(Luận văn thạc sĩ) Ứng dụng hệ thống SCADA trong quản lý vận hành hệ thống thủy lợi Kẻ Gỗ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

NGUYỄN THỊ HUYỀN NGÂN

ỨNG DỤNG HỆ THỐNG SCADA TRONG QUẢN LÝ VẬN
HÀNH HỆ THỐNG THỦY LỢI KẺ GỖ

LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI, NĂM 2018


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

NGUYỄN THỊ HUYỀN NGÂN

ỨNG DỤNG HỆ THỐNG SCADA TRONG QUẢN LÝ VẬN
HÀNH HỆ THỐNG THỦY LỢI KẺ GỖ

Chuyên ngành: Kỹ thuật tài nguyên nước
Mã số: 8 -58 - 02 -12

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS. TS. PHẠM VIỆT HÒA

HÀ NỘI, NĂM 2018

LỜI CAM ĐOAN
Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả. Các kết quả
nghiên cứu và các kết luận trong luận văn là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một
nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào. Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được
thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định.
Tác giả luận văn

Nguyễn Thị Huyền Ngân

i


LỜI CÁM ƠN
Đầu tiên, Tác giả xin gửi lời cám ơn tới Trường Đại học Thủy lợi, khoa Kỹ thuật tài
nguyên nước, phòng Đào tạo đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tác giả trong thời gian
nghiên cứu và hồn thành luận văn thạc sĩ.
Với lịng biết ơn sâu sắc nhất, tác giả xin trân trọng gửi tới người thầy hướng dẫn
nghiên cứu khoa học PGS.TS. Phạm Việt Hòa đã ln dành thời gian q báu của
mình để lắng nghe, định hướng và tận tình giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình làm
luận văn.
Tác giả xin gửi lời cám đến các thầy cô trong Hội đồng đánh giá luận văn vì đã dành
thời gian và tâm huyết để đọc và sửa chữa luận văn. Tác giả cũng vô cùng biết ơn các
thầy cơ giáo trong và ngồi Trường Đại học Thủy lợi đã có những đóng góp quý báu
giúp tác giả hoàn thiện luận văn.
Tác giả cũng xin được gửi lời cảm ơn chân thành đến Viện Kinh tế và Quản lý Thủy
lợi đã tạo mọi điều kiện cho tác giả trong suốt quá trình nghiên cứu.Tác giả xin cảm ơn
các bạn bè, đồng nghiệp đã có những chia sẻ, động viên, giúp đỡ và luôn sát cánh bên
tác giả.

Cuối cùng, tác giả xin được gửi tới những người thân trong gia đình của mình lời biết
ơn sâu sắc vì sự yêu thương và ủng hộ, dành thời gian và điều kiện tốt nhất để giúp tác
giả hoàn thành luận văn này.
Xin trân trọng cám ơn!

ii


MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH......................................................................................v
DANH MỤC BẢNG BIỂU ............................................................................................vi
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT .............................................................................. vii
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU VÀ VÙNG NGHIÊN
CỨU………………………… ........................................................................................ 4
1.1 Tổng quan về ứng dụng công nghệ tin học trong quản lý vận hành hệ thống
thủy lợi cứu ..................................................................................................................4
1.1.1

Trên thế giới ................................................................................................ 4

1.1.2

Ở Việt Nam .................................................................................................8

1.2

Tổng quan về vùng nghiên cứu ......................................................................17

1.2.1

Đặc điểm tự nhiên vùng nghiên cứu ......................................................... 17

1.2.2

Tình hình dân sinh kinh tế .........................................................................22

1.2.3

Hiện trạng thủy lợi ....................................................................................25

1.2.4

Nhu cầu sử dụng nước của hệ thống ......................................................... 27

CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ TÌNH HÌNH HIỆN TRẠNG THỦY LỢI,
NHU CẦU NƯỚC CỦA HỆ THỐNG, ỨNG DỤNG HỆ THỐNG SCADA TRONG
QUẢN LÝ VẬN HÀNH HỆ THỐNG ..........................................................................28
2.1 Cơ sở khoa học và thực tiễn để ứng dụng hệ thống SCADA vào QLVH hệ
thống thủy lợi Kẻ Gỗ .................................................................................................29
2.1.1

Thực trạng cơng trình ................................................................................29

2.1.2

Tình hình quản lý vận hành hệ thống ........................................................ 30

2.2

Lập kế hoạch sử dụng nước của hệ thống ...................................................... 36

2.2.1

Tính tốn khí tượng ...................................................................................36

2.2.2

Tính tốn xác định chế độ tưới cho các loại cây trồng ............................. 37

2.2.3

Tính tốn u cầu nước của hệ thống ....................................................... 42

2.3 Lựa chọn và ứng dụng hệ thống SCADA trong việc nâng cao hiệu quả quản
lý vận hành hệ thống thủy lợi Kẻ Gỗ.........................................................................50
CHƯƠNG 3 ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN BỐ TRÍ, PHÂN BỐ, VẬN HÀNH HỆ
THỐNG SCADA TRONG QUẢN LÝ VẬN HÀNH HỆ THỐNG THỦY LỢI KẺ
GỖ………………………….. ....................................................................................... 54
3.1

Phương án bố trí, phân bố hệ thống SCADA .................................................54
iii


3.2

Phương án vận hành hệ thống SCADA .......................................................... 64

3.2.1

Cơ chế làm việc của hệ thống SCADA Kẻ Gỗ ......................................... 64

3.2.2

Tính toán lập kế hoạch vận hành cống Kẻ Gỗ .......................................... 67

3.2.3

Các bước vận hành cho hệ thống SCADA Kẻ Gỗ .................................... 77

3.3

Đánh giá hiệu quả QLVH hệ thống thủy lợi Kẻ Gỗ ....................................... 79

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ....................................................................................... 82
1. KẾT LUẬN ............................................................................................................... 82
2. KIẾN NGHỊ .............................................................................................................. 83
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 84
PHỤ LỤC ...................................................................................................................... 85

iv


DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Hình 3.1 Bản đồ bố trí hệ thống SCADA HTTL Kẻ Gỗ ...............................................55
Hình 3.2 Sơ đồ các TLV của hệ thống SCADA Kẻ Gỗ ................................................57
Hình 3.3 Sơ đồ bố trí thiết bị tại TLV1 .........................................................................58
Hình 3.4 Sơ đồ bố trí thiết bị tại TLV2 .........................................................................59
Hình 3.5 Sơ đồ bố trí thiết bị tại TLV3 .........................................................................60

Hình 3.6 Sơ đồ bố trí thiết bị tại TLV4 .........................................................................61
Hình 3.7 Sơ đồ bố trí thiết bị tại TLV5 .........................................................................62
Hình 3.8 Sơ đồ bố trí thiết bị tại TLV6 .........................................................................63
Hình 3.9 Sơ đồ tính tốn 1 ............................................................................................. 70
Hình 3.10 Sơ đồ tính tốn 2 ........................................................................................... 71
Hình 3.11 Quan hệ Q ~ a ............................................................................................... 75

v


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Nhiệt độ trung bình khu vực .......................................................................... 19
Bảng 1.2 Độ ẩm tương đối trung bình (%).................................................................... 19
Bảng 1.3 Lượng bốc hơi trung bình tháng (mm) .......................................................... 19
Bảng 1.4 Lượng mưa trung bình tháng (mm) ............................................................... 20
Bảng 1.5 Tốc độ gió (m/s) cao độ 3m ........................................................................... 20
Bảng 1.6 Số giờ nắng .................................................................................................... 20
Bảng 1.7 Các chỉ tiêu cơ lý của đất ............................................................................... 21
Bảng 1.8 Tình hình dân số các huyện vùng dự án ........................................................ 22
Bảng 1.9 Phân đoạn kênh chính .................................................................................... 26
Bảng 1.10 Các kênh cấp II, hệ thống tưới Kẻ Gỗ ......................................................... 26
Bảng 1.11 Nhu cầu nước cho tưới các loại cây trồng ................................................... 27
Bảng 1.12 Bảng tổng hợp nhu cầu dùng nước toàn hệ thống ....................................... 28
Bảng 2.1 Cơ cấu cây trồng ............................................................................................ 31
Bảng 2.2 Lịch thời vụ .................................................................................................... 31
Bảng 2.3: Thời vụ và công thức tưới tăng sản cho lúa chiêm ....................................... 31
Bảng 2.4 Thời kỳ sinh trưởng và công thức tưới tăng sản của khoai lang.................... 32
Bảng 2.5 Thời vụ và công thức tưới tăng sản cho lúa hè thu ........................................ 32
Bảng 2.6 Thời vụ và công thức tưới tăng sản cho lúa mùa ........................................... 32
Bảng 2.7 Lượng bốc hơi ETo vụ chiêm ........................................................................ 39

Bảng 2.8 Hệ số tưới đã hiệu chỉnh của hệ thống........................................................... 44
Bảng 2.9 Tính lưu lượng tại đầu các kênh cấp 2 ........................................................... 46
Bảng 2.10 Tính tốn lưu lượng tại đầu hệ thống........................................................... 47
Bảng 2.11 Quá trình lưu lượng ở đầu hệ thống ............................................................. 48
Bảng 2.12 Bảng tổng hợp nhu cầu dùng nước cho Thủy sản ....................................... 49
Bảng 2.13 Bảng tổng hợp nhu cầu dùng nước của hệ thống......................................... 50
Bảng 3.1: Trạm làm việc và các thông số đo đạc tương ứng của hệ thống SCADA .... 56
Bảng 3.2 Kết quả tính tốn chiều sâu nước trong kênh hạ lưu ..................................... 69
Bảng 3.3 Tính tốn xác định quan hệ (Q ~ a) ............................................................... 72
Bảng 3.4 Kế hoạch vận hành cống lấy nước ................................................................. 76

vi


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
CTTL

Cơng trình thủy lợi

FAO

Tổ chức lương thực và nông nghiệp của Liên hợp quốc

GS&ĐK

Giám sát và điều khiển

HTT

Hệ thống tưới

HTTL

Hệ thống thủy lợi

IMC

Công ty quản lý khai thác cơng trình thủy lợi

NNPTNT

Nơng nghiệp phát triển nông thôn

QLVH

Quản lý vận hành

SCADA

Giám sát điều khiển và thu thập dữ liệu

TLV

Trạm làm việc

TTĐK

Trung tâm điều khiển

vii

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của Đề tài
Với mục tiêu đẩy mạnh cơng nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, xây dựng nền kinh tế
độc lập, đưa nước ta trở thành nước công nghiệp theo hướng hiện đại vào năm 2020,
trước hết nơng nghiệp phải phát triển lên một trình độ mới. Để đáp ứng mục tiêu đó,
cơng tác thủy lợi phục vụ sản xuất nông nghiệp là rất quan trọng. Việc quản lý vận
hành khai thác các hệ thống tưới sao cho hợp lý, hiệu quả và đáp ứng yêu cầu nước đặt
ra còn quan trong hơn. Tuy nhiên, theo đánh giá thưc trạng hiện nay các cơng trình
thủy lợi phục vụ nơng nghiệp của Việt Nam cịn kém phát triển chưa khai thác được
hết năng lực thiết kế của cơng trình. Vậy có sự khác nhau lớn giữa năng lực thiết kế và
năng lực thực tế khi đi vào vận hành của hệ thống là do đâu? Trước tiên là do chất
lượng cơng trình, sau một thời gian dài sử dụng lại không được thường xuyên đầu tư
sửa chữa, cơng trình bị xuống cấp, làm suy giảm năng lực tưới tiêu. Chính vì ngun
nhân này mà rất nhiều nơi chủ yếu chỉ quan tâm đến chất lượng công trình tức là chỉ
tập trung xây dựng, tu bổ cơng trình. Nhưng có một ngun nhân rất quan trọng mà
nhiều nơi chưa nhận thức đúng và đầy đủ đó là tầm quan trọng của công tác quản lý
vận hành hệ thống thủy lợi.
Điều đó đặt ra cho chúng ta những vấn đề cấp thiết là làm thế nào để nâng cao hiệu
quả quản lý vận hành hệ thống thủy lợi?
Hiện nay, nhìn về tổng thể thì chất lượng quản lý vận hành các hệ thống thủy lợi ở
Việt Nam vẫn cịn hạn chế chưa đi sâu về ứng dụng cơng nghệ, khoa học kỹ thuật mà
chủ yếu dựa vào kinh nghiệm, thủ tục hành chính, việc đổi mới diễn ra còn chậm và
chưa được xem trọng. Hệ thống thủy lợi Kẻ Gỗ là hệ thống được nâng cấp hiện đại
hóa theo những tiến bộ khoa học kỹ thuật mới và được tài trợ bởi WB để hiện đại hóa
hệ thống. Công ty quản lý hệ thống thủy lơi Kẻ Gỗ ln cố gắng hồn thành tốt cơng
tác quản lý nước và cơng trình, cơng tác phịng chống lụt bão, đảm bảo tuyệt đối an
tồn cho các cơng trình hệ thống thủy lợi phục vụ kịp thời tưới tiêu cho sản xuất nông

nghiệp và dân sinh kinh tế trên địa bàn. Tuy vậy, chất lượng, hiệu quả quản lý vận
hành hệ thống thủy lợi Kẻ Gỗ cũng như nhiều hệ thống thủy lợi ở Việt Nam chưa cao.
1


Vì vậy, với đề tài “Ứng dụng hệ thống SCADA trong quản lý vận hành hệ thống
thủy lợi Kẻ Gỗ” em sẽ đưa ra phương án bố trí, phân bố và vận hành hệ thống
SCADA trong quản lý vận hành cống lấy nước và hồ chứa của hệ thống thủy lợi Kẻ
Gỗ dựa trên các cơ sở khoa học tin cậy, chính xác nhằm mục đích nâng cao hiệu quả
quản lý vận hành hệ thống.
2. Mục đích của Đề tài
Phân tích, đánh giá hiện trạng thủy lợi cũng như nhu cầu nước và Đề xuất phương án
bố trí, phân bố, vận hành hệ thống SCADA trong công tác quản lý vận hành hệ thống
thủy lợi Kẻ Gỗ.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu: hệ thống thủy lợi Kẻ Gỗ.
Phạm vi nghiên cứu: xác định được hiện trạng thủy lợi, nhu cầu sử dụng nước trên hệ
thống thủy lợi Kẻ Gỗ.
4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
4.1. Cách tiếp cận
Tiếp cận tổng hợp và liên ngành;
Tiếp cận kế thừa có chọn lọc và bổ sung;
Tiếp cận các phương pháp, công cụ hiện đại trong nghiên cứu.
4.2. Phương pháp nghiên cứu
Luận văn sử dụng các phương pháp nghiên cứu sau đây:
- Phương pháp kế thừa, áp dụng có chọn lọc sản phẩm khoa học và cơng nghệ;
- Phương pháp điều tra, thu thập;
- Phương pháp phân tích thống kê các số liệu đã có;
5. Các kết quả dự kiến đạt được
Luận văn sẽ đạt được các kết quả chính sau:

2


- Đánh giá hiện trạng thủy lợi, nhu cầu sử dụng nước của hệ thống, cũng như thực tế
việc quản lý vận hành, khai thác của hệ thống thủy lợi Kẻ Gỗ.
- Đánh giá những lợi ích trong việc nâng cao hiệu quả quản lý vận hành HTTL Kẻ Gỗ
khi ứng dụng hệ thống SCADA.
- Đề xuất phương án bố trí, phân bố và vận hành hệ thống SCADA trong công tác
quản lý vận hành HTTL Kẻ Gỗ.

3


CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU VÀ VÙNG
NGHIÊN CỨU
1.1 Tổng quan về ứng dụng công nghệ tin học trong quản lý vận hành hệ thống
thủy lợi
1.1.1 Trên thế giới
Hiện nay, các cơng trình nghiên cứu về mơ hình giám sát và điều khiển tự động từ xa
đều đi sâu nghiên cứu xây dựng các thuật toán, phần mềm tính tốn quản lý vận hành
và ứng dụng các công nghệ tiên tiến, hiện đại trong việc giám sát, điều khiển tự động
các CTTL từ trung tâm điều hành. Dưới đây sẽ trình bày tổng quan về đặc tính, chức
năng của một số mơ hình SCADA tiêu biểu đã được cơng bố thơng qua các cơng trình
nghiên cứu trên thế giới.
a. Quản lý dòng chảy và chất lượng nước (FQM – Flow and Quality Management)
Từ những năm 1980, với các kết quả nghiên cứu về quản lý dòng chảy và chất lượng
nước, Công ty Rubicon Systems của Australia đã xây dựng và phát triển mơ hình
FQM. Mơ hình đó gồm 3 module chính:
- Lập kế hoạch tưới (Irrigation Planning Module);

- Mô phỏng (Simulation) hệ thống tưới;
- Giám sát (Surveillance) và điều khiển tự động các cơng trình thủy lợi từ xa.[1]
Module lập kế hoạch tưới có chức năng hàng ngày cập nhật yêu cầu dùng nước do các
hộ dùng nước đặt hàng thông qua mạng điện thoại chuyên dùng có lắp đặt hệ thống
IVR kết nối với cơ sở dữ liệu lưu trữ trong máy chủ ở trung tâm điều khiển. Trên cơ sở
đó, module này sẽ lập kế hoạch vận hành hệ thơng tưới (HTT). Vì vậy, hoạt động của
hệ thống SCADA đạt hiệu quả cao, thường xuyên đáp ứng được các yêu cầu dùng
nước…
b. Quản lý vận hành với sự trợ giúp của máy tính (EAO - Exploitation Assistée par
Ordinateur)

4


Với cơng trình nghiên cứu này. Hiệp hội quản lý kênh Provence của Pháp đã xây dựng
và phát triển mô hình EAO. Mơ hình này được áp dụng khá thành công và hiệu quả
trong việc quản lý điều hành HTTL Provence cung cấp nước cho cả một vùng rộng lớn
thuộc miền Bắc nước Pháp.
EAO cho phép giám sát và điều khiển các cơng trình thủy lợi tự động từ một trung tâm
GS&ĐK (CGTC - Centre Général de Télécontrôle) và từ một số trạm lẻ. Việc vận
hành các cơng trình phân phối, điều tiết nước trên hệ thống tưới được thực hiện theo
nguyên tắc điều khiển “tối ưu” những thông số làm việc...
c. Hệ thống đo đạc và điều khiển từ xa (TC/TM - Tele-Control/Tele-Metering
Trong cơng trình nghiên cứu này, Trường Đại học Quốc gia Seoul đã thiết lập mơ hình
TC/TM để trợ giúp cho việc quản lý điều hành tự động hệ thống tưới Maeho ở Hàn
Quốc. Mơ hình được đưa vào sử dụng từ cuối năm 1997 với 3 hệ thống thành phần:
- Hệ thống thu thập thông tin, truyền thông theo phương thức điện thoại qua modem
(thiết bị định tuyến trên mạng Internet) và quản lý thông tin;
- Hệ thống trợ giúp cho việc lập kế hoạch tưới;
- Hệ thống trợ giúp ra quyết định QLVH (sử dụng kỹ thuật cuốn trình đơn - menu).

d. Mơ hình giám sát và điều khiển Klamath (Klamath SCADA)
Mơ hình Klamath SCADA do Trung tâm đào tạo và nghiên cứu tưới thuộc Trường đại
học Bách khoa California (Hoa Kỳ) xây dựng và phát triển từ năm 2001. Thiết bị điều
khiển bao gồm cả các RTU và PLC. Phần mềm SCADA được viết bằng ngơn ngữ lập
trình LookOut. Thiết bị truyền thơng được sử dụng là các bộ thu phát vô tuyến trải phổ
SM (sử dụng pin năng lượng mặt trời).[2]
Klamath SCADA có chức năng tính tốn bốc thốt hơi nước của cây trồng và lập kế
hoạch tưới nên các thông số điều khiển cơng trình khá sát với u cầu thực tế...
e. Giám sát nước - cây trồng và hệ thống thông tin quản lý (CWMIS - Crop-Water
Monitoring and Information System)

5


Với các kết quả nghiên cứu về hệ thống giám sát nước và cây trồng, Trung tâm nghiên
cứu tài nguyên nước thuộc Trường Đại học Utah (Hoa Kỳ) đã xây dựng và phát triển
một mơ hình mới là CWMIS. Nó cho phép theo dõi diễn biến lớp nước mặt ruộng và
độ ẩm trong đất thông qua vệ tinh.
Cán bộ quản lý hệ thống tưới và người nơng dân có thể tính được thời gian cùng lượng
nước cần tưới trong vịng 16 ngày tiếp theo.[3][4]
CWMIS được thực hiện hoàn toàn trên mạng Internet và sử dụng cơng nghệ Google
Maps nên nó rất thuận tiện và dễ dàng cho người sử dụng. Có thể sử dụng mơ hình
thơng qua điện thoại di động.
f. Mơ hình kết nối đồng ruộng (FarmConnect Model)
Mơ hình FarmConnect mới được Công ty Rubicon xây dựng và phát triển gần đây.
Các module phần cứng và phần mềm của FarmConnect được thiết kế, xây dựng đồng
bộ (tích hợp) và thực hiện thơng qua mạng Internet. Mơ hình này cho phép giám sát
tình trạng cây trồng và quản lý hệ thống tưới tự động từ xa nhờ những cảm biến độ ẩm,
mực nước và thiết bị điều khiển tự động các cửa lấy nước.[5][6]
 Ưu điểm:

- Hầu hết các mô hình SCADA đều có chức năng giám sát những số liệu quan trắc
định kỳ (từ vài giây, 10 phút, 15 phút hoặc lâu hơn) về các yếu tố khí tượng, lớp nước
mặt ruộng, độ ẩm trong tầng đất nuôi cây và mực nước tại các cơng trình, vị trí cần
thiết. Do đó, kết quả lập và hiệu chỉnh kế hoạch tưới, kế hoạch vận hành hệ thống khá
chính xác, đáp ứng tốt các dịch vụ cung cấp nước, hiệu quả QLVH cao;
- Phần mềm SCADA thường được thiết kế và xây dựng đồng bộ với phần mềm quản
lý vận hành HTT nên các mơ hình khá linh hoạt, xử lý thơng tin nhanh chóng, đáp ứng
được u cầu GS&ĐK tức thời.
 Hạn chế:

6


- Phần mềm tính tốn SCADA hầu như hồn tồn độc lập với phần mềm QLVH nên
khó có thể đáp ứng kịp thời QLVH khi nhu cầu dùng nước và khả năng cung cấp của
nguồn nước thay đổi;
- Hiện nay, hầu hết các mơ hình cơng nghệ SCADA chỉ chủ yếu thực hiện các chức
năng “tự nhiên“ của chúng là giám sát và điều khiển HTT theo một mục tiêu duy nhất
sao cho cung cấp đủ nước mà chưa chú trọng đến mục tiêu hiệu quả tổng thể của HTT;
- Kinh phí đầu tư và duy trì, bảo dưỡng các hệ thống SCADA lớn;
- Những trang thiết bị truyền thông, GS&ĐK trong các mơ hình SCADA ở nước ngồi
đều là nhập ngoại, đắt tiền từ các hãng nổi tiếng như Allen Bradley, National
Intruments, Siemens, Motorola,... Hơn nữa, nhiều trang thiết bị đó phải đi kèm với
dịch vụ kỹ thuật trọn gói như mơ hình CWMIS, FarmConnect và các phần mềm đắt
tiền dùng cho lập trình SCADA, Internet từ những hãng nổi tiếng như Wonderware
(InTouch), National Intruments (LookOut), Interlution,....
 Nhận xét và đánh giá
Với những kết quả nghiên cứu tổng quan và phân tích ưu, nhược điểm trên đây của các
mơ hình giám sát và điều khiển tự động từ xa, có thể rút ra các nhận xét, đánh giá sau
đây:

- Trên thế giới, mỗi một mơ hình SCADA được xây dựng thường chỉ là để áp dụng cho
một HTT cụ thể có những điều kiện riêng biệt... Chưa có mơ hình SCADA thích hợp
nào có thể ứng dụng trực tiếp trong điều kiện Việt Nam;
- Ở nước ta, quá trình và tốc độ ứng dụng các công nghệ mới, hiện đại nói chung và
ứng dụng cơng nghệ SCADA nói riêng thường rất chậm. Vì vậy, muốn phát huy những
tính năng ưu việt của công nghệ SCADA trong quản lý vận hành các HTT cần phải
định hướng nghiên cứu sao cho với những HTT được quan trắc, vận hành thủ công;
rồi cả những HTT được quan trắc, vận hành bán tự động vẫn có thể được hỗ trợ và
giám sát, điều khiển nhờ các chức năng có thể của hệ thống SCADA...;

7


- Phần mềm SCADA cần được nghiên cứu thiết kế và xây dựng đồng bộ với phần mềm
quản lý vận hành HTT mới có thể đáp ứng được những yêu cầu lưu trữ, truy cập xử lý
thơng tin nhanh chóng và GS&ĐK tức thời dựa trên các số liệu quan trắc;
- Hiện nay, các mơ hình cơng nghệ SCADA chỉ chủ yếu thực hiện các chức năng “tự
nhiên“ của chúng là giám sát và điều khiển HTT sao cho cung cấp đủ nước mà chưa
chú trọng đến mục tiêu hiệu quả tồn diện của HTT. Do đó, ở nước ta cần nghiên cứu
xây dựng mơ hình hiện đại hóa theo định hướng công nghệ SCADA tin cậy, linh hoạt;
- Cần nghiên cứu phát triển các mơ hình SCADA theo xu hướng khai thác triệt để tính
ưu việt về truyền thơng của mạng Internet cũng như mạng thông tin di động toàn cầu...
Từ các nhận xét, đánh giá trên đây cho thấy: việc nghiên cứu xây dựng mơ hình hiện
đại hóa quản lý vận hành HTT ở Việt Nam cần theo định hướng công nghệ SCADA
tin cậy, khả thi, tiện lợi, nội địa hóa và giá thành thấp...
1.1.2 Ở Việt Nam
1.1.2.1Mơ hình SCADA/MAC
Sản phẩm của đề tài NCKH trọng điểm cấp Bộ: “Nghiên cứu áp dụng khoa học công
nghệ tiên tiến từng bước hiện đại hố cơng tác quản lý điều hành hệ thống thuỷ nông
Phù Sa, Hà Tây” là mô hình SCADA/MAC được hồn thiện và áp dụng lần đầu tiên

tại HTTN Phù Sa vào năm 2002. Mơ hình và phần mềm SCADA/MAC đã được Bộ
Khoa học và Công nghệ, Uỷ ban Nhân dân Thành phố Hà Nội và Uỷ ban Nhân dân
Thành phố Hồ Chí Minh cấp giấy Chứng nhận Công nghệ và tặng Huy chương vàng
“Hội chợ Công nghệ và Thiết bị Việt Nam - TechMart 2003” theo Quyết định số
1969/QĐ-BKHCN ngày 14/10/2003. Tác giả của luận án này là chủ nhiệm đề tài nói
trên và cũng chính là tác giả của mơ hình SCADA/MAC.Mơ hình SCADA/MAC gồm
có 5 thành phần chính:[7]
- Thành phần thứ nhất: “Lập kế hoạch quản lý khai thác tài nguyên (Đất – Nước – Cây
trồng)“ cho phép thiết lập mơ hình hóa và giải bài toán quy hoạch đa mục tiêu sử dụng
”tối ưu” tài nguyên: đất, nước, cây trồng trên HTT;

8


- Thành phần thứ hai: “Lập kế hoạch quản lý tưới“ là cơng cụ tính tốn nhu cầu nước
của các loại cây trồng và lập kế hoạch dùng nước;
- Thành phần thứ ba: ”Lập kế hoạch quản lý vận hành HTT” có chức năng tính tốn
các thơng số vận hành các cơng trình thủy lợi và GS&ĐK tự động tại chỗ;
- Thành phần thứ 4: ”Giám sát và điều khiển tự động từ xa (SCADA)” cho phép thiết
lập hệ thống SCADA quan trắc, theo dõi lớp nước mặt ruộng, độ ẩm trong tầng đất
ni cây, các yếu tố khí tượng chính, mực nước tại những vị trí cần thiết; trạng thái
đóng, mở và độ mở cửa cống; trạng thái bật, tắt các máy bơm,... cùng với chức năng
điều khiển các cửa cống và máy bơm,...;
- Thành phần thứ 5: ”Đánh giá hiệu quả quản lý vận hành HTT” bằng phần mềm trực
tuyến OIBS chạy trên mạng Internet, cho phép tính tốn ra 4 nhóm chỉ số về: vận
hành, kinh tế, tài chính và mơi trường...
a. Ưu điểm
Mơ hình SCADA/MAC được xây dựng, phát triển dựa trên các mơ hình và hệ thống
giám sát, điều khiển: FQM, Goulburn Murray SCADA của Australia; Klamath
SCADA của Hoa Kỳ, Mekoroth SCADA của Israel,… Vì vậy, về cơ bản

SCADA/MAC có các ưu điểm như của mơ hình FQM và Clamath SCADA đã được
nêu trong phần 1.1.1. Ngồi ra, nó cịn có những ưu điểm khác được liệt kê dưới đây:
- Mơ hình sử dụng ngơn ngữ lập trình Microsoft Visual Basic và hệ quản trị cơ sở dữ
liệu Microsoft SQL Server để lập trình SCADA nên giá thành rẻ và hoàn toàn chủ
động phát triển;
- Phần lớn thiết bị giám sát và điều khiển (cảm biến và PLC) có thể mua của các hãng
nổi tiếng như Omron (Nhật Bản), Istec (Hàn Quốc) với chất lượng tin cậy và giá cả
hợp lý (chỉ bằng khoảng 1/3 ÷ 1/4 so với mua của các hãng châu Âu, châu Mỹ);
- Giao diện phần mềm SCADA có thể được hiển thị, giám sát và điều khiển từ xa qua
mạng Internet nhờ phần mềm PCAnywhere. Do đó, các cán bộ lãnh đạo công ty và

9


phịng kỹ thuật có thể sử dụng những thơng tin GS&ĐK tức thời, phục vụ kịp thời cho
việc ra quyết định khi cần thiết...
Năm 2010 hệ thống SCADA/MAC được ứng dụng thử nghiệm ở HTTN Phước Thiện
(Ninh Thuận), khi đó sử dụng hệ thống truyền thông vô tuyến qua các modem trải phổ
(SM)...
b. Nhược điểm
Kinh phí đầu tư và duy trì hệ thống GS&ĐK khá lớn, nhất là khi sử dụng hệ thống
truyền thông của hãng Motorola bao gồm CPM-M MOSCAD, MOSCAD RTUs, GM
300, GM 332, các thiết bị chống sét và phí thuê bao tần số.
c.Phạm vi và khả năng ứng dụng
Có thể áp dụng tốt cho các HTT tương tự như HTT Phù Sa và có tính ưu việt khi xây
dựng lắp đặt hệ thống GS&ĐK ở các vùng khơng có mạng điện thoại cơng cộng và
Internet.
1.1.2.2 Mơ hình VKHTLMB SCADA
Cơng trình nghiên cứu này do Viện khoa học thủy lợi miền Bắc (trước đây) thực hiện
Sản phẩm là mơ hình VKHTLMB SCADA được nghiên cứu xây dựng và phát triển

chủ yếu dựa trên các mơ hình - hệ thống SCADA của các nước châu Âu và được ứng
dụng lần đầu tại HTTN Ấp Bắc - Nam Hồng (Đơng Anh, Hà Nội).
Mơ hình VKHTLMB SCADA gồm có 3 thành phần chính :[8]
- Trung tâm GS&ĐK;
- Hệ thống truyền thông tin hữu tuyến thông qua các máy điện thoại quay số của Việt
Nam. Các giao diện GS&ĐK chỉ được hiển thị tại trung tâm GS&ĐK. Gần đây, mơ
hình GS&ĐK này được cải tiến và chuyển dần sang dùng hệ thống truyền thông vô
tuyến...;
- Các thiết bị đầu cuối (RTU, PLC và cảm biến). Một số thiết bị vi xử lý được cải tiến
và do Viện khoa học thủy lợi miền Bắc (trước đây) tự chế tạo.

10


a. Ưu điểm
- Kinh phí đầu tư và duy trì hệ thống GS&ĐK không nhiều, thiết bị dễ kiếm và dễ thay
thế. Chi phí quản lý, duy tu bảo dưỡng hồn tồn do phía bưu điện đảm nhiệm;
- Các trang thiết bị có thể tự sản xuất với giá thành tương đối thấp...
b. Nhược điểm
- Phần mềm SCADA độc lập với phần mềm QLVH HTT nên mơ hình này kém linh
hoạt, xử lý thông tin chậm chạp không đáp ứng được yêu cầu GS&ĐK tức thời;
- Các thông tin giám sát về mực nước, độ mở cống, trạng thái làm việc của máy bơm
và lệnh điều khiển được truyền qua mạng điện thoại nên mất thời gian quay số, tốc độ
truyền chậm, chu kỳ quét thường không được liên tục do hiện tượng trễ tín hiệu và
phải quay số lại, Các tín hiệu truyền qua mạng điện thoại có chất lượng không ổn định
và dễ bị ảnh hưởng của các nhiễu do thời tiết và các yếu tố bất thường;
- Cán bộ lãnh đạo công ty không được cung cấp, cập nhật các thông tin GS&ĐK một
cách tức thời, các cơ sở dữ liệu được lưu trữ thường thưa/gián đoạn, khó phục vụ kịp
thời cho người quản lý ra quyết định khi khẩn cấp...;
- Không chủ động được các trang thiết bị truyền thông tin;

- Thường các thiết bị GS&ĐK có chất lượng và tuổi thọ khơng cao.
c. Phạm vi và khả năng ứng dụng
Có thể áp dụng tốt cho các HTT có quy mơ nhỏ và địa hình khơng phức tạp. Khơng
thể áp dụng cho các vùng khơng có mạng điện thoại công cộng và Internet.
Trong những năm vừa qua, mơ hình GS&ĐK này đã thường xun được cải tiến và áp
dụng ở một số hệ thống thủy lợi khác như Cấm Sơn – Cầu Sơn, HTTN Hồng Vân,
HTTN Đồng Cam,...

11


1.1.2.3 Mơ hình VKHTLMN SCADA
Mơ hình VKHTLMN SCADA được nghiên cứu và phát triển chủ yếu dựa trên các mơ
hình - hệ thống SCADA của các nước châu Á và châu Âu.
Mơ hình này được ứng dụng lần đầu tại HTTL Gị Cơng (Tiền Giang). Mơ hình
VKHTLMN SCADA gồm có 5 thành phần chính:[8]
- Trung tâm GS&ĐK;
- Mạng diện rộng (WAN);
- Hệ thống truyền thông ban đầu thông qua các máy điện thoại quay số, sau đó là nhờ
mạng WAN. Các giao diện giám sát và điều khiển chỉ được hiển thị tại trung tâm
GS&ĐK và khi cần được truyền về đài truyền hình địa phương...;
- Các thiết bị điều khiển: dùng cả RTU, PLC;
- Các thiết bị đầu cuối (cảm biến).
a. Ưu điểm
- Kinh phí đầu tư và duy trì hệ thống GS&ĐK khơng nhiều, phần lớn các thiết bị dễ
kiếm và dễ thay thế. Chi phí quản lý, duy tu bảo dưỡng cũng không nhiều lắm;
- Một số trang thiết bị có thể tự sản xuất hoặc mua ở trong nước với giá thành thấp;
- Tương đối chủ động được các trang thiết bị truyền thông tin.
b. Nhược điểm
- Các thông tin giám sát về mực nước, độ mở cống, trạng thái làm việc của máy bơm

và điều khiển được truyền qua mạng điện thoại và mạng WAN nên tốc độ truyền dữ
liệu không nhanh, chu kỳ quét thường chậm và thưa. Các tín hiệu truyền qua mạng
WAN có chất lượng khơng ổn định và dễ bị ảnh hưởng của các nhiễu do thời tiết;
- Phần mềm SCADA độc lập với phần mềm quản lý vận hành HTT nên mơ hình
VKHTLMN SCADA kém linh hoạt, xử lý thơng tin chậm chạp không đáp ứng được
yêu cầu GS&ĐK tức thời;
12


- Cán bộ lãnh đạo công ty không được cung cấp, cập nhật các thông tin GS&ĐK một
cách tức thời, các cơ sở dữ liệu được lưu trữ thường thưa/gián đoạn, khó phục vụ kịp
thời cho người quản lý ra quyết định điều khiển...
c. Phạm vi và khả năng ứng dụng
Có thể áp dụng phù hợp cho các HTT quy mơ nhỏ và địa hình khơng phức tạp. Khơng
thể áp dụng cho các vùng khơng có mạng điện thoại cơng cộng và Internet...
1.1.2.4 Mơ hình BCEOM1 SCADA
Mơ hình BCEOM1 SCADA là một trong 4 mơ hình SCADA do Dự án VWRAP
nghiên cứu và ứng dụng tại HTTL Yên Lập .[9]
a. Ưu điểm
- Sử dụng hệ thống truyền thông vô tuyến UHF: tức thời, linh hoạt và chủ động;
- Thiết bị SCADA có chất lượng cao và bền;
- Chi phí duy trì, bảo dưỡng nhỏ.
b. Nhược điểm
- Kinh phí đầu tư lớn;
- Trang thiết bị SCADA phải nhập ngoại;
- Phần mềm SCADA độc lập với phần mềm quản lý vận hành HTT nên mơ hình này
kém linh hoạt, xử lý thơng tin chậm không đáp ứng được yêu cầu GS&ĐK tức thời;
- Khơng điều khiển tự động từ xa hồn tồn, chỉ hỗ trợ QLVH đơn giản;
- Truyền thông dễ bị nhiễu, độ tin cậy chưa cao;
- Có truy cập Internet nhưng chỉ để cập nhật dữ liệu phần mềm chống virus...

c. Phạm vi và khả năng áp dụng
Có thể áp dụng khá phù hợp cho các HTT có quy mơ nhỏ và địa hình khơng phức tạp
lắm nhưng vẫn có nhiều nhược điểm, hạn chế đã nêu trên.
13


1.1.2.5 Mơ hình BCEOM2 SCADA
Mơ hình BCEOM2 SCADA do Cơng ty tư vấn BCEOM nghiên cứu, thiết kế và ứng
dụng tại HTTL Cầu Sơn - Cấm Sơn.[10][11]
a. Ưu điểm
- Kinh phí duy trì, bảo dưỡng khơng nhiều;
- Các thiết bị truyền thơng có thể mua ở trong nước với giá thành không cao; dễ kiếm,
dễ thay thế...
b. Nhược điểm
- Chỉ hỗ trợ QLVH đơn giản;
- Phần mềm SCADA độc lập với phần mềm QLVH nên mơ hình BCEOM2 SCADA
kém linh hoạt, xử lý thông tin chậm không đáp ứng được yêu cầu GS&ĐK tức thời;
- Sử dụng mạng điện thoại cơng cộng nên tốc độ chậm, thường bị trễ tín hiệu, dễ bị
nhiễu, không chủ động;
- Không hỗ trợ GS&ĐK qua mạng Internet.
c.Phạm vi và khả năng áp dụng
Có thể chỉ áp dụng được cho các HTT quy mô nhỏ, địa hình khơng phức tạp và có sẵn
mạng điện thoại cơng cộng nhưng vẫn có nhiều nhược điểm, hạn chế như đã nêu trên.
1.1.2.6 Mơ hình HASKONING SCADA
Mơ hình HASKONING SCADA là một trong 4 mơ hình SCADA do Dự án VWRAP
nghiên cứu và ứng dụng tại HTTL Phú Ninh (Công ty tư vấn HASKONING nghiên
cứu xây dựng) .
a. Ưu điểm:
- Truyền thông qua mạng GMS: tin cậy, linh hoạt và chủ động;
- Các thiết bị vi xử lý RTU có thể mua ở trong nước; dễ kiếm, dễ thay thế;

14


- Hỗ trợ GS&ĐK cục bộ qua Internet.
b. Nhược điểm:
- Chỉ hỗ trợ QLVH đơn giản;
- Phần mềm SCADA độc lập với phần mềm quản lý vận hành HTT nên mơ hình
HASKONING SCADA kém linh hoạt, xử lý thơng tin chậm chạp không đáp ứng được
yêu cầu GS&ĐK tức thời;
- Kinh phí đầu tư và duy trì, bảo dưỡng lớn...
c. Phạm vi và khả năng áp dụng:
Có thể áp dụng tương đối thích hợp chỉ với các HTT có quy mơ nhỏ và vừa, địa hình
phức tạp và có sẵn mạng thơng tin di động tồn cầu. Tuy vậy, khó có thể khắc phục
được những nhược điểm, hạn chế đã nêu trên.
1.1.2.7Hệ thống SCADA cho kênh chính Dầu Tiếng và hệ thống tưới Củ Chi (Mơ hình
BRLI SCADA)
Mơ hình BRLI SCADA cũng là một trong 4 mơ hình SCADA do Dự án VWRAP
nghiên cứu và ứng dụng tại HTTL Dầu Tiếng (Công ty tư vấn BRLI nghiên cứu xây
dựng) .[12]
a. Ưu điểm:
- Sử dụng hệ thống truyền thông vô tuyến UHF: tức thời, linh hoạt và chủ động;
- Thiết bị SCADA có chất lượng cao và bền;
- Chi phí duy trì, bảo dưỡng nhỏ;
b. Nhược điểm:
- Kinh phí đầu tư khá lớn;
- Trang thiết bị SCADA phải nhập ngoại;

15