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

B KHOA H C VÀ CÔNG NGH LIÊN HI P KHOA H C K THU T CÔNG TRÌNH SEEN

Toà nhà SEEN, Khu Công nghi p T Liêm Km13, đ ng 32, T Liêm, Hà N i

Ch nhi m đ tài : KS Lê c B o

C quan ch trì đ tài : LHKHKT CT SEEN

“Nghiên c u ch t o và l p đ t h th ng t đ ng hóa giám sát,

x lý, c nh báo môi tr ng t i các khu công nghi p và đô th l n”

Tài li u đ c t ch c thành các t p đ c đánh s nh sau:

THI T B O:

TB -1: Thi t b đo đ pH và nhi t đ

TB -2: Thi t b đo đ d n đi n

TB -3: Thi t b đo oxy hoà tan

HT-2: H th ng thu th p s li u t i Trung tâm môi tr ng

HT-3: Ph n m m SCADA trung tâm môi tr ng

BÁO CÁO TÓM T T TÀI:

Nghiên c u ch t o và l p đ t h th ng t đ ng giám sát, x lý, c nh báo môi tr ng t i các khu công nghi p và đô th l n

DANH SÁCH NH NG NG I TH C HI N

1 KS Lê c B o : Ch nhi m đ tài

T ng Giám đ c LHKHKTCT SEEN

2 PGS Nguy n Tr ng Qu : C v n đ tài

3 KS Nguy n Qu c Phong : Cán b k thu t SEEN

4 KS Nguy n Ng c Anh : Cán b k thu t SEEN

5 KS Hoàng Chí Quy t : Cán b k thu t SEEN

6 KS Lê Quang Hi u : Cán b k thu t SEEN

BÀI TÓM T T

Nghiên c u v môi tr ng, có chi n l c b o v môi tr ng, t o ra môi tr ng thích h p nh t cho cu c s ng đã tr v n đ s ng còn mà qu c gia nào c ng ph i quan tâm

các n c phát tri n, m t khoa h c đang phát tri n m nh trong 5 n m qua là Domotic và Imotic, là khoa h c v ''vi môi tr ng''

đ m b o cho vi c x lý ô nhi m môi tr ng, các h th ng quan tr c thông

s ô nhi m v n c và không khí đã đ c n i thành m ng gi a nhi u n c trên th

gi i Trong khi đó n c ta các tr m quan tr c v không khí và n c ch đ c đ m trên đ u ngón tay

Nghiên c u, thi t k , ch t o các thi t b đo, v thông s môi tr ng, thi t k h

th ng các tr m quan tr c môi tr ng đ i v i n c ta là đi u h t s c c p thi t

Ch n cách nào đ ch t o thi t b , cách nào đ xây d ng các tr m quan tr c cho

ch đ ng mà v a đ t yêu c u c a khoa h c môi tr ng v a có đ c giá thành h nh t,

đó chính là đi u c n ph i làm

tài KC.03-17 là m t th c nghi m nghiên c u ch t o, l p đ t các thi t b ,

l p trình các ph n m m ng d ng ph c v cho các tr m quan tr c n c th i T t c

nh ng k t qu c a đ tài đ u tính đ n các gi i pháp ch đ ng cho vi c b o d ng, phát tri n h th ng các tr m quan tr c môi tr ng trên toàn đ t n c

Vi c thi t k h th ng đúng yêu c u k thu t, phù h p v i tình hình kinh t và trình đ hi n nay đó là nhi m v không d do đó c n ph i nghiên c u nghiêm túc đ quy t đ nh đ c thi t b gì ph i mua, thi t b gì ch đ ng ch t o

M c tiêu c a đ tài là nh v y

B n tóm t t này s gi i thi u tinh th n y và các k t qu đ t đ c

Sau h n 2 n m nghiên c u, đ tài KC.03-17, Liên hi p SEEN có th nói là: có

kh n ng t thi t k và xây d ng h quan tr c n c th i theo yêu c u ng i s d ng,

đ t tiêu chu n, không thua kém bao nhiêu so v i các h th ng đ t n c ngoài v i giá thành ch p nh n đ c Và SEEN mong mu n r ng v i k t qu đ t đ c c a mình,

nh ng c quan c n xây d ng các tr m quan tr c hãy liên h v i SEEN đ có nh ng

tr m quan tr c h p chu n nh yêu c u c a đ tài

T/M các tác gi

Lê c B o

CH NG I: T NG QUAN V CÁC V N NGHIÊN C U, PH NG

H NG VÀ NHI M V HO T NG C A TÀI 1

I.1 T NG QUAN V H TH NG TR M QUAN TR C MÔI TR NG: 1 I.1.1 TÌNH HÌNH TRÊN TH GI I : 1

I.1.2 TÌNH HÌNH TRONG N C : 2

I.1.3 CH TR NG C B N C A TÀI KC.03-17: 2

I.1.4 H P NG KÝ K T : 3

I.2 N I DUNG NGHIÊN C U: 5

I.2.1 H TH NG THU TH P S LI U TR M QUAN TR C: 5

I.2.1.1 Phòng x lý trung tâm (PXLTT): 5

I.2.1.2 Tr m quan tr c đ a ph ng (TQT P): 5

I.2.2 XÁC NH NHI M V THEO H P NG : 6

I.3 T CH C TÀI LI U BÁO CÁO: 6

CH NG II: NGHIÊN C U, THI T K , CH T O CÁC THI T B O THÔNG S Ô NHI M MÔI TR NG 9

II.1 NGHIÊN C U THI T K , CH T O CONVERTER O PH: 10

II.1.1 CÁC TIÊU CHU N TCVN V pH PH I O: 10

II.1.2 CÁC YÊU C U KHÁC M B O TÍNH TIN C Y C A PHÉP O: 10

II.1.2.1 T c đ dòng n c đi qua bu ng đo: 10

II.1.2.2 m b o đ b n c a đ u đo: 10

II.1.2.3 Ki m tra, hi u ch nh, chu n đ thi t b : 11

II.1.3 CÁC YÊU C U K THU T C A pH MET THI T K : 11

II.1.4 U O pH: 12

II.1.4.1 Lý thuy t chung v đ pH: 12

II.1.4.2 S c đi n đ ng Galvanic: 12

II.1.4.3 Các đi n c c: 14

II.1.5 THI T K PH N C NG: 20

II.1.5.1 S đ kh i c b n và ph ng h ng gi i quy t converter: 20

II.1.5.2 Tính toán m ch đo đ pH : 22

II.1.5.3 M ch đo nhi t đ : 23

II.1.5.4 Vi x lý và các ph ki n: 23

II.1.5.5 Ngu n n áp: 24

II.1.6 PH N M M THI T B O pH: 25

II.1.6.1 Cách gi i quy t và ch ng trình chính: 25

II.1.6.2 Thi t l p c u hình: 26

II.1.6.3 Kh c đ đ i v i pH : 27

II.1.6.4 Kh c đ nhi t k Pt-1000: 29

II.1.6.5 Th c hi n phép đo nhi t đ : 30

II.1.6.6 Th c hi n phép đo pH: 32

II.1.6.7 T o dòng ra t ng ng v i pH, t 0: 34

II.1.7 TÍNH TOÁN V DÒNG CH Y: 34

II.1.8 I U KHI N L Y S LI U VÀ TRUY N TIN : 34

II.2 NGHIÊN C U, THI T K , L P TRÌNH THI T B O D N I N (CONDUCTOMET): 37

II.2.1 YÊU C U K THU T: 37

II.2.1.1 Các tiêu chu n TCVN đ i v i đ d n đi n n c th i công nghi p: 37

II.2.1.2 Các yêu c u khác đ i v i conductomet: 37

II.2.1.3 Các yêu c u k thu t đ i v i conductomet thi t k : 38

II.2.2 NGHIÊN C U, THI T K PH N C NG C A CONDUCTOMET: 39

II.2.2.1 Nguyên lý làm vi c c a Conductomet: 39

II.2.2.2 Thi t k ph n c ng c a Conductomet: 46

II.2.3 THI T K PH N M M THI T B O: 52

II.2.3.2 Các ch ng trình con: 53

II.2.4 NGHIÊN C U, THI T K PH N TRÍCH M U, THAU R A, KH C T NG: 58

II.2.4.1 L p ráp thi t b đo: 58

II.2.4.2 L y n c m u ki m tra: 59

II.2.4.3 Thau r a: 59

II.2.4.4 Nghiên c u, thi t k ph n kh c đ t đ ng: 60

II.3 NGHIÊN C U THI T B O OXY HÒA TAN (DO): 62

II.3.1 CÁC YÊU C U K THU T I V I THI T B O DO: 62

II.3.1.1 Các tiêu chu n TCVN ng d ng: 62

II.3.1.2 Các đi u ki n k thu t nh h ng đ n k t qu đo (DO): 62

II.3.1.3 Các yêu c u k thu t đ i v i thi t b đo DO: 63

II.3.2 NGHIÊN C U THI T K PH N C NG THI T B O DO: 64

II.3.2.1 Nguyên t c c b n c a thi t b đo DO: 64

II.3.2.2 Thi t k ph n c ng converter DO: 69

II.3.3 THI T K PH N M M C A CONVERTER: 74

II.3.3.1 Ch ng trình chính: 74

II.3.3.2 Kh c đ ph n đo nhi t đ : 75

II.3.3.3 Kh c đ DO: 77

II.3.3.4 Tính s li u DOx nhi t đ tx: 79

II.3.4 NGHIÊN C U, THI T K KHÂU TRÍCH M U, THAU R A, KH C T NG 80

II.3.4.1 Nghiên c u, thi t k ph n trích m u: 80

II.3.4.2 Nghiên c u, thi t k ph n thau r a: 81

II.3.4.3 Nghiên c u, thi t k ph n kh c đ t đ ng: 83

II.4 NGHIÊN C U, THI T K THI T B O C: 85

II.4.1 NGUYÊN LÝ C B N VÀ PH N C NG THI T B O C:85 II.4.1.1 nh ngh a và nguyên lý đo đ đ c: 85

II.4.1.3 Thi t k ph n c ng: 96

II.4.2 NGHIÊN C U THI T K PH N M M TH C HI N PHÉP O : 101

II.4.2.1 L u đ ch ng trình đo: 101

II.4.2.2 o đ đ c: 102

II.4.3 H TH NG D N N C, I U KHI N O, THAU R A : 106

II.4.3.1 H th ng ng d n: 106

II.4.3.2 i u khi n đo đ đ c trong TB 450: 108

II.5 NGHIÊN C U THI T B O COD VÀ BOD: 109

II.5.1 CÁC NH NGH A, TIÊU CHU N VÀ CÁC PH NG PHÁP XÁC NH: 109

II.5.1.1 Các đ nh ngh a: 109

II.5.1.2 Ph ng pháp đo COD: 111

II.5.1.3 Các ph ng pháp xác đ nh BOD: 117

II.5.2 THI T K H TH NG O COD VÀ BOD: 124

II.5.2.1 Ch n thi t b đo COD và BOD: 124

II.5.3 THI T K PH N M M O BOD SAC – UV: 128

II.5.3.1 L u đ chính: 128

II.5.3.2 Kh c đ : 129

II.5.3.3 Tính k t qu t s li u đ c SAC và tra b ng: 130

II.5.4 NGHIÊN C U, THI T K CHU TRÌNH O, L Y S LI U: 131

II.6 K T LU N: 133

II.6.1 NGHIÊN C U C THÙ CÁC U O TÌM RA BI N PHÁP X LÝ : 133

II.6.1.1 i v i converter đo pH: 133

II.6.1.2 i v i converter đi n d n: 134

II.6.1.3 i v i converter DO: 134

II.6.1.4 i v i converter đo đ đ c: 134

II.6.2 GIA CÔNG S LI U, HÌNH THÀNH PH N M M X LÝ : 135

II.7 NGHIÊN C U, THI T K THI T B O N: 136

II.7.1 NGUYÊN LÝ O VÀ CÁC I M C N CHÚ Ý KHI THI T K : 136 II.7.1.1 n và b n ch t c a đ n: 136

II.7.1.2 Áp su t âm ho c m c âm: 138

II.7.1.3 Trung bình theo th i gian c a m c âm: 139

II.7.1.4 Trung bình theo th i gian dài: 139

II.7.1.5 Phân b th ng kê và percentiles: 140

II.7.1.6 Trung bình theo không gian: 140

II.7.1.7 o công su t âm b ng ph ng pháp c ng đ âm: 140

II.7.2 THI T K PH N C NG THI T B O N: 143

II.7.2.1 S đ kh i thi t b đo: 143

II.7.2.2 Microphones: 143

II.7.2.3 Các b l c: 146

II.7.2.4 Các yêu c u k thu t: 146

II.7.2.5 Chu n đ thi t b : 147

II.7.3 PH N L A CH N U O VÀ THI T K CÁC THI T B O:148 II.7.3.1 Yêu c u k thu t c a thi t b : 148

II.7.3.2 L a ch n Microphone: 148

II.7.3.3 Thi t k s đ kh i c a thi t b : 148

II.7.4 THI T K , L P TRÌNH PH N M M: 151

II.7.4.1 Các ch ng trình vi t cho DSP: 151

II.7.4.2 Ch ng trình giao di n và qu n lý trên máy tính: 153

CH NG III: NGHIÊN C U, THI T K , XÂY D NG H TH NG TRUY N TIN, X LÝ, GIÁM SÁT, QU N LÝ THÔNG TIN C A H TH NG QUAN TR C MÔI TR NG 155

III.1 H TH NG THU TH P VÀ TRUY N S LI U T I TR M QUAN TR C A PH NG: 155

III.1.1.1 Xây d ng nhi m v tr m quan tr c: 155

III.1.1.2 Các ph ng h ng và ph ng án: 157

III.1.2 THI T K K THU T CÁC PH NG ÁN XU T: 161

III.1.2.1 Thi t k h th ng thu th p s li u tr m quan tr c đ a ph ng: .161

III.1.3 THI T K H TH NG THU TH P S D NG PLC S7-200: 170

III.1.3.1 C u hình c a h thu th p s li u và truy n tin dùng S7 –200: 170 III.1.4 THI T K L P T TR M THU TH P S LI U O THÔNG S Ô NHI M N C: 183

III.1.4.1 Ch t o t đi u khi n: 183

III.1.4.2 c tính k thu t c a thi t b s d ng: 189

III.1.4.3 Xây d ng tr m quan tr c: 192

III.1.5 PH N M M TR M QUAN TR C: 195

III.1.5.1 L p ch ng trình đo l ng, thu th p, x lý s li u: 195

III.1.5.2 L p ch ng trình đo l ng, b o v ngu n cung c p: 196

III.1.5.3 L p ch ng trình ph i ghép v i h th ng báo cháy: 197

III.1.5.4 L p ch ng trình đi u khi n trích m u: 198

III.1.5.5 L p ch ng trình đi u khi n thau r a: 199

III.1.5.6 L p ch ng trình đi u khi n kh c đ : 200

III.1.5.7 L p ch ng trình qu n lý s li u, giám sát h th ng: 201

III.1.5.8 L p ch ng trình truy n thông v i trung tâm t xa: 202

III.1.6 QUY TRÌNH V N HÀNH TR M QUAN TR C: 203

III.2 H TH NG TRUY N TIN VÀ I U KHI N TRUNG TÂM V I NHI U TR M QUAN TR C: 207

III.2.1 CÁC YÊU C U K THU T: 207

III.2.1.1 Mô t ho t đ ng c a h th ng: 207

III.2.1.2 Các đ c tính k thu t yêu c u: 209

III.2.2.2 Các ph ng ti n truy n tin hi n có: 211

III.2.2.3 Ch n ph ng ti n truy n tin: 213

III.2.2.4 Ph ng án modem đi n tho i: 215

III.2.2.5 Ph ng án radio - modem : 217

III.2.3 THI T K PH N M M H TH NG: 222

III.2.3.1 Xác đ nh c th các cách làm vi c c a h th ng: 222

III.2.3.2 Ch đ thu th p s li u t đ ng theo chu k : 224

III.2.3.3 Ch đ thu th p s li u t đ ng m t tr m: 226

III.2.3.4 Ch đ thu th p s li u b ng tay: 226

CH NG IV: THI T K , XÂY D NG PH N M M SCADA, X LÝ PHÂN TÍCH T I TRUNG TÂM 228

IV.1 T NG QUAN, T V N : 228

IV.1.1 PHÂN TÍCH BÀI TOÁN: 228

IV.1.1.1 M đ u: 228

IV.1.1.2 t bài toán: 228

IV.2 H NG TRI N KHAI ÁP D NG VÀO BÀI TOÁN C A TA: 246

IV.3 CH NG TRÌNH THU TH P S LI U: 247

IV.3.1 T V N : 247

IV.3.1.1 M đ u: 247

IV.3.1.2 Phân lo i: 247

IV.3.2 TRI N KHAI CH NG TRÌNH: 248

IV.3.2.1 M đ u: 248

IV.3.2.2 V n đ phân c p c s d li u: 249

IV.3.2.3 Tri n khai cài đ t các ph ng pháp thu th p d li u: 250

IV.3.3 KHUNG TRUY N TIN C S D NG TRONG VI C THU TH P D LI U: 256

IV.3.3.1 Khung truy n (TX): 256

IV.4.1 M U: 259

IV.4.2 T V N : 259

IV.4.2.1 M đ u: 259

IV.4.2.2 Các yêu c u c th c a bài toán: 262

IV.4.3 TRI N KHAI CH NG TRÌNH: 267

IV.4.3.1 Ph ng pháp thi t k và tri n khai: 267

IV.4.3.2 Tri n khai: 272

IV.4.4 M T S GIAO DI N MINH H A: 277

IV.4.4.1 Giao di n chính: 277

IV.4.4.2 B ng s li u và bi u đ các thông s : 279

IV.4.4.3 Hi n th báo cháy: 281

IV.4.4.4 Tr ng thái làm vi c c a h th ng: 282

IV.4.4.5 Ch n đoán k thu t: 283

IV.4.4.6 B n đ v tình tr ng ô nhi m: 284

IV.4.4.7 Hình nh Camera t i tr m quan tr c: 285

CH NG V: K T LU N 287

V.1 V CÁC THI T B O: 287

V.2 V H TH NG THU TH P S LI U VÀ TRUY NTIN: 287

V.3 XÂY D NG TR M QUAN TR C PILOT: 288

Hình 1- S đ b trí h th ng thu th p d li u 5

Hình 2 – Quan h E pH (pH) theo các nhi t đ khác nhau .14

Hình 3 - i n c c thu tinh và đi n c c ISFET .15

Hình 4 - M ch khu ch dòng đi n g n li n v i đi n c c pH (ISFET) 16

Hình 5 - i n c c Calomel .16

Hình 6 - C u t o đ u đo Gel-polymer 17

Hình 7 - u đo sensorlyt 18

Hình 8 - u đo pH c a YOKOGAWA 19

Hình 9 – Quan h gi a pH và nhi t đ 19

Hình 10 – S đ kh i c a Transmitter pH 20

Hình 11 - M ch ti n khu ch đ i 21

Hình 12 - M ch đo vi sai ch ng nhi u 22

Hình 13 – S đ m ch đo nhi t đ 23

Hình 14 – S đ ngu n n áp cung c p cho thi t b đo pH 24

Hình 15 – L u đ ch ng trình chính đo pH .26

Hình 16 – L u đ kh c đ đ u đo pH .29

Hình 17 – L u đ kh c đ nhi t k Pt1000 .30

Hình 18 – L u đ phép đo nhi t đ Pt1000 31

Hình 19 – L u đ ch ng trình đo pH .33

Hình 20 - Bi u đ th i gian thu th p và truy n s li u 35

Hình 21 – L u đ ch ng trình đi u khi n l y s li u đo pH 36

Hình 22 – Quan h gi a và n ng đ dung d ch 39

Hình 23 – Các ki u đi n c c ti p xúc c a Conductormet .41

Hình 24 – Nguyên lý đ u đo ki u c m ng 42

Hình 25 - C u t o và kích th c đ u đo 45

Hình 26 – S đ kh i thi t b đo đ d n .47

Hình 27 - M ch t o dao đ ng t n s 2 kHz 48

Hình 29 - M ch khu ch đ i 50

Hình 30 - M ch ch nh l u và tích phân .50

Hình 31 – L u đ kh i gia công s li u c a MCU 52

Hình 32 – L u đ kh c đ Conductomet 54

Hình 33 – L u đ kh c đ nhi t k 55

Hình 34 – L u đ t đ ng ch n thang đo MCU-GAIN .56

Hình 35 – L u đ đ c k t qu x bù nhi t đ 57

Hình 36 - H th ng ng l y m u cho thi t b đo Conductivity 58

Hình 37 – L u đ l y m u ki m tra đ d n 59

Hình 38 – L u đ thau r a đ u đo .60

Hình 39 – Nguyên t c c a phân c c ký .65

Hình 40 - C u t o đ u đo DO ki u galvanic 66

Hình 41 - C u t o đ u đo DO phân c c 67

Hình 42 – Quan h gi a DO v i nhi t đ và đ m n c a n c ki m tra .68

Hình 43 - M ch đ u vào Converter 69

Hình 44 – S đ kh i c a Converter DO 70

Hình 45 – Thông s c a INA110 .71

Hình 46 – ADC87-H .72

Hình 47 - C u đo nhi t đ v i Pt1000 72

Hình 48 – L u đ ho t đ ng ch ng trình chính 74

Hình 49 – L u đ tính s li u nhi t đ 78

Hình 50 – L u đ tính s li u DO x nhi t đ t x 79

Hình 51 – S đ t đ ng đo, thau r a, t đ ng kh c đ 80

Hình 52 – L u đ l y m u và ki m tra .81

Hình 53 – L u đ quy trình thau r a 82

Hình 54 – L u đ kh c đ t đ ng .83

Hình 55 - Nguyên lý phép đo đ đ c thông qua suy gi m 88

Hình 56 – Nguyên lý phép đo đ đ c b ng ánh sáng lan to 89

Hình 58 - C u t o thi t b đo đ đ c TB450G 92

Hình 59 – S đ n i ng d n khi không t đ ng thau r a và kh c đ 94

Hình 60 – S đ n i ng d n khi t đ ng thau r a và không t kh c đ 94

Hình 61 – S đ n i ng d n khi t đ ng thau r a và kh c đ 95

Hình 62 – C u t o b l c n c zero 95

Hình 63 – Chu k th i gian 96

Hình 64 – S đ đ u đ c 4 lu ng GLI 97

Hình 65 – S đ kh i c a converter .97

Hình 66 - Ngu n cung c p ±12V, ±5V .98

Hình 67 - M ch khuy ch đ i 99

Hình 68 – L u đ ch ng trình đo đ đ c .101

Hình 69 – L u đ đ c s li u 102

Hình 70 – L u đ đo, tính toán đ đ c 103

Hình 71 - Gi n đ th i gian cho m t chu k kh c đ 105

Hình 72 – S đ h th ng n c trong TB450G 107

Hình 73 - L u đ đi u khi n đo đ đ c trong TB450G 108

Hình 74 - Các giai đo n phân hu sinh hoá 110

Hình 75 - Thi t b phân tích COD b ng ch t ôxy hoá kh 113

Hình 76 - Thi t b phân tích nhanh COD dùng ozone 116

Hình 77 - Thi t b đo BOD 5 c a YSI 118

Hình 78 - Thi t b đo th tr c ti p OLR-300 t 119

Hình 79 – S đ ho t đ ng c a OLR-300 .121

Hình 80 – Quan h gi a SAC-UV v i BOD, COD 123

Hình 81 – S đ nguyên lý c a SAC-UV .125

Hình 82 – S đ kh i ph n c ng BOD SAC-UV .127

Hình 83 – L u đ ch ng trình chính đo BOD 128

Hình 84 – L u đ kh c đ thi t b đo BOD 129

Hình 85 – L u đ tính k t qu t s li u SAC 130

Hình 87 - H th ng ng d n l y m u đo BOD .132

Hình 88 – L u đ đi u khi n ch ng trình đo .132

Hình 89 - u chu n m c áp su t âm .147

Hình 90 – Các ph n t c a h th ng đo 149

Hình 91 – Mô hình máy đo đ n .150

Hình 92 – Algorithm th c hi n ch ng trình vi t cho DSP .152

Hình 93 - H th ng ng d n đ n các đ u đo 160

Hình 94 - C u hình h thu th p s li u analog .163

Hình 95 - H th ng thu th p s li u dùng chu n RS485MPI .165

Hình 96 - H th ng thu th p s li u b ng RTU 166

Hình 97 - H truy n tin ki u Modem .168

Hình 98 - Gi n đ th i gian c a chu trình l y s li u 169

Hình 99 - H th ng thu th p s li u và truy n tin tr m quan tr c 171

Hình 100 – Các lo i S7-200 .173

Hình 101 - B trí t đi u khi n thu th p và truy n s li u .183

Hình 102 - H th ng DAS trên c s S7-200 .190

Hình 103 – Kích th c khung tr m quan tr c 194

Hình 104 – S đ công ngh tr m quan tr c 203

Hình 105 - C u hình c a h th ng quan tr c môi tr ng .207

Hình 106 - C u hình h th ng nhi u tr m thông qua Modem đi n tho i .215

Hình 107 - C u hình h th ng truy n tin c a nhi u tr m đ a ph ng v trung tâm 216

Hình 108 - H thu th p s li u môi tr ng và truy n tin c a YSI 219

Hình 109 - H truy n tin dùng Radio Modem .221

Hình 110 – L u đ ch ng trình chính c a h th ng .223

Hình 111 – L u đ thu th p s li u t đ ng theo chu k 224

Hình 112 – L u đ th t c nh n s li u .225

Hình 113 – L u đ thu th p s li u t đ ng m t tr m 226

Hình 115 –Tích h p h th ng theo chi u d c 235

Hình 116 – Mô hình các mô đun ng d ng s d ng các giao ti p tr c ti p 238

Hình 117 – Mô hình các môđun ng d ng s d ng m t thành ph n chung mang tính trung gian đ th c hi n liên thông (mô hình m i) 239

Hình 118 – Mô hình t ng quan m t h th ng v i các môđun ch ng trình c b n 242

Hình 119 - C u trúc d ng môđun c a h th ng .244

Hình 120 –Minh ho m t h giao di n th ng nh t 245

Hình 121 – Quan h gi a h th ng thu th p d li u, c s d li u 247

Hình 122 – Minh ho 3 c p c s d li u và m i quan h c a chúng v i các c p thi t b trong h th ng 250

Hình 123 – Mô hình th c hi n các thu th p s li u ph c t p d a trên các cách thu th p s li u c b n 253

Hình 124 –Minh ho các b c c b n đ c th c hi n trong vi c 254

Hình 125 –Mô hình tác t MVC .267

Hình 126 – Minh ho cách thi t k giao di n theo mô hình MVC .268

Hình 127 – Mô hình c b n miêu t s ho t đ ng c a các tác t trong vi c 270 Hình 128 – Các d ng s li u ph c v hi n th 272

Hình 129 – L u đ kh i bi u di n cách x lý đ i v i 274

Hình 130 – Minh ho vai trò c a ch ng trình giao di n 275

Hình 131 – Giao di n chính c a ch ng trình 277

Hình 132 – Menu chính c a ch ng trình 278

Hình 133 – Màn hình xem thông s t i h n cho tr m quan tr c .278

Hình 134 – Màn hình hi n th thông s thu th p đ c 279

Hình 135 – Màn hình th hi n đ th các thông s thu th p đ c theo th i gian .280

Hình 136 – Màn hình th ng kê các thông tin báo cháy 281 Hình 137 – Màn hình hi n th tình tr ng làm vi c c a t ng tr m quan tr c .282

283 Hình 139 – Màn hình hi n th b n đ ô nhi m c a t ng tr m quan tr c 284 Hình 140 – Hình nh Camera t i tr m quan tr c .285

CÁC B NG THÔNG S , D LI U M U

B ng 1 – Tóm t t n i dung h p đ ng đã ký k t 17/2002/H - TCT .4

B ng 2 – Quan h gi a đ pH và n ng đ ch t hoà tan .13

B ng 3 – Thông s c a đ u đo Sensolyt 18

B ng 4 – Giá tr pH c a các dung d ch chu n .27

B ng 5 – Quan h gi a tr ng l ng mu i tinh khi t v i đi n d n su t 53

B ng 6 – Quan h gi a đi n tr Pt1000 v i nhi t đ 76

B ng 7 - Kh c đ c a turbidimeter ng n n n .86

B ng 8 - B ng s n ph m Palintest .114

B ng 9 - B ng th ng kê m c áp su t âm s d ng .142

tài KC.03-17: “Nghiên c u, ch t o và l p đ t h th ng t đ ng hoá giám sát, x lý, c nh báo môi tr ng t i các khu công nghi p và đô th l n” có

m c tiêu:

Nghiên c u, thi t k , ch t o các thi t b đo các thông s ô nhi m môi

tr ng thích h p v i hoàn c nh Vi t Nam có ngh a là: ch t o cái gì có th ch

t o đ c, nh p nh ng gì mà mình không ch t o đ c (vì lý do công ngh hay

vì lý do đ u t ) tài t p trung vào nghiên c u thi t k ch t o các b bi n đ i

th ng nh t hoá sau c m bi n đ thích h p cho vi c thu th p s li u

tài nghiên c u h th ng thu th p s li u tr m quan tr c b ng các

V i nh ng gì đ tài làm đ c, đ tài KC.03-17 và SEEN có th đ m b o

ch c ch n xây d ng đ c các tr m quan tr c theo đ n đ t hàng

tài KC.03-17 xin chân thành c m n s giúp đ c a các c quan đi u hành, các c quan qu n lý k thu t đã h t lòng giúp đ đ đ tài này có k t qu

nh hi n nay

T/M các tác gi đ tài KC.03-17

Ch nhi m đ tài

Lê c B o

Toà nhà SEEN, Khu công nghi p T Liêm Km13, đ ng 32, T Liêm, Hà N i -*** -

BÁO CÁO T NG K T KHOA H C VÀ K THU T TÀI KC.03- 17

KHU CÔNG NGHI P VÀ Ô TH L N

Ch nhi m đ tài: KS Lê c B o

C quan ch trì đ tài: LHKHKT CT SEEN

HÀ N I – 2005

Tài li u vi t theo k t qu nghiên c u đ tài KC.03-17

h c đã đ c đ a ra và đang r t phát tri n,m t khoa h c m i đ c g i là

“Domotic” và “Imotic”, là khoa h c nghiên c u c a các nhà b t đ ng s n v i vi khí h u có th đi u khi n đ c, t o đi u ki n cho con ng i có th s ng tho i mái nh t trong môi tr ng vi khí h u đó

H n n a, ng i ta l i còn mu n t o ra m t ti u khí h u trong m t thành

ph , m t khu v c khí h u t t nh t cho con ng i Yêu c u v thu th p s li u hay nói cách khác là các thông s v môi tr ng c a m t khu v c tr nên c p bách

các n c phát tri n v n đ này đã đ c đ t ra t khá lâu và các tr m quan tr c v ô nhi m v không khí, v n c đã đ c l p đ t và đ c n i thành

m ng c bi t, s l ng tr m quan tr c n c đã lên đ n hàng tr m, hàng ngàn

tr m trên m t l u v c c a các con sông l n nh

H th ng x lý s li u, đánh giá ô nhi m t đ ng đ ra các bi n pháp x

lý và đ c ph n m m các h th ng qu n lý s li u môi tr ng th c hi n Vi c

ng d ng các thành t u m i v đ u đo, ph ng pháp đo và ph n m m x lý môi

tr ng tr thành nhu c u th ng xuyên đ c b sung c p nh t

Chi n l c môi tr ng đã đ c nhi u qu c gia, th m chí nhi u t p đoàn, quan tâm xem nh là đ ng l i kinh t qu c k dân sinh c a mình

I.1.2 TÌNH HÌNH TRONG N C :

N c ta, do nhi u n m chi n tranh liên miên, s c ng i s c c a đ ra chi n tr ng nên kinh t ch a phát tri n; trong nh ng n m đ i m i, kinh t phát tri n nhanh, nhà máy và khu dân c phát tri n t, quy ho ch t ng th

ch a có, quan đi m v môi tr ng ch a hình thành, cho nên hi n nay, tình hình

ô nhi m r t tr m tr ng V thi t b quan tr c môi tr ng ch l t m t s c quan và đ c phát tri n m t cách thi u h th ng

Có th nói thi t b quan tr c môi tr ng và h th ng quan tr c ch a có gì Phát tri n t m t tình hình tr ng nh v y, n u không có quy ho ch t ban đ u,

đ nh p b a bãi thi t b và đ c bi t là nh p h th ng quan tr c n c ngoài, thì sau này các h th ng b sung phát tri n s g p r t nhi u tr ng i

ng v ph ng di n kinh t mà xét, n u nh p ngo i toàn b thi t b quan tr c đ c bi t là toàn b tr m quan tr c thì quá đ t và khó phát tri n nhanh trong khi đó nhu c u đã tr nên c p bách ó là lý đo ra đ i c a đ tài KC.03-17

I.1.3 CH TR NG C B N C A TÀI KC.03-17:

Trên c s tình hình trong n c, theo các hình m u n c ngoài, c n c trên tiêu chu n th gi i và Vi t Nam, v i vi c đã đ c xem xét t ban đ u, đ tài c n ph i ti n hành nghiên c u thi t b đo và ti n hành thu th p s li u v các thông s c b n nh t

- Các thông s c b n ph i thu th p s li u là: đ pH, đ d n đi n, oxy hoà tan, đ đ c, COD, BOD, đ n Các thông s khác c ng s gi i quy t theo

ph ng h ng c a các thông s này

- Ch t o: nh ng ph n t nào trong thi t b có th ch t o đ c thì xác

đ nh rõ ràng, k t h p v i vi c nh p các chuy n đ i s c p, ch t o ph n gia công x lý, thi t k thành thi t b hoàn ch nh, th ng nh t hoá tín hi u và t o thu n l i cho vi c xây d ng toàn b h th ng

C th là:

đo pH, DO, đ d n đi n, đ n, đ đ c ta mua các c m bi n

+ COD/BOD: mua các c m bi n và chuy n đ i

- Tích h p thành h th ng tr m quan tr c : ch n h th ng thu th p thích

h p, ph ng ti n truy n thông thích h p cho h th ng ho t đ ng t t, chính xác,

an toàn

- T ch c thu th p và x lý trung tâm: dùng máy tính thông th ng

ho c máy tính công nghi p

+ Thi t k ph n m m đ m b o ch c n ng SCADA cho toàn h th ng + ánh giá ô nhi m

I.1.4 H P NG KÝ K T :

C n c theo nhi m v đ c giao tài KC.03-17 đã xây d ng các đ

m c h p đ ng, đ c ch ng trình KC.03 thông qua và ký h p đ ng

Ch nhi m đ tài: Lê c B o

C quan ch trì đ tài:Liên hi p khoa h c k thu t công trình SEEN

3 Thi t k , ch t o h th ng thu th p các s li u các tr m quan tr c hi n

th , đ i chi u, giám sát, báo đ ng, ch n đoán qu n lý s li u (MIS) và thông báo đ i chúng

4 o đ đ c NTU - Thang đo 0-1000NTU

- Phân ly: 0,01 NTU

ch t o, đ m b o các yêu c u kh t khe và chính xác trong ch t o

s n ph m

01 Nh trên

11 Quy trình v n hành thi t b - Tuân th các nguyên

lý, nguyên t c v n hành c a thi t b m

b o đ chính xác cho quá trình v n hành

01 Nh trên

I.2 N I DUNG NGHIÊN C U:

I.2.1 H TH NG THU TH P S LI U TR M QUAN TR C:

H th ng thu th p s li u v ô nhi m môi tr ng đ c b trí nh sau:

Hình 1- S đ b trí h th ng thu th p d li u

I.2.1.1 Phòng x lý trung tâm (PXLTT):

H th ng g m m t phòng x lý trung tâm đ t s khoa h c và môi

tr ng có nhi m v :

- Thu th p các s li u v ô nhi m môi tr ng các đi m đ t các tr m quan tr c đ a ph ng (TQT P) truy n v qua đ ng dây đi n tho i (môđem T) ho c qua radio môđem

- X lý và t ch c s li u thu đ c đ m b o tính đúng đ n c a tín hi u

qu n lý thu đ c, xây d ng các bài tin v tình tr ng môi tr ng, báo

đ ng tai h a môi tr ng và góp ý vài bi n pháp kh c ph c

- Qu n lý thông tin v môi tr ng g m các s li u th ng kê l ch s , các

Tr m quan tr c đ a ph ng có các nhi m v sau:

- Xây d ng h đ u đo các thông s môi tr ng, đ m b o tính chính xác

I.3 T CH C TÀI LI U BÁO CÁO:

Do tính ch t đ tài, m i thi t b đo là m t ph n nghiên c u riêng bi t, có

ph n lý lu n c b n, có ph n ch n c m bi n, có ph n thi t k ph n c ng, có

ph n x lý ph n m m đ c l p v i các thi t b đo khác, vì th m i thi t b đo

đ c trình bày trong m t m c riêng bi t trong Ch ng II t TB -1 đ n TB -6

B n tóm t t t ng k t đ tài đ c trình bày trong Ch ng I

Nh v y toàn b h s k thu t c a đ tài đ c t ch c nh sau:

Ch ng I: Báo cáo tóm t t t ng k t đ tài KC.03- 17

“Nghiên c u ch t o và l p đ t h th ng t đ ng hóa giám sát, x lý, c nh báo môi tr ng t i các khu công nghi p và đô th l n”

Ch ng II: Các thi t b đo

+ TB -1 Thi t b đo đ pH và nhi t đ

+ TB -2 Thi t b đo đ d n đi n

+ TB -3 Thi t b đo đ oxy hòa tan

B KHOA H C VÀ CÔNG NGH LIÊN HI P KHOA H C K THU T CÔNG TRÌNH SEEN

-***** -

NGHIÊN C U, THI T K , CH T O CÁC THI T B O

Ch nhi m đ tài: KS Lê c B o

CH NG II: NGHIÊN C U, THI T K , CH T O CÁC THI T

Các thông s c b n đ c đ ra và đ c ký k t trong h p đ ng là:

- Thi t b đo đ pH (pH) và nhi t đ (T)

- Thi t b đo đ d n đi n (C)

- Thi t b đo đ ôxy hòa tan (DO)

II.1 NGHIÊN C U THI T K , CH T O CONVERTER O pH:

II.1.1 CÁC TIÊU CHU N TCVN V pH PH I O:

Vi c đ u tiên nghiên c u thi t k thi t b đo pH ph i tuân theo TCVN

v pH met Thi t b đo pH ph i phù h p v i các tiêu chu n v ch t l ng

n c th i công nghi p và sinh ho t theo các tiêu chu n sau đây:

TCVN 6982: 2001 TCVN 6983: 2001 TCVN 6984: 2001 TCVN 6985: 2001 TCVN 6986: 2001

v ô nhi m môi tr ng n c sinh ho t và n c th i

bu ng đo ph n ánh t ng đ i t c đ c a dòng n c ngoài kênh thoát và không gây ra sai s đo

II.1.2.2 m b o đ b n c a đ u đo:

u đo pH đ c s d ng đo trong th i gian r t ng n, sau đó đ c thau

r a và b o qu n b ng n c s ch, có th dùng n c c t v a làm chu n zêro

c a pH mét v a làm dung d ch b o qu n đi n c c

II.1.2.3 Ki m tra, hi u ch nh, chu n đ thi t b :

Các thi t b đo sinh hoá th ng xuyên ph i đ c chu n đ , vì v y trong

bu ng đo ph i b trí đ có th chu n đ tr c ti p đ pH và hi u ch nh thi t b theo nhi t đ đ c đo

II.1.3 CÁC YÊU C U K THU T C A pH MET THI T K :

o S : truy n n i ti p theo chu n RS-485

o u ra t ng t : theo chu n 4 – 20mA

II.1.4 U O pH:

II.1.4.1 Lý thuy t chung v đ pH:

pH hay potential ion H+ là n ng đ ion H trong m t dung d ch acid hoà tan trong n c pH nói lên tính ch t acid ho c base c a dung d ch đi n phân

i v i dung d ch acid m nh, ion H+ b phân ly h u nh h t, s ion H+

c a m t phân t gam acid m nh có th lên đ n 107

ion

i v i dung d ch base m nh, ion OH- b phân ly h u h t và s ion c a

m t phân t gam base m nh có th lên đ n 107

log +− =

OH H

pH t acid m nh đ n base m nh là 14, ng i ta đ nh ngh a

pH = -log [H+]

Thang pH chia làm 2 kho ng:

- Dung d ch có đ pH t 0 -7 pH là dung d ch có tính acid

- Dung d ch có đ pH (7 – 14) là dung d ch có tính base

pH = 7 ch rõ dung d ch có tính trung tính (n c nguyên ch t)

II.1.4.2 S c đi n đ ng Galvanic:

M t đi n c c nhúng vào m t dung d ch đi n phân, s xu t hi n đi n

c c y m t s c đi n đ ng theo lu t Nernst

E = RT

ln HnF

B ng 2 – Quan h gi a đ pH và n ng đ ch t hoà tan

Thi t b đo pH ph i đ c b trí đ ch đ ng bù nhi t đ Quan h gi a

s c đi n đ ng Galvanic và đ pH các nhi t đ khác nhau cho hình v 1

Hình 2 – Quan h E pH (pH) theo các nhi t đ khác nhau

các nhi t đ khác nhau quan h EpH(pH) bi u di n b ng các đ ng

th ng có góc nghiêng khác nhau Góc nghiêng này ph thu c vào nhi t đ c a dung d ch Trong th c t các đ ng th ng g p nhau t i m t đi m g i là đi m

Công th c Nernst ch th t đúng v i đi n c c H i n c c H là m t đi n

c c Pt x p xung quanh có các phân t H h p ph i n c c H đ c th c hi n

b ng cách cho s c khí H vào dung d ch đo phía d i đi n c c Pt x p y

Do không thu n ti n trong vi c s d ng, đ c bi t trong môi tr ng công nghi p, ng i ta ph i nghiên c u các lo i đi n c c khác Trong th c t công nghi p ng i ta s d ng đi n c c thu tinh

i n c c thu tinh g m 1 b u thu tinh có thành r t m ng (0,02mm) trong có dung d ch ClAg và đi n c c b c

i n c c thu tinh có tính ch t gi ng nh đi n c c H có h s e = 0,058V ng v i 1pH nhi t đ 180

C, h s nhi t đ α1 = 0,0035/0C

i n c c thu tinh tuy m ng manh nh ng ho t đ ng t t, n đ nh;

nh c đi m l n nh t là đi n tr c a đi n c c r t l n (108

- 109Ω) Vì v y đòi

h i thi t b đo ph i có đi n tr vào Rv > 1011 – 1012Ω

G n đây, đ giúp cho vi c d dàng ch t o các m ch khu ch đ i và x

lý ng i ta đã g n đi n c c thu tinh v i m t ti n khu ch đ i dòng đi n b ng bán d n tr ng, nói cách khác là m t h ISFET

i n c c ISFET đ c ch t o t bán d n tr ng kênh d n n ho c p Trên kênh d n y cho b i m t l p SiO2 x p ho t hoá tác d ng c a màng này

gi ng nh đi n c c thu tinh mà m t m t đ c n i vào gate c a bán d n

tr ng

Hình 3 - i n c c thu tinh và đi n c c ISFET

M t kia c a c c thu tinh đ c t o thành m t bu ng ch a dung d ch phân tích và m t đi n c c n n

i n c c n n này đ c n i vào Source ho c Drain c a bán d n tr ng trong 2 m ch khu ch đ i áp ho c dòng

V i cách b trí này đi n tr ra c a h này khá nh (vài tr m KΩ nên khu ch đ i phía sau r t d gi i quy t.G n đây có nhi u c i ti n c a đi n c c

pH thu n l i cho vi c xây d ng các pH mét có đ n đ nh cao

Màng thu tinh

ch n l c ion Kênh d n

Dung d ch phân tích

i n c c n n

D

R S

U CC

-U CC +

Hình 4 - M ch khu ch dòng đi n g n li n v i đi n c c pH (ISFET)

i n c c th 2 c a đ u đo pH là m t đi n c c n n i n c c n n là m t

đi n c c mà đi n áp đi n c c so

v i dung d ch không ph thu c vào

D i cùng là thu ngân (Hg), trên là m t l p Cl2Hg2 tinh th sau đó là

Cl2Hg2 bão hoà i n c c calomel đ c n i v i dung d ch do thông qua m t

c u đi n phân KCl

i n áp E0 c a đi n c c calomel v i các dung d ch khác nhau không

ph thu c vào n ng đ dung d ch đi n phân

i n c c là quan tr ng nh t trong phép đo đ pH Qua nhi u n m, đã

có khá nhi u bi n pháp đ nâng cao đ c tính k thu t c a các c m bi n đ c

bi t là tính n đ nh và tính ch ng nhi u c a c m bi n

Hình 6 - C u t o đ u đo Gel-polymer

Hi n nay các đi n c c đ c ch t o ph i h p t c đi n c c đo (đi n c c thu tinh) và đi n c c n n (Calomel) đ c ch t o trong m t đ u đo đ đ m

b o tính ch ng nhi u cao, dây d n đ c b c kim v i các đ u c m đ c bi t

i n c c n n Ag/AgCl/Cl đ c nhúng hoàn toàn trong m t gel - polymer – electrolyte th r n

Do tính ch t và n ng đ c a gel – electrolyte bi n đ i r t ch m khi đi u

ki n ngoài thay đ i nên đ c tính đi n hoá c a đ u đo không thay đ i theo th i gian

u đo ph i h p này không đòi h i m t b o d ng cao nh các đ u

đo pH bình th ng cho phép làm vi c trong môi tr ng ô nhi m cao

B ng 3 – Thông s c a đ u đo Sensolyt

Trong đ u đo mà tích h p đi n c c

đó thì có thêm đi n c c đ t c a dung d ch