Aktuální vydání

celé číslo

12

2018

Automatizační technika v energetice a teplárenství

celé číslo

Analyzátory emisí v prostředí internetu

číslo 5/2002

Analyzátory emisí v prostředí internetu

Ochrana životního prostředí je stále v popředí odborného zájmu. Pro přímé sledování stavu ovzduší je možné s výhodou využít analyzátory emisí připojené k internetu. Příkladem takových přístrojů, které je možné připojit do ethernetové sítě, jsou analyzátory Advance Optima, výrobek firmy Hartmann & Braun, nyní ABB Analytical. V článku jsou shrnuty několikaleté zkušenosti s provozem těchto analyzátorů připojených do počítačové sítě VŠCHT Praha.

Obr. 1.

Analyzátory Advance Optima
Advance Optima je moderní zařízení pro analýzu plynů, založené na modulární koncepci. Vyniká otevřeností pro další rozvoj a zároveň je schopno spolupracovat s analyzačními přístroji předchozích generací. Uživatel tak dostává „na míru ušitý“ systém, který si pro jeho jednoduchost a nenáročnost velmi rychle osvojí.

Systém je sestaven z analyzačních modulů, které pracují na různých fyzikálních principech a pomocí systémové sběrnice komunikují s centrální jednotkou. Takový systém se může jevit jako jednolitý celek a může využívat všechny výhody komunikace centrální jednotky. Na rozdíl od obvyklých automatických analyzátorů obsahuje centrální jednotka ethernetové rozhraní (10BASE2 nebo 10BASE-T), což umožňuje začlenit ji do stávajících počítačových sítí.

Pro komunikaci je třeba v menu analyzátoru ručně nastavit IP adresu, masku sítě a bránu (systém nepodporuje DHCP).

Softwarová podpora analyzátorů – softwarové nástroje
Pro řízení a zpracování dat jsou k dispozici tyto softwarové nástroje:

  • aplikační programy pro dálkovou správu (remote control), archivaci dat (data archiving), vizualizaci (visualization) a dálkovou diagnostiku (remote diagnosis),

  • standardní softwarové rozhraní pro vývoj vlastních programů nebo pro použití ve standardních programech (např. MS Excel).

Dále jsou uvedeny jen softwarové nástroje důležité pro řízení a sběr dat z analyzátoru.

Obr. 2.

Optima Remote MMI
Tento software, dodaný firmou H&B, je určen pro dálkovou správu (remote control) analyzátoru Advance Optima po ethernetové síti. Lze ho instalovat do počítače PC s Windows 9x/NT/2000; pro komunikaci používá protokol TCP/IP. Program zobrazuje na displeji čelní panel centrální jednotky analyzátoru a využívá se k plnému ovládání analyzátoru.

Program Optima Remote MMI V1.2.0.8. který je na VŠCHT k dispozici, je pouze zkušební verzí. Obsahuje chyby, které sice nejsou pro ovládání analyzátoru kritické, ale způsobují problémy systému. Chyby se projevují při rozběhu programu, který je velmi pomalý, a při jeho ukončení, kdy zobrazení na obrazovce počítače není překresleno zpět zobrazením operačního systému. Zkušební „demo-verze“ rovněž neobsahuje exkluzivní převzetí řízení – tzn. že analyzátor lze ovládat jak z PC, tak i z čelního panelu analyzátoru. Situace, kdy analyzátor a počítač mohou být od sebe vzdáleny stovky metrů, může vést k pokusu ovládat analyzátor z obou míst najednou, což je nežádoucí. V případě, že se vyskytne chyba, komunikace s PC je přerušena a obsluha musí dojít k analyzátoru a chybu odstranit na místě. Existuje softwarová verze, která má v sobě zabudovánu podporu pro exkluzivní řízení, a tak mohou s analyzátorem pracovat dva uživatelé najednou, ovšem druhý uživatel má možnost pouze prohlížet nastavené hodnoty.

K tomuto softwaru existuje i databázová knihovna, která simuluje analyzátor Advance Optima, a tak lze software použít na jakémkoliv PC bez jeho spojení s analyzátorem. Pro tento účel se spustí simulační databáze a poté je možné použít program Optima Remote MMI. Tento software je velmi dobrou pomůckou k výuce ovládání analyzátoru Advance Optima a do značné míry pomůže zamezit nevhodným zásahům, které by mohl způsobit nezkušený uživatel na vlastním analyzátoru.

Optima ActiveX
K přístroji se rovněž dodává prvek Optima ActiveX V1.0, který slouží jako ovladač (driver) ke komunikaci analyzátoru s okolím. Na základě tohoto prvku lze vyvíjet vlastní aplikace pouze pro sběr dat z analyzátoru.

Prvek ActiveX může z analyzátoru přenášet tato data:

  • měřená data,
  • stavové signály chyby, potřebu opravy, diagnostické údaje,
  • hodnoty z analogových vstupů a výstupů,
  • stavy na digitálních vstupech a výstupech,
  • pomocné hodnoty, např. teplotu a tlak v analyzátoru,
  • drift nuly a zesílení,
  • stavové informace pomocných zařízení.

Je podporován programy Visual C++, Visual Basic, MS Excel, LabView a LabWindows/CVI.

Standardní procedury programu s prvkem Optima ActiveX jsou:

  • výběr daného prvku ActiveX,
  • zadání komunikačních hodnot (např. IP adresa, interval kontroly chyby a interval obnovy dat),
  • start inicializační funkce Connect s parametrem true,
  • volání funkcí IsConnected a IsDataValid a kontrola, zda obě vrátily hodnotu true,
  • čtení hodnot parametrů analyzátoru (např. GetModuleCount),
  • čtení naměřených hodnot.

Popis vybraných funkcí je v tab. 1. Komunikace se ukončuje zavoláním funkce Connect s parametrem false.

Tab. 1. Vybrané funkce prvků Active X

Název Činnost Parametry
GetMainMeasVal vrací hlavní hodnotu (koncentrace) modul, komponenta
GetAuxMeasVal vrací pomocnou hodnotu (teplota, tlak) modul, komponenta
GetDIVal vrací hodnotu digitálního vstupu modul, komponenta
GetAIVal vrací hodnotu analogového vstupu modul, komponenta
GetNoErrors vrací číslo chyby bez parametru
GetNoMainReq vrací číslo poadavku opravy bez parametru
GetNoMaintMode vrací číslo opravy bez parametru

Laboratorní stanice
V rámci laboratorních cvičení s tematikou samočinných analyzátorů byla na VŠCHT Praha sestavena laboratorní stanice pro měření složení spalin z modelového topeniště, ve kterém se spaluje zemní plyn. Analyzátory Advance Optima měří ve spalinách koncentraci kyslíku, oxidu uhličitého, oxidu uhelnatého a nespáleného methanu. Měřicí systém bude v budoucnu doplněn ještě měřením obsahu oxidů dusíku. Sestavený model topeniště umožňuje změnou průtoků zemního plynu a vzduchu produkovat spaliny s proměnným složením. Vzorek spalin je po úpravě na standardní podmínky analyzován systémem Advance Optima. Laboratorní stanice poskytuje možnost ověřovat skutečné složení spalin v konfrontaci s teoretickými výpočty při dosažení maximální účinnosti topeniště při minimálních emisích. Pro vizualizaci dat byla napsána aplikace Optima Web Monitor, která využívá prvek Optima ActiveX ke komunikaci s analyzátorem.

Optima Web Monitor
Program Optima Web Monitor byl napsán ve skriptu Visual Basic. Jde o dynamicky generovanou stránku v HTML s použitím ActiveX (AOComponents.ocx). Na stránce jsou zobrazeny hlavní údaje o koncentraci, teplotě a tlaku v jednotlivých analyzátorech, stavové signály topeniště, zařízení pro úpravu a dopravu vzorku a stavové údaje z analyzátoru Advance Optima (např. porucha, chyba, potřeba opravy atd.)

Na obrazovce je možné sledovat koncentrace jednotlivých plynů, teplotu uvnitř analyzátorů, tlak v analyzátoru (jen URAS 14) a nastavení průtoků paliva (methanu) a vzduchu v modelovém topeništi. Z průtoků plynu a paliva je pak možné vypočítat složení spalin a porovnat je s naměřenými hodnotami. Je-li analyzátor vypnutý, aktivní políčka dokumentu jsou červená, v levém horním rohu je v políčku hlášení not connected a komunikace není navázána. Je-li analyzátor zapnutý, probíhá komunikace mezi analyzátorem a PC a v aktivních políčkách se objeví (asi za 3 až 5 s) měřené veličiny. Tyto veličiny jsou obnovovány každé tři sekundy, což je dáno obnovovací frekvencí prvku ActiveX.

Tento program není určen přímo pro měření a řízení spalovacího procesu, ale pouze pro vizualizaci dat. Lze jej doplnit i o další funkce, jako je ukládání dat, sledování dlouhodobého trendu měřeného plynu a další.

Závěr
Cílem tohoto příspěvku bylo ukázat nové a moderní možnosti měření pomocí prohlížeče webových stránek. Nejen zobrazení měřených dat, ale i ovládání různých zařízení po internetu má před sebou velké možnosti a lze předpokládat, že tento trend nalezne v budoucnosti velmi široké uplatnění.

Literatura:

[1] KÁŇA, R.: Monitorování a řízení spalovacího procesu. [Diplomová práce.] ÚFMT, VŠCHT Praha 1999.

[2] HARTMANN & BRAUN: Advance Optima – Modular Process Analyzer Systém. Operator’s manual, 42/24-10-2 EN, 1998.

[3] SCHMULLER, J.: ActiveX – tvorba dokonalých WWW stránek. Praha, Grada Publishing 1998.

[4] Firemní literatura firmy Hartmann & Braun. Dostupná na www.hub.de.

Rostislav Káňa a Karel Kadlec,
Ústav fyziky a měřicí techniky VŠCHT Praha

Inzerce zpět