Chương 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG MINH PHỤC VỤ ĐO LƯỜNG TỰ ĐỘNG TẠI CÁC NHÀ MÁY NƯỚC 1. Tổng quan về hệ thống đo lường tự động Giải pháp đo lường tự động AMR (Automatic Meter Reading) đã và đang được nghiên cứu, ứng dụng tại nhiều nước trên thế giới. Hạ tầng đo lường tự động AMR được định nghĩa bao gồm các thành phần phần cứng, phần mềm truyền thông, hệ thống liên kết và phần mềm quản lý dữ liệu.
Các thành phần này được kết nối tạo thành mạng giữa các thiết bị đo và các hệ thống tiện ích kinh doanh cho phép thu thập và phân phối thông tin cho khách hàng và các bên tham gia. Dữ liệu thiết bị đo được gửi tới hệ thống quản lý dữ liệu thiết bị đo MDMS (Meter Data Management System) [1]. Hệ thống MDMS có nhiệm vụ quản lý dữ liệu được lưu trữ và phân tích dữ liệu nhằm cung cấp thông tin hữu ích cho các tiện ích khách hàng.1 giới thiệu về các thành phần cấu thành nên hạ tầng đo lường tự động AMR. Trong hạ tầng đo lường tự động AMR, các thiết bị đo điện, nước, gas được triển khai tại các hộ gia đình và gửi dữ liệu về máy chủ thông qua các mạng truyền dẫn dữ liệu.1: Các thành phần cấu thành nên hạ tầng đo lường tự động AMR Trong bài báo [2], các tác giả đã giới thiệu tổng quát về hệ thống AMR, bắt đầu từ việc thảo luận những lợi ích tiềm năng cho đến việc giới thiệu các giai đoạn Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.vn LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 2 phát triển của hệ thống AMR từ quá khứ đến tương lai.
Các tác giả cũng đã giới thiệu bốn kiểu mạng truyền thông AMR chính bao gồm: Mạng truyền dẫn trên đường dây tải điện (PLC), mạng di động tế bào, mạng điện thoại/Internet và mạng truyền dẫn vô tuyến khoảng cách ngắn như WiFi, Bluetooth, Zigbee/IEEE 802. Hiện tại, các công nghệ truyền thông không dây đang được sử dụng rộng rãi với những ưu điểm như chi phí thấp, dễ dàng triển khai. Ngoài ra, cấu trúc của hệ thống AMR không dây cũng đơn giản hơn và tiết kiệm chi phí về nguồn lực lao động hơn so với hệ thống AMR có dây. Các thiết bị đo được thiết kế hoạt động ở tần số vô tuyến 169MHz.
Các đồng hồ đo nước thông minh đo lượng nước tiêu thụ thông qua bộ cảm biến hiệu ứng Hall và gửi dữ liệu đo được về một Gateway kết nối với mạng GSM/GPRS. Trong bài báo [4], các tác giả đã đề xuất một hệ thống tự động đo điện năng tiêu thụ dựa trên sự kết hợp của công nghệ truyền thông GSM/GPRS và Zigbee/IEEE 802. Trong hệ thống này, các module truyền thông Zigbee/IEEE 802.4 được gắn trên các đồng hồ đo để gửi dữ liệu đo về điểm thu thập dữ liệu. Công nghệ truyền thông qua đường dây điện được giới thiệu trong bài báo [5], [6] cũng là một giải pháp truyền dẫn tốt cho các hệ thống AMR với các ưu điểm như không cần bổ sung thêm cơ sở hạ tầng đường dây mới, kết nối thuận tiện, tốc độ cao.
Tuy nhiên, các hệ thống sử dụng công nghệ truyền thông này có chi phí cao bởi vì nó yêu cầu nhiều thành phần khác ví dụ như bộ thu thập, bộ tập trung và các trạm chủ. Trong phạm vi luận văn này, tác giả tập trung nghiên cứu và đánh giá các giao thức thu thập dữ liệu cho mạng lưới các đồng hồ nước thông minh theo chuẩn truyền thông IEEE 802. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.vn LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Mô hình ứng dụng hệ thống đo lường tự động cho các nhà máy nước 1.
Mô hình tổng thể hệ thống Mạng các đồng hồ đo nước IEEE 802.4 GW Internet TCP/IP Server LEGEND: Người dùng GW Internet Gateway Đồng hồ đo nước có két nối mạng Hình 1.2: Mô hình hệ thống tự động thu thập dữ liệu về lượng nước tiêu thụ Giải pháp đo lường tự động tại các nhà máy nước đã và đang được nghiên cứu, ứng dụng tại nhiều nước trên thế giới.2 là mô hình hệ thống tự động thu thập dữ liệu về lượng nước tiêu thụ. Các đồng hồ đo nước kết nối và gửi dữ liệu về Gateway qua chuẩn truyền thông không dây IEEE 802. Gateway có nhiệm vụ thu thập dữ liệu và gửi dữ liệu về Server qua đường truyền Internet. Tại máy chủ, các dữ liệu sau đây sẽ được lưu trữ: CSDL về khách hàng.
CSDL về người dùng hệ thống. CSDL về các thiết bị đo chất lượng nước. CSDL về các thiết bị đo lượng nước tiêu thụ. CSDL về chất lượng nước, lượng nước tiêu thụ và hóa đơn tiền nước của khách hàng.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.vn LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 4 Giao diện Web Quản trị và phân quyền hệ thống Chốt hóa đơn tiền nước cho KH Giám sát thay đổi Thanh toán hóa đơn tiền nước Giám sát truy cập Quản lý khách hàng Phân quyền sử dụng Quản lý đấu nối và làm dịch vụ cho khách hàng Tiến trình hệ thống Thu thập dữ liệu từ các thiết bị Quản lý hồ sơ, hợp đồng của đo chất lượng nước khách hàng Giao tiếp Thu thập dữ liệu từ các thiết bị các thiết bị đo lượng nước tiêu thụ Quản lý khiếu nại khách hàng đo thông Sao lưu An toàn và minh (chất phục hồi hệ bảo mật lượng nước, Gửi thông báo hóa đơn tiền thống hệ thống lưu lượng nước hàng tháng qua SMS nước) Quản lý thiết bị đo chất lượng nước Gửi cảnh báo về chất lượng nước không đạt chuẩn Quản lý đồng hồ đo nước Phân hệ khách hàng Giám sát chất lượng nước Đăng nhập hệ thống Giám sát lượng nước tiêu thụ Giám sát lượng nước tiêu thụ của từng hộ gia đình Giám sát chất lượng nước Quản lý danh mục Báo cáo phân tích, thống kê, tổng hợp Hạ tầng phần cứng, mạng Hình 1.3: Sơ đồ khối chức năng hệ thống quản lý dữ liệu đo và khách hàng 1. Hệ thống quản lý dữ liệu thiết bị đo và khách hàng Hình 1.3 là sơ đồ khối chức năng hệ thống quản lý dữ liệu đo và khách hàng trên Server. Hệ thống này bao gồm các phân hệ chính sau: Phân hệ Quản lý khách hàng: - Quản lý đấu nối và làm dịch vụ cho khách hàng: Thêm khách hàng mới, cập nhật thông tin khách hàng, xóa thông tin khách hàng, tìm kiếm khách hàng. - Quản lý khiếu nại khách hàng.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.vn LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 5 - Quản lý hồ sơ hợp đồng và dịch vụ. Phân hệ quản lý thiết bị đo chất lượng nước. Phân hệ quản lý đồng hồ đo nước tiêu thụ tại các hộ gia đình. Phân hệ giám sát chất lượng nước.
Phân hệ giám sát lượng nước tiêu thụ của các hộ gia đình. Phân hệ quản lý thanh toán hóa đơn tiền nước của khách hàng. Phân hệ quản trị và phân quyền hệ thống. Phân hệ cho khách hàng: - Đăng nhập hệ thống.
- Giám sát lượng nước tiêu thụ. - Giám sát chất lượng nước. Đồng hồ nước thông minh 1. Tình hình triển khai đồng hồ nước thông minh tại thị trường châu Á – Thái Bình Dương Theo nghiên cứu mới nhất của Global Market Insights, Inc, thị trường đồng hồ nước thông minh tại thị trường châu Á - Thái Bình Dương dự đoán tăng hơn 85 triệu USD, lên đến hơn 300 triệu USD vào năm 2024 [17].
Yêu cầu hạn chế mức tiêu thụ nước theo chính sách quốc gia về việc sử dụng nước bền vững sẽ thúc đẩy quy mô thị trường đo nước thông minh của các nước Châu Á - Thái Bình Dương. Các chính phủ trong khu vực đang cơ cấu lại hệ thống cấp nước để đảm bảo công tơ nước và hóa đơn nước được chính xác. Xu hướng tránh thất thoát nước, hóa đơn phản ánh chính xác lượng nước tiêu thụ và cải thiện cơ sở hạ tầng sẽ thúc đẩy nhu cầu sản phẩm. Chi phí thấp cùng với khả năng cung cấp số liệu tiêu thụ theo thời gian thực sẽ thúc đẩy thị trường đo lường nước thông minh.
Các hệ thống này có thể thu thập và chẩn đoán dữ liệu tiêu thụ tự động từ các thiết bị đo và truyền đến cơ sở dữ liệu trung tâm để liên lạc và thanh toán một chiều. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.vn LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.4: Thị trường đồng hồ nước thông minh Châu Á - Thái Bình Dương. Thị trường đo lường nước thông minh AMI sẽ tăng hơn 30% vào năm 2024. Tiến bộ công nghệ trong việc đo lường chính xác, giảm thiểu tình trạng thiếu nước và đảm bảo thanh toán hiệu quả có ảnh hưởng tích cực đến sự phát triển của thị trường.
Thị trường đồng hồ nước thông minh của Nhật Bản sẽ vượt qua 44 triệu USD vào năm 2024. Các quy định về sử dụng các thiết bị đo thông minh và duy trì nguồn cung nước hiệu quả sẽ ảnh hưởng tích cực đến tăng trưởng kinh doanh. Luật đo lường đảm bảo tính chính xác và độ tin cậy của đồng hồ đo nước theo các tiêu chuẩn và quy định và khung thời gian để thay thế các đồng hồ hiện có. Việc triển khai tích cực các giải pháp công nghệ thông minh cho các hoạt động hợp lý cùng với đầu tư khu vực tư nhân mạnh mẽ sẽ thúc đẩy tăng trưởng thị trường nước thông minh của Malaysia.
Các công ty cung cấp nước đang phải đối mặt với thất thoát lớn do cơ sở hạ tầng lão hóa và rò rỉ nước trong mạng lưới phân phối. Theo Bộ Năng lượng, Công nghệ xanh & Nước, năm 2015, nước không tạo doanh thu do hao hụt, tiêu thụ tại các đấu nối bất hợp pháp, rò rỉ và sử dụng cho các mục đích khác chiếm hơn 31%. Việc áp dụng các công nghệ đo lường hiệu quả nhờ tiến bộ công nghệ với mục đích đảm bảo kênh phân phối hiệu quả sẽ thúc đẩy thị trường đo lường nước Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.vn LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 7 thông minh của Úc. Khu vực đã chứng kiến số lượng các dự án và đầu tư đáng kể cho việc áp dụng các giải pháp đo lường cao cấp.
Vào tháng 3 năm 2018, Coliban Water đã dành 6 năm để phát triển dòng đồng hồ đo nước thông minh cho người tiêu dùng.