Nghiên cứu chế tạo và lắp đặt hệ thống tự động giám sát, xử lý, cảnh báo môi trường tại các khu công nghiệp và đô thị lớn

Chia sẻ: Nguyen Lan | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:357

Thêm vào BST

Báo xấu

126
lượt xem 24
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nghiên cứu về môi trường, có chiến lược bảo vệ môi trường, tạo ra môi trường thích hợp nhất cho cuộc sống đã trở vấn đề sống còn mà quốc gia nào cũng phải quan tâm. Ở các nước phát triển, một khoa học đang phát triển mạnh trong 5 năm qua là Domotic và Imotic, là khoa học về ''vi môi trường''. Để đảm bảo cho việc xử lý ô nhiễm môi trường, các hệ thống quan trắc thông số ô nhiễm về nước và không khí đã được nối thành mạng giữa nhiều nước trên thế giới...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu chế tạo và lắp đặt hệ thống tự động giám sát, xử lý, cảnh báo môi trường tại các khu công nghiệp và đô thị lớn

BKH&CN LHKHKTCT BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LIÊN HIỆP KHOA HỌC KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH SEEN Toà 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 về Liên hiệp Khoa học Kỹ thuật Công trình SEEN
KC.03 - 17 “Nghiên cứu chế tạo và lắp đặt hệ thống tự động hóa giám sát, xử lý, cảnh báo môi trường tại các khu công nghiệp và đô thị lớn”. Tài liệu được tổ chức thành các tập được đánh số như sau: THIẾT BỊ ĐO: TBĐ-1: Thiết bị đo độ pH và 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 và BOD. TBĐ-6: Thiết bị đo độ ồn. HỆ THỐNG: HT-1: Hệ thống thu thập số liệu tại trạm quan trắc. HT-2: Hệ thống thu thập số liệu tại Trung tâm môi trường. HT-3: Phần mềm SCADA ở trung tâm môi trường. BÁO CÁO TÓM TẮT ĐỀ TÀI: Nghiên cứu chế tạo và lắp đặt hệ thống tự động giám sát, xử lý, cảnh báo môi trường tại các khu công nghiệp và đô thị lớn.
DANH SÁCH NHỮNG NGƯỜI THỰC HIỆN 1. KS. Lê Đức Bảo : Chủ nhiệm đề tài Tổng Giám đốc LHKHKTCT SEEN 2. PGS. Nguyễn Trọng Quế : Cố vấn đề tài 3. KS. Nguyễn Quốc Phong : Cán bộ kỹ thuật SEEN 4. KS. Nguyễn Ngọc Anh : Cán bộ kỹ thuật SEEN 5. KS. Hoàng Chí Quyết : Cán bộ kỹ thuật SEEN 6. KS. Lê Quang Hiếu : Cán bộ kỹ thuật SEEN
BÀI TÓM TẮT Nghiên cứu về môi trường, có chiến lược bảo vệ môi trường, tạo ra môi trường thích hợp nhất cho cuộc sống đã trở vấn đề sống còn mà quốc gia nào cũng phải quan tâm. Ở các nước phát triển, một khoa học đang phát triển mạnh trong 5 năm qua là Domotic và Imotic, là khoa học về ''vi môi trường''. Để đảm bảo cho việc xử lý ô nhiễm môi trường, các hệ thống quan trắc thông số ô nhiễm về nước và không khí đã được nối thành mạng giữa nhiều nước trên thế giới. Trong khi đó ở nước ta các trạm quan trắc về không khí và nước chỉ được đếm trên đầu ngón tay. Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo các thiết bị đo, vẽ thông số môi trường, thiết kế hệ thống các trạm quan trắc môi trường đối với nước ta là điều hết sức cấp thiết. Chọn cách nào để chế tạo thiết bị, cách nào để xây dựng các trạm quan trắc cho chủ động mà vừa đạt yêu cầu của khoa học môi trường vừa có được giá thành hạ nhất, đó chính là điều cần phải làm. Đề tài KC.03-17 là một thực nghiệm nghiên cứu chế tạo, lắp đặt các thiết bị, lập trình các phần mềm ứng dụng phục vụ cho các trạm quan trắc nước thải. Tất cả những kết quả của đề tài đều tính đến các giải pháp chủ động cho việc bảo dưỡng, phát triển hệ thống các trạm quan trắc môi trường trên toàn đất nước. Việc thiết kế hệ thống đúng yêu cầu kỹ thuật, phù hợp với tình hình kinh tế và trình độ hiện nay đó là nhiệm vụ không dễ do đó cần phải nghiên cứu nghiêm túc để quyết định được thiết bị gì phải mua, thiết bị gì chủ động chế tạo. Mục tiêu của đề tài là như vậy. Bản tóm tắt này sẽ giới thiệu tinh thần ấy và các kết quả đạt được. Sau hơn 2 năm nghiên cứu, đề tài KC.03-17, Liên hiệp SEEN có thể nói là: có khả năng tự thiết kế và xây dựng hệ quan trắc nước thải theo yêu cầu người sử dụng, đạt tiêu chuẩn, không thua kém bao nhiêu so với các hệ thống đặt ở nước ngoài với giá thành chấp nhận được. Và SEEN mong muốn rằng với kết quả đạt được của mình, những cơ quan cần xây dựng các trạm quan trắc hãy liên hệ với SEEN để có những trạm quan trắc hợp chuẩn như yêu cầu của đề tài. T/M các 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 ................................1 I.1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TRẠM QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG: 1 I.1.1. TÌNH HÌNH TRÊN THẾ GIỚI : ...........................................................1 I.1.2. TÌNH HÌNH TRONG NƯỚC :..............................................................2 I.1.3. CHỦ TRƯƠNG CƠ BẢN CỦA ĐỀ TÀI KC.03-17: .............................2 I.1.4. HỢP ĐỒNG KÝ KẾT : .........................................................................3 I.2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU:......................................................................5 I.2.1. HỆ THỐNG THU THẬP SỐ LIỆU TRẠM QUAN TRẮC:...................5 I.2.1.1. Phòng xử lý trung tâm (PXLTT): ..................................................5 I.2.1.2. Trạm quan trắc địa phương (TQTĐP): ..........................................5 I.2.2. XÁC ĐỊNH NHIỆM VỤ THEO HỢP ĐỒNG : ....................................6 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..........................................................9 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 đi qua buồng đo: ...........................................10 II.1.2.2. Đảm bảo độ bền của 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 về 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 cơ bản và phương hướng giải quyết converter: .......20 II.1.5.2. Tính toán mạch đo độ pH : .........................................................22 II.1.5.3. Mạch đo nhiệt độ : ......................................................................23 II.1.5.4. Vi xử lý và các 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 quyết và chương trình chính:......................................25 II.1.6.2. Thiết lập cấu hình: ......................................................................26 II.1.6.3. Khắc độ đối với pH :...................................................................27 II.1.6.4. Khắc độ nhiệt kế Pt-1000: ..........................................................29 II.1.6.5. Thực hiện phép đo nhiệt độ: .......................................................30 II.1.6.6. Thực hiện phép đo pH: ...............................................................32 II.1.6.7. Tạo dòng ra tương ứng với pH, t 0:.............................................34 II.1.7. TÍNH TOÁN VỀ DÒNG 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 đối với độ dẫn điện nước thải công nghiệp: ......................................................................................................37 II.2.1.2. Các yêu cầu khác đối với conductomet: .....................................37 II.2.1.3. Các yêu cầu kỹ thuật đối với conductomet thiết kế:...................38 II.2.2. NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ PHẦN CỨNG CỦA CONDUCTOMET: ......................................................................................................................39 II.2.2.1. Nguyên lý làm việc của Conductomet:.......................................39 II.2.2.2. Thiết kế phần cứng của Conductomet: .......................................46 II.2.3. THIẾT KẾ PHẦN MỀM THIẾT BỊ ĐO: ...........................................52
II.2.3.1. Sơ đồ khối của phần mềm xử lý số liệu trên 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 quả đo (DO): ...........62 II.3.1.3. Các yêu cầu kỹ thuật đối với 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 cơ bản của 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 ở 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 và nguyên lý đo độ đục:...........................................85
II.4.1.2. Đầu đo độ đục TB450B của 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 trong 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 và 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 quả từ số liệu đọc SAC và 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 CÔNG 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 và bản chất của độ ồn:....................................................136 II.7.1.2. Áp suất âm hoặc mức âm:........................................................138 II.7.1.3. Trung bình theo thời gian của mức âm:....................................139 II.7.1.4. Trung bình theo thời gian dài: ..................................................139 II.7.1.5. Phân bố thống kê và percentiles: ..............................................140 II.7.1.6. Trung bình theo không gian:.....................................................140 II.7.1.7. Đo công suất âm bằng 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 bộ 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 của thiết bị: ...................................................148 II.7.3.2. Lựa chọn Microphone:..............................................................148 II.7.3.3. Thiết kế sơ đồ khối của 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 và quản lý trên 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 và 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 ở 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 của hệ thu thập số liệu và 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 của 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 thông 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 của hệ thống: ................................................207 III.2.1.2. Các đặc tính kỹ thuật yêu cầu:.................................................209
III.2.2. THIẾT KẾ PHẦN CỨNG: .............................................................211 III.2.2.1. Đặt vấn đề:...............................................................................211 III.2.2.2. Các phương tiện truyền tin hiện có: ........................................211 III.2.2.3. Chọn phương tiện truyền tin: ..................................................213 III.2.2.4. Phương án modem điện thoại:.................................................215 III.2.2.5. Phương án radio - modem : .....................................................217 III.2.3. THIẾT KẾ PHẦN MỀM HỆ THỐNG: ..........................................222 III.2.3.1. Xác định cụ thể các cách làm việc của hệ thống:....................222 III.2.3.2. Chế độ thu thập số liệu tự động theo chu kỳ:..........................224 III.2.3.3. Chế độ thu thập số liệu tự động ở một trạm:...........................226 III.2.3.4. Chế độ thu thập số liệu bằng tay: ............................................226 CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ, XÂY DỰNG PHẦN MỀM SCADA, XỬ LÝ PHÂN TÍCH TẠI TRUNG TÂM ..................................................................228 IV.1. TỔNG QUAN, ĐẶT VẤN ĐỀ:...........................................................228 IV.1.1. PHÂN TÍCH BÀI TOÁN: ...............................................................228 IV.1.1.1. Mở đầu: ...................................................................................228 IV.1.1.2. Đặt bài toán: ............................................................................228 IV.2. HƯỚNG TRIỂN KHAI ÁP DỤNG VÀO BÀI TOÁN CỦA TA:......246 IV.3. CHƯƠNG TRÌNH THU THẬP SỐ LIỆU: .........................................247 IV.3.1. ĐẶT VẤN ĐỀ: ................................................................................247 IV.3.1.1. Mở đầu: ...................................................................................247 IV.3.1.2. Phân loại:.................................................................................247 IV.3.2. TRIỂN KHAI CHƯƠNG TRÌNH: ..................................................248 IV.3.2.1. Mở đầu: ...................................................................................248 IV.3.2.2. Vấn đề phân cấp cơ sở dữ liệu: ...............................................249 IV.3.2.3. Triển khai cài đặt các phương pháp thu thập dữ liệu:.............250 IV.3.3. KHUNG TRUYỀN TIN ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG VIỆC THU THẬP DỮ LIỆU: .......................................................................................256 IV.3.3.1. Khung truyền (TX):.................................................................256
IV.3.3.2. Khung nhận (RX):...................................................................257 IV.4. CHƯƠNG TRÌNH GIAO DIỆN NGƯỜI – MÁY:.............................259 IV.4.1. MỞ ĐẦU: .......................................................................................259 IV.4.2. ĐẶT VẤN ĐỀ: ................................................................................259 IV.4.2.1. Mở đầu: ...................................................................................259 IV.4.2.2. Các yêu cầu cụ thể của bài toán: .............................................262 IV.4.3. TRIỂN KHAI CHƯƠNG TRÌNH: ..................................................267 IV.4.3.1. Phương pháp thiết kế và triển khai: ........................................267 IV.4.3.2. Triển khai: ...............................................................................272 IV.4.4. MỘT SỐ GIAO DIỆN MINH HỌA:...............................................277 IV.4.4.1. Giao diện chính: ......................................................................277 IV.4.4.2. Bảng số liệu và biểu đồ các thông số: .....................................279 IV.4.4.3. Hiển thị báo cháy: ...................................................................281 IV.4.4.4. Trạng thái làm việc của hệ thống: ...........................................282 IV.4.4.5. Chẩn đoán kỹ thuật:.................................................................283 IV.4.4.6. Bản đồ về tình trạng ô nhiễm: .................................................284 IV.4.4.7. Hình ảnh Camera tại trạm quan trắc: ......................................285 CHƯƠNG V: KẾT LUẬN .............................................................................287 V.1. VỀ CÁC THIẾT BỊ ĐO: .......................................................................287 V.2. VỀ HỆ THỐNG THU THẬP SỐ LIỆU VÀ TRUYỀN TIN:...............287 V.3. XÂY DỰNG TRẠM QUAN TRẮC PILOT: .......................................288
CÁC HÌNH MINH HOẠ Hình 1- Sơ đồ bố trí hệ thống thu thập dữ liệu....................................................5 Hình 2 – Quan hệ EpH(pH) theo các nhiệt độ khác nhau. .................................14 Hình 3 - Điện cực thuỷ tinh và điện cực ISFET. ...............................................15 Hình 4 - Mạch khuếch dòng điện gắn liền với điện cực pH (ISFET)................16 Hình 5 - Điện cực Calomel. ...............................................................................16 Hình 6 - Cấu tạo đầu đo Gel-polymer. ..............................................................17 Hình 7 - Đầu đo sensorlyt..................................................................................18 Hình 8 -Đầu đo pH của YOKOGAWA...............................................................19 Hình 9 – Quan hệ giữa pH và nhiệt độ..............................................................19 Hình 10 – Sơ đồ khối của Transmitter pH.........................................................20 Hình 11 - Mạch tiền khuếch đại.........................................................................21 Hình 12 - Mạch đo vi sai chống nhiễu...............................................................22 Hình 13 – Sơ đồ mạch đo nhiệt độ.....................................................................23 Hình 14 – Sơ đồ nguồn ổn áp cung cấp cho thiết bị đo pH...............................24 Hình 15 – Lưu đồ chương trình chính đo pH. ...................................................26 Hình 16 – Lưu đồ khắc độ đầu đo pH. ..............................................................29 Hình 17 – Lưu đồ khắc độ nhiệt kế Pt1000. ......................................................30 Hình 18 – Lưu đồ phép đo nhiệt độ Pt1000.......................................................31 Hình 19 – Lưu đồ chương trình đo pH. .............................................................33 Hình 20 - Biểu đồ thời gian thu thập và truyền số liệu .....................................35 Hình 21 – Lưu đồ chương trình điều khiển lấy số liệu đo pH. ..........................36 Hình 22 – Quan hệ giữa γ và nồng độ dung dịch. .............................................39 Hình 23 – Các kiểu điện cực tiếp xúc của Conductormet. ................................41 Hình 24 – Nguyên lý đầu đo kiểu cảm ứng........................................................42 Hình 25 - Cấu tạo và kích thước đầu đo............................................................45 Hình 26 – Sơ đồ khối thiết bị đo độ dẫn. ...........................................................47 Hình 27 - Mạch tạo dao động tần số 2 kHz.......................................................48
Hình 28 - Mạch khuếch đại công suất và chuyển thang đo...............................48 Hình 29 - Mạch khuếch đại................................................................................50 Hình 30 - Mạch chỉnh lưu và tích phân. ............................................................50 Hình 31 – Lưu đồ khối gia công số liệu của MCU............................................52 Hình 32 – Lưu đồ khắc độ Conductomet. ..........................................................54 Hình 33 – Lưu đồ khắc độ nhiệt kế....................................................................55 Hình 34 – Lưu đồ tự động chọn thang đo MCU-GAIN. ....................................56 Hình 35 – Lưu đồ đọc kết quả γx bù nhiệt độ.....................................................57 Hình 36 - Hệ thống ống lấy mẫu cho thiết bị đo Conductivity..........................58 Hình 37 – Lưu đồ lấy mẫu kiểm tra độ dẫn.......................................................59 Hình 38 – Lưu đồ thau rửa đầu đo. ...................................................................60 Hình 39 – Nguyên tắc của phân cực ký. ............................................................65 Hình 40 - Cấu tạo đầu đo DO kiểu galvanic. ....................................................66 Hình 41 - Cấu tạo đầu đo DO phân cực............................................................67 Hình 42 – Quan hệ giữa DO với nhiệt độ và độ mặn của nước kiểm tra. ........68 Hình 43 - Mạch đầu vào Converter. ..................................................................69 Hình 44 – Sơ đồ khối của Converter DO...........................................................70 Hình 45 – Thông số của INA110. ......................................................................71 Hình 46 – ADC87-H. .........................................................................................72 Hình 47 - Cầu đo nhiệt độ với Pt1000...............................................................72 Hình 48 – Lưu đồ hoạt động chương trình chính. .............................................74 Hình 49 – Lưu đồ tính số liệu nhiệt độ ..............................................................78 Hình 50 – Lưu đồ tính số liệu DOx ở nhiệt độ tx................................................79 Hình 51 – Sơ đồ tự động đo, thau rửa, tự động khắc độ. ..................................80 Hình 52 – Lưu đồ lấy mẫu và kiểm tra. .............................................................81 Hình 53 – Lưu đồ quy trình thau rửa.................................................................82 Hình 54 – Lưu đồ khắc độ tự động. ...................................................................83 Hình 55 - Nguyên lý phép đo độ đục thông qua suy giảm................................88 Hình 56 – Nguyên lý phép đo độ đục bằng ánh sáng lan toả............................89
Hình 57 – Máy đo độ đục bằng phương pháp ánh sáng lan toả. ......................91 Hình 58 - Cấu tạo thiết bị đo độ đục TB450G...................................................92 Hình 59 – Sơ đồ nối ống dẫn khi không tự động thau rửa và khắc độ..............94 Hình 60 – Sơ đồ nối ống dẫn khi tự động thau rửa và không tự khắc độ. ........94 Hình 61 – Sơ đồ nối ống dẫn khi tự động thau rửa và khắc độ.........................95 Hình 62 – Cấu tạo bộ lọc nước zero..................................................................95 Hình 63 – Chu kỳ thời gian................................................................................96 Hình 64 – Sơ đồ đầu đọc 4 luồng GLI...............................................................97 Hình 65 – Sơ đồ khối của converter. .................................................................97 Hình 66 - Nguồn cung cấp ±12V, ±5V. .............................................................98 Hình 67 - Mạch khuyếch đại..............................................................................99 Hình 68 – Lưu đồ chương trình đo độ đục. .....................................................101 Hình 69 – Lưu đồ đọc số liệu...........................................................................102 Hình 70 – Lưu đồ đo, tính toán độ đục............................................................103 Hình 71 - Giản đồ thời gian cho một chu kỳ khắc độ......................................105 Hình 72 – Sơ đồ hệ thống nước trong TB450G...............................................107 Hình 73 - Lưu đồ điều khiển đo độ đục trong TB450G..................................108 Hình 74 - Các giai đoạn phân huỷ sinh hoá...................................................110 Hình 75 - Thiết bị phân tích COD bằng chất ôxy hoá khử..............................113 Hình 76 - Thiết bị phân tích nhanh COD dùng ozone.....................................116 Hình 77 - Thiết bị đo BOD5 của YSI................................................................118 Hình 78 - Thiết bị đo thở trực tiếp OLR-300 t.................................................119 Hình 79 – Sơ đồ hoạt động của OLR-300. ......................................................121 Hình 80 – Quan hệ giữa SAC-UV với BOD, COD..........................................123 Hình 81 – Sơ đồ nguyên lý của SAC-UV. ........................................................125 Hình 82 – Sơ đồ khối phần cứng BOD SAC-UV. ............................................127 Hình 83 – Lưu đồ chương trình chính đo BOD...............................................128 Hình 84 – Lưu đồ khắc độ thiết bị đo BOD.....................................................129 Hình 85 – Lưu đồ tính kết quả từ số liệu SAC. ................................................130
Hình 86 - Giản đồ thời gian của một chu kỳ lấy mẫu, đo, thau rửa................131 Hình 87 - Hệ thống ống dẫn lấy mẫu đo BOD. ...............................................132 Hình 88 – Lưu đồ điều khiển chương trình đo. ...............................................132 Hình 89 - Đầu chuẩn mức áp suất âm. ............................................................147 Hình 90 – Các phần tử của hệ thống đo..........................................................149 Hình 91 – Mô hình máy đo độ ồn. ...................................................................150 Hình 92 – Algorithm thực hiện chương trình viết cho DSP. ...........................152 Hình 93 - Hệ thống ống dẫn đến các đầu đo...................................................160 Hình 94 - Cấu hình hệ thu thập số liệu analog. ..............................................163 Hình 95 - Hệ thống thu thập số liệu dùng chuẩn RS485MPI. .........................165 Hình 96 - Hệ thống thu thập số liệu bằng RTU...............................................166 Hình 97 - Hệ truyền tin kiểu Modem. ..............................................................168 Hình 98 - Giản đồ thời gian của chu trình lấy số liệu.....................................169 Hình 99 - Hệ thống thu thập số liệu và truyền tin ở trạm quan trắc...............171 Hình 100 – Các loại S7-200. ...........................................................................173 Hình 101 - Bố trí tủ điều khiển thu thập và truyền số liệu. .............................183 Hình 102 - Hệ thống DAS trên cơ sở S7-200. .................................................190 Hình 103 – Kích thước khung trạm quan trắc.................................................194 Hình 104 – Sơ đồ công nghệ trạm quan trắc...................................................203 Hình 105 - Cấu hình của hệ thống quan trắc môi trường. ..............................207 Hình 106 - Cấu hình hệ thống nhiều trạm thông qua Modem điện thoại. ......215 Hình 107 - Cấu hình hệ thống truyền tin của nhiều trạm địa phương về trung tâm.....................................................................................................................216 Hình 108 - Hệ thu thập số liệu môi trường và truyền tin của YSI...................219 Hình 109 - Hệ truyền tin dùng Radio Modem. ................................................221 Hình 110 – Lưu đồ chương trình chính của hệ thống. ....................................223 Hình 111 – Lưu đồ thu thập số liệu tự động theo chu kỳ. ...............................224 Hình 112 – Lưu đồ thủ tục nhận số liệu. .........................................................225 Hình 113 – Lưu đồ thu thập số liệu tự động ở một trạm. ................................226
Hình 114 – Lưu đồ thu thập số liệu bằng tay ..................................................226 Hình 115 –Tích hợp hệ thống theo chiều dọc..................................................235 Hình 116 – Mô hình các môđun ứng dụng sử dụng các giao tiếp trực tiếp ....238 Hình 117 – Mô hình các môđun ứng dụng sử dụng một thành phần chung mang tính trung gian để thực hiện liên thông (mô hình mới).....................................239 Hình 118 – Mô hình tổng quan một hệ thống với các môđun chương trình cơ bản.....................................................................................................................242 Hình 119 - Cấu trúc dạng môđun của hệ thống. .............................................244 Hình 120 –Minh hoạ một hệ giao diện thống nhất..........................................245 Hình 121 – Quan hệ giữa hệ thống thu thập dữ liệu, cơ sở dữ liệu ................247 Hình 122 – Minh hoạ 3 cấp cơ sở dữ liệu và mối quan hệ của chúng với các cấp thiết bị trong hệ thống................................................................................250 Hình 123 – Mô hình thực hiện các thu thập số liệu phức tạp dựa trên các cách thu thập số liệu cơ bản......................................................................................253 Hình 124 –Minh hoạ các bước cơ bản được thực hiện trong việc ..................254 Hình 125 –Mô hình tác tử MVC. .....................................................................267 Hình 126 – Minh hoạ cách thiết kế giao diện theo mô hình MVC. .................268 Hình 127 – Mô hình cơ bản miêu tả sự hoạt động của các tác tử trong việc .270 Hình 128 – Các dạng số liệu phục vụ hiển thị.................................................272 Hình 129 – Lưu đồ khối biểu diễn cách xử lý đối với......................................274 Hình 130 – Minh hoạ vai trò của chương trình giao diện...............................275 Hình 131 – Giao diện chính của chương trình................................................277 Hình 132 – Menu chính của chương trình.......................................................278 Hình 133 – Màn hình xem thông số tới hạn cho trạm quan trắc. ...................278 Hình 134 – Màn hình hiển thị thông số thu thập được....................................279 Hình 135 – Màn hình thể hiện đồ thị các thông số thu thập được theo thời gian. ...........................................................................................................................280 Hình 136 – Màn hình thống kê các thông tin báo cháy...................................281 Hình 137 – Màn hình hiển thị tình trạng làm việc của từng trạm quan trắc. .282
Hình 138 – Màn hình hiển thị các thông tin cảnh báo và chẩn đoán kỹ thuật. ...........................................................................................................................283 Hình 139 – Màn hình hiển thị bản đồ ô nhiễm của từng trạm quan trắc........284 Hình 140 – Hình ảnh Camera tại trạm quan trắc. ..........................................285
CÁC BẢNG THÔNG SỐ, DỮ LIỆU MẪU Bảng 1 – Tóm tắt nội dung hợp đồng đã ký kết 17/2002/HĐ-ĐTCT. ................4 Bảng 2 – Quan hệ giữa độ pH và nồng độ chất hoà tan. ..................................13 Bảng 3 – Thông số của đầu đo Sensolyt ............................................................18 Bảng 4 – Giá trị pH của các dung dịch chuẩn. .................................................27 Bảng 5 – Quan hệ giữa trọng lượng muối tinh khiết với điện dẫn suất. ...........53 Bảng 6 – Quan hệ giữa điện trở Pt1000 với nhiệt độ........................................76 Bảng 7 - Khắc độ của turbidimeter ngọn nến. .................................................86 Bảng 8 - Bảng sản phẩm Palintest. .................................................................114 Bảng 9 - Bảng thống kê mức áp suất âm sử dụng. ..........................................142
LỜI MỞ ĐẦU Đề tài KC.03-17: “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” có mục tiêu: Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo các thiết bị đo các thông số ô nhiễm môi trường thích hợp với hoàn cảnh Việt Nam có nghĩa là: chế tạo cái gì có thể chế tạo được, nhập những gì mà mình không chế tạo được (vì lý do công nghệ hay vì lý do đầu tư). Đề tài tập trung vào nghiên cứu thiết kế chế tạo các bộ biến đổi thống nhất hoá sau cảm biến để thích hợp cho việc thu thập số liệu. Đề tài nghiên cứu hệ thống thu thập số liệu ở trạm quan trắc bằng các biện pháp khác nhau có thể thực hiện được, nhưng chỉ thử nghiệm ở một hệ thống PLC công nghiệp mà đề tài cho là rẻ tiền đầu tư nhất. Hệ thống thiết bị PowerLine RTU-PLC của SEEN dùng cho hệ SCADA được coi là dự trữ cho hệ thống thu thập này. Sau 2 năm nghiên cứu SEEN đã có 2 hệ thống thu thập số liệu và chắc chắn có thể dùng được. Đề tài đã cùng SEEN xây dựng một trạm quan trắc pilot đặt tại trụ sở của SEEN để vận hành, theo dõi và để làm demo cho khách hàng. Với những gì đề tài làm được, đề tài KC.03-17 và SEEN có thể đảm bảo chắc chắn xây dựng được các trạm quan trắc theo đơn đặt hàng. Đề tài KC.03-17 xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của các cơ quan điều hành, các cơ quan quản lý kỹ thuật đã hết lòng giúp đỡ để đề tài này có kết quả như hiện nay. T/M các tác giả đề tài KC.03-17 Chủ nhiệm đề tài Lê Đức Bảo