Luận văn thạc sĩ kỹ thuật: Nghiên cứu xây dựng hệ thống tự động hóa trong điều khiển tưới tiêu thủy lợi với giải pháp thu thập dữ liệu từ xa

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (4.24 MB, 126 trang )

Trang 1<div class="page_container" data-page="1">

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NƠNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

NGUN QC HƯNG

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG HỆ THÓNG TỰ ĐỘNG HÓA TRONG DIEU KHIEN TƯỚI TIỂU THỦY LỢI VỚI GIẢI

PHÁP THU THẬP DỮ LIỆU TỪ XA

LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI, NĂM 2017

</div>Trang 2<div class="page_container" data-page="2">

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO. BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

RUONG ĐẠI HỌC THUY LỢI

NGUYEN QUOC HUNG.

NGHIÊN CỨU XÂY DUNG HE THONG TỰ ĐỘNG HOATRONG DIEU KHIEN TƯỚI TIÊU THỦY LỢI VỚI GIẢI

</div>Trang 3<div class="page_container" data-page="3">

LỜI CAM ĐOAN

“ác giả xin cam doan đây là cơng trình nghiên cứu của bin thân tác giả. Các kết quả

nghiên cứu và các kết luận trong luận văn là trung thực, không sao chép từ bắt kỳ một "nguồn nào và dưới bắt kỳ hình thức nào. Việ tham khảo các ngu ti liệu (nếu có) đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tai liệu tham khảo đúng quy định.

“Tác gid luận van

Nguyễn Quốc Hưng

</div>Trang 4<div class="page_container" data-page="4">

LỜI CÁM ƠN

Em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc đến Tiến sĩ Vũ Minh Quang, Tỏ trưởng td Điện — Khoa Năng lượng - Trường Đại học Thủy lợi, thầy đã dành nhiều thời gian tận tình chỉ bảo, hướng dẫn em trong suốt quá trình tìm hiểu, triển khai và nghiên cứu dé tải. Thay là người đã định hướng va ira ra nhiều góp ý quý báu trong quá trinh em thực hiện luận văn này,

Em xin chân thành cảm on chân thành tới tồn thé các thầy giáo, cơ giáo trong khoa Năng lượng - Trường Đại học Thủy lợi đã dạy bảo tậnlh, trangbị cho em những,kiện thuận lợi trong

suốt quá trình em học tập và nghiên cứu tại trường,

Em cũng xin chân thành cảm ơn tới gia đỉnh, bạn bẻ, đồng nghiệp đã

luôn bên em cổ vũ, động viên, giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập và thựchiện luận văn

Do có nhiều hạn chế về thời gian và kiến thức nên luận văn không tránh khỏi những thiếu sót, rit mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của quý thay cô và các bạn cùng quan tâm.

Cuối cùng em xin gửi lời chúc sức khỏe và thành đạt tới tat cả quý:

thầy cô, quý đồng nghiệp cùng tồn thể gia đình và bạn bè.

Xin chân thành cảm ơn!

</div>Trang 5<div class="page_container" data-page="5">

MỤC LỤC

MỤC LUC

DANH MỤC CÁC HÌNH ANH

DANH MỤC BANG BIẾU,

DANH MỤC CÁC TU VIET TAT. MỜ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của Để ti

Mục dich của Đ ti

3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu:

4. Kết quả dự kiến đạt được

CHUONG 1 NGHIÊN CỨU HỆ THONG TỚI TIÊU THỦY LỢI

1.1 Khái niệm hệ thống tướitiêu thủy lợi1.1.1 Khii niệm hệ thống trổ tiêu thủy lợi1.1.2 Phân loại tram bơm tiêu

1.1.3 Đặc điểm trạm bơm tiêu:

1.2 Sơ đồ phd biến của một hệ thing tưới — tu thủy lợi

L3 Vai ở của hệ thông tới tiêu thủy lợi

CHUONG 2 _ NGHIÊN CỬU HE THONG TỰ ĐỘNG HĨA TƯỚI TIÊU

LỢI ĐIỆN HÌNH,

2.1 Khát niệm vềlên đại hóa hệ thong tưới

2.2 Hệ thơng tưới truyền thống và hệ thống tưới được hiện đại hóa

2.2.1 16 thống tưới truyền thống

2.2.2 Hệ thống tưới hiện đại.

2.3 Vai trò hiện đại hóa hệ thơng tưới

</div>Trang 6<div class="page_container" data-page="6">

2.4 Lựa chọn giải pháp điều khiển hệ thống bơm tưới tiêu thủy lợi „

2.5 Sơ đồ hệ thống tui cho nhiều đồng mộng 2

'CHƯƠNG 3 UNG DUNG PLC S7 - 1200 TRONG TỰ ĐỘNG HÓA TƯỚI TIÊU. 42 Tổng quan mang tyền thông MODBUS 4742.1 Tâm quan trọng của mạng MODBUS, a74.22 Các dạng MODBUS pho biển hiện nay 48

CHUONG S_ THIẾT KE GIAO DIEN DIEU KHIEN VA GIAM SAT 65

5.1 Tổng quan về giao diện giám sát HMI 65

5.2 Giới thiệu về WinCC Professional: 95.3 Thiết kế giao điện HMI 1053.1 Gin biển 70

5.3.2 Thiết kế 1 CHUONG 6 MÔ PHÒNG VA THỰC NGHIỆM. 82

</div>Trang 7<div class="page_container" data-page="7">

6.1 Giới thiệu về chương trình mơ phịng PLCSIM,

</div>Trang 8<div class="page_container" data-page="8">

46: Mudbus TCPIIP ADU

Hình 47: Chun giao tiếp RS485 4.8: Kết nối RS485

Hình 49: Hệ thống mạng dùng PROFIBUS DPHình 4.10; Mạng truyền thơng PROFIBUS-PA.

Hình 4.11: Hệ thống truyền thơng Ethernet và Profibus.

</div>Trang 9<div class="page_container" data-page="9">

Hình 5.4: Đổi màu Graphies

Hình 5.5: Chọn các graphics trong Categories5.6: Tạo nút nhắn và hiển thị mức nước,Hình 5.7: Màn hình HMI hồn chỉnh

Hình 6.1: Cửa số chương trình PLCSIM.

Hình 62: Kết nối PLCSIM.

Hình 6.3: Tải chương trình vào PLCHình 6.4: Ví dụ thêm biến mô phỏng.

</div>Trang 10<div class="page_container" data-page="10">

DANH MỤC BANG BIEU

Bang 2-1: Mơ hình cơng nghệ SCADA.

Bảng 3l: So sinh các đồng CPU của 57-1200

</div>Trang 11<div class="page_container" data-page="11">

ĐANH MỤC CÁC TỪ VIET TAT

ASCII: American Standard Code for Information InterchangeBPT: Bom pit ng

'BXCT: Bánh xe công tác

(CNH và HDH: Công nghiệp hóa và hiện đại hóa

CPU: Computer Processer Unit

CM: Communication module

GPRS: General Packet Radio Service

GSM: Global System for Mobile Communications

HMI: Human Machine InterfaceModbus: Module bus

MPI: Multi Point Interface

OPC: OLE (object Linking Embedded) for Process ControlPLC: Programmable Logic Controlle

PPIint to Point InterfacIP: Internet Protocol

RS: Remote SignallingRTU: Remote Terminal Unit

SCADA: Supervisory Control And Data Acquisition

SMS: Short Message Services

‘TCP: Transmission Control ProtocolWinCC: Windows Control Center

</div>Trang 12<div class="page_container" data-page="12">

1. Tính cấp thiết của Dé tài:

Thủy lợi là một thuật ngữ, tên gọi truyền thống của việc nghiên cứu khoa học công

nghệ, đánh giá, khai thie sử dụng, bảo vệ nguồn tải nguyên nước và mỗi trường,

phòng tránh và giảm nhẹ thiên tai

Cu thể, thủy lợi là việc sử dụng nước để tưới cho các vùng đất khô nhằm hỗ trợ cho cây trồng phát trién hoặc cung cấp nước tưới cho cây trồng vào những thời điểm có

lượng mưa khơng đủ cung cấp. Ngồi ra, thủy lợi cũng có một vài ứng dụng khác

trong sin xuất cây trồng, trong đồ bao gồm bảo vệ thye vật tránh được sương giá, không chế cỏ dại phát triển trên các cánh đồng lúa và giúp chồng lại sự có kết đất

“Thủy lợi thường được nghiên cứu cùng với hệ thống tiêu thốt nước, hệ thơng này cóthể là tự nhiên hay nhân tạo để thốt nước mặt hoặc nước đưới đắt của một khu vực cụ

"Nước là một yẾu tổ quan trọng, ảnh hưởng rit lớn đến sự sinh trưởng và phát tiễn của cây trong, Trong sản xuất nông nghiệp, nước trên đồng ruộng luôn thay đổi. Nếu chúng ta nắm vững quy luật biến đổi của chế độ nước và sử dụng hợp lý các nguồn

nước ở từng vùng thì độ phi của đất ngày cảng tang lên hoặc han chế đến mức thấp

nhất sự phát tiễn xu của đắt đai và ngược lại

Trong tự nhiên nước phân bổ không đồng đều cả vé không gian và thời gian, không

phù hợp nhu cầu nước của cây trồng. Lượng nước đến (mưa; nước ngằm) quá nhiều

hay quá ito với lượng nước tiêu hao thì cây trồng bị ing hoặc bị hạn. Vi vậy, điều tiết chế độ nước của đất phù với nhu cả

ối với tăng vụ, ting năng suất cây

nước của cây trồng là một biện pháp kỹ thuật «quan trọng ng và nâng cao độ phì nhiều của đất

Hiện nay, hệ thống tưới rất nhiều loại như: tưới phun, nhỏ giọt, ngằm, tưới tran,

vi. hững ta phải chọn gi pháp điều khiển như thé nào cho phủ hợp, tong đồ vai trò điều khiển theo mức nước. i quan trọng, Van để, cánh đồng lúa qui mô lớn, nhiều.

kênh mương dai dẫn đến khoảng cách điều khiển xa nên chọn giai pháp tray’ in hiệudo mức nước tại cửa van, lưu lượng tại kênh nhằm cung cấp dữ liệu, thông tin cho bộ

điều khiển.

</div>Trang 13<div class="page_container" data-page="13">

2, Mye đích của Để tài:

- Nghiên cấu mạng truyền thông công nghiệp, thu thập di liệu từ xa với Modbus

RTU; module GPRS 1242-7 của Siemens

- Xây dựng chương tình Digu khiển va giám sát SCADA hệ thống tưới tiga thủy lợi

theo mức.

3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu:

Nghiên cứu lý thuyết về kết nối Profibus, Profinet và thu thập dữ liệu từ xã, nghiên

cứu giải pháp điều khiển ding PLC S7-1200 của Siemens; thực nghiệm mơ phỏng hệ

thống tự động hóa

4. Kết quả dự kiến đạt được:

~ Chương trình lập trình điều khiển và giám sát hệ thống tự động hoa trong tuổi tiêu

</div>Trang 14<div class="page_container" data-page="14">

CHƯƠNG 1 NGHIÊN CỨU HỆ THONG TƯỚI TIÊU THỦY LỢI

1.1 Khái niệm hệ thống tưới ~ tiêu thủy lợi 1.1 Khái niệm hệ thống trới lâu thủy lợi

“Hệ thống tưới tiêu” là một công trình nhân tạo, sử đụng chủ yếu cho nơng nghiệp,

nhằm mục đích giúp cho con người chủ động cung cấp nước diy đủ theo nhu cầu phát

triển của cây trồng; đồng thời hệ thống cũng giúp cho.ge tiêu thoát nước hợp lý giúp,

cho cây trồng không bị nguy bại do ngập ứng

Hệ thống trới — tiêu là một trong những cơ sở vật chit hạ ting của nông nghiệp và

nông thôn. Hệ thống giúp cho mùa màng phát triển én định, hạn chế những sự thất

thường của thời it và điễu kiện tự nhin liên quan đến nguồn nước, đắt và cây trồng Hệ thông tưới nước là một tổng thé các bộ phận, các công trinh và thiết bị làm nhiệm

vụ lấy nước từ nguồn chuyển và phân phổi nước tới từng khoảnh ruộng cin tưới, ding

thời khi cần thiết có thé tháo đã lượng nước thửa từ mặt ruộng đến nơi quy định

1.1.2 Phân loại trạm bơm tiêu:

‘Tram bom tiêu được phân loại như sau:- Tram bom tiêu nước mặt

- Trạm bom tiêu nước ngằm

= Trạm bơm tiêu kết hợp cả nước mặt và nước nem,

“Thời gian làm việc của các trạm bơm tiêu cũng khác nhau: các tram bơm tiêu nước lũ

và nước mưa rào Lim việc có tính chu kỳ, thời gian ngắn trong năm, cịn bơm nước.

ngằm thông thường làm việc quanh năm. Ở nước ta hiện nay chủ yếu là tiêu nước mặt

cho cây rồng

1.1.3 Đặc điễm trạm bom tí

‘Tram bơm tiêu có những đặc điểm sau:

~ Lư lượng nước không đều và rất lớn. Mức độ không đều tay thuộc vào sự giao

“động của nước mặt và nước ngằm.

</div>Trang 15<div class="page_container" data-page="15">

- Lam việc gián đoạn, thời gian trạm không làm việc phụ thuộc vào sức chứa củadung tích điều tiết và thời gian ngập cho phép của khu vue. Thời gian tram bơm tiêulàm việc trong năm tuy ít nhưng rất căng thẳng.

- Cật nước.in bơm thấp nhưng thay đổi liên tục.

trong trạm bơm tiêu được chọn cần

= Lưu lượng tính tốn của các máy bơm et

hải tính đến ngập cục bộ có thể xảy ra tong thời gian ngắn. Bởi tiên củaray pl kết cau dưới nước nhà máy và sàn phần trên nhà máy cần phải đặt cao hơi từ >0,5m so. với ao trình nén hoặc mực nước tính tốn lớn nhất khi có sóng dũng

~ Khi cột nước tram tương đối nhỏ (đến Sm) và với việc dùng máy bom lớn, nhà

máy bom có thể kết hop với cơng trình tháo. Thường dùng dường ống din để đưa

nước cần tiêu đến nhà máy bơm. Khi đường ông làm chức năng kênh vận chuyỂn

chính vận chuyển nước thì trạm bơm được thiết kế như tram bơm nang cấp II thơng thường, cịn nếu như đường ống làm việc với chế độ thường xun khơng diy, tì

trước nhà máy đặt một bể điều tiết lấy mục nước lớn nhất tong bể thấp hơn tâm

đường ống

1.2 So đồ phổ biến của một hệ thống tưới - tiêu thủy lợi

1.2.1 Nguẫn nước

Dối với nguồn nước phục vụ tưới - tiêu cần lưu ý đến hai vấn đề là nguồn nước của trạm bơm và đặc điểm về cắp nước cho khu tưới. VỀ nguồn nước thiên nhiên của trạm

bơm có thé chia thành bổn loại là nguồn nước sông thiên nhiên, nguồn nước hỗ nhântạo, nguồn nước hỗ thiên nhiên và nguồn nước ngắm.

Sông và hỗ nhân tạo là hai loại nguồn nước phục vụ nông nghiệp phổ biến nhất hiện nay. Chúng có đặc điểm chung là mye nước nguồn dao động khá lớn trong năm làm. cho mực nước tại bể hút cũng dao động lớn, do đó máy bơm cin phải lựa chọn loại có

chiều sâu hút phù hợp, đồng thời cao trình đặt máy bơm cũng edn phải được thiết kế

để đảm bảo không sinh hiện tượng khí thục. Ngồi ra chất lượng nước nguồn cũngthay đổi trong năm theo mùa lũ hay mùa cạn. Hơn nữa loại nguồn này còn phải lưu ýtới việc hạn chế hoặc loại bỏ rác rưởi, vật nỗi kéo vào bễ hút

</div>Trang 16<div class="page_container" data-page="16">

Với nguồn nước là hỗ thiên nhiên và nước ngẫm, mực nước nguồn khí én định, chất

lượng nước cũng ít biến đồi, ding thời vẫn để chin và với rác cũng được giảm nhẹ so

1.2.2 Bễ hút và nguần hát

Bê hút đồng vai trồ quan trọng quyết định nhiều đến chất lượng thủy lực của buồng hút và do dé ảnh hưởng nhiều đến độ bền và chất lượng làm việc của máy bơm, Cho đến nay hầu hết các trạm bơm lớn vin đề bể hút và buồng hút vẫn chưa được ải thiện

nhiễu, da số các tram bơm lớn khi hoạt động hai máy hai đầu vẫn bị thiếu nước, bị

xoáy, máy rung nhiều và chóng hồng

Budng hút có kết cấu khác nhau tùy thuộc vào loại máy khác nhau. Budng hút của các

loại bơm có lưu lượng lớn phải được đặc biệt chú ý đến chất lượng thủy lực. Người ta thường bỗ chí các chép dẫn dịng ở bung hút hoặc các vách dẫn dịng ở phía cuối "buồng hút để làm nhiệm vụ dẫn dòng và tránh phát sinh hiện tượng xốy.

1.2.3 Trạm bơm

May bơm giữ vai trồ chính trong q tình vận hành khai thác. Mỗi loại bơm thích ứng

với một loại đặc điểm địa hình và có những wu điểm phù hợp với điều kiện tự nhiên

chọn nhằm sẽ gây tốn kém và không phát huy được hiệu quả

Đối với một hệ thống tưới tiêu số máy bơm trong tram lớn hay nhỏ sẽ làm thay đổi

dang kể đến etphí xây dựng, quản lí, vận hành và khai thác.

“Theo khuyén cáo số may bơm trong một trạm ít nhất là từ 4.6 mấy. Tuy nhiên điều

này chỉ đựa trê kính ngiệm, đựa trên thực tẾ rước đây khí sự phát triển, in bộ khoa

học chưa thực sự phát ria, Việc thiết kể một may bơm côn phải được xem xét da

vào khả năng đáp ứng các loại máy bơm của nơi cung cấp,

</div>Trang 17<div class="page_container" data-page="17">

cia 1

TH [ET] =>

1.24 Máy bom

Là một loại may thiy lực, nhận năng lượng từ bên ngoài (cơ năng, điện năng, thủy

năng va) và truyén năng lượng cho đồng chất lỏng, nhờ vay đưa chit lỏng lên một độ

cao nhất định hoặc dich chuyển chất lòng theo hệ thing đường ống. Người ta chia máy bơm ra nhiề loại dựa vào những đặc điểm như; nguyên lý tác động của cảnh bơm vào dong nước, dạng năng lượng làm chạy máy bơm, kết cấu máy bơm, mục đích bom, loại chất lịng cin bơm,

</div>Trang 18<div class="page_container" data-page="18">

eg

Hình 1.2: Máy bơm thay lợi

Phân loại: Theo nguyên lí tác động của cánh bom vio dịng nước, máy bơm được chiatheo làm hai nhóm: bơm động học và bơm thể tích.

++ Bom động học: Trong buồng công tác của máy bơm nước động học, chất lòng được nhận năng lượng liên tục từ cánh bơm truyền cho nó suốt từ cửa vào đến cửa ra của bơm, Loại máy bơm này gồm có những bơm sau

Bơm xoắn: Chất lòng qua các rãnh BXCT của máy bơm sẽ nhận được năng lượng để

tạo dong chây xoắn và được đẩy khỏi cửa ra BXCT. Người ta dùng máy bơm này chủ

yếu trong công tác hút nước hồ thấm, tiêu nước, cứu hỏa.

Bom cánh quạt (gồm máy bơm nước lỉ tâm, hướng trục, cánh chéo): Trong loại may

bom nay, các cánh quạt gin trên bánh xe công tác (BXCT) sẽ truyền trực tiếp năng

lượng lên chất long để day chất long địch chuyển. Loại bơm nay thường có lưu lượng.

lớn, cột áp thấp (trong bơm nước gọi cụ thé là cột nước) và hiệu suất tương đối cao, do

vậy thường được dùng trong nông nghiệp và các ngành cấp nước khác

Bom tia: Dùng một dong tia chit lỏng hoặc đồng khí bên ngồi có động năng lớn phun.

ào buồng công tác của bơm nhờ vậy hút và đẩy chất lòng. Loại máy bơm này bơm

duge lưu lượng nhỏ, thường được dùng dé hút nước giếng và dùng trong thi công.

</div>Trang 19<div class="page_container" data-page="19">

Bơm rung: Cơ cấu công tic của bơm này là píttơng-van giao động qua lại với ting số

cao gay nên tác động rung cơ học lên dòng chất lỏng để hút đẩy chất lòng, Loại bơm

này có lưu lượng nhỏ, thường được dùng bơm nước giếng và giếng mỏ.

Bơm khí ép: Loại mấy bơm nước này nh tạo hỗn hợp khí và nước 66 trọng lượng

Jang nước cin bơm lên cao. Loại bomriêng nhỏ hơn trọng lượng riêng của nước

này thường ding dé hút nước b n hoặc nước giếng

Bơm nước va (bơm Taran): Lợi dụng hiện tượng nước va thủy lực để đưa nước lên

sao. Logi bơm này bom được lưu lượng nhỏ, thường được dng cắp nước cho vùng

thôn, miễn núi.

+ Bom thể tích: Nguyên lý làm việc của loại máy bơm này là thay đổi có chu kỳ thểtích của buồng cơng tác truyền áp lực hút day chất lỏng. Máy bơm nước thể tích cónhững loại sau

Bơm pit tong (BPT): bơm thể tích có pit tơng chuyển động tịnh tiến qua lạ trong xi

lanh và truyền cho chất lỏng (hoặc khí) một áp suit dư. Đặc điểm của BPT là lưu

lượng không đều. Để giảm xung động, ding loi mấy bơm nước này yêu cầu nhiễu xỉ

lanh hoặc có bộ đệm thuỷ lực - khí nén. Phân biệt hai loại BPT: BPT chuyển động

thing và BPT roto (quay). Trong ki thuật, ở những hệ thống dẫu ép cao áp (như trong Ít tới 68,6 MPa) chủ yếu ding BPT rôt.

động cơ điêzen, trong máy thuỷ lực... ấp su

Bơm pit tông roto phân thành: BPT hướng tâm và BPT chiều trục. BPT có thể chế tạo với lưu lượng cổ định hoặc lưu lượng điều chỉnh. Các cụm chủ yếu của các loại BPT roto là cơ cấu kéo, cụm phân phối chất long và đối với loại bơm có lưu lượng điều. chỉnh cịn cổ thêm cơ cấu điều chính. Cơ cầu kéo của BPT (tay quay - thanh truyền, clit, wv.) bảo đảm chuyển động tịnh tiến qua lại của pit tông. Cơ edu phân phối bảo đảm đưa dầu vào xi lanh trong hành trình hút và đẩy dầu vào đường ống nén trong

hành trình cơng tác. Cụm điều chỉnh để thay đổi lưu lượng và hướng dòng chảy củachất long

1.3.5 Đặc diém của máy bom nước

Khi hạt nước bị lực ly tâm day từ tâm cánh bơm ra phía mép bom, sẽ xuất hiện khoảng,

trống tại tâm cánh bom, Áp suất tại khoảng trồng này có thể nhỏ hơn áp suất khí trồi

</div>Trang 20<div class="page_container" data-page="20">

và thậm tí có lúc đạt gn tới độ chân khơng tuyệt đi. Bơm ly tâm hút được nước ở độ

sâu từ 3 - 8m tủy loại bơm.

Lực ly tâm tỷ lệ thuận với trọng lượng của vật. Vi thé khơng khí nhẹ hơn 1000 lẫn so

với nước nên thiểu kh lot vào âm cánh bơm, lực ly tâm sẽ tác dụng nhỏ hơn 1000 lần

và khơng đủ sức kéo khối khí đó ra khỏi máy bơm, tao chân khơng cho lượng chất

lòng kế tiếp tràn vào. Cánh bơm vẫn quay mà nước thì khơng bơm được. đây là hiệntượng lot khí vào ông hút máy bơm ly tâm dang hoạt động. Vì lí do này, người ta dùng

bơm ly tâm chỉ ở những nơi có điều kiện lip đặt cổ định và ống hút của bơm ly tâm

lúc nảo cũng phải đầy nước.126 Bế xã

Sau tram bơm là bể xả. Bễ xa được nối với trạm bơm theo hai hình thức: bể xá liền nhà.

máy hoặc bễ xã tách rời nhà máy, hai hình thức bố tri này thì hình thức bể xả liền có.

khối lượng và giá thành rẻ hơn. Bé xã xây liễn nhà máy chỉ hợp li khi máy bơm có cột nước thấp, Trường hợp máy bơm có cột nước cao, mực nước lớn nhất ở bể xả cao hơn

nhiều san đặt d160 thì phải xây dựng bé xa xa nhà máy nỗi tiếp nhau bằng đường

ng xả với máy bơm

12.7 Ruộng

Là nơi chúng ta phải thiết kế hệ thống trạm bơm tưới tiêu sao cho hợp lí và phải đảm

bảo được những tiêu chí để ra cho vụ mùa đơ cây tring có đủ nước để phát tiển, không dé cây bi ngập ing cũng không để cây trồng bị thiểu nước. Thiết kể bệ thống có

cao trình cao hơn ruộng để khỉ xả nước tưới và tiêu đễ dàng.

1.3 Vai trò cin hệ thẳng tưới —tiêu thủy lợi

“Tự động hóa là xu thể tắt yếu trong bổi cảnh kinh ế hội nhập. Các hệ thông tự động hóa trong lĩnh vực Thủy lợi - Thủy điện có vai tị và tỉ trọng đầu tu tăng liên tục trong,

những thập niên gần đây trên quy mô tồn thé giới.

Các nước tiên tiến đều đã dày cơng đầu tư phát triển hệ thống điều khiển, giám sát,

thự thập dit liệu (SCADA) đề hỗ trợ đắc lực cho:

</div>Trang 21<div class="page_container" data-page="21">

~ Quản lí vận hành các cơng trình va hệ thơng thuỷ lợi thuỷ điện,

~ Qn lí vận hành hệ thống cơ sở hạ ting (nước, điện, ga..),

~ Quin lí lưu vực, quin lí ti nguyên,

~ Giảm sắt môi tường, giám sắt chất thi,

Hệ thống SCADA được xây dựng theo mơ hình phân cấp, hình 1. Các cắp đưới cùng

(cấp trường) có nhiệm vụ chín l thu thập, lưu giữ, xử lig (in hiệu), điều khiển

điều chỉnh và bảo vệ quá trình. Thiết bị ở cấp này được gọi là các thiết bị điều khiến hôn tấn (sau đây sẽ gi gọn là hit bị phân sn), Tht bị phân sn thường

.Có số lượng lớn (ty quy mơ hệ thống).

hải có cấu hình đã mạnh đễ hoạt động độc lập và giao tếp thuận lợi vớ sắc cấp khắc

‘Ba dạng ty thuộc q trình (cơng nghệ) điều khiển

C6 chi phí chiếm tỉ trọng lớn trong đầu tư tồn hệ SCADA.

“Trong quả trình triển khai thực hiện chiến lược phát triển ngành nông nghiệp trén, Bộ

NN và PTNT đã để ra một số nhiệm vụ cụ thể, trong đó có nội dung phát triển các hệ

thống nơng nghiệp sin theo hướng nông nghiệp công nghệ cao. D8 xây dựng các hệ

thơng này, có rắt nhiều vẫn để cần phải nghiên cứu giải quyết, rong đó có vin để về

công tác quản lý, vận hành hệ thống. Cụ thể như sau

~ Giám sát, cảnh báo chất lượng nước của các ao, hd, sông: Hiện nay các chủ ao nuôi

chủ yếu sử dụng phương pháp thủ công để lấy mẫu nước rồi thử bằng máy chuyên.

dung cằm tay. Công việc này khơng thể làm liên tục trong ngày, nên khó có thể phát

hiện kịp thời chất lượng nước trong đầm nuôi không đáp ứng được yêu cầu nuôi trồng.

thủy sản,

~ Kiễm soát chất lượng nước cắp cho cức cánh đồng: Trong quy tinh ni trồng thủy sản thì chất lượng nguồn nước để cắp vào ao nui là rt quan trọng. Tay theo vật muỗi,

thời gian sinh trường và chit lượng nước trong ao nuôi mà cin phải bổ sung một lượng

nước vào ao nuôi với các chỉ tiêu chất lượng nước khác nhau,

</div>Trang 22<div class="page_container" data-page="22">

“Tom li thuỷ gi số vai rổ võ cũng quan trọng trong cuộc sing của nhân dân nỗ gdp

phần vào việc ổn định kinh tế và chính trị tuy nó khơ ng mang lại lợi nhuận một cáchtrực tiếp nhưng nó cũng mang lại những nguồn lợi gián tiếp như việc phát tiển ngànhnày thi kéo the rất nhiều ngành khác phát tiễn theo. Từ đó ạo điều kiện cho nễn kinh

tế phát triển và góp phần vào việc đấy mạnh cơng cuộc CNH - HDH đất nước.

</div>Trang 23<div class="page_container" data-page="23">

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU HE THONG TỰ ĐỘNG HÓA TƯỚI TIÊU

THUY LỢI DIEN HÌNH

2.1 Khí gm về hiện đại hóa hệ thống tưới

“Trong tình hình phát trién kinh tế hiện nay, nước không chỉ là nhu cầu thiết yếu cho nông nghiệp mà cịn là yếu tố khơng thể thiếu đối với nhiều ngành kinh tế

khác. Do vậy vin dé tiết kiệm nước đang được được đặt ra thành một yêu cầu cấp bách, đặc biệt đối với nông nghiệp là ngành hàng năm tiêu thụ Khối lượng nước rt

lớn thông qua dịch vụ tưới. Có hai giải pháp chủ yếu để tiết kiệm nước. Thứ nhất

cin áp dụng cơ cấu cây trồng và phân bổ mùa vụ hợp lý; sử dụng các loại giống

thụ ít nước và chịu hạn tíGiải pháp thứ hai là cần hoàn chỉnh các hệ

thống tưới theo hướng hiện đại cả cơ sở hạ ting và tô chức quản lý, tức là hiện đại hóa hệ thống tưới. Hiện đại hóa thục chit là đầu tư theo chiều sâu bằng

tíchcách ấp dụng cácpháp kỹ thuật và quản lý hiện đại để nâng cao

được tưới của các hệ thống kênh, cùng với việc thay đổi nhận thức về nước, coi

nước là một loại hàng hóa và tưới là một loại địch vụ trong sản xuất nông nghiệp.Đầu tư vào các hệ thống tưới hiện có vừa í phúc tapit kỹ thuật, u cầu

kinh phí khơng lớn (so với xây dựng mới) nhưng lại có tinh én định và bền vững

cao. Điềunày càng có ý nghĩa hơn vi như đã nói ở rên, ở Việt nam hiện nay, 80% đất canh tác nơng nghiệp đã có các hệ thống tưới nước, các hệ thống này còn kém

hiệu quả

Hiện đại hóa tưới là một q trình bao gồm những thay đổi về các khái niệm, cách

tiếp cận, thiết kế và quản lý vận hành liên quan đến những thay đổi về kỹ thuật

ng nghệ, nhằm đáp ứng các yêu cầu về vận hành và bảo trì hệ thống tưới phục vụ đa mục tiêu. Hội thảo của Tổ chức Nông lương Liên hiệp quốc (FAO) về

biện đại hoá tưới (Bangkok 1996) đã thống nhá

định nghĩa hiện đại hoá tưới như

"Hiện đại hố tưới là một q trình nâng cấp về kỹ thuật và quản lý (khác với khôi phục đơn thuần) các hệ thống kênh với mục tiêu ei thiện việ sử dụng các nguồn (lao

động, nước, kinh tế, môi trường) và dich vụ phân phối nước cho người dùng nước

</div>Trang 24<div class="page_container" data-page="24">

Trên thé gi

Trường Đại học Hawaii tại Manoa ~ Mỹ đã nghiên cứu xây dựng Phần mềm quản lý

và dự báo nhu cầu tưới (IWREDSS) cho Ban quản lý sử dụng nước tại HAWAII - Mỹ,

Phin mềm này cho phép người sử dụng ước tính được nhu cầu tưới cho các mùa vụ khác nhau, với các tính chất của đắt, hệ thống tưới tiêu, tiến độ gieo trồng, và điều kiện. khí hậu. Phin mềm dựa trên nén ArcGIS, với giao diện người ding thân thiện. Người

«ding có thé chọn khu vực cân tưới và nhập các thông số đầu vào, các thông số này bao

gầm loi cây trồng dang phất iễn cần tưới tiêu, chỉ số đi tích cây tring, lich miavụ, hệ thống tưới tiêu được sử dụng, số liệu thích hợp, và số liệu do mực nước. Dựa

trên sự phối hợp giia vị tí hệ thống tưới và trạm thủy văn gin nhất, WRPDSS nội

suy ra được lượng mưa và lượng nước bay hơi trong khu vực được chọn. Kết quả của

phần mềm là nhu cầu tưới của các diện tích tưới. Ưu điểm của phần mềm là: Phan

mềm dựa trên nén AreGIS nên trực quan, để sử dang. Nhược điểm là Phin mềm chạy

trên máy đơn, nên kết quả tính tốn chỉ được hién thị trên máy đơn, không thuận tiện

cho người ding: Do chạy trên nền AreGIS, nên phin mm chạy châm, người đừng phải mua thêm bản quyền của phần mém AreGIS mới sử dụng được [2]

Phin mém quản lý thông tin tưới tiêu thuộc bệ thống thủy nông Tanjung Karang —

Malaysia: Phần mém sử dụng ngôn ngữ lập trình là VBA- Visual Basic for

Application viết trên nền phần mm AreGIS của hãng ESRI. Phin mềm được xây

cdựng tương tự như phn mềm TWREDS [3],

Phần mềm CROPWAT và phần mém CLIMWAT do Martin Smith lập, đã được tổ

chức FAO giới thiệu năm 1991 và 1993. Phần mềm này có chức năng chính là tinh

tốn nhủ cầu nước của các loi cây tring, khơng có chức nang tinh tốn lập kế hoạch

tưới cho bệ thống thủy nông, nên chỉ cổ thể hỗ trợ cơng tác quy hoạch và thiết

cơng trình thủy lợi.

Phin mém lập kế hoạch cấp nước tưới ISAREG và IRRICEP do Teixeira và Pereira

(Bồ Đào Nha) được xây dựng từ 1992-1993. Phần mém có chức năng tính tốn như

clu tưổi của cây tring để trợ giúp cần bộ quản lý lập lich cấp nước tưới. Phần mềm

ISAREG là để trợ giúp hệ thống tưới cây trồng cạn còn phần mềm IRRICEP là để trợ

</div>Trang 25<div class="page_container" data-page="25">

giúp digi hành bg thống tưới lúa nước. Các phin mém này đã được ứng dụng để điều

hành hệ thống Sorraia gần thủ đô LISBON, Bỏ Đào Nha [4]Việt Nam:

Hiện nay, ở Việt Nam chưa có kết quả nghiên cứu nào thuộc nhóm nay được sử dụng

pho biển. Người ding thường sử dụng phần mém CROWAT để tính tốn nhủ cầu ding nước của cây tring phục vụ cho bài oán quy hoạch, thiết kế các cơng trình thay

“rong khn khổ một dự án hợp tác nghiên cứu giữa Trường đại học Melbure (Úc)

và Viện Khoa học Thủy Lợi (nay là Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam), mơ hình vận.

hành hệ thông kênh trổi (IMSOP) đã được ứng dụng thử nghiệm trên các số hệ thống

tưới La Khê, Ban Hoài và Ci Chi, Sau đó, được tác giá và nhóm nghiên cứu của ViệnKhoa học Thủy lợi Việt Nam nghiên cứu phần mễm này và đã được ed tiến và ứng

cdụng mở rộng ở hệ thống tưới Đông Anh, Nam Sông Mã, Đẳng Cam. Tuy nhiên đến nay, do nhiễu nguyên nhân khác nhau, các đơn vị sử dụng gin như khơng dùng đến

hảnh hệ tl

cơng cụ này dé tính tốn 1g tưới.

Việt Chiến [5] đã sử dụng mơ

"hình IMSOP để tinh toán đưa ra hiệu quả sử dụng nước mưa ứng với từng thời kỳ sinh

“Trong khuôn khổ luận án của mình, Tién sĩ New

trưởng của cây lúa

“Trong khn khổ luận án của mình, Tiền sĩmơ hình IMSOP để vận hành hệ 1

rin Văn Đạt [6] đã nghiên cứu phát triển

tưới trong điều kiện hạn chế nguồn nước. Tác

giả đã phát triển mơ hình theo hướng chọn mơ hình tối ưu phi tuyển để nghiên cứu ứng,

ói đa

cdụng bỗ trợ ra quyết định trong công tác vận hành hệ thống với ham mục tiêu là

tổng sản lượng lúa trong trường hợp không đủ nước tưới.

222 Hệ thắng trới truyền thắng và hệ thống tưới được hiện đại hóa 2.2.1 Hệ thắng tưới truyền thống

Thành phần của 1 hệ thẳng tưới truyền thống.

</div>Trang 26<div class="page_container" data-page="26">

‘Hinh 2.1; Hệ thống tưới truyền thông "Đặc điễn của hệ thẳng truyén thông

Hệ thống truyền thống thường có các đặc điểm cụ thể được tạo ra từ thiết kế, vận

hành và ich quản lý “truyén thống". Thiếu sốt của hệ thông truyén thống ở Việt

Nam có thể là tương tự hoặc khác với các hệ thẳng hiện có ở những nơi khác trên thể

giới và có một số đặc điểm chính như sau[T])

VỀ thiết kế: thiết kế kênh và cơng trình trên kênh căn cứ khả năng nguồn nước, yêu cầu nước lớn nhất cho cây trong được quyết định từ diện tích tưới và cơ cấu cây trồng,

các dạng tin thất nước và cách vận hành (đồng thời hay luân phiên), cao trình ruộng

đất cần tưới. Do khơng tính đến các phương án yêu cầu dùng nước tăng cần thực

hiện cấp nước bổ sung, kích thước các tu kênh và cơng trình trên kênh

thường được thiết kế cho tưới đồng thời. Điễu này sinh ra khó khăn cho các cần

bộ vận hành áp dụng tưới luân phiên khi cần thiết

Vận hành hệ thống: tuân theo các nguyên tắc xác định lưu lượng cần cấp cho vùng

tới yêu cầu tay theo từng điều kiện cụ thể. Phương thức vận hành thay đổi theo

lịch tưới, vận hành dựa nhiều vào các thông số thiết kế chưa phù hợp nên rõ rang là

không đảm bảo đưa ra một quyết định “tối ưu”, dẫn đến những bắt cập trong vận hành.

hệ thơng

"Ngồi ra cịn có một số đặc điểm khác như sau:

l3

</div>Trang 27<div class="page_container" data-page="27">

++ Đại bộ phận các hệ thống được thiết kế theo hình thức u tết thượng lưu, vận hành

bằng thủ cơng nên thiểu chủ động và linh hoạt

+ Các cấp kênh và cơng trình trên kênh khơng được xây dựng một cách đồng bộ, thiểu

i cơng trình kiểm sốt và phân phối nước, các cơng trình phục vụ quản lý vận hảnh. Khơng được trang bị điện khí hóa - tự động hóa hoặc được trang bị ở mức độ thấp: ++ Các hệ thống thường có Quy trình vận hành va bảo dưỡng nhưng không day đủ. + Công tác duy tu không thường xuyên, thiểu vốn nên các hư hỏng không được sửa.

chữa kịp thời.

Những đặc điểm trên đã đưa đến hậu quá như sau

++ Phân phối, cung cấp nước không công bằng (rên hệ thống thường xảy ra his tượng

trong cũng một thời gian có noi thừa, có noi lạ thiếu nước; có nơi nước Khơng vào

được ruộng vì khơng có kênh...)

++ Cang cắp nước khơng đúng thời gian yêu cầu, không đúng số lượng; chất lượng

+ Hiệu quả tưới khơng cao; lượng nước th thốt lớn, gây lãng phí

++ Kênh và cơng trình thường bị xuống cấp, năng lực phục vụ thấp, giảm tuổi thọ. 2.2.2 Hệ thẳng tưới hiện đại

“rên thực tế không tồn tại một hệ thống kênh được hiện đại hồn tồn, cũng khơng có hình mẫu cụ thể về để áp dụng hiện đại hóa các hệ thống kênh hiện có.

Tay theo điều kiện tự nhiên và xã hội của khu tưới, đặc diém cụ thể của hệ thống kênh và cơng trình cũng như khả năng về nguồn vốn đầu tư mà quyết định giải pháp

cơng trình cũng như mức độ hiện đại hóa. Ví dụ các hệ thống tưới thuộc dự ánVWRAP, việc hiện đại hóa mới mới tập trung cho các kênh chính. kênh cắp 1, 2 và

hồn chỉnh đến cấp mặt muộng cho khoảng 25% diện tích được tưới. Giữa các hệ thống, mức độ hiện đại hóa cũng khác nhau: hệ thống Đá Bàn không lip SCADA, Kênh Đơng Dầu Tiếng lắp SCADA có chức năng giám sit và

trong khi đó SCADA các hệ H

liễu khiển từ xa,ơng còn lại chỉ ở mức độ giám sát từ xa mà thôi

</div>Trang 28<div class="page_container" data-page="28">

Nguyên nhân chủ yếu là do khó khăn về vn đầu ag, mặt khác đây lẫn

dụng hiện đại hóa trổi nên Chính phủ và nhà tài rợ cũng muốn thực hiện từng bud

vữa lầm vừa rút kinh nghiệm |8]

Nối ổm lạ, một hệ thống được được hiện đại hóa có một số đặc điểm chính như được

mô tả dưới đây.

kinh cấp đới với he

Ong inh lượng én dining inh do điện Hộ mục

tra lượng "hước tự độn

L4 < :

Hình 2.2: Các cơng trình chính trên hệ thống kênh tưới được hiện đại hóa

Một hệ thống tudi được đầu tư hiện đại hóa được nhằm hạn chế các khiếm khuyết ‘cia một hệ thông tưới truyền thống với các đặc điểm sau:

- Hệ thống kênh được thiết kế và xây dựng đồng bộ, có tham vin ý kiẾn của cơ quan

quản lý tưới và người sử dụng nước, đảm bảo đủ khả năng cấp nước cho các hộ sử

dụng về lưu lượng, mực nước và thời gian yêu cầu.

~ Phương thức điều tiết hợp lý được lựa chọn cho hệ thông phù hợp với điều kiện địa hình và trinh độ quản lý, tạo điều kiện tt nhất cho việc điều tiết, phân phối nước

~ Ngoài các cơng trình có ở hệ thống kênh truyền thống, hệ thống này cịn được trang

bị thêm các cơng tình phân phối và kiếm sốt mục nước gồm các cơng trình điều tiết tur động hoặc bán tự động như trần định đài, tràn định dài kết hợp cổng xả (hỗn hợp):

</div>Trang 29<div class="page_container" data-page="29">

tiết kiểu. các của van tự động như cửa van AMILL, AVIS, AVIO...; cơng trình đi

cổng phẳng điều kiến bằng điện khí hóa (được cải tiến từ cổng điều tiết thong

thường)... Cơng trình đo lưu lượng gồm các máng đo, trăn đo, đo bằng lưu tốc kế vv,

- Hệ thong SCADA có thể được lắp đặt để hỗ trg và tham gia vào quá tình quản lý,

vận hành hệ thông để tăng khả năng phục vụ của hệ thống đến các đối tượng dùng.

~ Hệ thống kênh nội đồng thuộc sự quản lý của các tổ chức dùng nước như các hợp

tác xã. higp hội dùng nước hoặc chủ trang trại vv...Hệ thống này bắt đầu từ điểm lấy nước và bao gồm kênh mương (đất hoặc được gia cổ) và các cơng tình phân phối

Phin t8 chức quản lý vận hành và bảo dưỡng được gọi là phần mềm bao gồm:

~ Công ty quản lý khai thác hệ thơng thủy lợi (IMC), các xí nghiệp hoặc trạm quản lý,

sắc cụm (tổ) quản lý có đã các cơ sở vật chit, phương tiện và nhân lực để quản lý vận

hành hệ thống tên cơ sở chức năng nhiệm vụ được giao. IMC quản lý, vận hành và

bảo tri hệ thống theo KẾ hoạch quản lý hàng năm của công ty và trên cơ sở Quy tỉnh vận hình và Bảo dưỡng do t ấn thi kế lập.

lột hệ thơng tưới được hiện đại hóa, ngồi việc hồn thiện phần cơng tinh hạ ng

(phần cứng), cần đặc biệt quan tâm đến.ng tác tổ chức quản lý (phần mềm) vì nếu

phần mềm hoạt động khơng tốt thì việc đầu tư vào phan cứng sẽ khơng có tác dụng.

2.3 Vai trồ hiện đại hóa hệ thống tưới

"Đầu we nâng cấp, hoàn thiện các hệ thẳng tưới iêu

“Các dự án được đầu tư trong những năm gin đây, ngồi đầu tư xây dựng các cơng trình cắp bách, các dự én thống tối tiêu hiện gỉ&u hướng đến hồn thign cá thơng qua đầu tr đồng bộ từ cấp hệ thông tới nội đồng và các công trinh hạ ting có liên quan, cải thiện khả năng quan trắc và kiểm sốt nguồn nước, chất lượng nước

thơng qua trang bị các phương tiện, tăng cường cập nhật và phản tícơ sở dữ liệu, lắp

đặt các thiết bị đo đạc để giám sát lượng nước cung cấp cho các nhóm sử dụng khác nhau trên hệ thống hỗ trợ công tác quản lý.

</div>Trang 30<div class="page_container" data-page="30">

Cải tiền mô hình tổ chức quản lý, nâng cao nhận thức của các tổ chức liên quan

trong quản lý và phân phối nước

Bộ Nông nghiệp và hát tiễn nông thôn đã đan từng bước xây dựng chiến lược trung

hạn và di hạn co việc cải tến và ti cơ cầu ngành thủ lợi nhằm ối ưu hóa hiệu quảphục vụ của cơng trình thủy lợi. Trong đó tập trung vào một số nội dung như|8]

nước phục vụ chuyển dich cơ cầu kinh tế, thực

~ Phát triển thuỷ lợi tưới iề

sơng nghiệp hóa, hiện đại hỏa nông nghiệp ~ nông thôn và phát iển các ngành kinh 6

xã hội, trong đó: Tập trung nâng cấp, hiện đại hoá các hệ thống thuỷ lợi hiện để phát

huy và tăng tối đa năng lực thiết kể... TiẾp tực cái thiện cơ cấu ổ chức, ơ chế quản

lý tai chính, tích cực áp dung, cả tiến mơ hình tổ chức hợp tác ding nước, hồn thiện

thể chế, các bướng dẫn hỗ trợ cho công tác quy hoạch hệ thông tưới tiga phục vụ “din điền dỗi thừa" trong xây dựng nông thôn mới, đào tạo ning cao năng lực các các cấp trong quản ý hệ thống tri tiêu, nhằm sử dụng cõ hiệu quả các nguồn lye du tư cho

dich vụ tưới bụi hiện chất lượng cong cấp dich vụ tưới tiêu, bảo đảm phát tiễn

bên vững, phù hợp với đặc trưng canh tác va tập quán sản xuất của các vùng khác.nhau.

Tom lại thuỷ lợi có vai trỏ vơ cùng quan trọng trong cuộc sống của nhân dân nó góp.

phần vào vige én định kính ế và chính trị tuy nó khơng mang lại lợi nhuận một cách

mang lại những ngu lợi gián tiếp như việc phát triển ngành

trực tiếp nhưng nó

này thì kéo theo rất nhiều ngành khác phát triển theo. Từ đó tạo điều kiện cho nền.

kinh tế phát tiển và góp phần vào việc dy mạnh công cuộc CNH - HBH đất nước

2.4 Lựa chọn giải pháp điều khiển hệ thống bơm tưới tiêu thiy lợi

Hon chục năm qua, ngành thủy lợi nước ta đã bước đầu nghiên cứu ứng dụng cơng.

1 khiển (GS&ĐK) trong quản lý vận bình (QL.VH) các hệ thống

nghệ giám sắt và

thủy lợi ma chủ yêu là các hệ thông tưới (HTT). Một số HTT đã được đầu tư lắp đặt hệ thing GS&ĐK (SCADA) phục vụ khá hiệu quả cho công tc tự động hồ thu nhận đỡ

liệu va điều khiển các cơng tình trên hệ thống. Tuy vậy, do các công nghệ, trang thiết

</div>Trang 31<div class="page_container" data-page="31">

bị GS&DK dang được sử dụng ở Việt Nam hầu hết đều có xuất xứ từ nước ngồi nên

thường không phù hợp với điều kiện thự tiễn. Mặt khác, do công nghệ GS&ĐK rit đa

dang và lại thay đổi nhanh chống cùng với các tiền bộ khoa học ~ công nghệ trong các

lĩnh vực công nghệ thông in, diện ti, trun thơng, tự động hóa... nên đến nay vẫn chưa có hệ thống SCADA nao được coi là mơ hình mẫu cho việc ứng dụng cơng nghệ

(GS&ĐK trong QLVH các HTT ở Việt Nam,6. Mang tuyền tin

7. Trung tâm điều khiển

"Để từng bước tiến tới hiện đại hóa quản lý điều hành và ngày cing nâng cao hiệu quả

của các HTT thi 1 GS&ĐK các HITT theo số liệu quan hắc tức thời hoặc theo định

kỷ (Real-time) là rất cần tht. Chỉ cỏ như vậy mới có thé đáp ứng kịp thờ: đúng, đủ

nước theo nhủ cầu nước của cây trồng và của các ngành dùng nước khác nhằm ning cao năng suất, sản lượng cây tring, hiệu quả cung cắp nước và tiết kiệm nước tưới giảm chỉ phí quản lý vận hanh,... Thực tế cho thấy: các mơ hình cơng nghệ GS&DK đã

và đăng được ứng đụng trên các HITT ở nước ta chưa hoàn toin dip ứng được yêu cầu

</div>Trang 32<div class="page_container" data-page="32">

GS&DK các HTT theo số hi a quan trắc túc thời hoặc theo định kỹ và đồi hỏi vẫn đầu

twiớn, khó có thể triển khai ứng dụng rộng rãi. Các nguyên nhân chính là vì cơng nghệ

truyễn thơng, thiết bị giám sit điều khiển và ngơn ngữ lập trinh SCADA chưa thích hợp. Trong đó, vin đề vỀ cơng nghệ truyền thơng không những cổ vai trỏ quan trọng trong việc ra quyết định kịp thời, chính xác cho QLVH ma cịn có liên quan nhiều đến

Tir năm 2001, ba dé tải NCKH vé hiện đại hóa QLVH thuộc Chương trình KHCN trọng diém cấp Bộ: "Nghiên cứu ning cấp, hiện đại hố và đa dạng hố mục tiêu sử

dụng các cơng trình thuỷ lợi” đã đi sâu nghiên cứu xây dựng 3 mơ hình cơng nghệ

GS&DK: SCADA/MAC, VKHTLMB SCADA, VKHTLMN SCADA nhằm nâng cao

hiệu quả QLVH các HTT [9]

“Từ năm 2008 đến năm 2012 Dự án Hỗ trợ thủy lợi Việt Nam (VWRAP) đã nghiên cứu

xây dựng 4 mơ hình cơng nghệ GS&ÐK khác nhau là BCEOMI SCADA (được ứng

đụng ở HTT Yên Lập), BCEOM2 SCADA (được ứng dụng ở HTT Cầu Sơn - Cắm

Sơn và HITT Ke Gỗ), HASKONING SCADA (được ứng dụng ở HTT Phú Ninh, Đá

Bản), BRLI SCADA (được ứng dụng ở HTTL Dầu Tiếng).

19

</div>Trang 33<div class="page_container" data-page="33">

Dưới day sẽ tình bảy khái quát wu, nhược điểm của các mơ hình cơng nghệ giảm sit

và điều khiến kể trên.

Bảng 2.1: Mơ hình cơng nghệ SCADA.

Mo hah

TỈ dan Ưu điểm Nhược điểmsông nghệ we

T Tap Em Tong agp phăn meen] Ranh pi Gene AE

QLVH với phan mềm SCADA. | Phản lớn trang thet bi SCADA phải- Truyễn thông vô tuyển (wai |nhập ngoại

SCADA/MAC| phổ): tức the. tin cậy, Kin hoạt

và chủ dong.

Hỗ ug GS&DK qua mạng

-Kinh phiđầu ïư vĩ duy BOC yeu Tg Sa pedường vừa phải. QLVH độc lập với SCADA.= Các trang thiết bị cổ

VKHTLMB, | uit trong nước với gi

- Truyền thông qua mạng điện thoạinên tốc độ chậm, thường tễ tín hiệu, SCADA __ lượng đổi thắp: để kiếm, dễ thay | d8 bị nhiễu, không chủ động.

thể - Không hỗ try GS&DK qua mạng.Internet.

3 Tink joan phương ăn vận [-KmhphiđiuwKhinhiễu

ảnh "tối ưu" bằng phần mềm |Phần lớn hit bi phảinhập ngoại.

IKE 11 - Phin mém tinh toán vận bành độc

VEEIIEMN | Thiếthị SCADA có chất lượng | lập với phần mém SCADA.

SCADA | 2 vabén Sir dụng mạng điện thoại nên tốc độ

Có hỗ tự cung cắp thơng tin _|chÈm,rỄínhiệu,dễbinhiễu, chủ

tua mạng WAN. động

+ Truyén thông vô tuyển UHP.. |- Vốn đầu nla, thiết By oho ngoại

lục thời, lnh hoại và chủ động. |-Chỉ hỗ rợQ-VH đơn gián, phan

BCEOM _ | Thiếtbị SCADA có chất lượng | mém SCADA độc lập.

SCADA ao vi - Trun thơng dé bj nhiễu độ tn cậyCChỉ phí duy tr, bảo dưỡng nhỏ, ta cao.

H Kinh phí duy tì, bào đường — [-Imemetchiđẻ cập nhật chống virus

hơng nhiều - Chỉ bỗ trợ QLVH đơn giản, phần

BCEOM2_ | Các thiếtbï truyền thơng có thể | mm QLVH độc lập với SCADA.frua ở trong nước với giá thành. |- Sở dung mạng điện thoại nên tốc độ

SCADA : Nace .ằ. ...<

không cao: dễ kiếm, dễ thay thể, | chậm, thường trễ tín hiệu, ít chủ động

= Khơng hỗ try GS&DK qua mạng

5 “Trayn thông qua mạng GMS: |- Chi hd twy QLVH đơn gián, phần

_fin cậy, nh hoạt và chủ dng n QLVH độc lip với phin

HASKONING Thịát bị vì xử lý RTU có thé | SCADA.

SCADAnua ở trong nước, dễ thay thé. | Kinh phi due và duy trị bảo

Hỗ trợ GS&ĐK cục bộ qua —_ |đưỡngtrơngđối nhiều

</div>Trang 34<div class="page_container" data-page="34">

7 Truyền thông võ nyễn UHF, Thiết bị nhập ngoại

Fic thời, linh hoạt và chủ động tằm QLVH độc lập với phần[BRLISCADA[ Thiết bị SCADA có chit lượng | mềm SCADA.

sao và bên, ~ Tin hiệu dễ bị nhiễu, độ tn cậy chưa

Chỉ phí duy tri, bảo dưỡng nhỏ. |e.

Nhận xét, đánh giá và định hướng nghiên cứu.

Trên tồn quốc đã có khá nhiễu hệ thống SCADA được xây dựng nhưng các công nghệ GS&DK được sử dụng ở các hệ thống đó về cơ bản chỉ là việc ứng dụng của 1

trong số 7 mơ hình cơng ngiS&DK đã được trình bày trên đây. Các mơ hình cơng,nghệ GS&DK đó chưa hồn tồn phù hợp với điều kiện thực tế và khó có thể đượcứng dung rộng rãi với các nguyên nhân, hạn chế như đã phân tích cụ thể ở trên

Hầu hết các mơ hình cơng nghệ GS&DK và các hệ thing SCADA hiện nay chỉ mới có chức năng hỗ trợ quản lý vận hành các HTT vì ban thân chúng khơng lập ra kế hoạch vận hành HTT. Điều dé đã làm cho các công nghệ GS&DK vi các hệ thống SCADA,

kém linh hoạt, không đáp ứng được những yêu cầu GS&DK tức thời, nhanh chóng và

xử lý sự cổ,

"Để phát huy các ưu điểm và khắc phục những hạn chế, nhược điểm đã nêu, luận văn

này đã sử dụng mạng truyền thông công nghiệp và kết hợp PLC s7 ~ 1200 trong nông

nghiệp, đưa ra một số định hướng nghiên cứu cơ bản su đây:

~ Nghiên cứu hiện đại hóa QLVH và GS&DK các HTT thông qua mạng Ethernet.

Nghiên cứu từng bước hiện đại hóa giám sát, điều khiển hệ thống tưới được quản lý

‘vn hành bằng thủ công và giai đoạn qúa độ tiến tới tự động hóa.

sn đại và lựa chọn thiết bị

GS&DK di kèm hợp lý.

ctu phát triển, ứng dung công nghệ truyền thông hi

a

</div>Trang 35<div class="page_container" data-page="35">

2.5 Sơ đồ hệ thắng tưới cho nhiều đồng ruộng Sơ đồ hệ thống tưới tiêu cho nhiễu đồng nuộng gồm có: “Nhiều ruộng: Ruộng rau A; ruộng nho B; ruộng măng tây D;

Kênh tưới; kênh tiêu: van tưới; van tiêu BỊ và van tiêu B2

Bể xả; bé hút trạm bơm; nguồn nước;

‘Tram bom: 03 bom cổ cũng công suất; sử dụng nguồn điện 3 pha

Những trang tạ lớn có nhiều cánh đồng, mộng trồng nhiều loại cây trồng khác nhau,

trong luận văn này chỉ giới hạn cho 3 ruộng.

“rới: 3 bơm hoạt động luân phiên, mỗi bơm hoạt theo thời gian qui định điễu này phụ

thuộc điện tích của ruộng, thờ tết

“Tiêu: 3 bơm cũng hoạt động đến khi nào trong mộng hết nước,

Nguyên lý hoạt động của hệ thẳng:

* Chu trình tự động tưới:

</div>Trang 36<div class="page_container" data-page="36">

it đầu vào chu trình tự động tưới các cửa BX2, C12, C22, C32 được đồng lạ

mức nước đưa vào ruộng. Trong chế độ này, khi nước trong bể hút bị cạn, cảm biển.dưới (CBD) tích cục,

bể bút Khi nước tong b hút dy, cảm biển rên (CBT) ch cực, cửa bé nguồn được a bé nguồn (BN) được mỡ để cho nước từ bễ nguồn chảy vào

đồng lại

Sau khi nước trong bể hút đầy, trạm bơm bắt đầu hoạt động. Ở trạm bơm gồm 3 may

bơm làm việc luân phiên với nhau khi tưới nước.+ Máy bơm I chạy 1h, máy bơm 2 và 3 ngh.+ Máy bơm 2 chạy 1h, máy bơm I và 3 nghỉ+ Máy bơm 3 chạy 1h, máy bơm | và 2 ngh.

Wg xác định lượng nước trong

ruộng quá thấp (mức 3 - mức thấp) thì cửa 1 của các ruộng mở (C11, C21, C31) để

ura nước tr kênh tưới vào từng ruộng. Khi mức nước của từng ruộng dat mức 2 (mức

trung bình) thì cửa một của các ruộng đóng lại. Đẳng thoi 3 máy bơm ngừng chạy.

Chu trình tự động tiêu

chu trình nay các cửa BN, BXI, C11, C21, C31 được đóng hồn tồn để đảm bảo

nước trong hệ thống chỉ chảy về bé nguồn. Khi cảm biển ruộng xác định lượng nước trong mộng quá cao (mức 1 - vượt qua mức chịu đựng của cây trằng) thì cửa C12,

€22, C32 được mở, nước chảy về bể hút đến khi nào lượng nước trong ruộng đến mức

cây chịu được (mức 2 ~ mức trung bình) thì cửa C12, C22, C32 sẽ đóng lại. Khi nước

chảy về bé hút cảm biến xác nhận thì 3 máy bơm thực hiện việc tiêu nước, cổng BX2

được mở tự động theo mực nước ở bể hút để tránh bị tràn. *_ Cơ cấu vận hành:

C6 nhiệm vụ chuyển dỗi tín hiệu điều khiển thành các tín hiệu vật lí điều khiển q

trình tưới tiêu nước.

Co cầu chấp hành của hệ thống tưới tiêu bao gồm động cơ bơm, động cơ cửa công và hệ thing đền báo, cụ thể như sau

2

</div>Trang 37<div class="page_container" data-page="37">

~ Tram bơm có 3 máy bơm đặt tai trạm bơm trung tâm,

~ Ở bể nguồn có 1 cửa BN dẫn nước vào bể hút

~ Ở kênh tiêu có 3 cửa C12, C22, C32 dẫn nước vé bể nguồn, Mỗi ruộng | cửa tiêu

~ Hệ thống nút bắm và đèn báo hiệu hiển thị trạng thái làm việc của các động cơ bom

và động cơ của cổng

~ Sử dụng module analog để đọc mức nước tại mộng và hiễnthị trên min hình.

- Sử dụng các mơ dun Analog để đọc mức nước, độ ẩm, nhiệt độ, lượng mưa, đội

*ˆ Các cảm biển

(Cam biến là biến đổi các đại không điện thành đại lượng điện

Hg thống sử dụng các loại cảm biến (CB): CB mức nước bể hút, ruộng lúa; CB nhiệt độ, độ âm, lượng mưa, độ pH ở các ruộng trồng nho và hoa mu

CB mức nước ở ruộng: thơng báo kết thúc chu trình tưới nước và tiêu nước

CB trong bé hút có tác dụng điều khiển các bơm hoạt động, cửa cổng tiêu ho động.

Nhiệm vụ thiết yếu xuyên suốt đặt ra trong mô hình này là việc điều khiển các máy

bơm, cửa cổng sao cho lượng nước trong ruộng luôn ở trong một mức mà ta mong,

Việc điều khiến được tiến hành bằng máy tính và PLC S7-1200 thơng qua giao điện

điều khiển trên man hình máy tinh và chương trình điều khién trong PLC hệ thống đèn

"báo và các đèn LED trên bảng điều khiển chỉ làm nhiệm vụ hiền thị trạng thấi các bom

và cửa cổng, Trong luận văn này việc thực hiện nhiệm vụ nghiên cứu và thực hiện chương trình điều khiến dựa trên mơ bình mơ phỏng và hệ thống bảng điều khiển có

cầu của nội dung luận văn đặt ra bài toán điều khiễ in cần giải quyết là

</div>Trang 38<div class="page_container" data-page="38">

tính để thao tácViết chương trình đi khiển, sử dụng khiển nạp vào PLC dimá

điều khiễn và hiể thị theo yêu cầu côngwah tưới tiêu nước một cách hợp lí

Việc điều khiển hệ thống lúc này được thực hiện bởi PLC dựa theo các trạng thái được

thilập thơng qua giao điện máy tính.

tyễn thống nơng nghiệp là việc thực hiện một nhiệm vụ cụ thé, chẳng hạn như. trồng hoặc thu hoạch, với một ih kinh định trước, Nhưng bằng cách thu thập dữ Higa

thời gian thực về thời iế, đt và chất lượng không khí, theo dõi sự trưởng thình cũa

cây trồng và thậm chi cả trang thiết bị và chỉ phí lao động, các phân tích có thé được

sử đụng để đưa ra quyết định thông minh hơn. Đây được goi là nông nghiệp chính xác

(hoặc canh tác chính xác). Một định nghĩa của nơng nghiệp chính xác có thẻ là như.

sau: kỹ thuật dp dụng đúng số lượng đầu vào (nước, phân bón, thuốc trừ su.) vào ding vị trí và vào đúng thời điểm để tăng cường sản xuất và nâng cao chất lượng.

25

</div>Trang 39<div class="page_container" data-page="39">

3.1 Tổng quan thiết bi

Hình 3.1: CPU PLC 87-1200

Bộ điều khiển khả tình (PLC) S7-1200 mang lại tính lỉnh hoạt và site mạnh để điều khiển nhiề thiết bị da dạng hỗ trợ các yêu cầu về điều khiển tự động. Sự kết hợp giữa thiết kế thu gọn, cấu hình linh hoạt và tập lệnh mạnh mẽ đã khiến cho S7-1200 trở. thành một giải pháp hoàn hảo dành cho việc điều khiển nhiễu ứng dung da dạng khác

Kết hợp một bộ vi xử lý, một bộ nguồn tích hợp, các mạch ngõ vào và mạch ngõ ra trong một kết cấu thu gọn, CPU trong $7-1200 đã tạo ra một PLC mạnh mẽ. Sau khi người dùng tai xuống một chương trình, CPU sẽ chứa mạch logic được yêu cầu để giám sắt và điều khiển các thếtbị nằm trong ứng dung. CPU gi n sắt các ngõ vào và

làm thay đổi ngõ ra theo logic của chương trình người dùng, có thể bao gồm các hoạt động như logic Boolean, việc đêm, định thi, các phép toán phức hợp và việc truyền

thông với các thiết bị thông minh khác.

Cie kiêu CPU khác nhau cung cấp một sự đa dang các tinh năng và dưng lượng giúp, cho người ding tạo ra các giả pháp có iệu quả cho nhiều ứng dụng khác nhau:

S1-1200 bao gồm một microprocessor, một nguồn cung cắp được tích hợp sẵn, các đầu violra (DIDO).

</div>Trang 40<div class="page_container" data-page="40">

Mot số tính năng bảo mật giúp bảo vệ quyển tray cập vào cả CPU và chương tỉnh

điều khiển:

+ Tắt cả các CPU đều cung cắp bảo vệ bằng password chống truy cập vio PC,

+ Tinh năng “know-how protection” dé bảo vệ các block đặc biệt của mình S7-1200

cong cắp một công PROFINET, hỗ tg chuẩn Ethemet vi TCPAP.

$7-1200 cũng cắp một cổng PROEINET, hỗ try chuẩn Ethernet và TCPAP. Ngồi ra ban có thể ding các module truyền thông mổ rộng kết nổi bằng RS485 hoặc RS232.

Bing 3.1: So sinh các dòng CPU của $7-1200

“Chức Năng. CPUI2IIC | CPUI2I2C | CPUIIAC