Gom áp lực, điện năng, thông số biến tần và trạng thái bơm về một màn hình; đặt áp, chạy/dừng bơm từ xa theo phân quyền. Điều áp vẫn chạy tại biến tần nên mất mạng trạm vẫn giữ áp.
Trạm bơm cấp nước gồm nhiều loại: trạm bơm tăng áp trên mạng lưới, trạm bơm nước sạch đầu nhà máy, trạm bơm giếng. Điểm chung là nằm rải rác, nhiều trạm không có người trực thường xuyên. Công nhân đi tuần theo lịch, ghi tay áp lực, giờ chạy bơm, chỉ số điện. Giữa hai lần đi tuần, trạm gần như không được nhìn thấy: bơm dừng vì lỗi biến tần, áp đầu ra tụt hay aptomat nhảy thường chỉ được biết khi khách hàng báo mất nước.
Phần lớn trạm đã có thiết bị có cổng truyền thông: biến tần có RS485 Modbus RTU, đồng hồ điện đa năng, cảm biến áp lực 4–20 mA. Dữ liệu đã có ở hiện trường. Cái thiếu là đường đưa dữ liệu về một chỗ và một cách điều khiển từ xa không làm mất an toàn của tủ.
Mỗi trạm đặt một gateway I/O 4G trong tủ điều khiển. Gateway đọc biến tần và đồng hồ điện qua RS485, đọc áp lực qua ngõ vào analog (AI), đọc trạng thái qua ngõ vào số (DI) và thực hiện lệnh chạy/dừng qua ngõ ra rơ-le (DO). Vòng điều áp vẫn nằm ở biến tần hoặc tủ tại chỗ.
Luồng dữ liệu. Gateway hỏi vòng từng biến tần, đồng hồ điện trên bus RS485 theo địa chỉ Modbus. Mỗi thiết bị có bảng thanh ghi riêng của hãng: tần số, dòng, công suất, mã lỗi, giờ chạy với biến tần; điện áp, dòng, kWh với đồng hồ điện. Chu kỳ đọc tại chỗ có thể ngắn, chu kỳ gửi lên nền tảng đặt theo nhu cầu theo dõi. Với USR-M300, có thể lập trình Node-RED để gửi ngay khi trạng thái thay đổi (bơm dừng, biến tần báo lỗi), cần thử khi cấu hình; USR-M100 có sẵn chế độ báo cáo theo thay đổi.
Điều khiển. Lệnh từ xa đi theo một trong hai đường: ghi điểm đặt áp, lệnh chạy/dừng vào thanh ghi biến tần qua Modbus RTU; hoặc đóng ngõ ra rơ-le DO của gateway nối vào mạch chạy/dừng trong tủ. Mạch tủ nên có công tắc chọn “Tại chỗ / Từ xa”: lệnh từ gateway chỉ có tác dụng khi tủ ở chế độ Từ xa.
Mất mạng thì sao. Điều áp PID chạy trong biến tần (hoặc PLC của tủ) theo cảm biến áp lực, nên mất 4G thì trạm vẫn giữ áp với điểm đặt cuối cùng. Gateway vẫn đọc dữ liệu và chạy các luật liên động tại chỗ DI/AI → DO, ví dụ báo cạn bể hút thì cắt lệnh chạy. Dữ liệu chưa gửi được nằm trong bộ nhớ đệm theo datasheet; khả năng giữ dữ liệu khi gateway mất điện cần kiểm thử theo dự án, không nên mặc định.
Nối SCADA sẵn có. Nếu đơn vị cấp nước đã có SCADA trung tâm, USR-M300 gửi MQTT về SCADA, hoặc mở OPC UA server để SCADA đọc (trạm dùng 4G thì SCADA đọc qua VPN); Proto IoT Cloud không bắt buộc. Truy cập cấu hình từ xa nên dùng OpenVPN; tránh PPTP, L2TP không mã hóa.
| Vai trò | Thiết bị | Ghi chú |
|---|---|---|
| Gateway trạm | USR-M300 (bản 4G) | 2 cổng nối tiếp (1 RS232/RS485 + 1 RS485), 2 DI, 2 DO rơ-le, 2 AI 4–20 mA; Modbus RTU/TCP, giao thức PLC; MQTT(S), OPC UA; Node-RED; VPN; nguồn 9–36 VDC; DIN rail. |
| Mở rộng I/O | USR-IO IO4040, IO0440 | Trạm nhiều bơm: IO4040 thêm 4 DI + 4 DO, IO0440 thêm 4 AI 4–20 mA + 4 DO; nối RS485 Modbus RTU. |
| Gateway trạm nhỏ | USR-M100 (bản 4G) | 2 DI, 2 DO rơ-le, 2 AI 4–20 mA; Modbus RTU master; MQTT, HTTP(S); báo cáo theo chu kỳ, theo thay đổi; luật DI/AI/giá trị Modbus → DO tại chỗ; ghép tối đa 6 module USR-IO. |
| Trạm có LAN, cáp quang | USR-M300 bản Ethernet hoặc USR-N510-H7-4 | USR-N510-H7-4 chuyển 1 cổng RS485 sang Ethernet (Modbus RTU↔TCP) để SCADA hỏi trực tiếp biến tần, đồng hồ điện. |
| Biến tần | Biến tần có RS485 Modbus RTU | Cần bảng thanh ghi của hãng; vòng PID đặt tại biến tần. |
| Điện năng | Đồng hồ điện đa năng có RS485 Modbus RTU | kWh, điện áp, dòng, công suất, hệ số công suất theo tủ hoặc theo bơm. |
| Áp lực | Cảm biến áp lực 4–20 mA | Dải đo chọn theo áp làm việc của trạm; vào AI. |
| Lưu lượng (tùy chọn) | Đồng hồ lưu lượng điện từ có RS485 Modbus RTU | Dùng khi muốn tính điện năng trên mỗi m³ nước bơm. |
| Trạng thái | Tiếp điểm phụ contactor, aptomat, công tắc chọn chế độ, phao báo cạn | Vào DI của gateway hoặc module USR-IO. |
Chọn USR-M300 khi trạm cần VPN, Node-RED, đọc trực tiếp PLC hoặc cho SCADA đọc qua OPC UA. Chọn USR-M100 khi trạm nhỏ, chỉ cần vài thanh ghi Modbus, vài I/O và gửi MQTT. Trạm đã có PLC thì gateway đọc PLC, không thay PLC.
Giám sát
Điều khiển
Cảnh báo, báo cáo
Có hai cách. Đọc giá trị phản hồi áp trong thanh ghi biến tần qua Modbus RTU, không cần đi thêm dây. Hoặc lắp cảm biến thứ hai vào AI của gateway. Không nên mắc nối tiếp hai đầu thu vào cùng một vòng 4–20 mA khi chưa tính tải vòng và cách ly.
I/O tích hợp (2 DI, 2 DO, 2 AI) đủ cho trạm 1–2 bơm. Nhiều bơm hơn thì ghép module USR-IO. Biến tần, đồng hồ điện đọc qua RS485 nên không tốn I/O: nhiều thiết bị dùng chung một bus với địa chỉ khác nhau, chỉ cần tính tổng thời gian hỏi vòng.
Không, nếu điều áp và bảo vệ nằm ở biến tần, tủ. Mất mạng chỉ làm mất giám sát từ xa và lệnh từ xa. Không nên thiết kế để nền tảng trên mạng quyết định chạy/dừng bơm theo áp từng giây.
Không. Gateway gửi MQTT về SCADA sẵn có, hoặc để SCADA đọc qua OPC UA. Proto IoT Cloud là một lựa chọn cho đơn vị chưa có SCADA hoặc muốn thêm màn hình trên điện thoại; có thể dùng bản cài tại chỗ hoặc tự xây trên dữ liệu.
Được nếu đều có Modbus RTU. Mỗi hãng một bảng thanh ghi, gateway khai báo theo từng địa chỉ. Các thiết bị chung bus phải cùng tốc độ baud và định dạng khung; không thống nhất được thì tách sang cổng nối tiếp thứ hai của gateway. Nếu trạm bơm lấy nước từ giếng khoan thuộc diện giám sát khai thác, xem thêm giải pháp giếng khai thác nước ngầm.
Gửi mô tả hiện trường, thiết bị đang có và nơi cần xem dữ liệu. Kỹ sư PROTO trao đổi phương án kiến trúc và thiết bị phù hợp.
