Cụm máy phát điện chạy khí thường đặt rải rác, gần nguồn khí chứ không gần phòng điều hành. Bài viết nêu danh sách tín hiệu cần đo trên một tổ máy, cách nối tủ tại trạm lên trung tâm và bộ thiết bị giám sát động cơ bơm gas Advantech dùng trong thực tế lắp đặt.
Đặc điểm của cụm máy phát chạy khí đặt phân tán
Khác với một tổ máy dự phòng đặt trong khuôn viên nhà máy, các tổ máy chạy khí than, khí sinh học hoặc khí thiên nhiên thường nằm ngay tại nguồn khí: bãi rác, trại chăn nuôi, mỏ hoặc trạm khí. Ba đặc điểm này quyết định cách thiết kế hệ giám sát.
Thứ nhất, trạm ít người trực, nhiều trạm chỉ có người tới theo lịch. Vì vậy hệ thống phải tự phát hiện bất thường và tự báo, chứ không chờ người đọc đồng hồ. Thứ hai, khoảng cách giữa các trạm lớn, đường cáp riêng hiếm khi có sẵn. Thứ ba, tổ máy chạy khí nhạy với chất lượng nhiên liệu, thành phần khí thay đổi làm nhiệt độ khí xả và tải máy dao động, nên số liệu phải lấy đủ dày để nhìn ra xu hướng.
Tín hiệu cần đo trên một tổ máy
| Nhóm tín hiệu | Điểm đo | Kiểu tín hiệu |
|---|---|---|
| Động cơ | Tốc độ quay, nhiệt độ nước làm mát, nhiệt độ và áp suất dầu bôi trơn | Analog dòng 4 đến 20 mA, cảm biến nhiệt điện trở |
| Khí xả | Nhiệt độ khí xả từng xy lanh, nhiệt độ sau tăng áp | Cặp nhiệt điện |
| Nhiên liệu khí | Áp suất khí vào, lưu lượng khí tiêu thụ, hàm lượng khí cháy | Analog và xung từ đồng hồ lưu lượng |
| Đầu phát điện | Điện áp ba pha, dòng ba pha, tần số, công suất tác dụng và phản kháng | Đọc từ đồng hồ đa năng qua cổng nối tiếp |
| Trạng thái vận hành | Máy đang chạy, đã hòa lưới, đang khởi động, sự cố dừng máy | Tiếp điểm khô đưa vào kênh vào số |
| Bảo trì | Số giờ chạy tích lũy, số lần khởi động | Bộ đếm xung tại module vào ra |
Hai dòng cuối hay bị bỏ qua ở giai đoạn thiết kế rồi phải bổ sung sau. Trạng thái vận hành là thứ trung tâm cần nhìn đầu tiên khi có cảnh báo, còn số giờ chạy là căn cứ để lập lịch thay dầu và thay bugi theo thực tế thay vì theo lịch cố định.
Ba lớp thiết bị từ tủ trạm lên trung tâm
Lớp thứ nhất nằm trong tủ tại từng tổ máy: module vào ra đọc cảm biến và tiếp điểm, bộ chuyển đổi đưa đồng hồ đa năng lên mạng, một màn hình vận hành gắn cánh tủ. Lớp này phải chạy được độc lập, mất kết nối lên trên vẫn giữ nguyên chức năng bảo vệ và hiển thị tại chỗ.
Lớp thứ hai là máy gom số liệu của cả trạm. Máy này đọc các module trong trạm theo chu kỳ, ghi bản ghi cục bộ, tính vài giá trị dẫn xuất như suất tiêu hao khí trên mỗi kWh, rồi gửi lên trung tâm. Đặt máy gom tại trạm giúp giảm lưu lượng đường truyền, vì trung tâm chỉ nhận giá trị đã tổng hợp thay vì nhận từng giá trị thô.
Lớp thứ ba là trung tâm điều hành. Ở đây chạy phần mềm giám sát, lưu lịch sử dài hạn và xuất báo cáo. Phần lớp phần mềm này được mô tả riêng ở bài phần mềm giám sát HMI và SCADA của Advantech. Với cụm nhiều trạm, cách bố trí máy chủ và cách phân quyền xem số liệu quan trọng không kém phần giao diện.
Thiết bị Advantech cho trạm máy phát khí
| Vai trò | Model | Thông số theo tài liệu hãng | Ghi chú khi lắp |
|---|---|---|---|
| Đọc cảm biến nhiệt độ và áp suất | ADAM-4017+ | 8 kênh vào analog vi sai, độ phân giải 16 bit, cấu hình mềm cho tín hiệu mV, V hoặc mA, dải dòng 4 đến 20 mA, cách ly 3.000 VDC, tốc độ lấy mẫu 10 lần mỗi giây, nguồn 10 đến 30 VDC, giao thức Modbus RTU | Cách ly 3.000 VDC là mức cần thiết khi dây tín hiệu chạy cạnh cáp động lực của máy phát |
| Đọc trạng thái và xuất lệnh | ADAM-4050 | 8 kênh vào số và 8 kênh ra kiểu hở cực thu chịu tới 30 V và 30 mA, giao tiếp RS-485 tới 1,2 km, tốc độ 1.200 đến 115,2 kbps, nhiệt độ làm việc âm 10 đến 70 độ C, có bộ đếm giám sát hệ thống | Kênh ra đấu qua rơ le trung gian khi tải là cuộn hút của khối điều khiển |
| Đưa đồng hồ đa năng lên mạng | ADAM-4571 | Một cổng RS-232/422/485, cổng Ethernet 10/100 Mbps tự nhận tốc độ, tốc độ nối tiếp tới 921,6 kbps, tạo cổng COM ảo trên máy tính, cho tối đa 5 máy chủ truy cập một cổng nối tiếp, tự kết nối lại, bảo vệ tĩnh điện 15 kV trên mọi tín hiệu nối tiếp | Đồng hồ đo điện năng và bộ điều tốc thường chỉ có cổng nối tiếp |
| Mạng trong trạm | EKI-3528 | Hỗ trợ chuẩn tiết kiệm điện IEEE 802.3az, ưu tiên gói theo IEEE 802.1p với cổng ưu tiên cao, hai đầu vào nguồn 12 đến 48 VDC và ngõ ra rơ le báo mất nguồn, có phát hiện vòng lặp mạng | Ngõ ra rơ le nối vào kênh vào số để trung tâm biết trạm mất một nguồn |
| Màn hình vận hành tại tủ | PPC-3120 | Màn hình 12,1 inch XGA cảm ứng điện trở 5 dây, vi xử lý Intel Atom E3940 bốn nhân 1,6 GHz, bộ nhớ DDR3L tới 8 GB, một ổ SATA 2,5 inch và một khe mSATA, thân không quạt, chỉnh chế độ RS-232/422/485 trong BIOS, tự chỉnh độ sáng đèn nền | Chọn cảm ứng điện trở vì thợ vận hành thường đeo găng tay |
| Máy gom số liệu của trạm | UNO-3074A | Vi xử lý Intel Atom D510 1,66 GHz, 2 cổng Gigabit có gộp cổng dự phòng, 2 cổng RS-232/422/485, 4 kênh vào số và 4 kênh ra số có cách ly, hai ổ lưu trữ dựng RAID 0 hoặc RAID 1, bộ nhớ SRAM 512 KB có pin nuôi, thân không quạt không dùng cáp bên trong, tới bốn khe PCI | Bộ nhớ có pin nuôi giữ được giá trị đếm khi mất điện đột ngột |
Cảnh báo và lịch bảo trì theo giờ chạy
Hệ giám sát chỉ có ích khi cảnh báo được phân mức. Ba mức đủ dùng cho cụm máy phát. Mức thông báo dành cho các giá trị vượt ngưỡng nhẹ và tự trở lại, chỉ ghi vào nhật ký. Mức cảnh báo dành cho xu hướng xấu như nhiệt độ nước làm mát tăng dần trong nhiều giờ, gửi cho người phụ trách trong giờ hành chính. Mức sự cố dành cho các trường hợp máy dừng bất thường hoặc mất nguồn tại trạm, gửi ngay theo cả hai đường truyền.
Lịch bảo trì nên gắn với số giờ chạy tích lũy chứ không gắn với ngày trên lịch. Một tổ máy chạy nền và một tổ máy chỉ chạy giờ cao điểm tích lũy giờ chạy rất khác nhau, dùng chung một lịch theo tháng thì máy này bị bảo trì thừa còn máy kia bị bảo trì thiếu. Cách theo dõi tương tự cho phần điện của nhà máy được nêu ở bài máy tính công nghiệp cho quản lý năng lượng và bài giám sát năng lượng nhà máy.
Chọn thiết bị cho hệ giám sát cụm máy phát
Bốn thông tin cần chuẩn bị: số tổ máy và số tín hiệu của mỗi tổ chia theo analog, nhiệt điện và tiếp điểm; giao thức của đồng hồ đo điện và bộ điều tốc đang lắp; điều kiện đường truyền tại từng trạm; và yêu cầu về thời gian lưu số liệu tại trạm khi mất kết nối.
Module vào ra nằm trong danh mục Embedded IoT Solutions, máy gom số liệu chọn trong nhóm máy tính không quạt, còn các bài cùng chủ đề nằm ở chuyên mục năng lượng. Trang sản phẩm hai mã dùng nhiều trong tủ trạm là ADAM-4017+ và ADAM-4571.
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 cổng nối tiếp và dải nhiệt độ làm việc, dùng công cụ chọn máy theo yêu cầu lắp đặt.
Câu hỏi thường gặp về giám sát động cơ bơm gas
Vì sao phải đo cả nhiệt độ khí xả từng xy lanh?
Chênh lệch nhiệt độ khí xả giữa các xy lanh là dấu hiệu sớm của lỗi đánh lửa hoặc lỗi kim phun khí. Khi một xy lanh lệch nhiều so với giá trị trung bình của tổ máy, bộ phận bảo trì có căn cứ để kiểm tra trước khi máy giảm công suất hoặc dừng. Nếu chỉ đo nhiệt độ gộp thì dấu hiệu này bị san bằng.
Trạm máy phát không có người trực thì cảnh báo gửi bằng đường nào?
Nên có hai đường độc lập. Đường chính là bản tin số liệu qua mạng, đường phụ là tin nhắn hoặc tiếp điểm khô nối vào hệ báo động của khu vực. Khi đường mạng hỏng, trung tâm vẫn nhận được cảnh báo mức nặng. Cấu hình một đường duy nhất là điểm yếu thường gặp nhất ở các trạm xa.
Nên đặt màn hình vận hành tại từng trạm hay chỉ đặt ở trung tâm?
Từng trạm vẫn nên có một màn hình tại tủ. Thợ vận hành cần xem thông số ngay trên máy khi khởi động lại hoặc khi xử lý sự cố, lúc đó đường truyền về trung tâm có thể đang hỏng. Màn hình tại trạm cũng là nơi lưu bản ghi cục bộ để đối chiếu khi số liệu trung tâm bị thiếu.
Số giờ chạy máy nên đếm ở đâu?
Đếm ngay tại module vào ra bằng bộ đếm phần cứng, lấy tín hiệu từ tiếp điểm báo máy đang chạy. Cách này giữ được số giờ cả khi mất kết nối về trung tâm. Nếu đếm bằng phần mềm ở trung tâm, mỗi lần mất mạng là một khoảng giờ chạy bị bỏ sót và lịch bảo trì lệch theo.
Đọc thêm về thiết bị: toàn bộ máy tính công nghiệp Advantech cùng các hãng khác trên ipc247.com.
