Thiết kế hệ thống giám sát liên tục nồng độ khí thải của nhà máy xi măng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Lê Ngọc Thành Vinh THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT LIÊN TỤC NỒNG ĐỘ KHÍ THẢI CỦA NHÀ MÁY XI MĂNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Chuyên ngành: Đo lường hệ thống điều khiển NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Nguyễn Quốc Cường HÀ NỘI - 2018 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU Chương - TÌM HIỂU CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT XI MĂNG VÀ THÀNH PHẦN KHÍ PHÁT THẢI 12 1.1 Thực trạng nhà máy sản xuất xi-măng Việt Nam 12 1.2 Công nghệ sản xuất xi-măng phương pháp kiểm sốt, giảm thiểu khí phát thải 13 Chương - PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN ĐO KHÍ THẢI CHÍNH 19 2.1 Nguyên lý đo loại khí thải Nhà máy xi-măng 19 2.2 Phân tích lựa chọn phương pháp đo loại khí thải Nhà máy xi-măng 20 Chương - PHÂN TÍCH LỰA CHỌN NỀN TẢNG IoT PHÙ HỢP CHO HỆ THỐNG 29 3.1 Khái niệm chung IoT 29 3.2 Các mơ hình IoT thơng thường 31 3.3 Lựa chọn mơ hình IoT phù hợp cho hệ thống quan trắc môi trường Nhà máy Xi-măng 35 Chương - THIẾT KẾ VÀ TÍCH HỢP HỆ THỐNG GIÁM SÁT KHÍ THẢI 37 4.1 Phân tích hệ thống 37 4.2 Sơ đồ nguyên lý hệ thống 38 4.3 Quy trình thiết kế phần cứng hệ thống 39 4.4 Lựa chọn thiết bị 39 4.4.1 Cảm biến 40 4.4.2 Bộ xử lý tín hiệu đo 42 4.3.3 Bộ hiển thị kết đo 43 4.3.4 Bộ thu phát tín hiệu 44 4.3.5 Bộ định dạng lưu trữ thông tin 45 4.4 Các sơ đồ đấu dây 46 4.5 Quy trình thiết kế phần mềm hệ thống 49 4.6 Lựa chọn phần mềm thực 50 Tải Thư viện cho cảm biến 52 Chương - KẾT QUẢ THU ĐƯỢC VÀ ĐÁNH GIÁ 56 5.1 Khi thông số môi trường phạm vi cho phép 56 5.2 Khi có cảnh báo thông số vượt ngưỡng 58 5.3 So sánh kết đo với hệ thống đo chuẩn hiệu chỉnh thông số cảm biến 60 5.4 Đánh giá kết chung 62 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 63 Kết luận: 63 Hướng phát triển: 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO 65 PHỤ LỤC: CHƯƠNG TRÌNH ỨNG DỤNG CỦA HỆ THỐNG 68 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn thạc sĩ “Thiết kế hệ thống giám sát liên tục nồng độ khí thải Nhà máy xi măng” cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu tài liệu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình nghiên cứu Tất tham khảo kế thừa trích dẫn tham chiếu đầy đủ Học viên Lê Ngọc Thành Vinh LỜI CẢM ƠN Trước tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy giáo, cô giáo trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, đặc biệt thầy giáo, giáo thuộc Viện Điện Chính thầy giáo, cô giáo trang bị cho em kiến thức quý báu thời gian em học tập, nghiên cứu, thực tập trường Đồng thời em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới PGS.TS Nguyễn Quốc Cường, người dẫn tận tình, cho em kinh nghiệm quý báu để em hồn thành luận văn tốt nghiệp hạn Thầy người động viên, giúp đỡ em thời điểm khó khăn Em xin gửi lời cảm ơn tới đồng nghiệp Phòng Cảm biến thiết bị đo khí - Viện Khoa học vật liệu - Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam giúp đỡ em việc chế tạo thử nghiệm thiết bị Em xin gửi lời cảm ơn tới Nhà máy xi-măng Sông Thao tạo điều kiện cho em khảo sát công nghệ sản xuất xi-măng Nhà máy quan trắc môi trường Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn tới gia đình bạn bè Lời động viên tinh thần từ người động lực để em tiến lên phía trước DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Danh mục kí hiệu dùng Luận văn Ký hiệu Ý nghĩa % Tỷ lệ phần trăm (1/100) CO Khí độc Cacbon monoxit CO2 Khí Cacbonic H Độ ẩm (Humidity) NH3 Khí Amoniac NOx Khí độc NO, NO2,… Pin Chân thiết bị ppm Đơn vị đo nồng độ thấp, ppm = 1/1000000 = 10-6 T Nhiệt độ (Temperature) Danh mục các chữ viết vắt Luận văn Chữ viết tắt thuật ngữ Từ đầy đủ Ý nghĩa BTNMT Bộ tài nguyên môi trường CCS Carbon Capture and Storage Thiết bị Devices Thiết bị chuyển đổi gói tín hiệu Gateway IoT SNCR SSID Hệ thống thu giữ cất trữ carbon hai mạng khác Internet of Things Internet vạn vật Selective non-catalytic Công nghệ xử lý NOx sau trình reduction cháy phản ứng hóa học Service Set Identifier Tên mạng Wi-Fi Máy chủ Server Giải pháp client - server cho phép WebGIS Website Geographic quản lý, phân tích, cập nhật, phân Information System phối thơng tin đồ GIS (hệ thông tin địa lý) mạng Internet DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1: Nồng độ C thơng số nhiễm khí thải công nghiệp sản xuất xi-măng _13 Bảng - Bảng đấu dây Module cảm biến DHT-11 - Arduino 47 Bảng - Bảng đấu dây Module cảm biến MQ7 - Arduino 48 Bảng - Bảng đấu dây Module Micro SD - Arduino 48 Bảng - Bảng đấu dây Module RTC BQ32000 - Arduino 48 Bảng - Bảng đấu dây Module Sim 808 - Arduino 49 Bảng - Bảng so sánh Kết đo nhiệt độ (đơn vị: 0C) thiết bị đo chuẩn mạch chế thử 60 Bảng - Bảng so sánh Kết đo độ ẩm (đơn vị: %) thiết bị đo chuẩn mạch chế thử _60 Bảng - Bảng so sánh Kết đo nồng độ khí CO (đơn vị: ppm) thiết bị đo chuẩn mạch chế thử _61 Bảng 10 - Bảng so sánh Kết đo nồng độ khí CO (đơn vị: ppm) thiết bị đo chuẩn mạch chế thử sau hiệu chỉnh hệ số cảm biến 61 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1: Mơ hình điển hình dây chuyền nhà máy sản xuất xi-măng 15 Hình 2: Sơ đồ khối hệ thống lò nung Clinker sản xuất xi-măng vị trí đo đạc, phân tích khí giúp vận hành lị 16 Hình 3: Đồ thị điển hình minh họa mối tương quan tỷ lệ nhiên liệu/khơng khí (A/F) với sản phẩm khí từ q trình đốt cháy nhiên liệu 20 Hình 4: Sơ đồ khối đề xuất hệ phân tích khí giúp tối ưu hóa q trình vận hành lị nung ủ Klinker 22 Hình 5: Mơ hình sử dụng cảm biến để điều khiển trình đốt cháy nhiên liệu: (a) sử dụng loại cảm biến oxy, (b) kết hợp cảm biến oxy cảm biến khí khác 23 Hình 6: Đặc trưng hấp thụ bước sóng hồng ngoại số loại khí [18] 24 Hình 7: Sơ đồ khối tổng thể cho cảm biến khí hấp thụ hồng ngoại cấu hình khơng tán sắc NDIR hai kênh thu IR 25 Hình 8: Cảm biến dùng cho thử nghiệm theo cấu hình khơng tán sắc (NDIR) sử dụng đầu thu hồng ngoại hai kênh tích hợp kính lọc quang 26 Hình 9: Hệ thử nghiệm hoạt động cảm biến bo mạch điện tử 26 Hình 10: Đáp ứng điện áp (đã khuếch đại 10.000 lần) hai đầu thu thermoplie cấp nguồn (5V) dạng xung vng cho đèn dây tóc 27 Hình 11: Sự phụ thuộc tuyến tính Log(Vo/Vg) vào nồng độ khí CO cảm biến chế tạo 27 Hình 12 - Mơ hình IoT kiểu kết nối trực tiếp với gateway 32 Hình 13 - Mơ hình IoT kiểu kết nối gián tiếp gateway 33 Hình 14 - Mơ hình IoT khơng sử dụng gateway 34 Hình 15 - Mơ hình kết nối Internet 3G 34 Hình 16 - Các vị trí lắp đặt đo đo đạc nồng độ khí thải 36 Hình 17 - Sơ đồ khối nguyên lý hệ thống quan trắc khí thải 38 Hình 18 - Quy trình thiết kế phần cứng hệ thống quan trắc khí thải 39 Hình 19 - Module cảm biến đo nhiệt độ, độ ẩm: DHT-11 40 Hình 20 - Module cảm biến đo nồng độ khí CO: MQ7 41 Hình 21 - Mạch đo nồng độ khí CO 41 Hình 22 - Bộ xử lý tín hiệu đo Arduino Uno U3 42 Hình 23 - Bộ hiển thị kết đo LCD 1206 43 Hình 24 - Bộ thu phát tín hiệu Module SIM 808 44 Hình 25 - Module thời gian thực BQ32000 45 Hình 26 - Module thẻ nhớ Micro SD 46 Hình 27 - Sơ đồ đấu dây thiết bị đo đạc thông số mơi trường 47 Hình 28 - Sơ đồ đấu dây thiết bị đo đạc thơng số mơi trường với thu phát tín hiệu đo 49 Hình 29 - Quy trình thiết kế phần mềm hệ thống quan trắc khí thải 50 Hình 30 - Chu trình hoạt động Arduino Ide 51 Hình 31 - Cập nhật thư viện vào Arduino Ide 52 Hình 32 - Hình ảnh hiển thị LCD nồng độ CO phạm vi cho phép 56 Hình 33 - Tin nhắn quan trắc môi trường gửi có yêu cầu 56 Hình 34 - Các kết đo Serial Monitor Arduino Ide 57 Hình 35 - Dữ liệu ghi lại thẻ nhớ dạng file text 57 Hình 36 - Hình ảnh hiển thị LCD có cảnh báo nồng độ CO mức nghiêm trọng (>1000ppm) 58 Hình 37 - Tin nhắn cấp báo rị rỉ khí CO mức nghiêm trọng (hệ thống tự động gửi) 59 Hình 38 - Tin nhắn cảnh báo nhiệt độ vượt ngưỡng (hệ thống tự động gửi) 59 Hình 39 - Tin nhắn cảnh báo độ ẩm vượt ngưỡng (hệ thống tự động gửi) 59 MỞ ĐẦU - Lý chọn đề tài: Nghị định 19/2015/NĐ-CP Thông tư 31/2016/TT-BTNMT yêu cầu doanh nghiệp sản xuất sản phẩm có phát thải khí thải kể từ năm 2017 phải có hệ thống quan trắc đo đạc nồng độ khí phát thải tự động báo cáo trực tuyến đến quan quản lý nhà nước (Sở Khoa học Công nghệ tỉnh) phục vụ công tác quản lý xử phạt (nếu có) [1,2], trước việc kiểm tra xử lý thường dựa vào thiết bị cầm tay thực không liên tục nên không đảm bảo tính khách quan Tuy nhiên có thực tế tính đến tháng 6/2018, chưa có doanh nghiệp Xi-măng đáp ứng yêu cầu Đứng trước yêu cầu thiết ấy, Nhà máy sản xuất xi-măng Sơng Thao đề nghị liên kết với Phịng Cảm biến thiết bị đo khí - Viện Khoa học vật liệu xây dựng hệ thống tự động gửi Báo cáo tổng hợp tiêu, thông số môi trường đến Sở Khoa học Công nghệ theo yêu cầu Sở, ý đến nồng độ khí CO loại khí độc hại có liên quan đến lượng than đá sử dụng (các loại khí khác hoàn toàn tương tự) Dự án xúc tiến đàm phán Với lý trên, học viên lựa chọn đề tài “Thiết kế hệ thống giám sát liên tục nồng độ khí thải Nhà máy xi măng” - Lịch sử nghiên cứu: Như nói trên, tính đến tháng 6/2018, chưa có doanh nghiệp Xi măng Việt Nam lắp ráp hệ thống này, Cơ quan quản lý Nhà nước kiểm tra doanh nghiệp thường chấp nhận chịu phạt Một số nhà máy Xi-măng lên phương án nhập toàn hệ thống dự kiến lắp đặt vào cuối năm 2019 [8] Tuy nhiên nghiên cứu, thiết kế chế tạo chưa có doanh nghiệp hay tổ chức cơng bố chưa có quan quản lý Nhà nước thẩm định chất lượng hệ thống Việt Nam - Mục đích nghiên cứu luận văn: Nghiên cứu thiết kế hệ thống giám sát liên tục thông số môi trường nhà máy xi-măng Hệ thống có khả lưu trữ, gửi thơng tin báo cáo trung tâm qua Internet sử dụng công nghệ 3G, 4G Xây dựng hệ thống tự động gửi Báo cáo tổng hợp tiêu thông số môi trường từ Nhà máy sản xuất xi-măng đến quan quản lý nhà nước (Sở Khoa học Công nghệ tỉnh) Để chứng minh tính khả thi nghiên cứu thiết kế trên, học viên chế tạo mơ hình thử nghiệm đo đạc nồng độ khí CO (một hai loại khí phát thải quan trọng Nhà máy xi-măng - loại khí cịn lại NOx thực cách tương tự), hai kênh đo mở rộng nhiệt độ, độ ẩm chuyển số liệu đo đến số điện thoại cần kiểm tra dạng tin nhắn có yêu cầu; tự động gửi khuyến cáo, cảnh báo thông số mơi trường an tồn - Các luận điểm đóng góp mới: Mơ hình thử nghiệm chế tạo có khả nhận thơng tin đo đạc, tự động tạo file tổng hợp nồng độ khí CO, nhiệt độ, độ ẩm, chuyển thông tin tổng hợp đến số điện thoại qua tin nhắn theo yêu cầu, chẳng hạn theo định kỳ (ngày/lần, giờ/lần,…), hay theo mức cảnh báo Luận văn minh chứng thiết kế, chế tạo hệ thống giám sát liên tục thơng số mơi trường Nhà máy xi-măng Việt Nam, lựa chọn chấp nhận đủ đáp ứng Nghị định 19/2015/NĐ-CP Thông tư 31/2016/TT-BTNMT trước nghiên cứu mở rộng hồn thiện để thay hệ thống ngoại nhập vốn đắt tiền không chủ động mặt thiết kế, chế tạo bảo hành - Phương pháp nghiên cứu + Cách tiếp cận đề tài bắt nguồn từ toán cấp bách thực tế giám sát liên tục thơng số mơi trường Nhà máy xi-măng Luận văn 10 - Dữ liệu ghi lại thẻ nhớ dạng file text đo hình 35 nêu mục 5.1 Như vậy, hệ thống làm việc đạt yêu cầu đo thấy thông số môi trường vượt giới hạn cho phép 5.3 So sánh kết đo với hệ thống đo chuẩn hiệu chỉnh thông số cảm biến Để kiểm tra tính xác hệ thống đo Học viên so sánh kết đo điều kiện thử nghiệm với thiết bị đo lường phân tích khí chuẩn Phịng cảm biến thiết bị đo khí, Viện Khoa học vật liệu - Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam (thiết bị lớn phức tạp, để phịng thí nghiệm) Các kết đo so sánh theo bảng 6, sau: Thiết bị đo chuẩn Mạch chế thử Độ lệch tuyệt đối (0C) Độ lệch tương đối (%) 10.00 10.01 0.01 0.1 15.00 15.03 0.03 0.2 20.00 20.02 0.02 0.1 25.00 25.02 0.02 0.08 30.00 30.03 0.03 0.1 35.00 35.01 0.01 0.03 40.00 40.02 0.02 0.05 45.00 45.02 0.02 0.04 50.00 50.04 0.04 0.08 55.00 55.03 0.03 0.05 Bảng - Bảng so sánh Kết đo nhiệt độ (đơn vị: 0C) thiết bị đo chuẩn mạch chế thử Thiết bị đo chuẩn Mạch chế thử Độ lệch tuyệt đối (%độ ẩm) Độ lệch tương đối (%đại lượng) 40.000 40.012 0.012 0.03 45.000 45.022 0.022 0.05 50.000 50.553 0.553 1.11 55.000 55.008 0.008 0.01 60.000 60.015 0.015 0.03 65.000 64.434 -0.566 -0.87 70.000 70.015 0.015 0.02 75.000 75.616 0.616 0.82 80.000 80.223 0.223 0.28 85.000 85.186 0.186 0.22 Bảng - Bảng so sánh Kết đo độ ẩm (đơn vị: %) thiết bị đo chuẩn mạch chế thử 60 Thiết bị đo chuẩn Mạch chế thử Độ lệch tuyệt đối (ppm) Độ lệch tương đối (%) 250 289 39 15.6 350 386 36 10.29 450 481 31 6.89 550 582 32 5.82 650 677 27 4.15 750 779 29 3.87 850 870 20 2.35 950 970 20 2.11 1050 1071 21 1150 1169 19 1.65 Bảng - Bảng so sánh Kết đo nồng độ khí CO (đơn vị: ppm) thiết bị đo chuẩn mạch chế thử Bảng cho thấy kết đo nhiệt độ độ ẩm hệ thống đạt độ xác cao (xấp xỉ 0), nguyên nhân độ tin cậy cảm biến DHT-11 cao, ngồi cịn kết đo quy tròn số Kết đo độ ẩm nhiệt độ khơng địi hỏi độ xác q cao, khơng cần hiệu chỉnh cảm biến DHT Bảng cho thấy kết đo nồng độ khí CO hệ thống đạt độ xác khơng cao (ở mức thấp lệch nhiều, lên tới 10%, mức cao phổ biến quanh 4%), nguyên nhân độ tin cậy cảm biến MQ7 khơng cao, ngồi cịn cảm biến bị già hóa độ nhạy khí bị ảnh hưởng Vì phương pháp nội suy, học viên hiệu chỉnh thông số cảm biến sau: A = 15.5, B = -0.61 (Tại mục 4.7, Code Thư viện A = 19.32 B = -0.64), sau nạp lại vào hệ thống Kết đo sau hiệu chỉnh cảm biến bảng 10 sau đây: Thiết bị đo chuẩn Mạch chế thử Độ lệch tuyệt đối (ppm) Độ lệch tương đối (%) 250 266 16 6.4 350 361 11 3.14 450 454 0.89 550 555 0.91 650 650 0 750 753 0.4 850 846 -4 -0.47 950 948 -2 -0.21 1050 1052 0.19 1150 1153 0.26 Bảng 10 - Bảng so sánh Kết đo nồng độ khí CO (đơn vị: ppm) thiết bị đo chuẩn mạch chế thử sau hiệu chỉnh hệ số cảm biến 61 Bảng 10 cho thấy kết đo nồng độ khí CO hệ thống đạt độ xác cao hẳn so với chưa hiệu chỉnh cảm biến: Ở mức thấp lệch khoảng 5% đến 1%, mức cao phổ biến 0.5%, đặc biệt quanh ngưỡng nguy hiểm 1000ppm đạt mức khoảng 0.2% Đây mức sai số chấp nhận 5.4 Đánh giá kết chung Dựa tình thử nghiệm kết thu trên, nhận thấy rằng: - Mơ hình thử nghiệm đảm bảo u cầu đặt Đề tài Màn hình LCD hiển thị đầy đủ thông số cần quan trắc theo thời gian thực hiển thị cảnh báo có vấn đề mơi trường; đạt độ xác cao Tin nhắn gửi tới trung tâm có u cầu tự động gửi có thơng số vượt mức an toàn gửi liên lục có cảnh báo nguy hiểm với đầy đủ thơng tin mong muốn; phận lưu trữ liệu cung cấp thông tin hoạt động tốt - Tuy nhiên giao diện chưa đẹp điều kiện kinh tế, kỹ thuật hạn chế 62 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Kết luận: Sau thời gian nghiên cứu, thiết kế, lắp ráp mạch chạy thử nghiệm, Luận văn thu kết sau: - Đưa thiết kế hệ thống giám sát nồng độ khí khải nhà máy xi măng - Chế tạo mơ hình thử nghiệm hệ thống tập trung đo nồng độ khí CO, mở rộng thêm kênh đo nhiệt độ độ ẩm - Đo thử nghiệm cho thấy mơ hình thử nghiệm có khả giám sát liên tục nồng độ khí CO cách xác, có khả lưu trữ liệu gửi liệu có yêu cầu Hệ thống có khả tự động gửi cảnh báo an toàn, cảnh báo khẩn cấp môi trường bị ô nhiễm Hướng phát triển: Tuy thực đạt kết định, song trình độ cịn hạn chế thời gian thực ngắn nên Luận văn nhiều điều cần điều chỉnh, mở rộng hoàn thiện Học viên xin mạnh dạn đề xuất số hướng phát triển tiếp theo, như: - Nghiên cứu ảnh hưởng khí thải tới nhiệt độ, độ ẩm mơi trường - Chế tạo mạch in vỏ hộp để sản phẩm có tính cơng nghiệp, đủ khả ứng dụng thực tiễn - Tăng thêm kênh đo nồng độ khí thải CO2, NOx, SO2, HC,… kênh đo khác theo yêu cầu thực tế (để áp dụng với nhiều vị trí đo khác nhà máy xi măng, nhà máy sản xuất sản phẩm khác, ngồi ximăng; hầm lị,…) - Tạo thư viện (library) cho cảm biến khí Phịng cảm biến thiết bị đo khí - Viện Khoa học vật liệu chế tạo 63 - Lắp thêm còi cảnh báo nguy hiểm nồng độ CO mức nguy hiểm (vượt ngưỡng 1000ppm) - Xây dựng hệ thống lưu trữ liệu lớn (big data), đủ phục vụ tra cứu - Xây dựng bảng biểu, biểu đồ, đồ thị, tạo WebGIS để tra cứu trực quan - Tăng độ xác, giảm thiểu tình trạng trơi tín hiệu, chống nhiễu cho hệ thống 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Tấn Dũng (Thủ tướng Chính phủ) Nghị định 19/2015/NĐ-CP, 2015 [2] Võ Tuấn Nhân (Thứ trưởng Bộ Tài nguyên Môi trường) Thông tư 31/2016/TT-BTNMT, 2016 [2] Bộ Tài nguyên Môi trường, QCVN 23:2009/BTNMT, 2009 [4] Hiệp hội Quản lý Môi trường Công nghiệp Nhật Bản, Báo cáo “Nghiệp vụ ủy thác hoạt động hợp tác song phương với Việt Nam chuyển giao quốc tế cơng nghệ bảo vệ mơi trường kiểu có lợi”, 2016 [5] Maximilian Lackner, Franz Winter and Avinash K Agarwal Handbook of Combustion, Handbook of Combustion, Volume Set, 2010 [6] R.L Duprey AP 42 Compilation of Air Pollutant Emission Factors, US Public Health Service, 1968 [7] Hoàng Hữu Lợi Các thiết bị IoT kết nối internet nào, viblo.asia, 2014 [8] Nguyễn Ngọc Long Những khó khăn lựa chọn đầu tư hệ thống quan trắc khí thải tự động cho ngành xi-măng, Thông tin khoa học kỹ thuật xi-măng số 2528, 2017 [9] Phạm Minh Tuấn Internet Of Things (IoT): cho người bắt đầu, IoT Maker Việt Nam, 2014 [10] Phạm Quang Ngân, Hồ Trường Giang, Đỗ Thị Anh Thư, Giang Hồng Thái, Lê Ngọc Thành Vinh Chế tạo bo mạch điện tử cho cảm biến khí CO nguyên lý hấp thụ hồng ngoại cấu hình khơng tán sắc (NDIR) hai kênh thu IR, Đề tài cấp Viện Khoa học vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam, 2018 [11] Do Thi Thu, Hoang Thi Hien, Do Thi Anh Thu, Pham Quang Ngan, Giang Hong Thai, Chu Van Tuan, Tran Trung and Ho Truong Giang Schottky contacts of (Au, Pt)/nanotube-titanates for fast response to NO2 gas at room temperature, Sensors and Actuators B 244 (941-948), 2017 [12] Dzung Tuan Nguyen, My Thanh Nguyen, Giang Truong Ho, Toan Ngoc 65 Nguyen, S Reisberg, B Piro and M.C Pham, Design of interpenetrated network MWCNT/poly(1,5-DAN) on interdigital electrode: Toward NO2 gas sensing, Talanta 115 (713-717), 2013 [13] Ho Truong Giang, Ha Thai Duy, Pham Quang Ngan, Giang Hong Thai, Do Thi Anh Thu, Do Thi Thu and Nguyen Ngoc Toan, Hydrocarbon gas sensing of nano-crystalline perovskite oxides LnFeO3 (Ln = La, Nd and Sm), Sensors and Actuators B 158 (246-251), 2011 [14] Ho Truong Giang, Ha Thai Duy, Pham Quang Ngan, Giang Hong Thai, Do Thi Anh Thu and Nguyen Ngoc Toan Nanosized perovskite oxide NdFeO3 as material for a carbon-monoxide catalytic gas sensor, Advances in Natural Sciences: Nanoscience and Nanotechnology (015012 - 015010.011088/012043- 016262/015012/015011/015012), 2011 [15] Tao Liu, Xiaofang Zhang, Lei Yuan and Jingkun Yu, A review of high- temperature electrochemical sensors based on stabilized zirconia, Solid State Ionics 283 (2015) 91-102 [16] Norio Miura, Tomoaki Sato, Sri Ayu Anggraini, Hiroshi Ikeda and Serge Zhuiykov, A review of mixed-potential type zirconia-based gas sensors, Ionics 20 (2014) 901-925 [17] Edinburgh Instruments, Non-Dispersive Infrared Sensing Technology, Technical Note (2012) [18] https://pacetoday.com.au/a-definitive-guide-to-continuous-emission- monitoring-systems-cems/ [19] http://www.superchevy.com/how-to/additional-tech/sucp-0407-carburetor-airfuel/ [20] http://www.biesssb.com/index.html [21] http://www.codelintl.com/cems-emission-monitoring-products- fluegasanalyzer-gcem4000.htm 66 [22] http://www.procal.com/emission-analysers/in-situ-gas-emissions/multi- component-analysis [23] http://www.multi-instruments.nl/nl [24] http://imsat.vn/Tin-tuc/499/Hoat-dong-khoa-hoc-cong-nghe/ [25] http://www.vielina.com/Home/Products.aspx?ctl=listsp&lv=5&LangID=0 [26] https://www.wikipedia.org/ 67 PHỤ LỤC: CHƯƠNG TRÌNH ỨNG DỤNG CỦA HỆ THỐNG #include #include #include #include #include #include #include #include #include LiquidCrystal lcd(8, 9, 4, 5, 6, 7); //Do am, nhiet const int DHTPIN = 2; //Đọc liệu từ DHT-11 chân mạch Arduino const int DHTTYPE = DHT-11; //Khai báo loại cảm biến DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE); // Do nong CO int gas_ain=A1; int ad_value; // A1 ket noi Aout // bien luu gia tri adc //Dat che co module thoi gian thuc RTC_DS1307 rtc; int time_error = 4; // Tùy chỉnh sai số cho Module RTC BQ32000 char daysOfTheWeek[7][12] = {"Sunday", "Monday", "Tuesday", "Wednesday", "Thursday", "Friday", "Saturday"}; //Dat vi tri ghi nho byte degree[8] = { 0B01110, 0B01010, 0B01110, 0B00000, 0B00000, 0B00000, 0B00000, 0B00000 }; 68 File myFile; //Dat che tin nhan Thong so quan trac gui ve const String myphone = "0344937903"; // Thay so cua SIM vao day const String sendphone = "0344974668"; // Thay so cua ban vao day const int PWR_KEY = A2; // Chan so A2 arduino uno dung lam chan dieu khien bat tat module Sim808 String RxBuff = ""; // Khai bao bo dem nhan du lieu void Gsm_Power_On(); void Gsm_Init(); // Bat module Sim 808 // Cau hinh Module Sim 808 void Gsm_MakeSMS(String phone,char content); // Ham nhan tin void setup() { Serial.begin(9600); // Cau hinh UART de giao tiep module Sim 808 digitalWrite(PWR_KEY, LOW); // Khai bao chan PWR_KEY de dieu khien bat bat module Sim 808 pinMode(PWR_KEY, OUTPUT); delay(1000); Gsm_Power_On(); // Bat Module Sim 808 delay(10000); Gsm_Init(); // Cau hinh module Sim 808 Gsm_MakeSMS(sendphone,"I'm a test"); // Test tin nhan //Ham hien thi LCD lcd.begin(16, 2); // Khởi động LCD lcd.setCursor(0,0); // Đặt vị trí cho trỏ LCD lcd.print(" Thong so"); lcd.setCursor(0,1); lcd.print(" quan trac"); lcd.createChar(1, degree); delay (2000); pinMode(gas_ain,INPUT); //if (! rtc.begin()) { //Serial.println("Couldn't find RTC"); //while (1); //} dht.begin(); // Khởi động cảm biến DHT-11 //while (!Serial) { // wait for serial port to connect //} 69 //Serial.print("Initializing SD card "); // if (!SD.begin(3)) { //Serial.println("initialization failed!"); // return; //} //Serial.println("initialization done."); //} //Chuong trinh doc va gui du lieu tu SIM void serialEvent() { while (Serial.available()) { // get the new byte: char inChar = (char)Serial.read(); RxBuff += inChar; se xu ly RxBuff vong loop()) if(RxBuff.length()>= 128) { RxBuff = ""; } } } void Gsm_Power_On() { digitalWrite(PWR_KEY, HIGH); delay(1500); digitalWrite(PWR_KEY, LOW); delay(100); } // Ham ngat nhan du lieu // Doi den co du lieu nhan ve // Doc mot byte du lieu vua nhan ve // Ghi byte vao bo dem nhan RxBuff (ta // Neu bo dem qua dai thi xoa bo dem di // Ham bat sim 808 // Du chan PWR_KEY len cao it nhat 1s // o day ta de 1,5s // Du chan PWR_KEY xuong thap // Xem them Hardware designed Sim808 void Gsm_Init() // Ham cai dat che cho sim 808 { Serial.println("ATE0"); // Tat che phan hoi (Echo mode) delay(2000); Serial.println("AT+IPR=9600"); // Dat toc truyen nhan du lieu 9600 bps delay(2000); Serial.println("AT+CMGF=1"); // Chon che TEXT Mode delay(2000); Serial.println("AT+CLIP=1"); // Hien thi thong tin nguoi goi den delay(2000); Serial.println("AT+CNMI=2,2"); // Hien thi truc tiep noi dung tin nhan delay(2000); } void Gsm_MakeSMS(String phone,String content) { 70 // Ham goi tin nhan Serial.println("AT+CMGS=\"" + phone + "\""); // Lenh gui tin nhan delay(3000); // Cho ky tu '>' phan hoi ve Serial.print(content); // Gui noi dung Serial.print((char)26); // Gui Ctrl+Z hay 26 de ket thuc noi dung tin nhan va gui tin di delay(5000); // delay 5s } void loop() { // Dat che thoi gian thuc DateTime now = rtc.now(); int time_minute = now.minute(); int time_second = now.second(); int time_ok = 0; if(time_second >= (60 - time_error)){ time_ok = time_error + time_second - 60; time_minute = time_minute + 1; time_second = time_ok; } else { time_second= time_second + time_error; } //Doc gia tri nhiet do, am float h = dht.readHumidity(); //Đọc độ ẩm float t = dht.readTemperature(); //Đọc nhiệt độ // kiểm tra lại giá trị nhiệt độ độ ẩm đọc được, chúng "NaN" ( not a number) có vấn đề // Hiển thị thông in lên LCD // Hien thi thoi gian thuc lcd.setCursor(0,0); lcd.print(now.day()); lcd.print("/"); lcd.print(now.month()); lcd.print("/"); lcd.print(now.year()); lcd.print(","); lcd.print(now.hour()); lcd.print(":"); lcd.print(time_minute); lcd.print(":"); lcd.print(time_second); 71 // Hien thi nhiet do, am lcd.setCursor(0,1); lcd.print("H"); lcd.print("%"); if (h>60) { Gsm_MakeSMS(sendphone, "Do am qua cao"); // Goi khuyen cao am vươt muc ve trung tam delay(60000); lcd.print(round(h)); lcd.print("%"); lcd.print(",Am uot"); } else { lcd.print(round(h)); lcd.print("%"); } lcd.print(",T"); if (t>50) { Gsm_MakeSMS(sendphone, "Nhiet qua cao"); // Goi khuyen cao nhiet vươt muc ve trung tam lcd.print(round(t)); lcd.write(1); lcd.print("C"); lcd.print("Nong"); } Else { lcd.print(round(t)); lcd.write(1); lcd.print("C"); } // Hien thi nong CO lcd.createChar(1, degree); ad_value=analogRead(gas_ain); // Đọc giá trị adc // Kiem tra chan DOUT Module // Nếu vượt ngưỡng nguy hiểm if(ad_value>1000) { Gsm_MakeSMS(sendphone, "Nong CO o muc nguy hiem"); // Goi canh bao nong CO nguy hiem ve trung tam 72 lcd.setCursor(11,1); // Hiển thị cảnh báo nguy hiểm lcd.print(" Ro CO"); lcd.setCursor(10,1); lcd.createChar(1, degree); lcd.setCursor(0,0); lcd.print("Cuc ky Nguy hiem!!!"); lcd.setCursor(0,1); lcd.print("Nongdo CO "); lcd.print(ad_value); lcd.print("ppm"); } else { lcd.setCursor(10,1); // Hiển thị an toàn lcd.print(",No CO"); //Serial.println("CO not leak"); } } delay(5000); //Mở File myFile = SD.open("TempHumCO.txt", FILE_WRITE); // Viết liệu vào File if (myFile) { if( time_second%10==0&& time_second/10!=0 || time_second==0) { myFile.print("Ngay: "); myFile.print(now.day()); myFile.print("/"); myFile.print(now.month()); myFile.print("/"); myFile.print(now.year()); myFile.print(" "); myFile.print("Thoi diem: "); myFile.print(now.hour()); myFile.print(":"); myFile.print(time_minute); myFile.print(":"); myFile.print(time_second); myFile.print(" "); myFile.print("Nhiet do: "); myFile.print(t); myFile.print("*C "); myFile.print("Do am: "); myFile.print(h); myFile.println("%"); myFile.print("Nong CO: "); 73 myFile.print(ad_value); myFile.println("ppm"); myFile.close(); } //đóng file : myFile.close(); } else { // Nếu lỗi mở File, in thông báo Serial //Serial.println("error opening data file"); } } 74 ... PHỤ LỤC: CHƯƠNG TRÌNH ỨNG DỤNG CỦA HỆ THỐNG 68 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn thạc sĩ ? ?Thiết kế hệ thống giám sát liên tục nồng độ khí thải Nhà máy xi măng? ?? cơng trình nghiên cứu riêng... đề tài ? ?Thiết kế hệ thống giám sát liên tục nồng độ khí thải Nhà máy xi măng? ?? - Lịch sử nghiên cứu: Như nói trên, tính đến tháng 6/2018, chưa có doanh nghiệp Xi măng Việt Nam lắp ráp hệ thống này,... trạng bị nhà máy công suất lớn xi- măng Bút Sơn, xi- măng Bỉm Sơn, xi- măng Hoàng Thạch, xi- măng Cẩm Phả, xi- măng Hạ Long, xi- măng ChinFon xi- măng Nghi Sơn Tuy vậy, phần lớn nhà máy xi- măng công