Năm 2016, Chủ tịch UBND thành phố Đà Nẵng Huỳnh Đức Thơ ký văn bản thành lập Ban Chỉ đạo xây dựng thành phố thông minh hơn tại Đà Nẵng. Bài viết ghi lại nội dung đề án ở thời điểm đó, rồi đi vào phần kỹ thuật đứng sau mọi đề án dạng này: khi số điểm đo tăng lên hàng trăm thì phải xử lý những gì, và bộ thu thập dữ liệu Advantech cho đô thị thông minh đáp ứng từng loại tín hiệu ra sao.
Đề án thành phố thông minh của Đà Nẵng năm 2016
Ban Chỉ đạo do Chủ tịch UBND thành phố làm trưởng ban, Giám đốc Sở Thông tin và Truyền thông làm phó trưởng ban thường trực, thành viên gồm đại diện các sở Tài chính, Nội vụ, Khoa học và Công nghệ, Giao thông Vận tải, Y tế, Tài nguyên và Môi trường, Xây dựng, Công Thương, Nông nghiệp và Phát triển nông thôn cùng Văn phòng UBND thành phố. Nhiệm vụ của ban là tham mưu cơ chế chính sách và điều phối việc triển khai đề án xây dựng thành phố thông minh hơn giai đoạn 2016 đến 2020.
Trước đó, từ năm 2014 thành phố đã lập đề án với mục tiêu đưa công nghệ thông tin vào quản lý đô thị. Một số dự án thí điểm đã chạy trong giai đoạn 2014 đến 2015, trong đó có hệ thống kiểm soát nguồn nước đo độ đục, clo và độ mặn rồi công khai chỉ số lên web cho người dân theo dõi. Về giao thông, thiết bị giám sát hành trình được lắp trên 130 xe buýt để theo dõi giờ giấc và điểm đỗ, cùng với hệ thống camera giám sát và quản lý đèn tín hiệu.
Lộ trình của đề án khi đó dự kiến áp dụng thêm Internet vạn vật, dữ liệu lớn và hệ thống thông tin địa lý cho các bài toán như giám sát xe qua camera, theo dõi chất lượng nước sông, biển, hồ và giám sát chất lượng xử lý nước thải. Đó là dự kiến của năm 2016; phần dưới đây chỉ bàn tới yêu cầu kỹ thuật chung của lớp điểm đo, vốn không đổi theo thời gian.
Bốn việc phát sinh khi số điểm đo tăng lên
Một trạm đo đơn lẻ thì lắp thế nào cũng chạy. Bài toán chỉ xuất hiện khi thành phố có hàng trăm điểm rải trên diện rộng, do nhiều đơn vị lắp vào nhiều thời điểm khác nhau.
| Việc phát sinh | Biểu hiện khi bỏ qua | Cách xử lý ở lớp thiết bị |
|---|---|---|
| Định danh điểm đo | Hai đơn vị đặt trùng tên trạm, số liệu ghép nhầm vị trí | Đặt mã điểm theo một quy tắc chung, ghi mã ngay trong cấu hình bộ thu thập chứ không chỉ trong phần mềm trung tâm |
| Đồng bộ thời gian | So hai điểm để tìm nguyên nhân thì thứ tự trước sau bị đảo | Mọi bộ thu thập lấy giờ từ một nguồn chung, nhãn thời gian gắn tại điểm đo |
| Mất kết nối tạm thời | Chuỗi số liệu thủng đúng khoảng mất mạng, không dựng lại được | Bộ thu thập ghi tiếp vào bộ nhớ đệm và gửi bù khi kết nối trở lại |
| Công bố số liệu ra ngoài | Phải viết thêm phần mềm trung gian cho mỗi loại thiết bị | Chọn thiết bị nói được giao thức mở và có sẵn trang web tra cứu tại chỗ |
Trong bốn việc trên, hai việc đầu là quy ước, làm một lần lúc thiết kế thì không tốn kém. Hai việc sau phụ thuộc vào thiết bị đã mua, sửa về sau rất đắt vì phải tháo lắp lại từng điểm.
Chọn loại bộ thu thập theo tín hiệu tại chỗ
Đầu đo tại hiện trường xuất ra ba loại tín hiệu chính, mỗi loại đi với một nhóm mô-đun khác nhau.
- Tín hiệu dòng và điện áp. Đầu đo độ đục, clo, độ mặn, mực nước và áp suất thường xuất tín hiệu 4 đến 20 mA. Loại này cần mô-đun đầu vào tương tự có độ phân giải đủ và có cách ly giữa các kênh.
- Tín hiệu số dạng tiếp điểm. Trạng thái bơm, trạng thái cửa tủ, tín hiệu báo lỗi của thiết bị khác. Loại này chỉ cần mô-đun đầu vào số, nhưng phải chú ý mức điện áp và khả năng chống quá áp.
- Tín hiệu qua bus nối tiếp. Nhiều đầu đo và đồng hồ đo đã có sẵn cổng RS-485 nói Modbus. Trường hợp này không cần mô-đun vào ra mà cần một cổng dữ liệu đọc bus rồi đẩy lên mạng.
Cách đấu dây cho từng kiểu đầu đo hai dây, ba dây và bốn dây được trình bày riêng ở bài đấu cảm biến vào mô-đun Remote I/O ADAM. Bài toán riêng của trạm đo nước nằm ở hệ thống giám sát chất lượng nước, còn phần thiết bị trong tủ ngoài đường có ở bài đô thị thông minh và tủ thiết bị ngoài hiện trường.
Thiết bị Advantech cho mạng điểm đo phân tán
| Vai trò | Model | Thông số theo tài liệu hãng | Lý do phù hợp |
|---|---|---|---|
| Đọc đầu đo tương tự ngoài trời | ADAM-4117 | 8 kênh đầu vào vi sai cấu hình độc lập từng kênh, thang đo điện áp từ 0 đến 150 mV lên tới cộng trừ 15 V, thang dòng 0 đến 20 mA và 4 đến 20 mA, trở kháng vào 800 kOhm với điện áp và 120 Ohm với dòng, cách ly 3.000 VDC, chống xung 1 kV trên đường nguồn, nguồn 10 đến 48 VDC, giao tiếp RS-485 với lệnh ASCII và Modbus RTU, nhiệt độ làm việc âm 40 đến 85 độ C | Dải nhiệt độ rộng nhất trong nhóm mô-đun tương tự, cấu hình riêng từng kênh nên một mô-đun nhận được nhiều loại đầu đo |
| Điểm đo nối thẳng vào mạng | ADAM-6017 | 8 kênh đầu vào tương tự và 2 kênh ra số, nhận tín hiệu mV, V và mA, cổng mạng 10/100 Mbps, có sẵn trang web mặc định và trang web tuỳ biến để tra cứu tại chỗ, tính sẵn các giá trị lớn nhất, nhỏ nhất và trung bình | Không cần bộ chuyển đổi trung gian, người trực xem được số liệu bằng trình duyệt ngay tại trạm |
| Điểm đo nhỏ, khó kéo dây | WISE-4012E | Kết nối không dây 2,4 GHz chuẩn IEEE 802.11b/g/n, 2 kênh vào 0 đến 10 V, 2 kênh vào số và 2 kênh ra rơ le, hỗ trợ Modbus/TCP kèm dịch vụ web RESTful, ghi nhật ký tại chỗ và lưu tệp lên đám mây kèm nhãn thời gian, cấu hình bằng trình duyệt trên thiết bị di động theo chuẩn HTML5, chạy được ở chế độ máy trạm hoặc điểm truy cập không cần bộ định tuyến | Ghi nhật ký kèm nhãn thời gian ngay trên mô-đun, hợp các điểm đo lắp tạm hoặc lắp thử |
| Cổng dữ liệu qua mạng di động | EKI-1321 | Mô-đun GSM/GPRS bốn băng tần 850, 900, 1800 và 1900 MHz, hai khe SIM để dự phòng nhà mạng, hỗ trợ thẻ nhớ SDHC làm bộ đệm dữ liệu, nối thiết bị Ethernet và thiết bị nối tiếp qua đường hầm riêng, nhiều chế độ hoạt động gồm chuyển tiếp cổng COM, TCP, UDP và nhắn tin, chống tĩnh điện 15 kV trên toàn bộ chân tín hiệu nối tiếp, cách ly 1,5 kV, 2 kênh vào số | Hai khe SIM và thẻ nhớ làm bộ đệm giải quyết đúng hai vấn đề của điểm đo xa: sóng yếu và mất kết nối |
| Máy gom số liệu cho một cụm | UNO-2271G | Vi xử lý Intel Atom E3815 1,46 GHz, bộ nhớ 4 GB DDR3L hàn sẵn, ổ eMMC 32 GB tích hợp, 2 cổng Gigabit, cổng USB 3.0, HDMI, tuỳ chọn 2 cổng RS-232/422/485, 1 khe mini PCIe khổ đầy đủ, thân không quạt, nguồn 10 đến 30 VDC qua cầu đấu, tiêu thụ 12 W thông thường, gá chân đế, treo tường, VESA, thanh DIN hoặc cột | Kích thước nhỏ, gá lên cột được, đủ sức chạy phần đệm và phần chuyển đổi cho một cụm vài điểm đo |
Chọn thiết bị cho một cụm điểm đo
Nên bắt đầu bằng một cụm nhỏ thay vì lắp đồng loạt. Bốn thông tin cần chuẩn bị: danh sách đại lượng cần đo kèm loại tín hiệu và thang đo của từng đầu đo, điều kiện nguồn tại mỗi vị trí, phương án truyền dữ liệu và chất lượng sóng đo thực tế tại đó, cùng số giờ mất kết nối xấu nhất mà hệ phải chịu được.
Mô-đun vào ra và cổng dữ liệu chọn ở nhóm Embedded IoT Solutions, máy gom số liệu chọn ở danh mục máy tính không quạt. Trang sản phẩm hai mã dùng nhiều cho điểm đo ngoài trời là ADAM-4117 và EKI-1321.
Phần kiến thức nền về cách chọn cấu hình máy theo môi trường lắp đặt có tại bài cấu hình máy tính công nghiệp trên IPC247. Khi cần lọc model theo số kênh vào ra và kiểu truyền dữ liệu, dùng công cụ chọn máy theo yêu cầu lắp đặt.
Câu hỏi thường gặp về bộ thu thập dữ liệu cho đô thị thông minh
Điểm đo đặt xa trung tâm thì gửi dữ liệu bằng cách nào?
Nếu điểm đo nằm trong tầm cáp thì dùng mạng có dây vì ổn định nhất. Điểm nằm rời rạc thường dùng mạng di động qua một cổng dữ liệu có khe SIM. Loại cổng có hai khe SIM cho phép đổi sang nhà mạng thứ hai khi sóng nhà mạng chính yếu tại vị trí đó.
Vì sao mỗi điểm đo phải có bộ nhớ đệm riêng?
Đường truyền ngoài hiện trường gián đoạn là chuyện bình thường. Nếu bộ thu thập không đệm, chuỗi số liệu sẽ thủng đúng khoảng thời gian mất mạng và không thể dựng lại. Bộ thu thập có bộ nhớ đệm ghi tiếp vào thẻ nhớ hoặc bộ nhớ trong rồi gửi bù khi kết nối trở lại.
Đồng hồ của các điểm đo lệch nhau có ảnh hưởng gì?
Có. Khi so số liệu của hai điểm để tìm nguyên nhân một sự kiện, vài phút lệch giờ đủ làm đảo thứ tự trước sau. Vì vậy mọi bộ thu thập nên lấy giờ từ một nguồn chung, và bản ghi phải mang nhãn thời gian gắn tại điểm đo chứ không phải giờ lúc trung tâm nhận được.
Nên chọn tín hiệu 4 đến 20 mA hay tín hiệu điện áp cho đầu đo ngoài trời?
Với khoảng cách dây dài, tín hiệu dòng 4 đến 20 mA ít bị ảnh hưởng bởi sụt áp trên dây và bởi nhiễu hơn tín hiệu điện áp. Mức 4 mA ở đáy thang còn cho phép phân biệt đầu đo đang báo giá trị thấp nhất với đầu đo bị đứt dây.
Đọc thêm về thiết bị: toàn bộ máy tính công nghiệp Advantech cùng các hãng khác trên ipc247.com.
