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

Ngoài 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 giú

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

NGUYÊN QUÓC 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

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 HOA TRONG DIEU KHIEN TƯỚI TIÊU THỦY LỢI VỚI GIẢI

LỜI CAM ĐOAN

“ác giả xin cam doan đây là công 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) đãđược thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tai liệu tham khảo đúng quy định

“Tác gid luận van

Nguyễn Quốc Hưng

LỜI CÁM ƠN

Em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc đến Tiến sĩ Vũ MinhQuang, 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 quátrình tìm hiểu, triển khai và nghiên cứu dé tải Thay là người đã định hướng vaira ra nhiều góp ý quý báu trong quá trinh em thực hiện luận văn này,

Em xin chân thành cảm on chân thành tới toàn thé các thầy giáo, cô giáotrong khoa Năng lượng - Trường Đại học Thủy lợi đã dạy bảo tận lh, trang

bị 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 thực hiện luận văn

Do có nhiều hạn chế về thời gian và kiến thức nên luận văn không tránhkhỏi những thiếu sót, rit mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu củaquý 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 toàn thể gia đình và bạn bè

Xin chân thành cảm ơn!

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 tưới tiêu thủy lợi

1.1.1 Khii niệm hệ thống trổ tiêu thủy lợi

1.1.2 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 HÓA TƯỚI TIÊU

LỢI ĐIỆN HÌNH,

2.1 Khát niệm về lên đại hóa hệ thong tưới

2.2 Hệ thông 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 thông tưới

vii

THUY

xi

10 10 2 2

4

16

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

THỦY LỢI 26

31 Tổng quanthếtbị 26 3.2.Chu túc 30 3.3 Ngôn ngữ lập tr, 31 3.4 Lựa chon cấu hình PLC S7 ~ 1200 35 3.5 Lập trình ứng dụng 36 35.1 Sa db chức năng 36

3.5.2 Khai báo biến ngõ Vào/Ra của bai toán AL

4.5.2 Chu hình và chế độ làm việc 60

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: 9 5.3 Thiết kế giao điện HMI 10 53.1 Gin biển 70

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

6.1 Giới thiệu về chương trình mô phòng PLCSIM,

9Ị

92

46: Mudbus TCPIIP ADU

Hình 47: Chun giao tiếp RS485

4.8: Kết nối RS485

Hình 49: Hệ thống mạng dùng PROFIBUS DP

Hình 4.10; Mạng truyền thông PROFIBUS-PA.

Hình 4.11: Hệ thống truyền thông Ethernet và Profibus.

30

31 32 33 33

34

35 35 36 38 40 48 48 49 49

50 50

SI 52 34 55 56 37 38 sọ 60

in quan trong module truyền thông PRS/GSM

6l 61 64 6

73

3

Hình 5.4: Đổi màu Graphies

Hình 5.5: Chọn các graphics trong Categories

5.6: Tạo nút nhắn và hiển thị mức nước,

Hình 5.7: Màn hình HMI hoàn chỉnh

Hình 6.1: Cửa số chương trình PLCSIM.

Hình 62: Kết nối PLCSIM.

Hình 6.3: Tải chương trình vào PLC

Hình 6.4: Ví dụ thêm biến mô phỏng.

74

74 75

75

82 83 83 84

DANH MỤC BANG BIEU

Bang 2-1: Mô hình công nghệ SCADA.

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

72

ĐANH MỤC CÁC TỪ VIET TAT

ASCII: American Standard Code for Information Interchange BPT: 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 Interface

Modbus: Module bus

MPI: Multi Point Interface

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

PPI int to Point Interfac

IP: Internet Protocol

RS: Remote Signalling

RTU: Remote Terminal Unit

SCADA: Supervisory Control And Data Acquisition

SMS: Short Message Services

‘TCP: Transmission Control Protocol

WinCC: Windows Control Center

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 chocây trồng phát trién hoặc cung cấp nước tưới cho cây trồng vào những thời điểm có

lượng mưa không đủ cung cấp Ngoài 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 thoát nước, hệ thông này có thể là tự nhiên hay nhân tạo để thoát 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 củacây trong, Trong sản xuất nông nghiệp, nước trên đồng ruộng luôn thay đổi Nếuchúng 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, khôngphù 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 tiếtchế 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 vaitrò 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 hiệu

do mức nước tại cửa van, lưu lượng tại kênh nhằm cung cấp dữ liệu, thông tin cho bộ

điều khiển

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 mô 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

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 nông 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, còn 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

- Lam việc gián đoạn, thời gian trạm không làm việc phụ thuộc vào sức chứa của dung tích điều tiết và thời gian ngập cho phép của khu vue Thời gian tram bơm tiêu làm 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 toán của các máy bơm et

hải tính đến ngập cục bộ có thể xảy ra tong thời gian ngắn Bởi tiên củaray plkết 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 toán 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 công 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 thôngthường, còn nếu như đường ống làm việc với chế độ thường xuyên không diy, tì

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

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 Ngoài ra chất lượng nước nguồn cũng thay đổi trong năm theo mùa lũ hay mùa cạn Hơn nữa loại nguồn này còn phải lưu ý tới việc hạn chế hoặc loại bỏ rác rưởi, vật nỗi kéo vào bễ hút

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 buồnghút và do dé ảnh hưởng nhiều đến độ bền và chất lượng làm việc của máy bơm, Chođến 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 tathường bỗ chí các chép dẫn dòng ở bung hút hoặc các vách dẫn dòng ở phía cuối

"buồng hút để làm nhiệm vụ dẫn dòng và tránh phát sinh hiện tượng xoáy

1.2.3 Trạm bơm

May bơm giữ vai trồ chính trong quá 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 et phí 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,

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 máybơm ra nhiề loại dựa vào những đặc điểm như; nguyên lý tác động của cảnh bơm vàodong nước, dạng năng lượng làm chạy máy bơm, kết cấu máy bơm, mục đích bom,loại chất lòng cin bơm,

egHình 1.2: Máy bơm thay lợi Phân loại: Theo nguyên lí tác động của cánh bom vio dòng nước, máy bơm được chia theo 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 đượcnhận năng lượng liên tục từ cánh bơm truyền cho nó suốt từ cửa vào đến cửa ra củabơm, 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 ngoài 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.

Bơm rung: Cơ cấu công tic của bơm này là píttông-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 bom riêng 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 thể tích của buồng công tác truyền áp lực hút day chất lỏng Máy bơm nước thể tích có những loại sau

Bơm pit tong (BPT): bơm thể tích có pit tông 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 tạovới lưu lượng cổ định hoặc lưu lượng điều chỉnh Các cụm chủ yếu của các loại BPTroto là cơ cấu kéo, cụm phân phối chất long và đối với loại bơm có lưu lượng điều.chỉnh còn 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 bảođảm đưa dầu vào xi lanh trong hành trình hút và đẩy dầu vào đường ống nén trong

hành trình công tác Cụm điều chỉnh để thay đổi lưu lượng và hướng dòng chảy của chất 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

và thậm tí có lúc đạt gn tới độ chân không 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 không 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 không đủ sức kéo khối khí đó ra khỏi máy bơm, tao chân không cho lượng chất

lòng kế tiếp tràn vào Cánh bơm vẫn quay mà nước thì không bơm được đây là hiện tượng 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 cộtnước thấp, Trường hợp máy bơm có cột nước cao, mực nước lớn nhất ở bể xả cao hơn

nhiều san đặt d 160 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 đô 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 độnghóa trong lĩnh vực Thủy lợi - Thủy điện có vai tò và tỉ trọng đầu tu tăng liên tục trong,

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

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

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

~ Quản lí vận hành các công trình va hệ thông thuỷ lợi thuỷ điện,

~ Quân 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 mô 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 khiếnhôn tấn (sau đây sẽ gi gọn là hit bị phân sn), Tht bị phân sn thường

.Có số lượng lớn (ty quy mô 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 quá trình (công nghệ) điều khiển

C6 chi phí chiếm tỉ trọng lớn trong đầu tư toàn 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 nông nghiệp sin theo hướng nông nghiệp công nghệ cao D8 xây dựng các hệ

thông 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 không 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 nuôi trồng thủysản 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,

“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 khô ng mang lại lợi nhuận một cách trực tiếp nhưng nó cũng mang lại những nguồn lợi gián tiếp như việc phát tiển ngành này 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 công cuộc CNH - HDH đất nước

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 yếucho nông nghiệp mà còn là yếu tố không 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 cấpbách, 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 tí Giải 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 làhiện đại hóa hệ thống tưới Hiện đại hóa thục chit là đầu tư theo chiều sâu bằng

tích cách ấp dụng các pháp 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 tap it kỹ thuật, yêu cầu

kinh phí không 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 nông nghiệp đã có các hệ thống tưới nước, các hệ thống này còn kém

hiệu quả

Hiện đại hóa tưới là một quá 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 tướiphục 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

saul}

định nghĩa hiện đại hoá tưới như

"Hiện đại hoá tưới là một quá trình nâng cấp về kỹ thuật và quản lý (khác với khôiphục 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

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 vụkhác 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 mia

vụ, 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 toán chỉ được hién thị trên máy đơn, không thuận tiện

cho người ding: Do chạy trên nền AreGIS, nên phin mm chạy châm, người đừngphải 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

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

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

công 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 toán 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

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 toán nhủ cầuding nước của cây tring phục vụ cho bài oán quy hoạch, thiết kế các công trình thay

lợi

“rong khuôn 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), mô 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 Viện Khoa 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 đếnnay, do nhiễu nguyên nhân khác nhau, các đơn vị sử dụng gin như không dùng đến

hảnh hệ tl công cụ này dé tính toán 1g tưới.

Việt Chiến [5] đã sử dụng mô

"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 khuôn khổ luận án của mình, Tiền sĩ

mô 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 mô hình theo hướng chọn mô 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

‘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 công trình trên kênh căn cứ khả năng nguồn nước, yêucầu 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 không tính đến các phương án yêu cầu dùng nước tăng cần thực

hiện cấp nước bổ sung, kích thước các tu kênh và công 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 thông

"Ngoài ra còn có một số đặc điểm khác như sau:

l3

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

bằng thủ công nên thiểu chủ động và linh hoạt

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

i công trình kiểm soát và phân phối nước, các công trình phục vụ quản lý vận hảnh.Không 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 Không vào

được ruộng vì không có kênh )

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

+ Hiệu quả tưới không cao; lượng nước th thoát lớn, gây lãng phí

++ Kênh và công 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 hoàn toàn, cũng không

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 thốngkênh và công trình cũng như khả năng về nguồn vốn đầu tư mà quyết định giải pháp

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

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

trong khi đó SCADA các hệ H

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

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 din ing inh do điện Hộ mục

tra lượng "hước tự độn

v

L4 <

:

Hình 2.2: Các công 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 địahình và trinh độ quản lý, tạo điều kiện tt nhất cho việc điều tiết, phân phối nước

~ Ngoài các công trình có ở hệ thống kênh truyền thống, hệ thống này còn được trang

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

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

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

thường) Công 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 lấynước và bao gồm kênh mương (đất hoặc được gia cổ) và các công 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 thông 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 tỉnhvận hình và Bảo dưỡng do t ấn thi kế lập.

lột hệ thông tưới được hiện đại hóa, ngoài việc hoàn thiện phần công 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 không tốt thì việc đầu tư vào phan cứng sẽ không 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, ngoài đầu tư xây dựng các côngtrình cắp bách, các dự én thống tối tiêu hiện gỉ&u hướng đến hoàn thign cáthông qua đầu tr đồng bộ từ cấp hệ thông tới nội đồng và các công trinh hạ ting cóliên quan, cải thiện khả năng quan trắc và kiểm soát nguồn nước, chất lượng nước

thông qua trang bị các phương tiện, tăng cường cập nhật và phản tí cơ sở dữ liệu, lắp

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

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 quả phục vụ của công 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

sông 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 mô hình tổ chức hợp tác ding nước, hoàn thiện

thể chế, các bướng dẫn hỗ trợ cho công tác quy hoạch hệ thông tưới tiga phục vụ “dinđiền dỗi thừa" trong xây dựng nông thôn mới, đào tạo ning cao năng lực các các cấptrong 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 vô cùng quan trọng trong cuộc sống của nhân dân nó góp.

phần vào vige én định kính ế và chính trị tuy nó không 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 công.

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

bị GS&DK dang được sử dụng ở Việt Nam hầu hết đều có xuất xứ từ nước ngoài 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, truyén thông, tự động hóa nên đến nay vẫnchưa có hệ thống SCADA nao được coi là mô hình mẫu cho việc ứng dụng công 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 ningcao năng suất, sản lượng cây tring, hiệu quả cung cắp nước và tiết kiệm nước tướigiảm chỉ phí quản lý vận hanh, Thực tế cho thấy: các mô hình công nghệ GS&DK đã

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

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 công nghệ

truyễn thông, thiết bị giám sit điều khiển và ngôn ngữ lập trinh SCADA chưa thíchhợp Trong đó, vin đề vỀ công nghệ truyền thông không những cổ vai trỏ quan trọngtrong việc ra quyết định kịp thời, chính xác cho QLVH ma còn có liên quan nhiều đến

dụng các công trình thuỷ lợi” đã đi sâu nghiên cứu xây dựng 3 mô hình công 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 mô hình công 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

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

và điều khiến kể trên.

Bảng 2.1: Mô hình công 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

VKHTLMB, | uit trong nước với gi

- Truyền thông qua mạng điện thoại nên 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 thông 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 - Truyén thông dé bj nhiễu độ tn cậy

CChỉ phí duy tr, bảo dưỡng nhỏ, ta cao.

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

hông nhiều - Chỉ bỗ trợ QLVH đơn giản, phần

BCEOM2_ | Các thiếtbï truyền thông 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

= Không hỗ try GS&DK qua mạng

Inert.

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.

SCADA nua ở trong nước, dễ thay thé | Kinh phi due và duy trị bảo

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

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

trong số 7 mô hình công ngi S&DK đã được trình bày trên đây Các mô hình công, nghệ GS&DK đó chưa hoàn toàn phù hợp với điều kiện thực tế và khó có thể được ứng dung rộng rãi với các nguyên nhân, hạn chế như đã phân tích cụ thể ở trên

Hầu hết các mô hình công nghệ GS&DK và các hệ thing SCADA hiện nay chỉ mới cóchức năng hỗ trợ quản lý vận hành các HTT vì ban thân chúng không lập ra kế hoạchvận 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

“Nel

GS&DK di kèm hợp lý.

ctu phát triển, ứng dung công nghệ truyền thông hi

a

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,

Mia

Nguyên lý hoạt động của hệ thẳng:

* Chu trình tự động tưới:

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 hoàn toàn để đảm bảo

nước trong hệ thống chỉ chảy về bé nguồn Khi cảm biển ruộng xác định lượng nướctrong 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 quá

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

~ 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

- © kênh tưới có 3 cửa C11, C21, C31 dẫn nước vào ruộng Mỗi ruộng | cửa

~ 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 mô dun Analog để đọc mức nước, độ ẩm, nhiệt độ, lượng mưa, đội

pH

*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: thông 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 thông 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 hiệnchương trình điều khiến dựa trên mô bình mô 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

tính để thao tác Viết chương trình đi khiển, sử dụng khiển nạp vào PLC di má

điều khiễn và hiể thị theo yêu cầu công wah 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

thi lập thông qua giao điện máy tính.

tyễn thống nông 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 nông nghiệp chính xác có thẻ là như.

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

25

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 điềukhiển nhiề thiết bị da dạng hỗ trợ các yêu cầu về điều khiển tự động Sự kết hợp giữathiết 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

nhau(9].

Kết hợp một bộ vi xử lý, một bộ nguồn tích hợp, các mạch ngõ vào và mạch ngõ ratrong một kết cấu thu gọn, CPU trong $7-1200 đã tạo ra một PLC mạnh mẽ Sau khingười dùng tai xuống một chương trình, CPU sẽ chứa mạch logic được yêu cầu đểgiám 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 hoạtđộng 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, cácđầu violra (DIDO)

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 Ngoài raban 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

‘Bing tin hiệu 7

Cae modal myễn thông 3 (mørông ve bên trữ)

Cie b§ dim be a cao [3 a D

« 3i

2”