Nghiên cứu xây dựng hệ thống tự động quan trắc mức nước hồ đại lải

1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT  PHẠM SƠN PHÚC NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG QUAN TRẮC MỨC NƯỚC HỒ ĐẠI LẢI LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Hà nội, 2007 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT PHẠM SƠN PHÚC NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG QUAN TRẮC MỨC NƯỚC HỒ ĐẠI LẢI Chun ngành: Điện khí hóa mỏ Mã số: 60.52.52 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS ĐÀO ĐẮC TUYÊN Hà nội, 2007 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn cao học cơng trình nghiên cứu riêng cá nhân Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa có cơng bố cơng trình khoa học khác Hà nội, ngày 22 tháng năm 2008 Tác giả luận văn Phạm Sơn Phúc MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa Lời cam đoan Mục lục Danh mục hình vẽ đồ thị MỞ ĐẦU Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG QUAN TRẮC ĐO MỨC NƯỚC 1.1 Nước đất, áp lực nước ý nghĩa nghiên cứu 1.2 Hệ thống điều tiết nước sông thành phố lớn 1.3 Hệ thống điều tiết mức nước cho hồ Đại Lải Chương 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO MỨC NƯỚC 2.1 Các phương pháp đo phát mức nước chất lưu 11 2.1.1 Phương pháp thủy tĩnh 11 2.1.2 Phương pháp điện 13 2.1.3 Phương pháp dùng xạ 15 2.2 16 Các phương pháp đo mức nước 2.2.1 Phương pháp cổ điển 16 2.2.2 Đo mức nước dùng cảm biến WL400 18 2.2.3 Đo mức nước dùng cảm biến SLW 21 2.2.4 Phương pháp đo mức nước dùng cảm biến Aqua Rod Parallax 25 2.2.5 Đo mức nước dùng cảm biến RS Hydro SAIV TD310R 27 Chương 3: MƠ HÌNH HĨA VÀ MƠ PHỎNG HỆ THỐNG ĐO MỨC NƯỚC 3.1 Những khái niệm chung mô hình hóa hệ thống 29 3.1.1 Khái niệm chung 29 3.1.2 Đặc điểm mơ hình hóa hệ thống 31 3.1.3 Phân loại mơ hình hệ thống 33 3.1.4 Một số ngun tắc xây dựng mơ hình 36 3.2 Phương pháp mô 37 3.2.1 Khái niệm chung mô 37 3.2.2 Bản chất phương pháp mô 38 3.2.3 Các bước nghiên cứu mô 40 3.2.4 Các ngôn ngữ thiết bị mô 44 3.2.5 Các phương pháp mô 46 3.3 Xây dựng mơ hình mơ hệ thống đo mức nước hồ Đại Lải 47 3.3.1 Đặc điểm đối tượng khảo sát 47 3.3.2 Mơ hình hóa hệ thống đo mức nước 48 3.3.3 Xây dựng lưu đồ thuật toán lựa chọn ngơn ngữ mơ 50 3.4 Tìm hiểu ngôn ngữ VisualBasic 6.0 52 3.4.1 Giới thiệu Visual Basic 6.0 52 3.4.2 Mơi trường lập trình Visual Basic 6.0 53 3.4.3 Làm việc với điều khiển 56 3.4.4 Các bước lập trình 59 3.5 70 Tổng quan ADO 3.5.1 Các đối tượng ADO để kết nối với nguồn liệu 71 3.5.2 Các tính đối tượng ADO Recordset 72 3.5.3 Khố mẩu tin ADO 73 3.6 74 Giao diện mô 3.6.1 Giao diện chương trình 74 3.6.2 Mã chương trình 77 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO 88 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình vẽ Tên hình vẽ 1.1 Hình ảnh hồ Đại Lải 2.1 Phương pháp thuỷ tĩnh 2.2 Cảm biến độ dẫn đo mức chất lưu 2.3 Sơ đồ đo mức nước phương pháp quan trắc 2.4 Sơ đồ đo mức nước phương pháp tự ghi 2.5 Hình ảnh cảm biến đo mức nước WL400 2.6 Sơ đồ nối dây cảm biến với tín hiệu đầu dịng điện 2.7 Sơ đồ nối dây cảm biến với tín hiệu đầu điện áp 2.8 Hình ảnh cảm biến đo mức nước SLW 2.9 Họ cảm biến SLW 2.10 Sơ đồ nối dây cảm biến SLW 2.11 Hình ảnh cảm biến đo mức nước Aqua Rod 2.12 Hình ảnh cảm biến đo mức nước Parallax 2.13 Sơ đồ bố trí Rơle mức nước Parallax 2.14 Sơ đồ bố trí Rơle mức nước RS Hydro 2.15 Rơle mức nước SAIV TD310R 3.1 Sơ đồ phân loại mơ hình 3.2 Q trình nghiên cứu phương pháp mô 3.3 Các bước nghiên cứu mô 3.4 Mơ hình mơ máy tính 3.5 Mơ hình đo mức nước 3.6 Mơ hình hệ thống đo giám sát mức nước 3.7 Lưu đồ thuật toán 3.8 Giao diện mô visualbasic 3.9 Chế độ chạy tay 3.10 Chế độ chạy tự động MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Ngày nay, hiệu ứng nhà kính, khí thải chặt phá rừng làm cho môi trường bị ô nhiễm đồng thời khí hậu bị thay đổi nặng nề, lũ lụt hạn hán xảy nơi, lúc toàn cầu, hệ thống nước ngầm bị thay đổi theo Sự thay đổi khơng theo quy luật định, cơng tác phịng ngừa khắc phục hậu gặp nhiều khó khăn Chính việc phải theo dõi, dự báo lưu trữ số liệu cần thiết hệ thống sông, hồ hệ thống nước ngầm Hồ Đại Lải hồ lớn khu vực phía Bắc phục vụ cho nơng nghiệp, du lịch, ngư nghiệp, sinh hoạt an ninh cho huyện tỉnh Vĩnh Phúc thành phố Hà nội Do vậy, việc nghiên cứu xây dựng hệ thống tự động quan trắc mức nước hồ Đại Lải cần thiết Mục đích nghiên cứu đề tài Xây dựng hệ thống tự động quan trắc Ứng dụng visualbasic để thiết kế mơ hình, mơ hệ thống tự động quan trắc mức nước hồ Đại Lải Đối tượng phạm vi nghiên cứu đề tài Đối tượng nghiên cứu đề tài xây dựng hệ thống tự động quan trắc mức nước hồ Đại Lải Phạm vi nghiên cứu đề tài nghiên cứu hệ thống tự động quan trắc Nội dung nghiên cứu Nghiên cứu trạm quan trắc Nghiên cứu thiết bị đo mức nước Xây dựng mơ hình hệ thống tự động quan trắc 10 Xây dựng lưu đồ thuật tốn, viết chương trình mơ hệ thống tự động quan trắc đo mức nước Nhiệm vụ đề tài Để thực mục đích trên, đề tài cần phải giải nhiệm vụ sau:  Tổng quan hệ thống quan trắc đo mức nước  Các phương pháp đo mức nước  Mơ hình hóa mơ hệ thống đo mức nước Phương pháp nghiên cứu Để giải nhiệm vụ nghiên cứu đề tài, tác giả sử dụng phương pháp nghiên cứu tổng hợp sau:  Khảo sát mặt bằng, diện tích thu thập số liệu hồ Đại Lải  Khảo sát trạm quan trắc  Tìm tài liệu nghiên cứu lý thuyết chung thiết bị sử dụng hệ thống tự động quan trắc mức nước  Nghiên cứu ứng dụng visualbasic để thiết kế mơ hình, mơ hệ thống tự động quan trắc mức nước hồ Đại Lải Ý nghĩa khoa học thực tiễn Ngày nay, nhờ phát triển khoa học kĩ thuật, số thiết bị đo trạm quan trắc đo mức nước sử dụng nước ta Tuy nhiên, ứng dụng cịn hạn chế so với yêu cầu thực tế, điều ảnh hưởng lớn đến an ninh, nông, lâm, ngư nghiệp, mơi trường cảnh quan Vì vậy, việc nghiên cứu đề xuất hệ thống tự động quan trắc mức nước cần thiết Do vậy, đề tài mang tính khoa học thực tiễn Cơ sở tài liệu Luận văn thực dựa sở tài liệu sau:  Đo lường cảm biến 82 3.6 Giao diện mô 3.6.1 Giao diện chương trình Hình 3.8 Giao diện mơ visualbasic Trên giao diện thể toàn thuật tốn mơ phỏng, bao gồm hệ thống hồ, cảm biến đo mức nước, thông số chuyển đổi thiết bị đóng mở van Trong q trình mơ mức nước thay đổi liên tục ngẫu nhiên thể qua chiều cao h tín hiệu sau cảm biến đo mức nước Sự thay 83 đổi mức nước ghi lại máy tính hiển thị đồ thị chiều cao mức nước h để người vận hành dễ quan sát Hình 3.9 Chế độ chạy tay 84 Hình 3.10 Chế độ chạy tự động 85 3.6.2 Mã chương trình Dim H_hientai As Single Dim tudong, Vanmo As Boolean Dim Luuluongvao, Luuluongra, Dungtichhochua, DungtichhochuaMax As Single Dim Chieucaobandau, Chieucaohientai, H_Max As Single Dim TD_Hmo, TD_Hdong As Single Dim data(101) As Single Dim D_index As Integer //vẽ đồ thị chiều cao h Sub vedt(ByVal giatri As Single) Dim i As Integer For i = To 99 data(i) = data(i + 1) Next i data(100) = 4100 - giatri * 500 Picture3.Cls For i = To 99 Picture3.Line (100 * (i + 1), data(i))-(100 * (i + 2), data(i + 1)), vbYellow Next i End Sub //định nghĩa chế độ tự động tay Private Sub Command1_Click() If tudong = False Then Command1.Caption = "Tự động" Command2(0).Enabled = False Command2(1).Enabled = False tudong = True Else Command1.Caption = "Bằng tay" Command2(0).Enabled = True Command2(1).Enabled = True tudong = False End If End Sub //chọn chế độ tự động tay Private Sub Command2_Click(Index As Integer) If Index = Then 86 Vanmo = True Command2(0).Enabled = False Command2(1).Enabled = True Label5.Caption = Format(Luuluongra, "##0.00 m3/s") Shape2.FillStyle = Shape1.FillStyle = Else Vanmo = False Command2(0).Enabled = True Command2(1).Enabled = False Label5.Caption = Format(0, "##0.00 m3/s") Shape2.FillStyle = Shape1.FillStyle = End If End Sub //nút mô Private Sub Command3_Click() Command3.Enabled = False Command4.Enabled = True Timer1.Enabled = True End Sub //nút dừng Private Sub Command4_Click() Command3.Enabled = True Command4.Enabled = False Timer1.Enabled = False End Sub //nút thoát Private Sub Command5_Click() Unload Me End Sub Private Sub Form_Load() Dim i Call SetFont("VK Sans Serif") H_Max = TD_Hmo = Val(Text1(0).Text) TD_Hdong = Val(Text1(1).Text) Luuluongra = Val(Text1(2).Text) Chieucaobandau = Val(Text1(5).Text) DungtichhochuaMax = Val(Text1(4).Text) 87 Dungtichhochua = DungtichhochuaMax / Luuluongvao = Luuluongra * VScroll2.Value / 100 Label4.Caption = Format(Luuluongvao, "##0.00 m3/s") Call velainuocho(DungtichhochuaMax, Dungtichhochua, Chieucaobandau, H_Max) For i = To 100 data(i) = 4100 - H_hientai * 500 Next i For i = To LineY(i).X1 = LineY(i).X2 = LineY(i).Y1 = LineY(i).Y2 = Next i 100 + 1000 * (i + 1) 100 + 1000 * (i + 1) 100 4100 For i = To LineX(i).X1 = LineX(i).X2 = LineX(i).Y1 = LineX(i).Y2 = Next i 100 10100 4100 - 500 * (i + 1) 4100 - 500 * (i + 1) End Sub Sub velainuocho(ByVal max As Single, ByVal giatri As Single, ByVal nuocchet As Single, ByVal chieucaoMax As Single) Dim Dongdien, H_hienthi As Single Dim h, i As Integer H_hientai = (giatri * chieucaoMax) / max Dongdien = (H_hientai * 20) / chieucaoMax Label7.Caption = "h = " & Format(H_hientai, "##0.00 m") Label6.Caption = Format(Dongdien, "##0.00 mA") If H_hientai > nuocchet Then H_hienthi = Round(((65 * (H_hientai - nuocchet)) / (chieucaoMax - nuocchet)), 0) 88 h = 65 - H_hienthi Else h = 65 End If For i = To h Line1(i).Visible = True Next i For i = h To 65 Line1(i).Visible = False Next i End Sub Private Sub Form_Unload(Cancel As Integer) Call RestoreFont End Sub Private Sub Text1_Change(Index As Integer) Luuluongra = Val(Text1(2).Text) Chieucaobandau = Val(Text1(5).Text) DungtichhochuaMax = Val(Text1(4).Text) Luuluongvao = Luuluongra * VScroll2.Value / 100 Label4.Caption = Format(Luuluongvao, "##0.00 m3/s") TD_Hmo = Val(Text1(0).Text) TD_Hdong = Val(Text1(1).Text) End Sub Private Sub Text1_KeyPress(Index As Integer, KeyAscii As Integer) Select Case KeyAscii Case 48 To 57, Exit Sub Case Asc(".") Exit Sub Case Else KeyAscii = Exit Sub End Select End Sub //điều khiển timer Private Sub Timer1_Timer() 89 Dungtichhochua = Dungtichhochua + Luuluongvao If H_hientai > Chieucaobandau Then If Vanmo = True Then Dungtichhochua = Dungtichhochua - Luuluongra End If End If If Dungtichhochua > DungtichhochuaMax Then Dungtichhochua = DungtichhochuaMax End If Call velainuocho(DungtichhochuaMax, Dungtichhochua, Chieucaobandau, H_Max) D_index = D_index + If D_index > 100 Then D_index = Call vedt(H_hientai) If tudong = True Then If H_hientai > TD_Hmo Then Vanmo = True Command2(0).Enabled = False Command2(1).Enabled = True Label5.Caption = Format(Luuluongra, "##0.00 m3/s") Shape2.FillStyle = Shape1.FillStyle = Else If H_hientai < TD_Hdong Then Vanmo = False Command2(0).Enabled = True Command2(1).Enabled = False Label5.Caption = Format(0, "##0.00 m3/s") Shape2.FillStyle = Shape1.FillStyle = End If End If End If End If End Sub Private Sub VScroll2_Change() Luuluongvao = Luuluongra * VScroll2.Value / 100 90 Label4.Caption = Format(Luuluongvao, "##0.00 m3/s") End Sub //phông chữ Public Const LF_FACESIZE = 32 Public Type LOGFONT '60 byte lfHeight As Long lfWidth As Long lfEscapement As Long lfOrientation As Long lfWeight As Long lfItalic As Byte lfUnderline As Byte lfStrikeOut As Byte lfCharSet As Byte lfOutPrecision As Byte lfClipPrecision As Byte lfQuality As Byte lfPitchAndFamily As Byte lfFaceName(LF_FACESIZE) As Byte End Type Public Type NMLOGFONT '56 byte lfHeight As Long lfWidth As Long lfEscapement As Long lfOrientation As Long lfWeight As Long lfItalic As Byte lfUnderline As Byte lfStrikeOut As Byte lfCharSet As Byte lfOutPrecision As Byte lfClipPrecision As Byte lfQuality As Byte lfPitchAndFamily As Byte lfFaceName(LF_FACESIZE - 4) As Byte End Type Public Type NONCLIENTMETRICS 91 cbSize As Long iBorderWidth As Long iScrollWidth As Long iScrollHeight As Long iCaptionWidth As Long iCaptionHeight As Long lfCaptionFont As NMLOGFONT iSMCaptionWidth As Long iSMCaptionHeight As Long lfSMCaptionFont As NMLOGFONT iMenuWidth As Long iMenuHeight As Long lfMenuFont As NMLOGFONT lfStatusFont As NMLOGFONT lfMessageFont As NMLOGFONT End Type Public Const REG_STRUCTURESIZE = 340 'Size of NONCLIENTMETRICS Public Const SPI_SETNONCLIENTMETRICS = 42 Public Const SPI_GETNONCLIENTMETRICS = 41 Public Declare Function SystemParametersInfo Lib "user32" _ Alias "SystemParametersInfoA" (ByVal uAction As Long, _ ByVal uParam As Long, lpvParam As Any, _ ByVal fuWinIni As Long) As Long Public newFontMetric As NONCLIENTMETRICS Public oldFontMetric As NONCLIENTMETRICS Public Sub ConvertFontToByte(ByRef lfFont As NMLOGFONT, ByRef fFontName As String) Dim i As Byte For i = To Len(fFontName) lfFont.lfFaceName(i - 1) = Asc(Mid(fFontName, i, 1)) Next 92 For i = Len(fFontName) To (LF_FACESIZE - 4) lfFont.lfFaceName(i) = Next End Sub Public Sub SetFont(ByVal newFontName As String) newFontName = IIf(IsNull(newFontName), "VK Sans Serif", newFontName) Dim VarGT As Long oldFontMetric.cbSize = REG_STRUCTURESIZE VarGT = SystemParametersInfo(SPI_GETNONCLIENTMETRICS, REG_STRUCTURESIZE, oldFontMetric, 0) newFontMetric.cbSize = REG_STRUCTURESIZE newFontMetric.iCaptionWidth = 40 newFontMetric.lfCaptionFont.lfHeight = -20 newFontMetric.lfCaptionFont.lfWeight = 200 newFontMetric.iScrollWidth = 20 newFontMetric.iScrollHeight = 20 Call ConvertFontToByte(newFontMetric.lfCaptionFont, newFontName) Call ConvertFontToByte(newFontMetric.lfMenuFont, newFontName) Call ConvertFontToByte(newFontMetric.lfMessageFont, newFontName) Call ConvertFontToByte(newFontMetric.lfSMCaptionFont, newFontName) Call ConvertFontToByte(newFontMetric.lfStatusFont, newFontName) 93 VarGT = SystemParametersInfo(SPI_SETNONCLIENTMETRICS, REG_STRUCTURESIZE, newFontMetric, 0) End Sub Public Sub RestoreFont() Dim VarGT As Long oldFontMetric.cbSize = REG_STRUCTURESIZE VarGT = SystemParametersInfo(SPI_SETNONCLIENTMETRICS, REG_STRUCTURESIZE, oldFontMetric, 0) End Sub 94 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Xây dựng hệ thống tự động quan trắc mức nước hồ Đại Lải đề tài khó phức tạp Vì kiều kiện địa hình rộng phức tạp, lưu vực nước đổ hồ Đại Lải diện tích rộng, diện tích bề mặt hồ thường xuyên dao động Mặt khác giới hạn đề tài, thời gian, kinh phí đầu tư kinh nghiệm thân hạn chế nên luận văn khơng tránh khỏi sai sót KẾT LUẬN Tự động hóa hệ thống đảm bảo đo đạc liên tục, lưu trữ điều tiết mức nước hồ Đại Lải quan trọng, có ý nghĩa thực tiễn + Kết nghiên cứu ứng dụng vào thực tế + Có thể dùng cho giảng dạy học tập Đề tài giải nội dung sau: + Khảo sát mặt bằng, diện tích thu thập số liệu hồ Đại Lải + Khảo sát hệ thống quan trắc + Nghiên cứu lý thuyết chung thiết bị sử dụng hệ thống tự động quan trắc + Nghiên cứu, ứng dụng visualbasic tự động đo đạc liên tục, hiển thị, lưu trữ số liệu góp phần tự động hoá việc điều tiết nước hồ Như với hệ thống tự động quan trắc mức nước hồ Đại Lải sử dụng visualbasic đạt mục đích, đo, quan sát mực nước lòng hồ, lưu trữ điều khiển đóng mở xả nhằm điều tiết lượng nước hồ KIẾN NGHỊ Từ kết nghiên cứu đưa kiến nghị đề xuất sau: + Nghiên cứu xây dựng hệ thống tự động quan trắc mức nước hồ Đại Lải để lưu trữ, đo đạc liên tục tự động hoá trình điều tiết nước cho hồ 95 + Xây dựng hệ thống cửa xả để điều khiển mực nước theo chương trình + Xây dựng hệ thống đập tràn tốt để xây dựng hệ thống hoàn thiện + Xây dựng hệ thống đo lưu lượng nước lưu vực để cảnh báo sớm thay đổi mức nước, trồng rừng lưu vực hồ để giảm tốc độ lũ, sạt lở đất đá xuống lòng hồ tạo thêm cảnh quan du lịch, môi trường sinh thái cho khu du lịch hồ Đại Lải Nhân dịp này, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới TS Đào Đắc Tuyên, người trực tiếp hướng dẫn khoa học, thầy cô giáo môn Điện khí hóa xí nghiệp, mơn Kỹ thuật Điện- Điện tử trường đại học Mỏ - Địa chất, tập thể, cá nhân đồng nghiệp đóng góp q báu q trình thực luận văn 96 TÀI LIỆU THAM KHẢO Phạm Công Hòa (2004), Kỹ thuật đo lường cảm biến, Trường Đại học Mỏ- Địa Chất, Hà nội Phạm Thượng Hàn, Nguyễn Trọng Quế, Nguyễn Văn Hòa(1994), Các đại lượng vật lý, Nxb Giáo dục, Hà nội Nguyễn Doãn Phước (2004), Lý thuyết điều khiển tuyến tính, Nxb Khoa học kỹ thuật, Hà nội Nguyễn Trọng Quế (1996), Phương pháp đo đại lượng điện không điện, Trường Đại học Bách Khoa, Hà nội Nguyễn Trọng Thuần (2000), Điều khiển logic ứng dụng, Nxb Khoa học kỹ thuật, Hà nội Trịnh Anh Toàn (2000), VisualBasic 6.0, Nxb Đà nẵng, Đà nẵng Nguyễn Thiên Bằng (2005), VisualBasic 6.0, Nxb Lao động xã hội, Hà nội ... quan trắc mức nước hồ Đại Lải Đối tượng phạm vi nghiên cứu đề tài Đối tượng nghiên cứu đề tài xây dựng hệ thống tự động quan trắc mức nước hồ Đại Lải Phạm vi nghiên cứu đề tài nghiên cứu hệ thống. .. Nhận thấy tầm quan trọng đề tài nghiên cứu xây dựng hệ thống tự động quan trắc mức nước hồ Đại Lải định hướng xây dựng hệ thống quan trắc để đo giám sát mức nước hồ Đại Lải Đề tài xây dựng mơ hình... xây dựng hệ thống tự động quan trắc mức nước hồ Đại Lải cần thiết Mục đích nghiên cứu đề tài Xây dựng hệ thống tự động quan trắc Ứng dụng visualbasic để thiết kế mơ hình, mơ hệ thống tự động quan