HIỆN TƯỢNG SẠT LỞ
2.3. HỆ THỐNG CẢNH BÁO SẠT LỞ
2.3.3. Hệ thống điều khiển, giám sát và thu thập dữ liệu SCADA
Ngoài công tác quan trắc tại hiện trường, việc xây dựng hệ thống cảnh báo sớm còn cần đến hệ thống điều khiển chính nhằm tự động hóa toàn bộ quy trình.
Các số liệu đo đạc được truyền trực tiếp từ hiện trường về trung tâm xử lý thông qua hệ thống mạng vô tuyến. Tại trung tâm điều khiển, sau khi xử lý, phân tích số liệu, hệ thống sẽ tiếp tục tiến hành quan trắc hoặc tự động đưa ra cảnh báo cần thiết.
2.3.3.1. Giới thiệu hệ thống SCADA
SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) là hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu phổ biến nhất hiện nay. Hệ thống SCADA bao gồm việc thu thập thông tin, chuyển thông tin về trung tâm để thực hiện các phân tích và điều khiển cần thiết cũng như hiển thị thông tin cho nhiều người dùng, sau đó các yêu cầu điều khiển sẽ được chuyển trở lại quá trình xử lý. SCADA trực tuyến sẽ giúp cho việc truyền dẫn thông tin chính xác và kịp thời giúp cho việc dự báo sớm.
Các hệ thống SCADA không những được ứng dụng rộng rãi trong quá trình sản xuất công nghiệp mà còn dùng trong nhiều lĩnh vực khác như quản lý hệ thống điện, nước, chiếu sáng, v.v.
2.3.3.2. Các thành phần của hệ thống
Hệ thống SCADA bao gồm các thành phần như sau (Hình 2.22):
- Trạm điều khiển giám sát trung tâm: gồm một hay nhiều máy chủ trung tâm (central host computer server) (Hình 2.23).
- Trạm thu thập dữ liệu trung gian: là các khối thiết bị vào ra đầu cuối từ xa (Remote Terminal Units - RTU) hoặc các khối điều khiển logic khả trình (Programmale Logic Controllers - PLC) có chức năng giao tiếp với các thiết bị chấp hành (cảm biến cấp trường, các hộp điều khiển đóng cắt và các van chấp hành v.v.).
- Hệ thống truyền thông: bao gồm các mạng truyền thông công nghiệp, các thiết bị viễn thông và các thiết bị chuyển đổi dồn kênh có chức năng truyền dữ liệu đến các khối điều khiển và máy chủ.
- Giao diện người - máy HMI (Human - Machine Interface): là các thiết bị hiển thị quá trình xử lý dữ liệu để người vận hành điều khiển các quá trình hoạt động của hệ thống.
Hình 2.22. Sơ đồ kết nối giữa các thiết bị trên hệ thống. (Nguồn: Internet)
Hình 2.23. Sơ đồ kết nối thiết bị tại Trung tâm điều khiển. (Nguồn: Internet)
2.3.3.3. Cơ chế thu thập dữ liệu
Trong hệ thống SCADA, quá trình thu thập dữ liệu được thực hiện trước tiên ở quá trình các RTU quét thông tin có được từ các thiết bị chấp hành nối với chúng.
Thời gian để thực thi nhiệm vụ này được gọi là thời gian quét bên trong. Các máy chủ quét các RTU để thu thập dữ liệu từ các RTU này. Để điều khiển, các máy chủ sẽ gửi tín hiệu yêu cầu đến các RTU, từ đó cho phép RTU gửi tín hiệu điều khiển trực tiếp xuống các thiết bị chấp hành thực thi nhiệm vụ.
Cơ sở dữ liệu của hệ thống là tập hợp số liệu từ các thiết bị quan trắc hiện trường được đưa về máy trạm hoặc máy chủ thông qua các đường truyền mạng không dây và internet. Tất cả những dữ liệu này được xử lý liên tục và truy xuất để làm căn cứ đánh giá khi cần thiết. Phần mềm quản lý của hệ thống được xây dựng với các chức năng điều khiển, giám sát, quản lý và lưu trữ thông tin trên toàn hệ thống. Trung tâm điều khiển là nơi đặt máy chủ (server) có cấu hình mạnh, tốc độ xử lý cao, dung lượng lưu trữ lớn và cài đặt sẵn phần mềm quản lý. Tại đây, hệ thống tiến hành theo dõi diễn biến của các yếu tố đang thực hiện quan trắc và tự động đưa ra các biện pháp xử lý thích hợp khi có nguy cơ xảy ra sự cố.
2.3.3.4. Một số thiết bị khác dùng trong hệ thống
Để kết nối tín hiệu từ các thiết bị quan trắc tại hiện trường đến các trạm, trong hệ thống cảnh báo sớm còn cần đến một số thiết bị khác như: data-logger, multiplexer, v.v. Các thiết bị này có chức năng chuyển đổi tín hiệu từ những thiết bị quan trắc riêng biệt về một chuẩn truyền thông thống nhất như RS-232 hoặc RS-485 và truyền tải đến trung tâm điều khiển thông qua hệ thống mạng không dây 3G, GSM hoặc Ethernet. Các thiết bị quan trắc truyền tín hiệu điện từ hiện trường đến bộ thu thập dữ liệu (data-logger) (Hình 2.24) đặt tại mỗi trạm. Cấu tạo data-logger gồm 1 thiết bị lưu trữ thông tin (data memory), bộ chuyển đổi từ tín hiệu tương tự sang tín hiệu số (Analog Digital Converter - ADC) và một bộ chọn kênh (multiplexer) (Hình 2.25). Tùy vào số thiết bị tại hiện trường mà ta chọn bộ multiplexer có số cổng phù hợp. Hiện nay, một số mẫu data-logger mới có thể tích hợp cả bộ multiplexer giúp tinh giản số lượng thiết bị rời rạc cần phải lắp đặt.
Hình 2.24. Bộ chọn kênh multiplexer model 8032 (Geokon).
Hình 2.25. Bộ thu thập dữ liệu data-logger model 8021 Micro-1000 (Geokon).
Hình 2.26. Nguồn cấp điện tích hợp tấm pin năng lượng mặt trời và acquy lưu trữ.
(Earthtech Products).
Ngoài ra, do các thiết bị quan trắc được gắn cố định tại hiện trường nên cần có bộ nguồn cung cấp điện năng để thiết bị có thể cung cấp số liệu liên tục. Tuy nhiên, những vị trí quan trắc có thể nằm tách biệt với các khu vực có mạng lưới cấp điện đi qua. Giải pháp tối ưu cho những trường hợp này là sử dụng các tấm pin năng lượng mặt trời (solar panel) kết hợp với bộ acquy lưu trữ điện (Hình 2.26).