Analyzátory emisí v prostředí internetu

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.

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.

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

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.

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