DTCB2007 11 Baocaotongket doc Bé c«ng th−¬ng viÖn nghiªn cøu ®iÖn tö, tù ®éng, tin häc hãa B¸o c¸o tæng kÕt ®Ò tµi cÊp bé n¨m 2007 nghiªn cøu thiÕt kÕ, chÕ t¹o vµ thö nghiÖm hÖ thèng kiÓm so¸t tù ®éng[.]
Bộ công thơng viện nghiên cứu điện tử, tự động, tin học hóa Báo cáo tổng kết đề tài cấp năm 2007 nghiên cứu thiết kế, chế tạo thử nghiệm hệ thống kiểm soát tự động ô nhiễm nớc thải từ khu công nghiệp Chủ nhiệm đề tài: Ths trịnh hải thái 6934 04/8/2008 hà nội - 2007 BỘ CÔNG THƯƠNG VIỆN NC ĐIỆN TỬ, TIN HỌC, TỰ ĐỘNG HÓA —–˜&™—– BÁO CÁO KẾT QUẢ THỰC HIỆN NHIỆM VỤ BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG NĂM 2007 Tên nhiệm vụ: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG KIỂM SỐT TỰ ĐỘNG Ơ NHIỄM NƯỚC THẢI TỪ CÁC KHU CÔNG NGHIỆP (Mã số: 38.07/HĐMT-KHCN.) Chủ nhiệm nhiệm vụ: Đơn vị chủ trì: Các quan phối hợp chính: Trịnh Hải Thái Viện NC Điện tử, Tin học, Tự động hóa Cơng ty CP Bia Thanh Hoá, Hà Nội-Hải Dương, Hà Nội – 12/2007 DANH SÁCH CÁN BỘ THAM GIA THỰC HIỆN ĐỀ TÀI STT Họ tên Đơn vị công tác Trịnh Hải Thái Viện NC Điện tử, Tin học, Tự động hóa Trần Văn Tuấn Viện NC Điện tử, Tin học, Tự động hóa Nguyễn Tuấn Nam Viện NC Điện tử, Tin học, Tự động hóa Tạ Văn Nam Viện NC Điện tử, Tin học, Tự động hóa Đinh Đức Chính Viện NC Điện tử, Tin học, Tự động hóa Phạm Chí Cơng Viện NC Điện tử, Tin học, Tự động hóa Nguyễn Thị Hương Lan Viện NC Điện tử, Tin học, Tự động hóa Phạm Thùy Dung Viện NC Điện tử, Tin học, Tự động hóa Bùi Đức Thắng Viện NC Điện tử, Tin học, Tự động hóa 10 Phạm Hùng Cường Viện NC Điện tử, Tin học, Tự động hóa 11 Lê Thanh Bình Viện NC Điện tử, Tin học, Tự động hóa MỤC LỤC Chương - TỔNG QUAN VỀ NHIỆM VỤ .4 Cơ sở pháp lý/ xuất xứ nhiệm vụ Tính cấp thiết mục tiêu nghiên cứu nhiệm vụ 2.1 Tính cấp thiết 2.2 Mục tiêu nghiên cứu 5 Đối tượng thụ hưởng hiệu kinh tế-xã hội nhiệm vụ Phương pháp thực Nội dung/phạm vi nghiên cứu .6 Tổng quan tình hình nghiên cứu nước Tổng quan tình hình nghiên cứu ngồi nước .7 Kết khảo sát thực tế điều tra Tổng kết yêu cầu kỹ thuật hệ thống 18 Chương - THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỆ THỐNG 19 Mơ hình hệ thống 19 Thiết kế chế tạo trạm trường .20 2.1 Tổng quan thiết kế chế tạo phần cứng 20 2.2 Thiết kế chế tạo Main Board 22 2.3 Thiết kế chế tạo khối mạch xử lý trung tâm 26 2.4 Thiết kế chế tạo khối truyền thơng với máy tính 27 2.5 Thiết kế chế tạo lưu trữ chỗ .27 2.6 Thiết kế chế tạo khối LCD – bàn phím – đèn báo .28 2.7 Thiết kế chế tạo phần mềm trạm trường 30 2.8 Thiết kế chế tạo transmitter pH .35 Khối khuếch đại 37 Khối ADC, DAC vi xử lý 39 Khối chuyển đổi điện áp – dòng điện 42 Yêu cầu phần mềm 43 Thiết kế phần mềm .43 2.9 Thiết kế chế tạo Transmitter DO (dissolved oxygen) 44 Đầu đo DO 44 Khối khuếch đại tín hiệu DO 45 Khối AD, DA vi xử lý .45 Khối chuyển đổi điện áp sang 0/4-20 mA 46 Khối khuếch đại 46 Khối ADC, DAC vi xử lý 47 Khối chuyển đổi điện áp – dòng điện 50 Yêu cầu phần mềm 51 Thiết kế phần mềm .51 2.10 Thiết kế chế tạo Transmitter NO3 .52 Đầu đo NO3 .52 Khối khuếch đại tín hiệu NO3 .53 Khối AD, DA vi xử lý .53 Khối chuyển đổi điện áp sang 0/4-20 mA 53 Khối khuếch đại 53 Khối ADC, DAC vi xử lý 54 Khối chuyển đổi điện áp – dòng điện 56 Yêu cầu phần mềm 57 Thiết kế phần mềm .57 2.11 Thiết kế chế tạo Transmitter Conductivity (độ dẫn) 58 Đầu đo Conductivity 58 Khối khuếch đại tín hiệu Conductivity 59 Khối AD, DA vi xử lý .59 Khối chuyển đổi điện áp sang 0/4-20 mA 59 Khối khuếch đại 59 Khối ADC, DAC vi xử lý 60 Khối chuyển đổi điện áp – dòng điện 61 Yêu cầu phần mềm 62 Thiết kế phần mềm .62 2.12 Thiết kế chế tạo Transmitter Turbidity .64 Xây dựng phần mềm giám sát trung tâm 66 3.1 Truyền thông hệ thống .66 3.2 Phần mềm SCADA 66 Chương - THỬ NGHIỆM 89 Thử nghiệm thực tế 89 KẾT LUẬN 105 LỜI CÁM ƠN 105 TÀI LIỆU THAM KHẢO 106 Tiếng Việt 106 Tiếng Anh 106 PHỤ LỤC 107 Chương - TỔNG QUAN VỀ NHIỆM VỤ Cơ sở pháp lý/ xuất xứ nhiệm vụ Nhiệm vụ “Nghiên cứu thiết kế chế tạo thử nghiệm Hệ thống kiểm sốt tự động nhiễm nước thải từ khu công nghiệp” thực theo: Hợp đồng nghiên cứu khoa học phát triển công nghệ số 38.07/HĐMT-KHCN Bộ Công nghiệp, Bộ Công Thương (Bên A) Viện Nghiên cứu Điện tử, Tin học, Tự động hoá (Bên B) ký ngày 26 tháng 02 năm 2007 Tính cấp thiết mục tiêu nghiên cứu nhiệm vụ 2.1 Tính cấp thiết Tại Việt Nam tình trạng nhiễm mơi trường nước thải công nghiệp gây mức báo động Môi trường nước nhiều đô thị, khu công nghiệp làng nghề ngày bị nhiễm Tình trạng ô nhiễm nước thấy rõ Hà Nội thành phố Hồ Chí Minh Tại Hà Nội, tổng khối lượng nước thải tống sông Nhuệ sơng Đáy 28.500 m3/ngày đêm Trong đó, 96 % nước thải công nghiệp Theo ghi nhận Bộ Tài ngun Mơi trường, có 11 sở xả nước thải sơng có xử lý đạt Tiêu chuẩn Việt Nam Theo TTXVN, "Chỉ có nửa số khu CN, cụm CN phê duyệt báo cáo đánh giá tác động mơi trường (ĐTM) Nhưng khu CN, cụm CN không thực theo báo cáo ĐTM phê duyệt" Các số BOD, oxy hoà tan, chất NH4, NO2, NO3 sông, hồ, mương nội thành vượt quy định cho phép Trên địa bàn thành phố Hồ Chí Minh có hàng trăm sơng ngịi, kênh rạch Mỗi ngày, hệ thống kênh rạch sơng Sài Gịn phải gánh triệu m3 nước thải sinh hoạt, gần 400.000 m3 nước thải công nghiệp; 4.000 – 5.000 rác thải sinh hoạt rác y tế chưa qua xử lý Theo thống kê Uỷ ban nhân dân TP.HCM Ban Quản lý dự án VIE 1702, địa bàn TP có khoảng 800 nhà máy, xí nghiệp lớn 30.000 sở sản xuất có quy mô vừa nhỏ nằm xen lẫn khu dân cư gây nên vấn đề môi trường nghiêm trọng; có 260 sở sản xuất gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng Nguyên nhân công nghệ sản xuất sở sản xuất đóng địa bàn thành phố cịn lạc hậu, trang thiết bị máy móc cịn thiếu đồng Nhưng quan trọng ý thức bảo vệ môi trường chủ doanh nghiệp thấp Nhiều khu vực chất thải công nghiệp từ nhà máy sản xuất thải làm cho dòng kênh bị ô nhiễm nặng Nhiều sở sản xuất giấy, xi măng, chế biến thực phẩm, thiếu biện pháp xử lý nước thải, khí thải nên nguồn nước khơng khí bị nhiễm nặng Khơng Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh mà thành phố khác có nhiễm nước thải công nghiệp nặng nề Khu công nghiệp Thái Nguyên thải nước biến Sông Cầu thành màu đen, mặt nước sủi bọt chiều dài hàng chục số Khu công nghiệp Việt Trì xả ngày hàng ngàn mét khối nước thải nhà máy hoá chất, thuốc trừ sâu, giấy, dệt… xuống Sông Hồng làm nước bị nhiễm bẩn đáng kể Khảo sát số làng nghề sắt thép, đúc đồng, nhơm, chì, giấy, dệt nhuộm Bắc Ninh cho thấy có lượng nước thải hàng ngàn m3/ngày khơng qua xử lý, gây ô nhiễm nguồn nước môi trường khu vực Nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ thống kiểm sốt tự động nhiễm nước thải từ khu cơng nghiệp cấp thiết nước ta chưa có hệ thống kiểm sốt tự động ô nhiễm nước thải công nghiệp phạm vi diện rộng Đo, thu thập xử lý số liệu phần lớn theo phương pháp thủ công dẫn đến tốn nhiều nhân lực, thời gian, khó kịp thời phụ thuộc nhiều vào yếu tố chủ quan người (hiện đáp ứng khoảng 5% nhu cầu kiểm sốt nhiễm nước thải cơng nghiệp) Trong hệ thống kiểm sốt tự động cho phép giám sát thường xun tình trạng nhiễm nước thải từ khu công nghiệp, phát cảnh báo kịp thời cho quan chức để có biện pháp xử lý ngăn ngừa ô nhiễm Mặt khác, hệ thống nhập ngoại có giá thành cao nên sở có khả đầu tư để tự giám sát nguồn nước thải Phát huy nội lực, tự chế tạo hệ thống tiết kiệm đáng kể ngoại tệ cho đất nước hoàn toàn phù hợp chủ chương Đảng NN công nghiệp hố ngành mơi trường phát huy nội lực NCKH&PTCN 2.2 Mục tiêu nghiên cứu Thiết kế chế tạo hệ thống tự động kiểm sốt số thơng số mức độ ô nhiễm nước thải từ khu công nghiệp, làm sở để đưa vào ứng dụng giúp giải vấn đề quản lý bảo vệ môi trường Đối tượng thụ hưởng hiệu kinh tế-xã hội nhiệm vụ Đối tượng thụ hưởng là: - Các quan quản lý môi trường Việt Nam, - Các sở sản xuất có phát nước thải ô nhiễm Hiệu kinh tế - xã hội: Chủ động thiết kế chế tạo làm giảm chi phí ứng dụng (bao gồm chi phí thiết bị chi phí trì hoạt động) sản phẩm khoảng 30% - 50% so với nhập ngoại, góp phần tiết kiệm ngoại tệ cho đất nước doanh nghiệp, đồng thời nâng cao lực đội ngũ làm KHCN nước Hệ thống hỗ trợ có hiệu cho quan quản lý môi trường Việt Nam việc giám sát, ngăn ngừa, xử lý kịp thời ô nhiễm đốc thúc tuân thủ quy định bảo vệ môi trường Một môi trường nhờ tuân thủ qui định giảm chi phí cho dịch vụ chăm sóc sức khỏe đồng thời giảm chi phí lâu dài mà xã hội phải bỏ để làm môi trường Các điều kiện môi trường đạt tiêu chuẩn quốc tế yếu tố quan trọng thúc đẩy xuất khẩu, sản phẩm nông , lâm , thuỷ sản Góp phần nâng cao ý thức tuân thủ luật pháp bảo vệ môi trường sở sản xuất, ý thức giữ gìn bảo vệ nguồn nước, tài nguyên vô hạn trái đất Phương pháp thực Nghiên cứu kết khảo sát điều tra tình trạng môi trường số khu công nghiệp khảo sát thực tế Trên sở để phân tích, nêu yêu cầu kỹ thuật khả áp dụng thực tế hệ thống Tham khảo hệ thống có giới, kết hợp với kết phân tích xu phát triển cơng nghệ liên quan để xây dựng mơ hình hệ thống mang tính mở với nhiều cấp phù hợp với việc ứng dụng cho nhiều giai đoạn Phân tích thiết kế chức hệ thống, quy định chức thành phần phần cứng, phần mềm hệ thống theo hướng mơđun hố Thiết kế chế tạo phần cứng sở mua sẵn sensor , chế tạo số thành phần trạm trường Xây dựng phần mềm quản lý CSDL trung tâm Thử nghiệm đánh giá kết thử nghiệm Nội dung/phạm vi nghiên cứu Nội dung 1:Khảo sát trường khu công nghiệp Chi tiết: Khảo sát trường, thu thập, phân tích yêu cầu khả áp dụng thực tế phục vụ thiết kế, chế tạo sản phẩm Nội dung 2: Phân tích thiết kế hệ thống tự động kiểm sốt nhiễm nước thải từ khu công nghiệp Chi tiết: Thiết kế mơ hình hệ thống, quy định chức phần cứng, phần mềm hệ thống Phần cứng phần mềm xây dựng theo chuẩn quốc tế (chuẩn truyền thơng, chuẩn tín hiệu, CSDL, hệ điều hành) cho phép dễ dàng mở rộng, nâng cấp cần thiết (cụ thể xem Nội dung 3, 4) Nội dung 3: Thiết kế chế tạo trạm trường đo tự động thông số: pH, DO, Temp., Turbidity, Conductivity, NO3 Chi tiết: Lựa chọn sensor, vật tư linh kiện thiết kế chế tạo thành phần phần cứng thực chuyển đổi tín hiệu truyền thơng Trạm trường thiết kế chế tạo để đo thông số kể nước thải sau công đoạn xử lý nước thải tập trung khu CN Thông số kỹ thuật phần cứng trạm trường -06 kênh đo, kênh đo 01 thông số (pH, Conductivity, DO, T, Turbidity, NO3) -Nguồn cấp 220VAC, 50Hz 24VDC -Hiển thị LCD LED -Bàn phím: 04 phím -Giao diện truyền thông RS485 cách ly quang Hỗ trợ MODBUS -Chuyển đổi RS232/RS485 -08 DI 24V, 08 DO 24V/ 0.5A -04 AI dạng tín hiệu 0/4-20mA 0-5V -02 AO dạng tín hiệu 0-20mA 0-5V -01 cịi cảnh báo chỗ Tính phần mềm trạm trường -Hiển thị -Cấu hình tần số lấy mẫu, địa chỉ, thời gian -Đặt ngưỡng cảnh báo -Hiệu chỉnh thông số đo chỗ từ xa -Điều khiển ON/OFF đối tượng bơm/van -Lưu trữ chỗ -Cảnh báo vượt ngưỡng -Truyền thông với PC Nội dung 4: Xây dựng phần mềm giám sát trung tâm Chi tiết: Thiết kế hệ thống phần mềm triển khai viết khối theo chức quy định Lắp đặt chạy thử phịng thí nghiệm hiệu chỉnh Yêu cầu chức phần mềm giám sát trung tâm -Hệ điều hành Windows 2000/XP + IE 6.0 -Cơ sở liệu Access/SQL Server/My SQL -Truyền thông với trạm trường theo chuẩn MODBUS -Giám sát, lưu trữ tự động thông số pH, Conductivity, DO, T, Turbidity, NO3 -Upload liệu lưu trữ trạm trường -Giám sát, điều khiển từ xa -Khả mở rộng: mở rộng quản lý tất thông số theo TCVN 5945:2005 kết hợp thêm chức nhập liệu thủ cơng từ bàn phím theo file chuẩn -Lập báo cáo, thống kê theo yêu cầu Nội dung 5: Thử nghiệm thực tế, hiệu chỉnh đánh giá Tổng quan tình hình nghiên cứu nước Hiện nước chưa có đơn vị chế tạo hệ thống kiểm soát tự động ô nhiễm nước thải từ khu công nghiệp sử dụng thực tế Tuy nhiên số đơn vị Viện Hoá học thuộc Viện KH&CN Việt Nam, Viện Công nghệ môi trường thuộc Viện KH&CN Việt Nam, Trung tâm Hố mơi trường thuộc ĐH Khoa học tự nhiên-ĐH Quốc gia Hà Nội, Đại học Bách Khoa Hà Nội số đơn vị khác nghiên cứu chế tạo sensor đo số thông số nước pH, DO số loại ion, nhiên sản phẩm thiết bị đo tay kết áp dụng nước thải hạn chế độ bền, độ xác Tổng quan tình hình nghiên cứu ngồi nước Bảo vệ môi trường mối quan tâm hàng đầu hầu hết quốc gia giới Tại nước Hàn Quốc, Nhật, Đức, Hà Lan, Bỉ, Singapore, hệ thống kiểm soát tự động ô nhiễm nước thải nghiên cứu đưa vào ứng dụng rộng rãi Các hệ thống có quy mô từ nhỏ đến lớn bao gồm trạm kiểm sốt trường kết nối mạng truyền thơng với trung tâm giám sát từ xa máy tính PC hệ thống máy tính quan quản lý Hệ thống tự động kiểm soát từ xa cho phép đưa tranh toàn cảnh trung tâm giám sát (thường đặt quan quản lý mơi trường) diễn biến tình trạng ô nhiễm nước mà không cần đến tận trường để đo Các trạm kiểm soát trường thường đặt đầu nguồn nước thải phạm vi khu vực (nhà máy, khu công nghiệp, khu dân cư, ) rải rác vùng lãnh thổ rộng lớn Ví dụ Hệ thống kiểm sốt nhiễm mơi trường Yokkaichi (Hình 1) có nhiều trạm trường đặt nhiều địa điểm thành phố thu thập liệu môi trường gửi tới Trung tâm thông tin môi trường thông qua đường kết nối ISDN Trung tâm giám sát trạng môi trường, lưu trữ xử lý liệu thu để đưa cảnh báo kịp thời cho quan chức có nhiễm Hình Mơ hình Hệ thống kiểm sốt nhiễm môi trường Yokkaichi Những hãng lớn sản xuất hệ thống kiểm sốt tự động nhiễm nước thải kể tới HACH, YSI, E+H, ASTi, Global Water, Những thông số đo tự động chủ yếu pH, DO, T, Conductivity, Salinity, Pb, Cd, Cu, Zn, Mn, NO3, NO2, NH4, NH3 Công nghệ đo dùng sensor điện hoá quang học Kết khảo sát thực tế điều tra Nhóm thực tiến hành khảo sát thực tế khu công nghiệp: Tiên Sơn-Bắc Ninh, Phố Nối – Hưng Yên, Nomura - Hải Phịng Kết sau: Khu cơng nghiệp Tiên Sơn-Bắc Ninh Khu CN Tiên Sơn rộng khoảng 350 Tiên Sơn có vị trí thuận lợi có "hấp dẫn" riêng so với khu công nghiệp (KCN) khác Việt Nam KCN nằm QL1A cũ 1A mới, khởi đầu từ vùng Lim quan họ huyện Tiên Du đến sát thị trấn Từ Sơn (huyện Từ Sơn) KCN Tiên Sơn nằm gần hệ thống giao thông đường sông gồm: sông Đuống, sông Cầu sơng Thái Bình Khoảng cách từ Tiên Sơn đến Hà Nội có 16 km, đến sân bay Quốc tế Nội Bài 20 km (theo QL 18), cảng Hải Phòng 110km cảng Cái Lân 95 km Giao diện người dùng thiết kế gồm chế độ: Runmode, Setmode Calibration Ở Runmode, toàn hệ thống tự động thực công việc lập trình sẵn: đo đạc thơng số, hiển thị, lưu trữ, truyền tin, cảnh báo, điều khiển Để cài đặt thông số hệ thống, người dùng phải truy cập vào Setmode Khi đưa vào sử dụng lần đầu sau thời gian hoạt động định, hệ thống cần chuẩn hố (calibrate) Chu kỳ chuẩn hóa hệ thống phụ thuộc vào đặc tính vật lý, chất lượng đầu đo môi trường giám sát Giao diện người dùng thiết kế dựa tiêu chí thân thiện, dễ sử dụng, cấu trúc phù hợp thuận tiện cho việc viết phần mềm Runmode hệ thống thực công việc: hiển thị giá trị đo đạc thông số nhiệt độ, NO3, pH, DO, Conductivity, Turbidity; cảnh báo giá trị vượt ngưỡng; điều khiển rơle hệ thống; tự động lưu trữ truyền thông; báo lỗi hệ thống gặp cố Ø Thiết kế giao diện SETMODE Setmode thiết kế bao gồm: cài đặt đầu đo, cài đặt rơle, điều khiển dòng vào, cảnh báo, cài đặt phần mềm, đồng hồ hệ thống, cài đặt gốc, địa truyền thông Thiết kế chi tiết Setmode thể trongSơ đồ thiết kế giao diện chế độ Chuẩn hóa (Calibrate) Khi đưa hệ thống vào sử dụng lần đầu sau thời gian định, người dùng cần chuẩn hóa hệ thống Thao tác chuẩn hóa thể chi tiết Ø Thiết kế giao thức truyền thông Ứng dụng Các hàm Receive FIFO Transmit FIFO Mailbox Access Filter Receive Status / Statistic Transmit IRQ RS485 hardware Hình Lưu đồ thư viện Modbus 13 2.8 Thiết kế chế tạo transmitter pH Ø Yêu cầu linh kiện chế tạo transmitter pH Đầu đo pH Thông số pH môi trường nước dựa nguyên lý đo nồng độ Ion Việc lựa chọn đầu đo nói chung đầu đo pH nói riêng ảnh hưởng lớn đến kết phép đo toàn hệ Hiện nước có vài đơn vị chế tạo đầu đo thông số môi trường pH, DO vài loại Ion khác, nhiên ứng dụng chúng việc đo thông số nước thải cịn hạn chế độ bền độ xác Một phương án lựa chọn tốt sử dụng đầu đo pH hãng sản xuất thiết bị đo thông số môi trường tiếng giới HACH, YSI, E+H, ASTi, Global Water Trong q trình khảo sát nghiên cứu, nhóm thực đề tài chọn đầu đo hãng E+H HACH Đây đầu đo điện hóa, tích hợp có độ xác đưa phù hợp yêu cầu nghiên cứu Đầu đo nhiệt độ Đầu đo nhiệt độ PT1000 tích hợp đầu đo pH Do đó, transmitter pH tích hợp thêm chức đo nhiệt độ đưa dạng tín hiệu 0-5V 0/4-20 mA Khối khuếch đại tín hiệu pH Trong thực tế để lựa chọn IC khuếch đại thuật tốn người ta thường dựa thơng số: trở kháng vào, cơng suất tiêu thụ, dịng bias, dịng offset vào, điện áp offset, thời gian thiết lập,… Đối với đầu đo pH, trở kháng đầu cỡ MOhm (với điện cực thủy tinh), op-amp khuếch đại tín hiệu từ đầu đo pH transmitter phải có trở kháng vào cao Linh kiện National Instrument thường hãng sản xuất thiết bị đo pH lựa chọn với op-amp chuyên dụng với đặc tính đáp ứng đủ yêu cầu hệ đo pH: Khối AD, DA vi xử lý o ADC: có nhiều tiêu chuẩn để lựa chọn ADC, tùy theo yêu cầu toán mà lựa chọn ADC cho phù hợp Các tiêu chí để lựa chọn ADC là: độ phân giải, thời gian chuyển đổi, lọc, nguồn nuôi, công suất tiêu thụ, tốc độ chuyển đổi liệu Khối chuyển đổi điện áp sang dòng 0/4-20 mA Chuẩn 0/4-20 mA ứng dụng rộng rãi kĩ thuật truyền tin kĩ thuật điều khiển Việc chuyển đổi áp sang dịng 0/4-20 mA có nhiều ưu việt: · Tín hiệu điện áp thu tải RLOAD (V = ISIGNAL*RLOAD) không phụ thuộc vào điện áp nguồn không phụ thuộc vào điện trở dây dẫn · Nhiễu ngẫu nhiên VNOISE RLOAD lọc với hệ số R LOAD å R LOADS +R LINE + RSIGNAL · Các tải RLOAD mắc nối tiếp với Transmitter pH, nhiệt độ phải đo đạc tín hiệu đưa tín hiệu dạng 4-20 mA để truyền thơng điều khiển từ xa Các transmitter hãng sản xuất thiết bị môi trường tiếng thường sử dụng IC chuyên dụng chuyển đổi điện áp sang dòng điện Trong phạm vi đề tài, transmitter pH, nhiệt độ sử dụng IC XTR111 để thực chức 14 Ø Thiết kế, chế tạo phần cứng transmitter pH Khối khuếch đại Khối khuếch đại transmitter pH bao gồm hai phần: phần tiền khuếch đại; phần khuếch đại lọc Phần tiền khuếch đại: nói trên, yêu cầu quan trọng Op-amp tiền khuếch đại tín hiệu pH trở kháng vào lớn, dòng vào nhỏ (cỡ vài chục fA) Trong trình tìm hiểu, khuếch đại thuật tốn LMC6041 lựa chọn với thông số phù hợp yêu cầu: Phần khuếch đại lọc tín hiệu sau buffer dùng IC low offset voltage, output rail-to-rail MCP607: Khối ADC, DAC vi xử lý Sơ đồ nguyên lý chi tiết transmitter pH, nhiệt độ: Khối ADC Đặc tính quan trọng ADC dải động (dynamic range) biểu thị dB số bit có nghĩa, bit đặc trưng cho dải động 6dB Các ADC phân loại theo số bit đầu nó, nhiên bit có nghĩa ln nhỏ độ dài ADC transmitter loại DeltaSigma 24 bit, theo số liệu nhà sản xuất dải động lên tới 22 bit tần số lấy mẫu 10 Hz MSC1212 có nhiều điểm bật so với vi điều khiển khác Một số việc tích hợp bên hệ ADC với độ phân giải cao, đáng tin cậy ADC MSC1212 gồm đầu vào AIN0, AIN1, , AIN7 AINCOM Sơ đồ khối chức ADC: Tín hiệu pH sau qua tầng khuếch đại đưa vào AIN6 AIN7 Việc lựa chọn hai đầu vào ADC sát có tác dụng giảm thiểu can nhiễu DAC0 tạo nguồn dòng 1mA qua đầu đo RTD, tín hiệu Signal+ Signal- đưa vào AIN4 (+) AIN5 (-) Khối DAC Vi điều khiển MSC1212 tích hợp DAC 16 bit độc lập, đáp ứng đủ yêu cầu độ xác tín hiệu đầu Trong đó, DAC0 DAC1 cịn đóng vai trị chuyển điện áp - dịng điện lập trình Sơ đồ khối chức DAC: Công thức tính cho chuyển điện áp – dịng điện (Source mode): 4.VDAC IDAC = , VDAC < AVDD – RDAC Transmitter sử dụng DAC0 tạo nguồn dòng 1mA qua đầu đo PT1000 Khối vi xử lý Các nhiệm vụ vi xử lý: · Lập trình thu thập liệu từ ADC · Lọc thông thấp · Tính tốn lưu trữ · Điều khiển DAC Vi xử lý lấy mẫu từ ADC với tần số 10 Hz tần số tạo dao động thạch anh 6MHz Tần số lấy mẫu tối ưu việc sử dụng lọc có sẵn MSC1212 Vi xử lý thu thập liệu, tính tốn, lọc thơng thấp đưa tín hiệu điều khiển DAC 15 Khối chuyển đổi điện áp – dòng điện XTR111 IC chuyên dụng chuyển đổi điện áp sang chuẩn 0-20 mA 4-20 mA, dịng đầu lên đến 36mA Tỉ lệ điện áp vào dòng điện đặt RSET tính theo cơng thức: I OUT = 10VIN RSET Mạch chuyển đổi sử dụng MOSFET kênh P đảm bảo đầu trở kháng cao Ø Xây dựng phần mềm transmitter pH Yêu cầu phần mềm Vi điều khiển sử dụng transmitter vi điều khiển MSC1212 thuộc họ vi điều khiển 8051 sản xuất Texas Instrument Họ vi điều khiển có nhiều cơng cụ phát triển tích hợp để viết sửa lỗi ứng dụng 8051 cơng cụ quản lý project, trình soạn thảo mã nguồn, công cụ mô giao diện với thiết bị đua Để phát triển phần mềm cho vi điều khiển ngơn ngữ C, nhóm thực đề tài sử dụng trình biên dịch Keil Đây trình biên dịch mạnh, đáp ứng đầy đủ yêu cầu phát triển phần mềm đề tài Phần mềm điều khiển có chức điều khiển hoạt động phần cứng, thu thập, xử lý tín hiệu DC truyền tín hiệu dạng 0-20 mA 0-5V Để đáp ứng yêu cầu chung hệ đo, phần mềm phải có đáp ứng nhanh, thu thập đầy đủ xử lý liệu với độ xác cho phép Những hoạt động phần cứng cần có điều khiển phần mềm bao gồm: chọn kênh tín hiệu vào hợp kênh; điều khiển hoạt động biến đổi AD; lọc thơng thấp; tính toán; điều khiển DAC khối chuyển đổi điện áp sang dòng điện Thiết kế phần mềm Từ yêu cầu phần mềm điều khiển nói đến phần trên, nhóm thực đề tài đưa sơ đồ khối chức phần mềm điều khiển sau: Khối điều khiển chọn kênh ADC: khối thực chức đưa tín hiệu đo từ kênh khuếch đại vào ADC theo yêu cầu chương trình, điều khiển ADC hoạt động nhận liệu từ ADC Các hàm dùng là: · Adcsel(): hàm lựa chọn đầu vào ADC · Adc_init(): Các biến dùng: · VADCPH: điện áp chuyển đổi ADC đầu vào pH, AIN+ = AIN7, AIN- = AIN6 · VADCT: điện áp chuyển đổi ADC đầu vào nhiệt độ, AIN+ = AIN4, AIN- = AIN5 Khối lọc xử lý tín hiệu: khối gồm lọc thơng thấp, tính tốn pH, nhiệt độ chuyển thang từ pH, nhiệt độ sang 4-20 mA Các biến sử dụng là: · · · · · · · Readadc(): đọc liệu ghi ADC lọc thông thấp VPH: điện áp sensor tính tốn từ VADCPH VT: điện áp sensor tính tốn từ VADCT PH: giá trị pH T: giá trị nhiệt độ (0C) VDACPH: chuyển thang từ 0-14 pH sang 4-20 mA VDACT: chuyển thang từ 0-100 0C sang 4-20 mA Khối điều khiển DAC chuyển đổi áp – dòng: khối đưa liệu vào ghi DAC Các hàm biến sử dụng: · · · DAC_INIT(): lựa chọn DAC khởi tạo Phout: liệu pH truyền ghi DAC Tout: liệu nhiệt độ truyền ghi DAC 16 2.9 Thiết kế chế tạo Transmitter DO (dissolved oxygen) Ø Yêu cầu linh kiện chế tạo transmitter DO Đầu đo DO Đầu đo DO hoạt động dựa nguyên lý đếm ION, nằm khối đầu đo ISE (Ion Selective Electrode) Việc lựa chọn đầu đo DO đóng vai trị quan trọng trình thiết kế, chế tạo hệ đo nồng độ oxy hòa tan Hiện nay, hãng sản xuất cung cấp đầu đo DO tiếng kể đến Sensorex, Vernier, Global Water, Oxyguard, Dựa vào thông số yêu cầu đề tài khảo sát thực tế, nhóm nghiên cứu lựa chọn đầu đo DO253 Oxyguard Khối khuếch đại tín hiệu DO Tín hiệu đầu DO253 có trở kháng đầu cỡ Kohm, op-amp lựa chọn cho khối khuếch đại lọc tín hiệu DO phải có trở kháng vào cao Transmitter pH sử dụng LMC6041 cho khối khuếch đại op-amp phù hợp với nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu DO 2.10 Thiết kế chế tạo Transmitter NO3 Ø Yêu cầu linh kiện Đầu đo NO3 Tương tự đầu đo pH, DO, đầu đo NO3 hoạt động dựa nguyên lý đếm ION Việc đo nồng độ ion NO3 có vai trị quan trọng hệ đo thông số môi trường thủy sản Sự tích tụ lâu ngày ion làm ảnh hưởng đến chất lượng hóa học mơi trường nước làm độ pH không ổn định Qua tham khảo việc sử dụng đầu đo transmitter NO3 có mặt thị trường dựa vào thơng số u cầu đề tài, nhóm nghiên cứu lựa chọn đầu đo hãng Hach, Nitrate Electrode Model 51920-00 Đây loại đầu đo thiết kế với mục đích phân tích nồng độ ion NO3 với độ xác cao, dễ dàng thay cũ hư hỏng Ngoài ra, theo dẫn nhà sản xuất, đầu đo cịn có ưu điểm đáp ứng nhanh, đảm bảo yêu cầu phân tích, giám sát đề tài Một số đặc điểm bản: · Kiểu điện cực: hóa hợp · Dải đo: 0.05 mg/L (3.5x10-6 N) - 14000 mg/L (1 N) NO3-N · Vùng tuyến tính: mg/L to 14,000 mg/L NO3-N · Độ dốc: -58 ± mV/decade · Dải nhiệt độ hoạt động: 10-500C · Thời gian đáp ứng (trong vùng tuyến tính): 10-50s · Jack nối: BNC · Điện cực tham chiếu: Ammonium Sulfate 2.11 Thiết kế chế tạo Transmitter Conductivity (độ dẫn) Ø Yêu cầu linh kiện Đầu đo Conductivity Độ dẫn (Conductivity) thông số môi trường quan tâm nhiều lĩnh vực: nước thải công nghiệp, môi trường nuôi trồng thủy sản, nước cấp cho nhà máy Các Transmitter đo độ dẫn thơng thường có dải đo từ 0-100 uS/cm, 0-1000 uS/cm, 0-10000 uS/cm 0-200000 uS/cm Để đáp ứng yêu cầu đặt Đề tài, nhóm nghiên cứu chọn Sensor độ dẫn có dải đo 0-200000 uS/cm Trong 17 số Sensor đo độ dẫn phải kể đến loạt sản phẩm hãng Hach, Conductivity/Resistivity Sensors Model 3422-Series Conductivity/Resistivity Sensors Model 3422-Series loại đầu đo thiết kế với mục đích thu thập liệu, tính tốn độ dẫn mơi trường, có độ ổn định tính tin cậy cao, dễ sử dụng Một số đặc điểm bản: · · · Hệ số Cell Constant K = 9.77 (dải đo 0-200000 uS/cm) Hệ số T =1.005 Có đầu đo nhiệt độ Pt1000 kèm Khối khuếch đại tín hiệu Conductivity Khối khuếch đại Transmitter Conductivty có hệ số khuếch đại thay đổi phụ thuộc vào độ dẫn hay điện trở suất môi trường cần đo Giả sử điện trở môi trường đo RM, khuếch đại mắc sẵn điện trở RFB, hệ số khuếch đại G tỉ lệ với tỉ số RFB/RM Để đo tín hiệu độ dẫn mơi trường với độ xác chấp nhận hệ khuếch đại phải thỏa mãn yêu cầu: · Sử dụng Op-amp có độ trơi nhỏ · Op-amp có offset đầu nhỏ (cỡ vài uV) · Điện trở RFB điện trở xác (khơng lớn 1%) · Có thể thay đổi RFB để tăng độ xác khoảng đo khác Tín hiệu đầu phải đưa qua lọc thông thấp với tần số cắt lớn tần số phát tín hiệu kích thích Khối AD, DA vi xử lý Transmitter Conductivity tiếp tục sử dụng vi điều khiển MSC1212 làm trung tâm điều khiển, thu thập xử lý tín hiệu DAC 16 bit ADC Sigma-Delta 24 bit MSC1212 hoàn toàn thỏa mãn yêu cầu nhiệm vụ đề tài Transmitter Conductivity Khối chuyển đổi điện áp sang 0/4-20 mA Transmitter phải cho tín hiệu dạng 0/4-20 mA để đảm bảo yêu cầu truyền thông công nghiệp IC chuyển đổi áp sang dòng XTR111 tiếp tục sử dụng để đáp ứng yêu cầu Ø Thiết kế, chế tạo phần cứng transmitter độ dẫn Khối khuếch đại Phần khuếch đại lọc tín hiệu dùng IC low offset voltage, output rail-to-rail MCP607 Sơ đồ nguyên lý khối khuếch đại: Hệ số khuếch đại DC tính theo cơng thức: R G = - FB RM Tần số cắt lọc tính theo cơng thức: FC = 2.P.RFB C Khối ADC, DAC vi xử lý Sơ đồ nguyên lý chi tiết transmitter Conductivity: Khối ADC 18 ADC Transmitter Conductivity loại Delta-Sigma 24 bit tích hợp MSC1212, theo số liệu nhà sản xuất dải động lên tới 22 bit tần số lấy mẫu 10 Hz Vi điều khiển MSC1212 phải tạo điện áp xoay chiều hình Sin có tần số f, biên độ U0 = 1V, điện áp cho qua Buffer gồm op-amp MCP607 Sau Buffer, điện áp kích thích tiếp tục vào hệ khuếch đại lọc với op-amp MCP607 trực tiếp đưa vào ADC qua đường AIN4 (+) AIN5 (-) Khối DAC Vi điều khiển MSC1212 tích hợp DAC 16 bit độc lập, đáp ứng đủ yêu cầu độ xác tín hiệu đầu Transmitter Conductivity Trong đó, DAC0 DAC1 cịn đóng vai trị chuyển điện áp - dịng điện (IDAC0 IDAC1) lập trình Khối vi xử lý Các nhiệm vụ vi xử lý: · Dùng ngắt Timer điều khiển DAC1 tạo điện áp xoay chiều hình Sin với tần số phù hợp · Điều khiển thu thập liệu từ ADC · Tự động Calib ADC · Lọc thông thấp · Tính tốn lưu trữ · Điều khiển khối chuyển đổi điện áp/dòng điện Vi xử lý MSC1212 ghép nối với phần cứng khác theo sơ đồ khối sau: Vi xử lý điều khiển việc lựa chọn lấy mẫu từ ADC tần số tạo dao động thạch anh 11,0592 MHz Vi xử lý thu thập liệu, tính tốn, lọc thơng thấp đưa tín hiệu điều khiển DAC Khối chuyển đổi điện áp – dịng điện Tín hiệu đầu Transmitter Conductivity chuyển đổi dạng 4-20 mA theo sơ đồ sau: XTR111 IC chuyên dụng chuyển đổi điện áp sang chuẩn 0-20 mA 4-20 mA, dịng đầu lên đến 36mA Tỉ lệ điện áp vào dòng điện đặt RSET tính theo cơng thức: 10VIN I OUT = RSET Mạch chuyển đổi sử dụng Mosfet IRLML6302 đảm bảo đầu trở kháng cao Ø Xây dựng phần mềm Transmitter Conductivity Yêu cầu phần mềm Vi điều khiển sử dụng Transmitter vi điều khiển MSC1212 thuộc họ vi điều khiển 8051 sản xuất Texas Instrument Nhóm nghiên cứu sử dụng trình biên dịch Keil để viết chương trình cho vi điều khiển ngơn ngữ C Phần mềm điều khiển có chức điều khiển hoạt động phần cứng, thu thập, xử lý tín hiệu DC truyền tín hiệu dạng 0/4-20 mA 0-5 V Để đáp ứng yêu cầu chung hệ đo, phần mềm phải có đáp ứng nhanh, thu thập đầy đủ xử lý liệu với độ xác cho phép Những hoạt động phần cứng cần có điều khiển phần mềm bao gồm: điều khiển DAC phát tín hiệu hình Sin với bảng liệu sinh Matlab; chọn kênh tín hiệu vào hợp kênh; điều khiển hoạt động biến đổi AD; lọc thơng thấp; tính tốn; điều khiển DAC khối chuyển đổi điện áp sang dịng điện Tín hiệu độ dẫn thực chất thể trở kháng môi trường đo Để đo độ dẫn, phần mềm phần cứng transmitter thiết kế dựa phương pháp khuếch đại lock-in Các khuếch đại lock-in tách tín hiệu (dựa vào sóng mang biết) tỉ số tín hiệu tạp cỡ -60dB nhỏ DAC thiết kế phát dao động điện dạng Sin (đóng vai trị sóng mang) ADC thiết kế lấy mẫu với tần số 768 Hz 19 Thiết kế phần mềm Từ yêu cầu phần mềm điều khiển nói đến phần trên, nhóm thực đề tài đưa sơ đồ khối chức phần mềm điều khiển sau: Khối điều khiển chọn kênh ADC: khối thực chức đưa tín hiệu đo từ kênh khuếch đại vào ADC theo yêu cầu chương trình, điều khiển ADC hoạt động nhận liệu từ ADC Các hàm dùng là: · Adc_init(): khởi tạo ADC · Calibprocess(): Chuẩn hóa tín hiệu Khối tính tốn xử lý tín hiệu: khối gồm lọc thông thấp, tính tốn Conductivity, nhiệt độ chuyển thang từ Conductivity sang 4-20 mA Các biến sử dụng là: · Readadc(): đọc liệu ghi ADC lọc thông thấp · VCOND: điện áp sensor tính tốn từ VADCCOND · COND: giá trị conductivity · VDACCOND: chuyển thang từ 0-20 mg/l sang 4-20 mA Khối điều khiển DAC tạo sóng dạng SIN: khối thực nhiệm vụ phát dao động điện dạng SIN Do tồn q trình tính tốn, xử lý số liệu đưa vào ngắt trình tạo dao động, lấy mẫu thực liên tục, thời gian thực nên hai trình đưa vào ngắt TIMER0 · DAC_OUT(Chanel, Outvalue): lựa chọn điều khiển DAC xuất liệu · Timer0_isr(): ngắt Timer0 sử dụng để đưa dao động điện dạng SIN với tần số Hz · Sintab[]: bảng gồm 128 giá trị chu kỳ dao động Khối Lock_amplifier: thực nhiệm vụ tìm điểm trùng pha dao động Khối điều khiển DAC chuyển đổi áp – dòng: khối đưa liệu vào ghi DAC Các hàm biến sử dụng: · DAC_OUT(): lựa chọn DAC khởi tạo · CONDout: liệu Conductivity truyền ghi DAC 2.12 Thiết kế chế tạo Transmitter Turbidity Trong môi trường sống tồn phần tử chất rắn lơ lửng, nhiều quan sát mắt thường, đặc biệt môi trường nước Độ đục thông số để đánh giá mật độ chất lơ lửng để xác định chất lượng môi trường nước Đầu đo độ đục thông thường phát chùm xung có bước sóng gần với hồng ngoại vào mơi trường thu tín hiệu thơng qua Detector đặt vị trí khác Cường độ ánh sáng thu tỉ lệ với độ đục môi trường · Hiện nay, đa số hãng sản xuất đầu đo độ đục giới có xu hướng tích hợp transmitter sensor vào chung module Các sensor cho đầu số 4-20 mA Để đáp ứng yêu cầu đặt ra, nhóm thực đề tài chọn sensor WQ710 Global Water Instrumentation Tín hiệu đầu WQ710 đưa trực tiếp vào đường AI Trạm đo trường Giải pháp loại bỏ ảnh hưởng nhiễu điện từ gây hoạt động vi điều khiển thực tế: Ngày vi điều khiển ngày tích hợp nhiều tính tốc độ xử lý ngày cao đồng thời địi hỏi kích thước ngày nhỏ gọn Điều địi hỏi kích thước transistor ngày nhỏ hoạt động với tần số cao Khi kích thước transistor giảm, thời gian chuyển đổi giảm q trình làm nảy sinh sóng hài Hầu hết vi điều khiển đại hoạt động với tần số Mhz đến 40 Mhz với thành phần có tốc độ chuyển đổi từ vài ns đến ns, làm cho chúng nảy sinh tượng EMC (electromagnetic compatibility) Bởi mạch điện tử gần ảnh hưởng lẫn Do mạch phải giảm đến mức thấp ảnh hưởng nhiễu bên thân sinh nhiễu nhỏ Nhưng thực tế dù có thiết kế mạch phần cứng chất lượng khơng thể loại bỏ ảnh hưởng EMC 20 Do để loại bỏ ảnh hưởng EMC hoạt động hệ thống có vi điều khiển ngồi việc tiến hành thiết kế phần cứng phương pháp tiến hành phần mềm mang lại hiệu cao tiết kiệm chi phí Các nghiên cứu hiệu việc thiết kế phần cứng phần mềm EMC sau: Ảnh hưởng EMC hoạt động phần mềm vi điều khiển: - Vi điều khiển bị treo - Bộ đếm chương trình nhảy sai - Thực lệnh không mong muốn - Chỉ đến địa sai - Thực sai hoạt động chương trình - Ngắt sai - Reset sai - Khơng lập trình đầu vào Các nguyên nhân dẫn đến loạt thực thi chương trình bị rối loạn như: - Thực thi yêu cầu không mong đợi - Mất nội dung - Nhảy đến nhánh chương trình khơng mong đợi - Khơng thực thi ngắt - Dữ liệu khơng cịn tin cậy - Giá trị đo đầu vào bị sai Các công việc thực phần mềm để loại bỏ ảnh hưởng nhiễu điện từ: Watchdog: Hầu hết vi điều khiển tích hợp chức Watchdog Brown-out detection: vi điều khiển Atmega 128 có chức này, cho phép vi điều khiển tự động reset nguồn cấp cho vi điều khiển xuống ngưỡng cho phép Thường xuyên thực lưu trạng thái ghi liệu 21 Xây dựng phần mềm giám sát trung tâm 4.1 Truyền thông hệ thống HOST VIAG-PSS 01 WebServer (IIS, Apachee ) DATABASE (SQL, MySQL…) DATA MODULE (Chương trình nền, Window service) ModBus OPC Server (RTU) Server Field PC DATABASE CONVERTER COM Port RS 232/485 ModBus Module (RS 485) RS 485 Module Hình Giao thức truyền thông 4.2 Phần mềm SCADA Ø Các yêu cầu theo đăng ký yêu cầu khảo sát - Hệ thống có khả theo dõi, giám sát điều khiển thông số môi trường(trong mạng LAN, WAN, internet) Hệ thống có khả hiển thị cảnh báo ngưỡng thông số đo Cho phép đặt giá trị ngưỡng từ hình giao diện theo dõi, điều khiển PC hình thiết bị trường Cho phép hiển thị trạng thái hoạt động cấu chấp hành mạng cảnh báo lỗi chúng Đồ thị online thông số Hiển thị thông số đo theo thời gian dạng bảng, dạng đồ thị In ấn lập báo cáo theo tiêu chí khác Ø Cấu trúc tổng thể hệ thống Phía Host: - WebServer(IIS, Apachee ) - Database(SQL, MySQL, Ocracle ) 22 - Module thu thập xử lý liệu(chương trình nền, Windows service) OPCServer(ModBus OPC, ) COM port(9 pin, 25 pin) Phía Client: - Có IE - Có kết nối tới Host Ø Công nghệ áp dụng để đáp ứng yêu cầu - WebServer: sử dụng IIS(Internet information service) component tích hợp sẵn hệ điều hành, phổ biến, hay sử dụng Database: sử dụng MySQL Là phần mềm CSDL nguồn mở Hiệu làm việc cao, an toàn, bảo mật Module thu thập xử lý liệu: viết NET ngôn ngữ C# OPCServer: sử dụng ModBus OPCServer Được xây dựng chuẩn quôc tế mở, thông dụng Hiển thị liệu thơng số, cảnh báo, tình trạng thiết bị Online sử dụng công nghệ Web 2.0(hỗ trợ Ajax) Đồ thị Online thông số sử dụng Java Applet In ấn tạo báo cáo sử dụng Crystal Report Ø Xây dựng module phần mềm - Module kết nối với ModBus OPCServer Module đọc/ghi liệu từ ModBus OPCServer Module đọc/ghi liệu vào CSDL MySQL Module quản lý liệu vào Ø Cấu trúc phần mềm a Module quản lý liệu vào ra: Đây thành phần quan trọng hệ thống, định đến khả làm việc ổn định, khả sử dụng hiệu tài nguyên hệ thống Giải pháp: Với trạm VĐK - Sử dụng luồng cho việc quản lý liệu Online thông số - Sử dụng luồng cho việc theo dõi tình trạng thiết bị trạm VĐK quản lý - Sử dụng luồng cho việc quản lý liệu lưu trữ Như hệ thống có trạm VĐK có nhiêu đơn nguyên quản lý a Module đọc/ghi vào CSDL Đây thành phần quan trọng Nó đặc biệt có ý nghĩa số lượng thông số môi trường cần theo dõi tăng, số trạm VĐK tăng, thiết bị cần theo dõi, giám sát tăng, chu kỳ lưu trữ giá trị thông số giảm Điều làm cho số lượng ghi cần cập nhật vào CSDL đơn vị thời gian tăng lên(vài trăm tới vài nghin ghi/1s) Nếu giải vấn đề không tốt dẫn tới tải cho hệ thống, chí treo Host Giải pháp: - Thiết kế CSDL hợp lý tránh việc sử dụng nhiều khóa bảng Nếu bảng có khóa ngoại tạo thành khóa thi ta chia bảng thành hai bảng khác giảm số khóa bảng 23 - Sử dụng phương thức cất liệu không đồng vào CSDL Sử dụng phương thức STORED PROCEDURE thao tác với CSDL Sử dụng bảng tạm trước cất liệu vào bảng Giải pháp tỏ hỗ trợ hiệu cho giải pháp Ø Thiết kế giao diện Hình Màn hình giao diện Ø Thiết kế CSDL ESLAB_0x (CÁC THƠNG SỐ ONLINE) Tên trường Kiểu liệu ofIndex int(10) unsigned diachiMB int(10) unsigned dateTime datetime giatrithongso decimal(18,4) canhbaotren tinyint(1) canhbaoduoi tinyint(1) ack_canhbaotren tinyint(1) ack_canhbaoduoi tinyint(1) Giải thích Địa ModBus Khóa Chính Ngoại 24 ESLAB_0X _EQUIP (TRẠNG THÁI THIẾT BỊ ONLINE) Tên trường Kiểu liệu ofIndex int(10) unsigned diachiMB int(10) unsigned dateTime datetime trangthai tinyint(1) loi tinyint(1) ack tinyint(1) TBL_DIADM (QUẢN LÝ TÊN CÁC ĐỊA ĐIỂM) Tên trường Kiểu liệu MaDiaDm int(10) unsigned TenDiaDm varchar(255) KyHDiaDm varchar(255) Giải thích Khóa Chính Giải thích Khóa Chính tbl_thsothlh (QUẢN LÝ TÊN CÁC THÔNG SỐ MÔI TRƯỜNG) MaThSoThLH int(10) unsigned TenThSoThLH varchar(255) KyHThSoThLH varchar(255) DonViThSoThLH varchar(255) NgBDDuoiThSoThLH decimal(18,4) NgBDTrenThSoThLH decimal(18,4) DeltaCBThSoThLH decimal(18,4) MinThSoThLH decimal(18,4) MaxThSoThLH decimal(18,4) tbl_gIatrthsothlh (GIÁ TRỊ CÁC THÔNG SỐ ĐO ĐƯỢC) Tên trường Kiểu liệu MaThSoThLH int(10) unsigned MaDiaDm int(10) unsigned ThoiGianThSoThLH datetime GiTrThSoLH decimal(18,4) PhPhapDoThSoLH tinyint(1) tbl_thamsohethong (THAM SỐ HỆ THỐNG) Tên trường Kiểu liệu tentramMB varchar(255) diachiMB int(10) unsigned MaThSoThLH int(10) unsigned MaDiaDm int(10) unsigned chukyluutru int(10) unsigned calibration decimal(18,4) diachi_canhbaotren int(10) unsigned diachi_canhbaoduoi int(10) unsigned diachi_ack_canhbaotren int(10) unsigned diachi_ack_canhbaoduoi int(10) unsigned Giải thích Chính Khóa Chính Giải thích Khóa Chính 25 isArchive isOnline tinyint(1) tinyint(1) tbl_manage_equipment (QUẢN LÝ CÁC THIẾT BỊ TRONG HỆ THỐNG) Tên trường Kiểu liệu Giải thích tentramMB varchar(255) diachiMB int(10) unsigned ten_thietbi varchar(255) mota varchar(255) loi int(10) unsigned ack int(10) unsigned tbl_alarmonline (QUẢN LÝ CÁC CẢNH BÁO TRONG HỆ THỐNG) Tên trường Kiểu liệu Giải thích tentramMB varchar(255) diachiMB int(10) unsigned dateTime datetime messageText varchar(255) pointOfError varchar(255) Khóa Chính Khóa Chính Chương - THỬ NGHIỆM Thử nghiệm thực tế Hệ thống kiểm sốt tự động nhiễm nước thải từ khu công nghiệp VIAG-PSS01 thử nghiệm thực tế trạm xử lý nước thải công suất 1500m3/ngày đêm Công ty cổ phần bia Thanh Hoá Hệ thống thiết kế cho phép lắp đặt ngồi trời (chịu nước, chống ăn mịn) Hệ thống đo lường, điều khiển, giám sát hoàn toàn tự động Sau số hình ảnh lắp đặt trường: Ø Bài toán thử nghiệm Hoạt động hệ thống VIAG-PSS01 Trạng thái ban đầu hệ thống là: bể lẫy mẫu chứa đầy nước để bảo vệ đầu đo Hệ thống điều khiển hồn tồn tự động từ q trình đến q trình sau lại quay trở lại thực trình Các trình thực sau: - Quá trình 1: mở van VE1 để nước chảy tự xuống bình chứa nước đến chảy hết đóng van VE1 Cần khoảng thời gian T1 để nước xả kiệt Quá trình 2: bơm nước thải vào bình lấy mẫu: P1 (ON), VE1, VE2 đóng (tức khơng cấp nguồn cho van điện từ) bơm đầy bình lấy mẫu dừng bơm (căn vào tín hiệu phao báo mức) Q trình 3: đọc lưu dũ liệu từ sensor (có xử lý lọc đưa lên PC) khoản thời gian T2 26 - Quá trình 4: xả nước thải bình lấy mẫu ngồi cách mở van VE2 Quá trình thực khoảng thời gian T3 (thời gian cần thiết để nước thải xả kiệt bình lấy mẫu) Quá trình 5: bơm nước từ bình chứa nước vào bình lấy mẫu để bảo vệ đầu đo VE1, VE2 đóng, P2(ON) P2 dừng bình lấy mẫu đầy Quá trình 6: Sau khoảng thời gian T4 thực trình Các thơng số kiểm sốt: pH, Conductivity, Turbidity, DO, NO3, T0 Các điều kiện tiến hành toán giám sát chất lượng nước thải sau: - Nước thải bơm vào hệ thống kiểm sốt tự động nhiễm nước thải từ khu công nghiệp VIAG-PSS01 lấy từ đầu bể lắng (tức nước thải qua xử lý) - Đầu đo pH, Conductivity, Turbidity, DO, NO3, T0 sử dụng hãng HACH - Bộ transmitter điều khiển hiển thị thống số đo lường VIELINA - Sau đo VIAG-PSS01 đối sánh với thiết bị đo HACH Kết cho thấy Hệ VIAG-PSS01 đảm bảo độ xác đạt u cầu KẾT LUẬN Nhóm thực hồn thành nội dung theo đăng ký, đạt mục tiêu đề Nhóm thực chế tạo 01 trạm thiết bị trường phần mềm giám sát trung tâm cho phép giám sát tự động ô nhiễm nước thải từ khu công nghiệp Kết nghiên cứu nhiệm vụ dùng làm sở phát triển hệ thống giám sát quy mơ lớn hồn toàn dựa nội lực nước Hệ thống giám sát tự động ô nhiễm nước thải đưa vào ứng dụng chắn góp phần giảm thiểu nhiễm môi trường, nâng cao ý thức doanh nghiệp bảo vệ môi trường Hướng phát triển Nhiệm vụ: -Tích hợp cơng nghệ GIS quản lý, giám sát thông số nước thải -Mở rộng đo thông số khác tổng ni tơ, phốt pho, clo, -Thương mại hoá sản phẩm 27