Giáo trình Thiết kế Hệ thống tưới tiêu

See discussions, stats, and author profiles for this publication at: https://www.researchgate.net/publication/339089370 Giáo trình Thiết kế Hệ thống tưới tiêu Book · February 2020 CITATIONS READS 1,711 author: Luong Bang Nguyen Hanoi Water Resources University 28 PUBLICATIONS   77 CITATIONS    SEE PROFILE Some of the authors of this publication are also working on these related projects: Faculty of Water Resources Engineering View project All content following this page was uploaded by Luong Bang Nguyen on 07 February 2020 The user has requested enhancement of the downloaded file TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI BỘ MÔN KỸ THUẬT TÀI NGUYÊN NƯỚC PGS.TS PHẠM VIỆT HỊA (Chủ biên) TS NGUYỄN LƯƠNG BẰNG GIÁO TRÌNH  THIẾT KẾ HỆ THỐNG TƯỚI TIÊU NHÀ XUẤT BẢN BÁCH KHOA HÀ NỘI MỤC LỤC Trang Lời nói đầu Các từ viết tắt CHƯƠNG ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN VÀ YÊU CẦU TƯỚI TIÊU Ở NƯỚC TA 11 1.1 Một số đặc điểm điểm tự nhiên nước ta 12 1.1.1 Đặc điểm khí hậu 12 1.1.2 Tài nguyên đất 15 1.1.3 Tài nguyên nước 16 1.1.4 Địa hình 18 1.2 Tình hình hạn hán yêu cầu tưới vùng nông nghiệp 20 1.3 Tình hình ngập úng lũ lụt vùng nơng nghiệp 26 1.3.1 Các nguyên nhân gây nên úng 27 1.3.2 Ngập úng lụt mưa lớn nội đồng 29 1.3.3 Ngập lụt, úng mưa lớn đồng kết hợp với lũ lớn ngồi sơng 29 1.3.4 Ngập lụt, úng lũ lớn sông gây tràn, vỡ đê bối, đê địa phương, kết hợp với mưa lớn đồng nước dâng bão 30 1.3.5 Lũ lớn gậy vỡ đê làm ngập lụt diện rộng 31 1.5.6 Những trận lũ lụt lớn Việt Nam 20 năm qua 32 1.4 Phương hướng hoạch tưới tiêu nước cho vùng nông nghiệp 33 1.4.1 Phương hướng hoạch tưới cho vùng nông nghiệp 33 1.4.2 Phương hướng hoạch tiêu úng 34 CHƯƠNG HỆ THỐNG TƯỚI, TIÊU NƯỚC MẶT RUỘNG 36 2.1 Khái quát chung hệ thống tưới mặt ruộng 36 2.1.1 Phương pháp tưới 36 2.1.2 Sự lựa chọn phương pháp tưới cho trồng 37 2.2 Phương pháp tưới mặt đất 37 2.2.1 Tưới ngập cho lúa 37 2.2.2 Phương pháp tưới giải 40 2.2.3 Kỹ thuật tưới rãnh 50 2.2.4 Phương pháp thực nghiệm xác định chất lượng tưới rãnh tưới giải 61 2.3 Khái quát chung hệ thống kênh tiêu nước mặt ruộng 63 2.3.1 Khả trữ nước mặt ruộng trồng cạn 64 2.3.2 Q trình hình thành dịng chảy ruộng trồng cạn 65 2.4 Xác định khoảng cách hai kênh tiêu cấp cố định cuối ruộng trồng cạn 66 2.4.1 Xác định khoảng cách hai kênh tiêu cấp cố định cuối theo dòng ổn định 66 2.4.2 Xác định khoảng cách kênh tiêu cấp cố định cuối theo dịng khơng ổn định 69 2.5 Xác định cấu trúc hệ thống tiêu nước ngầm 72 2.5.1 Một số đặc trưng vật lý tiêu vùng tiêu nước ngầm 72 2.5.2 Xác định cấu trúc hệ thống tiêu ngầm theo dòng ổn định 84 2.5.3 Xác định cấu trúc hệ thống tiêu nước ngầm theo dịng khơng ổn định 94 CHƯƠNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG KÊNH VÀ ĐƯỜNG ỐNG DẪN NƯỚC 102 3.1 Mục đích ý nghĩa 102 3.2 Những tài liệu dùng để thiết kế kênh 102 3.2.1 Tài liệu yêu cầu chuyển nước 102 3.2.2 Tài liệu địa hình, địa chất tuyến kênh 103 3.3 Các hình thức mặt cắt kênh - chế độ thủy lực kênh 103 3.3.1 Các hình thức mặt cắt kênh .103 3.3.2 Chế độ thủy lực kênh .107 3.4 Thiết kế kênh tưới 109 3.4.1 Tính lưu lượng kênh tưới 109 3.4.2 Thiết kế kênh tưới .129 3.5 Thiết kế kênh xây kênh bê tông 140 3.5.1 Một số vấn đề thiết kế kênh xây kênh bê tông 140 3.5.2 Các yêu cầu kênh xây kênh bê tông 141 3.5.3 Các nội dung thiết kế kênh xây kênh bê tông 141 3.6 Tính tốn thiết kế đường ống dẫn nước 143 3.6.1 Khái quát chung 143 3.6.2 Nội dung tính tốn thiết kế đường ống dẫn nước 144 3.6.3 Một số lưu ý tính tốn thiết kế đường ống dẫn nước .148 3.7 Thiết kế kênh tiêu 148 3.7.1 Tính lưu lượng kênh tiêu 148 3.7.2 Thiết kế mặt cắt dọc ngang kênh tiêu .153 3.7.3 Thiết kế kênh tiêu theo lớp lót kênh 155 CHƯƠNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG TƯỚI TIÊN TIẾN, TIẾT KIỆM NƯỚC 161 4.1 Khái quát chung 161 4.2 Kỹ thuật tưới phun mưa 162 4.2.1 Khái quát 162 4.2.2 Cấu tạo phân loại 164 4.2.3 Vòi phun mưa đặc trưng 166 4.2.4 Thiết kế, tính tốn hệ thống phun mưa 175 4.2.5 Xác định tiêu kỹ thuật quản lý khai thác 182 4.2.6 Công tác vận hành quản lý, khai thác kỹ thuật tưới phun mưa 184 4.3 Kỹ thuật tưới cục tiết kiệm nước 185 4.3.1 Giới thiệu kỹ thuật tưới đại tiết kiệm nước 185 4.3.2 Cơ sở xác định chế độ tưới hợp lý với kỹ thuật tưới đại tiết kiệm nước 193 4.3.3 Yêu cầu kỹ thuật tưới cục tiết kiệm nước chất lượng nước 199 4.3.4 Kỹ thuật tưới nhỏ giọt .200 CHƯƠNG TÍNH TỐN XÁC ĐỊNH QUY MƠ CƠNG TRÌNH ĐẦU MỐI TƯỚI, TIÊU 208 5.1 Mục đích ý nghĩa 208 5.2 Tính tốn phối hợp nguồn nước cơng trình đầu mối tưới 209 5.2.1 Các tài liệu cần thiết dùng để tính tốn 209 5.2.2 Tính tốn phối hợp nguồn nước cơng trình lấy nước tự chảy sơng 209 5.2.4 Tính tốn phối hợp nguồn nước cơng trình đầu mối trạm bơm 227 5.3 Tính tốn tiêu nước cho vùng úng 227 5.3.1 Nguyên nhân biện pháp cải tạo đất vùng úng .227 5.3.2 Bố trí hệ thống thủy lợi vùng úng 231 5.3.3 Tính tốn thủy lợi vùng úng 236 5.4 Tính tốn lựa chọn phương án tưới cho hệ thống thủy lợi làm việc không ổn định 252 5.4.1 Phân vùng quy hoạch tưới 252 5.4.2 Cơ sở đề xuất giải pháp cấp nước 253 5.4.3 Phân tích, đánh giá khả cấp nước hệ thống 254 5.5 Tính tốn lựa chọn phương án tiêu cho hệ thống thủy lợi làm việc không ổn định 271 5.5.1 Phân vùng tiêu 271 5.5.2 Nghiên cứu đề xuất phương án cơng trình đầu mối .273 5.5.3 Tính tốn tiêu nước mặt theo mơ hình thủy lực .274 CHƯƠNG THIẾT KẾ CẢI TẠO, NÂNG CẤP VÀ HIỆN ĐẠI HÓA HỆ THỐNG TƯỚI 284 6.1 Mục đích ý nghĩa 284 6.2 Các nguyên tắc, yêu cầu thiết kế cải tạo, nâng cấp đại hóa hệ thống tưới 285 6.2.1 Nguyên tắc chung 285 6.2.2 Yêu cầu chung cải tạo, nâng cấp đại hóa hệ thống tưới 285 6.3 Thiết kế kênh cơng trình kênh theo hướng đại hóa 286 6.3.1 Nguyên tắc, sở phương án thiết kế đại hóa hệ thống tưới 286 6.3.2 Thiết kế kênh theo hướng đại hóa 289 6.3.3 Thiết kế cơng trình kênh 298 6.4 Ứng dụng hệ thống điều khiển có giám sát thu thập số liệu (SCADA) hệ thống tưới 311 6.4.1 Giới thiệu chung ứng dụng SCADA quản lý hệ thống tưới 311 6.4.2 Các mức độ đại SCADA cho hệ thống tưới 312 6.4.3 Cấu trúc hệ thống SCADA 313 6.4.4 Các nguyên tắc làm việc 316 6.4.5 Các bước ứng dụng SCADA yêu cầu vận hành bảo dưỡng hệ thống SCADA 317 TÀI LIỆU KHAM KHẢO 321 LỜI NÓI ĐẦU Thiết kế hệ thống tưới tiêu mơn học chương trình đào tạo Đại học ngành Kỹ thuật Tài nguyên nước Để đáp ứng yêu cầu đào tạo trang bị kiến thức bản, cần thiết cho người học thiết kế hệ thống tưới tiêu kiểm soát đo nước hệ thống thủy lợi, biên soạn “Giáo trình Thiết kế hệ thống tưới, tiêu” Nội dung Giáo trình giúp sinh viên nắm tổng thể tình hình đặc điểm tự nhiên yêu cầu tưới, tiêu nước vùng kinh tế nước ta; Trang bị kiến thức để xác định cấu trúc hệ thống hệ thống tưới, tiêu nước mặt ruộng; Tính tốn xác định quy mơ hệ thống, cơng trình tưới, tiêu nước lựa chọn giải pháp để tưới, tiêu cải tạo đất cho vùng hạn vùng ngập úng; Thiết kế cải tạo, nâng cấp đại hóa hệ thống tưới tiêu Nội dung giáo trình đáp ứng yêu cầu học tập nghiên cứu sinh viên bậc đại học, đồng thời tài liệu tham khảo tốt cho người học bậc cao cán kỹ thuật, kỹ sư chuyên ngành Kỹ thuật Tài nguyên nước Được quan tâm ủng hộ Ban Giám hiệu phòng ban Trường Đại học Thủy lợi tham gia góp ý kiến chuyên gia lĩnh vực Kỹ thuật Tài nguyên nước ngồi trường, Giáo trình Thiết kế hệ thống tưới, tiêu biên soạn hoàn thành Bộ môn Kỹ thuật Tài nguyên nước PGS.TS Phạm Việt Hịa làm chủ biên Nội dung Giáo trình bao gồm chương: Chương Đặc điểm tự nhiên yêu cầu tưới tiêu nước ta PGS.TS Phạm Việt Hòa biên soạn Chương Hệ thống tưới tiêu nước mặt ruộng PGS.TS Phạm Việt Hòa biên soạn Chương Thiết kế hệ thống kênh đường ống dẫn nước TS Nguyễn Lương Bằng biên soạn Chương Thiết kế hệ thống tưới tiên tiến, tiết kiệm nước PGS.TS Phạm Việt Hòa biên soạn Chương Tính tốn xác định quy mơ cơng trình đầu mối tưới, tiêu TS Nguyễn Lương Bằng biên soạn Chương Thiết kế cải tạo, nâng cấp đại hóa hệ thống tưới TS Nguyễn Lương Bằng biên soạn Các tác giả Bộ môn Kỹ thuật Tài nguyên nước xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Thủy lợi Nhà xuất Bách Khoa hỗ trợ tạo điều kiện cho việc biên soạn in ấn giáo trình Mặc dù tác giả, thành viên tham gia Bộ mơn Kỹ thuật Tài nguyên nước có nhiều cố gắng để hồn thành việc biên soạn giáo trình, nhiên khơng tránh khỏi thiếu sót Chúng tơi mong nhận ý kiến đóng góp cho nội dung hình thức giáo trình để lần xuất lần sau hồn chỉnh Các tác giả Hình 6.31: Theo dõi mực nước thủy chí Hình 6.32: Giám sát mực nước đầu đo siêu âm Hình 6.33: Xác định mực nước đầu đo siêu âm (sử dụng hệ thống SCADA)  Sơ đồ hệ thống kênh HĐH biểu thị hình sau: Hình 6.34: Các cơng trình hệ thống kênh tưới đại hóa 310 6.4 ỨNG DỤNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CÓ GIÁM SÁT VÀ THU THẬP SỐ LIỆU (SCADA) TRONG HỆ THỐNG TƯỚI 6.4.1 Giới thiệu chung ứng dụng SCADA quản lý hệ thống tưới 6.4.1.1 Giới thiệu chung SCADA SCADA từ viết tắt cụm từ tiếng Anh: Supervisory Control and Data Acquisition (Điều khiển có giám sát thu thập số liệu) SCADA thường hiểu hệ thống với trang thiết bị đại sử dụng để giám sát điều khiển quy trình cơng nghiệp, sở hạ tầng hay sản xuất Ví dụ như: sản xuất lắp ráp ơtơ, sản xuất phân phối điện, trình chế biến thực phẩm, điều khiển tòa nhà (thang máy, cổng vào), điều khiển hệ thống cung cấp nước, xử lý nước thải, mạng lưới đường ống dẫn dầu,… Như vậy, SCADA khái niệm rộng công nghiệp, khơng phải hay nhóm cơng nghệ hay thiết bị cụ thể Có trường hợp người ta gọi SCADA cho dù hệ thống có chức thu thập số liệu đơn (khơng có điều khiển) 6.4.1.2 Ứng dụng SCADA quản lý hệ thống tưới Trong quản lý hệ thống tưới, SCADA ứng dụng cho việc sau: - Phục vụ cho vận hành hệ thống tưới: Theo dõi mực nước, độ mở cống, lưu lượng, độ mặn… Ngoài cịn tích hợp máy theo dõi thời tiết, theo dõi an toàn đập vào hệ thống - Điều khiển cơng trình (vận hành cống điều tiết, cống lấy nước, trạm bơm…); - Cảnh báo mực nước hồ chứa, đập: Mức cao hệ thống cảnh báo sớm phục vụ cho ứng phó với thiên tai; - Vận hành tự động: Vận hành tự động cấp cao SCADA quản lý hệ thống tưới Các phần sau chương viết cho SCADA ứng dụng quản lý hệ thống tưới Do đó, cơng nghệ, thiết bị, quy trình… gắn liền với quản lý hệ thống tưới mà cho tất ứng dụng rộng rãi SCADA nêu [21] 6.4.1.3 Vai trị lợi ích SCADA đại hóa hệ thống tưới Hệ thống hệ thống tưới có nhiệm vụ cung cấp dịch vụ cho đối tượng dùng nước cho đảm bảo: - Công - Tin cậy 311 - Linh hoạt (theo yêu cầu) Hệ thống SCADA hồn tồn đáp ứng u cầu nói cung cấp dịch vụ SCADA có chức chủ yếu sau đây: - Thu nhận liệu từ thiết bị vi xử lý, cảm biến webcam,… - Xử lý thực phép tính liệu thu thập - Hiển thị liệu thu thập kết xử lý - Đưa cảnh báo, báo động thông tin cần thiết cho người quản lý để định quản lý, khai thác vận hành - Nhận xử lý lệnh từ người điều hành gửi lệnh đến thiết bị giám sát, điều khiển… Hệ thống SCADA có ưu điểm bật sau: - Cung cấp số liệu theo thời gian thực; - Có thể hiểu rõ quy trình; - Khả quản lý nguồn lực hiệu quả; - Quản lý tối ưu nguồn lượng; - Giảm nhiều nhân lực; - Dễ dàng hiển thị kết đồ họa; - Có thể điều khiển, lưu trữ liệu tập trung (hoặc phân tán); - Cảnh báo, dự báo báo động từ xa; - Cho phép lập báo cáo thống kê, phân tích… 6.4.2 Các mức độ đại SCADA cho hệ thống tưới SCADA không đồng nghĩa với cơng cụ tồn năng, hỗ trợ hoạt động công tác vận hành hệ thống mà chia nhiều mức độ đại từ cấp thấp đến cao sau: Mức 1: Phụ trách thu thập thông tin từ sensor, rơle, chuyển mạch… Những thông tin cung cấp cho người quản lý thông tin tổng quan trạng thái hệ thống; Mức 2: Cài đặt trạm đo đạc truyền tin để số liệu thu thập truyền tới người vận hành Các thông tin lưu trữ, sẵn sàng cho việc xử lý; Mức 3: Chức mức cộng thêm với hỗ trợ liên lạc cho vận hành; Mức 4: Tại mức này, chức điều khiển đưa vào; Mức 5: Tại mức này, SCADA hệ thống hỗ trợ định hồn thiện gồm việc tối ưu hóa, tự động hóa vận hành tin cậy 312 Việc ứng dụng SCADA mức độ tùy thuộc vào điều kiện cụ thể hệ thống khả hiệu đầu tư 6.4.3 Cấu trúc hệ thống SCADA 6.4.3.1 Cấu trúc Hình 6.35: Ba thành phần hệ thống SCADA Hình 6.35 trình bày hệ thống SCADA bao gồm ba thành phần sau: (1) Các trạm làm việc; (2) Hệ thống truyền tin; (3) Trung tâm điều khiển Hình 6.36: Phân bố trạm SCADA khơng gian 313 Trong hình 6.36 cho thấy hệ thống SCADA bố trí không gian: trung tâm điều khiển nhiều trạm làm việc (cách xa nhau) Như thấy mạng truyền tin bao gồm thiết bị bố trí trung tâm tất trạm Mạng truyền tin đóng vai trị quan trọng thơng tin liên lạc hệ thống SCADA đảm bảo độ tin cậy, độ nhanh nhạy hệ thống 6.4.3.2 Trạm làm việc Các trạm làm việc thường lắp đặt cơng trình trạm bơm, cống, điều tiết… nhằm thực chức hệ thống trạm (đo mực nước, đo lưu lượng, vận hành cống, vận hành trạm bơm…) Do đó, tùy thuộc vào tính chất cơng trình lắp đặt mà chức thiết bị bên trạm làm việc khác giống khác Các thiết bị trạm làm việc bao gồm: - Bộ điều khiển định tuyến từ xa (Remote Terminal Unit): Có chức trung tâm kết nối tất thiết bị, thu nhận thông tin chuyển phát thông tin bên vào/ra trạm; - Các sensor đo đạc: Là thiết bị thực việc đo đạc thông số cần thiết mực nước, độ mở cống, độ mặn…; - Thiết bị đo lưu lượng: Thực tế lưu lượng khơng đo trực tiếp mà có hai cách gián tiếp phổ biến dùng để đo lưu lượng kênh hở là: (1) đo lưu tốc nước chảy qua mặt cắt định với diện tích mặt cắt tính lưu lượng (2) cho nước chảy qua cơng trình đo lưu lượng thiết kế trước sau đo mực nước tính lưu lượng Tùy thuộc vào điều kiện thực tế đoạn kênh mà lựa chọn hình thức đo lưu lượng phù hợp Trong phần sau nêu rõ cách lựa chọn; - Thiết bị đóng mở cống: Bao gồm máy đóng mở, động cơ, sensor đo độ mở bảng điều khiển Bảng điều khiển đơn giản bao gồm nút bấm (lên, xuống, dừng) bảng điều khiển với đầy đủ phím số hình để người vận hành nhập độ mở RTU tính tốn điều khiển cống đến vị trí yêu cầu Với hệ thống có chức điều khiển từ xa, người vận hành thực lệnh đóng mở cống từ trung tâm điều khiển sử dụng máy tính có nối mạng để kết nối với máy chủ trung tâm điều khiển thực việc từ đâu; - Thiết bị truyền tin để giao tiếp với trung tâm điều khiển, tùy theo loại mạng lưới thơng tin liên lạc mà thiết bị truyền tin hồn tồn khác Ví dụ mạng lưới truyền tin hữu tuyến (cáp quang) thiết bị truyền tin bao gồm cáp quang, chuyển đổi tín hiệu quang - analog modem 314 - Thiết bị cấp nguồn: Hệ thống SCADA hoạt động thiếu điện, việc cấp điện cho trạm cần tính tới thiết kế Tùy thuộc vào chức trạm mà nguồn điện cơng suất cấp cho trạm khác Với hệ thống có điều khiển, yêu cầu sử dụng động nguồn điện lưới máy phát dự phịng cần thiết Nếu trạm có chức đo đạc nguồn điện pin mặt trời ắc quy - Tủ thiết bị: Thông thường thiết bị RTU, modem, chống sét… đặt gọn tủ gọi tủ thiết bị Tủ bao gồm thiết bị hiển thị thông tin đo đạc trạm bàn phím hỗ trợ điều khiển (gọi chung HMI) - Các cơng trình thiết bị phụ trợ: Ngồi thiết bị trên, trạm SCADA cịn phải có thiết bị phụ trợ chống sét, cơng trình bảo vệ sensor… Hình 6.37 cho thấy thiết bị trạm SCADA có đo đạc - điều khiển Hình 6.37: Các thiết bị bố trí thiết bị trạm SCADA 6.4.3.3 Hệ thống truyền tin Hệ thống truyền tin sử dụng cho việc trao đổi thông tin trạm làm việc trung tâm điều khiển Có nhiều loại công nghệ truyền tin GSM, điện 315 thoại, radio, cáp quang… thiết bị truyền tin ứng với công nghệ thường khác Tuy nhiên, thiết bị sau phần hệ thống truyền tin: - Modem: Là thiết bị có nhiệm vụ kết nối chuyển đổi tín hiệu đến khỏi trạm - Ăng ten cáp nối 6.4.3.4 Trung tâm điều khiển Các trạm làm việc truyền liệu trung tâm điều khiển thông qua mạng truyền tin Trung tâm điều khiển nơi mà liệu từ trạm làm việc thu nhận, xử lý, lưu trữ chuyển đến nơi khác cần thiết Người điều hành theo dõi tham số đặt, điều khiển trạm hỗ trợ quản lý hệ thống hiệu Trung tâm điều khiển bao gồm: (1) MTU hay máy chủ SCADA để xử lý liệu, điều khiển trạm làm việc; (2) Các máy tính; (3) Các máy in để in ấn bảng biểu thông tin hệ thống; (4) Thiết bị truyền tin radio (tùy thuộc vào loại mạng truyền tin); (5) Các thiết bị phụ trợ 6.4.4 Các nguyên tắc làm việc Như nêu trên, hệ thống SCADA có chức chính, bao gồm giám sát, điều khiển thu thập số liệu Dưới nguyên tắc làm việc nhằm đáp ứng chức 6.4.4.1 Giám sát Các RTU liên tục quét tín hiệu trung tâm điều khiển yêu cầu trạm làm việc thu thập thông tin theo tần suất định Trạm làm việc tự động gửi thông tin trung tâm điều khiển có tình hình đặc biệt thời điểm nào, người vận hành lệnh cho trung tâm điều khiển yêu cầu số toàn trạm làm việc thu thập thông tin thời hệ thống tưới 6.4.4.2 Điều khiển Việc điều khiển cánh cống hay trạm bơm thực từ trung tâm trạm Lệnh điều khiển từ trung tâm thực thông qua phần mềm quản lý hệ thống SCADA Tại trạm làm việc, việc vận hành thực từ bảng điều khiển sau trạm cài đặt sang chế độ làm việc “điều khiển chỗ” Các thông số phục vụ cho vận hành (mực nước, độ mở cống, v.v…) thu thập hệ thống thông qua trạm làm việc chuyển tới trung tâm điều 316 khiển thông qua mạng truyền tin Tại trung tâm điều khiển, thông số trình bày, xử lý lưu trữ máy tính giám sát người quản lý đưa định cho vận hành cơng trình (cống điều tiết, cống lấy nước ), lệnh đưa vào máy tính giám sát sau chuyển đến trạm làm việc để thực thao tác vận hành theo yêu cầu Trong trường hợp sử dụng phương thức “điều khiển chỗ”, thay từ trung tâm điều khiển, bảng điều khiển sử dụng để gửi lệnh điều khiển 6.4.4.3 Thu thập số liệu Các số liệu hệ thống mà chúng đo theo thời gian, lưu trữ máy tính giám sát để giúp IMC theo dõi tình hình hoạt động hệ thống, đánh giá tính hiệu việc quản lý tưới xác định phương án vận hành tốt Các số liệu sử dụng làm sở để tính tốn mức thủy lợi phí (cho cấp nước, nơng nghiệp, v.v…) 6.4.5 Các bước ứng dụng SCADA yêu cầu vận hành bảo dưỡng hệ thống SCADA 6.4.5.1 Nguyên tắc bước quy hoạch, bố trí hệ thống SCADA  Nguyên tắc chung: Quy hoạch bố trí hệ thống SCADA phải: - Bắt đầu từ trung tâm điều khiển; - Bố trí tập trung, theo tuyến; - Đảm bảo truyền thông dễ dàng, liên tục; - Triệt để lợi dụng cơng trình, trang thiết bị sẵn có (văn phịng, nhà máy, mạng máy tính, hệ thống điện thoại, )  Nguyên tắc quy hoạch bố trí hệ thống SCADA: (1) Trung tâm điều khiển nên bố trí khu vực văn phịng Cơng ty QLKH CTTL, nơi cao gần cụm cơng trình đầu mối hệ thống (2) Nếu hệ thống cơng trình thủy lợi phân bố trải dài (theo địa hình) bố trí trung tâm điều khiển trạm quản lý cơng trình gần với trung tâm hệ thống (3) Hệ thống truyền thông nên sử dụng mạng vô tuyến trải phổ rộng, hệ thống thủy lợi có địa hình phức tạp, không phẳng (4) Nếu hệ thống công trình thủy lợi miền núi, có địa hình cao nên quy hoạch bố trí hệ thống cáp quang phục vụ công tác truyền thông tin 317 (5) Với hệ thống có mạng dịch vụ điện thoại tốt lắp đặt mạng Ethernet LAN/WAN kết hợp (6) Những trạm giám sát điều khiển thực địa cần bố trí phạm vi văn phịng gần văn phịng làm việc xí nghiệp, trạm, cụm quản lý cơng trình thủy lợi (7) Mỗi trạm giám sát điều khiển thực địa cần đảm nhận số nhiều cơng trình gần (8) Với hệ thống cơng trình thủy lợi có tuyến kênh kéo dài 25  30km nên bố trí trạm giám sát điều khiển có khả khống chế cho phần kênh từ 25  30km trở đi, (9) Các cảm biến thiết bị đo, nên bố trí nơi có điều kiện mơi trường tốt, an tồn dễ quản lý, dễ tu bảo dưỡng, (10) Vị trí bố trí trạm giám sát điều khiển thiết bị đầu cuối (cảm biến, thiết bị đo,…) phải tiện lợi cho việc giao thông lại, vận chuyển trang thiết bị thi công, lắp đặt… 6.4.5.2 Nguyên tắc bước thiết kế hệ thống SCADA Nguyên tắc chung để thiết kế thống SCADA: - Bắt đầu từ trạm cảm biến, đo đạc, sau đến trạm giám sát - điều khiển - Tính tốn xác định biến giám sát điều khiển (Tags) trước thiết lập cấu hình thiết bị mạng truyền thông - Cấu trúc phần mềm sở liệu phải nghiên cứu thiết kế từ đầu… - Thiết kế, xây dựng phần mềm ứng dụng thiết kế, xây dựng phần mềm hệ thống phần mềm SCADA - Thiết kế thiết lập cấu hình cho hệ thống truyền thơng cần phải tiến hành đồng thời với thiết kế phần mềm SCADA… 6.4.5.3 Nguyên tắc lựa chọn thiết bị SCADA  Lựa chọn thiết bị cảm biến: - Loại thiết bị hãng, công ty cung cấp: Tùy theo yêu cầu độ xác độ nhạy cần thiết chọn thiết bị cảm biến có độ xác cao Allen Bradley, National Instrument,… Loại cảm biến siêu âm thường dùng hệ thống SCADA cho ngành Thủy lợi 318 - Phạm vi dải đo: Cần theo khoảng dao động yếu tố cần đo (mực nước, lưu lượng, độ mở,…)  Lựa chọn thiết kế phần mềm cho thiết bị điều khiển: - Loại thiết bị hãng, công ty cung cấp: Căn theo yêu cầu giám sát điều khiển, truyền thông tin để chọn thiết bị điều khiển logic khả trình PLC, RTU hãng Allen Bradley, National Instrument, Siemens, Omron,… Loại thiết bị điều khiển dùng hệ thống SCADA cho ngành Thủy lợi PLC hãng Omron - Nhật Bản MOSCAD RTU hãng Motorola, - Tính tốn xác định số lượng đầu vào đầu cần thiết sở số Tags giám sát điều khiển  Thiết kế phần mềm SCADA - Giao diện người - máy (HMI): Có thể lập trình Bộ cơng cụ lập trình Visual Studio.NET, cân nhắc mua phần mềm chuyên nghiệp SCADA hãng: Wonderware, National Instrument… 6.4.5.4 Các yêu cầu vận hành bảo dưỡng hệ thống SCADA - Vận hành hệ thống SCADA phải thực theo quy trình vận hành bảo trì nhà thầu cung cấp trang thiết bị SCADA lập - Bảo dưỡng thường xuyên định kỳ máy chủ, máy sở liệu, máy in,… trung tâm điều khiển - Làm vệ sinh tra dầu mỡ trang thiết bị, cơng trình trạm SCADA (các thiết bị điều khiển, cấu chấp hành, sensor đo mực nước độ ẩm sensor đo độ mở cửa van, cơng trình thước đo nước, ) - Duy tu bảo dưỡng thường xuyên trang thiết bị truyền thông tin - Hầu hết trường hợp bảo trì thuộc loại bảo dưỡng định kỳ thời gian vận hành bình thường nhân viên trạm quản lý thực - Đối với hư hỏng trang thiết bị đặc biệt cần gọi đến chuyên gia nhà cung cấp dịch vụ nhà thầu SCADA,… - Công ty xây dựng trì trạm sửa chữa nhỏ trang thiết bị SCADA Mua sẵn trang thiết bị SCADA dự phòng… 6.4.5.5 Nâng cao lực vận hành hệ thống SCADA Thực tế cho thấy có nhiều hệ thống SCADA xây dựng, lắp đặt hiệu sử dụng chưa cao, chí số hệ thống SCADA khơng đưa vào khai thác, sử dụng Vì vậy, để nâng cao lực quản lý vận hành hệ 319 thống SCADA trước hết cần phải tuân theo nguyên tắc SCADA nêu mục 6.4.4 Đồng thời cần ý đến công tác sau đây: - Tổ chức bồi dưỡng kiến thức kỹ chuyên sâu cho đội ngũ cán bộ, nhân viên vận hành, quản lý hệ thống SCADA - Tuyệt đối tuân thủ quy trình quản lý, vận hành tu bảo dưỡng hệ thống SCADA Cần phải ghi chép nhật ký vận hành bảo dưỡng hệ thống SCADA - Thường xuyên mở lớp tập huấn để cập nhật nâng cao kiến thức SCADA hướng theo tiếp cận Cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 - Tổ chức cho đội ngũ cán bộ, nhân viên vận hành, quản lý hệ thống SCADA đến tham quan, học tập thực địa hệ thống SCADA điển hình, có hiệu cao… - Cần phân công cán lãnh đạo công ty QLKTCTTL chuyên trách đạo, kiểm tra việc thực quy trình thao tác vận hành hệ thống SCADA - Theo dõi, đánh giá hiệu hệ thống SCADA theo cách tiếp cận đại hóa chu trình đánh giá hiệu BenchMarking nhằm sử dụng bền vững phát triển hệ thống SCADA - Cần có cán kỹ thuật nắm kiến thức tự động hóa xu hướng phát triển Cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 IoT Đặc biệt trọng đến việc ứng dụng công nghệ thông tin truyền thông (ICT) nằm mở rộng, nâng cấp hệ thống SCADA có: + Cơng nghệ điện toán đám mây máy chủ ảo (VPS) + Công nghệ Websockets, module Ethernet/WIFI/GSM/GPRS/… Arduino boards, cảm biến WIFI,… 320 TÀI LIỆU KHAM KHẢO [1] Nguyễn Trọng Sinh "Cân bảo vệ sử dụng có hiệu nguồn nước quốc gia", Báo cáo khoa học tổng kết chương trình cấp nhà nước KC12, 1996 [2] Donald A Wilhite & Michael H Glantz "Understanding: the Drought Phenomenon: The Role of Definitions", Water International, vol 10(3), pp 111120, 1985 [3] D.A Wilhite "Drought as a natural hazard: Concepts and definitions", in Drought: A Global Assessment, London & New York, pp.3-18, 2000 [4] AMS "Meteorological drought policy statement", Bulletin of American Meteorological Society, vol 78, pp 847-849, 1997 [5] IPCC Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA: Cambridge University Press, pp.996, 2007 [6] Nguyễn Văn Thắng "Nghiên cứu xây dựng hệ thống dự báo, cảnh báo hạn hán cho Việt Nam với thời hạn đến tháng", Trong Đề tài cấp Nhà nước KC08.17/11-15, 2015 [7] FAO "Cơ sở liệu FAO" Internet: http://www.fao.org/faostat/en/#home [8] NXB Khoa học Trung Quốc "Kỹ thuật cơng trình tưới tiêu (Tiếng Trung) tập 2", 1997 [9] Nguyễn Quang Đoàn Nguyên lý thiết kế hệ thống tưới Đà Nẵng: Đại học Bách Khoa Đà Nẵng, 1998 [10] Tống Đức Khang Bài tập Thủy nông Hà Nội: NXB Nông nghiệp, 1995 [11] Tống Đức Khang & Nguyễn Tuấn Anh Một số biện pháp thủy lợi cho vùng đồi núi Hà Nội: NXB Nông nghiệp, 1996 [12] Bộ Nông nghiệp Phát triển Nơng thơn TCVN 4118:2012 "Cơng trình thủy lợi - hệ thống tưới tiêu - yêu cầu thiết kế", 2012 [13] Phạm Ngọc Hải Giáo trình Quy hoạch Thiết kế hệ thống thủy lợi Hà Nội: NXB Xây dựng, 2005 [14] Cơtchiacơp Giáo trình tưới Matxcova: NXB Nga, 1990 [15] NXB Khoa học Trung Quốc "Kỹ thuật tưới phun mưa (Tiếng Trung)", 1982 321 [16] NXB Khoa học Trung Quốc "Kỹ thuật tưới nhỏ giọt (Tiếng Trung)", 1987 [17] Lê Sâm Kỹ thuật tưới tiết kiệm nước NXB Nông nghiệp, 2002 [18] Bộ Nông nghiệp Phát triển Nông thôn QCVN 04-05:2012 "Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia công trình thủy lợi - quy định chủ yếu thiết kế" 2012 [19] Tổng cục Thủy lợi "Báo cáo Hội thảo Khởi động dự án: Hỗ trợ nâng cao hiệu tưới thơng qua triển khai chương trình định chuẩn", 2012 [20] Quốc hội Việt Nam "Luật Thủy lợi", 2017 [21] Bộ Nông nghiệp Phát triển Nông thơn "Sổ tay đại hóa hệ thống tưới", 2012 [22] Bộ Nông nghiệp Phát triển Nông thôn Sổ tay Kỹ thuật Thủy lợi NXB Nông nghiệp, 2005 322 GIÁO TRÌNH  THIẾT KẾ HỆ THỐNG TƯỚI, TIÊU - NHÀ XUẤT BẢN BÁCH KHOA HÀ NỘI Trụ sở: Ngõ 17, Tạ Quang Bửu, Quận Hai Bà Trưng, Hà Nội Điện thoại: 024.38684569; Fax: 024.38684570 Email: http://www.nxbbk.hust.edu.vn Chịu trách nhiệm xuất Giám đốc: TS BÙI ĐỨC HÙNG Biên tập: NGỤY THỊ LIỄU ĐINH THỊ PHƯỢNG Sửa in: NGUYỄN PHƯƠNG ANH Thiết kế bìa: ĐINH XUÂN DŨNG In 500 cuốn, khổ 19  27 cm, Cơng ty TNHH Bao bì Sao Phương Bắc, số 59 Phố Mới, thị trấn Như Quỳnh, huyện Văn Lâm, tỉnh Hưng Yên Số xuất bản: 5245-2019/CXBIPH/01-90/BKHN; ISBN: 978-604-9875-26-7 Quyết định số: 296/QĐ-ĐHBK-BKHN ngày 27/12/2019 In xong nộp lưu chiểu Quý I năm 2020 323 324 View publication stats