Điểm đo áp lực, lưu lượng dọc tuyến ống gửi số liệu qua 4G về một nền tảng, giúp phát hiện sụt áp, vỡ ống và khoanh vùng rò rỉ theo lưu lượng ban đêm.
Mạng lưới cấp nước ở nhiều đô thị và vùng nông thôn được chia thành các vùng có đồng hồ tổng (DMA) để quản lý thất thoát. Điểm cần đo nằm dọc tuyến ống: đầu vào mỗi vùng, điểm áp bất lợi cuối tuyến, sau van giảm áp, chỗ giáp ranh giữa hai vùng. Nhiều đơn vị vẫn cử người đi đọc số, hoặc dùng datalogger phải đến tận nơi tải dữ liệu, nên sự cố được phát hiện khi đã xảy ra từ lâu.
Khác trạm bơm, điểm đo mạng lưới nhỏ và rải rác, nằm trong hố van hoặc tủ ven đường, nhiều điểm không có điện lưới. Bài toán chính là đưa áp lực, lưu lượng về đủ dày theo thời gian để thấy xu hướng, với cách lắp và cấp nguồn khả thi ở từng điểm.
Mỗi điểm đo, hoặc mỗi cụm điểm gần nhau, có một gateway 4G nhỏ đặt trong tủ nổi trên mặt đất cạnh hố van. Cảm biến dưới hố van nối lên tủ bằng cáp. Gateway gửi dữ liệu bằng MQTT về nền tảng, nơi số liệu các điểm được đặt cạnh nhau theo cùng thời điểm.
Chu kỳ đọc, gửi. USR-M100 hỏi đồng hồ lưu lượng qua Modbus RTU, đọc áp lực qua AI, rồi báo cáo theo chu kỳ, theo thay đổi hoặc theo hẹn giờ với mẫu JSON tự định nghĩa. Nên kết hợp hai cách: gửi định kỳ để vẽ xu hướng, gửi ngay khi áp thay đổi vượt một ngưỡng chênh để sự cố vỡ ống hiện lên mà không phải chờ hết chu kỳ. Chu kỳ dày làm tăng dung lượng 4G, cần chốt cùng đơn vị vận hành.
Lưu lượng đêm. Ở đầu vào vùng, tổng lưu lượng theo giờ và lưu lượng ban đêm là số liệu chính để so giữa các đêm. Lưu lượng đêm tăng dần trong khi số khách hàng không đổi là dấu hiệu nên đưa đội dò rò đến vùng đó. Cảnh báo lưu lượng đêm đặt dưới dạng ngưỡng trong khung giờ đêm, giá trị ngưỡng do đơn vị vận hành chọn từ số liệu các đêm trước. Phần so sánh giữa các đêm và ngưỡng theo khung giờ là cấu hình, xây theo dự án (trên nền tảng hoặc trên phần mềm nhận dữ liệu qua API); khả năng sẵn có trên Proto IoT Cloud cần xác nhận khi triển khai. Gateway chỉ cần đọc đúng thanh ghi lưu lượng tức thời và tổng tích lũy của đồng hồ.
Mất mạng. Điểm đo không điều khiển gì, nên mất 4G không gây sự cố vận hành, chỉ mất số liệu thời gian thực. Vì gateway đọc cả thanh ghi tổng tích lũy, khi có mạng lại vẫn tính được tổng lượng nước qua khoảng mất mạng, dù không có chi tiết từng phút. Khả năng đệm dữ liệu trên gateway khi mất mạng, mất nguồn cần kiểm thử theo dự án.
Nguồn điện. Gateway và cảm biến trong bài này cần nguồn một chiều liên tục; USR-M100 dùng nguồn 9–36 VDC, công suất dưới 4,8 W theo datasheet. Nơi có điện lưới (tủ chiếu sáng, tủ điện gần đó), dùng bộ nguồn 24 VDC kèm ắc quy dự phòng. Nơi không có điện lưới, dùng tấm pin mặt trời, bộ sạc và ắc quy; tính dung lượng ắc quy theo tổng công suất đo thực tế của gateway cộng cảm biến, cộng số ngày ít nắng cần giữ, rồi mới chọn tấm pin. Điểm không đặt được tấm pin (hố van giữa lòng đường, khu bị che khuất) nên cân nhắc datalogger chạy pin chuyên dụng thay cho gateway.
| Vai trò | Thiết bị | Ghi chú |
|---|---|---|
| Gateway điểm đo | USR-M100 (bản 4G) | 2 AI 4–20 mA, 2 DI cách ly quang, 2 DO rơ-le; 2 cổng nối tiếp; Modbus RTU master; MQTT, MQTTS, HTTP(S); báo cáo theo chu kỳ, thay đổi, hẹn giờ; -25~75 °C. |
| Gateway điểm nhiều thiết bị | USR-M300 (bản 4G) | Khi điểm đo nằm trong trạm có nhiều thiết bị, cần Node-RED hoặc truy cập VPN. |
| Gom cụm điểm gần nhau | Proto-C610L | RS232/RS485 sang LoRa 433 MHz, tầm phát dưới 500 m, relay đa chặng, mã hóa khóa 16 byte; nguồn 9–36 VDC. |
| Đọc 4–20 mA ở điểm xa | USR-IO IO0440 | 4 AI 4–20 mA trên Modbus RTU; đặt ở điểm phụ, đi qua Proto-C610L về gateway. |
| Áp lực | Cảm biến áp lực 4–20 mA | Dải đo theo áp mạng; cấp bảo vệ chịu được ngập nếu đặt dưới hố van. |
| Lưu lượng | Đồng hồ lưu lượng điện từ có RS485 Modbus RTU (hoặc 4–20 mA) | Ưu tiên RS485 để đọc thêm tổng tích lũy, chiều dòng chảy, trạng thái lỗi. |
| Nguồn | Bộ nguồn 24 VDC + ắc quy, hoặc tấm pin mặt trời + bộ sạc + ắc quy | Tính theo tải đo thực tế tại điểm. |
| Nền tảng | Proto IoT Cloud | Hoặc phần mềm sẵn có: gateway gửi MQTT thẳng, hoặc lấy dữ liệu từ Proto IoT Cloud qua API. |
Dùng một USR-M100 cho mỗi điểm khi các điểm cách nhau xa. Dùng Proto-C610L khi vài điểm nằm trong vài trăm mét của nhau (khu đô thị, khu công nghiệp) mà chỉ một điểm có sóng 4G tốt: gateway ở điểm đó làm master Modbus, hỏi vòng các điểm phụ qua LoRa. Mỗi điểm phụ vẫn cần nguồn cho Proto-C610L và cảm biến.
Giám sát
Điều khiển
Cảnh báo, báo cáo
Tài liệu USR-M100 dùng cho bài này không nêu chức năng đếm xung trên DI. Cần thử với tần số xung thực tế của đồng hồ, hoặc thêm bộ chuyển xung sang Modbus RTU hay 4–20 mA. Khi thay đồng hồ, nên chọn loại có RS485.
Không nên kỳ vọng. Gateway đọc áp theo chu kỳ, còn xung áp do đóng van nhanh, dừng bơm đột ngột chỉ kéo dài rất ngắn. Muốn phân tích búa nước cần thiết bị ghi áp tốc độ cao chuyên dụng. Giải pháp này phục vụ xu hướng áp, lưu lượng và cảnh báo sự cố.
Phụ thuộc tải thực đo của gateway, cảm biến, chế độ gửi và số ngày ít nắng cần giữ, nên phải tính cho từng điểm. Bài này không đưa con số chung. Nếu điểm không đặt được tấm pin, datalogger chạy pin chuyên dụng thường phù hợp hơn gateway cần nguồn liên tục.
Không. Gateway gửi MQTT với mẫu JSON tự định nghĩa nên có thể gửi thẳng về hệ thống sẵn có; nếu dùng Proto IoT Cloud thì dữ liệu lấy ra qua API. Nguyên tắc của PROTO là không khóa khách vào một nền tảng.
Về giao thức, USR-M100 hỏi được nhiều thiết bị Modbus RTU trên một bus. Giới hạn thực tế là khoảng cách: dây RS485 không kéo được dọc tuyến ống vài cây số, nên điểm xa nhau thì mỗi điểm một gateway, điểm gần nhau thì gom qua LoRa.
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.
