Giải pháp giám sát trạm nâng trong hệ thống thoát nước đô thị

Nước là nguồn tài nguyên không thể thiếu trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta. Để đảm bảo người dân có thể tiếp cận nguồn nước sạch, các chính phủ trên toàn thế giới đã thiết lập hệ thống cống rãnh đô thị để dẫn nước thải sinh hoạt đến các nhà máy xử lý để thanh lọc, thúc đẩy việc sử dụng bền vững các nguồn tài nguyên nước.

Các trạm nâng đóng vai trò quan trọng trong hệ thống cống rãnh. Vì đường ống cống dựa vào dòng chảy trọng lực để vận chuyển nước thải, các trạm nâng trung gian giúp nâng mực nước để tạo ra sự chênh lệch độ cao, liên tục thúc đẩy dòng nước và vượt qua các chướng ngại vật địa hình như đồi núi, tàu điện ngầm và sông.

ICP DAS đã triển khai giải pháp tự động hóa và giám sát cho cơ sở xử lý nước thải lớn nhất Đài Loan—Nhà máy xử lý nước thải Bali tại Thành phố Tân Bắc—bao gồm năm trạm nâng. Bộ điều khiển cấp công nghiệp thu thập dữ liệu quan trọng từ nhiều thiết bị khác nhau trong các trạm nâng, thực hiện các hoạt động logic và giám sát các thiết bị như máy bơm, động cơ và van. Dữ liệu này được truyền theo thời gian thực đến hệ thống SCADA trong phòng điều khiển trung tâm, cho phép ban quản lý giám sát từ xa trạng thái của trạm nâng, cải thiện đáng kể hiệu quả quản lý thiết bị và tính ổn định của hoạt động.

Giải pháp giám sát trạm nâng trong hệ thống thoát nước đô thị

Trạm nâng thường được lắp đặt theo kiểu giếng ướt hoặc giếng khô. Trong thiết kế giếng ướt, máy bơm được ngâm trong nước thải, trong khi trong thiết kế giếng khô, máy bơm được giữ trong một khoang riêng biệt, tách biệt với nước thải. Thiết bị thường bao gồm một hoặc nhiều máy bơm, động cơ, van kiểm tra, lưới lọc và thiết bị loại bỏ sạn.

WP-8441 đóng vai trò là bộ điều khiển cốt lõi cho các trạm nâng với thiết kế nhỏ gọn, nhiều giao diện truyền thông và 4 khe cắm mở rộng I/O. Nó hoạt động với các module I/O I-87K hiệu suất cao, cụ thể là Mô-đun DI I-87040W, Mô-đun AI I-87017ZW và Mô-đun DO I-87057W để giám sát các thiết bị thiết yếu trong giếng.

Sơ đồ kiến ​​trúc hệ thống

Thiết bị trong hệ thống

• Thiết bị giám sát

Module 32 kênh đầu vào DI I-87040W hỗ trợ đầu vào kỹ thuật số loại Sink hoặc Source. Nó cũng cung cấp khả năng cách ly trong mô-đun, với khả năng bảo vệ lên đến 3750 VDC.

Trong giải pháp này, I-87040W nhận dữ liệu trạng thái từ thiết bị, chẳng hạn như trạng thái hoạt động và thời gian chạy của máy bơm và động cơ, cũng như trạng thái của van kiểm tra, giúp ngăn nước thải được bơm chảy ngược trở lại giếng. Sau đó, dữ liệu này được truyền đến WP-8441 thông qua giao thức truyền thông DCON để xử lý và kiểm soát.

• Thiết bị điều khiển

I-87057W nhận lệnh điều khiển từ WP-8441 thông qua giao thức truyền thông DCON và điều khiển ON/OFF động cơ và máy bơm thông qua các kênh đầu ra kỹ thuật số của nó.

• Giám sát mực nước và áp suất

Mô-đun AI I-87017ZW chịu trách nhiệm tiếp nhận dữ liệu từ các đồng hồ đo mức chất lỏng được lắp đặt trong giếng nước thải. Duy trì mức nước tối thiểu là rất quan trọng để ngăn ngừa mùi thoát ra và làm mát các máy bơm giếng ướt, trong khi kiểm soát mức nước tối đa là cần thiết để ngăn ngừa tràn. Khi phát hiện mức chất lỏng quá thấp hoặc quá cao, dữ liệu được truyền qua DCON đến WP-8441, sau đó điều khiển hoạt động của động cơ và máy bơm thông qua I-87057W.

Ngoài ra, I-87017ZW nhận các số đọc áp suất từ ​​đồng hồ đo áp suất. Nếu áp suất đạt đến giới hạn tối đa được cài đặt trước, máy bơm sẽ tự động dừng; khi áp suất giảm xuống giới hạn tối thiểu được cài đặt trước, máy bơm sẽ tiếp tục hoạt động.

I-87017ZW có 10 kênh đầu vào analog vi sai hoặc 20 kênh đầu vào single-ended với tốc độ lấy mẫu ở cả chế độ bình thường (10 Hz) và chế độ tốc độ cao (50 Hz). Nó cũng bao gồm các tính năng bảo vệ mạnh mẽ như bảo vệ ESD 4 kV, cách ly trong mô-đun 3000 VDC, phát hiện dây hở 4~20 mA, cũng như bảo vệ quá dòng và quá áp, đảm bảo khả năng chống nhiễu tuyệt vời trong môi trường công nghiệp.

Sau đó, WP-8441 truyền dữ liệu đến hệ thống SCADA trung tâm qua Modbus TCP. Khi bất kỳ dữ liệu quan trọng nào đạt đến giới hạn trên hoặc dưới được cài đặt trước, hệ thống SCADA sẽ kích hoạt cảnh báo theo thời gian thực để quản lý. Ngoài ra, thông báo có thể được gửi đến nhân viên có liên quan qua email hoặc thiết bị di động, cho phép kiểm tra tại chỗ và khắc phục sự cố ngay lập tức.

WP-8441 được trang bị CPU PXA270 (520 MHz) và chạy trên hệ điều hành Windows CE.NET 5.0, cung cấp nhiều giao diện truyền thông, bao gồm Gigabit Ethernet, USB, RS-232 và RS-485, cho phép tích hợp nhanh chóng và liền mạch với các thiết bị khác.

Máy chủ NAPOPC DA: Tích hợp Hệ thống Giám sát trên 5 trạm nâng

Phần mềm NAPOPC được sử dụng trong ứng dụng này là Máy chủ OPC DA miễn phí hỗ trợ các sản phẩm I/O ICP DAS. Là một tiêu chuẩn kiểm soát quy trình công nghiệp và truy cập dữ liệu, OPC DA được xây dựng trên các công nghệ OLE COM (Mô hình Đối tượng Thành phần) và DCOM (Mô hình Đối tượng Thành phần Phân tán) của Microsoft. Máy chủ NAPOPC cung cấp một bộ toàn diện các đối tượng, giao diện và phương pháp OPC DA tiêu chuẩn, cho phép kiểm soát quy trình và trao đổi dữ liệu liền mạch với các hệ thống phần mềm khác.

Trong trường hợp này, NAPOPC DA Server hỗ trợ giám sát thiết bị và trao đổi dữ liệu qua 5 trạm nâng. Được thiết kế để tương thích với cả PC và PAC, hệ thống tập trung dữ liệu thiết bị, giúp dữ liệu dễ dàng truy cập vào nhiều hệ thống SCADA để tích hợp hợp lý. Cách tiếp cận này không chỉ giảm tải cho từng thiết bị phục vụ nhiều hệ thống SCADA mà còn tăng cường độ ổn định và độ tin cậy của toàn bộ hệ thống.

Máy chủ NAPOPC DA cung cấp giao tiếp đa luồng, cải thiện đáng kể tốc độ thu thập dữ liệu từ thiết bị. Người dùng cũng có thể tùy chỉnh khoảng thời gian giao tiếp để phù hợp với tần suất thăm dò cụ thể cần thiết cho từng thiết bị, đảm bảo hiệu suất được tối ưu hóa.

Trong thời gian nhàn rỗi của từng thiết bị, Máy chủ NAPOPC DA có thể được thiết lập để tự động phát hiện các mô-đun và tạo cấu trúc dữ liệu Device/Group/Tag tương ứng. Chức năng này hỗ trợ các mô-đun I/O DCON của ICP DAS cũng như các mô-đun I/O từ xa I-7K, I-8K, I-87K và RU/USB-87Pn. Đối với các thiết bị ngoại tuyến, người dùng có thể linh hoạt cấu hình NAPOPC theo cách thủ công để xây dựng cùng một cấu trúc dữ liệu.

Giải pháp Win-GRAF: Tinh giản tích hợp hệ thống để đạt hiệu quả cao hơn

Win-GRAF là phần mềm phát triển logic mềm mạnh mẽ giống PLC tương thích với Windows 7/8/10 và các phiên bản mới hơn. Phần mềm này tuân thủ tiêu chuẩn IEC 61131-3, hỗ trợ các ngôn ngữ lập trình PLC như Ladder Diagram (LD), Function Block Diagram (FBD), Sequential Function Chart (SFC) và Structured Text (ST). Ngoài ra, Win-GRAF Workbench hỗ trợ lập trình đa tác vụ, cho phép người dùng phát triển các ứng dụng có thể tải xuống và thực thi trên tất cả các thiết bị dòng ICP DAS PAC hỗ trợ Win-GRAF.

Với các cổng Ethernet (LAN1 và LAN2), tối đa 32 ICP DAS Win-GRAF PAC có thể trao đổi dữ liệu. Win-GRAF sử dụng liên kết dữ liệu kích hoạt sự kiện để truyền dữ liệu, hiệu quả hơn các phương pháp thăm dò truyền thống. Ngoài ra, người dùng có thể định cấu hình liên kết dữ liệu dự phòng thông qua phần mềm. Nếu một kết nối mạng bị lỗi, mạng dự phòng sẽ tự động tiếp quản để duy trì trao đổi dữ liệu liên tục. Tính năng này giúp tăng cường đáng kể độ tin cậy của hệ thống giám sát trạm nâng.

Khi người dùng cần thực hiện những sửa đổi nhỏ đối với chương trình mà không cần dừng hoạt động, tính năng 'Thay đổi trực tuyến' của Win-GRAF cho phép khắc phục sự cố và giám sát trực tuyến mà không bị gián đoạn, mang lại sự tiện lợi tuyệt vời cho người dùng.

Kết luận

Sự cố trạm nâng có thể gây ra nhiều vấn đề: nước thải có thể chảy ngược vào các đường ống thượng nguồn và tràn ra từ nắp hố ga, gây ra mùi hôi nồng nặc ảnh hưởng tiêu cực đến chất lượng cuộc sống của cư dân. Ngoài ra, nếu nước thải chảy vào sông hoặc suối, nó có thể gây hại cho hệ sinh thái bằng cách làm giảm nồng độ oxy, dẫn đến cá chết và gián tiếp ảnh hưởng đến nước tưới cho nông dân.

Các PAC của ICP DAS, cùng với các mô-đun I/O của ICP DAS, tạo thành các hệ thống điều khiển đáp ứng nhiều yêu cầu khác nhau và chịu được môi trường khắc nghiệt.