Tài liệu Dùng mạng không dây để cung cấp nước sạch ppt

Dùng mạng không dây để cung cấp
nước sạch
Đã bao giờ bạn suy nghĩ về việc nước sạch được cung cấp đến các
hộ dân như thế nào chưa? Phần lớn chúng ta cho rằng chuyện đó
rất đơn giản. Trong thực tế thì nước được cung cấp thông qua hàng
v
ạn đường ống và van, trở thành một dòng nước sạch và mát, chảy
ra ở vòi nước nhà bạn. Nhiều người không biết đến một số lượng
lớn nhân công, máy móc và thiết bị đang chịu trách nhiệm giữ cho
nước được sạch v
à cung cấp chúng một cách dư dật cho mọi
người.
Trước kia, các cộng đồng dân cư lắp đặt v
à bảo dưỡng các hệ
thống cung cấp và làm sạch nước vận hành bằng tay. Người của
công ty nước đi từ trạm bơm này đến trạm bơm khác để đóng hoặc
mở van hoặc bật hay tắt bơm. Mực nước bể chứa cũng cần được
theo dõi để tránh tràn hoặc hết nước. Vì hàng ngày phải đi lại giữa
các địa điểm cách xa nhau n
ên công nhân không có thời gian bảo
dưỡng hệ thống. Hiệu quả thấp của hệ thống n
ày thúc đẩy quá trình
l
ắp đặt các hệ thống tự động. Khả năng điều khiển và theo dõi từ
một trung tâm điều khiển cho phép giảm giá thành vận hành và bảo
dưỡng hệ thống cung cấp v
à làm sạch nước.
Tự động hóa là xu thế của tương lai. Các khu đô thị lớn và các
c
ộng đồng dân cư nhỏ đang lao vào tự động hóa và nâng cấp các
hệ thống cũ. Để đáp ứng các tiêu chuẩn hiện nay về vận hành hiệu

quả và chi phí thấp, rất nhiều nơi đã lắp đặt hệ thống thu thập số
liệu và giám sát điều khiển (SCADA). Một hệ thống SCADA cho
phép thu thập số liệu, giám sát và điều khiển các thiết bị từ xa từ
một trung tâm điều hành. Mỗi hệ thống SCADA có những yêu cầu
và đ
òi hỏi riêng, do đó việc lựa chọn kiểu truyền tin có thể trở nên
khó khăn. Có nhiều kiểu truyền tin khác nhau đáp ứng được việc
thông tin liên lạc giữa trung tâm và các thiết bị từ xa, bài báo này
t
ập trung vào việc sử dụng sóng radio (RF) để thiết lập một mạng
không dây.
Mạng không dây ở căn cứ quân sự Fort Riley, bang Kansas, Mỹ là
m
ột ví dụ về giải pháp chi phí thấp và tin cậy. Dự án này cho phép
giám sát t
ừ xa mực nước của mười hai bể ngầm và lộ thiên chứa
nước cũng như điều khiển từ xa bốn trạm bơm. Mỗi một bộ đầu
cuối từ xa (RTU) giám sát mực nước bể, các công tắc báo mực
nước cao v
à thấp, và nhiệt độ. RTU cũng giám sát trạng thái của
các trạm bơm, áp suất bơm, lưu lượng, nhiệt độ, cũng như bật và
t
ắt bơm. Bộ điều khiển chính thu thập thông tin từ các bộ điều
khiển logic khả trình (PLC) từ xa, thông qua các bộ thu phát
(modem) sóng radio, và sau đó chuyển thông tin đến một bộ đầu
cuối và một số trạm điều hành trong căn cứ thông qua một hệ
thống ARCNET LAN.
Hệ thống đo xa dùng sóng radio có thể bao quát gần 7 dặm (11
km) đồi núi v
à bụi cây rậm rạp, vốn gây nhiều khó khăn cho việc

bảo dưỡng hệ thống liên lạc hữu tuyến LOS. Hình 1 minh họa sơ
đồ các thiết bị. Để khắc phục LOS cũng như tổn thất của sóng
radio, các tháp nước lộ thiên có đủ độ cao cần thiết để duy tr
ì
thông tin liên l
ạc qua sóng radio tới bộ đầu cuối chủ (MTU).
Đường cấp nguồn dài đ
òi hỏi phải dùng cáp Heliax để giảm thiểu
t
ổn thất trên đường dây.
MTU chỉ đơn giảm là một máy
tính hoặc PLC quản lý dòng thông
tin đến và về từ các RTU hiện
trường. Thường th
ì MTU khởi tạo
liên lạc và có thể lập trình để truy
vấn các RTU ở những thời điểm
nhất định. Nằm ở tòa nhà số 364,
MTU gồm có một bộ điều khiển
Johnson loại NU - NCM200 kết
nối với một bộ thu phát radio
ESTeem kiểu 96F. Một ăng - ten
đa hướng được lắp đặt trên một
tháp phát sóng radio cao 60 bộ (18
m) và kết nối với ESTeem qua một cáp heliax dài 150 bộ (46 m),
Hình 1. Sơ đồ bố trí WDMCS
bộ chống sét, và một cáp đồng trục RG-8 dài 3 bộ (1 m). Một trong
những điểm đặc biệt của hệ thống điều khiển giám sát cung cấp
nước của căn cứ Fort Riley (WDMCS) l
à hệ thống dự phòng sự cố,

được lắp đặt để đảm bảo rằng các hệ thống thông tin hữu tuyến v
à
vô tuy
ến luôn luôn hoạt động bình thường. Khi bị mất liên lạc, bộ
điều khiển chính chuyển mạch sang sóng radio dự ph
òng thông
qua m
ột rơle và công tắc ăng - ten radio. Nếu tiếp tục bị mất liên
l
ạc, người ta sẽ dùng một rơle và các công tắc đồng trục để chuyển
sang bộ điều khiển dự phòng và chuyển mạch ARCNET LAN.
Hình 2 mô tả cấu hình của trạm chủ với cơ cấu dự phòng.
M
ột bộ RTU thường gồm một PLC nhỏ và một số vỉ thu thập số
liệu đầu vào/ra số hoặc số/tương tự. RTU của WDMCS có các bộ
điều khiển Johnson m
ã số AS-UNT110, DX9100, và DCM140,
(các) b
ộ điều khiển được kết nối với các bộ thu phát ESTeem 96F.
Các ăng
- ten Yagi được sử dụng ở tất cả các RTU và lắp đặt ở vị
trí cao nhất của bể nước để giảm thiểu tổn thất sóng radio. Ăng -
ten Yagi n
ối với ESTeem thông qua cáp Heliax, bộ chống sét, và
m
ột cáp đồng trục RG-8 dài 3 bộ (1 m). Hình 3 thể hiện cấu hình
RTU chu
ẩn của WDMCS.
Hình 2. Cấu hình trạm chủ WDMCS
Khó khăn đầu tiên của hệ thống đo xa dùng sóng radio là phải

tương thích d
òng sản phẩm METASYS với mọi bộ thu phát radio.
Mạng liên lạc điều khiển METASYS thường đi kèm với một mạng
hữu tuyến RS-485 với chế độ đánh địa chỉ riêng cho từng bộ điều
khiển. Chu kỳ hoạt động của các bộ thu phát radio cũng gây khó
khăn cho hệ thống. Các thay đổi của phần mềm hệ thống dẫn đến
một số sửa chữa nhỏ về thông tin liên lạc. Khó khăn chủ yếu nằm
chính trong các bộ thu phát radio, chu kỳ của chúng là khoảng 330
mili giây, và như thế là không đáp ứng được y
êu cầu của hệ thống.
Khi tiếp tục thử nghiệm các bộ thu phát, lại phát sinh thêm các vấn
đề về lỗi đường truyền, số liệu bị méo hoặc mất, quá thời gian điều
khiển, vì thế phải tìm kiếm một công nghệ sóng radio tân tiến hơn.
Việc tìm kiếm một nhà cung cấp thiết bị radio khác cho kết quả là
Electronic
Systems Technology, nhà s
ản xuất của các bộ thu phát sóng radio
ESTeem. Các b
ộ thu phát này đã được kiểm nghiệm trong hệ thống
với chu kỳ từ 120 tới 180 mili giây, kể cả số liệu. Chu kỳ ngắn hơn
đ
ã tăng khả năng giám sát điểm và độ tin cậy truyền thông. Các bộ
thu phát ESTeem đ
ã chứng tỏ rằng chúng thân thiện hơn và dễ lập
trình hơn so với các bộ thu phát trước đây. Khi được đặt hàng,
phòng tr
ợ giúp khác hàng của EST đã tỏ ra rất hữu ích khi phân
tích các vấn đề của chúng tôi, đưa ra các giải pháp khắc phục các
khó khăn gặp phải. Điều khiển Johnson đ
ã chọn các bộ thu phát

radio ESTeem vì các lý do sau:
- Trợ giúp
khách hàng
trong và sau
khi l
ắp đặt các
bộ thu phát
radio ESTeem.
- Chu k
ỳ hoạt
động khi có số
liệu nhanh hơn
so với các bộ
thu phát đ
ã
ki
ểm nghiệm
trước đây.
- Các bộ thu
phát radio
ESTeem thân thi
ện hơn và dễ lập trình.
- các b
ộ thu phát radio
ESTeem có thể hoạt động như một nút cuối, bộ khuyếch đại, hoặc
cả hai.
Kể từ khi bắt đầu lắp đặt hệ thống năm 1992, các bộ thu phát radio
ESTeem và WDMCS đ
ã điều hành hệ thống cung cấp nước dân
dụng một cách tin cậy trong 4 năm. Lợi ích của việc sử dụng mạng

không dây trong WDMCS như sau:
- Không phải trả tiền thuê đường điện thoại
- Không phải trả tiền lắp đặt và bảo dưỡng hệ thống cáp ngầm
- Giảm chi phi vận hành toàn bộ
- Dễ dàng mở rộng WDMCS chỉ với một số thay đổi nhỏ trong lập
trình
Độ tin cậy cao của hệ thống đã cho phép mở rộng WDMCS từ 12
lên 14 nút trong năm qua với một hệ thống liên lạc radio đáng tin
cậy.
Hình 3. Cấu hình điều khiển và giám sát tháp nước