Xuất phát từ nhu cầu thực tế về việc kiểm soát rò rỉ đường ống dẫn chất lỏng giúp bảo vệ môi trường ở Việt Nam, nhóm nghiên cứu gồm các sinh viên Ngô Đăng Hùng, Trần Lê Đức An, Trần Thế Phong, Dương Thị Thanh Hà, Phạm Thanh Vỹ (Trường Đại học Sư Phạm Kỹ thuật - Đại học Đà Nẵng), với sự hướng dẫn của Tiến sĩ Phạm Thanh Phong đã xây dựng và phát triển thiết bị “Chẩn đoán và giám sát vị trí điểm rò rỉ trong hệ thống đường ống dẫn chất lỏng”.
Nhóm nghiên cứu thiết kế "Hệ thống giám sát vị trí rò rỉ trên đường ống dẫn chất lỏng".
Tiến sĩ Phạm Thanh Phong (Giáo viên hướng dẫn đề tài, Trưởng bộ môn Tự động hóa, Khoa Điện - Điện tử, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật, Đại học Đà Nẵng) cho hay, hiện, nhiều thiết bị có thể hỗ trợ cho việc chẩn đoán, tìm kiếm điểm rò rỉ trong hệ thống đường ống. Tuy nhiên, đa số công nghệ này đều phụ thuộc vào nước ngoài. Bên cạnh đó, các thiết bị cũng cần nhiều thời gian mới có thể phát hiện được vị trí rò rỉ, làm tốn kém kinh tế và gây hậu quả khác nếu điểm rò rỉ không được khắc phục kịp thời. Thêm vào đó, một số thiết bị phải được tiếp xúc trực tiếp vào bề mặt đường ống, điều này rất khó áp dụng với những đường ống được chôn sâu dưới đất. Từ những lý do đó, nhóm nghiên cứu xây dựng mô hình hệ thống đường dẫn nước ống nước thông minh.
Tiến sĩ Phạm Thanh Phong cho rằng, trong thời đại công nghiệp 4.0 việc số hóa phương thức quản lý hệ thống cung cấp nước, hệ thống xử lý nước thải, hệ thống cung cấp nhiên liệu trong nhà máy… là rất quan trọng. Đặc biệt, giám sát, điều khiển và xác định nhanh chóng vị trí rò rỉ chất lỏng trong hệ thống đường ống đóng vai trò cần thiết để có thể kịp thời khắc phục, tránh gây tổn thất, lãng phí, ô nhiễm môi trường, thậm chí gây nguy hiểm cho con người. Hiện tại, ở những nhà máy nước Việt Nam, khi phát hiện vị trí bị rò rỉ, sẽ phải đưa máy siêu âm dò trực tiếp mới phát hiện chuẩn xác vị trí rò. Điều này gây mất nhiều thời gian, kinh phí lớn để khắc phục.
“Đề tài được xây dựng và phát triển từ năm 2021, nghiên cứu qua nhiều giai đoạn. Đến nay, hệ thống đang dần hoàn thiện để sử dụng giám sát rò rỉ đường ống nước. Thiết bị còn có thể ứng dụng trong việc giám sát rò rỉ ở tất cả hệ thống đường ống dẫn chất lỏng, khí. Nếu đưa vào sử dụng kinh phí thiết bị sẽ rẻ hơn so với các loại máy móc nhập từ nước ngoài”, thầy Phong nói.
Chi tiết thiết bị của "Hệ thống giám sát vị trí điểm rò rỉ trong hệ thống đường ống dẫn chất lỏng".
Thuyết trình về cơ chế hoạt động của thiết bị, bạn Ngô Đăng Hùng (Sinh viên năm 4, ngành Công nghệ kỹ thuật điều khiển và tự động hóa, khoa Điện - Điện tử, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật - Đại học Đà Nẵng) cho hay, hệ thống này có chức năng giám sát vị trí rò rỉ và điều khiển đóng cắt nước, đo lưu lượng nước thông qua mạng truyền thông không dây công suất thấp LoRa. Hệ thống gồm phần cứng và phần mềm.
Phần cứng gồm một hệ thống đường ống sắt dẫn nước và khối điều khiển tại hiện trường; có 2 loại cảm biến đo lưu lượng và áp suất được lắp đặt ở đầu, cuối đường ống.
Chi tiết thiết bị của "Hệ thống giám sát vị trí điểm rò rỉ trong hệ thống đường ống dẫn chất lỏng".
Để đọc và gửi những thông tin từ các cảm biến này về trung tâm điều khiển, nhóm nghiên cứu đã thiết kế một mạch điều khiển thông minh, sử dụng vi điều khiển có chức năng kết nối truyền dữ liệu thông qua mạng truyền thông không dây công suất thấp LoRa. Tại phòng điều khiển giám sát, nhóm thiết kế một khối điều khiển trung tâm, có chức năng nhận dữ liệu từ các khối điều khiển hiện trường gửi về thông qua mạng LoRa, khối này được kết nối với một máy tính giám sát.
Phần mềm của hệ thống bao gồm giao diện giám sát được thiết kế trên WinCC và thuật toán tiên tiến để có thể phát hiện được vị trí rò rỉ trong miền thời gian thực.
Trên giao diện giám sát này, người vận hành ở phòng điều khiển có thể theo dõi, truy xuất những dữ liệu về lưu lượng nước, điều khiển đóng cắt nước, đặc biệt có thể giám sát được vị trí điểm rò rỉ trong miền thời gian thực nếu có sự cố rò rỉ xảy ra. Cốt lõi của hệ thống này là thuật toán tiên tiến phát hiện điểm rò rỉ; thuật toán được xây dựng dựa trên phương pháp tiên tiến bền vững LPV (Linear Parameter Varying) bằng cách giải một tập hợp các bất phương trình ma trận tuyến tính liên quan đến hệ thống.
Tiến sĩ Phạm Thanh Phong (thứ hai, bên trái) và các sinh viên nghiên cứu mô hình thiết kế "Hệ thống giám sát vị trí rò rỉ trên đường ống dẫn
chất lỏng".
Chia sẻ về khó khăn khi thực hiện đề tài, bạn Dương Thị Thanh Hà (sinh viên năm 3, ngành Công nghệ kỹ thuật điều khiển và tự động hóa, khoa Điện - Điện tử, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật-Đại học Đà Nẵng) bày tỏ: “Thực hiện đề tài này yêu cầu công nghệ, thiết bị vi xử lý cao. Với kinh phí có hạn, nhóm nghiên cứu gặp khó khăn trong việc lựa chọn thiết bị và thuật toán đơn giản phù hợp, nhưng vẫn hiệu quả. Em mong mô hình thiết kế được ứng dụng trực tiếp vào thực tế, giúp ích cho việc quản lý, giám sát rò rỉ chất lỏng, góp phần bảo vệ môi trường nếu chất lỏng là chất thải, xăng dầu sẽ kịp thời ngăn chặn phát tán ra môi trường xung quanh.”
Bạn Phạm Thanh Vỹ (sinh viên năm 3, ngành Công nghệ kỹ thuật điều khiển và tự động hóa, khoa Điện - Điện tử, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật - Đại học Đà Nẵng) hy vọng, mô hình nghiên cứu này sẽ ứng dụng rộng rãi vào các hoạt động giám sát chất lỏng và được tài trợ thêm kinh phí để phát triển thêm các tính năng mới, ưu việt; nhằm đáp ứng yêu cầu thực tế của các công ty, doanh nghiệp trong nước và quốc tế.