Tài liệu Giá trị của công nghệ không dây docx

Giá trị của công nghệ không dây
Công nghệ truyền thông không dây tại hiện trường ngày càng được áp dụng rộng rãi
trong ngành công nghiệp chế biến, đồng thời cũng đang có được những ứng dụng hữu ích
trong ngành điện
Bộ chuyển phát không dây
. Với tính năng vượt trội như chi phí thấp, độ tin cậy cao, an ninh và dễ sử dụng, các hệ
thống không dây mới nhất đang ngày càng chứng tỏ khả năng của chúng trong nhà máy
điện, thể hiện qua một số ứng dụng cải tiến đem lại kết quả rất tốt. Ví dụ như:
• Một tổ máy tuabin khí 500 MW đã tiết kiệm được tới 75.000 USD nhờ lắp đặt thiết bị
không dây cho các công trình cách biệt bảo vệ hệ thống bơm khỏi tác động của hiện
tượng nước đóng băng.
• Truyền dữ liệu liên tục về tính năng hoạt động của máy bơm nước cấp lò hơi và bộ gia
nhiệt không khí bằng công nghệ không dây đã tiết kiệm 50% chi phí so với lắp đặt thiết
bị hữu tuyến.
• Các nhóm phân tích chịu trách nhiệm theo dõi tính năng hoạt động của 140 nhà máy
điện ở Mêhicô đã mở rộng phạm vi hoạt động và tăng doanh thu dịch vụ trên 500.000
USD nhờ sử dụng các thiết bị không dây, thu nhận được các phép đo cơ bản về lưu
lượng, áp suất và nhiệt độ đối với các mô hình hiệu suất nhiệt.
Trước hết, xét về cơ cấu chi phí, công nghệ không dây hết sức hấp dẫn vì nhà máy có thể
tiết kiệm tới 90% chi phí so với lắp đặt thiết bị hữu tuyến. Ngoài việc giảm thiểu chi phí
cáp truyền, kỹ thuật, khảo sát thực địa, thiết kế và cung cấp tài liệu cộng với các chi phí
liên quan tới nguyên tắc an toàn và sức khoẻ, công nghệ không dây giúp thực hiện những
phép đo chưa từng thực hiện được trước đây và theo dõi các điểm trọng yếu. Bộ chuyển
phát không dây thường được lắp đặt ở những vùng xa xôi hoặc khó tiếp cận, cung cấp dữ
liệu liên tục về nhiệt độ, áp suất, mực chất lỏng trong bể chứa cũng như tình trạng của các
thiết bị thiết yếu như động cơ điện, máy bơm, quạt, máy nén và tuabin.
Các ứng dụng tiềm năng trong ngành điện bao gồm: Theo dõi liên tục van giảm áp và ống
xả để tránh xả ngẫu nhiên, theo dõi nhiệt độ các bộ gia nhiệt sơ bộ và máy bơm để nâng
cao hiệu suất nhiệt, phân tích độ rung của mọi thiết bị quay.
Hai công nghệ không dây
Hai công nghệ không dây sẵn có hiện nay để các nhà sản xuất điện chọn là điểm-điểm và

mắt lưới tự tổ chức. Công nghệ thứ hai đáp ứng tiêu chuẩn WirelessHART, được thiết lập
trên công nghệ mạng mắt lưới tự tổ chức. Tiêu chuẩn đã được hơn 200 thành viên của Tổ
chức Truyền thông HART, đại diện cho các nhà chế tạo và người sử dụng thiết bị chấp
thuận vào năm 1997. Hiện nay đã có số lượng đáng kể các linh kiện đáp ứng tiêu chuẩn
này, bao gồm các thiết bị tại hiện trường, bộ điều khiển van số, bộ chuyển phát dữ liệu
rung và cổng (máy thu), được sử dụng tại nhà máy điện.
Thiết bị không dây có thể được phân bố rộng rãi, xa cách nhau khắp trong nhà máy, qua
hệ thống đường xá, ao hồ hoặc trên các phương tiện lưu động như tàu hoả, sà lan hoặc xe
tải, nơi không thể thực hiện việc thu thập dữ liệu theo công nghệ có dây truyền thống.
Mỗi thiết bị chuyển phát chỉ sử dụng lượng nhỏ băng tần để truyền các khối dữ liệu với
yêu cầu ưu tiên cao. Mạng mắt lưới tự tổ chức liên tục theo dõi tín hiệu để xem có dấu
hiệu suy giảm hay không và tự sửa chữa nếu cần thiết, tự động tìm tuyến truyền thông tối
ưu tới cổng mạng. Nếu có cản trở tạm thời chặn một kết nối, các tín hiệu sẽ được định
tuyến lại qua các thiết bị không dây liền kề hoạt động như các máy thu phát. Theo cách
này, kết nối được đảm bảo thông suốt, truyền dữ liệu thành công tới hơn 99%.
Các thiết bị không dây chạy bằng pin này truyền thông gián đoạn để tiết kiệm năng
lượng, nên mỗi thiết bị có thể vận hành lâu dài mà chỉ sử dụng một pin. Tuổi thọ của thiết
bị phụ thuộc vào chu kỳ sử dụng (thường là mỗi phút một lần) để cung cấp dòng thông
tin liên tục. Tốc độ cập nhật có thể nhanh hơn hoặc chậm hơn, tuỳ thuộc vào yêu cầu của
ứng dụng. Nếu thiết bị được đặt ở chế độ thường xuyên cập nhật hơn thì pin sẽ nhanh hết
hơn, tuy nhiên tuổi thọ của pin hiện nay có thể lên tới 10 năm nhờ sử dụng chế độ công
suất thấp.
Mạng không dây
Công nghệ không dây có thể ảnh hưởng tới hoạt động của nhà máy điện theo hai hướng
chính: Mạng không dây dùng cho nhà máy áp dụng cho mục đích kinh doanh và vận
hành, và mạng tại hiện trường dành cho các ứng dụng cảm biến và thiết bị tại hiện
trường.
Bố trí chung mạng không dây trong nhà máy và mạng không dây tại hiện trường
Mạng không dây dùng cho nhà máy (Wireless Plant Network - WPN), dựa trên chuẩn
IEEE 802.11, sử dụng công nghệ WiFi để xây dựng các mạng phục vụ vận hành nhà

máy. WPN trên cơ sở mắt lưới được thiết kế để cung cấp phương cách chắc chắn, băng
tần hẹp, tin cậy và có thể mở rộng để truy cập các dữ liệu cố định và di động, không nhất
thiết là ở trung tâm công nghệ phát điện cơ bản. Các ứng dụng bao gồm kết nối dữ liệu,
dõi theo người hoặc tài sản, giám sát bằng camera/đường bao và liên lạc thoại.
Nói chung, cơ sở hạ tầng mạng không dây cho nhà máy bao gồm các điểm truy cập mắt
lưới, một bộ điều khiển mạng nội bộ không dây và phần mềm quản lý mạng. Một số điểm
truy cập được phân bố khắp nhà máy để tạo phủ sóng không dây dạng chiếc ô. Kiến trúc
này cho phép tích hợp các đường truyền dẫn trong cơ sở hạ tầng IT hiện có của nhà máy
điện, vì vậy không cần phải có lớp phủ không dây.
Mạng không dây tại hiện trường (Wireless Field Networks - WFN) dựa trên chuẩn
WirelessHART, đã được áp dụng và hiện đang truyền dữ liệu đo và chẩn đoán, không cần
đầu tư lớn về hạ tầng toàn nhà máy. Các mạng này tập trung vào việc đo đạc và theo dõi
những điểm ở xa hoặc không thể tiếp cận như van giảm áp, khói thải trong ống khói,
nhiệt độ tại các bộ gia nhiệt sơ bộ và máy bơm hoặc độ rung của máy móc quan trọng
thuộc sơ đồ công nghệ chính và phụ trợ với số lượng điểm đo bất kỳ. Một ứng dụng rất
quan trọng nữa của mạng không dây tại hiện trường là thu nhận thông tin chẩn đoán từ
các thiết bị tại hiện trường đó.
Thiết bị WirelessHART hoạt động giống như các thiết bị có dây truyền thống: Do áp
suất, nhiệt độ, lưu lượng, mực chất lỏng trong bể chứa hoặc độ rung, hoàn toàn như vậy.
Khác biệt duy nhất là có một chiếc ăngten nhỏ nhìn thấy được. Kỹ thuật viên kiểm nhiệt
đã quen với thiết bị thông minh tại hiện trường không hề gặp bất kỳ khó khăn nào trong
việc nắm bắt thiết bị kiểm nhiệt không dây hoặc làm việc với mạng không dây tại hiện
trường.
Khi lập mạng không dây tại hiện trường, không cần phải khảo sát sơ bộ thực địa tần số
rađio (RF) hoặc giả định về các đặc tính RF sẽ ra sao tại một thời điểm bất kỳ. Với các
mạng tự tổ chức WirelessHART, không hề có sự khác biệt nào bởi cơ chế truyền thông
có khả năng nhảy liên tục từ tần số này sang tần số khác trong số 16 tần số trong dải 2,4
GHz để tránh (hoặc “ghi vào sổ đen”) các tần số gây nhiễu. Hạ tầng truyền thông giảm
bớt vì các mạng này hoạt động tốt trong môi trường dày đặc trong nhà máy. Bổ sung hay
di chuyển thiết bị cũng tương đối dễ dàng. Chừng nào có ít nhất hai thiết bị khác đồng

loại trong cùng một mạng là thiết bị có thể truyền thông. Thông thường một cổng duy
nhất có thể phục vụ một mạng có không quá 99 thiết bị. Hiện đã có sẵn công cụ phần
mềm giúp bố trí và xác nhận mạng truyền thông dựa theo những qui trình tốt nhất.
An ninh là ưu tiên lớn đối với mạng không dây. WirelessHART áp dụng phương pháp đa
tầng, sử dụng kết hợp nhiều kỹ thuật bao gồm các biện pháp nhảy tần/chống nghẽn mạch,
mã hoá, nhận dạng, kiểm chứng và quản lý khoá.
Các thành phần này nên sử dụng trên cả hai phía của cổng nơi giao tiếp mạng không dây
tại hiện trường với mạng điều khiển có dây của nhà máy. Bởi vì truyền thông từ cổng tới
phòng điều khiển thường sử dụng tin nhắn giao thức điều khiển truyền/giao thức internet
(transmission control protocol/internet protocol - TCP/IP), khuyến cáo nên bổ sung bức
tường lửa hoặc một kỹ thuật tiêu chuẩn ngành khác.
Hạ tầng không dây cho phép tích hợp hiệu quả về chi phí giữa dữ liệu hiện trường và các
hệ thống tự động hoá nhà máy và quản lý tài sản. Khi bổ sung mạng không dây vào mạng
điều khiển hiện có, thông thường các yêu cầu giao tiếp của hệ thống chủ sẽ xác định loại
giao tiếp cổng cần thiết. Có thể tăng cường khả năng liên kết bằng cách sử dụng các bộ
điều khiển logic có thể lập trình (PLC) và bộ lưu chép quá trình cũng như các hệ thống
điều khiển di sản khác.
Ứng dụng cải tiến
Thông thường, để triển khai công nghệ không dây hiệu quả tại nhà máy điện cần phải tìm
ra phương cách sử dụng một hoặc một số lợi thế như lắp đặt dễ dàng và ít tốn kém tại
những vị trí xa xôi, dữ liệu nhiều hơn và tốt hơn từ những điểm không thể tiếp cận, phản
ứng nhanh hơn với các vấn đề về trang thiết bị, an toàn cao hơn đối với người lao động,
tương thích với môi trường, giảm thiểu chi phí bảo trì, linh hoạt với sự thay đổi. Một số
ứng dụng hiện nay thực tế đã làm được điều đó.
Milford Power tại Milford (bang Connecticut) đã áp dụng mạng tại hiện trường tự tổ
chức để theo dõi thiết bị bơm nước tuần hoàn tại 11 toà nhà cách biệt nhằm bảo vệ khỏi
tác động của hiện tượng nước đóng băng. Mặc dù các trạm ở xa đều được sưởi ấm, nhưng
các bộ chuyển phát nhiệt độ mới được lắp đặt sẽ thông báo cho người vận hành nhà máy
trong trường hợp thiết bị gia nhiệt bị hỏng để họ có hành động kịp thời ngăn chặn hư hại,
vì sửa chữa hoặc thay thế máy bơm có thể tốn kém tới 20.000 USD. Với việc lắp đặt thiết

bị không dây, công ty đã tiết kiệm 75.000 USD do không phải làm máng cáp vượt qua
đường bộ hoặc đào đường ống dẫn đi bên dưới các công trình hiện có, trong khi đó, mạng
tự tổ chức đã được hoàn thành trong khung thời gian ngắn.
Mạng mắt lưới không dây tự tổ chức đang góp phần nâng cao độ tin cậy tại hai nhà máy
điện của PPL Corp. Thiết kế Smart Wireless cung cấp dữ liệu liên tục về tính năng hoạt
động của các thiết bị hết sức quan trọng là máy bơm nước cấp lò hơi tại nhà máy điện
Montour cũng như các bộ gia nhiệt nước cấp và không khí tại Tổ máy 1 nhà máy điện
Brunner Island. Trước đây, không thực hiện được các phép đo cần thiết về nhiệt độ và áp
lực để đưa vào phần mềm được thiết kế để phân tích tính năng nhiệt và quyết định lịch
bảo dưỡng tối ưu. Một chương trình trình diễn tại hiện trường đã chứng tỏ khả năng
truyền đáng tin cây của mạng tự tổ chức mặc dù hạ tầng nhà máy điện có mật độ dày.
Tiếp sau đó, việc lắp đặt đa tầng đã được thực hiện.
Một nhà sản xuất điện khác muốn lắp đặt thiết bị kiểm nhiệt mới để giảm thời gian chết
và nâng cao hiệu quả hoạt động của nhà máy, tuy nhiên hệ thống hữu tuyến được đánh
giá là quá tốn kém. Giải pháp là lắp đặt gần 120 bộ chuyển phát không dây áp suất và
nhiệt độ cùng với các cổng không dây tại cả năm tổ máy của công ty. Dữ liệu nhận được
từ các thiết bị tại hiện trường được tích hợp vào hệ thống điều khiển phân tán hiện có của
nhà máy, nhờ đó đã cải thiện được một số vấn đề. Cụ thể như nhờ có các chẩn đoán dự
báo, bộ phận bảo trì giảm được thời gian chết nhờ sửa chữa trang thiết bị trước khi hỏng.
Ngoài ra, có thêm thông tin cũng giúp nâng cao hiệu quả làm việc của người vận hành và
giảm chi phí bảo trì nhờ loại bỏ công tác tuần tra.
Mạng không dây còn có nhiều ứng dụng khác như theo dõi hoạt động của van, dòng ra và
tình trạng của thiết bị quay. Theo dõi van bằng công nghệ không dây rất có ý nghĩa đối
với nhà sản xuất điện bởi vì có rất nhiều van được thao tác bằng tay hoặc bán tự động
theo kiểu “mò”, không hề có phản hồi nào. Trong hầu hết các trường hợp, do chi phí cao
và/hoặc vị trí khó đặt nên một số lượng lớn các van không được theo dõi bằng thiết bị
hữu tuyến. Trong khi đó, thông tin về vị trí đóng mở van lại rất quan trọng bởi nếu đặt
van ở sai vị trí đóng mở lại là nguyên nhân đáng kể gây sự cố mất an toàn.
Theo dõi liên tục thiết bị quay bằng công nghệ không dây là bước cải tiến lớn so với cách
“đi tuần kiểm tra” định kỳ, cho đến nay vẫn là biện pháp chính để thu thập dữ liệu rung.

Thiết bị theo dõi rung không dây loại mới cho phép dõi theo liên tục hàng loạt các động
cơ, máy bơm và quạt hút khói vận hành từ xa, v.v., mà trước đây không thể lắp đặt do chi
phí quá cao. Dự kiến, đây sẽ là ứng dụng cơ bản của công nghệ không dây trong ngành
điện.
Nhìn về phía trước
Bước đầu tiên mở đường đi vào công nghệ không dây đơn giản là xem xét các phép đo
“cần có” mà nếu thực hiện bằng công nghệ hữu tuyến sẽ quá tốn kém nhưng có thể lại là