Thiết kế hệ thống scada cho quản lý vận hành công trình thủy lợi

- NGÔ TIẾN PHÚ THIẾT KẾ HỆ THỐNG SCADA CHO QUẢN LÝ VẬN HÀNH CÔNG TRÌNH THUỶ LỢI LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS.
- 12 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ QUAN TRẮC HỆ THỐNG CÔNG TRÌNH THỦY LỢI.
- Quan trắc nƣớc trong hệ thống thủy lợi.
- Mục đích và ý nghĩa của công tác đo nƣớc trên hệ thống thuỷ lợi.
- Khái quát về trạm đo nƣớc và nội dung của công tác đo nƣớc trên hệ thống thủy lợi.
- Quan trắc công trình thủy công trong hệ thống thủy lợi.
- Mục đích và ý nghĩa của quan trắc công trình thủy công.
- Nhiệm vụ của công tác quan trắc công trình thủy lợi.
- Nội dung của công tác quan trắc công trình thủy lợi.
- 34 CHƢƠNG 2: HỆ SCADA CHO QUẢN LÝ VẬN HÀNH CÔNG TRÌNH THỦY LỢI.
- Sự cần thiết xây dựng hệ giám sát, đo lƣờng, điều khiển công trình thuỷ lợi.
- Cấu trúc chung của một hệ thống giám sát công trình thuỷ lợi.
- Bố trí thiết bị đo và phƣơng án quan trắc dữ liệu công trình.
- Quan trắc mực nƣớc thƣợng lƣu, hạ lƣu đập.
- Quan trắc lƣợng mƣa trên lƣu vực.
- Quan trắc lƣu lƣợng nƣớc ra của hệ thống.
- Quan trắc đƣờng bão hòa trong thân đập, mực nƣớc trong thân,vai đập.
- Quan trắc biến dạng bề mặt công trình.
- Quan trắc biến dạng thân và nền đập.
- Quan trắc biến dạng khớp nối.
- 66 CHƢƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ SCADA CHO CÔNG TRÌNH MỸ LÂM.
- Nhiệm vụ, quy mô công trình.
- Các nội dung quan trắc trong hệ thống.
- Yêu cầu bố trí thiết bị đo và phƣơng án quan trắc.
- Bố trí thiết bị quan trắc.
- Giao diện diễn biến mực nƣớc thƣợng lƣu quan trắc hồ chứa.
- Các chế độ điều khiển cảnh báo công trình.
- Cơ sở dữ liệu quan trắc công trình.
- Cơ sở dữ liệu quan trắc lƣợng mƣa.
- Cơ sở dữ liệu quan trắc mực nƣớc hồ.
- Cơ sở dữ liệu quan trắc lƣu lƣợng thấm qua thân đập.
- Cơ sở dữ liệu quan trắc đƣờng bão hòa trong thân đập.
- PROFIBUS: (Process Field Bus) Hệ thống bus trƣờng.
- SCADA: (Supervisory Control And Data Acquisition) Hệ thống thu thập dữ liệu và giám sát, điều khiển.
- Danh mục các bảng Bảng 3.1 - Thông số kỹ thuật công trình.
- 16 Hình 1.2 - Sơ đồ các trạng thái chảy qua công trình.
- 57 Hình 2.11 - Bố trí thiết bị quan trắc biến dạng khớp nối ba chiều.
- 60 Hình 2.12 - Bố trí thiết bị quan trắc biến dạng khớp nối một chiều.
- 61 Hình 2.13 - Bố trí thiết bị quan trắc độ uốn và độ võng bản mặt.
- 64 Hình 3.1 - Mặt bằng sơ đồ bố trí thiết bị quan trắc.
- 69 Hình 3.2 - Sơ đồ bố trí thiết bị quan trắc mực nƣớc thƣợng lƣu.
- 70 Hình 3.3 - Sơ đồ lắp đặt thiết bị quan trắc thấm hồ chứa nƣớc.
- 80 Hình 3.7 - Giao diện mực nƣớc quan trắc hồ chứa.
- 81 Hình 3.8 - Giao diện đồ thị diễn biến mực nƣớc quan trắc hồ chứa tức thời.
- 82 Hình 3.10 - Giao diện đồ thị diễn biến mực nƣớc công trình đo nƣớc tức thời.
- 84 Hình 3.14 - Giao diện lƣu trữ cảnh báo giám sát công trình.
- 84 Hình 3.15 - Giao diện quan trắc lƣợng mƣa tức thời.
- 85 Hình 3.16 - Giao diện truy xuất cơ sở dữ liệu quan trắc lƣợng mƣa.
- 87 Hình 3.20 - Giao diện quan trắc mực nƣớc hồ chứa tức thời.
- 88 Hình 3.21 - Giao diện truy xuất dữ liệu quan trắc.
- 88 Hình 3.22 - Giao diện báo cáo nhanh dữ liệu quan trắc.
- 89 Hình 3.23 - Giao diện báo cáo dữ liệu quan trắc.
- 89 Hình 3.24 - Giao diện quan trắc mực nƣớc, lƣu lƣợng thấm tức thời.
- 91 Hình 3.27 - Giao diện quan trắc đƣờng bão hòa trong thân đập tức thời.
- Công tác trong ngành Thuỷ lợi với mong muốn áp dụng một số thành tựu của ngành Tự động hoá vào ngành Thuỷ lợi trong lĩnh vực quản lý giám sát công trình thuỷ lợi.
- Luận văn tốt nghiệp với luận văn “Thiết kế hệ thống SCADA cho quản lý vận hành công trình Thủy lợi” của tôi đƣợc thực hiện dƣới sự hƣớng dẫn của thầy PGS.TS Bùi Quốc Khánh là kết quả của quá trình học tập nghiên cứu tại trƣờng Đại học bách khoa Hà Nội với sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy cô trong trƣờng và sự kết hợp các kiến thức, kinh nghiệm thực tế công tác đã học tại Viện khoa học Thủy Lợi.
- Nƣớc ngọt phân bố ở nƣớc ngầm, nƣớc mặt, dạng băng tuyết và các dạng khác, trong đó lƣợng nƣớc ở dạng băng tuyết chiếm tỷ lệ cao nhất xấp xỉ 70%, nƣớc ngọt ở các tầng ngầm dƣới đất chiếm tỷ lệ vào khoảng 30,1%, trong khi đó nƣớc trong hệ thống sông suối chỉ chiếm khoảng 0,006% tổng lƣợng nƣớc ngọt trên trái đất, một tỷ lệ rất nhỏ.
- Hệ thống tuần hoàn nƣớc có thể mô tả nƣớc trên trái đất tồn tại trong một khoảng không gian gọi là thuỷ quyển.
- Có thể coi quá trình tuần hoàn 8 nƣớc là một hệ thống thuỷ văn, thực chất là quá trình chuyển từ mƣa sang dòng chảy với các thành phần là nƣớc rơi, bốc hơi, dòng chảy và các pha khác nhau của chu trình.
- Để làm giảm hậu quả do thiên tai gây ra là xây dựng các hệ thống cảnh báo, dự báo sớm tình hình, diễn biến thời tiết nhƣ hệ thống cảnh báo lũ quét sạt lở đất, cảnh báo sóng thần.
- Trong đó hệ SCADA cho quản lý vận hành công trình Thủy lợi là một trong các biện pháp tƣơng đối hiệu quả và tin cậy.
- Tuy hệ SCADA cho quản lý vận hành công trình Thủy lợi hoạt động tƣơng đối hiệu quả, song đây là một công nghệ mới nên việc sử dụng và vận hành trên hệ thống còn nhiều hạn chế do sự e ngại của ngƣời dùng, hơn nữa việc đầu tƣ đồng bộ hệ thống từ đầu mối đến hệ thống kênh cấp dƣới đòi hỏi chi phí lớn, trình độ vận hành cao.
- Đây cũng là một hạn chế để triển khai hệ SCADA vào các hệ thống thủy lợi hiện nay.
- Do vậy không phát huy hết hiệu quả kinh tế của công trình thủy lợi.
- Ở các nƣớc phát triển, đo nƣớc là một công tác không thể thiếu đƣợc trong công tác quản lý hệ thống thuỷ lợi.
- Với phƣơng hƣớng này sẽ nâng cao độ chính xác và hiệu quả của công tác giám sát quản lý công trình thủy lợi.
- Hiện nay Trung tâm Công nghệ phần mềm Thuỷ lợi đã nghiên cứu thành công công nghệ đồng bộ điều khiển và truyền số liệu tự động từ xa phục vụ Hiện đại hoá công tác quản lý hệ thống công trình thuỷ lợi là một hƣớng đi tích cực và mang ý nghĩa kinh tế và kỹ thuật thiết thực.
- Bƣớc đầu công nghệ này đã đƣợc ứng dụng đƣợc cho một số hệ thống công trình thuỷ lợi có tác dụng giúp từng bƣớc hiện đại hoá công tác quản lý và nâng cáo hiệu quả khai thác hệ thống thuỷ lợi.
- Phần mềm Hệ thống giám sát Hệ thống công trình thuỷ lợi đã đƣợc Trung tâm 10 công nghệ phần mềm lập, đã giới thiệu và ứng dụng phục vụ công tác quản lý một số hệ thống công trình thuỷ lợi (Liễn Sơn - Vĩnh Phúc, Bắc Sông Mã - Thanh Hoá, Đồng Cam - Phú Yên, Ấp Bắc - Nam Hồng - Hà Nội, Cống Lân - Thái Bình, Các hệ thống đập đầu mối tại Đăklắk, Lâm Đồng), bƣớc đầu tạo điều kiện cho các công ty cải tiến công tác quản lý khai thác công trình thuỷ lợi.
- việc ứng dụng công nghệ SCADA trong công tác quản lý khai thác các công trình thuỷ lợi là khá phổ biến.
- Để công nghệ SCADA có thể áp dụng rộng rãi trên các hệ thống công trình thuỷ lợi cần phải nghiên cứu để công hệ SCADA có thể phù hợp với điều kiện khí hậu, trình độ quản lý, kinh tế của Việt Nam góp phần nâng cao hiệu quả khai thác và sử dụng các công trình thủy lợi.
- Nghiên cứu ứng dụng công nghệ Tự động hóa và công nghệ thông tin để nghiên cứu “Thiết kế hệ thống SCADA cho quản lý vận hành công trình Thủy lợi” với mục đích giám sát, điều hành, điều khiển hệ thống công trình thủy lợi trên hệ thống đảm bảo an toàn, hiệu quả, tiết kiệm nƣớc theo quy trình hoặc “kịch bản” tối ƣu đã đƣợc xây dựng.
- Nhƣ vậy hệ thống thủy lợi sau khi áp dụng hệ thống SCADA để quản lý vận hành công trình kết hợp với các biện pháp quản lý điều tiết hợp lý sẽ chủ động cung cấp nƣớc hiệu quả, tiết kiệm nƣớc, tiết kiệm năng lƣợng điện, nâng cao năng suất lao động, chất lƣợng dịch vụ tƣới tiêu, tăng năng suất cây trồng và các nguồn lợi thủy sản khác trên hệ thống.
- Cách tiếp cận: Việc ứng dụng công nghệ Tự động hóa và công nghệ thông tin để điều khiển, điều hành hệ thống công trình thuỷ lợi nhằm nâng cao hiệu quả quản lý công trình vẫn đang là vấn đề mới đối với các công ty khai thác công trình thủy lợi, do vậy cách tiếp cận của luận văn là dựa trên lý thuyết về quản lý điều hành hệ thống công trình thủy lợi, các công nghệ tự động hóa, công nghệ thông tin, công nghệ GIS và các tiến bộ khoa học mới và đặc biệt là dựa vào cách điều hành thực tế mà các Công ty khai thác công trình thủy lợi đang áp dụng để nghiên cứu xây dựng 11 phần mềm điều khiển và đề xuất quy trình điều khiển các công trình một cách khoa học, tiện lợi cho ngƣời sử dụng.
- Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu áp dụng cho một công trình hồ chứa giả định.
- Tóm tắt cô đọng các luận điểm cơ bản và đóng góp mới của tác giả Cùng với sự phát triển của các công trình thì đòi hỏi cần phải có các công cụ theo dõi, giám sát các quá trình diễn biến trong công trình.
- Đối với hệ thống công trình thủy lợi lớn không thể không áp dụng công nghệ SCADA vào giám sát công trình bởi mức độ quan trọng của hệ SCADA đến an toàn công trình là rất lớn và cấp thiết.
- Do vậy có thể khẳng định sự cần thiết phải có hệ SCADA trong giám sát, điều hành công trình thủy lợi.
- Thông qua sử dụng hệ SCADA có thể nâng cao ý thức tiết kiệm, hiệu quả và an toàn với công trình do có sự hỗ trợ của các thiết bị hiện đại.
- Thông qua luận văn, tôi mong muốn các đề xuất trong luận văn này sẽ làm tiền đề cơ sở để có thể triển khai mở rộng thêm các hệ thống SCADA quản lý vận hành công trình trên các hệ thống thủy lợi ngày một rộng rãi nhằm mục đích khai thác vận hành và sử dụng công trình hiệu quả, an toàn, tiết kiệm hơn.
- Vì vậy để để đạt đƣợc mục tiêu của luận văn, tôi thực hiện sẽ sử dụng phƣơng pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với kiểm nghiệm thực tế nhƣ: lý thuyết điều khiển tự động, lý thuyết tối ƣu, quản lý công trình thủy lợi, nguyên lý dòng chảy thủy văn, lý thuyết sắc xuất thống kê kết hợp với lý thuyết về quản lý điều hành hệ thống công trình thủy lợi, công nghệ thông tin để xây dựng hệ thống SCADA giám sát, điều khiển công trình và các tài liệu tiêu chuẩn để thiết kế hệ thống và tham khảo một số tham số của các công trình đã thực hiện trong quá trình công tác đã tích lũy.
- CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ QUAN TRẮC HỆ THỐNG CÔNG TRÌNH THỦY LỢI Trong hầu hết các hệ thống công trình thủy lợi có thể có một hoặc cả hai loại quan trắc là quan trắc nƣớc và quan trắc các thông số an toàn cho vận hành công trình hay quan trắc công trình thủy công, bao gồm công trình đầu mối và công trình trên hệ thống.
- Quan trắc nƣớc trong hệ thống thủy lợi 1.1.1.
- Mục đích và ý nghĩa của công tác đo nƣớc trên hệ thống thuỷ lợi Công tác đo nƣớc trong hệ thống công trình thuỷ lợi bao gồm đo đạc các đặc trƣng của dòng chảy trên sông và trên kênh nhƣ: mực nƣớc, lƣu tốc, lƣu lƣợng, hàm lƣợng phù sa.
- tại các mặt cắt cần thiết trên hệ thống nhằm nắm vững tình hình diễn biến của dòng chảy trên hệ thống.
- Đây là một trong những công tác quan trọng để quản lý và khai thác hệ thống công trình thuỷ lợi một cách hiệu quả nhất.
- Mục đích của công tác đo nƣớc bao gồm: Phục vụ cho công tác phân phối nƣớc và dẫn nƣớc một cách chính xác kịp thời Trong quản lý hệ thống dựa vào yêu cầu nƣớc và điều kiện nguồn nƣớc dự báo mà ngƣời ta định ra một kế hoạch phân phối nƣớc tƣới cũng nhƣ điều phối nƣớc tiêu trên toàn hệ thống.
- Làm căn cứ để thu phí và hạch toán kinh tế trong hệ thống Yêu cầu nƣớc của các hộ dùng nƣớc trong hệ thống luôn luôn thay đổi qua các 13 thời kỳ và các năm, mặt khác mức độ thoả mãn một cách đầy đủ của hệ thống cho các hộ dùng nƣớc cũng thay đổi qua từng thời kỳ và theo từng khu vực trong hệ thống.
- Vì vậy đơn vị quản lý hệ thống phải nắm đƣợc thời gian cung cấp nƣớc, lƣu lƣợng và khối lƣợng nƣớc đã cung cấp cho từng vùng, từng hộ dùng nƣớc để có cơ sở tính toán phí dùng nƣớc với từng hộ dùng nƣớc và tính toán thu chi trong hạch toán kinh tế của hệ thống.
- Điều này có ý nghĩa nâng cao ý thức trách nhiệm của các nhân viên quản lý, của các hộ dùng nƣớc, tính công bằng trong việc sử dụng nƣớc giữa các hộ dùng nƣớc ở đầu nguồn và các hộ dùng nƣớc ở cuối nguồn, thông qua đó nâng cao năng lực phục vụ của hệ thống.
- Khái quát về trạm đo nƣớc và nội dung của công tác đo nƣớc trên hệ thống thủy lợi Phân loại các trạm đo nƣớc Để đạt đƣợc mục đích và yêu cầu của công tác đo nƣớc đã nêu ở trên trong hệ thống công trình thuỷ lợi thƣờng phải có các loại trạm đo nƣớc cơ bản nhƣ: Trạm đo nguồn nƣớc, trạm đo nƣớc đầu kênh chính, trạm đo nƣớc ở các điểm chia nƣớc, trạm đo nƣớc ở điểm phân phối nƣớc ở đầu các cấp kênh cấp nhỏ.
- trên cơ sở đó để tính toán khả năng tƣới, tiêu nƣớc của các công trình đầu mối.
- Trạm đo nguồn nƣớc trên đoạn sông cần đặt cách công trình đầu mối khoảng 20  100m để khi đóng mở cống hoặc bơm nƣớc không làm mất ổn định mực nƣớc quan trắc tăng thêm độ chính xác của công tác đo đạc.
- Trạm đo nước đầu kênh chính: Trạm đo nƣớc đầu kênh chính nhằm đánh giá khả năng thực tế lƣợng nƣớc có thể lấy vào đầu hệ thống đối với công trình tƣới và khả năng tiêu nƣớc của công trình tiêu.
- Cũng có thể lợi dụng các công trình thuỷ công để đo nƣớc.
- Trạm đo nước chuyên môn: Trạm đo nƣớc chuyên môn nhằm thu thập các tài liệu cho việc tính toán phục vụ một số mục đích đặc biệt nào đó trong hệ thống 15 công trình thuỷ lợi nhƣ: việc tính toán cân bằng nƣớc, tính toán tổn thất nƣớc trên kênh, tính toán hệ số sử dụng nƣớc của hệ thống kênh, tính toán bùn cát, khảo sát sự phân bố lƣu tốc của dòng chảy, tính toán bồi lắng, sói lở.
- Yêu cầu về bố trí mạng lưới trạm đo nước: Việc bố trí trạm đo nƣớc cần đƣợc kết hợp chặt chẽ giữa nhiệm vụ, yêu cầu của công tác quản lý nƣớc và quy hoạch kênh mƣơng, công trình của hệ thống thuỷ lợi.
- Cần triệt để lợi dụng các công trình sẵn có trong hệ thống để đo nƣớc, làm cho mạng lƣới công trình đƣợc khai thác một cách tổng hợp.
- Làm nhƣ vậy mới giảm nhỏ đƣợc số lƣợng các công trình đo nƣớc, làm cho việc đo nƣớc cũng nhƣ quản lý nƣớc đạt hiệu ích kinh tế cao.
- Còn các trạm đo nƣớc ở các cấp kênh trong hệ thống nếu điều kiện kinh tế cho phép nên bố trí đầy đủ để tiện cho việc trực tiếp đo đạc và tính toán lƣợng nƣớc sao cho việc thực hiện kế hoạch dùng nƣớc đƣợc thuận lợi

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt