Máy tính cho hệ SCADA ngành nước chia theo vị trí đặt máy: phòng điều khiển trung tâm dùng máy rack 4U nhiều khe mở rộng như Advantech IPC-610-H; trạm bơm, giếng khoan và điểm đo xa dùng máy không quạt nguồn DC gắn thanh DIN như UNO-2372G V2, có sẵn nhiều cổng COM để đọc PLC, biến tần và đồng hồ lưu lượng. Chọn sai tầng là nguyên nhân thường gặp khiến trạm mất tín hiệu.
Một hệ cấp nước hoặc xử lý nước thải có thể gồm hàng chục điểm cách xa nhau, phần lớn không có người trực. Mỗi điểm đặt ra yêu cầu riêng về nhiệt độ, độ ẩm, nguồn điện của tủ, cổng giao tiếp với thiết bị hiện trường và khả năng tự khởi động lại. Bài này đi qua từng vị trí đặt máy trong hệ SCADA ngành nước và cách chọn máy cho mỗi vị trí. Thông số thiết bị lấy từ trang sản phẩm và datasheet chính thức của Advantech tại thời điểm viết.
Hệ SCADA ngành nước có những máy tính nào?
SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition, hệ giám sát điều khiển và thu thập dữ liệu) của một công ty cấp nước hay một nhà máy xử lý nước thải thường trải trên nhiều điểm cách xa nhau. Nhìn theo vị trí đặt máy, có ba tầng:
- Phòng điều khiển trung tâm: máy chủ SCADA, máy lưu dữ liệu lịch sử (historian), các trạm vận hành có nhiều màn hình. Phòng này có điều hoà, có người trực 24/7.
- Nhà điều hành tại khu xử lý: máy HMI (giao diện người - máy) cho từng cụm bể lắng, bể lọc, khu châm hoá chất. Phòng có mái che nhưng gần khu bể, độ ẩm cao.
- Trạm bơm, giếng khoan, điểm đo áp xa: máy thu thập dữ liệu hoặc gateway (cổng chuyển giao thức) đặt ngay trong tủ điện, đọc số từ PLC, biến tần, đồng hồ lưu lượng rồi gửi về trung tâm qua cáp quang hoặc mạng di động. Thường không có người trực.
Ba tầng có môi trường khác hẳn nhau, nên không thể dùng chung một cấu hình máy.
Yếu tố "công nghiệp" của ngành nước: không chỉ là nhiệt độ
Với ngành nước, nhiệt độ chỉ là một phần:
Độ ẩm và hiện tượng ngưng tụ
Trạm bơm đặt cạnh bể chứa, nhà máy xử lý có hàng nghìn mét khối nước mặt thoáng. Không khí gần như lúc nào cũng ẩm. Datasheet máy công nghiệp luôn ghi độ ẩm kèm chữ non-condensing (không ngưng tụ): máy chịu được không khí ẩm, nhưng không chịu được nước đọng thành giọt trên bo mạch. Ngưng tụ xảy ra khi tủ nóng ban ngày rồi nguội nhanh về đêm, nên tủ cần sưởi chống ngưng tụ hoặc thông gió có lọc.
Không khí có hoá chất
Khu châm clo, khu xử lý bùn, bể kỵ khí sinh ra hơi hoá chất có tính ăn mòn. Máy có quạt hút không khí này qua bo mạch liên tục; máy không quạt đặt trong tủ có lọc gió ít tiếp xúc hơn hẳn. Nếu mặt bằng cho phép, đặt tủ máy tính ở phòng tách khỏi khu hoá chất.
Nguồn điện của tủ
Tủ điện trạm bơm thường có sẵn nguồn 24 VDC có ắc quy dự phòng cho PLC và cảm biến. Máy văn phòng cần 220 VAC và bộ lưu điện riêng; khi động cơ bơm lớn khởi động, điện áp sụt, máy dễ khởi động lại ngoài ý muốn. Máy nhận nguồn DC dải rộng lấy thẳng từ nguồn 24 VDC của tủ ổn định hơn.
Không người trực
Đây là yếu tố hay bị quên nhất. Ở trạm xa, máy treo nghĩa là mất dữ liệu cho tới khi có người tới. Máy cần có watchdog timer (bộ đếm giám sát phần cứng): phần mềm phải "báo còn sống" theo chu kỳ; quá thời gian mà không báo, phần cứng tự khởi động lại máy.
Trạm bơm và tủ điện xa: máy không quạt gắn thanh DIN
Ở vị trí này, lựa chọn hợp lý là máy tính nhúng không quạt cỡ nhỏ, gắn được lên thanh DIN trong tủ điện như một thiết bị điều khiển. Ví dụ điển hình là Advantech UNO-2372G V2, máy thuộc dòng UNO-2000 mà Advantech xếp vào nhóm máy tính tự động hoá nhúng (embedded automation computer).
Thông số chính theo datasheet Advantech:
| Hạng mục | Advantech UNO-2372G V2 | Ý nghĩa ở trạm bơm |
|---|---|---|
| CPU, bộ nhớ | Intel Celeron J6412 4 nhân, 2,0 GHz (turbo 2,6 GHz); 8 GB DDR4 3200 MHz, nâng tới 32 GB | Đủ cho phần mềm thu thập dữ liệu, gateway giao thức, HMI nhẹ |
| Làm mát, vỏ | Không quạt, vỏ nhôm, IP40 | Không hút bụi ẩm vào trong; IP40 nên vẫn phải đặt trong tủ điện |
| Nhiệt độ hoạt động | -20 ~ 60 °C (với luồng gió 0,7 m/s) | Chịu được tủ nóng mùa hè, cần có lưu thông gió trong tủ |
| Độ ẩm | 95% RH @ 40 °C, không ngưng tụ | Hợp không khí ẩm cạnh bể, kết hợp sưởi chống ngưng tụ trong tủ |
| Sốc, rung | Sốc 50 G, nửa hình sin, 11 ms (IEC 60068-2-27); rung 2 Grms, 5 ~ 500 Hz (IEC 60068-2-64, với SSD) | Chịu rung từ máy bơm, động cơ đặt cùng nhà trạm |
| Nguồn | 10 ~ 36 VDC, cầu đấu 2 chân; 19 W điển hình, 54 W tối đa | Lấy thẳng từ nguồn 24 VDC có ắc quy của tủ |
| Cổng nối tiếp | 4 x RS-232/422/485 (DB9) | Đọc Modbus RTU từ PLC, biến tần, đồng hồ lưu lượng |
| Mạng | 2 x Gigabit LAN | Tách mạng thiết bị hiện trường và mạng về trung tâm |
| Mở rộng | 1 x mPCIe; 1 x M.2 B key cho module di động 3042/3052; 1 x M.2 M key cho SSD NVMe 2242; 1 khay ổ 2,5" | Lắp module 4G cho trạm không kéo được cáp quang |
| Giám sát, bảo mật | Watchdog lập trình 1 ~ 255 giây; TPM 2.0 | Tự khởi động lại khi treo; hỗ trợ mã hoá, khởi động an toàn |
| Lắp đặt | Để bàn, treo tường; VESA và thanh DIN là tuỳ chọn (bộ gá DIN UNO-2000G-DMKAE) | Gắn thanh DIN cùng hàng với PLC trong tủ |
Hai điểm cần đọc kỹ. Dải -20 ~ 60 °C đi kèm điều kiện luồng gió 0,7 m/s: tủ kín hoàn toàn, không quạt tủ thì nhiệt quanh máy có thể vượt mức này. Cấp IP40 chỉ chống vật rắn lớn hơn 1 mm, không chống nước: máy phải nằm trong tủ đạt cấp bảo vệ phù hợp.
Bốn cổng COM là lý do chính máy này hợp với trạm bơm. Đồng hồ lưu lượng, cảm biến mức, cảm biến pH, biến tần phần lớn giao tiếp qua RS-485 với Modbus RTU. Máy văn phòng gần như không còn cổng COM, phải dùng bộ chuyển USB sang RS-485 dễ lỏng khi rung; cổng DB9 bắt vít thì chắc chắn hơn.
Phòng điều khiển trung tâm: máy chủ rack 4U
Ở trung tâm, máy chủ SCADA chạy liên tục, lưu dữ liệu lịch sử của hàng chục trạm, có khi cần thêm card mạng, card giao tiếp. Khung rack 4U với bo mạch công nghiệp vẫn là lựa chọn phổ biến. Ví dụ là khung Advantech IPC-610-H, dòng máy mà pccongnghiep đã giới thiệu ở trang máy tính công nghiệp Advantech IPC-610.
| Hạng mục | Advantech IPC-610-H |
|---|---|
| Kiểu khung | Rack 4U 19", 482 x 177 x 479 mm, 15 kg |
| Khe mở rộng | Tối đa 15 card mở rộng |
| Khoang ổ đĩa | 3 khoang 5,25" và 1 khoang 3,5", thiết kế chống sốc |
| Làm mát | 2 quạt 12 cm (82 CFM mỗi quạt) có lưới lọc, thay lọc từ mặt trước |
| Nguồn | Nguồn đơn chuẩn 80 Plus hoặc nguồn dự phòng (redundant), tới 500 W |
| Nhiệt độ, độ ẩm hoạt động | 0 ~ 40 °C; 10 ~ 85% @ 40 °C, không ngưng tụ |
| Rung khi hoạt động | 1 Grms (5 ~ 500 Hz) |
| Khác | Cửa trước có khoá; đèn báo nguồn, ổ đĩa và trạng thái điện áp |
Dải 0 ~ 40 °C cho thấy máy này thuộc về phòng có điều hoà, không phải tủ hiện trường. Điểm đáng giá là tuỳ chọn nguồn dự phòng: một khối nguồn hỏng, khối còn lại vẫn giữ máy chạy. Lưới lọc quạt thay được từ mặt trước, datasheet Advantech liệt kê lưới lọc quạt và lưới lọc cửa trước dạng phụ tùng thay thế, nên đưa việc vệ sinh lưới lọc vào lịch bảo trì phòng ngừa của nhà máy.
Bảng chọn nhanh theo vị trí
| Vị trí | Môi trường | Kiểu máy nên chọn | Điểm phải kiểm |
|---|---|---|---|
| Phòng điều khiển trung tâm | Có điều hoà, có người trực | Rack 4U hoặc máy trạm công nghiệp | Nguồn dự phòng, số khe mở rộng, dung lượng lưu trữ, sao lưu |
| Nhà điều hành khu xử lý | Ẩm, có thể có hơi hoá chất | Panel PC hoặc màn hình công nghiệp mặt trước kín nước, máy không quạt | Cấp bảo vệ mặt trước, vị trí đặt xa khu châm hoá chất |
| Trạm bơm, giếng, điểm đo xa | Tủ điện kín, nóng, ẩm, không người | Máy không quạt gắn DIN, nguồn DC dải rộng | Cổng RS-485, watchdog, module 4G, thông gió tủ |
Danh sách cần chốt trước khi đặt máy
Trước khi gửi yêu cầu báo giá, nên ghi rõ cho từng vị trí:
- Nhiệt độ thật trong tủ: đo buổi trưa mùa nắng; tủ có quạt thông gió hay kín hoàn toàn.
- Nguồn điện sẵn có: 24 VDC hay 220 VAC, có ắc quy hay bộ lưu điện không.
- Thiết bị cần đọc: số PLC, biến tần, đồng hồ đo; chuẩn RS-232/422/485; giao thức Modbus RTU, Modbus TCP hay giao thức riêng.
- Đường truyền về trung tâm: cáp quang hay 4G; dùng 4G thì cần khe M.2 hoặc mPCIe cho module và đường đưa ăng-ten ra ngoài tủ.
- Phần mềm: tên phần mềm SCADA và hệ điều hành yêu cầu (Windows 10, Windows 11 hay Linux).
- Lưu trữ: có cần lưu đệm dữ liệu khi mất kết nối không; dùng SSD công nghiệp ở nơi có rung.
- Cách lắp: thanh DIN, treo tường hay để trong rack; khoảng trống thực tế trong tủ.
- Chống sét, xung: đường RS-485 kéo dài ra giếng hay bể nên có bộ chống sét lan truyền và cách ly để bảo vệ cổng COM.
Bảo trì: ít việc nhưng phải có lịch
Máy không quạt ở trạm bơm hầu như không có bộ phận chuyển động, nên việc bảo trì chủ yếu nằm ở tủ: vệ sinh lưới lọc gió tủ, kiểm tra bộ sưởi chống ngưng tụ, siết lại cầu đấu nguồn và dây RS-485, kiểm tra ắc quy. Về phần mềm, bật watchdog và ghi nhật ký mỗi lần máy tự khởi động lại để biết trạm nào hay gặp sự cố. Máy rack ở trung tâm cần vệ sinh lưới lọc, theo dõi cảnh báo nguồn và sao lưu dữ liệu historian. Các chỉ số như MTBF và MTTR giúp theo dõi xem trạm nào cần thay máy hay cải tạo tủ.
Kết luận: máy tính trong tủ điện phải được chọn như một thiết bị điện
Máy tính cho SCADA ngành nước không phải chiếc máy "đủ cấu hình chạy phần mềm". Ở trạm bơm, nó là một thiết bị trong tủ điện, phải chọn theo nhiệt độ tủ, độ ẩm, nguồn 24 VDC, cổng RS-485 và khả năng tự phục hồi. Bỏ qua chữ "công nghiệp" lúc chọn máy thì chi phí hiện ra sau đó, dưới dạng những chuyến xe ra trạm chỉ để khởi động lại một chiếc máy treo. Xem thêm về khái niệm chung ở bài máy tính công nghiệp là gì.
IPC247 cung cấp hàng chính hãng Advantech và nhiều hãng máy tính công nghiệp khác. Đội kỹ thuật tư vấn cấu hình theo từng vị trí trong hệ SCADA, từ máy chủ rack ở trung tâm tới máy tính công nghiệp không quạt cho tủ điện trạm bơm. IPC247 báo giá trong 2 giờ làm việc, xác nhận tình trạng hàng khi báo giá, cho mượn máy chạy thử theo thoả thuận từng dự án và hỗ trợ kỹ thuật khi lắp đặt. Bảo hành chính hãng theo từng dòng máy, thời hạn ghi rõ trên báo giá.
