Giá trị của công nghệ không dây

Giá trị của công nghệ không dây Công nghệ truyền thông không dây tại hiện trường ngày càng được áp dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp chế biến, đồng thời cũng đang có được những ứng dụng hữu ích trong ngành điện Bộ chuyển phát không dây . Với tính năng vượt trội như chi phí thấp, độ tin cậy cao, an ninh và dễ sử dụng, các hệ thống không dây mới nhất đang ngày càng chứng tỏ khả năng của chúng trong nhà máy điện, thể hiện qua một số ứng dụng cải tiến đem lại kết quả rất tốt. Ví dụ như: • Một tổ máy tuabin khí 500 MW đã tiết kiệm được tới 75.000 USD nhờ lắp đặt thiết bị không dây cho các công trình cách biệt bảo vệ hệ thống bơm khỏi tác động của hiện tượng nước đóng băng. • Truyền dữ liệu liên tục về tính năng hoạt động của máy bơm nước cấp lò hơi và bộ gia nhiệt không khí bằng công nghệ không dây đã tiết kiệm 50% chi phí so với lắp đặt thiết bị hữu tuyến. • Các nhóm phân tích chịu trách nhiệm theo dõi tính năng hoạt động của 140 nhà máy điện ở Mêhicô đã mở rộng phạm vi hoạt động và tăng doanh thu dịch vụ trên 500.000 USD nhờ sử dụng các thiết bị không dây, thu nhận được các phép đo cơ bản về lưu lượng, áp suất và nhiệt độ đối với các mô hình hiệu suất nhiệt. Trước hết, xét về cơ cấu chi phí, công nghệ không dây hết sức hấp dẫn vì nhà máy có thể tiết kiệm tới 90% chi phí so với lắp đặt thiết bị hữu tuyến. Ngoài việc giảm thiểu chi phí cáp truyền, kỹ thuật, khảo sát thực địa, thiết kế và cung cấp tài liệu cộng với các chi phí liên quan tới nguyên tắc an toàn và sức khoẻ, công nghệ không dây giúp thực hiện những phép đo chưa từng thực hiện được trước đây và theo dõi các điểm trọng yếu. Bộ chuyển phát không dây thường được lắp đặt ở những vùng xa xôi hoặc khó tiếp cận, cung cấp dữ liệu liên tục về nhiệt độ, áp suất, mực chất lỏng trong bể chứa cũng như tình trạng của các thiết bị thiết yếu như động cơ điện, máy bơm, quạt, máy nén và tuabin. Các ứng dụng tiềm năng trong ngành điện bao gồm: Theo dõi liên tục van giảm áp và ống xả để tránh xả ngẫu nhiên, theo dõi nhiệt độ các bộ gia nhiệt sơ bộ và máy bơm để nâng cao hiệu suất nhiệt, phân tích độ rung của mọi thiết bị quay. Hai công nghệ không dây Hai công nghệ không dây sẵn có hiện nay để các nhà sản xuất điện chọn là điểm-điểm và mắt lưới tự tổ chức. Công nghệ thứ hai đáp ứng tiêu chuẩn WirelessHART, được thiết lập trên công nghệ mạng mắt lưới tự tổ chức. Tiêu chuẩn đã được hơn 200 thành viên của Tổ chức Truyền thông HART, đại diện cho các nhà chế tạo và người sử dụng thiết bị chấp thuận vào năm 1997. Hiện nay đã có số lượng đáng kể các linh kiện đáp ứng tiêu chuẩn này, bao gồm các thiết bị tại hiện trường, bộ điều khiển van số, bộ chuyển phát dữ liệu rung và cổng (máy thu), được sử dụng tại nhà máy điện. Thiết bị không dây có thể được phân bố rộng rãi, xa cách nhau khắp trong nhà máy, qua hệ thống đường xá, ao hồ hoặc trên các phương tiện lưu động như tàu hoả, sà lan hoặc xe tải, nơi không thể thực hiện việc thu thập dữ liệu theo công nghệ có dây truyền thống. Mỗi thiết bị chuyển phát chỉ sử dụng lượng nhỏ băng tần để truyền các khối dữ liệu với yêu cầu ưu tiên cao. Mạng mắt lưới tự tổ chức liên tục theo dõi tín hiệu để xem có dấu hiệu suy giảm hay không và tự sửa chữa nếu cần thiết, tự động tìm tuyến truyền thông tối ưu tới cổng mạng. Nếu có cản trở tạm thời chặn một kết nối, các tín hiệu sẽ được định tuyến lại qua các thiết bị không dây liền kề hoạt động như các máy thu phát. Theo cách này, kết nối được đảm bảo thông suốt, truyền dữ liệu thành công tới hơn 99%. Các thiết bị không dây chạy bằng pin này truyền thông gián đoạn để tiết kiệm năng lượng, nên mỗi thiết bị có thể vận hành lâu dài mà chỉ sử dụng một pin. Tuổi thọ của thiết bị phụ thuộc vào chu kỳ sử dụng (thường là mỗi phút một lần) để cung cấp dòng thông tin liên tục. Tốc độ cập nhật có thể nhanh hơn hoặc chậm hơn, tuỳ thuộc vào yêu cầu của ứng dụng. Nếu thiết bị được đặt ở chế độ thường xuyên cập nhật hơn thì pin sẽ nhanh hết hơn, tuy nhiên tuổi thọ của pin hiện nay có thể lên tới 10 năm nhờ sử dụng chế độ công suất thấp. Mạng không dây Công nghệ không dây có thể ảnh hưởng tới hoạt động của nhà máy điện theo hai hướng chính: Mạng không dây dùng cho nhà máy áp dụng cho mục đích kinh doanh và vận hành, và mạng tại hiện trường dành cho các ứng dụng cảm biến và thiết bị tại hiện trường. Bố trí chung mạng không dây trong nhà máy và mạng không dây tại hiện trường Mạng không dây dùng cho nhà máy (Wireless Plant Network - WPN), dựa trên chuẩn IEEE 802.11, sử dụng công nghệ WiFi để xây dựng các mạng phục vụ vận hành nhà máy. WPN trên cơ sở mắt lưới được thiết kế để cung cấp phương cách chắc chắn, băng tần hẹp, tin cậy và có thể mở rộng để truy cập các dữ liệu cố định và di động, không nhất thiết là ở trung tâm công nghệ phát điện cơ bản. Các ứng dụng bao gồm kết nối dữ liệu, dõi theo người hoặc tài sản, giám sát bằng camera/đường bao và liên lạc thoại. Nói chung, cơ sở hạ tầng mạng không dây cho nhà máy bao gồm các điểm truy cập mắt lưới, một bộ điều khiển mạng nội bộ không dây và phần mềm quản lý mạng. Một số điểm truy cập được phân bố khắp nhà máy để tạo phủ sóng không dây dạng chiếc ô. Kiến trúc này cho phép tích hợp các đường truyền dẫn trong cơ sở hạ tầng IT hiện có của nhà máy điện, vì vậy không cần phải có lớp phủ không dây. Mạng không dây tại hiện trường (Wireless Field Networks - WFN) dựa trên chuẩn WirelessHART, đã được áp dụng và hiện đang truyền dữ liệu đo và chẩn đoán, không cần đầu tư lớn về hạ tầng toàn nhà máy. Các mạng này tập trung vào việc đo đạc và theo dõi những điểm ở xa hoặc không thể tiếp cận như van giảm áp, khói thải trong ống khói, nhiệt độ tại các bộ gia nhiệt sơ bộ và máy bơm hoặc độ rung của máy móc quan trọng thuộc sơ đồ công nghệ chính và phụ trợ với số lượng điểm đo bất kỳ. Một ứng dụng rất quan trọng nữa của mạng không dây tại hiện trường là thu nhận thông tin chẩn đoán từ các thiết bị tại hiện trường đó. Thiết bị WirelessHART hoạt động giống như các thiết bị có dây truyền thống: Do áp suất, nhiệt độ, lưu lượng, mực chất lỏng trong bể chứa hoặc độ rung, hoàn toàn như vậy. Khác biệt duy nhất là có một chiếc ăngten nhỏ nhìn thấy được. Kỹ thuật viên kiểm nhiệt đã quen với thiết bị thông minh tại hiện trường không hề gặp bất kỳ khó khăn nào trong việc nắm bắt thiết bị kiểm nhiệt không dây hoặc làm việc với mạng không dây tại hiện trường. Khi lập mạng không dây tại hiện trường, không cần phải khảo sát sơ bộ thực địa tần số rađio (RF) hoặc giả định về các đặc tính RF sẽ ra sao tại một thời điểm bất kỳ. Với các mạng tự tổ chức WirelessHART, không hề có sự khác biệt nào bởi cơ chế truyền thông có khả năng nhảy liên tục từ tần số này sang tần số khác trong số 16 tần số trong dải 2,4 GHz để tránh (hoặc “ghi vào sổ đen”) các tần số gây nhiễu. Hạ tầng truyền thông giảm bớt vì các mạng này hoạt động tốt trong môi trường dày đặc trong nhà máy. Bổ sung hay di chuyển thiết bị cũng tương đối dễ dàng. Chừng nào có ít nhất hai thiết bị khác đồng loại trong cùng một mạng là thiết bị có thể truyền thông. Thông thường một cổng duy nhất có thể phục vụ một mạng có không quá 99 thiết bị. Hiện đã có sẵn công cụ phần mềm giúp bố trí và xác nhận mạng truyền thông dựa theo những qui trình tốt nhất. An ninh là ưu tiên lớn đối với mạng không dây. WirelessHART áp dụng phương pháp đa tầng, sử dụng kết hợp nhiều kỹ thuật bao gồm các biện pháp nhảy tần/chống nghẽn mạch, mã hoá, nhận dạng, kiểm chứng và quản lý khoá. Các thành phần này nên sử dụng trên cả hai phía của cổng nơi giao tiếp mạng không dây tại hiện trường với mạng điều khiển có dây của nhà máy. Bởi vì truyền thông từ cổng tới phòng điều khiển thường sử dụng tin nhắn giao thức điều khiển truyền/giao thức internet (transmission control protocol/internet protocol - TCP/IP), khuyến cáo nên bổ sung bức tường lửa hoặc một kỹ thuật tiêu chuẩn ngành khác. Hạ tầng không dây cho phép tích hợp hiệu quả về chi phí giữa dữ liệu hiện trường và các hệ thống tự động hoá nhà máy và quản lý tài sản. Khi bổ sung mạng không dây vào mạng điều khiển hiện có, thông thường các yêu cầu giao tiếp của hệ thống chủ sẽ xác định loại giao tiếp cổng cần thiết. Có thể tăng cường khả năng liên kết bằng cách sử dụng các bộ điều khiển logic có thể lập trình (PLC) và bộ lưu chép quá trình cũng như các hệ thống điều khiển di sản khác. Ứng dụng cải tiến Thông thường, để triển khai công nghệ không dây hiệu quả tại nhà máy điện cần phải tìm ra phương cách sử dụng một hoặc một số lợi thế như lắp đặt dễ dàng và ít tốn kém tại những vị trí xa xôi, dữ liệu nhiều hơn và tốt hơn từ những điểm không thể tiếp cận, phản ứng nhanh hơn với các vấn đề về trang thiết bị, an toàn cao hơn đối với người lao động, tương thích với môi trường, giảm thiểu chi phí bảo trì, linh hoạt với sự thay đổi. Một số ứng dụng hiện nay thực tế đã làm được điều đó. Milford Power tại Milford (bang Connecticut) đã áp dụng mạng tại hiện trường tự tổ chức để theo dõi thiết bị bơm nước tuần hoàn tại 11 toà nhà cách biệt nhằm bảo vệ khỏi tác động của hiện tượng nước đóng băng. Mặc dù các trạm ở xa đều được sưởi ấm, nhưng các bộ chuyển phát nhiệt độ mới được lắp đặt sẽ thông báo cho người vận hành nhà máy trong trường hợp thiết bị gia nhiệt bị hỏng để họ có hành động kịp thời ngăn chặn hư hại, vì sửa chữa hoặc thay thế máy bơm có thể tốn kém tới 20.000 USD. Với việc lắp đặt thiết bị không dây, công ty đã tiết kiệm 75.000 USD do không phải làm máng cáp vượt qua đường bộ hoặc đào đường ống dẫn đi bên dưới các công trình hiện có, trong khi đó, mạng tự tổ chức đã được hoàn thành trong khung thời gian ngắn. Mạng mắt lưới không dây tự tổ chức đang góp phần nâng cao độ tin cậy tại hai nhà máy điện của PPL Corp. Thiết kế Smart Wireless cung cấp dữ liệu liên tục về tính năng hoạt động của các thiết bị hết sức quan trọng là máy bơm nước cấp lò hơi tại nhà máy điện Montour cũng như các bộ gia nhiệt nước cấp và không khí tại Tổ máy 1 nhà máy điện Brunner Island. Trước đây, không thực hiện được các phép đo cần thiết về nhiệt độ và áp lực để đưa vào phần mềm được thiết kế để phân tích tính năng nhiệt và quyết định lịch bảo dưỡng tối ưu. Một chương trình trình diễn tại hiện trường đã chứng tỏ khả năng truyền đáng tin cây của mạng tự tổ chức mặc dù hạ tầng nhà máy điện có mật độ dày. Tiếp sau đó, việc lắp đặt đa tầng đã được thực hiện. Một nhà sản xuất điện khác muốn lắp đặt thiết bị kiểm nhiệt mới để giảm thời gian chết và nâng cao hiệu quả hoạt động của nhà máy, tuy nhiên hệ thống hữu tuyến được đánh giá là quá tốn kém. Giải pháp là lắp đặt gần 120 bộ chuyển phát không dây áp suất và nhiệt độ cùng với các cổng không dây tại cả năm tổ máy của công ty. Dữ liệu nhận được từ các thiết bị tại hiện trường được tích hợp vào hệ thống điều khiển phân tán hiện có của nhà máy, nhờ đó đã cải thiện được một số vấn đề. Cụ thể như nhờ có các chẩn đoán dự báo, bộ phận bảo trì giảm được thời gian chết nhờ sửa chữa trang thiết bị trước khi hỏng. Ngoài ra, có thêm thông tin cũng giúp nâng cao hiệu quả làm việc của người vận hành và giảm chi phí bảo trì nhờ loại bỏ công tác tuần tra. Mạng không dây còn có nhiều ứng dụng khác như theo dõi hoạt động của van, dòng ra và tình trạng của thiết bị quay. Theo dõi van bằng công nghệ không dây rất có ý nghĩa đối với nhà sản xuất điện bởi vì có rất nhiều van được thao tác bằng tay hoặc bán tự động theo kiểu “mò”, không hề có phản hồi nào. Trong hầu hết các trường hợp, do chi phí cao và/hoặc vị trí khó đặt nên một số lượng lớn các van không được theo dõi bằng thiết bị hữu tuyến. Trong khi đó, thông tin về vị trí đóng mở van lại rất quan trọng bởi nếu đặt van ở sai vị trí đóng mở lại là nguyên nhân đáng kể gây sự cố mất an toàn. Theo dõi liên tục thiết bị quay bằng công nghệ không dây là bước cải tiến lớn so với cách “đi tuần kiểm tra” định kỳ, cho đến nay vẫn là biện pháp chính để thu thập dữ liệu rung. Thiết bị theo dõi rung không dây loại mới cho phép dõi theo liên tục hàng loạt các động cơ, máy bơm và quạt hút khói vận hành từ xa, v.v., mà trước đây không thể lắp đặt do chi phí quá cao. Dự kiến, đây sẽ là ứng dụng cơ bản của công nghệ không dây trong ngành điện. Nhìn về phía trước Bước đầu tiên mở đường đi vào công nghệ không dây đơn giản là xem xét các phép đo “cần có” mà nếu thực hiện bằng công nghệ hữu tuyến sẽ quá tốn kém nhưng có thể lại là khả thi về kinh tế với công nghệ không dây. Chi phí thấp khi lắp đặt thiết bị không dây cho phép nhận được thông tin cần thiết từ nhiều những điểm như vậy hơn. Bước này có thể liên quan tới số lượng không nhiều các thiết bị không dây và một cổng ra. Một khi bước đầu tư ban đầu này đã được thực hiện, có thể bổ sung thêm các điểm đo/theo dõi, chi phí chỉ cao hơn chút ít so với giá thành của bản thân thiết bị. Hầu hết các công ty lớn cung cấp thiết bị đo lường kiểm tra đều ủng hộ tiêu chuẩn WirelessHART và có thể giúp ích nhiều cho các nhà sản xuất điện trong việc đề xướng các ứng dụng không dây. Bản phân tích cuối cùng cho thấy sử dụng công nghệ không dây tại các vị trí chủ chốt nâng cao độ an toàn và hiệu quả hoạt động của nhà máy, đồng thời chi phí vận hành và bảo trì lại thấp hơn, như vậy đi vào công nghệ không dây là khôn ngoan và có lợi.