BKH&CN LHKHKTCT BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LIÊN HIỆP KHOA HỌC KỸ THUẬT CƠNG TRÌNH SEEN Tồ nhà SEEN, Khu Công nghiệp Từ Liêm Km13, đường 32, Từ Liêm, Hà Nội -*** BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ LẮP ĐẶT HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HOÁ GIÁM SÁT, XỬ LÝ, CẢNH BÁO MÔI TRƯỜNG TẠI CÁC KHU CÔNG NGHIỆP VÀ ĐÔ THỊ LỚN Chủ nhiệm đề tài : KS Lê Đức Bảo Cơ quan chủ trì đề tài : LHKHKT CT SEEN 6683 27/11/2007 HÀ NỘI – 2005 Bản quyền sở hữu thuộc Liên hiệp Khoa học Kỹ thuật Cơng trình SEEN KC.03 - 17 “Nghiên cứu chế tạo lắp đặt hệ thống tự động hóa giám sát, xử lý, cảnh báo mơi trường khu công nghiệp đô thị lớn” Tài liệu tổ chức thành tập đánh số sau: THIẾT BỊ ĐO: TBĐ-1: Thiết bị đo độ pH nhiệt độ TBĐ-2: Thiết bị đo độ dẫn điện TBĐ-3: Thiết bị đo oxy hoà tan TBĐ-4: Thiết bị đo độ đục TBĐ-5: Thiết bị đo COD BOD TBĐ-6: Thiết bị đo độ ồn HỆ THỐNG: HT-1: Hệ thống thu thập số liệu trạm quan trắc HT-2: Hệ thống thu thập số liệu Trung tâm môi trường HT-3: Phần mềm SCADA trung tâm môi trường BÁO CÁO TÓM TẮT ĐỀ TÀI: Nghiên cứu chế tạo lắp đặt hệ thống tự động giám sát, xử lý, cảnh báo môi trường khu công nghiệp đô thị lớn DANH SÁCH NHỮNG NGƯỜI THỰC HIỆN KS Lê Đức Bảo : Chủ nhiệm đề tài Tổng Giám đốc LHKHKTCT SEEN PGS Nguyễn Trọng Quế : Cố vấn đề tài KS Nguyễn Quốc Phong : Cán kỹ thuật SEEN KS Nguyễn Ngọc Anh : Cán kỹ thuật SEEN KS Hồng Chí Quyết : Cán kỹ thuật SEEN KS Lê Quang Hiếu : Cán kỹ thuật SEEN BÀI TĨM TẮT Nghiên cứu mơi trường, có chiến lược bảo vệ mơi trường, tạo mơi trường thích hợp cho sống trở vấn đề sống mà quốc gia phải quan tâm Ở nước phát triển, khoa học phát triển mạnh năm qua Domotic Imotic, khoa học ''vi môi trường'' Để đảm bảo cho việc xử lý ô nhiễm môi trường, hệ thống quan trắc thông số ô nhiễm nước không khí nối thành mạng nhiều nước giới Trong nước ta trạm quan trắc khơng khí nước đếm đầu ngón tay Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị đo, vẽ thông số môi trường, thiết kế hệ thống trạm quan trắc môi trường nước ta điều cấp thiết Chọn cách để chế tạo thiết bị, cách để xây dựng trạm quan trắc cho chủ động mà vừa đạt yêu cầu khoa học môi trường vừa có giá thành hạ nhất, điều cần phải làm Đề tài KC.03-17 thực nghiệm nghiên cứu chế tạo, lắp đặt thiết bị, lập trình phần mềm ứng dụng phục vụ cho trạm quan trắc nước thải Tất kết đề tài tính đến giải pháp chủ động cho việc bảo dưỡng, phát triển hệ thống trạm quan trắc mơi trường tồn đất nước Việc thiết kế hệ thống yêu cầu kỹ thuật, phù hợp với tình hình kinh tế trình độ nhiệm vụ khơng dễ cần phải nghiên cứu nghiêm túc để định thiết bị phải mua, thiết bị chủ động chế tạo Mục tiêu đề tài Bản tóm tắt giới thiệu tinh thần kết đạt Sau năm nghiên cứu, đề tài KC.03-17, Liên hiệp SEEN nói là: có khả tự thiết kế xây dựng hệ quan trắc nước thải theo yêu cầu người sử dụng, đạt tiêu chuẩn, không thua so với hệ thống đặt nước với giá thành chấp nhận Và SEEN mong muốn với kết đạt mình, quan cần xây dựng trạm quan trắc liên hệ với SEEN để có trạm quan trắc hợp chuẩn yêu cầu đề tài T/M tác giả Lê Đức Bảo MỤC LỤC CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU, PHƯƠNG HƯỚNG VÀ NHIỆM VỤ HOẠT ĐỘNG CỦA ĐỀ TÀI I.1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TRẠM QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG: I.1.1 TÌNH HÌNH TRÊN THẾ GIỚI : I.1.2 TÌNH HÌNH TRONG NƯỚC : I.1.3 CHỦ TRƯƠNG CƠ BẢN CỦA ĐỀ TÀI KC.03-17: .2 I.1.4 HỢP ĐỒNG KÝ KẾT : I.2 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU: I.2.1 HỆ THỐNG THU THẬP SỐ LIỆU TRẠM QUAN TRẮC: I.2.1.1 Phòng xử lý trung tâm (PXLTT): I.2.1.2 Trạm quan trắc địa phương (TQTĐP): I.2.2 XÁC ĐỊNH NHIỆM VỤ THEO HỢP ĐỒNG : I.3 TỔ CHỨC TÀI LIỆU BÁO CÁO: .6 CHƯƠNG II: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO CÁC THIẾT BỊ ĐO THÔNG SỐ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG II.1 NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO CONVERTER ĐO ĐỘ PH: 10 II.1.1 CÁC TIÊU CHUẨN TCVN VỀ ĐỘ pH PHẢI ĐO: 10 II.1.2 CÁC YÊU CẦU KHÁC ĐẢM BẢO TÍNH TIN CẬY CỦA PHÉP ĐO: 10 II.1.2.1 Tốc độ dòng nước qua buồng đo: 10 II.1.2.2 Đảm bảo độ bền đầu đo: .10 II.1.2.3 Kiểm tra, hiệu chỉnh, chuẩn độ thiết bị: .11 II.1.3 CÁC YÊU CẦU KỸ THUẬT CỦA pH MET THIẾT KẾ: 11 II.1.4 ĐẦU ĐO ĐỘ pH: 12 II.1.4.1 Lý thuyết chung độ pH: 12 II.1.4.2 Sức điện động Galvanic: 12 II.1.4.3 Các điện cực: .14 II.1.4.4 Chọn đầu đo: .17 II.1.5 THIẾT KẾ PHẦN CỨNG: .20 II.1.5.1 Sơ đồ khối phương hướng giải converter: .20 II.1.5.2 Tính tốn mạch đo độ pH : 22 II.1.5.3 Mạch đo nhiệt độ : 23 II.1.5.4 Vi xử lý phụ kiện: 23 II.1.5.5 Nguồn ổn áp: .24 II.1.6 PHẦN MỀM THIẾT BỊ ĐO ĐỘ pH: .25 II.1.6.1 Cách giải chương trình chính: 25 II.1.6.2 Thiết lập cấu hình: 26 II.1.6.3 Khắc độ pH : 27 II.1.6.4 Khắc độ nhiệt kế Pt-1000: 29 II.1.6.5 Thực phép đo nhiệt độ: .30 II.1.6.6 Thực phép đo pH: .32 II.1.6.7 Tạo dòng tương ứng với pH, t 0: 34 II.1.7 TÍNH TỐN VỀ DỊNG CHẢY: 34 II.1.8 ĐIỀU KHIỂN LẤY SỐ LIỆU VÀ TRUYỀN TIN : .34 II.2 NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, LẬP TRÌNH THIẾT BỊ ĐO ĐỘ DẪN ĐIỆN (CONDUCTOMET): 37 II.2.1 YÊU CẦU KỸ THUẬT: .37 II.2.1.1 Các tiêu chuẩn TCVN độ dẫn điện nước thải công nghiệp: 37 II.2.1.2 Các yêu cầu khác conductomet: .37 II.2.1.3 Các yêu cầu kỹ thuật conductomet thiết kế: 38 II.2.2 NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ PHẦN CỨNG CỦA CONDUCTOMET: 39 II.2.2.1 Nguyên lý làm việc Conductomet: .39 II.2.2.2 Thiết kế phần cứng Conductomet: .46 II.2.3 THIẾT KẾ PHẦN MỀM THIẾT BỊ ĐO: 52 II.2.3.1 Sơ đồ khối phần mềm xử lý số liệu MCU: 52 II.2.3.2 Các chương trình con: .53 II.2.4 NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ PHẦN TRÍCH MẪU, THAU RỬA, KHẮC ĐỘ TỰ ĐỘNG: 58 II.2.4.1 Lắp ráp thiết bị đo: 58 II.2.4.2 Lấy nước mẫu kiểm tra: 59 II.2.4.3 Thau rửa: .59 II.2.4.4 Nghiên cứu, thiết kế phần khắc độ tự động: .60 II.3 NGHIÊN CỨU THIẾT BỊ ĐO OXY HÒA TAN (DO): .62 II.3.1 CÁC YÊU CẦU KỸ THUẬT ĐỐI VỚI THIẾT BỊ ĐO DO: 62 II.3.1.1 Các tiêu chuẩn TCVN ứng dụng: .62 II.3.1.2 Các điều kiện kỹ thuật ảnh hưởng đến kết đo (DO): 62 II.3.1.3 Các yêu cầu kỹ thuật thiết bị đo DO: .63 II.3.2 NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ PHẦN CỨNG THIẾT BỊ ĐO DO: 64 II.3.2.1 Nguyên tắc thiết bị đo DO: .64 II.3.2.2 Thiết kế phần cứng converter DO: .69 II.3.3 THIẾT KẾ PHẦN MỀM CỦA CONVERTER: 74 II.3.3.1 Chương trình chính: 74 II.3.3.2 Khắc độ phần đo nhiệt độ: 75 II.3.3.3 Khắc độ DO: .77 II.3.3.4 Tính số liệu DOx nhiệt độ tx: 79 II.3.4 NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ KHÂU TRÍCH MẪU, THAU RỬA, KHẮC ĐỘ TỰ ĐỘNG 80 II.3.4.1 Nghiên cứu, thiết kế phần trích mẫu: 80 II.3.4.2 Nghiên cứu, thiết kế phần thau rửa: 81 II.3.4.3 Nghiên cứu, thiết kế phần khắc độ tự động: .83 II.4 NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐO ĐỘ ĐỤC: 85 II.4.1 NGUYÊN LÝ CƠ BẢN VÀ PHẦN CỨNG THIẾT BỊ ĐO ĐỘ ĐỤC:85 II.4.1.1 Định nghĩa nguyên lý đo độ đục: 85 II.4.1.2 Đầu đo độ đục TB450B YOKOGAWA : 92 II.4.1.3 Thiết kế phần cứng: 96 II.4.2 NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ PHẦN MỀM THỰC HIỆN PHÉP ĐO : 101 II.4.2.1 Lưu đồ chương trình đo: 101 II.4.2.2 Đo độ đục: .102 II.4.3 HỆ THỐNG DẪN NƯỚC, ĐIỀU KHIỂN ĐO, THAU RỬA : 106 II.4.3.1 Hệ thống ống dẫn: 106 II.4.3.2 Điều khiển đo độ đục TB 450: 108 II.5 NGHIÊN CỨU THIẾT BỊ ĐO COD VÀ BOD: 109 II.5.1 CÁC ĐỊNH NGHĨA, TIÊU CHUẨN VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH: .109 II.5.1.1 Các định nghĩa: 109 II.5.1.2 Phương pháp đo COD: 111 II.5.1.3 Các phương pháp xác định BOD: 117 II.5.2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐO COD VÀ BOD: 124 II.5.2.1 Chọn thiết bị đo COD BOD: 124 II.5.3 THIẾT KẾ PHẦN MỀM ĐO BOD SAC – UV: .128 II.5.3.1 Lưu đồ chính: 128 II.5.3.2 Khắc độ: 129 II.5.3.3 Tính kết từ số liệu đọc SAC tra bảng: 130 II.5.4 NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ CHU TRÌNH ĐO, LẤY SỐ LIỆU: .131 II.6 KẾT LUẬN: 133 II.6.1 NGHIÊN CỨU ĐẶC THÙ CÁC ĐẦU ĐO ĐỂ TÌM RA BIỆN PHÁP XỬ LÝ : 133 II.6.1.1 Đối với converter đo pH: 133 II.6.1.2 Đối với converter điện dẫn: 134 II.6.1.3 Đối với converter DO: 134 II.6.1.4 Đối với converter đo độ đục: 134 II.6.1.5 Đối với thiết bị đo BOD, COD, SAC – UV: 134 II.6.2 GIA CƠNG SỐ LIỆU, HÌNH THÀNH PHẦN MỀM XỬ LÝ : 135 II.7 NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐO ĐỘ ỒN: 136 II.7.1 NGUYÊN LÝ ĐO VÀ CÁC ĐIẾM CẦN CHÚ Ý KHI THIẾT KẾ : 136 II.7.1.1 Độ ồn chất độ ồn: 136 II.7.1.2 Áp suất âm mức âm: 138 II.7.1.3 Trung bình theo thời gian mức âm: 139 II.7.1.4 Trung bình theo thời gian dài: 139 II.7.1.5 Phân bố thống kê percentiles: 140 II.7.1.6 Trung bình theo khơng gian: 140 II.7.1.7 Đo công suất âm phương pháp cường độ âm: 140 II.7.2 THIẾT KẾ PHẦN CỨNG THIẾT BỊ ĐO ĐỘ ỒN: 143 II.7.2.1 Sơ đồ khối thiết bị đo: .143 II.7.2.2 Microphones: 143 II.7.2.3 Các lọc: 146 II.7.2.4 Các yêu cầu kỹ thuật: 146 II.7.2.5 Chuẩn độ thiết bị: 147 II.7.3 PHẦN LỰA CHỌN ĐẦU ĐO VÀ THIẾT KẾ CÁC THIẾT BỊ ĐO:148 II.7.3.1 Yêu cầu kỹ thuật thiết bị: 148 II.7.3.2 Lựa chọn Microphone: 148 II.7.3.3 Thiết kế sơ đồ khối thiết bị: .148 II.7.4 THIẾT KẾ, LẬP TRÌNH PHẦN MỀM: 151 II.7.4.1 Các chương trình viết cho DSP: .151 II.7.4.2 Chương trình giao diện quản lý máy tính: 153 CHƯƠNG III: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, XÂY DỰNG HỆ THỐNG TRUYỀN TIN, XỬ LÝ, GIÁM SÁT, QUẢN LÝ THÔNG TIN CỦA HỆ THỐNG QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG 155 III.1 HỆ THỐNG THU THẬP VÀ TRUYỀN SỐ LIỆU TẠI TRẠM QUAN TRẮC ĐỊA PHƯƠNG: 155 III.1.1 XÂY DỰNG NHIỆM VỤ VÀ PHƯƠNG ÁN TRẠM QUAN TRẮC: 155 III.1.1.1 Xây dựng nhiệm vụ trạm quan trắc: 155 III.1.1.2 Các phương hướng phương án: 157 III.1.2 THIẾT KẾ KỸ THUẬT CÁC PHƯƠNG ÁN ĐỀ XUẤT: .161 III.1.2.1 Thiết kế hệ thống thu thập số liệu trạm quan trắc địa phương: 161 III.1.3 THIẾT KẾ HỆ THỐNG THU THẬP SỬ DỤNG PLC S7-200: 170 III.1.3.1 Cấu hình hệ thu thập số liệu truyền tin dùng S7 –200: 170 III.1.4 THIẾT KẾ LẮP ĐẶT TRẠM THU THẬP SỐ LIỆU ĐO THÔNG SỐ Ô NHIỄM NƯỚC: .183 III.1.4.1 Chế tạo tủ điều khiển: 183 III.1.4.2 Đặc tính kỹ thuật thiết bị sử dụng: 189 III.1.4.3 Xây dựng trạm quan trắc: 192 III.1.5 PHẦN MỀM TRẠM QUAN TRẮC: .195 III.1.5.1 Lập chương trình đo lường, thu thập, xử lý số liệu: 195 III.1.5.2 Lập chương trình đo lường, bảo vệ nguồn cung cấp: 196 III.1.5.3 Lập chương trình phối ghép với hệ thống báo cháy: .197 III.1.5.4 Lập chương trình điều khiển trích mẫu: 198 III.1.5.5 Lập chương trình điều khiển thau rửa: 199 III.1.5.6 Lập chương trình điều khiển khắc độ: 200 III.1.5.7 Lập chương trình quản lý số liệu, giám sát hệ thống: 201 III.1.5.8 Lập chương trình truyền thơng với trung tâm từ xa: .202 III.1.6 QUY TRÌNH VẬN HÀNH TRẠM QUAN TRẮC: 203 III.2 HỆ THỐNG TRUYỀN TIN VÀ ĐIỀU KHIỂN TRUNG TÂM VỚI NHIỀU TRẠM QUAN TRẮC: 207 III.2.1 CÁC YÊU CẦU KỸ THUẬT: 207 III.2.1.1 Mô tả hoạt động hệ thống: 207 III.2.1.2 Các đặc tính kỹ thuật yêu cầu: .209 Báo cáo tóm tắt tổng kết khoa học kỹ thuật đề tài KC.03-17 III.5 THIẾT BỊ ĐẨU ĐO COD VÀ BOD TRỰC TIẾP: COD BOD thông số quan trọng để đánh giá ô nhiễm nguồn nước, từ xác định thành phần hữu có nước Vấn đề tự động xác định thông số COD BOD điều khó khăn III.5.1 Phương pháp đo COD chất oxy hoá mạnh: Các chất ơxy hóa mạnh KMnO4 K2CrO7 Chất hữu + O2 → CO2 + H2O Xác định lượng chất oxy hoá cần thiết để khử chất hữu cho ta COD Sau phản ứng, xác định nồng độ chất thử phương pháp so màu Thiết bị để thực phép đo phức tạp tự động hố khó khăn III.5.2 Phương pháp đo COD nhanh chất oxy hoá ozon: Nước kiểm tra pha loãng, tăng cường ozon, thiết bị xác định nồng độ ozon trước vào buồng phản ứng Phản ứng tiến hành 3- 15 phút Một thiết bị đo nồng độ ozon trước khỏi bình phản ứng Một hệ thống điều chỉnh lưu tốc nước thử nghiệm nước tăng cường ozon để đảm bảo đầu có nồng độ ozon cố định Tỷ lệ lưu tốc nước thử nước ozon cho phép xác định nồng độ COD nước thử nghiệm Phương pháp coi phương pháp nhanh xác định liên tục COD Nhưng thiết bị đắt, vận hành khó khăn, khó chuẩn độ III.5.3 Máy Phoenix OLR-300 xác định nhanh BOD: Thông số BOD nước thường xác định phương pháp nuôi vi sinh vào nước thử nghiệm Đo DO ngày thứ ngày thứ cho phép tính tốn BOD5 nước Để cho phép đo liên tục, người ta tạo phép nuôi cấy phản ứng liên tục cách cho liên tục nước thử nghiệm khơng khí tăng cường oxy đảm bảo trì áp suất riêng phần oxy mặt thống buồng phân tích Tỷ lệ lưu tốc nước thử nghiệm lưu tốc khơng khí tăng cường oxy, cho phép tính tốn BOD Thiết bị thiết bị đo COD 32 Báo cáo tóm tắt tổng kết khoa học kỹ thuật đề tài KC.03-17 ozon, khó sử dụng, khơng ổn định chịu ảnh hưởng nhiều yếu tố III.5.4 Máy đo BOD, COD nhanh phương pháp hệ số hấp thụ riêng nước thử nghiệm: Hình 24: Máy đo BOD SAC254 Phương pháp khai thác tương quan hệ số hấp thụ riêng nước thử nghiệm với nồng độ chất hữu có nước bước ánh sáng tử ngoại 254 nanomet Trong điều kiện đo COD/BOD nay, với công cụ xử lý đại, với cách khắc độ trực tiếp với phép bù ảnh hưởng độ đục đến kết đo lường Phương pháp có đủ độ xác khơng phép đo BOD5 YSI (thông qua phép đo DO ngày ngày) hay phép đo COD thông qua lưu tốc ozôn Pheonix 1010 hay lưu tốc khơng khí làm giàu oxy ORL- 300 Vì đề tài chọn thiết bị SAC- 254UV việc vận hành đơn giản hơn, cho phép kiểm định, khắc độ trực tiếp so sánh với phương pháp khác 33 Báo cáo tóm tắt tổng kết khoa học kỹ thuật đề tài KC.03-17 Giá thiết bị đắt cho ta làm quen với nguyên tắc đo COD BOD thời gian đáp ứng ngắn Sau thiết kế trạm quan trắc cần giá thành hạ ta bố trí đo BOD5 YSI ta có thiết bị đo DO Chủ trương mua thiết bị đo COD, BOD phương pháp quang học, tự động hoá dễ dàng, ngồi mục tiêu có trạm quan trắc đại mà cịn có mục đích làm quen với thiết bị Phần mềm: Đối với thiết bị chủ yếu phần điều chỉnh tự động tức thu thập số liệu, lấy giá trị trung bình, tính kết Các phần thực phần thu thập số liệu đo Còn riêng với đầu đo: có vi xử lý nên chủ yếu hiệu chỉnh hệ số biến đổi thiết bị, điều chỉnh giá trị đo đầu đo Phần mềm chuẩn độ đầu đo thực sau: + Chỉnh giá trị zero: tức phép đo độ đục: Lấy nước cất (khơng có chất hữu cơ), khơng có độ đục Chỉnh zero tuyệt đối tương ứng với 4mA đầu + Cho nước thử khơng có chất hữu với đọ đục xác định Đầu phải giá trị tương đương độ đục xác định + Cho nước suốt pha chất hữu cần xác định BOD, chỉnh giá trị với giá trị cần đo Thiết bị chế tạo kiểm định trung tâm đo lường quốc gia nhận chứng nhận đạt tiêu chuẩn Việt Nam đo BOD/COD ( chứng nhận kèm theo) III.6 ĐẦU ĐO ĐỘ ỒN: Độ ồn thông số ô nhiễm nguồn nước mà thơng số 34 Báo cáo tóm tắt tổng kết khoa học kỹ thuật đề tài KC.03-17 khí hậu, nhiên ảnh hưởng nhiều đến khả lao động người Tuỳ theo yêu cầu ta có nhiều cách thực thiết bị đo độ ồn Tuy nhiên, đứng người nghiên cứu ta phải thực với mẫu đo đại nhất, để hiểu biết thiết bị cho phép ta thiết kế đầu đo theo yêu cầu Đề tài sử dụng thành môn Đo lường Tin học công nghiệp trường đại học Bách Khoa Hà Nội tiến hành chuyển giao công nghệ để sản xuất cơng nghiệp Đầu đo độ ồn có ngun tắc sau: Lọc ADC a) ADC Micro DSP ĐK R5485 SPI b) Hình 26: Sơ đồ khối máy đo độ ồn Đầu vào micro biến áp suất âm thành dòng điện mà biên độ phụ thuộc vào cường độ âm Tín hiệu ồn (hay nhiễu) khơng phải tín hiệu sin nhiều điều hoà Người ta phải xác định phổ ồn tức biên độ tín hiệu tần số khác Có loại thiết bị đo độ ồn cho ta biên độ tần số xác định Ví dụ đo độ ồn tần số 1000Hz (Hình 26 a) Thiết bị phức tạp cho ta phổ tức cho dãy biên độ tần số khác hình 26b), thiết bị người ta khuếch đại tín hiệu sau dùng ADC tốc độ cao thu thập tính hiệu tức thời vào DSP Khi thu thập đủ số liệu, DSP thực phép biến đổi Fourier nhanh (FFT) để có phổ tín hiệu ồn Thiết bị đo độ nên thiết kế 35 Báo cáo tóm tắt tổng kết khoa học kỹ thuật đề tài KC.03-17 dùng sơ đồ b Tức tín hiệu ồn thu vào microphone kiểu electret (Senhet) Tín hiệu biến thành điện áp hay dòng điện Dòng điện đưa vào codex FFT lập trình cho DSP truyền ngồi theo SPI hay có biến đổi mã SPI thành RS-485 Số liệu chuyển tần số biên độ tương ứng 36 Báo cáo tóm tắt tổng kết khoa học kỹ thuật đề tài KC.03-17 CHƯƠNG IV: HỆ THU THẬP SỐ LIỆU VÀ TRUYỀN TIN CỦA MỘT TRẠM QUAN TRẮC IV.1 MỤC TIÊU VÀ PHƯƠNG HƯỚNG: Mục tiêu hệ thu thập số liệu truyền tin trạm quan trắc có nhiệm vụ: + Trước mắt, thu thập số liệu điều khiển đo pH, độ dẫn điện, DO, độ đục, COD, BOD truyền trung tâm Hệ mở rộng cho đầu đo khác 17 đầu đo mà không thay đổi cấu hình + Hệ truyền tin phải đảm bảo tin cậy, không gây sai số truyền tin + Hệ làm việc chế độ master-slave từ xuống, thông báo từ lên có kiện xảy + Chu kỳ thu thập số liệu truyền tin có nhiều phương án Trong tóm tắt này, có xét qua phương án sâu vào phương án dùng PLC cỡ bé rẻ tiền để thu thập số liệu truyền tin Hệ thu thập số liệu đề tài KC.03-11, dùng phần tử RTU-PLC phương án coi nghiên cứu việc áp dụng IV.2 HỆ THU THẬP SỐ LIỆU VÀ TRUYỀN TIN ANALOG HOẶC DIGITAL DÙNG RTU-PLC CỦA SEEN: Hệ thu thập số liệu truyền tin dùng đường dây tải điện SEEN áp dụng tốt để thành lập SCADA phần điện lực nhà máy giấy Bãi Bằng Có thể sử dụng để thu thập số liệu đầu đo kể đầu đo có đầu tương tự lẫn đầu số (tức đầu số theo chuẩn RS- 232 RS- 485), đầu RTU-PLC SEEN nối trực tiếp vào mạng với số lượng khơng hạn chế (1000 phân tử RTU-PLC) việc mở rộng khơng gặp khó khăn Thuận 37 Báo cáo tóm tắt tổng kết khoa học kỹ thuật đề tài KC.03-17 lợi RTU-PLC truyền tin đường dây tải điện khơng cần phải thuê bao điện thoại trạm quan trắc mà đặt nơi thuận tiện có sẵn thuê bao điện thoại Thông tin từ trạm quan trắc theo đường dây điện hạ chuyển nơi có điện thoại Ở lắp đầu thu nối vào modem điện thoại, truyền trung tâm Trung tâm trạm quan trắc qua hệ với thuê bao điện thoại Cấu hình vẽ Tất RTU-PLC chế tạo hàng loạt cung cấp thị trường 1000 hoạt động ổn định Hình 26 Phương án coi chắn thực IV.3 PHƯƠNG ÁN THU THẬP SỐ LIỆU VÀ TRUYỀN TIN DÙNG PLC (PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER): Phương án phương án áp dụng trạm quan trắc pilot đặt khuôn viên SEEN xem nơi thử nghiệm trạm demo đề tài KC.03-17 Phương án hệ thu thập số liệu PLC thực PLC S7-200 Siemens Đây loại PLC rẻ Đặc điểm hệ thu thập sau: - Bản thân S7-200 có 16 đầu vào số, cần thêm module truyền 38 Báo cáo tóm tắt tổng kết khoa học kỹ thuật đề tài KC.03-17 thông dạng modem công nghiệp sử dụng đường dây điện thoại - S7-200 cắm thêm module mở rộng, module mở rộng lại có thêm đầu vào tương tự Số module mở rộng lên đến module tức 32 đầu vàcông nghệ ET Modul mở rộng ĐĐ ĐĐ Đầu đo S7-200 ĐĐ MODEM MODEM ĐĐ ` Đầu đo Hình 27: Hệ thu thập số liệu dùng S7-200 (Đầu vào Analog) Đây cấu hình sử dụng đầu vào Analog S7-200 sơ đồ sử dụng trạm quan trắc đề tài KC.03-17 Một phương án hệ thu thập số liệu dùng module giao diện IM S7-200 thu thập số liệu theo chuẩn RS-485 mode MPI sau: Điện thoại S7-200 IM MODEM RS-485 Đầu đo Đầu đo Đầu đo Đầu đo Hình 28: Hệ thu thập số liệu dùng S7-200 với chuẩn RS485MPI Với sơ đồ thu thập số liệu 31 đầu đo, hoàn toàn đáp ứng 39 Báo cáo tóm tắt tổng kết khoa học kỹ thuật đề tài KC.03-17 với yêu cầu thu thập số liệu trạm quan trắc Với cách tính tốn truyền tin, thời gian thu thập số liệu lần đo kiểu vòng: ta 0,5 giây cho tín hiệu Số lần lặp lại lấy trung bình người sử dụng định, giải đo, thời gian chọn theo giải đo thời gian đầu đo chậm Phần mềm thiết kế theo chức trình tự sau: Khởi động gồm thao tác sau: + Tháo nước: Mở van không khí (Vkk), van (V1), Khởi động hút (cơng tắc B) Bơm hút buồng đo (thời gian T1) + Lấy mẫu: Đóng van khơng khí, mở van lấy nước thử nghiệm đầy buồng thử (thời gian T2) Hình vẽ trang HT-1 - Đo: Gồm thao tác: + Thu thập số liệu đo kiểm tra ( N i − N i −1 ) N i +N i −1 < 0,1 + Đạt yêu cầu thu thập n số liệu đưa vào ô nhớ, lấy giá trị trung bình số liệu tính sai số ngẫu nhiên - Thau rửa: Gồm thao tác + Lặp lại tháo nước + Lấy nước thau rửa - Bảo dưỡng: Gồm thao tác + Lặp lại tháo nước + Hút nước bảo dưỡng IV.4 ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TIN (HAY GIÁ TRUYỀN TIN): Có cách truyền thơng ứng dụng: - Đường dây điện thoại: + Màng lưới điện thoại phủ khắp nước 40 Báo cáo tóm tắt tổng kết khoa học kỹ thuật đề tài KC.03-17 + Hàng tháng phải trả thuê bao, trả theo dùng + Modem điện thoại tốc độ chậm + Đổi điều khiển phức tạp - Sóng vơ tuyến: Ngày với điện thoại di động việc truyền tin không dây dễ dàng, ta dùng radio- modem để làm giá truyền tin dùng modem điện thoại Trong đề tài dùng modem công nghiệp chuyên dùng Siemens tương thích với loại PLC S7-200 M7 Kết đạt tốt Như có nhiều phương án thực việc thu thập liệu truyền tin Thiết bị nhiều hãng tương đương chất lượng việc chọn phương án vấn đề tế nhị 41 Báo cáo tóm tắt tổng kết khoa học kỹ thuật đề tài KC.03-17 CHƯƠNG V: PHÒNG QUAN TRẮC TRUNG TÂM Các trạm quan trắc thực phép đo, thu thập số liệu chuyển trung tâm cách tự động Phòng trung tâm phải xây dựng kế hoạch thu thập số liệu theo chu kỳ theo kiểu Master-Slave Việc gọi thực theo chu kỳ theo nhu cầu thu thập trung tâm Đồng thời lại cho phép slave thông báo lên có cố xảy Phịng trung tâm phải có kế hoạch hiển thị theo khơng gian địa lý (GIS) theo thời gian, quản lý số liệu, xây dựng tin môi trường thông tin lên mạng quảng bá V.1 PHẦN CỨNG: V.1.1 Phương án modem điện thoại: RS232 Đầu đo TU Modem ĐT ĐT Modem ` Mạng điện thoại Đầu đo RTU Modem ĐT ĐK Hình 29: Hệ thống thu thập trung tâm Đầu đo vào RTU vào PLC đầu nối với loại modem điện thoại RTU có chọn lựa: + Trả lời theo gọi (từ xuống) + Gọi cố, RTU yêu cầu truyền số liệu trung tâm + Trung tâm có ưu tiên cho gọi slave, ngắt thu thập số liệu trạm, nối với trạm cố trao đổi thông tin Điều khiển trung tâm: Trung tâm có số điện thoại trạm quan trắc Khi muốn gọi trạm nào, trung tâm số gọi điện thoại qua mạng điện thoại Số thoại khác gọi, làm thủ tục bắt tay tiến hành truyền số liệu theo kiểu format định chương trình 42 Báo cáo tóm tắt tổng kết khoa học kỹ thuật đề tài KC.03-17 V.1.2 Phương án truyền tin theo Radio Modem: Đầu đo Thu thập RS845 Radio Modem Radio Modem RS845 ` Hình 30: Truyền tin radio modem Các đầu thu phát có tần số Trạm trung tâm phát mã trạm quan trắc cần thu số liệu Các trạm nhận mã, làm thủ tục bắt tay tập trung vào truyền số liệu V.2 PHẦN MỀM: V.2.1 Thu thập số liệu theo chu kỳ: Theo chu kỳ lệnh bắt tay với trạm, thu nhận số liệu, kiểm tra sai số truyền thông, xác nhận số liệu, cho vào nhớ gồm bước sau: - Ra mã số trạm quan trắc (nếu modem điện thoại số điện thoại) - Xác nhận gọi xác lập - Truyền số liệu - Kiểm tra sửa sai - Tách vào nhớ theo tổ chức sở liệu V.2.2 Thu thập số liệu kiện: - Khi có kiện cấp RTU đưa yêu cầu ngắt - Nhận yêu cầu ngắt, xét điều kiện ưu tiên - Dùng chương trình thu thập số liệu bình thường, cất số liệu - Bắt tay với trạm yêu cầu 43 Báo cáo tóm tắt tổng kết khoa học kỹ thuật đề tài KC.03-17 - Chấp nhận truyền tin - Kiểm tra sửa sai - Chuyển vào ô nhớ hay xử lý V.2.3 Hiển thị kết quả: - Tổ chức sở liệu kết quan trắc Tổ chức trang hiển thị - Số liệu theo bảng thống kê - Sơ đồ quan hệ theo thời gian số liệu thu thập - Số liệu lịch sử - Kết quả, kết luận môi trường - Tổ chức trang hiển thị cho quảng bá số liệu Chi tiết xin xem tài liệu HT- HT – 44 Báo cáo tóm tắt tổng kết khoa học kỹ thuật đề tài KC.03-17 CHƯƠNG VI: ỨNG DỤNG TRONG THỰC TẾ CỦA ĐỀ TÀI Trong tương lai đề tài liên kết với tổ chức kinh tế quản lý nhà nước để chế tạo, lắp đặt đưa vào quản lý môi trường Thành phố Khu công nghiệp như: - Sở Khoa học công nghệ & Môi trường Hà Nội - Sở Khoa học công nghệ & Môi trường Đồng Nai - Sở Khoa học công nghệ & Môi trường Biên Hồ - Sở Khoa học cơng nghệ & Mơi trường Phú Thọ - Sở Khoa học công nghệ & Môi trường Vũng Tàu Hiện số sản phẩm đề tài như: thiết bị đo pH, DO, độ dẫn Liên hiệp khoa học cơng trình SEEN sử dụng dự án mơi trường Ví dụ: - Hệ thống xử lý nước thải Cơng ty mía đường Hồ Bình - Hệ thống xử lý nước thải Cơng ty sữa Vĩnh Phúc - Hệ thống xử lý nước thải Công ty dệt may Thắng Lợi - Hệ thống xử lý nước thải Công ty dệt may Thành Công - Hệ thống xử lý nước thải Công ty Nutifood - 45 Báo cáo tóm tắt tổng kết khoa học kỹ thuật đề tài KC.03-17 Hình 31: Trạm quan trắc pilot đề tài KC-03.17 46