Luận án Nghiên cứu xây dựng mô hình hiện đại hóa quản lý vận hành hệ thống tưới

c tƣới phải lớn nhất để lợi ích thực thu (hàm mục tiêu 1) cũng phải lớn nhất nhƣng điều đó lại làm cho hàm mục tiêu thứ 3 về tổng lƣợng nƣớc sử dụng không phải là ít nhất, đồng thời lƣợng nƣớc thiếu hụt (hàm mục tiêu 4) lại tăng lên (trong những điều kiện nhất định về khả năng cung cấp nƣớc của HTT) làm cho hệ số năng xuất tƣơng đối (Yr) giảm đi và cuối cùng mong muốn lợi ích thực thu phải lớn nhất sẽ không đạt đƣợc... - Phƣơng pháp tiến hóa sai phân đa mục tiêu (MODE) đƣợc phát triển, mở rộng trong Luận án (sơ đồ thuật toán ở hình 3.2) là nhằm giải quyết triệt để bài toán có các hàm mục tiêu cạnh tranh lẫn nhau nhƣ vừa đƣợc phân tích ở trên và để xem xét các biến quyết định trực tiếp về thời vụ gieo trồng (T0_c,v) đến 4 hàm mục tiêu. - Từ những nhận xét, đánh giá trên đây cho thấy: kết quả nghiên cứu xây dựng mô hình lập kế hoạch quản lý khai thác “tối ƣu“ HTT đã tạo ra một công cụ toán học hữu ích cho phép xác định các phƣơng án tối ƣu Pareto (các biến quyết định Sc,v, T0_c,v, Mc,v “tối ƣu“) để quản lý khai thác, sử dụng nguồn tài nguyên: nƣớc - đất - cây trồng một cách hài hòa, hiệu quả nhất... 3.1.2 Kết quả nghiên cứu xây dựng mô hình quản lý vận hành hệ thống tưới theo số liệu quan trắc (thời gian thực) 3.1.2.1 Kết quả nghiên cứu xây dựng bộ công cụ giám sát, cập nhật số liệu quan trắc thực tế Để quản lý vận hành các công trình trên HTT một cách tức thời hoặc định kỳ theo số liệu quan trắc thực tế thì trƣớc hết cần phải cập nhật các số liệu quan trắc cần thiết một cách liên tục hoặc tại những thời điểm nhất định trong ngày vận hành. Các số liệu quan trắc cần phải cập nhật bao gồm: - Lƣợng mƣa, 76 - Độ sâu lớp nƣớc mặt ruộng lúa (tại một số lô, thửa ruộng đại diện), - Độ ẩm trong tầng đất ẩm nuôi cây (tại một số lô, thửa ruộng cây trồng cạn đại diện cho HTT), - Mực nƣớc tại nguồn cung cấp nƣớc (sông, hồ hay bể hút trạm bơm,...), - Mực nƣớc tại bể hút, bể xả của trạm bơm, - Mực nƣớc tại đầu kênh chính, - Mức nƣớc tại thƣợng lƣu và hạ lƣu các công trình lấy nƣớc, điều tiết và phân phối nƣớc,... Sơ đồ thuật toán và công cụ cập nhập các số liệu quan trắc đƣợc thể hiện trên hình 3.7 dƣới đây: Bắt đầu t = To GIÁM SÁT ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG t = t + 1 Nhập Pt, ht, t, Zst, Zbht, Zbxt, Zdtt, Ztlit, Zhlit, từ trang web hiendaihoaqlvh.com hoặc qua điện thoại di động t = t + dt Đ S GỬI LỆNH YÊU CẦU VÀ NHẬN SỐ LIỆU Pt, ht, t, Zst, Zbht, Zbxt, Zdtt, Ztlit, Zhlit, TỪ MODEM THEO GIAO THỨC INTERNET, hiển thị trên trang web hiendaihoaqlvh.com CẬP NHẬT SỐ LIỆU VÀO CSDL BẰNG CÔNG NGHỆ LINQ TO SQL TỰ ĐỘNG CẬP NHẬT SỐ LIỆU VÀO CSDL BẰNG CÔNG NGHỆ LINQ TO SQL Tính toán VẬN HÀNH Hình 3.7: Sơ đồ thuật toán cập nhập các số liệu quan trắc 77 Phƣơng thức cập nhật số liệu trong trƣờng hợp quan trắc và giám sát tự động từ xa nhƣ ở phía bên trái của hình 3.7 và cụ thể nhƣ trên hình 3.8. Bắt đầu Máy chủ web Yêu cầu ĐIỀU KHIỂN HTT Đ S Tính toán VẬN HÀNH Các IP modem RTU TCP/IP và UMTS 3G/4G TCP/IP Cơ sở dữ liệu Máy bơm, cống Trang web (Hiển thị Pt, ht, t, Zst, Zbht, Zbxt, Zdtt, Ztlit, Zhlit, Thực hiện các thao tác theo yêu cầu... LINQ to SQL và MS SignalR ASP.NET Trình duyệt website Thiết bị đo (sensors) MODBUS TCP/IP và UMTS 3G/4G LINQ to SQL và MS SignalR t ≤ Tst Đ Kết thúc S Gửi gói tin/lệnh giám sát và điều khiển Hình 3.8: Mô hình quản lý vận hành hệ thống tƣới theo số liệu quan trắc 78 Trang web là công cụ nền tảng cho việc cập nhật các số liệu quan trắc. Kết quả xây dựng trang web này sẽ đƣợc trình bày cụ thể trong mục 3.1.3. Máy chủ web (webserver) sẽ định kỳ gửi những “gói tin“ đến các IP modem RTU (thiết bị truyền thông có tích hợp bộ vi xử lý) nhờ giao thức Internet (TCP/IP) để yêu cầu chúng gửi về các trị số quan trắc đƣợc tại các thiết bị cảm biến (sensors) đặt trên HTT rồi hiển thị lên website Thời gian định kỳ gửi những “gói tin“ đến các IP modem là do ngƣời quản lý quyết định, có thể là vài giây hay vài phút,... tùy theo yêu cầu của công tác QLVH. Các trị số quan trắc đƣợc hiển thị lên website bao gồm: lƣợng mƣa Pt, độ sâu lớp nƣớc mặt ruộng lúa ht, độ ẩm trong tầng đất ẩm nuôi cây t, mực nƣớc tại nguồn cung cấp nƣớc Zst; mực nƣớc tại bể hút của trạm bơm Zbht, bể xả Zbxt, mực nƣớc tại đầu kênh chính Zkt; mức nƣớc tại thƣợng lƣu và hạ lƣu các công trình điều tiết Ztlit, Zhlit, Đồng thời, các trị số quan trắc đó cũng đƣợc lƣu vào cơ sở dữ liệu trực tuyến nhờ công nghệ LINQ to SQL. Trong trƣờng hợp quan trắc, giám sát và vận hành HTT bằng thủ công, phƣơng thức cập nhật số liệu đƣợc thể hiện nhƣ ở phía bên phải của hình 3.7. Các trị số quan trắc: Pt, ht, t, Zst, Zbht, Zbxt, Zkt, Ztlit, Zhlit, đƣợc nhập trực tiếp từ website rồi tự động đƣợc lƣu vào cơ sở dữ liệu trực tuyến nhờ công nghệ LINQ to SQL. Giao diện cập nhật các trị số quan trắc lên trang website nhƣ trên hình 3.9. Trƣờng hợp này, ngƣời cập nhật các trị số quan trắc lên trang website đƣợc cấp quyền truy cập để bảo mật (tài khoản và mật mã). Hình 3.9: Giao diện website dùng cho cập nhật các dữ liệu quan trắc bằng thủ công 79 3.1.2.2 Kết quả nghiên cứu xây dựng bộ công cụ điều khiển hệ thống tưới tự động từ xa Bộ công cụ điều khiển hệ thống tƣới tự động từ xa đã đƣợc xây dựng bao gồm: website máy chủ web, phần mềm hiện đại hóa quản lý vận hành (HĐHQLVH), cơ sở dữ liệu trực tuyến, các thiết bị IP modem RTU,... Cơ cấu, chức năng các thành phần và phƣơng thức sử dụng những công cụ đó đƣợc thể hiện nhƣ trên hình 3.8. Ngay sau khi các số liệu quan trắc thực tế đƣợc hiển thị lên trang web và lƣu trữ vào cơ sở dữ liệu trực tuyến, chƣơng trình phần mềm HĐHQLVH sẽ tính toán kiểm tra những điều kiện, yêu cầu có cần điều khiển HTT hay không. Công việc tính toán kiểm tra những điều kiện, yêu cầu đó đƣợc thể hiện trên sơ đồ ở hình 3.10. Sơ đồ đó là thuật toán cụ thể hóa cho 2 modules của mô hình quản lý vận hành hệ thống tƣới theo số liệu quan trắc đã trình bày ở hình 3.8: “Yêu cầu ĐIỀU KHIỂN HTT“ và “Tính toán VẬN HÀNH“. Nếu cần điều khiển các công trình trên HTT (chẳng hạn nhƣ khi có mƣa to hay lớp nƣớc mặt ruộng quan trắc thực tế tại một thời điểm nào đó nhỏ hơn lớp nƣớc cho phép trong công thức tƣới tăng sản (hct ≤ [hmin]t) thì phải bắt đầu một đợt tƣới mới với mức tƣới dự kiến là mt = [hmax]t - hct (mm) hoặc nếu độ ẩm trong tầng đất ẩm nuôi cây theo quan trắc thực tế vào thời điểm nào đó nhỏ hơn độ ẩm cho phép trong công thức tƣới tăng sản (βct ≤ [βmin]t), phần mềm HĐHQLVH sẽ tính toán các thông số vận hành công trình đầu mối rồi báo về máy chủ web thông qua trình duyệt website. Khi đó, máy chủ web (webserver) sẽ gửi những lệnh điều khiển (gói tin) đến các IP modem RTU (thiết bị truyền thông có tích hợp bộ vi xử lý) nhờ giao thức Internet (TCP/IP) để yêu cầu chúng đóng, mở mạch điện điều khiển các máy bơm, cửa cống theo những thông số đã tính toán... Chi tiết sơ đồ thuật toán ở hình 3.10 nhƣ sau: - Chƣơng trình phần mềm HĐHQLVH kiểm tra lƣợng mƣa thực tế (ký hiệu trên sơ đồ là P), nếu P bằng hoặc lớn hơn lƣợng mƣa tƣơng đƣơng với 1 lần tƣới (ký hiệu là P1m, theo quy phạm tƣới hiện hành: P1m = 20  25 mm) sẽ kiểm tra tiếp nếu các công trình đầu mối đang làm việc (trạm bơm có Qtb > 0, cống lấy nƣớc có Qc > 0) thì máy chủ web sẽ gửi lệnh ngừng bơm và đóng cống đến IP modem RTU thông qua mạng Internet (TCP/IP) và hệ thống viễn thông di động toàn cầu (UMTS 3G/4G) 80 - Nếu không có mƣa hoặc mƣa nhỏ P < P1m và lớp nƣớc mặt ruộng quan trắc thực tế h ≤ [hmin] hoặc độ ẩm trong tầng đất ẩm nuôi cây theo quan trắc thực tế β ≤ [βmin] thì chƣơng trình phần mềm HĐHQLVH sẽ tính toán các thông số vận hành công trình đầu mối rồi webserver sẽ gửi những lệnh điều khiển (gói tin) đến các IP modem RTU yêu cầu chạy các máy bơm hoặc mở các cửa cống lấy nƣớc tƣới... - Nếu lớp nƣớc mặt ruộng quan trắc thực tế hoặc độ ẩm thực tế trong tầng đất ẩm nuôi cây vẫn đảm bảo theo yêu cầu của công thức tƣới tăng sản: [hmin] < h < [hmax] hoặc [βmin] < β < [βmax] thì chƣơng trình phần mềm HĐHQLVH sẽ tính toán dự báo lƣợng Bắt đầu Máy chủ web Đ S - - Dự báo ETc CSDL Mở cống Dừng bơm nƣớc Tính h,  (t +1).. Đ S Lệnh giám sát và điều khiển h ≤ hmin hoặc  ≤ min P ≥ P1m Chạy máy bơm Zs ≤ Zctc Tính Qtb, nb hmin < h < hmax min <  < max Bmin ≤ B ≤ h ≥ hmax hoặc  ≥ max Qtb > 0 Qc > 0 Đóng cống Tính Qc, nc Đ S Đ S S Đ Qtb > 0 Dừng bơm nƣớc Qc > 0 Đóng cống Đ S Đ Đ Hình 3.10: Sơ đồ thuật toán tính toán quản lý vận hành HTT theo số liệu quan trắc Đ 81 bốc thoát hơi nƣớc ETc rồi tính toán dự báo thời điểm lớp nƣớc mặt ruộng hoặc độ ẩm đất có thể giảm xuống dƣới trị số [hmin], [βmin]. Từ đó, sơ bộ dự kiến kế hoạch vận hành cho thời gian sắp tới... - Nếu lớp nƣớc mặt ruộng theo quan trắc h  [hmax] hoặc độ ẩm thực tế trong tầng đất ẩm nuôi cây β  [βmax] thì tƣơng tự nhƣ trƣờng hợp có mƣa lớn, chƣơng trình phần mềm HĐHQLVH sẽ kiểm tra tiếp nếu các công trình đầu mối đang làm việc (trạm bơm có Qtb > 0, cống lấy nƣớc có Qc > 0) thì máy chủ web sẽ gửi lệnh ngừng bơm và đóng cống đến IP modem RTU để dừng các máy bơm hoặc đóng các cửa cống lại... 3.1.2.3 Kết quả xây dựng phần mềm quản lý vận hành hệ thống tưới theo số liệu quan trắc Trong bộ phần mềm HĐHQLVH có xây dựng 2 modules phần mềm chuyên biệt cho việc quản lý vận hành HTT theo số liệu quan trắc: - Tính toán quản lý vận hành HTT thời gian thực. Sơ đồ thuật toán nhƣ đã đƣợc trình bày trên hình 3.10. Các codes lập trình đƣợc in ra ở phần Chương trình phần mềm 4 trong phụ lục 5. - Phần mềm giao tiếp thiết bị: sơ đồ thuật toán và các codes lập trình sẽ đƣợc trình bày ở mục 3.1.3... * Nhận xét và đánh giá: - Mô hình quản lý vận hành hệ thống tƣới theo số liệu quan trắc cho phép cập nhật các số liệu thực tế một cách nhanh chóng tức thời, tính toán chính xác nhu cầu nƣớc của cây trồng, lập và thực hiện kế hoạch tƣới và kế hoạch vận hành sát thực với các điều kiện thực tế, khống chế đƣợc lớp nƣớc mặt ruộng và độ ẩm đất thƣờng xuyên trong khoảng cho phép của công thức tƣới tăng sản để đáp ứng đúng, đủ, kịp thời nhu cầu nƣớc và nâng cao năng suất cây trồng. Nhờ đó sẽ nâng cao hiệu quả toàn diện của các HTT và giảm chi phí QLVH. - Mô hình quản lý vận hành theo số liệu quan trắc đã kết hợp lồng ghép việc tính toán QLVH với GS&ĐK nên không phải thực hiện nhiều thao tác thủ công nhƣ nhập những số liệu quan trắc sang giao diện, phần mềm QLVH và đối chiếu, so sánh với các số liệu đã tính toán ra khi lập kế hoạch bằng phần mềm QLVH hoặc bằng bảng Excel... 82 3.1.3 Kết quả nghiên cứu hiện đại hóa quản lý vận hành và giám sát, điều khiển hệ thống tưới thông qua mạng Internet và hệ thống viễn thông di động toàn cầu 3.1.3.1 Trang web hiện đại hóa quản lý vận hành hệ thống tưới Với phƣơng pháp, công cụ lập trình chính là Microsoft ASP.NET 4.5 (ngôn ngữ kịch bản trên máy chủ web) kết hợp với hệ quản trị cơ sở dữ liệu Microsoft SQL Server 2012, Luận án đã nghiên cứu xây dựng trang web làm nền tảng cho việc hiện đại hóa quản lý vận hành các HTT. Các kết quả nghiên cứu trong phần này cho phép các công ty QLKT CTTL có thể dễ dàng theo dõi, giám sát, tính toán quản lý vận hành và điều khiển HTT của họ vào bất cứ lúc nào và ở bất cứ nơi đâu có kết nối Internet hoặc có sóng điện thoại di động... Về cơ bản, không những là một website động hƣớng cơ sở dữ liệu SQL Server mà còn có đầy đủ các chức năng của một chƣơng trình phần mềm chuyên dụng nhƣng chạy trên môi trƣờng mạng Internet [66]. Một trong các giao diện của website nhƣ trên hình 3.11. Hình 3.11: Giao diện trang web Trang web bao gồm trang chủ và 7 trang thành phần tƣơng ứng với các trình đơn (menu) chính sau đây: 83 Trang chủ; Cơ sở dữ liệu; Mô hình HĐH quản lý vận hành; Hiện đại hóa QLVH các HTTL; Diễn đàn; Giảng dạy và Đào tạo; Quản trị; Liên hệ; và nhiều chuyên mục khác hỗ trợ QLVH nhƣ chuyên mục Dự báo thời tiết, Liên kết,... Trong đó, 3 trang thành phần hỗ trợ và thực hiện trực tiếp công việc hiện đại hóa QLVH các HTTL là: - Cơ sở dữ liệu: gồm các cơ sở dữ liệu trực tuyến phục vụ công tác QLVH, GS&ĐK, quản lý công trình, đánh giá hiệu quả của HTT (sẽ trình bày cụ thể trong các mục sau). - Mô hình HĐH quản lý vận hành: thể hiện các mô hình thành phần và chƣơng trình phần mềm thực hiện tất cả các nội dung tính toán tổng quát trong Luận án này thông qua các trình đơn (menu) tƣơng tự nhƣ trên hình 3.12. - Hiện đại hóa QLVH các HTTL: gồm có 4 trang chính nhằm khuyến khích, hỗ trợ và hƣớng dẫn các công ty QLKT CTTL có thể tự triển khai, từng bƣớc thực hiện các công việc hiện đại hóa hệ thống tƣới của họ một cách dễ dàng, không mất phí thuê bao máy chủ web và website... Trong phần 3.1.4 sẽ trình bày cụ thể về một trong bốn trang đó là “Công cụ thực hiện Hiện đại hóa QLVH miễn phí“. Hình 3.12: Giao diện và các trình đơn của trang “Mô hình HĐH quản lý vận hành” Ngoài ra, các công ty QLKT CTTL có thể sử dụng chuyên mục Dự báo thời tiết trên website (Hình 3.13) để thƣờng xuyên cập nhật các số liệu dự báo về lƣợng mƣa, nhiệt độ, ẩm độ, tốc độ gió,... phục vụ trực tiếp cho công tác điều hành, tính toán lập và hiệu chỉnh kế hoạch dùng nƣớc... 84 Hình 3.13: Trang cập nhật các yếu tố khí tƣợng từ chuyên mục Dự báo thời tiết và dự báo lƣợng bốc thoát hơi nƣớc tiềm năng (ETo) 3.1.3.2 Cơ sở dữ liệu trực tuyến Cơ sở dữ liệu hiện đại hóa quản lý vận hành HTT đƣợc xây dựng trên nền tảng hệ quản trị cơ sở dữ liệu dùng chung Microsoft SQL Server 2012 để đáp ứng yêu cầu tƣơng tác, truy xuất dữ liệu từ tầng thứ nhất trong mô hình nhiều tầng (N Tiers) của ứng dụng website Cấu trúc của cơ sở dữ liệu hiện đại hóa QLVH trực tuyến (qua mạng Internet) nhƣ trên hình 3.14. Hình 3.14: Cấu trúc cơ sở dữ liệu hiện đại hóa quản lý vận hành HTT 85 Những bảng cơ sở dữ liệu quản lý thông tin tài khoản ngƣời dùng đã đƣợc tích hợp từ các bảng ngầm định Users, Membership, Role, Profile,... của ASP.NET thông qua việc sử dụng mô đun đăng ký cơ sở dữ liệu với câu lệnh khởi động C:\>aspnet_regsql.exe. Hai bảng chính của cơ sở dữ liệu hiendaihoaqlvh_com_db là OnMs về vận hành công trình (nhƣ trên hình 3.15) và MnMs về quản lý công trình, đánh giá hiệu quả (sẽ đƣợc trình bày trong mục 3.1.5)... Hình 3.15: Cơ sở dữ liệu OnMs về vận hành công trình Ngoài ra, cơ sở dữ liệu hiendaihoaqlvh_com_db còn cho phép cập nhật, lƣu trữ và truy xuất các thông tin, dữ liệu trên trang chủ theo mô hình “Website hƣớng Cơ sở dữ liệu“, bao gồm: tin tức thời sự; thông tƣ, chỉ thị; văn bản, chính sách; kiến thức, kinh nghiệm; thông tin nên biết có liên quan đến hiện đại hóa tƣới cũng nhƣ quá trình và tình hình hiện đại hóa tƣới trên toàn quốc (Hình 3.16). Hình 3.16: Cập nhật, lƣu trữ và truy xuất các dữ liệu trên trang chủ 86 3.1.3.3 Kết quả xây dựng giao diện giám sát, điều khiển và phần mềm hiện đại hóa quản lý vận hành hệ thống tưới Một trong các kết quả quan trọng nhất trong phần nghiên cứu này là xây dựng giao diện giám sát, điều khiển và chƣơng trình phần mềm giao tiếp thiết bị của bộ phần mềm hiện đại hóa quản lý vận hành. Giao diện giám sát và điều khiển đƣợc xây dựng trong trƣờng hợp tổng quát nên có thể ứng dụng cho mọi hệ thống tƣới. Hình 3.17 là giao diện khai báo số chỉ số cần giám sát và số tham số cần điều khiển. Hình 3.17: Giao diện khai báo số chỉ số cần giám sát và số tham số cần điều khiển Sau khi nhập xong số chỉ số cần giám sát và số tham số cần điều khiển, nhấn nút “Hãy nhập tên chỉ số cần giám sát” và “Hãy nhập tên các tham số cần điều khiển” sẽ xuất hiện ngay giao diện cho việc nhập tên các chỉ số cần giám sát và tên các tham số cần điều khiển. Chẳng hạn nhƣ sau khi nhập số chỉ số cần giám sát là 10 và số tham số cần điều khiển là 10 rồi nhấn 2 nút nói trên sẽ xuất hiện ngay giao diện nhƣ ở hình 3.18. Nhập tên các chỉ số cần giám sát và tên các tham số cần điều khiển đúng theo tên thực tế của hệ thống tƣới đang cần xây dựng giao diện giám sát, điều khiển hoặc đặt theo các tên đã gợi ý trên giao diện. Sau khi nhập xong, nhấn nút Ghi nhớ tên các chỉ số/tham số thì chúng sẽ đƣợc lƣu vào cơ sở dữ liệu trực tuyến OnMs. Từ đó trở đi, ngƣời quản lý HTT có thể thực hiện những thao tác giám sát và điều khiển HTT nhƣ đã trình bày trong phần 3.1.2 về mô hình quản lý vận hành HTT thời gian thực... 87 Hình 3.18: Giao diện nhập tên các chỉ số cần giám sát và tham số cần điều khiển Với giao diện giám sát và điều khiển đã xây dựng đƣợc trên đây, phần mềm HĐHQLVH sẽ tính toán lập kế hoạch phân phối nƣớc và các thông số vận hành máy bơm hay cửa cống dựa vào những số liệu đang hiển thị trên giao diện do các thiết bị giám sát, đo đạc gửi về. Những ngƣời quản lý sẽ có đƣợc các thông báo về kế hoạch và các thông số vận hành nói trên cũng nhƣ các cảnh báo, báo động sự cố khi xảy ra. Khi đó, họ sẽ quyết định thực hiện các thao tác nhấn nút cần thiết và máy chủ web sẽ ra lệnh cho các thiết bị điều khiển thực hiện... Sản phẩm phần mềm hiện đại hóa quản lý vận hành HTT (viết tắt là HĐHQLVH hoặc QLVH+SCADA) đƣợc xây dựng dựa trên sơ đồ thuật giải nhƣ ở hình 3.19. Phần lớn các mã lập trình đã đƣợc giới thiệu và in ra trong phụ lục 5. Ở đây chỉ trình bày chu trình và các bƣớc tổng quát trong chƣơng trình phần mềm kết nối, giao tiếp thiết bị sử dụng công nghệ WebSockets: - Khởi tạo một WebSocket: TcpListener(Server = NULL); - Gán giá trị cho cổng: Port = xxxx và địa chỉ IP = xxx.xxx.xxx.xxx; - Gán giá trị cho máy chủ Server = TcpListener(IP, Port); - Kiểm tra điều kiện Server.Start(); - Nếu đúng: kết nối Client; - Giải mã và mã hóa thông tin; - Xử lý thông tin; - Ngắt kết nối. 88 Các mã lập trình cho phần mềm kết nối, giao tiếp thiết bị đƣợc in ra ở phần Chương trình phần mềm 5 trong phụ lục 5. Bắt đầu Máy chủ web Yêu cầu ĐIỀU KHIỂN HTT Đ S Tính toán VẬN HÀNH Các IP modem RTU TCP/IP và UMTS 3G/4G TCP/IP Cơ sở dữ liệu Máy bơm, cống Trang web (Hiển thị Pt, ht, t, Zst, Zbht, Zbxt, Zdtt, Ztlit, Zhlit, Thực hiện các thao tác theo yêu cầu... LINQ to SQL và MS SignalR ASP.NET Trình duyệt website Thiết bị đo (sensors) MODBUS TCP/IP và UMTS 3G/4G LINQ to SQL và MS SignalR t ≤ Tst Đ Kết thúc S Lệnh giám sát và điều khiển Hình 3.20: Mô hình quản lý vận hành hệ thống tƣới theo số liệu quan trắc Hìn 3.19: Sơ đồ thuật giải phần mềm HĐHQLVH 89 3.1.3.4 Kết quả nghiên cứu từng bước hiện đại hóa giám sát, điều khiển cho các HTT đang được quản lý vận hành bằng thủ công và giai đoạn quá độ tiến tới tự động hóa Do tiến trình hiện đại hóa tƣới ở nƣớc ta còn rất chậm nên phần lớn các HTT trong tƣơng lai khoảng 5 đến 7 năm tới có thể vẫn duy trì cách thức quản lý vận hành bằng thủ công hoặc ở giai đoạn quá độ tiến tới giám sát và điều khiển tự động từ xa. Do đó, nên ứng dụng các kết quả đã nghiên cứu ở phần trên về giao diện web “Giám sát và Điều khiển“ để từng bƣớc hiện đại hóa các hệ thống tƣới đang đƣợc quản lý vận hành bằng thủ công hoặc trong giai đoạn quá độ tiến tới GS&ĐK tự động từ xa. Kết quả nghiên cứu sử dụng công nghệ “LINQ to SQL“ và phƣơng thức truyền thông tin qua mạng Internet cho phép những ngƣời quản lý có thể cập nhật các dữ liệu về lớp nƣớc mặt ruộng, độ ẩm đất và các yếu tố khí tƣợng, thủy văn từ bất cứ nơi đâu và bất cứ lúc nào có máy tính hoặc điện thoại di động kết nối Internet. Họ đƣợc phân quyền đăng nhập và có thể cập nhật dữ liệu thƣờng xuyên theo định kỳ hoặc hàng ngày. Các số liệu đƣợc cập nhật đó sẽ ngay lập tức đƣợc lƣu trữ trong cơ sở dữ liệu MS SQL Server trên máy chủ web. Ví dụ: một cán bộ kỹ thuật ở trạm quản lý công trình trên hệ thống khi đọc xong mực nƣớc trên mặt ruộng lúa có thể cập nhật tức thời lên giao diện web “Giám sát và Điều khiển“ qua mạng Internet hoặc qua hệ thống viễn thông di động toàn cầu 3G/4G (nhƣ ở hình 3.21), rồi cán bộ lãnh đạo công ty, phòng kỹ thuật/quản lý nƣớc dù ở văn phòng hay không đều có thể có ngay các thông tin cần thiết cho chỉ đạo điều hành hoặc có cơ sở đƣa ra các quyết định QLVH kịp thời, chính xác... Tƣơng tự nhƣ vậy, các nhân viên kỹ thuật ở đài khí tƣợng và thủy văn có thể cung cấp những số liệu quan trắc hàng ngày hoặc theo ca quan trắc cho công ty quản lý khai thác CTTL thông qua trang web: (nhƣ trên hình 3.22). Phần mềm HĐHQLVH sẽ định kỳ kiểm tra, tính toán lập kế hoạch phân phối nƣớc và các thông số vận hành máy bơm hay cửa cống để cung cấp nƣớc cho HTT trên cơ sở sử dụng trực tiếp các số liệu hiển thị trên trang web hoặc đã lƣu trữ trong cơ sở dữ liệu. Những thông số vận hành đó sẽ đƣợc thông báo trên trang web tại các trạm, cụm quản lý của công ty hoặc trên các máy điện thoại di động để yêu cầu các nhân viên QLVH thực hiện... 90 Hình 3.21: Giao diện trang web “Giám sát và Điều khiển“ trong quản lý vận hành HTT bằng thủ công Hình 3.22: Phƣơng thức cập nhật số liệu khí tƣợng, thủy văn qua mạng Internet Với các hệ thống tƣới đƣợc GS&ĐK bán tự động hoặc trong giai đoạn quá độ tiến tới GS&ĐK tự động từ xa vẫn hoàn toàn có thể từng bƣớc hiện đại hóa QLVH theo phƣơng thức kết hợp sử dụng giao diện web “Giám sát và Điều khiển“ nêu trên... 91 3.1.4 Kết quả nghiên cứu ứng dụng, phát triển công nghệ giám sát và điều khiển hệ thống tưới 3.1.4.1 Kết quả phát triển, ứng dụng công nghệ giám sát và điều khiển HTT theo hướng truyền thông hiện đại và lựa chọn thiết bị GS&ĐK đi kèm hợp lý Kết quả nghiên cứu phát triển, ứng dụng công nghệ truyền thông hiện đại và lựa chọn thiết bị GS&ĐK đi kèm hợp lý cho thấy: hiện nay và trong các năm tới chỉ có dòng modem công nghiệp 3G/4G IP modem F2X64 với 8 cổng vào/ra (I/O) và 4 rơle đầu ra 24 VDC – 220 VAC,... thông qua một địa chỉ IP hoàn toàn có thể đáp ứng đƣợc các yêu cầu của bài toán truyền thông và GS&ĐK trên các HTTL không những về mặt kỹ thuật mà cả về khía cạnh kinh tế [67], [68], [69]. Loại modem F2X64 này không những có chức năng truyền thông không dây mà còn có vai trò nhƣ 1 bộ vi xử lý RTU. Hình 3.23: Các chức năng vi xử lý của modem IP F2164 3G RTU Hình 3.24: Cấu trúc mạng GS&ĐK sử dụng modem F2X64 và F2X14 92 Hạn chế của modem F2X64 là Công ty Công nghệ truyền thông Four-Faith sản xuất ra nó không có mục đích hỗ trợ truyền thông qua website [70]. Vì vậy, kết quả nghiên cứu chuyên sâu ở đây là kết quả phát triển giao thức TCP Socket (công nghệ giao thức kiểm soát truyền thông) cho các giao diện web (ASP.NET web forms) giao tiếp với modem F2X64... Chu trình và các bƣớc phát triển ứng dụng công nghệ WebSockets nhƣ đã trình bày ở mục 3.1.3.3. Dƣới đây là những codes lập trình xây dựng phần mềm kết nối, giao tiếp thiết bị: using System.Linq; using System.Web; using System.Web.WebPages; using System.Web.UI; using System.Web.UI.WebControls; using System.IO; using System.Net; using System.Net.Sockets; using System.Web.Sockets; using System.Text; public partial class SCADA4IPmodem : System.Web.UI.Page { protected void Button1_Click(object sender, EventArgs e) { TcpListener server = null; try { Int32 port = 8686; IPAddress localAddr = IPAddress.Parse("xxx.xxx.xxx.xxx"); server = new TcpListener(localAddr, port); server.Start(); TextBox2.Text = "Waiting for a connection from IP Modem... "; while (true) { TextInform.Text = "Connected!"; data = null; SentData = null; SentData = "01 04 00 00 00 01 31 CA"; int i; while ((i = stream.Read(bytes, 0, bytes.Length)) != 0) { SentData = System.Text.Encoding.ASCII.GetString(bytes, 0, i); } client.Close(); } } catch (SocketException ex) 93 3.1.4.2 Kết quả nghiên cứu xây dựng công cụ thực hiện hiện đại hóa quản lý vận hành miễn phí cho các công ty QLKT CTTL Hiện nay, tiến trình công nghiệp hóa - hiện đại hóa ngành thủy lợi nói chung và lĩnh vực quản lý vận hành các HTT nói riêng còn khá chậm vì nhiều nguyên nhân. Trong đó phải kể đến là các sản phẩm nghiên cứu khoa học - công nghệ khó đi vào sản xuất do công nghệ cao, cần nhiều kinh phí đầu tƣ, đòi hỏi trình độ và kỹ năng chuyên môn cao, Vì vậy, để đẩy nhanh tiến trình hiện đại hóa quản lý vận hành các HTT, Luận án này đã đi sâu nghiên cứu phát triển một bộ công cụ thực hiện hiện đại hóa quản lý vận hành miễn phí cho các công ty QLKT CTTL chỉ cần một số thao tác đơn giản trên Website là có thể có ngay một giao diện quản lý vận hành và giám sát, điều khiển HTT của họ với nhiều chức năng tinh xảo nhƣ đã trình bày trong các phần trên đây. Cụ thể, nên thực hiện theo 3 bƣớc độc lập sau đây từ thủ công cho đến tự động giám sát và điều khiển tự động từ xa: * Bước 1: Thiết lập hệ thống giám sát và điều khiể