- Trang Chủ
- Tự động hoá
- NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG ĐO VÀ QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG XÍ NGHIỆP CÔNG NGHIỆP
Xem mẫu
- NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG ĐO
VÀ QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG XÍ NGHIỆP CÔNG NGHIỆP
KS.Bùi Thị Thanh Quyên, KS.Phạm Ngọc Minh
KS.Phan Minh Tân, PGS-TSKH.Phạm Thượng Cát
Phòng Công nghệ Tự Động Hóa - Viện Công Nghệ Thông Tin
Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam
Tel. (84) -04- 8 363484, Fax: (84) -04- 8 363485 e-mail: ptcat@ioit.ncst.ac.vn
Tóm tắt:
Ngày nay, cùng với sự phát triển không ngừng của công nghiệp hoá, nhà nước ta cũng rất đặt biệt quan tâm tới
vấn đề cảnh báo và bảo vệ môi trường nhất là trong các khu công nghiệp tập trung. Trong báo cáo này chúng
tôi trình bày “Hệ thống đo và quan trắc môi trường xí nghiệp công nghiệp” được phát triển trên nền công nghệ
mạng Ethernet để kiểm tra và cảnh báo các tham số môi trường không khí, nước và tiếng ồn ở các xí nghiệp
công nghiệp. Hệ thống này có nhiều khả năng nổi trội như tốc độ xử lý nhanh, mở rộng cho nhiều điểm đo, các
loại thông số và khu vực đo nhờ sử dụng công nghệ mạng Ethernet và các RTU đo xa. Hệ thống nhỏ gọn, tiêu
tốn ít năng lượng, có độ bền hoạt động trong môi trường công nghiệp, giá cả cạnh tranh với thiết bị nhập ngoại.
Hệ thống có khả năng ứng dụng rộng rãi trong các nhà máy, xí nghiệp, các phân xưởng sản xuất tự động hoá…
DEVELOPMENT OF AN ENVIRONMENTTAL
MONITORING SYSTEM FOR INDUSTRIAL ENTERPRISES
Abtract:
Today, with the continous growing of industrialized and modelized processes, Vietnamese government is really
interested in forcasting and protecting of environment, especially in industrial parks. In this report, we would
like to introduce “An environment monitoring system for industrial enterprises”, which is developed based on
Ethernet network technology to check and announce air-conditions, water and noise pollution in industrial
enterprises. Our system has advantageous capabilities such as fast processing rate, opened for various
measuring points, various parameters and locations by using Ethernet network technology and remote RTUs.
The system is neat and tidy, low energy consumption, long-lasting lifetime in industrial environment, and
cheaper than imported systems. Our system can be broadly used in factories, enterpries, automated
manufacturing departments...
1. GIỚI THIỆU CHUNG áp dụng công nghệ mạng Ethernet để xây dựng “Hệ
Vấn đề cảnh báo và bảo vệ môi trường là vấn đề thống đo và quan trắc môi trường xí nghiệp công
bức xúc được Nhà nước ta và thế giới quan tâm sâu nghiệp” để kiểm tra và cảnh báo kịp thời cho sản
sắc. Các xí nghiệp công nghiệp, nhất là các nhà xuất, cho cuộc sống. Hệ thống này có nhiều khả
máy hoá chất, nhà máy sản xuất phân hoá học là năng xử lý mạnh, nhanh và mở rộng được các điểm
các cơ sở có thể gây ô nhiễm môi trường lớn và cần đo, các loại thông số và khu vực đo nhờ sử dụng
có hệ thống tự động đo cảnh báo môi trường nước, mạng Ethernet và các RTU đo xa.
môi trường khí và tiếng ồn.
Với sự phát triển của công nghệ thông tin các thiết 2. HỆ THỐNG ĐO VÀ QUAN TRẮC MÔI
bị đo lường và quan trắc môi trường phục vụ cho xí TRƯỜNG XÍ NGHIỆP CÔNG NGHIỆP.
nghiệp công nghiệp, cho sản xuất, cho đời sống
ngày càng thông minh hơn. “Hệ thống đo và quan trắc môi trường xí nghiệp
Sự phát triển của các thế hệ đo đi lên từ thế hệ đo công nghiệp” gồm có các thiết bị đầu cuối đo xa
cơ khí, đo điện, đo điện tử vi mạch rời, đo sử dụng RTU (Remote Terminal Unit) đo các giá trị ở các
các vi xử lý cấp thấp đến thế hệ các thiết bị đo, đầu điểm đo xa, và truyền về máy tính xử lý trung tâm
đo thông minh có các vi xử lý cấp cao, máy tính (Host) chạy chương trình EVIEW để tính toán, hiển
nhúng với các thuật đo xử lý hiện đại, có khả năng thị, xử lý, cảnh báo, lưu trữ bằng chương trình phần
tự suy diễn, nhớ và kết nối mạng tốc độ cao. Các mềm chạy trên Windows qua mạng ETHERNET.
thiết bị hệ thống đo kiểm tra thông minh này bảo Hệ thống có khả năng trao đổi thông tin lớn với tốc
đảm kết quả đo chính xác, khử được nhiễu và khả độ cao. Thiết bị đầu cuối đo xa có khả năng tính
năng phân tích xử lý tổng hợp số liệu phong phú, có toán các thuật xử lý thông minh, có độ bền hoạt
nhiều chức năng mà các thế hệ thiết bị trước không động trong môi trường công nghiệp và kích thước
tự động xử lý được. Sự phát triển của công nghệ gọn nhẹ, tiêu ít năng lượng, với giá cả cạnh tranh so
thông tin đã đưa tốc độ truyền tin qua mạng với các thiết bị nhập ngoại. Chương trình giao diện
Ethernet lên đến 10-100MB/s gấp hàng trăm lần tốc kiểm soát trên máy chủ.
độ truyền qua cổng nối tiếp RS-232. Chúng tôi đã
1
- EVIEW có khả năng hội thoại, có nhiều công cụ rộng trong các nhà máy, phòng thí nghiệm, các
trợ giúp và nhận dữ liệu của nhiều thiết bị RTU qua phân xưởng sản xuất tự động hoá.
mạng Ethernet. Hệ thống có khả năng ứng dụng rất
Ethernet
RS-232 ... ... ...
RS485 1- 30 ®iÓm/1200m ... 8AI:
4rơ le: 16AI: 4rơ le:
4-20mA 0-10V ~220V
1 . . . 30 ~220V
Đầu Đầu đo
dòng:4-20mA
đo
tiếng
ồn
THDP-1
Hệ thống này bao gồm: thân thiện với người sử dụng, có chế độ báo
- Thiết bị đầu cuối đo xa RTU (có thể nối 32 động, lưu trữ... cho phép phát triển các ứng
RTU vào hệ thống) có khả năng nối ghép trực dụng toàn cục cũng như thay đổi chương trình
tiếp với các đầu đo công nghiệp như: Đầu đo xử lý cho từng Thiết bị đầu cuối đo xa RTU .
tiếng ồn (Datalogging Sound Level Meter - - Phần mềm EVIEW được phát triển chạy
Model 407764), đầu đo nhiệt độ và độ ẩm trên máy PC có đủ các chức năng thu
THDP-1. thập xử lý dữ liệu của các RTU từ xa.
- Khả năng xử lý tín hiệu mạnh và phần mềm xử Ngoài ra, nó có thể thay đổi, nạp lại các
lý tính toán có thể thay đổi, nạp lại từ xa qua chương trình xử lý tại chỗ của các RTU.
mạng Ethernet tốc độ 10-100MHz. - Các máy tính EVIEW cài hệ điều hành
- Thiết bị đầu cuối đo xa RTU được chế tạo trên Win98 trở lên sử dụng giao thức
công nghệ nhúng PC/104, có dung lượng bộ TCP/IP.
nhớ RAM, bộ nhớ FLASH lớn và có khả năng - Có thể nối 4 máy tính có cài EVIEW
kết nối mạng Ethernet với giao thức TCP/IP. vào hệ thống.
- RTU sử dụng hệ điều hành DOS 6.2, có Sử dụng các ưu điểm trên của mạng Ethernet,
chương trình tạo môi trường và các chức năng chúng tôi xây dựng cấu hình phần cứng của
TCP/IP trên DOS và thư viện các thuật điều “Hệ thống đo và kiểm soát môi trường tự
khiển. động” như sau:
- Chương trình giao diện kiểm soát trên máy chủ 1. Sử dụng 1 HUB.
EVIEW có khả năng hội thoại và nhận dữ liệu 2. Sử dụng 2 HUB mắc nối tiếp
của nhiều Thiết bị đầu cuối đo xa RTU cũng 3. Sử dụng 1 HUB có nhiều EVIEW
qua mạng Ethernet. Chương trình có giao diện
RTU1
HUB RTU1
1 ®Çu ®o
RTU2
HUB
đầu đo
RTU3 RTUn
1. Sử dụng 2 HUB HUB 2. Sử dụng 1 HUB có
mắc nối tiếp 2 ®Çu ®o nhiều EVIEW
RTUn đầu đo
đầu đo
2
- Để thông tin liên lạc giữa các máy trên mạng biệt trong số các đích trên một máy cụ thể và
Ethernet được tin cậy, nhanh, mạnh, mềm dẻo, dễ cách mà các máy thông tin liên lạc với nhau để
phát triển và có khả năng kết nối vào mạng Internet phục hồi các lỗi như mất gói dữ liệu hay gửi dữ
thì việc lựa chọn hệ điều hành, lựa chọn giao thức liệu bị trùng lặp. Giao thức này cũng xác định
truyền và xây dựng hệ thống phần mềm cho máy cách mà hai máy tính khởi động qúa trình
chủ (HOST) và thiết bị RTU như sau: truyền stream TCP và cách mà chúng thống
+ Hệ điều hành của máy chủ: Win98, Win2000, nhất với nhau khi nào thì hoàn tất việc truyền.
WinNT là các hệ Windows thông dụng có sẵn TCP cung cấp cơ chế kiểm soát dòng dữ liệu,
các giao thức TCP/IP chạy trên mạng Ethernet cho phép việc thông tin liên lạc giữa các hệ
và có sẵn khả năng kết nối vào Internet. thống có tốc độ rất khác nhau.
+ Hệ điều hành của RTU: DOS6.2 Hệ điều hành cơ IP: Internet Protocol là một trong 2 giao thức chính
bản, rất ổn định, rất phù hợp với các máy tính được sử dụng trong giao thức TCP/IP. IP xác
nhỏ Pentium1 hoặc 386, chiếm ít bộ nhớ, rất định những trừu tượng cấp cao như: địa chỉ IP,
phù hợp với thiết bị nhúng RTU không có bàn định dạng datagram và khái niệm về độ tin cậy,
phím màn hình và có chế độ Watchdog. Tuy phát chuyển phi kết nối (connectionless)... IP
vậy hệ này không có sẵn giao thức TCP/IP nên mô tả một cách chính thức định dạng của các
chúng tôi phải tự xây dựng lấy. Chúng tôi đã gói dữ liệu, gọi là datagram, và chuẩn bị việc
tạo ra môi trường TCP/IP trên nền DOS và các phát chuyển. IP sử dụng các thông tin để
hàm dưới dạng thư viện phần mềm, người sử chuyển dữ liệu đi, quyết định nơi nào gửi dữ
dụng không cần phải tìm hiểu những rắc rối liệu đến dựa vào địa chỉ IP đích của nó.
của giao thức TCP/IP. Địa chỉ IP: Tất cả RTU đều sử dụng địa chỉ IP
+ Giao thức truyền TCP/IP: Đây là giao thức chuẩn bản 4 số. Địa chỉ IP là địa chỉ logic được
thường dùng nhất hiện nay để kết nối giữa các gán cho 1 máy trên mạng riêng. Mỗi máy trên
máy trên mạng cục bộ, kết nối với mạng khác mạng TCP/IP đã được gán một địa chỉ IP để
hoặc kết nối với Internet. Sau đây chúng ta tìm cho nó có thể truyền với các máy khác. Trong
hiểu kĩ hơn về giao thức này. dạng vật lí thì địa chỉ IP là số binary 32 bit.
TCP/IP Tuy nhiên ở mức người sử dụng, địa chỉ IP hầu
Để thông tin liên lạc giữa các máy người ta quy như luôn luôn biểu diễn trong dạng dễ đọc hơn
định một giao thức là TCP/IP đặc tả các chi gọi là số thập phân có chấm. Ví dụ 10.10.3.100
tiết cách thức mà các máy tính liên lạc với là địa chỉ IP được viết trong dạng thập phân có
nhau cũng như các quy ước cho các mạng nối chấm. Các chấm ở đây là các chấm thập phân,
với nhau và định tuyến giao thông. Nó cũng có phục vụ ranh giới ảo của 4 byte tạo ra giá trị
thể dùng để liên kết mạng trong một công ty, binary 32 bit. 4 byte đã được biểu diễn dưới
một nhà máy,... không nhất thiết phải nối kết dạng thập phân.
với các mạng khác bên ngoài. Khi xuất xưởng mỗi RTU đều được gán 1 địa
TCP: Giao thức điều khiển việc truyền chỉ IP mặc định. Ví dụ RTU1 có địa chỉ IP là
(Transmission Control Protocol) là một giao 10.10.3.1 với tên là RTU1, RTU2 có địa chỉ IP
thức thông tin liên lạc. Giao thức này đặc tả là 10.10.3.2 với tên là RTU2. Khi xây dựng
định dạng của dữ liệu và lời đáp mạng, người sử dụng có thể đặt lại IP này
(acknowledgement) mà hai máy tính trao đổi trong chương trình EVIEW qua mạng Ethernet,
để đạt được việc truyền đáng tin cậy, cũng như sao cho mỗi RTU có 1 địa chỉ khác nhau.
là những thủ tục mà các máy tính sử dụng để Ví dụ: Hệ thống đo và kiểm tra môi trường tự động
đảm bảo rằng dữ liệu đến được một cách chính có 1 RTU và 1 EVIEW như sau:
xác. Nó đặc tả cách mà phần mềm TCP phân
RTU1
EVIEW IP: 10.10.3.1
IP: 10.10.3.33
HUB RS-232
RS485 1- 30 ®iÓm/1200m ...
4rơ le:
Cáp dây xoắn đôi 1 ... ~220V
Đầu
đo
tiếng
ồn
THDP-1
3
- 3. MÁY TÍNH CHỦ VỚI CHƯƠNG TRÌNH - Edit Mode : cho phép soạn thảo file dự án và có
EVIEW thể trong thời gian thực.
- Run Mode : không cho phép soạn thảo file dự án
* Hệ thống có thể nhận được 4 máy tính và có thể chạy trong thời gian thực.
chủ trên mạng để cài chương trình EVIEW.
Cấu hình của máy tính cần có: Một file dự án quản lý hệ thống đo qua mạng
- Pentium2 hoặc tương đương trở lên. Ethernet bao gồm những phần sau:
- RAM 64 Mb trở lên - Hardware Configuration : thiết lập cấu hình
- Trên đĩa cứng 20Gb phần cứng từng thiết bị RTU trong mạng.
- Hệ điều hành Win98 trở lên - Data Logging: thiết lập chế độ lưu dữ liệu
- Windows với giao thức TCP/IP từng điểm đo
- Card mạng khởi tạo trong - Graphic Designer : soạn thảo các màn hình
- Ổ đĩa mềm 1.44MB đồ hoạ?
- Màn hình 16bit TrueColor 15” 800x600 - Alarm System : chế độ báo động hệ thống
- Card mạng Ethernet 10-100 Mbit/s - Data Monitoring : giám sát số liệu các điểm
Sound Card & bộ loa phát âm thanh. đo
Chương trình EVIEW - Security System : Bảo mật hệ thống.
Chương trình có các chức năng chính sau:
Chương trình EVIEW quản lý hệ thống đo qua Sau khi hoàn thành soạn thảo một file dự án, có thể
mạng Ethernet tối đa được 32 thiết bị RTU theo chạy file dự án trong thời gian thực (Runtime)
dạng file dự án (Project file) với hai chế độ làm Giao diện cửa sổ soạn thảo file dự án:
việc:
4
- Giao diện màn hình chạy thời gian thực
Trong chế độ chạy thời gian thực, có thể giám sát + Card mạng Realtek 8139
số liệu tức thời, báo động hệ thống, báo cáo số liệu + Card Rơle AX10455
theo ngày/tháng/năm, bản báo cáo báo động hệ + Connector RJ45 - cáp dây xoắn đôi
thống. + Đầu đo tiếng ồn Datalogging Sound Level Meter
- Model 407764
4. THIẾT BỊ ĐẦU CUỐI ĐO XA RTU1 + Đầu đo nhiệt độ và độ ẩm THDP-1.
Thiết bị đầu cuối đo xa RTU1 được chế tạo trên cơ Phần mềm của RTU1
sở công nghệ nhúng PC/104. + Hệ điều hành DOS6.2
+ Chương trình đọc các giá trị:
. Tiếng ồn từ đầu đo tiếng ồn (Datalogging Sound
level Meter - Model 407764), qua cổng COM1.
. Nhiệt độ và độ ẩm từ đầu đo nhiệt độ và độ ẩm
THDP-1, qua cổng COM2.
+ Ngôn ngữ lập trình C, C++
+ Chương trình tạo môi trường theo chuẩn của giao
thức TCP/IP trên DOS, có các lệnh chính để
truyền trên mạng Ethernet sau:
RS-232
RS485 1- 30 ®iÓm/1200m ... - Nhận tên và địa chỉ IP của PC/EVIEW
4rơ le: - Nhận tên và địa chỉ IP của RTU1 do EVIEW
1 ...
30 ~220V đặt lại
Đầu - Nhận thời gian do EVIEW gửi để đồng bộ
đo lại thời gian
tiếng - Nhận tệp ứng dụng mới, được nạp lại từ
ồn EVIEW và cho chạy tệp này.
THDP-1 - Gửi số liệu thời gian thực theo yêu cầu của
EVIEW.
- Gửi toàn bộ số liệu lưu trên đĩa theo yêu cầu
Phần cứng của RTU1 của EVIEW
+ Có thư viện trợ giúp người sử dụng
+ PC/104 Pentium 2, 300MHz - Lưu số liệu lên đĩa cứng theo một khoảng
32Mb RAM, 64Mb FLASH thời gian đặt trước.
- Lọc bậc 1 theo tỷ lệ mong muốn.
5
- - Các thuật điều khiển - Gửi toàn bộ số liệu lưu trên đĩa theo yêu cầu
- Có thể thêm các thuật riêng của người sử của EVIEW
dụng + Có thư viện trợ giúp người sử dụng
Thư viện có sẵn 3 tệp: - Lọc bậc 1 theo tỷ lệ mong muốn
+ EDDKL.LIB - Các thuật điều khiển
+ SOCKL.LIB - Có thể thêm các thuật riêng của người sử
+ WATTCPBL.LIB dụng
Thư viện có sẵn 3 tệp:
5. THIẾT BỊ ĐẦU CUỐI ĐO XA RTU2. + EDDKL.LIB
+ SOCKL.LIB
Thiết bị đầu cuối đo xa RTU2 được chế tạo trên cơ + WATTCPBL.LIB
sở công nghệ nhúng PC/104.
6. KẾT LUẬN
“Hệ thống đo và quan trắc môi trường xí nghiệp
công nghiệp” đã sử dụng những công nghệ tiên tiến
hiện nay. Công nghệ nhúng PC/104 tạo ra phần
cứng của thiết bị vững chắc, nhỏ gọn, chịu được
rung xóc. Các modul CPU, AD, DA, DIO.. đa dạng,
mạng cục bộ Ethernet đạt tốc độ cao. Mạng tạo khả
năng thêm các RTU dễ dàng, có thể đo và kiểm sát
... ... ... được vùng diện tích rộng,
8AI: 8AI: 4 rơle: Phần mềm của thiết bị RTU đã cung cấp tất cả
4-20mA 0-10V ~220V những phần cần thiết về đo các thông số như nhiệt
độ, độ ẩm, tiếng ồn, độ PH và chuyển đổi sang đơn
Đầu đo dòng vị phù hợp như DB, 0C, %.. Chương trình EVIEW
4-20mA chạy trên các máy PC thông thường trên hệ điều
hành Win98, WinXP, Win2000…EView cung cấp
rất nhiều công cụ để giám sát toàn bộ hệ thống theo
thời gian thực, dễ cài đặt, dễ sử dụng, đáp ứng được
các yêu cầu của người sử dụng.
“Hệ thống đo và quan trắc môi trường xí nghiệp
công nghiệp” với các công nghệ phần cứng tiên tiến,
phần mềm theo chuẩn quốc tế, dễ sử dụng, giá
Phần cứng của RTU2
thành thấp hơn so với nhập ngoại rất có triển vọng
+ PC/104, 800MHz được ứng dụng rộng rãi trong nước.
512Mb RAM, 128Mb FLASH
+ Connector RJ45 - cáp dây xoắn đôi Tài liệu tham khảo:
+ Card thu nhận dữ liệu PV2019
+ Card Rơle AX10455 [1]. PV-2019 Programming Information
+ Điện cực đo PH HI-1333B. [2].NGUYỄN QUỐC CƯỜNG . (2001)
+ Bộ chuyển đổi PH HI-8614L Internetworking vớI TCP/IP, tập 1
[3].Tài liệu sử dụng trạm quan trắc môi trường
Phần mềm của RTU2 RTU1 (2004)
+ Hệ điều hành DOS6.2 Phòng Công nghệ tự động hoá- Viên Công nghệ
+ Chương trình đọc các giá trị: thông tin
Đo giá trị dòng qua thiết bị chuyển đổi HI [4].Tài liệu sử dụng trạm quan trắc môi trường
8614L, sau đó quy đổi sang giá trị độ PH và gửi RTU2 (2004)
cho EWIEW qua mạng Ethernet. Phòng Công nghệ tự động hoá- Viên Công nghệ
+ Ngôn ngữ lập trình C, C++ thông tin
+ Chương trình tạo môi trường theo chuẩn của giao [5].Tài liệu hướng dẫn sử dụng phần mềm EVIEW
thức TCP/IP trên DOS, có các lệnh chính để (2003)
truyền trên mạng Ethernet sau: Phòng Công nghệ Tự động hoá - Viện Công
- Nhận tên và địa chỉ IP của PC/EVIEW nghệ Thông tin
- Nhận tên và địa chỉ IP của RTU2 do EVIEW
đặt lại.
- Nhận thời gian do EVIEW gửi để đồng bộ
lại thời gian.
- Nhận tệp ứng dụng mới, được nạp lại từ
EVIEW và cho chạy tệp này.
- Gửi số liệu thời gian thực theo yêu cầu của
EVIEW.
6
nguon tai.lieu . vn
