Đã bao giờ bạn suy nghĩ về việc nước sạch được cung cấp đến các hộ dân như thế nào chưa?

Phần lớn chúng ta cho rằng chuyện đó rất đơn giản. Trong thực tế thì nước được cung cấp thông qua hàng vạn đường ống và van, trở thành một dòng nước sạch và mát, chảy ra ở vòi nước nhà bạn. Nhiều người không biết đến một số lượng lớn nhân công, máy móc và thiết bị đang chịu trách nhiệm giữ cho nước được sạch và cung cấp chúng một cách dư dật cho mọi người.

Trước kia, các cộng đồng dân cư lắp đặt và bảo dưỡng các hệ thống cung cấp và làm sạch nước vận hành bằng tay. Người của công ty nước đi từ trạm bơm này đến trạm bơm khác để đóng hoặc mở van hoặc bật hay tắt bơm. Mực nước bể chứa cũng cần được theo dõi để tránh tràn hoặc hết nước. Vì hàng ngày phải đi lại giữa các địa điểm cách xa nhau nên công nhân không có thời gian bảo dưỡng hệ thống. Hiệu quả thấp của hệ thống này thúc đẩy quá trình lắp đặt các hệ thống tự động. Khả năng điều khiển và theo dõi từ một trung tâm điều khiển cho phép giảm giá thành vận hành và bảo dưỡng hệ thống cung cấp và làm sạch nước.

Tự động hóa là xu thế của tương lai. Các khu đô thị lớn và các cộng đồng dân cư nhỏ đang lao vào tự động hóa và nâng cấp các hệ thống cũ. Để đáp ứng các tiêu chuẩn hiện nay về vận hành hiệu quả và chi phí thấp, rất nhiều nơi đã lắp đặt hệ thống thu thập số liệu và giám sát điều khiển (SCADA). Một hệ thống SCADA cho phép thu thập số liệu, giám sát và điều khiển các thiết bị từ xa từ một trung tâm điều hành. Mỗi hệ thống SCADA có những yêu cầu và đòi hỏi riêng, do đó việc lựa chọn kiểu truyền tin có thể trở nên khó khăn. Có nhiều kiểu truyền tin khác nhau đáp ứng được việc thông tin liên lạc giữa trung tâm và các thiết bị từ xa, bài báo này tập trung vào việc sử dụng sóng radio (RF) để thiết lập một mạng không dây.

Mạng không dây ở căn cứ quân sự Fort Riley, bang Kansas, Mỹ là một ví dụ về giải pháp chi phí thấp và tin cậy. Dự án này cho phép giám sát từ xa mực nước của mười hai bể ngầm và lộ thiên chứa nước cũng như điều khiển từ xa bốn trạm bơm. Mỗi một bộ đầu cuối từ xa (RTU) giám sát mực nước bể, các công tắc báo mực nước cao và thấp, và nhiệt độ. RTU cũng giám sát trạng thái của các trạm bơm, áp suất bơm, lưu lượng, nhiệt độ, cũng như bật và tắt bơm. Bộ điều khiển chính thu thập thông tin từ các bộ điều khiển logic khả trình (PLC) từ xa, thông qua các bộ thu phát (modem) sóng radio, và sau đó chuyển thông tin đến một bộ đầu cuối và một số trạm điều hành trong căn cứ thông qua một hệ thống ARCNET LAN.

Hệ thống đo xa dùng sóng radio có thể bao quát gần 7 dặm (11 km) đồi núi và bụi cây rậm rạp, vốn gây nhiều khó khăn cho việc bảo dưỡng hệ thống liên lạc hữu tuyến LOS. Hình 1 minh họa sơ đồ các thiết bị. Để khắc phục LOS cũng như tổn thất của sóng radio, các tháp nước lộ thiên có đủ độ cao cần thiết để duy trì thông tin liên lạc qua sóng radio tới bộ đầu cuối chủ (MTU). Đường cấp nguồn dài đòi hỏi phải dùng cáp Heliax để giảm thiểu tổn thất trên đường dây.

MTU chỉ đơn giảm là một máy tính hoặc PLC quản lý dòng thông tin đến và về từ các RTU hiện trường. Thường thì MTU khởi tạo liên lạc và có thể lập trình để truy vấn các RTU ở những thời điểm nhất định. Nằm ở tòa nhà số 364, MTU gồm có một bộ điều khiển Johnson loại NU - NCM200 kết nối với một bộ thu phát radio ESTeem kiểu 96F. Một ăng - ten đa hướng được lắp đặt trên một tháp phát sóng radio cao 60 bộ (18 m) và kết nối với ESTeem qua một cáp heliax dài 150 bộ (46 m), bộ chống sét, và một cáp đồng trục RG-8 dài 3 bộ (1 m). Một trong những điểm đặc biệt của hệ thống điều khiển giám sát cung cấp nước của căn cứ Fort Riley (WDMCS) là hệ thống dự phòng sự cố, được lắp đặt để đảm bảo rằng các hệ thống thông tin hữu tuyến và vô tuyến luôn luôn hoạt động bình thường. Khi bị mất liên lạc, bộ điều khiển chính chuyển mạch sang sóng radio dự phòng thông qua một rơle và công tắc ăng - ten radio. Nếu tiếp tục bị mất liên lạc, người ta sẽ dùng một rơle và các công tắc đồng trục để chuyển sang bộ điều khiển dự phòng và chuyển mạch ARCNET LAN. Hình 2 mô tả cấu hình của trạm chủ với cơ cấu dự phòng.

Một bộ RTU thường gồm một PLC nhỏ và một số vỉ thu thập số liệu đầu vào/ra số hoặc số/tương tự. RTU của WDMCS có các bộ điều khiển Johnson mã số AS-UNT110, DX9100, và DCM140, (các) bộ điều khiển được kết nối với các bộ thu phát ESTeem 96F. Các ăng - ten Yagi được sử dụng ở tất cả các RTU và lắp đặt ở vị trí cao nhất của bể nước để giảm thiểu tổn thất sóng radio. Ăng - ten Yagi nối với ESTeem thông qua cáp Heliax, bộ chống sét, và một cáp đồng trục RG-8 dài 3 bộ (1 m). Hình 3 thể hiện cấu hình RTU chuẩn của WDMCS.

Khó khăn đầu tiên của hệ thống đo xa dùng sóng radio là phải tương thích dòng sản phẩm METASYS với mọi bộ thu phát radio. Mạng liên lạc điều khiển METASYS thường đi kèm với một mạng hữu tuyến RS-485 với chế độ đánh địa chỉ riêng cho từng bộ điều khiển. Chu kỳ hoạt động của các bộ thu phát radio cũng gây khó khăn cho hệ thống. Các thay đổi của phần mềm hệ thống dẫn đến một số sửa chữa nhỏ về thông tin liên lạc. Khó khăn chủ yếu nằm chính trong các bộ thu phát radio, chu kỳ của chúng là khoảng 330 mili giây, và như thế là không đáp ứng được yêu cầu của hệ thống. Khi tiếp tục thử nghiệm các bộ thu phát, lại phát sinh thêm các vấn đề về lỗi đường truyền, số liệu bị méo hoặc mất, quá thời gian điều khiển, vì thế phải tìm kiếm một công nghệ sóng radio tân tiến hơn.

Việc tìm kiếm một nhà cung cấp thiết bị radio khác cho kết quả là Electronic Systems Technology, nhà sản xuất của các bộ thu phát sóng radio ESTeem. Các bộ thu phát này đã được kiểm nghiệm trong hệ thống với chu kỳ từ 120 tới 180 mili giây, kể cả số liệu. Chu kỳ ngắn hơn đã tăng khả năng giám sát điểm và độ tin cậy truyền thông. Các bộ thu phát ESTeem đã chứng tỏ rằng chúng thân thiện hơn và dễ lập trình hơn so với các bộ thu phát trước đây. Khi được đặt hàng, phòng trợ giúp khách hàng của EST đã tỏ ra rất hữu ích khi phân tích các vấn đề của chúng tôi, đưa ra các giải pháp khắc phục các khó khăn gặp phải. Điều khiển Johnson đã chọn các bộ thu phát radio ESTeem vì các lý do sau:

- Trợ giúp khách hàng trong và sau khi lắp đặt các bộ thu phát radio ESTeem.

- Chu kỳ hoạt động khi có số liệu nhanh hơn so với các bộ thu phát đã kiểm nghiệm trước đây.

ESTeem thân thiện hơn và dễ lập trình.

- Các bộ thu phát radio

ESTeem có thể hoạt động như một nút cuối, bộ khuyếch đại, hoặc cả hai.
Kể từ khi bắt đầu lắp đặt hệ thống năm 1992, các bộ thu phát radio ESTeem và WDMCS đã điều hành hệ thống cung cấp nước dân dụng một cách tin cậy trong 4 năm. Lợi ích của việc sử dụng mạng không dây trong WDMCS như sau:

- Không phải trả tiền thuê đường điện thoại

- Không phải trả tiền lắp đặt và bảo dưỡng hệ thống cáp ngầm

- Giảm chi phi vận hành toàn bộ

- Dễ dàng mở rộng WDMCS chỉ với một số thay đổi nhỏ trong lập trình

Độ tin cậy cao của hệ thống đã cho phép mở rộng WDMCS từ 12 lên 14 nút trong năm qua với một hệ thống liên lạc radio đáng tin cậy.

Nguồn: Nguyễn Công Phương

Tự động hóa ngày nay