Nghiên cứu xây dựng hệ thống tự động quản lý thất thoát trong mạng cấp nước sạch tại thành phố hồ chí minh,đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên

NCKH SV – ĐH GTVT-CS2 TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI – CS2 BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG QUẢN LÝ THẤT THOÁT TRONG MẠNG CẤP NƯỚC SẠCH TẠI TP-HCM Thuộc nhóm ngành khoa học: Khoa học kỹ thuật HCM, 05/2013 Trang NCKH SV – ĐH GTVT-CS2 TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI – CS2 BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG QUẢN LÝ THẤT THOÁT TRONG MẠNG CẤP NƯỚC SẠCH TẠI TP-HCM Sinh viên thực hiện: 1.Nguyễn Thanh Tuấn 2.Vũ Sơn Nam, Nữ: Nam Nam, Nữ: Nam Dân tộc: Kinh Lớp, khoa: Tự động hóa, Khóa 49 Năm thứ: Ngành học: Tự động hóa Số năm đào tạo:5 Người hướng dẫn: TS Nguyễn Văn Tiềm HCM, 05/2013 Trang NCKH SV – ĐH GTVT-CS2 MỤC LỤC MỤC LỤC Chương : TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1.Đặtvấn đề 1.1.1.Giới thiệu đề tài 1.1.2.Mục tiêu ý nghĩa nghiên cứu 1.1.3.Giới hạn đề tài 1.2 Cơ sở lý luận 1.2.1 Các báo cáo & nghiên cứu giảm thất thoát nước 1.2.2 Ý tưởng cho thiết kế 11 1.2.3 Đề cương chi tiết nghiên cứu 12 1.2.4 Phương pháp nghiên cứu 12 Chương 2: HỆ THỐNG CUNG CẤP NƯỚC SẠCH & BÀI TOÁN GIẢM THẤT THOÁT NƯỚC TRONG MẠNG 14 2.1 Tầm quan trọng nhu cầu sử dụng nước TP.HCM 14 2.1.1 Vai trò nước đời sống người dân 14 2.1.2 Qui mô tốc độ tăng dân số TP.HCM qua thời kỳ 14 2.1.3 Phân tích tình hình biến động dân số TP.HCM 15 2.1.4 Dự báo dân số TP.HCM đến năm 2019 16 2.1.5 Dự báo nhu cầu sử dụng nước TP.HCM 17 2.2 Hệ thống xử lý cung cấp nước TP.HCM 18 2.2.1 Qui trình chung cho nhà máy xử lý nước TP.HCM 19 2.2.2 Mạng lưới cấp nước TP.HCM 20 2.3 Thất thoát nước phương án giải 21 2.3.1 Thất nước gì? 21 2.3.2 Các phương án đề suất áp dụng 23 2.4 Đề xuất phương án giải pháp thực 24 Chương 3: GIỚI THIỆU CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ & THIẾT BỊ SỬ DỤNG TRONG ĐỀ TÀI 26 3.1 Khối điều khiển 26 3.1.1 Khái quát Vi điều khiển Pic 18F4550 26 3.1.2 Khối kết nối máy tính khối điều khiển 28 3.2 Khối điều khiển đóng mở van 29 3.3 Khối giao tiếp RFID – quản lý khách hàng 30 3.3.1 Tổng quan RFID 30 Trang NCKH SV – ĐH GTVT-CS2 3.3.2 Thiết kế giao tiếp RFID 33 3.4 Khối điều khiển Hồng ngoại mơ đóng mở đồng hồ nước 35 3.5 Thiết bị Smartphone 36 Chương 4: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG 38 4.1 Thiết kế mạch điều khiển & giao tiếp với máy tính 38 4.2 Thiết kế mạch đọc hiển thị RFID 40 4.3 Thiết kế mơ điều chỉnh góc mở Van 43 Chương 5: LƯU ĐỒ THUẬT TỐN, CHƯƠNG TRÌNH PHẦN MỀM VÀ CHẠY THỬ NGHIỆM 47 5.1 Lưu đồ thuật toán 47 5.1.1 Lưu đồ thuật toán điều khiển giao tiếp RFID 47 5.1.2 Lưu đồ thuật tốn điều khiển góc mở van theo áp lực 49 5.1.3 Lưu đồ thuật tốn chương trình 50 5.2 Chương trình phần mềm 50 5.3 Chạy thử nghiệm 50 Trang NCKH SV – ĐH GTVT-CS2 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT D DMA District Meter Area DN Diametre nominale L LabVIEW Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench LCD Liquid-crystal display P PIC Programmable Intelligent Computer T TP HCM Thành phố Hồ Chí Minh TDW Thu Duc water I IWA International Water Association R RFID Radio Frequency Identification S SAWACO Sai Gon Water Coporation Trang NCKH SV – ĐH GTVT-CS2 MỤC LỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Mơ hình tổng quan 11 Hình 2.1 Sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý nước 19 Hình 2.2 Qui trình tổng thể nhà máy nước Boo.TDW 19 Hình 2.3 Chia vùng TP HCM 20 Hình 2.4 Tuyến ống phân phối theo vùng 20 Hình 2.5 Quản lý vùng 21 Hình 2.6 Biểu đồ tác động rò rĩ qua thời gian 22 Hình 2.7 Phân bố cảm biến thiết bị theo DMA 24 Hình 3.3 Tổng quan USB PIC 18F4550 29 Hình 3.4 Module cầu H sử dụng FET Relay 30 Hình 3.5 Hoạt động Tag Reader RFID 32 Hình 3.7 Sơ đồ nguyên lý giao tiếp RFID 35 Hình 3.8 Sơ đồ nguyên lý thu Hồng ngoại 36 Hình 3.9 Điện thoại iphone 36 Hình 4.1 Sơ đồ nguyên lý mạch giao tiếp với máy tính 38 Hình 4.2 Hình ảnh thực tế mạch giao tiếp với máy tính 38 Hình 4.3 Kết nối với mạch giao tiếp 39 Hình 4.4 Mạch giao tiếp cơng nghiệp thi công 40 Hình 4.5 Sơ đồ nguyên lý mạch giao tiếp LCD 41 Hình 4.6 Hình thực tế hiển thị 41 Hình 4.7 Sơ đồ chân HT48F06E 42 Hình 4.8 Sơ đồ nguyên lý mạch giao tiếp với HT48F06E 42 Hình 4.9 Thiết kế thực tế giao tiếp RFID 43 Hình 4.10 Mơ hình điều chỉnh độ mở van theo áp lực 44 Hình 4.11 Sơ đồ tổng quát hệ thống 44 Hình 4.12 Mơ hình hồn thiện hệ thống 46 Trang NCKH SV – ĐH GTVT-CS2 DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1: Mức tăng tuyệt đối tỷ lệ tăng dân số TP.HCM qua thời kỳ 15 Bảng 2.2 Thống kê dự bó dân số TP.HCM đến 2019 17 Bảng 2.3 Giá thành nước tham khảo 18 Trang NCKH SV – ĐH GTVT-CS2 Chương1 : TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Đặt vấn đề 1.1.1 Giới thiệu đề tài Có thể nói việc cung cấp nước nhu cầu sử dụng nước TP Hồ Chí Minh diễn chạy đua liệt việc phát triển nguồn nước q trình thị hóa khu vực quận Ở khu vực quận nội thành cũ, dân số tăng lên đáng kể Hai yếu tố làm cho nhu cầu tiêu thụ nước tăng lên nhanh chóng Năm 2001, cần 1.250.000 m3 nước/ngày đáp ứng nhu cầu sử dụng người dân, với nhà máy như: Thủ Đức, Bình An vài sở khai thác nước ngầm cung cấp 847.000 m3/ ngày Năm năm sau (2005), thành phố có thêm nguồn nước từ Nhà máy nước Tân Hiệp, công suất cấp nước đạt tới 1.013.300 m3/ngày đáp ứng 85,34% số hộ dân Quả thật, thành phố có bảy triệu dân với nhiều quận thị hóa nhanh chóng việc cung cấp đủ nước khơng phải điều dễ dàng Phải mười năm với nhiều dự án đầu tư xây dựng cải tạo nguồn nước, đến TP Hồ Chí Minh có sáu nhà máy nước là: Thủ Đức, Tân Hiệp, Trung An, Bình An, Tân Bình, BOO Thủ Đức với tổng cơng suất 1.350.000 m3/ngày Tính đến cuối năm 2011 số hộ dân sử dụng nước khu vực TP.HCM 84,6% Cũng năm 2011 có có thêm 112,324 hộ dân cấp nước Trung bình người cấp 122 lít nước sạch/ngày Hiện tổng lượng nước sản xuất nhà máy đạt 1,6 triệu m3/ngày, Sawaco phấn đấu đến năm 2015 sản xuất 2,4 triệu m3/ngày “An ninh lượng” vấn đề quan tâm từ cấp ban ngành nhà nước Tình trạng thiếu nước diễn hàng ngày, mà theo báo cáo Sawaco ngày địa bàn thành phố, lượng nướcsạch cung cấp cho người tiêu dùng đạt 1.246.000 m3/ngày khoảng 700.000 đồng hồ nước cung cấp nước Trang NCKH SV – ĐH GTVT-CS2 cho 81% hộ dân địa bàn Thì lượng nước thất lên đến gần 40% lượng nước cung cấp (tương đương khoảng 400.000m3 ngày) Nếu tính đơn giá nước thấp định mức 2.700 đồng/m3 số tiền bị thất thu ngày lên đến 1,4 tỷ đồng, năm khoảng 500 tỷ đồng Xuất phát từ khảo sát & báo cáo tình hình thực tế nhóm tác giả thực đề tài: “NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG QUẢN LÝ THẤT THOÁT TRONG MẠNG CẤP NƯỚC SẠCH TẠI TP-HCM” 1.1.2 Mục tiêu ý nghĩa nghiên cứu Trong đề tài nhóm tác giả nghiên cứu, khảo sát thực với mục tiêu áp dụng kiến thức học ghế nhà trường kết hợp với kiến thức thực tế để xây dựng hệ thống tự động quản lý, phát vùng cố rò rỉ mạng lưới cấp nước TP-HCM Hệ thống hoạt động an toàn, phát khắc phục nhanh chóng có cố.Điều khiển áp lực, lưu lượng tuyến ống Chính truyền tải 1.1.3 Giới hạn đề tài Với mục đích đề đề tài nghiên cứu khảo sát để tìm phương án thực phương án lựa chọn nhằm thiết lập nên hệ thống quản lý phát vùng cố rò rĩ mạng lưới cấp nước TP-HCM đồng thời có giải pháp giảm lượng nước thất cách điều chỉnh áp lực, lưu lượng tuyến ống truyền tải Từ nhóm tác giả tiến hành nghiên cứu, khảo sát, thực đạt mục tiêu sau: - Phân tích tình hình thực trạng hệ thống cấp nước TP-HCM - Xây dựng phương án quản lý tự động phát khoanh vùng cố - Phương án lắp đặt phần cứng tổ chức xây dựng phần mềm cho hệ thống nhằm đảm bảo van, động bơm hoạt động an toàn hiệu sở thông tin áp lực-lưu lượng đường ống 1.2 Cơ sở lý luận 1.2.1 Các báo cáo & nghiên cứu giảm thất thoát nước a Trên giới Trang NCKH SV – ĐH GTVT-CS2 Trên giới việc quản lý giảm thất thoát nước trọng từ lâu, nhiều cơng trình nghiên cứu giải pháp đưa thực hiệu Cụ thể châu Á Thái Bình Dương khối Asian, cục cấp nước Băng Cốc ( Thái Lan) thực tốt công việc Với giải pháp đưa thay sửa chữa đường ống cấp nước với đường kính lớn từ DN 500 trở lên, thay loại đồng hồ cấp B hữu cũ loại đồng hộ cấp C có độ xác cao hơn, triển khai khoanh vùng tách mạng để phát điểm rị rĩ điểm bể đường ống có biện pháp khắc phục hiệu Tiếp theo mơ hình quản lý đất nước Philippin ứng dụng phát triển mơ hình với cải thiện đáng kể từ việc quản lý giải pháp chống thất thoát như: - Quản lý áp lực mạng - Khoanh vùng thay thiết bị, đồng hồ cấp C lắp đặc đồng hồ điện từ - Xây dựng phần mềm quản lý việc mua bán nước qua phần mềm Ebuilling Ở Châu Âu việc giảm thất thoát nước lại trọng Tại Đức, cơng ty chun chống thất nước thành lập từ lâu Sewerin, Mikron,… Chuyên cung ứng thực việc tìm khắc phục cố thất rị rĩ nước đường ống chuyển tải hộ dân b Trong nước Việc thực biện pháp giảm thất thoát nước địa bàn thành phố Hồ Chí Minh chưa cụ thể hóa phương pháp Mà thực tế Tổng Công ty Cấp nước Sài Gòn chịu trách nhiệm lập đề án khắc phục thất thoát nước sinh hoạt địa bàn, u cầu xác định lộ trình giảm thiểu tối đa thất thoát nước từ năm 2020 Bên cạnh đó, Sở TN-MT có nhiệm vụ khảo sát trạng khai thác sử dụng nước ngầm, phân loại trường hợp khai thác phép, không phép để có biện pháp xử lý, ngưng khơng cho phép khai thác nguồn nước ngầm khu vực nội thành khu vực có nước máy Theo báo cáo Hội Cấp thoát nước Việt Nam, tỷ lệ thất thoát nước TP HCM đứng đầu nước với gần 500.000 m3 nước ngày Trang 10 NCKH SV – ĐH GTVT-CS2 INC R0 CJNE R0,#43H,XOAY2 RET ;XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX GHI2: MOV A,#080H CALL KTAO CALL DELAY1MS MOV BYTEOUT,#'I' CALL DATA_BYTE MOV BYTEOUT,#'D' CALL DATA_BYTE MOV BYTEOUT,#':' CALL DATA_BYTE MOV BYTEOUT,#' ' CALL DATA_BYTE MOV BYTEOUT,28H CALL DATA_BYTE MOV BYTEOUT,27H CALL DATA_BYTE MOV BYTEOUT,26H CALL DATA_BYTE MOV BYTEOUT,25H CALL DATA_BYTE MOV BYTEOUT,24H CALL DATA_BYTE MOV BYTEOUT,23H CALL DATA_BYTE MOV BYTEOUT,22H CALL DATA_BYTE MOV BYTEOUT,21H CALL DATA_BYTE MOV BYTEOUT,20H CALL DATA_BYTE Trang 68 NCKH SV – ĐH GTVT-CS2 RET ;XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX GIAIMA: MOV A,DULIEU MOV B,#10 DIV AB MOV 20H,B MOV B,#10 DIV AB MOV 21H,B MOV 22H,A MOV A,DULIEU1 MOV B,#10 DIV AB MOV 23H,B MOV B,#10 DIV AB MOV 24H,B MOV 25H,A MOV A,DULIEU2 MOV B,#10 DIV AB MOV 26H,B MOV B,#10 DIV AB MOV 27H,B MOV 28H,A MOV R0,#20H GIAI1: ADD MOV A,@R0 A,#30H MOV @R0,A INC R0 CJNE R0,#29H,GIAI1 RET Trang 69 NCKH SV – ĐH GTVT-CS2 ;XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX XOA: MOV A,#01 CALL KTAO CALL DELAY10MS RET ;XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX GHI: ;MOV A,#080H ;set DDRAM CALL KTAO ;MOV DPTR,#DATAHANG1 CALL WRITE RET ;XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX HANG1: MOV A,#080H ;set DDRAM CALL KTAO ;MOV DPTR,#DATAHANG1 CALL WRITE RET ;XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX HANG2: MOV A,#0C0H ;set DDRAM CALL KTAO ;MOV DPTR,#DATAHANG1 CALL WRITE RET ;xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx $INCLUDE(TV_LCD20.ASM) $INCLUDE(TV_DELAY.ASM) $INCLUDE(TV_PHIM.ASM) ;xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx ; Data bytes ;xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx DATAHANG1: DB ' (*_*)RFID(*_*) ',099h DB ' ;MA 99H LA MA KET THUC HET HANG DATAHANG2: NHAP PASS ',099h Trang 70 NCKH SV – ĐH GTVT-CS2 vannga: DB ' WELCOME ',099h khongdung: db 'THE KHONG DUNG',99h NHAPPASS: DB PASSSAI: DB 'NHAP PASS SAI.',99H PASSDUNG: DB CHONCD1: DB '1:PASS 2:MO',99H CHONCD2: DB '3:DONG 4:THE',99H CHONCD3: DB '3:DONG CUA CHONCD4: DB '4:DOI THE PASSCU: 'NHAN ENTER ',99H DB 'NHAP PASS ',99H '(*.*)PASS OK ',99H ',99H ',99H THANHCONG: DB '(DA THAY DOI)',99H NHAPPASS2: DB 'NHAP PASS LAN 2',99H THATBAI: DB ' SAI ROI ',99H DOITHEMOI: DB 'DUA THE VAO ',99H DOITHEOK: DB '(DOI THE OK)',99H END PHỤ LỤC 3: CHƯƠNG TRÌNH CHÍNH TRÊN PHẦN MỀM LABVIEW Trang 71 NCKH SV – ĐH GTVT-CS2 PHỤ LỤC 4: BẢN VẺ THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN TRẠM BƠM NƯỚC SẠCH Trang 72 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC Độc lập -Tự - Hạnh phúc GIAO THÔNG VẬN TẢI – CƠ SỞ II BÁO CÁO Tiến độ thực đề tài NCKH sinh viên Tên đề tài: NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG QUẢN LÝ THẤT THOÁT TRONG MẠNG CẤP NƯỚC SẠCH TẠI TP-HCM Sinh viên thực hiện: Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Thanh Tuấn Lớp: TDH49 Vũ Sơn Lớp: TDH49 TS.Nguyễn Văn Tiềm Tính cấp thiết: Tìm phương án giảm thất thoát nước cho mạng lưới cung cấp có ảnh hưởng lớn cho kinh tế Việt Nam TP.HCM nói riêng Mục tiêu: - Xây dựng hệ thống tự động quản lý, phát vùng cố rò rỉ mạng lưới cấp nước TP-HCM - Xây dựng phần mềm phân tích đánh giá để đưa thơng tin xử lý cho Valve hay bơm hoạt động với hiệu suất cao Nội dung chính: - Phân tích tình hình thực trạng hệ thống cấp nước TP-HCM - Xây dựng phương án quản lý tự động phát khoanh vùng cố - Phương án lắp đặt phần cứng tổ chức xây dựng phần mềm cho hệ thống nhằm đảm bảo van, động bơm hoạt động an toàn hiệu sở thông tin áp lực-lưu lượng đường ống Kết quả, hiệu dự kiến: - Phân tích tình hình thực trạng hệ thống cấp nước TP-HCM -Xây dựng phương án quản lý tự động phát khoanh vùng cố - Xây dựng mơ hình quản lý áp lực-lưu lượng nước điều khiển độ (góc) mở van theo lưu lượng áp lực đo - Xây dựng phần mềm giám sát lưu lượng-áp lực điều khiển Valve Máy tính Nội dung thực hiện: - Phân tích tình hình thực trạng hệ thống cấp nước TP-HCM - Xây dựng phương án quản lý tự động phát khoanh vùng cố - Xây dựng phần mềm giám sát lưu lượng-áp lực điều khiển Valve Máy tính Kết quả, hiệu đạt được: - Phân tích tình trạng thất thoát nước HCM - Thực xây dựng phần mềm cấu hình phần cứng liên quan TP.Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2013 GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ĐẠI DIỆN NHÓM THỰC HIỆN ĐỀ TÀI Nguyễn Thanh Tuấn BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI – CƠ SỞ II _ ĐỀ CƯƠNG ĐỀ TÀI NCKH SINH VIÊN TÊN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG QUẢN LÝ THẤT THOÁT TRONG MẠNG CẤP NƯỚC SẠCH TẠI TP-HCM Sinh viên thực hiện: 1.Nguyễn Thanh Tuấn 2.Vũ Sơn Giáo viên hướng dẫn: Lớp: TDH49 Lớp: TDH49 TS.Nguyễn Văn Tiềm Năm 2013 ĐỀ CƯƠNG ĐỀ TÀI NCKH SINH VIÊN Họ tên sinh viên: Nguyễn Thanh Tuấn Lớp: TDH49 Vũ Sơn Lớp: TDH49 Điện thoại: 01682368869 Giáo viên hướng dẫn: email:thanhtuanuct2@gmail.com TS.Nguyễn Văn Tiềm Điện thoại: email: Tên đề tài: NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG QUẢN LÝ THẤT THOÁT TRONG MẠNG CẤP NƯỚC SẠCH TẠI TP-HCM TP.Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2013 GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ĐẠI DIỆN NHÓM THỰC HIỆN ĐỀ TÀI Nguyễn Thanh Tuấn PHẦN MỞ ĐẦU I Tính cấp thiết đề tài II Mục tiêu nghiên cứu đề tài : III Các nhiệm vụ yêu cầu đề tài: IV Kết cấu đề tài: NỘI DUNG ĐỀ CƯƠNG CHI TIẾT Chương I: Tổng quan đề tài 1.1 Đặt vấn đề 1.1.1 Giới thiệu đề tài 1.1.2 Mục tiêu ý nghĩa nghiên cứu 1.1.3 Giới hạn đề tài 1.2.Cơ sở lý luận 1.2.1 Các nghiên cứu báo cáo giảm thất thoát nước 1.2.2 Ý tưởng cho thiết kế 1.2.3 Đề cương chi tiết nghiên cứu 1.2.4 Phương pháp nghiên cứu Chương 2: Hế thống cung cấp nước toán giảm thất thoát nước mạng 2.1 Tầm quan trọng nhu cầu sử dụng nước Tp.HCM 2.1.1 Vai trò nước đời sống người dân Tp.HCM 2.1.2 Qui mô tốc độ tăng dân số Tp.HCM qua thời kỳ 2.1.3 Phân tích tình hình biến động dân số Tp.HCM 2.1.4 Dự báo dân số Tp.HCM đến năm 2019 2.1.5 Dự báo nhu cầu sử dụng nước Tp.HCM 2.2 Hệ thống xử lý cung cấp nước Tp.HCM 2.2.1 Qui trình chung cho nhà máy xử lý nước Tp.HCM 2.2.2 Mạng lưới cấp nước Tp.HCM 2.3 Tình trạng thất thoát nước 10 năm gần (2001-2013) 2.4 Đề xuất phương án giải pháp thực 2.5 Giám sát điều khiển hệ thống điều khiển áp lực đường ống 2.5.1 Giám sát điều khiển hệ thống thông qua Smart Phone 2.5.2 Quản lý sở liệu hệ thống SQL Chương 3: Giới thiệu linh kiện, phần tử thiết bị sử dụng đề tài 3.1 Khối điều khiển 3.1.1 Khái quát Vi điều khiển Pic 18F4550 3.1.2 Khối kết nối máy tính Thiết bị điều khiển 3.1.3 Thiết bị Smartphone 3.2 Khối thực thi lệnh 3.2.1 Thiết bị điều khiển hồng ngoại 3.2.2 Khối công suất cho điều khiển mở góc Van 3.3 Kết luận chương Chương 4: Thiết kế thi công 4.1 Thiết kế đồ họa 3D 4.2 Thiết kế mơ hình giám sát điều khiển độ mở góc Van 4.3 Thiết kế mạch 4.4 Kết luận chương Chương 5: Lưu đồ thuật tốn, chương trình phần mềm chạy thử nghiệm 5.1 Lưu đồ thuật toán 5.1.1 Lưu đồ thuật toán điều khiển áp lực đường ống 5.1.2 Lưu đồ thuật toán điều khiển giám sát máy tính Smart Phone 5.1.3 Lưu đồ thuật tốn chương trình 5.2 Chương trình phần mềm 5.3 Qui trình kết chạy thử nghiệm 5.4 Kết luận chương KẾT LUẬN VII Dự kiến tiến độ thực TT CHƯƠNG MỤC TIẾN ĐỘ (tuần) Chương I Tổng quan đề tài Chương II Hế thống cung cấp nước toán giảm thất thoát nước mạng Chương III Giới thiệu linh kiện, phần tử thiết bị sử dụng đề tài Chương IV Thiết kế thi cơng Chương V Lưu đồ thuật tốn, chương trình phần mềm chạy thử nghiệm Kết luận Hoàn thiện đề tài Tổng cộng 15 VIII Tài liệu tham khảo Nguyễn Bá Hải, Lập trình LabVIEW tập 1, Nhà xuất khoa học kĩ thuật,2011 Nguyễn Viết Nguyên, Giáo trình linh kiện điện tử, Nhà xuất giáo dục, 1999 Phạm Quốc Hải, Hướng dẫn thiết kế điện tử công suất, Nhà xuất khoa học kĩ thuật, 2009 TP.Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2013 GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ĐẠI DIỆN NHÓM THỰC HIỆN ĐỀ TÀI Nguyễn Thanh Tuấn NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG QUẢN LÝ THẤT THOÁT TRONG MẠNG CẤP NƯỚC SẠCH TẠI TP-HCM Nguyễn Thanh Tuấn Vũ Sơn Trường Đại học Giao thông Vận tải – Cơ sở II e-Mail: thanhtuanuct2@gmail.com Tóm tắt Chữ viết tắt Nhu cầu sử dụng nước ngày thiếu cá nhân hoạt động xã hội Tại TP.HCM Sawaco (Tổng cơng ty cấp nước Sài Gịn) đơn vị chủ quản mua bán nước hàng năm phải chịu thất thoát hàng ngàn m3 nước nhiều nguyên nhân: thất thoát tuyến ống, áp lực mạng cung cấp phân phối….làm thất thu nhà nước hàng chục tỉ đồng Chính việc quản lý áp lực mạng phịng chống thất nước vấn đề lớn khơng ngành nước mà cịn vấn đề toàn xã hội Một yêu cầu đặt làm để quản lý đảm bảo áp lực hạn chế thất thoát nước cách thấp Đứng trước tình hình đó, đề tài nghiên cứu tác giả tìm hiểu đưa giải pháp tối ưu quản lý áp lực mạng lưới cấp nước Đó kết hợp hệ thống thiết bị quản lý áp lực đường ống với cơng tác phân vùng dị tìm sửa chữa rị rỉ Với hệ thống thiết kế, điểm bất thường(Critical Point) mạng phân phối đặt cảm biến (Sensor) để xác định áp lực tuyến ống phân phối lưu lượng dòng chảy thời điểm khác ngày Những tín hiệu cảm biến đặt điểm bất thường gửi tín hiệu trung tâm điều khiển hệ thống (Control center System) nhiều hình thức :sóng vơ tuyến, ADSL…., trung tâm điều khiển chương trình xử lý phân tích tín hiệu, trạng thái điểm bất thường mạng Kết hợp với liệu từ việc bán nước DMA (Tiểu vùng mạng phân phối) để đưa lệnh điều khiển đóng mở góc van (Valve) điểm đầu DMA đồng thời thực việc giảm áp lực trạm bơm cấp (Trạm bơm cung cấp nước vào mạng lưới) Với việc thông tin liên kết nơi cung cấp nơi tiêu thụ việc giảm thất thoát nước đường ống phân phối cải thiện đáng kể Ký hiệu Ký hiệu Đơn vị Ý nghĩa Tích phân Sawaco Tổng cơng ty cấp nước Sài Gòn DMA District Meter Area DN Diametre nominale Phần mở đầu Tổng công ty cấp nước Sài Gòn đơn vị quản lý giá bán nước TP.HCM, chịu trách nhiệm điều chỉnh giá nước tiêu thụ theo quí, năm Giá nước áp dụng cho đối tượng sinh hoạt Mức tiêu thụ Giá (VNĐ/m3) Năm 2010 Năm 2011 Dưới m3/người/tháng 4.000 4.400 Trên m3 đến 67.500 8.300 m3/người/tháng Trên m3/người/tháng 10.000 10.500 Giá nước áp dụng cho đối tượng không sinh hoạt Đối tượng tiêu thụ Giá (VNĐ/m3) Năm 2010 Năm 2011 Đơn vị sản xuất 6.700 7.400 Cơ quan, đoàn thể hành chính7.100 8.100 nghiệp Đơn vị kinh doanh, dịch vụ 12.000 13.500 Trong đề tài “ Nghiên cứu xây dựng hệ thống tự động quản lý thất thoát mạng cấp nước TP.HCM” mà tác giả nghiên cứu triển khải góp phần cơng việc giảm thất nước TP.HCM, nhân rộng mơ hình cho Chi cục cấp nước vùng Nước Với hệ thống tính tốn, thiết kế áp lực điểm đầu vào- áp dụng cơng nghệ Tự động hóa giúp kiểm sốt vận hành hiệu lượng nước cung cấp mạng Hình1: Mơ hình chung mạng phân phối nước bố trí thiết bị Báo cáo nghiên cứu khoa học 2013 Nội dung 1.1 Phân tích thất nước TP.HCM Tính đến cuối năm 2011 số hộ dân sử dụng nước khu vực TP.HCM 84,6% Cũng năm 2011 có có thêm 112,324 hộ dân cấp nước Trung bình người cấp 122 lít nước sạch/ngày Hiện tổng lượng nước sản xuất nhà máy đạt 1,6 triệu m3/ngày, Sawaco phấn đấu đến năm 2015 sản xuất 2,4 triệu m3/ngày Nhưng theo báo cáo Tổng giám đốc Sawaco hội nghị tổng kết hoạt động ngành nước năm 2011 tỉ lệ thất nước HCM cịn cao 38,42% Đây số cao so với mặt thất thoát nước Việt Nam Mỗi năm số lượng hộ dân người sử dụng nước ngày tăng cao, lượng nước thất thoát năm ảnh hưởng lớn đến việc điều chỉnh giá bán nước TP.HCM Việc thống kê thất thoát nước lượng nước cung cấp vào mạng, lượng nước tiêu thụ thất tính theo tháng để có đánh giá chi tiết cụ thể cho khu vực DMA hay CMA Tiêu thụ hợp pháp 310.215m3 (76,00%) Lưu lượng ñầu vào hệ thống 408.173m3 (100%) Thất nước 97.958m3 (24,00%) Tiêu thụ hợp pháp có hóa đơn 308.066m3 (75,47%) Tiêu thụ hợp pháp khơng có hóa đơn 2.149m3 (0,526%) Thất thương mại 0m3 (0%) Tiêu thụ có đồng hồ đo, có hóa đơn 308.066m (75,47%) Tiêu thụ khơng có đồng hồ đo, có hóa đơn 0m3(0,00%) Nước có doanh thu 308.066m3 (75,47%) Tiêu thụ có đồng hồ đo, khơng có hóa đơn 2.149m3(0,53%) Tiêu thụ khơng có đồng hồ đo, khơng có hóa ñơn m3(%) Tiêu thụ bất hợp pháp m3(0%) Nước doanh thu 100.107m3 (24,53%) Sai số đồng hồ khách hàng lỗi xử lý liệu 0m3(0%) Tỷ lệ nước rò rỉ 97.958m3(24,00%) Tháng 6: Nước NRW:25,48%; Nước rò rỉ: 25,02% Hình 2: Bảng cân nước theo tháng Dựa vào hóa đơn ghi nhận tiêu thụ nước khu vực Sawaco tính tốn ghi nhận lượng nước thất để có kết doanh thu cho CMS hay DMA Chính việc tìm phương án giảm thất thoát nước mạng cung cấp Việt Nam nói chung TP.HCM nói riêng chủ đề quang tâm hội nghị ngành nước Chi cục cấp nước Miền Nam, Miền Trung Miền Bắc Tìm phương án giảm thất nước cho mạng lưới cung cấp có ảnh hưởng lớn cho kinh tế Việt Nam TP.HCM nói riêng 1.2 Phương án triển khai Trên cở sở khảo sát trạng, hóa đơn Sawaco Nguyên nhân gây nên tổn thất mạng cấp nước nhiều lý chủ yếu lý sau: - Thất thoát đường ống cũ: rĩ, bể… - Áp lực đường ống không ổn định - Thông tin quản lý giám sát lượng nước cung cấp tiêu thụ DMA cịn chậm Qua lý Tác giả đề xuất phương án sau: - Xây dựng hệ thống tự động quản lý, phát vùng cố rò rỉ mạng lưới cấp nước TP-HCM - Phần mềm phân tích đánh giá để đưa thơng tin xử lý cho Valve hay bơm hoạt động với hiệu xuất cao - Quản lý tiêu thụ nước qua hình thức trả tiền trước Kết dự kiến thực đề tài: - Phân tích tình hình thực trạng hệ thống cấp nước TP-HCM - Xây dựng phương án quản lý tự động phát khoanh vùng cố - Xây dựng mô hình quản lý áp lực-lưu lượng nước điều khiển độ (góc) mở van theo lưu lượng áp lực đo - Xây dựng phần mềm giám sát lưu lượng-áp lực điều khiển Valve Máy tính 1.3 Xây dựng hệ thống 1.3.1 Quản lý khách hàng qua RFID a) Thành phần hệ thống RFID Một hệ thống RFID bao gồm thành phần sau : • Tag: thành phần bắt buộc hệ thống RFID • Reader: thành phần bắt buộc • Reader anten: thành phần bắt buộc Một vài reader hành ngày có sẵn anten • Mạch điều khiển (Controller): thành phần bắt buộc Tuy nhiên, hầu hết reader có thành phần gắn liền với chúng Hình 3: Sơ đồ hệ thống RFID Hình 4: Hính ảnh thực tế hệ thống RFID b) Kết nối hệ thống RFID với phần mềm quản lý Từ hệ thống nhận dạng thông tin khách hàng, thông tin giá hạng mức sử dụng tài khoản phần mềm quản lý giám sát Việc quản lý thông tin khách hàng qua mạng lưới liên kết tạo kênh kết nối liên tục đơn vị cấp nước khách hàng Đảm bảo mục tiêu nước cung cấp 24/24 Bộ điều khiển thiết kế Vi điều khiển PIC 18F4550 hãng Microchip Hình 7: Sơ đồ mạch điều khiển Hình 5: Giao diện phần mềm quản lý khách hàng 1.3.2 Điều chỉnh áp lực mạng lưới Qua trình nghiên cứu hoạt động nhà máy xử lý nước địa bàn TP HCM nhóm tác giả nhận thấy việc quản lý áp lực mạng điều quan trọng nhằm mục đích: - Giảm thất hao tổn mạng lưới cung cấp - Tiết kiệm vận hành hiệu trạm bơm cấp II nhà máy xử lý nước Trong đề tài nhóm tác giả nên lên phương án điều chỉnh góc mở Van theo áp lực nước mạng phân phối Tác giả lựa chọn việc điều khiển Van thay vào việc điều chỉnh tốc độ hoạt động Bơm Việc điều chỉnh Van theo thuật tốn PID mà nhóm tác giả lựa chọn có hiệu suất cao hơn: - Tại trạm bơm cấp II việc đóng mở Van liên động đến việc chạy dừng bơm Việc chạy dừng bơm hao tổn nhiều điện tượng nước Va thường hay xảy - Điều khiển đóng Van giúp đường ống khơng chịu tượng trống khí Với thuật tốn PID kinh điển mà nhóm tác giả đưa có kết hợp với việc thiết lập thông số m=(Kp+ B)/Kp Giúp việc điều chỉnh góc mở van đạt yêu cầu cao Hình 8: Sơ đồ điều khiển Van Hệ thống viết ngôn ngữ LabVIEW nên khả tiếp cận điều khiển tương đối dễ dàng Để ứng dụng hệ thống nhiều máy tính khác nhau, hệ thống biên dịch thành file.exe Kết luận Với hệ thống xây dựng giúp việc quản lý thất thoát nước dựa vào áp lực đo đường ống hiệu chỉnh độ mở Valve trạm phân phối nước vào mạng cấp nước chung thành phố Đề tài dừng lại việc mô nêu lên công nghệ giúp việc quản lý nước thất thoát DMA Hạn chế đề tài chưa thực thực tế áp lực đường ống tín hiệu áp lực nhận từ cảm biến để điều khiển lưu lượng nước thích hợp cách đóng mở Van hợp lý Nhưng với ý tưởng phương pháp đề tài đưa giải pháp cơng nghệ giúp ích việc quản lý lượng nước thất thành phố Hồ Chí Minh nói riêng việc chống thất nước nói chung Tài liệu tham khảo [1] [2] [3] Hình : Sơ đồ cấu hình điều chỉnh Van Trường Đại học Giao Thông Vận Tải – CS2 Nguyễn Bá Hải, Lập trình LabVIEW tập 1, Nhà xuất khoa học kĩ thuật,2011 Nguyễn Viết Nguyên, Giáo trình linh kiện điện tử, Nhà xuất giáo dục, 1999 Phạm Quốc Hải, Hướng dẫn thiết kế điện tử công suất, Nhà xuất khoa học kĩ thuật, 2009 Bản tin từ SAWACO, www.sawaco.com