại hiện trường khi lắp đặt xong bơm)

+ Đủ nước làm mát ổ trục bơm và trong khi bơm chạy, nếu mất nước làm mát bơm

sẽ phải dừng ngay

+ Các động cơ được bảo vệ chống lại quá tải, quá nhiệt (Các động cơ điện có các cảm biến nhiệt độ trong cuộn dây Stator)

- Khi các điều kiện khởi động đã được đảm bảo đầy đủ, chế độ vận hành các bơm theo mực nước trong hồ Đầm Bài tuân theo trình tự sau:

Tại cửa xả nước vào hồ Đầm Bài có một thiết bị đo mực nước bằng siêu âm truyền tín hiệu về phòng điều khiển trạm bơm

Khi mực nước ở mức cao nhất (max) bằng cốt đỉnh tường tràn của hồ, ở mức nước này trạm bơm nước sông ngừng hoạt động

Khi mực nước ở mức thấp hơn mực nước max là 0,3m: khởi động 1 bơm chạy và duy trì chỉ 1 bơm chạy

Khi mực nước ở mức thấp hơn mực nước max 0,5m: khởi động thêm 1 bơm chạy

và duy trì chỉ 2 bơm chạy

Khi mực nước ở mức thấp hơn mực nước max 0,7m: khởi động thêm 1 bơm chạy

và duy trì chỉ 3 bơm chạy

Và ngược lại, khi mực nước trong hồ lên cao do mưa bổ sung thì tắt dần từng bơm Toàn bộ quy trình vận hành trên có thể điều khiển bằng tay hoặc tự động

- Trình tự khởi động và dừng bơm: Ngoài các điều kiện phải tuân thủ về điện áp, dòng điện, đảm bảo an toàn về điện cần tuân thủ quy trình sau :

*Van ở ống đẩy chung D1600 2V41 đang ở tình trạng mở Van đầu đẩy của bơm đang ở trạng thái đóng Mực nước tại hố thu cao trên mực nước chết

* Khởi động cho động cơ chạy sau thời gian (khoảng 5 đến 20 giây) cho bơm chạy ổn định thì mở van trên đường ống đẩy của bơm để đưa nước vào ống dẫn chung D1600 Nếu sau khi mở van đẩy khoảng 10-20 giây mà không có lưu lượng ra thì bơm

sẽ lập tức phải dừng và hệ thống báo sự cố mất lưu lượng

* Khi dừng bơm, đầu tiên đóng van trên đường ống đẩy, đến khi van gần đóng hết thì ngắt điện cho động cơ dừng

c Các bơm kỹ thuật:

- Bơm làm mát: có hai bơm ký hiệu ( 2P11, 2P12), một bơm chạy và một bơm dự phòng Có thể điều khiển bằng tay hoặc tự động khi khởi động bơm chính

- Bơm cấp nước rửa lưới chắn rác: có hai bơm ký hiệu ( 2P41, 2P42), một bơm chạy và một bơm dự phòng Có thể điều khiển bằng tay hoặc tự động khi rửa lưới chắn rác như

1.4.2 Trạm bơm nước hồ Đầm Bài: (bản vẽ LPS - AS – 03)

a Phòng điều khiển của Trạm bơm hồ:

Trạm bơm nước hồ Đầm Bài được điều khiển và giám sát từ phòng điều khiển trung tâm trong nhà máy hoặc tại phòng điều khiển của Trạm bơm hồ (TBH)

Tại Phòng điều khiển Trung tâm trong nhà máy có thể điều khiển chạy, dừng các bơm chính, các lưới chắn rác, điều khiển đóng mở các van Các bơm kỹ thuật thì điều khiển tại trạm bơm

Các thông số cần hiển thị tại phòng điều khiển trong trạm bơm và phòng điều khiển trung tâm trong nhà máy:

- Điện áp của các hệ thống : trung áp 6KV và hạ áp 0,4KV

- Công suất, cosử của trạm

- Dòng điện của tủ phân phối chính và 3 bơm chính

- Nhiệt độ động cơ, nhiệt độ ổ trục động cơ, thời gian chạy của 3 bơm chính

- áp lực làm việc của 3 bơm chính

- Tốc độ hoặc tần số của bơm được điều khiển bằng biến tần

- Lưu lượng tổng của 3 bơm (11F01) (bao gồm lưu lượng tức thời và lưu lượng tích luỹ)

- Độ mở % của van điều khiển lưu lượng (van 2V44)

- Các trạng thái đóng, mở của các van điện

- Hiển thị mức nước trước và sau lưới chắn rác

- Hiển thị mức nước, phân tích chất lượng nước tại công trình thu trạm bơm hồ

- Hiển thị báo lỗi và chẩn đoán lỗi: Qúa tải, qúa nhiệt của các bơm và các thiết bị, tín hiệu báo mức cao, mức thấp của mực nước, áp lực cao và áp lực thấp, mất nước làm mát, mất lưu lượng của các bơm chính

b Quy trình điều khiển các bơm chính:

Các bơm chính

Trong trạm có 3 bơm li tâm trục ngang ( 2P01 – 2P03) thay nhau hoạt động theo các chế độ làm việc: 1 bơm chạy, 2 bơm chạy đồng thời và 1 bơm dự phòng

- Điều kiện khởi động bơm:

+ Trong mỗi hầm chứa nước đặt bơm đều có thiết bị đo mực nước bằng siêu âm truyền

về bộ điều khiển, khi mực nước dưới mực nước chết thì không khởi động được bơm, hoặc phải lập tức ngừng bơm (giá trị của mức này sẽ được tính cụ thể tại hiện trường khi lắp đặt xong bơm)

+ Đủ nước làm mát ổ trục bơm và trong khi bơm chạy, nếu mất nước làm mát bơm sẽ phải dừng ngay

+ Các động cơ được bảo vệ chống lại quá tải, quá nhiệt (Các động cơ điện có các cảm biến nhiệt độ trong cuộn dây Stator)

- Khi các điều kiện khởi động đã được đảm bảo đầy đủ, Trình tự khởi động và dừng bơm trong Trạm bơm hồ Đầm Bài tuân theo trình tự sau:

- Ngoài các điều kiện phải tuân thủ về điện áp, dòng điện, đảm bảo an toàn về điện cần tuân thủ quy trình sau :

*Van ở ống đẩy chung D1600 2V44 đang ở tình trạng mở, van đầu hút của bơm đang ở vị trí mở Van đầu đẩy của bơm đang ở trạng thái đóng Mực nước tại hố thu

cao trên mực nước chết Bơm đã được mồi đầy (được nhận biết bằng đầu dò PDS), nếu không thì mở van xả khí của bơm để mồi bơm

* Khởi động cho động cơ chạy sau thời gian (khoảng 5 đến 20 giây) cho bơm chạy ổn định thì mở van trên đường ống đẩy của bơm để đưa nước vào ống dẫn chung D1600 Nếu sau khi mở van đẩy khoảng 10-20 giây mà không có lưu lượng ra thì bơm

sẽ lập tức phải dừng và hệ thống báo sự cố mất lưu lượng

* Khi dừng bơm, đầu tiên đóng van trên đường ống đẩy, đến khi van gần đóng hết thì ngắt điện cho động cơ dừng, sau đó mở van xả khí trên đỉnh bơm để bơm luôn trong tình trạng mồi đầy

Chế độ vận hành các bơm chính trong Trạm bơm hồ Đầm Bài như sau:

Trạm bơm nước hồ Đầm Bài được thiết kế với công suất 320.000 m3 nước / ngày gồm

có 2 bơm chạy và 1 bơm dự phòng

Các bơm được điều khiển bằng máy biến tần để điều khiển tốc độ để điều khiển lưu lượng nước bơm vào nhà máy xử lý Trong trường hợp biến tần hỏng, các bơm sẽ vận hành trực tiếp

Tốc độ của các bơm điều khiển bằng biến tần có thể điều khiển bằng hai chế độ, bằng tay hoặc tự động ở chế độ bằng tay, tốc độ của Biến tần sẽ có khả năng điều khiển ở phòng điều khiển trạm bơm hoặc ở phòng điều khiển trung tâm trong nhà máy

Ở chế độ tự động, Tốc độ biến tần sẽ được điều khiển theo cách mô tả như sau

Tự động điều khiển lưu lượng ở Trạm bơm hồ Đầm Bài:

Điều khiển lưu lượng tại Trạm bơm hồ Đầm Bài sẽ chia ra các trường hợp sau:

- Trong trường hợp lưu lượng sử dụng của hệ thống > 300.000 m3/ngđ: Trạm

bơm sẽ vận hành hết công suất với lưu lượng không đổi Hệ thống cấp nước sẽ điều hòa lưu lượng bằng bể chứa trung gian và van điều khiển tại đầu ra bể chứa (xem quy trình điều khiển của bể chứa)

- Trong trường hợp lưu lượng sử dụng của hệ thống ≤ 300.000 m3/ngđ: hệ thống

có thể tự động điều khiển lưu lượng bằng cách thay đổi số bơm chạy và tốc độ của bơm điều khiển bằng biến tần để duy trì mực nước ở bể chứa trung gian ở mức đã đặt trước

Trong trường hợp cả hai bơm được điều khiển bằng biến tần: Đầu tiên hệ thống sẽ

khởi động một bơm trước, nếu lưu lượng sử dụng tăng làm cho mức nước trong bể chứa giảm thấp hơn mức nước đặt trước, hệ thống sẽ tự động tăng tốc độ của bơm chạy bằng biến tần để duy trì mức nước trong bể chứa ở mức đặt trước Nếu tốc độ của bơm biến tần đã đạt max mà mực nước trong bể vẫn thấp hơn mức nước đặt trước, hệ thống

sẽ tự động khởi động bơm thứ hai và sẽ điều chỉnh tốc độ của cả hai bơm cho phù hợp Lúc này cả hai bơm được vận hành cùng tốc độ và được điều khiển tốc độ để duy trì mức nước trong bể chứa ở mức đặt trước

Nếu tốc độ của cả hai bơm biến tần đã giảm đến giá trị min cho phép mà mức nước trong bể chứa vẫn cao hơn mức nước đặt trước, hệ thống sẽ dừng một bơm và tăng tốc

độ của bơm còn lại lên tương ứng

Trong trường hợp một biến tần bị hỏng: Bơm điều khiển bằng biến tần sẽ được khởi

động trước Nếu lưu lượng sử dụng tăng làm cho mức nước trong bể chứa giảm thấp hơn mức nước đặt trước, hệ thống sẽ tự động tăng tốc độ của bơm chạy bằng biến tần

để duy trì mức nước trong bể chứa ở mức đặt trước Nếu tốc độ của bơm điều khiển bằng biến tần đã đạt tốc độ max nhưng mực nước trong bể vẫn thấp hơn mức nước đặt trước, hệ thống sẽ tự động khởi động trực tiếp bơm thứ hai và tốc độ của bơm biến tần

sẽ được điều chỉnh cho phù hợp Lúc này hệ thống sẽ vận hành ở chế độ một bơm chạy trực tiếp đầy tải, còn một bơm được điều chỉnh tốc bằng biến tần, tăng hoặc giảm tuỳ theo lưu lượng sử dụng để duy trì mực nước trong bể chứa trung gian ở mức cố định đặt trước

Nếu tốc độ của bơm biến tần đã giảm đến giá trị min cho phép mà mức nước trong bể chứa vẫn cao hơn mức nước đặt trước, hệ thống sẽ dừng bơm chạy trực tiếp và tăng tốc

độ của bơm chạy biến tần lên

Một vấn đề mà các Nhà thầu cần lưu ý là Trạm bơm nước hồ Đầm Bài là Trạm bơm nước thô nên việc thay đổi lưu lượng nước đột ngột có thể sẽ ảnh hưởng đến chất lượng nước do đáp ứng của các hệ thống phía sau như bể lọc, hệ thống châm hoá chất

Bơm chìm làm khô hố thu: có một bơm ký hiệu (2P10) để bơm cạn nước trong hố thu trong trường hợp bảo dưỡng, sửa chữa Là bơm di động, không lắp đặt cố định, đã có

tủ điều khiển kèm theo

1.5 Yêu cầu kỹ thuật cho phần mềm SCADA của nhà máy nước Vinaconex

Hệ thống sẽ được cung cấp cùng với một máy chủ chính và máy dự phòng nơi mà máy

dự phòng phải liên tục được cập nhật và phải tự động vận hành trong vòng 30 miligiây sau khi máy chủ chính gặp trục trặc

Việc đồng bộ hoá cơ sở dữ liệu sau khi phục hồi hệ thống sẽ là tự động có nghĩa là sẽ không cần phải có sự can thiệp thủ công

Nguồn lưu điện (UPS)

Hệ thống sẽ được cung cấp cùng với một UPS có khả năng hỗ trợ tất cả các thiết bị máy tính chính (bộ xử lý trung tâm, đĩa, bộ phận xử lý thông tin…), các bàn vận hành

và máy in lỗi trong khoảng thời gian không dưới 60 phút UPS sẽ được cung cấp để có thể đáp ứng khi tăng 50% tải mà không cần bổ sung thêm phần cứng

Ghi chú: Các dịch vụ thiết yếu, ví dụ như UPS, máy phát điện và an toàn… phải được giám sát bởi hệ thống SCADA

c) Mạng luới truyền thông bao gồm:

Truyền thông tới tất cả các PLC trên hiện trường Tất cả thiết bị từ xa

Thiết bị được nêu chi tiết trong đặc tính kỹ thuật cụ thể

Lưu dữ liệu

Mỗi trạm chủ sẽ được cung cấp cùng với các thiết bị lưu giữ sau:

d) Bộ nhớ RAM - để lưu giữ cơ sở dữ liệu “thời gian thực”/ tức thời

e) Đĩa cứng - để lưu giữ cấu hình hệ thống, sơ đồ mimic và cơ sở dữ liệu tại chỗ trong thời gian ngắn (70 ngày):

Các điểm thay đổi trạng thái của các đầu vào ra số Các giá trị tương tự trong mỗi khoảng thời gian 15 phút Các giá trị chuyển đổi

f) Đĩa quang học - để lưu giữ các cơ sở dữ liệu không trực tuyến (đã cũ trên 70 ngày), các bản sao dự phòng của hệ thống, chuyển giao dữ liệuv.v

Các trạm vận hành

Các trạm vận hành sẽ là loại Giao diện người và máy (MMI), bao gồm các màn hình LCD 20 inch có khả năng hiển thị đồ hoạ và các chữ số với tối thiểu 64 màu thể hiển phối hợp cận cảnh/hình nền

Mỗi màn hình LCD sẽ có một bàn phím kèm theo riêng rẽ bao gồm một bộ chữ và

số đánh máy tiêu chuẩn QWERTY, có các phím số và phím chức năng đặc biệt, cộng thêm một chuột hoặc bi xoay

Các thiết bị in

Hệ thống sẽ được cung cấp cùng với hai loại thiết bị in:

g) Máy in các sự kiện / lỗi

Để tạo ra sự lưu giữ cứng các sự kiện hoặc lỗi đã xảy ra, là máy in kim tốc độ trung bình Máy có khả năng in được 300 ký tự/giây, 132 ký tự/dòng, đa màu sắc (để phân biệt các lỗi và mức độ cảnh báo từ các sự kiện) và vận hành trên giấy cuộn liên tục

e) Cảnh báo và hiển thị các sự kiện

f) Cấu hình hệ thống và hiển thị bảo dưỡng

Tạo ảnh đơn giản, có thể sử dụng CAD

Ngoài ra, còn có khả năng kết hợp một số biểu tượng bất kỳ trong các sơ đồ mimic khác nhau với một điểm tín hiệu số cụ thể

Tín hiệu tương tự và tích luỹ sẽ được hiển thị bằng:

Giá trị bằng số Biểu đồ thanh

Đồ thị Phải có khả năng hiển thị tất cả 3 loại biến trên sơ đồ mimic Sử dụng việc thay đổi màu để biểu thị thêm thông tin của một điểm ví dụ như nếu một giới hạn cảnh báo

Cảnh báo/Bình thường Cảnh báo số

Cảnh báo giai đoạn 1 (Cao, thấp) Tương tự

Cảnh báo giai đoạn 2 (Cao-cao, thấp-thấp) Tương tự

Liên lạc không thực hiện được Tất cả

Cảnh báo vận hành thủ công bị treo

có thể sử dụng nhiều lần Có thể hiển thị trên bất cứ sơ đồ mimic đơn, những thông tin từ bất cứ đâu trong hệ thống

Các trang trợ giúp

Các trang trợ giúp có sẵn trong hệ thống để hỗ trợ người vận hành giải quyết trong trường hợp nhận được tín hiệu cảnh báo/báo lỗi Các trang này sẽ tuân theo những người quản lý nhà máy và sẽ cung cấp lời khuyên cho nhân viên khi gặp lỗi

Các trang trợ giúp có thể được hiển thị là những trang riêng rẽ được truy cập từ một một sơ đồ mimic hoặc như một cửa sổ được đặt trên một mimic

Biểu đồ

Các dữ liệu ghi theo thời gian được hiển thị bằng biểu đồ theo thời gian với một gốc thời gian lựa chọn được và có khả năng hiển thị 4 biểu đồ cùng một lúc trên cùng một trục, bằng các màu khác nhau

Hệ thống phải dễ sử dụng, với các phương tiện mặc định tự động sao cho chỉ cần một chỉ dẫn tối thiểu được đưa tới hệ thống để có được một biểu đồ

Các đặc điểm yêu cầu:

a) Hiển thị theo cấu hình tạo trước và xu hướng không định trước,

b) Khả năng so sánh các biểu đồ trên các khoảng thời gian khác nhau, ví dụ như lưu lượng của hôm nay so với của ngày hôm qua

c) Đọc giá trị thực tế của biểu đồ tại một điểm thời gian nhất định

d) Khả năng cuộn biểu đồ lên xuống đúng thời gian

e) Khả năng lập tỷ lệ cho mỗi biểu đồ

f) Biểu đồ xu hướng sẽ đưa ra một đồ thị của biến đã chọn đến lần quét cuối cùng, cập nhật khi một giá trị mới nhận được

g) Khả năng tổ hợp một biểu đồ xu hướng như là một đặc điểm của sơ đồ mimic h) Hiển thị bằng đồ hoạ cho cả tín hiệu tương tự và tín hiệu số (kể cả giá trị thực và chuyển đổi) Các tín hiệu số sẽ tạo ra ra một đồ thị dạng sóng hình vuông ví dụ như để chỉ trạng thái một bơm đã khởi động hay đã dừng

Biểu đồ dạng thanh

Các biến tương tự được biểu thị dưới dạng biểu đồ thanh Loại hình này yêu cầu phải có trên sơ đồ mô phỏng mimic, và có thể theo chiều ngang hoặc thẳng đứng, với tỷ lệ có thể lựa chọn được Độ rộng của các thanh phải lựa chọn được sao cho đặc điểm này cũng có thể được sử dụng cho các hạng mục như là thể hiện bằng hình ảnh mức nước của bể

Liệt kê những thông báo lỗi và các chuỗi sự kiện

Tất cả mọi cảnh báo (thông báo lỗi) và sự thay đổi trạng thái (của các tín hiệu số) trong hệ thống sẽ được ghi vào đĩa Có thể gọi lại các thông tin này ra màn hình thông qua một chương trình lựa chọn và phân loại Chương trình này sẽ phân loại

và hiển thị thông tin theo các cơ sở sau:

a) Vùng xử lý

b) Loại hình địa điểm

c) Tên địa điểm

d) Thời gian

e) Số nhận dạng của tín hiệu

f) Trạng thái của tín hiệu (mở/tắt)

g) Tình trạng của cảnh báo (đã xoá, đã được chấp thuận và không được chấp thuận)

h) Các thông báo lỗi hoặc trạng thái xảy ra

Nếu tham số phân loại không được nhập thì sẽ được mặc định là “tất cả”

Hiển thị tham số cài đặt và bảo dưỡng hệ thống

Các thông tin phải được hiển thị một cách hợp lý để hiển thị mọi đặc điểm cài đặt của hệ thống Các hiển thị này sẽ được liên hệ mật thiết với các phương tiện cài đặt của hệ thống SCADA

Kết nối vào và thoát ra khỏi hệ thống

Mỗi người sử dụng hệ thống SCADA sẽ phải kết nối (kích hoạt - log on) trạm của mình vào hệ thống khi muốn thao tác trên hệ thống Hệ thống sẽ được báo trạm nào đang được kết nối (log-on) và quyền truy cập của người sử dụng và do đó cũng sẽ biết là ở đâu để gửi các thông tin liên quan

Các phương tiện để báo lỗi ( cảnh báo)

Khái quát

Các điểm tín hiệu số trong hệ thống phải có khả năng hoạt động hoặc là để báo trạng thái (ví dụ như báo thiết bị đang vận hành hoặc đã dừng) hoặc là để cảnh báo (ví dụ như báo trạng thái bình thường hoặc bị lỗi) Một tín hiệu cảnh báo dạng số

sẽ chuyển sang trạng thái cảnh báo khi nó ở trạng thái logic ‘True’ hoặc ‘0’ như đã cài đặt cho mỗi điểm trong hệ thống, trạng thái ngược lại là tình trạng bình thường Các điểm tín hiệu tương tự sẽ có hai giới hạn cảnh báo cao (cao và rất cao), và hai giới hạn cảnh báo thấp (thấp và rất thấp) Nếu một giá trị tương tự hoặc tăng lên hoặc giảm đi từ giá trị được xem là bình thường, tới trạng thái đầu tiên của giới hạn cảnh báo cao hoặc thấp sẽ tạo ra một cảnh báo mới Nếu giá trị tiếp tục tăng (hoặc giảm) thì sẽ gặp trạng thái thứ hai của giới hạn cảnh báo là rất cao hoặc rất thấp và lại tạo thêm một trạng thái cảnh báo mới

Thứ tự ưu tiên của Cảnh báo

Mỗi cảnh báo phát ra trong hệ thống sẽ được chỉ rõ quyền ưu tiên để chỉ mức độ quan trọng của cảnh báo Trong khi một điểm tín hiệu số sẽ chỉ có một thứ tự ưu tiên, thì một điểm tín hiệu tương tự sẽ có ba Điều này giúp cho việc đặt mức độ quan trọng tương ứng của cảnh báo của giai đoạn 1 và giai đoạn 2 là cao và rất cao (thấp và rất thấp) Thứ tự ưu tiên của cảnh báo được sử dụng kết hợp với ‘lĩnh vực quan tâm’ của người sử dụng đã truy cập vào hệ thống để xác định một cảnh báo mới phát ra ở đâu và khi nào Quyền ưu tiên của cảnh báo sẽ thay đổi theo yêu cầu theo thời gian và ngày

Thể hiện cảnh báo

Các cảnh báo sẽ được phát ra tại các trạm vận hành tương ứng bằng cả hai hình thức nghe và nhìn, và có chu trình chấp thuận rõ ràng Các cảnh báo có quyền ưu tiên cao sẽ được đưa ra để xác nhận trước các cảnh báo có quyền ưu tiên thấp

Lọc tín hiệu báo lỗi

Hệ thống SCADA sẽ có một ‘bộ dụng cụ’ các phương tiện có thể được áp dụng cho các điểm riêng rẽ trong hệ thống để ngăn việc báo lỗi không cần thiết Các phương thức tiêu biểu bao gồm:

tín hiệu tương tự

trễ trước khi phát cảnh báo ban đầu

Khoảng thời gian lặp lại cảnh báo tối thiểu

Chặn các cảnh báo mới nếu các trạng thái khác đang có

Các giá trị trung bình trong PLC

tín hiệu số trễ trước khi phát cảnh báo ban đầu

Khoảng thời gian lặp lại cảnh báo tối thiểu

Chặn lại cảnh báo mới nếu các trạng thái khác đang có

Những người sử dụng, với quyền sử dụng của mình (tức là cấp độ được phép truy cập), sẽ có thể chặn lại một cảnh báo bằng thủ công Việc chặn lại cảnh báo sẽ được ghi vào danh mục sự kiện

Báo lỗi chuyển đổi

Hệ thống SCADA yêu cầu phải có chương trình logic tổng hợp và trình tự, cho phép các tín hiệu kết hợp để tạo nên cảnh báo chuyển đổi Việc này có thể là sự phối hợp giữa các tín hiệu tương tự và số lấy được từ các địa điểm khác nhau (ví dụ một bơm có thể đang chạy bình thường tại một trạm bơm nhưng không có lưu lượng dòng chảy vào các hạng mục liên quan tạo nên một cảnh báo chuyển đổi)

Lưu giữ thông tin quan trọng

Các PLC

Các PLC sẽ lấy mẫu và lưu lại các giá trị thông số tương tự tại các khoảng thời gian được xác định trước để cung cấp khi mất liên lạc Khoảng thời gian này thường là 15 phút nhưng có thể cài đặt được trong khoảng thời gian giữa 1 phút và

24 giờ

Trạm chính

Ngoài các dữ liệu vận hành thô, việc lưu trữ lâu dài các giá trị tối đa/tối thiểu/trung bình của tín hiệu tương tự, giờ bơm chạy v.v sẽ được duy trì Lưu giữ các giá trị sẽ được nêu chi tiết trong Đặc tính kỹ thuật cụ thể

Điều khiển

Điều khiển bằng tay

Có thể thực hiện các thao tác điều khiển (ví dụ như điều khiển khởi động/dừng bơm từ xa) từ bất kỳ bàn điều khiển vận hành nào Việc truy cập điều khiển sẽ được giới hạn bằng quyền truy cập của mỗi người qua các mã cá nhân đối với những người vận hành khác nhau (xem phần Truy cập Hệ thống)

Việc đưa ra các hướng dẫn điều khiển sẽ có quyền ưu tiên hơn việc quét kiểm tra lỗi

Thời gian ngừng của thiết bị đầu cuối

Khi một thiết bị đầu cuối được sử dụng với mục đích điều khiển, nó phải được kết nối riêng biệt cho chức năng đó Nếu nó không được sử dụng trong khoảng thời gian mà người sử dụng có thể đặt được (ví dụ như 5 phút) ở chế độ này, nó sẽ tự động chuyển sang chế độ chỉ hiển thị Sẽ có một thông báo được đưa ra trong vòng

1 phút trước khi thiết bị tự động ngắt (log off)

Nhật ký Hệ thống

Một bộ nhật ký sẽ được lưu giữ trên đĩa của hệ thống ghi lại mọi thao tác vận hành,

ví dụ như việc xác nhận cảnh báo hoặc các thao tác điều khiển đã thực hiện trên hệ thống Việc lưu giữ sẽ bao gồm các thông tin:

a) Thời gian và ngày

Công tác xử lý: công suất phát của ngày hôm trước

Các cảnh báo đã có trong đêm

f) Năm nhuận

Mọi dữ liệu sẽ được truy cập tại GMT/UCT + X giờ (số giờ được thoả thuận, nhưng được hiển thị tự động theo giờ địa phương tương ứng được điều chỉnh)

Việc tạo cơ sở dữ liệu của hệ thống

Hệ thống sẽ được cung cấp cùng với các phương tiện an toàn và có đặc quyền để xây dựng cơ sở dữ liệu trực tuyến trên mạng tức là không cần thiết phải dừng các phương tiện quét và báo lỗi Bất kỳ cấu hình nào cũng không được đưa vào cơ sở

dữ liệu hoạt động cho tới khi được hoàn thiện, thẩm tra và cho phép của người sử dụng Cần phải có một quy trình thẩm tra tin cậy để tránh việc tạo ra các tập tin (file) không hợp lệ và việc xoá các tập tin đang sử dụng

Thời gian đáp ứng của hệ thống

Hệ thống được cung cấp theo hợp đồng này sẽ đáp ứng các tiêu chí vận hành sau (Nhà thầu sẽ trình thời gian đáp ứng của mỗi hệ thống phụ và của toàn bộ hệ thống):

2 Từ lúc thay đổi trạng thái được phát hiện

bởi máy gửi tin tới lúc cập nhật vào cơ

sở dữ liệu của hệ thống SCADA

0.5

3 Từ lúc thay đổi trạng thái trong cơ sở dữ

liệu SCADA tới lúc cập nhật vào danh mục cảnh báo

0.5

4 Từ lúc thay đổi trạng thái trong cơ sở dữ

liệu SCADA tới lúc cập nhật lên sơ đồ

0.5

mimic

5 Mọi yêu cầu đối với việc hiển thị sơ đồ

mimic, danh mục cảnh báo và các trang trợ giúp từ khi kết thúc yêu cầu của người vận hành

3

6 Mọi yêu cầu đối với việc hiển thị xu

hướng và danh mục các sự kiện từ khi kết thúc yêu cầu của người vận hành

10

7 Thời gian thực hiện kết xuất màn hình từ

khi kết thúc yêu cầu của người vận hành

30

1.6 Tiêu chuẩn đánh giá chất lượng nước

Xem phụ lục I : Tiêu chuẩn đánh giá chất lượng nước

CHƯƠNG 2 : TÌM HIỂU MẠNG TRUYỀN THÔNG SIMATIC NET VÀ HỆ

THỐNG PCS7

2.1 PHÂN TÍCH LỰA CHỌN GIẢI PHÁP CỦA HÃNG SIEMENS

2.1.1 Giới thiệu hãng sản xuất hệ thống tự động hóa Siemens

Siemens có truyền thống là nhà cung cấp hàng đầu về hệ thống tự động hoá

quá trình và thiết bị đo cho thị trường châu Âu Vài năm gần đây, Siemens đã tiến những bước đi dài trong việc phát triển kinh doanh trong lĩnh vực này trên thị trường toàn cầu qua việc mua lại các công ty khác cũng như thay đổi cơ cấu tổ chức

Mục tiêu của Siemens A&D (Automation & Drives) trong các ngành tự động hoá, truyền động, thiết bị đóng cắt hạ thế, và công nghệ lắp đặt điện là trở thành công

ty dẫn đầu thị trường thế giới, đồng thời mở rộng hoạt động kinh doanh mang lại lợi nhuận cao trong các lĩnh vực này Để đạt được những mục tiêu này công ty đã tăng cường hoạt động trong lĩnh vực tự động hoá quá trình và phát triển phần mềm dùng cho các hệ thống điều khiển phức tạp dựa trên nền tảng Tự Động Hoá Tích Hợp Toàn Diện - TIA

SIEMENS đã nổi lên như là một trong những nhà cung cấp hàng đầu thế giới trong lĩnh vực công nghiệp xử lý - chế biến trên thị trường thế giới, và đặc biệt là tại thị trường Bắc Mỹ Nếu sự phát triển trong lĩnh vực kinh doanh này là thông thường thì công ty sẽ tiếp tục chú trọng phát triển những lĩnh vực chủ chốt trong ngành tự động hóa quá trình với tốc tộ cao hơn tốc độ phát triển trung bình của thị trường Hiện nay

hệ SIMATIC PCS7, trọng tâm của sự phát triển kinh doanh trong ngành xử lý - chế biến của SIEMENS đã khẳng định được “đẳng cấp” trên thị trường và có tính năng linh hoạt cao có thể sánh ngang hàng với bất kỳ hệ thống nào hiện có trên thị trường Hiện tại đã có hàng ngàn hệ SIMATIC PCS7 đã được lắp đặt khắp Châu Âu, Bắc Mỹ, Châu

Á và Nam Mỹ

Hai điểm mạnh của SIEMENS là khả năng đưa hệ tự động hoá rời rạc và tự động hoá quá trình về cùng một môi trường điều khiển và định hướng sở hữu các công

nghệ trọng tâm SIEMENS không phải là một nhà cung cấp PLC đi vào thế giới DCS (Distributed Control System) - Hệ Điều khiển Phân tán hay ngược lại mà SIEMENS đã

có nhiều năm kinh nghiệm trong cả hai lĩnh vực tự động hoá rời rạc và quá trình, do đó

có khả năng đưa cả hai khái niệm điều khiển rời rạc và quá trình vào cùng một môi trường chung dưới nền tảng TIA và SIMATIC

Trên đó SIEMENS đưa ra các giải pháp cho điều khiển mẻ (Batch Control) và giải pháp cho các ứng dụng an toàn (Safety Control) cũng như các kinh nghiệm trong

hệ thống mạng tự động hoá Theo quan điểm định hướng công nghệ thì hệ SIMATIC PCS7 tương thích một cách chặt chẽ với mô hình PAS của ARC và đã chiếm lĩnh vị trí công nghệ trên thị trường một cách nhanh chóng

Xét trên khía cạnh định hướng phát triển công nghệ, SIMATIC PCS 7 hoàn toàn phù hợp với mô hình Tự động hoá quá trình cộng tác (Collaborative Process

Automation System - CPAS) của ARC, và đã nhanh chóng chiếm vị trí cao trên thị trường công nghệ

Tổ chức hoạt động kinh doanh sản phẩm tự động hoá của Siemens

Xét tổng thể toàn bộ công ty, những hoạt động kinh doanh liên quan tới tự động hoá của Siemens mang lại phần lớn doanh thu cho cả tập đoàn Mảng công nghiệp bao gồm Tự động hoá và truyền động (A&D), Dịch vụ và Giải pháp Công nghiệp (I&S – Industrial Solution & Services), Dịch vụ hậu cần & Lắp ráp linh kiện (L&A – Siemens Logistics and Assembly System), Công nghệ dùng cho Toà nhà (SBT – Siemens

Building Technologies)

Trọng tâm của báo cáo này tập trung giới thiệu về mảng Tự động hoá và Truyền động A&D, bao gồm phần cứng và phần mềm tự động hoá công nghiệp A&D thu được lợi nhuận trong tự động hoá quá trình phần lớn từ việc bán các hệ thống tự động hoá quá trình, hệ thống điều khiển mẻ, hệ thống an toàn, thiết bị đo, và phần mềm quản

lý sản xuất

I&S chủ yếu tập trung cung cấp dịch vụ trong suốt vòng đời của một nhà máy

và trang thiết bị hạ tầng cơ sở, từ khâu tư vấn, lên kế hoạch, tới khâu lắp đặt, vận hành

và tích hợp các giải pháp IT, cũng như khâu bảo dưỡng và hiện đại hoá sau này

Hai bộ phận A&D và I&S đảm trách các phân khúc thị trường tự động hoá quá trình Bộ phận I&S thường phụ trách ngành dầu khí, luyện kim, sản xuất giấy và bột giấy, ngành lọc dầu, ngành nước & xử lý chất thải A&D tập trung vào ngành hoá chất, dược phẩm, thực phẩm và đồ uống, thuỷ tinh, sản xuất ô tô, các ngành công nghiệp và ứng dụng chuyên biệt

I&S và A&D liên kết với nhau thông qua bộ phận Giải pháp quá trình PS - Process Solutions, nhằm cung cấp toàn bộ giải pháp cho khách hàng trong tất cả các ngành công nghiệp Ba bộ phận này sẽ tiếp cận khách hàng thông qua một số văn phòng đạt tại các khu vực, ví dụ tại Hoa Kỳ có Siemens Energy and Automation SE&A

Bộ phận Giải pháp Công nghiệp Quá trình PS và ban I&S cung cấp đáng kể dịch vụ cho hoạt động kinh doanh sản phẩm ở bộ phận A&D

Siemens hiện tại đầu tư mạnh mẽ cho ngành công nghiệp quá trình bằng việc thiết lập quan hệ thân thiết với các nhà tích hợp hệ thống (SI) Theo Siemens, động thái này sẽ hỗ trợ mạnh mẽ cho việc phát triển hơn nữa trong tương lai Siemens đã lên chương trình, sẵn sàng cấp chứng nhận cho các nhà tích hợp hệ thống, đào tạo về

chuyên môn để có thể thực hiện các dự án của Siemens

Tự Động Hoá Tích Hợp Toàn Diện thống nhất các quá trình sản xuất của doanh

nghiệp

Mục tiêu của A&D là trở thành hãng số một trên thị trường thế giới cũng như gia tăng lợi nhuận trong mảng tự động hoá, truyền động, thiết bị đóng cắt hạ thế và công nghệ lắp đặt điện Để đạt được điều đó, A&D đang tăng cường hoạt động trong ngành tự động hoá quá trình và phần mềm cho các hệ thống điều khiển phức tạp dựa trên nền tảng TIA TIA là cấu trúc cơ sở, cho phép người sử dụng kết hợp những sản phẩm

trong tự động hoá quá trình và rời rạc của Siemens với chuyên môn về quá trình sản xuất

TIA đem tới công cụ lập trình và cấu hình, giao diện cho người sử dụng, cơ sở quản lý dữ liệu về toàn bộ lĩnh vực tự động hoá TIA cũng đưa ra những cơ sở truyền thông & mạng dựa trên Ethernet và PROFIBUS

2.1.2 Phân tích sự lựa chọn giải pháp và thiết bị hãng siemens

Hệ thống điều khiển giám sát của siemens đã đáp ứng đầy đủ các chỉ tiêu về kĩ thuật, kinh tế

a)Chỉ tiêu về kĩ thuật

Bộ điều khiển S7-300/S7-400H của siemens đã có thể đáp ứng đầy đủ mọi yêu cầu công nghệ Chúng hoạt động tin cậy, tốc độ xử lý cao rất mạnh trong quá trình điều khiển rời rạc, điều khiển trình tự và cả điều khiển quá trình

Khả năng mở rộng rất lớn, mỗi một bộ điều khiển cỡ trung bình có thể mở rộng hàng trục module mở rộng, hàng trăm điểm vào ra Vì vậy mỗi bộ điều khiển trung tâm có thể đảm nhận quá trình điều khiển cả một hệ thống cỡ lớn

Chúng hoạt động rất linh hoạt có thể đóng vai trò là master hoặc slave tùy theo yêu cầu công nghệ bài toán, có giao diện mạng truyền thông có thể kết nối với các thiết

bị thuộc cấp trên và các thiết bị ở cấp dưới

Có rất nhiều chức năng, chuẩn đoán lỗi, rất nhiều chế độ ngắt , có thể thực hiện

ở chế độ dự phòng bằng chương trình Có thể kết nối nhiều thiết bị vào mạng Vừa có thể đóng vai trò là một OPC server và OPC client

Trạm vận hành có thể được xây dựng đầy đủ tất cả các tính năng, giám sát thông

số, cập nhật và lưu trữ dữ liệu một cách liên tục, thực hiện các chức năng cảnh báo, biểu diễn dạng đồ thị bảng biểu và suất ra các bảng báo cáo Phần mềm giao diện

SCADA có thể kết nối với cơ sở dữ liệu SQL server, Micro access, xuất báo cáo bằng Excel

b)Chỉ tiêu về kinh tế

+ Các thiết bị điều khiển giám sát của siemens rất đa dạng về chủng loại, rất phong phú trên thị trường, ứng dụng hầu hết vào tất cả các ngành sản xuất Thiết bị rất

dễ thay thế vì vậy rất thuận tiện trong quá trình bảo trì và sửa chữa

+ Thiết bị được sản xuất hàng loạt, rất nhiều chủng loại khác nhau vì vậy rất dễ lựa chọn chính vì vậy rất kinh tế và thuận tiện Giá cả cũng rất hợp lý

Kết luận: Từ những ưu điểm nổi bật về các chỉ tiêu về kinh tế và kĩ thuật của hãng siemens rất phù hợp cho bài toán công nghệ đặt ra kết hợp với phân tích ưu nhược điểm về các chỉ tiêu của các hãng khác tác giả đã đi đến chọn giải pháp tích hợp hệ thống điều khiển giám sát của hãng siemens

2.2 MẠNG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP CỦA SIEMENS – SIMATIC NET

SIMATIC NET là mạng truyền thông cho phép kết nối với các bộ điều khiển của SIEMENS, các máy tính chủ, các trạm làm việc SIMATIC NET bao gồm các mạng truyền thông, các thiết bị truyền dữ liệu, các phương pháp truyền thông dữ liệu, các giao thức và dịch vụ truyền dữ liệu giữa các thiết bị, các module cho phép kết nối

mạng LAN (CP – Communication Processor hoặc IM – Interface Module)

Với hệ thống SIMATIC NET, SIEMENS cung cấp hệ thống truyền thông mở cho nhiều cấp khác nhau của các quá trình tự động hoá trong môi trường công nghiệp Hệ truyền thông SIMATIC NET dựa trên nhiều tiêu chuẩn quốc tế ISO/OSI (International Standardization Organisation / Open System Interconnection) Cơ sở của các hệ thống truyền thông này là các mạng cục bộ (LANs), có thể thực hiện theo nhiều cách khác nhau: điện học, quang học, không dây hoặc kết hợp cả ba cách trên

Theo các yêu cầu về chức năng các lớp trong tổ chức điều hành, quản lý sản xuất thì mạng công nghiệp được chia thành nhiều cấp bao gồm: cấp điều hành quản lý, cấp phân xưởng, cấp trường và cấp cơ cấu chấp hành – cảm biến - đối tượng Theo phương pháp tổ chức hệ thống như trên SIMATIC cung cấp các loại sub-net sau:

9 Ghép nối giữa hai thiết bị truyền thông một cách trực tiếp hay thông qua driver đặc biệt

9 Có thể sử dụng các thủ tục riêng được định nghĩa truyền kiểu ASCII

Hình 2.1:Cấu trúc mạng truyền thông PPI

2.2.2 Mạng MPI

MPI (Multi Point Interface) là một subnet của SIMATIC Mạng MPI được sử dụng cho cấp trường hay cấp phân xưởng với yêu cầu về khoảng cách giữa các trạm không lớn Mạng chỉ cho phép liên kết với một số thiết bị của SIMATIC như S7/M7 và C7 Thiết lập mạng MPI phục vụ cho mục đích ghép nối một số lượng hạn chế các trạm (không quá 32 trạm) và dung lượng truyền thông nhỏ với tốc độ truyền tối đa là 187,5 Kbps Phương pháp thâm nhập đường dẫn được chọn cho mạng MPI là Token Passing

Mạng MPI có những đặc điểm cơ bản sau:

9 Các thiết bị trong mạng thuộc SIMATIC S7/M7 và C7 vì vậy cho phép thiết lập mạng đơn giản

9 Mạng được thiết lập với số lượng hạn chế các thành viên và chỉ có khả năng trao đổi một dung lượng thông tin nhỏ

9 Truyền thông thông qua bảng dữ liệu toàn cục gọi tắt là GD (Global Data) Bằng phương pháp này cho phép thiết lập bảng truyền thông giữa các trạm trong mạng trước khi thực hiện truyền thông

9 Có khả năng liên kết nhiều CPU và PG/OP với nhau

Các thông số kỹ thuật của mạng MPI:

9 Số trạm cho phép Max 32

9 Phương pháp thâm nhập đường dẫn Token Passing

9 Tốc độ truyền thông Max 187,5 Kbit/s

9 Môi trường truyền dẫn Đôi dây kép có bọc kim chống nhiễu, cáp quang (thuỷ tinh hoặc chất dẻo)

9 Chiều dài lớn nhất của mạng 50 m, với Repeater 1100 m,với cáp quang qua OLM>100 km

9 Cấu trúc mạng (Topology) Đường thẳng, cây, hình sao và vòng tròn

9 Dịch vụ truyền thông Các hàm chức năng của S7Bảng dữ liệu truyền thông toàn cục (GD)

Hình 2.2: Cấu trúc mạng truyền thông MPI

PG