Một đề án đô thị thông minh chỉ nhìn thấy được ở phần trung tâm điều hành, nhưng phần lớn thiết bị lại nằm trong các tủ đặt ngoài đường. Bài viết nêu năm loại điểm lắp ngoài hiện trường thường có trong đề án của một thành phố lớn như TP. Hồ Chí Minh, điều kiện môi trường của tủ ngoài trời và thiết bị Advantech cho đô thị thông minh tương ứng với từng vị trí.
Năm loại điểm lắp ngoài hiện trường
| Loại điểm lắp | Thiết bị trong tủ | Việc phải làm tại chỗ |
|---|---|---|
| Nút giao thông | Bộ điều khiển đèn, camera đếm phương tiện, thiết bị mạng | Đếm lưu lượng theo hướng, đổi chu kỳ đèn theo tình huống, gửi hình ảnh khi có sự kiện |
| Trạm quan trắc không khí và tiếng ồn | Đầu đo bụi và khí, bộ thu thập, đường truyền không dây | Ghi giá trị theo chu kỳ, lưu tại chỗ khi mất mạng, gửi bù sau đó |
| Tủ chiếu sáng công cộng | Bộ đóng cắt theo nhóm, đồng hồ đo điện, thiết bị vào ra | Bật tắt theo lịch và theo độ sáng, đếm giờ chạy, báo tủ mất pha |
| Trạm bơm chống ngập | Bộ đo mực nước, tủ điều khiển bơm, thiết bị truyền | Chạy bơm theo mực nước, báo sự cố ngay khi bơm dừng bất thường |
| Bảng thông tin và điểm phục vụ dân cư | Máy phát nội dung, màn hình, thiết bị mạng | Hiển thị thông tin theo lịch, nhận nội dung cập nhật từ trung tâm |
Năm nhóm này có một điểm chung ít được nói tới: mỗi tủ phải tự chạy được khi mất kết nối về trung tâm. Đèn giao thông không thể dừng vì đường truyền hỏng, bơm chống ngập cũng vậy. Vì thế phần logic bảo đảm an toàn luôn nằm ở tủ, còn trung tâm giữ vai trò giám sát và điều phối.
Điều kiện môi trường của tủ ngoài trời
Tủ đặt trên vỉa hè chịu bốn thứ cùng lúc: nhiệt độ cao vào buổi trưa, độ ẩm cao vào mùa mưa, bụi đường và rung từ xe cộ. Bốn yếu tố này quyết định danh mục thiết bị hơn cả yêu cầu chức năng.
- Nhiệt độ trong tủ chứ không phải nhiệt độ ngoài trời. Vỏ tủ kim loại phơi nắng nóng hơn không khí đáng kể. Nên đo thực tế vào giờ nóng nhất tại một tủ mẫu rồi lấy con số đó đối chiếu với dải nhiệt độ ghi trong tài liệu thiết bị.
- Thân máy không quạt. Quạt hút bụi đường vào trong máy và là chi tiết cơ khí hỏng sớm nhất. Máy tản nhiệt qua vỏ tránh được cả hai vấn đề.
- Nguồn vào dải rộng. Điện lưới tại các tủ ngoài đường dao động nhiều. Máy nhận dải 9 đến 36 V một chiều chạy được sau một bộ nguồn 24 V thông dụng mà không cần bộ ổn áp riêng.
- Chống rung và cách ly tín hiệu. Thiết bị gắn cố định bằng ngàm, tránh đặt rời trong tủ. Đường tín hiệu ra vào tủ nên qua module có cách ly để hạn chế hư hỏng khi có quá áp lan truyền.
Thiết bị Advantech cho từng vị trí
| Vị trí | Model | Thông số theo tài liệu hãng | Lý do phù hợp |
|---|---|---|---|
| Máy tính trong tủ nút giao thông | ARK-2121F | Vi xử lý Intel Celeron J1900 bốn nhân 2,0 GHz dạng SoC có chế độ tăng tốc, 6 cổng COM, 6 cổng USB, vào ra số có cách ly, VGA và HDMI, nguồn vào dải rộng 9 đến 36 VDC, nhiệt độ làm việc âm 20 đến 70 độ C khi dùng SSD/mSATA và RAM chịu nhiệt (0 đến 45 độ C nếu dùng ổ HDD 2,5 inch), khe mini PCIe kèm khay SIM cho mô-đun truyền thông, mSATA và một ổ SATA 2,5 inch | Dải nhiệt độ rộng (khi lắp SSD) và nguồn dải rộng hợp tủ ngoài trời, khay SIM cho đường truyền dự phòng |
| Cấp nguồn và mạng cho camera | EKI-2525PA | 5 hoặc 8 cổng Fast Ethernet trong đó 4 cổng cấp nguồn qua cáp mạng, tự nhận tốc độ 10/100 Mbps, chống bão quảng bá, bảo vệ tĩnh điện trên cổng mạng và bảo vệ xung nhanh trên đường nguồn, vỏ kim loại IP30 gá thanh DIN hoặc treo tường, hai đầu vào nguồn 24 hoặc 48 VDC kèm ngõ ra rơ le báo lỗi, nhiệt độ làm việc âm 10 đến 60 độ C | Mỗi camera chỉ còn một sợi cáp, giảm số điểm đấu nối trong tủ |
| Tuyến dài giữa các nút | EKI-2541M | 1 cổng Ethernet 10/100 Mbps và 1 cổng quang SC đa mốt hoặc đơn mốt 100 Mbps, có cầu nối chọn chế độ báo lỗi liên kết xuyên suốt, truyền theo cơ chế lưu và chuyển tiếp, nguồn kép 12 đến 48 VDC, gá thanh DIN hoặc gá tấm | Cắt đường lan truyền quá áp giữa hai tủ nằm trên hai hệ nối đất khác nhau |
| Đọc trạng thái tủ chiếu sáng | ADAM-4055 | 8 kênh vào số và 8 kênh ra số, mức vào 10 đến 50 VDC, ngõ ra hở cực thu tới 40 VDC, chống quá áp 70 VDC, cách ly quang 2.500 VDC, giao tiếp RS-485 với lệnh ASCII và Modbus RTU, nguồn 10 đến 30 VDC, nhiệt độ làm việc âm 10 đến 70 độ C | Vừa đọc trạng thái đóng cắt vừa xuất lệnh bật tắt nhóm đèn trên cùng một module |
| Máy gom số liệu khu vực | UNO-2178A | Vi xử lý Intel Atom D510, 2 cổng Gigabit và 6 cổng USB 2.0, hỗ trợ tới 8 cổng COM, 2 khe mini PCIe kèm khay SIM, khe thẻ CF tiếp cận từ mặt trước, thân không quạt không dùng cáp bên trong, cách ly giữa vỏ máy và nguồn, cấp bảo vệ IP40, nhiệt độ làm việc âm 10 đến 70 độ C | Tám cổng COM gom được nhiều tủ nhỏ về một điểm trước khi gửi lên trung tâm |
Phần mạng lõi và các vấn đề an toàn thông tin của hệ thống này được bàn riêng ở bài IoT trong đô thị thông minh: kết nối và bảo mật. Nhóm thiết bị chuyên cho tín hiệu giao thông nằm ở bài hệ thống giao thông thông minh, còn phần giám sát công trình ngầm có bài giám sát tàu điện ngầm.
Trình tự triển khai theo cụm thay vì theo toàn thành phố
Đề án đô thị thông minh dễ mắc kẹt ở khâu quy mô. Cách làm giữ được tiến độ là chọn một cụm nhỏ, ví dụ vài nút giao thông liền kề cùng một tuyến chiếu sáng, dựng đủ ba lớp từ tủ hiện trường tới trung tâm rồi vận hành thật vài tháng.
Kết quả của cụm mẫu cho ba con số cần cho bước mở rộng: chi phí thiết bị và thi công trên mỗi tủ, số lần sự cố trong ba tháng chia theo nguyên nhân, và thời gian trung bình từ lúc phát sinh sự cố tới lúc xử lý xong. Không có ba con số này thì dự toán cho toàn thành phố chỉ là ước lượng. Cách tổ chức số liệu tương tự cho một tòa nhà được nêu ở bài hệ thống quản lý toà nhà.
Chọn thiết bị cho hạ tầng đô thị thông minh
Bốn thông tin cần chuẩn bị trước khi lên danh mục: số điểm lắp chia theo loại, điều kiện nguồn và đường truyền tại từng điểm, danh sách thiết bị đã có cần tích hợp cùng giao thức của chúng, và yêu cầu về thời gian tự chạy khi mất kết nối.
Máy đặt trong tủ chọn ở danh mục máy tính không quạt, module vào ra ở nhóm Embedded IoT Solutions. Trang sản phẩm hai mã dùng nhiều trong tủ ngoài trời là ARK-2121F và EKI-2525PA.
Phần kiến thức nền về cách phân loại máy theo môi trường lắp đặt có tại chuyên mục máy tính công nghiệp Advantech trên IPC247. Khi cần lọc model theo dải nhiệt độ và số cổng, dùng công cụ chọn máy theo yêu cầu lắp đặt.
Câu hỏi thường gặp về thiết bị cho đô thị thông minh
Nhiệt độ trong tủ ngoài trời tại TP. Hồ Chí Minh cao tới mức nào?
Tủ kim loại phơi nắng buổi trưa nóng hơn nhiệt độ không khí một khoảng đáng kể, mức chênh tùy màu vỏ tủ, hướng đặt và mật độ thiết bị bên trong. Vì vậy không nên chọn thiết bị theo nhiệt độ ngoài trời mà nên đo nhiệt độ thực trong tủ vào giờ nóng nhất rồi lấy con số đó đối chiếu với dải nhiệt độ ghi trong tài liệu.
Cấp máy tính đặt tại nút giao thông cần gì hơn máy văn phòng?
Bốn điểm: dải nhiệt độ làm việc rộng, thân không quạt để bụi không bị hút vào, nguồn vào dải rộng chịu được dao động điện áp lưới, và số cổng nối tiếp đủ cho tủ đèn cùng các thiết bị đo. Máy văn phòng thiếu cả bốn điểm này nên hỏng sớm khi đặt trong tủ ngoài trời.
Camera trong tủ ngoài trời cấp nguồn thế nào cho gọn?
Dùng switch công nghiệp có cổng cấp nguồn qua cáp mạng, mỗi camera chỉ còn một sợi cáp vừa truyền hình ảnh vừa lấy nguồn. Cách này giảm số điểm đấu nối trong tủ và giảm số vị trí có thể ẩm nước. Cần tính tổng công suất các camera để chọn bộ nguồn cho switch.
Vì sao tuyến dài giữa các nút nên chuyển sang cáp quang?
Tuyến đồng dài ngoài trời hứng nhiễu từ lưới điện và dẫn chênh lệch điện thế giữa hai hệ nối đất khác nhau vào cổng mạng. Cáp quang không dẫn điện nên cắt được đường lan truyền đó, đồng thời đi được cự ly xa hơn nhiều so với giới hạn 100 m của cáp đồng.
Đọc thêm về thiết bị: toàn bộ máy tính công nghiệp Advantech cùng các hãng khác trên ipc247.com.
