Đang tải... (xem toàn văn)
Nghiên cứu, thiết kế chế tạo các loại thiết bị tự động đo lường & kiểm tra thông minh
BKH & CN Viện CNTT VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN CƠNG NGHỆ THƠNG TIN 18 Hồng Quốc Việt, Hà Nội BÁO CÁO TỔNG KẾT KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT ĐỀ TÀI KC.03.13 “NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO CÁC THIẾT BỊ TỰ ĐỘNG ĐO LƯỜNG VÀ KIỂM TRA THÔNG MINH PHỤC VỤ CHO CÁC DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT TỰ ĐỘNG HOÁ” Chủ nhiệm đề tài: PGS.TSKH Phạm Thượng Cát Hà Nội, 12-2004 Bản quyền 2004 thuộc Viện Công nghệ thông tin VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN CÔNG NGHỆ THÔNG TIN 18 Hoàng Quốc Việt, Hà Nội BÁO CÁO TỔNG KẾT KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT ĐỀ TÀI KC.03.13 “NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO CÁC THIẾT BỊ TỰ ĐỘNG ĐO LƯỜNG VÀ KIỂM TRA THÔNG MINH PHỤC VỤ CHO CÁC DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT TỰ ĐỘNG HOÁ” Chủ nhiệm đề tài: PGS.TSKH Phạm Thượng Cát Hà Nội, 12-2004 Bản quyền 2004 thuộc Viện Công nghệ thông tin Danh sách người thực A Chủ nhiệm đề tài PGS.TSKH Phạm Thượng Cát B Viện Công nghệ Thông tin Cán tham gia nghiên cứu KS Phan Minh Tân Viện Công nghệ Thông tin ThS Trần Việt Phong Viện Công nghệ thông tin ThS Phạm Ngọc Minh Viện Công nghệ Thông tin KS Chu Ngọc Liêm Viện Công nghệ Thông tin KS Nguyễn Xn Hồng Viện Cơng nghệ Thơng tin ThS Vũ Sĩ Thắng Viện Công nghệ Thông tin KS Bùi Thị Thanh Quyên Viện Công nghệ thông tin NCS Bùi Trọng Tuyên Viện Vật lý 10 NCS Nguyễn Trần Hiệp Học Viện KTQS BÀI TÓM TẮT Đề tài KC03.13 “Nghiên cứu, thiết kế chế tạo thiết bị tự động đo lường kiểm tra thông minh phục vụ cho dây chuyền sản xuất Tự động hóa” nhằm mục đích thiết kế chế tạo thiết bị đo lường kiểm tra thông minh thay cho nhập ngoại Đề tài nghiên cứu phương pháp khoa học phát triển công nghệ tạo sản phẩm đo điều khiển mang thương hiệu Việt Nam phục vụ cho dây chuyền sản xuất Ngồi mục tiêu đề tài cịn nhằm vào việc quảng bá công nghệ cho cộng đồng tự động hóa Việt Nam Phương pháp nghiên cứu đề tài bao gồm khâu khảo sát, nghiên cứu nguyên lý đề xuất phương pháp xử lý, nghiên cứu công nghệ nền, thiết kế chế tạo sản phẩm, thử nghiệm tiêu chuẩn sản phẩm, triển khai ứng dụng thử nghiệm sản phẩm vào thực tiễn Thiết kế sản phẩm bao gồm thiết kế hệ thống phần cứng, hệ thống phần mềm, kết cấu khí quy trình chế tạo sản phẩm mẫu Trong bước sử dụng chương trình CAD để thiết kế Nghiên cứu làm chủ công nghệ công nghệ tạo chip PSoC, công nghệ PC/104, mạng nhúng lập trình thời gian thực, áp dụng vào chế tạo thử nghiệm sản phẩm mẫu Các sản phẩm mẫu thử nghiệm hiệu chỉnh phòng thí nghiệm mang thử nghiệm đánh giá chất lượng Cơ quan kiểm chuẩn Nhà nước Các kết nghiên cứu thường xuyên thảo luận seminar công bố hội nghị khoa học nước Một số sản phẩm áp dụng vào thực tiễn qua hợp đồng kinh tế Các kết đề tài đạt bao gồm: • Cơng bố 20 cơng trình nghiên cứu hội nghị quốc gia quốc tế • Nghiên cứu thiết kế chế tạo sản phẩm bao gồm: - Thiết bị đo điều khiển xa qua mạng Ethernet EDDK - Thiết bị giao diện với người vận hành ETS qua mạng Ethernet - Chương trình EMON đo lường thu thập liệu kiểm tra xa sở mạng Ethernet - Đầu đo mực nước liên tục từ xa WLM - Thiết bị xử lý thu thập tín hiệu mực nước - Hệ thống nhận dạng ổn định bệ bám đối tượng sử dụng cảm biến ảnh VICON - Máy đo công suất vạn - Hệ thống đo quan trắc mơi trường xí nghiệp cơng nghiệp - Đào tạo NCS Thạc sỹ nhiều sinh viên làm đồ án tốt nghiệp Đề tài hoàn thành sản phẩm theo yêu cầu Hợp đồng ký kết với Ban chủ nhiệm chương trình TĐH KC-03 Bộ Khoa học Công nghệ Các điểm bật đề tài tóm tắt sau: - Tập thể nghiên cứu đề tài trì truyền thống ln tắt, đón đầu đưa công nghệ lĩnh vực đo lường điều khiển vào Việt Nam: giai đoạn 1991-1995: Công nghệ PLC; giai đoạn 1996-2000; Công nghệ PC/104 2001-2004; Công nghệ tạo chip PSoC Sản phẩm đo nhiệt độ, dộ ẩm sử dụng công nghệ PSoC hệ thống đo quan trắc môi trường đề tài đoạt giải thưởng lớn “Grand Prize” thi quốc tế thiết kế chip cho thiết bị đo lường điều khiển Đây kết chứng tỏ khả nghiên cứu phát triển sản phẩm công nghệ cao cán tham gia đề tài không thua đồng nghiệp giới - Trong sản phẩm đề tài chứa đựng ý tưởng giải pháp kết hợp với công nghệ cao tao sản phẩm có hàm lượng chất xám giá trị gia tăng - Trong trình triển khai, đề tài không ngừng quảng bá giải pháp công nghệ áp dụng qua seminar, hội nghị quốc gia, quốc tế, tạp chí tạo nên địa tin cậy cho đồng nghiệp tiếp cận thông tin công nghệ MỤC LỤC - Trang nhan đề - Danh sách cán tham gia đề tài - Bài tóm tắt - Mục lục PHẦN CHÍNH BÁO CÁO Lời mở đầu Nội dung báo cáo 13 2.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu ngồi nước nước 13 2.2 Lựa chọn đối tượng nghiên cứu 17 2.3 Những nội dung thực 20 2.3.1 Nghiên cứu lý thuyết 20 2.3.2 Nghiên cứu thiết kế chế tạo sản phẩm 25 2.3.2.1 Nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ thống đo liên tục, thu 26 thập xử lý mức nước từ xa phương pháp số a Đầu đo mức nước 26 b Thiết bị thu thập tín hiệu mực nước từ xa 32 c Chương trình kết nối PC Water 1.0 34 2.3.2.2 Hệ thống thiết bị đo điều khiển xa qua mạng Ethernet 36 a Thiết bị đo điều khiển xa EDDK 39 b Thiết bị giao diện với người vận hành ETS 41 c Chương trình EMON 43 2.3.2.3 Hệ thống VICON 49 a Mô tả lý thuyết hệ thống VICON 49 b Phần mềm nhận dạng xử lý ảnh hệ thống VICON 55 2.3.2.4 Nghiên cứu phát triển chế tạo máy đo công suất vạn 60 a Mô tả hoạt động máy đo công suất vạn PMM100 60 b Phần mềm nhúng thiết bị PMM1000 65 c Đặc tính kỹ thuật thiết bị PMM100 2.3.2.5 Hệ thống đo quan trắc mơi trường xí nghiệp cơng nghiệp 68 70 a Máy tính chủ với chương trình EVIEW 71 b Thiết bị đầu cuối RTU 73 c Hệ điều hành phần mềm RTU 75 2.4 Tổng kết hoá đánh giá kết thu 76 Kết luận kiến nghị 77 Lời cảm ơn 78 Tài liệu tham khảo 79 PHẦN CHÍNH BÁO CÁO LỜI MỞ ĐẦU Đề tài KC.03.13 “Nghiên cứu, thiết kế chế tạo thiết bị tự động đo lường kiểm tra thông minh phục vụ cho dây chuyền sản xuất Tự động hóa” thuộc chương trình cấp Nhà nước “Nghiên cứu khoa học phát triển công nghệ” KC.03 PGS.TSKH Phạm Thượng Cát chủ nhiệm đề tài Viện Công nghệ thông tin thuộc Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam làm quan chủ trì Đề tài thực vòng 36 tháng, từ tháng 10/2001 đến tháng 10/2004 Mục tiêu đề tài nhằm: - Thiết kế chế tạo thiết bị đo lường kiểm tra thông minh thay nhập ngoại - Nghiên cứu phát triển phương pháp, thuật toán xử lý cấu trúc hệ thống thiết bị, hệ thống đo lường thông minh - Phát triển đội ngũ khoa học công nghệ, tăng cường nội lực lĩnh vực thiết kế, chế tạo ứng dụng thiết bị, hệ thống đo lường kiểm tra thông minh Nội dung nghiên cứu đề tài bao gồm: - Nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ thống đo liên tục, thu thập xử lý mức nước từ xa phương pháp số Mục tiêu nội dung nhằm phát triển thiết bị đo có chức khơng thiết bị nhập ngoại với giá thành rẻ Thiết bị bao gồm đầu đo mực nước kèm truyền liệu, hiển thị có khả kết nối PC Nội dung sản phẩm chỗ đưa cấu trúc đầu đo mực nước đảm bảo độ xác, có phần xử lý truyền liệu đo dạng số nhúng đầu đo Phần xử lý hiển thị sử dụng công nghệ tạo chip chuyên dụng với thuật toán lọc số cứng mềm kết hợp thuật xử lý suy diễn đảm bảo số liệu đo xác điều kiện nhiễu trường Với công nghệ tạo chip PSoC đề tài thiết kế tạo chip chuyên dụng cho đầu đo thiết bị xử lý, hiển thị - Hệ thống đo kiểm tra dây chuyền sản xuất qua mạng Ethernet Mục tiêu nội dung nhằm thiết kế chế tạo hệ thống mạng nhúng đo kiểm tra điều khiển dây chuyền sản xuất sử dụng công nghệ mạng Ethernet Hệ thống bao gồm thiết bị đo xa đa kênh EDDK có khả xử lý mạnh; thiết bị giao diện với người vận hành ETS chương trình kiểm sốt máy chủ EMON Tính hệ thống tạo thiết bị nhúng đo điều khiển đa kênh kết nối qua mạng Ethernet giao thức TCP/IP có khả tính tốn thuật xử lý phức tạp, có độ bền hoạt động mơi trường cơng nghiệp với kích thước gọn nhẹ tốn lượng giá thành rẻ nhập ngoại Hệ thống phần mềm nhúng phần mềm giao diện với người vận hành cho phép người sử dụng thích ứng với ứng dụng riêng cách dễ dàng - Nghiên cứu phát triển cảm biến ảnh cho hệ thống đo điều khiển Mục tiêu nghiên cứu sử dụng cảm biến ảnh, camera tạo nên thị giác cho thiết bị đo điều khiển Sản phẩm thử nghiệm hệ thống Visual servoing VICON sử dụng camera để điều khiển bệ bám mục tiêu di động Nội dung bao gồm tích hợp bệ điều khiển camera bám mục tiêu hai hướng góc tà phương vị (Pan-Tilt) có thuật tốn xử lý ảnh số nhanh, phương pháp định vị vật di động không gian từ liệu ảnh, phương pháp điều khiển bám sở phản hồi hình ảnh - Nghiên cứu chế tạo máy đo công suất vạn Mục tiêu nghiên cứu thiết kế chế tạo máy đo công xuất vạn đo thông số U, I, P, Q, f, kWh sử dụng công nghệ cao thay nhập ngoại Kết đạt cho mẫu với công nghệ chip đo lượng chuyên dụng hãng Analog Device kết hợp với chip xử lý hiển thị đề tài nghiên cứu phát triển theo cơng nghệ PSoC có giá thành cạnh tranh 50% thiết bị nhập ngoại - Nghiên cứu chế tạo hệ thống quan trắc môi trường xí nghiệp cơng nghiệp Vấn đề cảnh báo bảo vệ môi trường vấn đề xúc nhà nước quan tâm Mục tiêu nội dung nhằm thiết kế hệ thống đo thu thập thông số ô nhiễm nguồn nước, ô nhiễm không khí độ ồn xí nghiệp cơng nghiệp Các giá trị đo điểm đo xa truyền máy tính xử lý trung tâm tính tốn xử lý, cảnh báo lưu trữ chương trình phần mềm chạy môi trường Windows 10 ... BÁO CÁO TỔNG KẾT KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT ĐỀ TÀI KC.03.13 “NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO CÁC THIẾT BỊ TỰ ĐỘNG ĐO LƯỜNG VÀ KIỂM TRA THÔNG MINH PHỤC VỤ CHO CÁC DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT TỰ ĐỘNG HOÁ” Chủ... ĐẦU Đề tài KC.03.13 ? ?Nghiên cứu, thiết kế chế tạo thiết bị tự động đo lường kiểm tra thông minh phục vụ cho dây chuyền sản xuất Tự động hóa” thuộc chương trình cấp Nhà nước ? ?Nghiên cứu khoa học... cường nội lực lĩnh vực thiết kế, chế tạo ứng dụng thiết bị, hệ thống đo lường kiểm tra thông minh Nội dung nghiên cứu đề tài bao gồm: - Nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ thống đo liên tục, thu thập
