SCADA điều độ nhiều trạm bơm: thiết kế mẫu trạm chuẩn để nhân bản được sang trạm kế tiếp

Năm chỗ phát sinh làm lại mỗi khi nhân bản

Xong dự án một trạm, đội ngũ thường cho rằng cách làm đã chạy thông và phần còn lại chỉ là lặp lại. Nhưng từ trạm thứ hai, sự lặp lại xuất hiện dưới dạng khác: thứ bị lặp không phải công tác lắp đặt mà là công tác thiết kế kỹ thuật và cấu hình.

Liệt kê từng điểm phải làm lại sẽ thấy chúng quy về cùng một nguyên nhân: thành quả của trạm đầu tiên chưa được đúc thành tài sản có thể mang thẳng sang công trình kế tiếp.

• Mỗi trạm vẽ lại màn hình: các trạm cùng loại nhưng màn hình công nghệ vẫn dựng riêng, nên muốn thống nhất một cách thể hiện về sau phải sửa lần lượt từng trạm
• Đặt tên tag không thống nhất: trạng thái chạy của cùng một bơm mang tên khác nhau ở mỗi trạm, nên việc tổng hợp toàn nhóm phải dựa vào bảng ánh xạ duy trì thủ công
• Cảnh báo định nghĩa riêng theo từng trạm: cùng một sự cố vượt mức nước nhưng cấp độ, thời gian trễ và cách xác nhận lại khác nhau, khiến cảnh báo về trung tâm điều độ không thể so sánh giữa các trạm
• Phân quyền và tài khoản nằm rải rác: mỗi trạm giữ danh sách người dùng cục bộ riêng, sau khi luân chuyển nhân sự không ai dọn dẹp, đến lúc rà soát sự cố thì không truy được người thao tác
• Đấu nối trạm mới lần nào cũng bắt đầu từ đầu: danh mục thiết bị, địa chỉ thanh ghi và tham số truyền thông đều gom lại từ con số không, còn gateway thì cấu hình thủ công tại hiện trường

Cả năm điểm đều không phải trở ngại kỹ thuật mà là vấn đề tổ chức công tác kỹ thuật. Hướng xử lý cũng rõ: tách thành quả của trạm đầu tiên thành các sản phẩm có thể kế thừa, để trạm thứ N bắt đầu từ việc nhân bản chứ không phải từ việc thiết kế.

Dây chuyền nhân bản: mẫu trạm chuẩn → xuất bảng địa chỉ → kết nối gateway → gom về nền tảng → kế thừa cảnh báo và phân quyền

Cách làm nhân bản được là chia phần bàn giao của một trạm thành năm khâu, mỗi khâu cho ra một sản phẩm mà trạm kế tiếp dùng được ngay. Đầu ra của khâu trước chính là đầu vào của khâu sau, không còn khâu chép tay ở giữa.

Trên chuỗi này, tài sản kỹ thuật chúng tôi tích lũy gồm: mẫu giám sát nhóm bơm chuẩn cho một trạm (màn hình công nghệ, chấn chỉnh cảnh báo, báo cáo), trang cấu hình web tích hợp sẵn trong gateway cho phép xuất bảng địa chỉ thiết bị bằng một thao tác, thu thập qua ModbusTCP kết hợp truyền lên đám mây bằng hai kênh MQTT/REST, cùng hệ thống chứng thư cho gateway, cho client và chứng thư tự ký.

• Mẫu trạm chuẩn: mỗi loại trạm (trạm bơm chuyển tiếp, trạm bơm nước thải, trạm tăng áp) có một bộ màn hình công nghệ, định nghĩa cảnh báo và mẫu báo cáo, còn khác biệt trong cùng một loại thì hấp thụ bằng tham số thay vì sửa màn hình
• Xuất bảng địa chỉ: danh mục thiết bị và địa chỉ thanh ghi được quản lý trên trang cấu hình web tích hợp của gateway rồi xuất ra bằng một thao tác, và bảng này là đầu vào duy trì chung cho cả phía SCADA lẫn phía nền tảng
• Kết nối gateway: thu thập thiết bị hiện trường qua ModbusTCP, truyền lên đám mây bằng hai kênh MQTT/REST, bảo vệ đường truyền bằng hệ thống chứng thư; khi mất kết nối dữ liệu được đệm tại chỗ và tự động bù lại sau khi đường truyền phục hồi
• Gom về nền tảng: dữ liệu các trạm vào nền tảng theo một quy tắc đặt tên thống nhất, màn hình tổng hợp toàn nhóm và kho lịch sử dùng lại cùng một cấu trúc tag, nên thêm trạm không phải sửa mô hình dữ liệu
• Kế thừa cảnh báo và phân quyền: phân cấp cảnh báo, quy tắc ức chế, cách xác nhận và lưu trữ cùng ma trận vai trò đều kế thừa từ mẫu, nên trạm mới đưa vào vận hành là đã mang sẵn bộ định nghĩa cảnh báo đã được chấn chỉnh

Khâu nào đáng chuẩn hóa, và cái giá khi không chuẩn hóa

Muốn biết một khâu có cần chuẩn hóa hay không, chỉ cần hỏi một câu: đến trạm thứ N, việc này có phải làm lại từ đầu không? Nếu câu trả lời là có, khâu đó nên được đúc thành mẫu.

Kết xuất công nghệ ba chiều cũng có thể đúc mẫu theo loại trạm: mỗi loại một bộ ba góc nhìn tổng thể, công nghệ và an ninh; trạm mới chỉ cần thay mô hình và gán lại tag, không phải dựng lại toàn bộ cảnh.

Bốn việc trung tâm điều độ phải thiết kế từ sớm

Một nửa độ khó của bài toán nhiều trạm nằm ở phía trung tâm điều độ. Nếu để bốn việc sau đến khi đã đấu nối xong hết các trạm mới làm, chi phí thay đổi sẽ tăng rõ rệt, vì mỗi việc đều kéo theo yêu cầu chỉnh lại cấu hình ở từng trạm.

• Màn hình tổng hợp toàn nhóm: trước hết định nghĩa điều độ viên xem gì trên một màn hình — trạng thái chạy và dừng của từng trạm, mức nước và lưu lượng quan trọng, tình trạng kết nối truyền thông — rồi mới quyết định cách đi sâu từ màn hình tổng hợp xuống màn hình công nghệ của từng trạm
• Gộp cảnh báo và bàn giao ca trực: khi nhiều trạm cùng báo về, cảnh báo được gộp theo trạm, cấp độ và loại để danh sách không bị trôi; cảnh báo chưa xác nhận và bản ghi xử lý phải đi cùng ca trực, còn việc đẩy thông báo qua nhiều kênh thì phân luồng theo cấp độ và khung giờ
• Chính sách lưu trữ dữ liệu lịch sử: tag nào lưu theo giây, tag nào lưu trữ theo phút, giữ trong bao lâu, quá hạn chuyển đi đâu — tất cả phải chốt trước khi dựng cơ sở dữ liệu, vì sửa sau khi số trạm đã tăng thì cái giá rất đắt
• Bù dữ liệu cho trạm mất kết nối: gateway đệm tại chỗ rồi gửi bù sau khi đường truyền phục hồi, còn nền tảng phải nhận được các bản ghi ghi sai thứ tự mà đường xu hướng lịch sử không bị đứt đoạn, và số liệu báo cáo được tính lại theo dữ liệu đã bù

Khi bốn việc này đã chốt, thêm một trạm chủ yếu là công tác cấu hình chứ không phải thiết kế lại trung tâm điều độ. Ngược lại, nếu màn hình và quy tắc cảnh báo ở trung tâm cứ thay đổi theo số trạm, nghĩa là thiết kế đầu nguồn chưa hội tụ.

Mẫu giảm được gì và không thay thế được gì

Trước hết cần nói rõ ranh giới năng lực. Phạm vi hiện trường đã xác nhận là một trạm bơm: kết nối gateway IoT, thu thập dữ liệu qua ModbusTCP, truyền lên đám mây bằng MQTT và lập bảng địa chỉ. Mẫu chuẩn cho nhiều trạm, màn hình giám sát nhóm và việc gom dữ liệu liên trạm thuộc về tài sản kỹ thuật và năng lực giải pháp, không đồng nghĩa với việc đã triển khai xong ở nhiều thành phố. Hai điều này không nên gộp làm một.

Cái mà mẫu giảm được là công thiết kế lặp lại: màn hình, định nghĩa cảnh báo, cấu trúc báo cáo, cách đặt tên tag — những phần gần như giống nhau trong cùng một loại trạm. Cái mà mẫu không thay thế được là việc kiểm tra giao diện ở từng công trình: thiết bị cũ còn cổng truyền thông hay không, giao thức và bản đồ thanh ghi thực tế có khớp bản vẽ không, điều kiện nguồn điện và đường truyền có đủ không. Việc này phải xác nhận theo từng trạm.

Vì vậy tiến độ và chi phí của một trạm cụ thể phải được đánh giá theo điều kiện giao diện, điều kiện hiện trường và phạm vi nghiệm thu, chứ không lấy tiến độ trạm đầu tiên chia cho số trạm. Khối lượng công tác cảnh báo cũng vậy: chúng tôi đã thực hiện phân cấp, xác nhận và lưu trữ, quản lý sự kiện trên một dự án quy mô gần 30000 điểm cảnh báo, phương pháp đó mang sang bối cảnh nhiều trạm được, nhưng danh mục cảnh báo của từng trạm vẫn phải đối chiếu lại theo công nghệ thực tế.