การพัฒนาระบบ SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition)

ระบบ   SCADA   ย่อมาจาก   Supervisory  Control  And  Data  Acquisition  เป็นระบบที่ใช้ในการควบคุมการส่งน้ำ, ตรวจวัดปริมาณน้ำในเขื่อน  และข้อมูลปริมาณน้ำฝน  ของเขื่อนขุนด่านปราการชล  โดยใช้คอมพิวเตอร์  และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์  เป็นตัวควบคุมทั้งหมด  ซึ่งจะสามารถทำการควบคุมเขื่อนอัตโนมัติในระบบ  Real  Time  ตลอดเวลา  24  ชั่วโมง  1  วัน  และ  365  วันใน  1  ปี  พร้อมทั้งทำการเก็บข้อมูล, ตรวจสอบระบบ,   แจ้งเตือน  เมื่อเกิดเหตุฉุกเฉินจัดทำรายงานอัตโนมัตินอกจากนี้ยังสามารถทำการควบคุมการส่งน้ำออกจากเขื่อน ,  รับทราบข้อมูลปริมาณน้ำและข้อมูลอุตุ-อุทกวิทยาและสามารถเห็นภาพเหตุการณ์จริงของปริมาณน้ำเขื่อนขุนด่านปราการชลและการระบายน้ำจริงในแบบ  Real  Time  ได้จากกรมชลประทานสามเสนกรุงเทพ  หรือจากทุกแห่ง  (Anywhere)  และทุกเวลา  (Anytime)  ได้ซึ่งจะทำให้ส่วนกลางสามารถควบคุมและรับทราบเหตุการณ์สถานการณ์น้ำของเขื่อนขุนด่านปราการชลในระบบ  Real  Time  หรือเวลาจริง  โดยมิต้องรอการรายงานจากเขื่อน  ทำให้สามารถบริหารงาน, วางแผนและแก้ไข สถานการณ์เมื่อเกิดเหตุฉุกเฉินต่าง ๆ  ได้ทันท่วงที

1. ระบบ SCADA มีความสามารถดังต่อไปนี้

1.1 Automation Control ควบคุมการส่งน้ำและตรวจวัดปริมาณน้ำในเขื่อนรวมตัวข้อมูลอุตุ-อุทกวิทยาอัตโนมัติโดยสามารถตั้งโปรแกรมการปฏิบัติงานล่วงหน้าให้ระบบทำงานเอง

1.2 Data Acquisitions เก็บข้อมูล, ประมวลผลข้อมูลและจัดทำรายงานโดยคอมพิวเตอร์ของระบบ SCADA โดยอัตโนมัติ

1.3 Remote Control & Remote Access สามารถทำการควบคุมและรับทราบข้อมูล (Share Data) ได้จากทุกแห่ง (Anywhere) และทุกเวลา (Anytime)

1.4 Self Diagnostic ตรวจสอบความผิดปกติของระบบ SCADA อัตโนมัติ โดยระบบจะทำการตรวจสอบ ระบบคอมพิวเตอร์ และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ของระบบ SCADA ตลอดเวลา เมื่อเกิดความผิดปกติ จะทำการแจ้งเตือน Operator หรือหัวหน้าโครงการอัตโนมัติ ผ่านระบบโทรศัพท์

1.5 Warning & Alarming System การเตือนภัยและแจ้งเตือนเหตุฉุกเฉิน เช่น ปริมาณน้ำฝน มีปริมาณมากผิดปกติหรือปริมาณน้ำในเขื่อนสูงกว่าระดับวิกฤตจะทำการแจ้งเตือนไปยัง Operator, หัวหน้าโครงการอัตโนมัติ แม้ว่าเหตุการณ์จะเกิดขึ้นในเวลา กลางคืน ที่ไม่มีเจ้าหน้าที่ปฏิบัติงานอยู่ก็ตาม

1.6 Remote Camera System สามารถเห็นภาพปริมาณน้ำในเขื่อนขุนด่านปราการชลและการระบายน้ำทั้งหมดได้จากศูนย์ควบคุมการส่งน้ำเขื่อนขุนด่านปราการชลได้ในแบบ Real Time

2. ประโยชน์หลักที่ได้รับจากการใช้ระบบ  SCADA  คือ

2.1 เพิ่มประสิทธิภาพในการจัดการทรัพยากรน้ำ โดยจะทำให้สามารถส่งน้ำออกจากเขื่อน เพื่อใช้ในการเกษตร, อุปโภค – บริโภค และอุตสาหกรรม ได้อย่างประหยัด โดยสามารถควบคุมได้อย่างแม่นยำตลอด 24 ชั่วโมง ตลอด 365 วัน โดยสามารถทำการควบคุมและรับทราบข้อมูลได้จากระยะไกล

2.2 เพิ่มความปลอดภัยในการจัดการน้ำ โดยระบบ SCADA ทำการตรวจวัดปริมาณน้ำในเขื่อน, ปริมาณน้ำฝน และข้อมูลอุตุ – อุทกวิทยา ในระบบ Real Time และทำการแจ้งเตือนอัตโนมัติ เมื่อสถานการณ์น้ำและปริมาณน้ำฝนมีแนวโน้มว่าไม่ปลอดภัย

2.3 เพิ่มประสิทธิภาพในการจัดการระบบฐานข้อมูล ระบบ SCADA เป็นระบบควบคุมและเก็บข้อมูลอัตโนมัติโดยใช้เทคโนโลยีล่าสุดของระบบ Information Technology และ Industrial Automation Technology ทำงาน Real Time 24 ชั่วโมง สามารถควบคุม, รับทราบข้อมูลและเห็นภาพเหตุการณ์จริงของปริมาณน้ำในเขื่อนและการส่งน้ำได้จากทุกแห่ง (Anywhere) ทุกเวลา (Anytime)

                ระบบ SCADA ซึ่งใช้ในการควบคุมการทำงานของเขื่อนและระบบส่งน้ำใช้เทคโนโลยีสูงและมีใช้อย่างแพร่หลายทั่วโลก  โดยได้พิสูจน์การใช้งานแล้วว่าประโยชน์ที่ได้รับคุ้มค่าการลงทุน

ระบบ SCADA ของเขื่อนขุนด่านปราการชล

ระบบ SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) ของเขื่อนขุนด่านปราการชลเป็นระบบที่ใช้

 ในการควบคุมการส่งน้ำโดยใช้คอมพิวเตอร์ควบคุมผ่านอุปกรณ์  Programmable Logic Controller (PLC) และใช้สายนำสัญญาณแบบเคเบิลใยแก้วนำแสงเป็นระบบหลักและมีตัว Wireless เป็นระบบสำรอง ตัวเชื่อมสัญญาณการควบคุมจากศูนย์ควบคุมการส่งน้ำเขื่อนขุนด่านปราการชล  ไปยังห้องควบคุมประตูระบายน้ำ ของเขื่อนขุนด่านปราการชล ในแบบ Remote  Control เพื่อควบคุมการปิด - เปิดบานประตูระบายน้ำ, วัดปริมาณน้ำในเขื่อน, ปริมาณน้ำที่ระบาย, ปริมาณน้ำฝน, ตรวจสอบระบบ, เก็บข้อมูล, จัดทำรายงานและแจ้งเตือนเมื่อเหตุฉุกเฉิน อีกทั้งยังสามารถเห็นภาพเหตุการณ์จริงของปริมาณน้ำในเขื่อนขุนด่านปราการชลและการระบายน้ำทั้งหมดได้ โดยการทำงานทั้งหมดจะทำงานแบบ Real Time 

3. ความสามารถของระบบ  SCADA

3.1 ควบคุมการทำงานของเครื่องจักร ระบบ SCADA จะควบคุมการทำงานของการปิด-เปิดบานประตูน้ำ, วาล์ว ต่างๆ, ระบบไฮโดรลิค และเครื่องกำเนิดไฟฟ้าสำรองอัตโนมัติได้

3.2 เก็บข้อมูล (Data Acquisitions) ระบบ SCADA จะเก็บข้อมูลการควบคุมและการตรวจวัดเข้าระบบคอมพิวเตอร์อัตโนมัติ โดยจะเก็บข้อมูลปริมาณน้ำที่ส่งออก, ปริมาณน้ำเก็บกักในเขื่อน, ปริมาณน้ำไหลเข้าเขื่อน, ปริมาณน้ำฝน, การควบคุมการปิด - เปิดบาน, การแจ้งเตือนเมื่อระบบขัดข้อง และเมื่อเกิดเหตุฉุกเฉินต่าง ๆ โดยข้อมูลต่างๆ จะเก็บอยู่ใน Server ของระบบ SCADA

3.3 แจ้งเตือนเมื่อเกิดเหตุฉุกเฉิน (Alarming and Warning) ระบบ SCADA จะทำการแจ้งเตือนผู้ควบคุมระบบ Operator เมื่อเครื่องจักรหรืออุปกรณ์ขัดข้อง หรือเกิดเหตุฉุกเฉินที่ Operator ตั้งค่าไว้ เช่น ปริมาณน้ำในลำน้ำสูงกว่าระดับวิกฤต, ปริมาณฝน มีความเข้มสูงผิดปกติ โดยสามารถแจ้งเตือนไปยังโทรศัพท์มือถือ 

3.4 การจัดทำรายงาน (Reporting) ระบบ SCADA สามารถจัดทำรายงานต่างๆ ที่เกี่ยวข้องได้ เช่น รายงานการส่งน้ำ, รายงานสภาพน้ำในเขื่อน, โดยสามารถสั่งให้พิมพ์ข้อมูลตามช่วงเวลาที่กำหนดได้

3.5 การเข้าถึงข้อมูลจากระยะไกล (Remote Access) สามารถเข้าถึงข้อมูลของระบบ SCADA ได้จากภายนอก เช่น จากกรมชลประทานสาม โดยผ่านระบบ Internet ทำให้สามารถเข้าถึงข้อมูลสำคัญของเขื่อนขุนด่านปราการชลได้ตลอดเวลาไม่ว่าจะอยู่ในห้องควบคุมหลัก สามารถรับทราบข้อมูลสำคัญของเขื่อนขุนด่านปราการชลในแบบเวลาจริง (Real Time)

3.6 Remote Control & Remote Access สามารถทำการควบคุมและรับทราบข้อมูล (Anywhere) ได้จากทุกแห่ง (Anytime) และทุกเวลา นอกจากนี้ระบบ SCADA ยังสามารถพัฒนาให้สามารถใช้งานใน Application อื่นโดยการเชื่อมต่อระบบ SCADA ให้สามารถ  Control หรือ เชื่อมข้อมูลกับระบบต่างๆ ดังต่อไปนี้

3.7 ระบบ Dan Instrument ของงาน Dam Safety  

โดยเชื่อมข้อมูลการตรวจวัดพฤติกรรมเขื่อนในกรณีของเขื่อนขุนด่านปราการชล ข้อมูลจากเครื่องมือวัด  เช่น  Piezometer, Earth  Pressure  Cell, Seismometer และ ฯลฯ ซึ่งต้องเป็นระบบสัญญาณไฟฟ้า  โดยเชื่อมเข้าสู่ระบบ SCADA โดยจะจัดเก็บข้อมูล Dam Safety อัตโนมัติในแบบ Real Time  

3.8 ระบบ Real Time Internet Data System

โดยส่งข้อมูลของระบบ SCADA ที่เปิดเผยได้ เข้าสู่ระบบ Internet ในแบบ Real Time เพื่อให้เจ้าหน้าที่ของกรมชลประทานหรือหน่วยงานอื่นที่เกี่ยวข้องสามารถรับทราบข้อมูลทั้งหมดในแบบ Real Time ซึ่งสะดวกและประหยัดที่สุด 

3.9  ระบบโทรมาตร

โดยการติดตั้งสถานีวัดตามลำน้ำ และน้ำฝนอัตโนมัติตามจุดต่างๆ ของพื้นที่รับน้ำของเขื่อน และในพื้นที่ส่งน้ำ ตามความเหมาะสมมายังศูนย์ควบคุมการส่งน้ำของเขื่อนขุนด่านปราการชล 

4. การทำงานของระบบ  SCADA

ระบบ  SCADA  ของเขื่อนแม่กวงอุดมธาราประกอบด้วยอุปกรณ์หลัก  ดังต่อไปนี้

4.1 อุปกรณ์ระบบควบคุมอัตโนมัติ PLC (Programmable Logic Controller)

4.2 โปรแกรมระบบ SCADA ซึ่งเรียกอีกชื่อว่า HMI Software (Human Machine Interface)

4.3 ระบบคอมพิวเตอร์หลัก

4.4 ระบบ Communication (สายเคเบิลใยแก้วนำแสง, อุปกรณ์แปลงสัญญาณ)

4.5 ระบบ Close Circuit Television (ระบบโทรทัศน์วงจรปิด)

4.6 เครื่องกำเนิดไฟฟ้าสำรอง

หลักการทำงาน

ระบบคอมพิวเตอร์หลัก  ณ  ศูนย์ควบคุมการส่งน้ำเขื่อนขุนด่านปราการชล  ซึ่งติดตั้ง  SCADA  Software  จะสั่งการ  Control  การเปิด-ปิด  บานประตูท่อส่งน้ำโดยกำหนด  Set  Point  ค่าปริมาณน้ำที่จะ  ส่งออกไปยัง  PLC  ของห้องควบคุมประตูน้ำแต่ละท่อส่งน้ำผ่านระบบ  Communication  (สายเคเบิลใยแก้วนำแสง)  ซึ่งใน  PLC  จะมีโปรแกรมการทำงานของเครื่องจักอยู่  จากนั้น  PLC  จะสั่งการ  Control  ไปยังระบบ  Hydraulic  ปิด-เปิด  บานประตูท่อส่งน้ำ

5. การปรับปรุงระบบ SCADA โครงการส่งน้ำและบำรุงรักษาขุนด่านปราการชล

โดยโครงการส่งน้ำและบำรุงรักษาขุนด่านปราการชล มีการปรับปรุงระบบ SCADA มาแล้วทั้งหมด 3 ระยะ โดยมีผังการปรับปรุงและการติดตั้งอุปกรณ์ ดังนี้

 

รูปที่ 5.1 ผังการปรับปรุงระบบ SCADA ระยะที่ 1

4.1 คำอธิบายผังการปรับปรุงระบบ SCADA (Super visory Control And Acquisition) ระยะที่ 1 ดังรูปที่ 4.1 และภาพประกอบการติดตั้งอุปกรณ์

4.1.1 การทำงานในส่วนของ บริเวณอาคารควบคุมบริหารจัดหารน้ำ ประกอบด้วย

- เครื่อง SCADA Server จะเป็นเครื่องใช้สำหรับระบบควบคุมการสั่งการระยะไกล ในการควบคุมเปิด - ปิด การระบายน้ำ ณ จุดต่าง ๆ ภายในเขื่อน โดยใช้ระบบการสื่อสารแบบ Fiber Optic เป็นตัวหลัก และใช้การสื่อสารแบบ Wireless เป็นระบบสำรอง 

- เครื่อง Web Server จะเป็นเครื่อง Data Base ใช้สำหรับเก็บข้อมูลต่าง ๆ และได้จัดทำ Website เพื่อแสดงข้อมูลของระบบโทรมาตรในพื้นที่โครงการเขื่อนขุนด่านปราการชล “ khundan-tele.rid.go.th ” โดยใช้ระบบ IP Network ของกรมชลประทานสามเสน

- เครื่อง NVR : Network Video Recorder เป็นเครื่องบันทึกจากกล้อง CCTV แบบ Real Time สามารถเปิดดูได้ตลอดเวลา

- เครื่องสำรองไฟ UPS ขนาด 3 KVA ใช้สำหรับป้องกันไฟดับ ได้ 45 นาที (หรือตามโหลดของอุปกรณ์ที่ต่อภายในตู้)

- ระบบ Network System ภายในเขื่อนจะใช้ 2 ระบบคือ Fiber Optic และ Wireless

โดยระบบ Fiber Optic จะเป็นระบบหลัก ได้ทำการติดตั้งในท่อ HDPE ฝังใต้ดินจากห้องควบคุม ไปที่บริเวณกำแพงสันเขื่อน โดยจากตรงนี้จะเดินลอยในท่อ IMC ไปหาอาคารควบคุม Spill Way , River Outlet , Fixed Wheel Gate , Radial Gate , Irrigation Outlet โดยมี Media Converter เป็นตัวแปลงสัญญาณ

ระบบสำรอง Wireless Network จะติดตั้งบนเสาสูง 12 เมตร ยิงสัญญาณไปที่เสาที่ตั้งอยู่บนเขื่อน Spill Way โดยจะทำงานเมื่อระบบ Fiber Optic ใช้งานไม่ได้

- มีระบบป้องกันฟ้าผ่าโดยใช้วิธีสลายประจุ ติดตั้งบนเสาสูง 12 เมตร หลังห้อง SCADA

4.1.2 การทำงานในส่วนของ บริเวณอาคาร Spill Way และ Fixed Wheel Gateประกอบด้วย

- ประกอบด้วย ตู้ควบคุม Remote Terminal Unit : RTU พร้อมอุปกรณ์ควบคุมประกอบ เช่น ตัวอ่านระยะบาน Encoder ระบบป้องกัน Limit Switch , Overload , Phase Protector 

- ติดตั้งกล้อง CCTV แบบ PTZ สามารถคอนโทรลได้ โดยติดตั้งบริเวณบนอาคาร Spill Way เพื่อส่องดูบริเวณด้านล่างก่อนเปิดบานประตู

- ติดตั้งกล้อง CCTV แบบ Fixed ไม่สามารถคอนโทรลได้ โดยติดส่องไปที่บานประตูของ Spill Way

- ใช้การสื่อโดยระบบ Fiber Optic จะเป็นระบบหลัก โดยมี Media Converter เป็นตัวแปลงสัญญาณ เพื่อติดต่อกับอาคารควบคุม SCADA

- มีระบบสื่อสารสำรอง Wireless Network จะติดตั้งบนเสาสูง 12 เมตร ยิงสัญญาณไปที่เสาที่ตั้งอยู่หลังห้อง SCADA โดยจะทำงานเมื่อระบบ Fiber Optic ใช้งานไม่ได้

4.1.3 การทำงานในส่วนของ บริเวณอาคาร River Outlet และ Radial Gate ประกอบด้วย

- ประกอบด้วย ตู้ควบคุม Remote Terminal Unit : RTU พร้อมอุปกรณ์ควบคุมประกอบ เช่น ตัวอ่านระยะบาน Encoder ระบบป้องกัน Limit Switch , Overload , Phase Protector 

- ติดตั้งกล้อง CCTV แบบ PTZ สามารถคอนโทรลได้ โดยติดตั้งบริเวณบนอาคาร River  Outlet เพื่อส่องดูบริเวณด้านล่างก่อนเปิดบานประตู

- ติดตั้งกล้อง CCTV แบบ Fixed ไม่สามารถคอนโทรลได้ โดยติดส่องไปที่บานประตูของ Radial Gate

- ใช้การสื่อโดยระบบ Fiber Optic จะเป็นระบบหลัก โดยมี Media Converter เป็นตัวแปลงสัญญาณ เพื่อติดต่อกับอาคารควบคุม SCADA

4.1.4 การทำงานในส่วนของ บริเวณอาคาร Irrigation Outlet ประกอบด้วย

- ประกอบด้วย ตู้ควบคุม Remote Terminal Unit : RTU พร้อมอุปกรณ์ควบคุมประกอบ เช่น ตัวอ่านระยะบาน Encoder ระบบป้องกัน Limit Switch , Overload , Phase Protector 

- ติดตั้งกล้อง CCTV แบบ Fixed ไม่สามารถคอนโทรลได้ โดยติดส่องไปที่บานประตูของ Irrigation

- ใช้การสื่อโดยระบบ Fiber Optic จะเป็นระบบหลัก โดยมี Media Converter เป็นตัวแปลงสัญญาณ เพื่อติดต่อกับอาคารควบคุม SCADA

4.1.5งานวงจรเชื่อมต่อสำรองข้อมูลโทรมาตร วัดระดับน้ำ จำนวน 5 สถานี 

- ประกอบด้วย สถานีท้ายเขื่อนส่งน้ำ , สถานีคลองส่งน้ำสายใหญ่ กม.0+0.90 , สถานีวังยาว , สถานีสะพานเลี่ยงเมือง , สถานีวัดนางหงษ์

สรุป 

1. ส่วนของระบบ SCADA สามารถควบคุมได้จากห้องควบคุมอาคารบริหารจัดการน้ำ โดยการสั่งงานผ่านทางหน้าจอ SCADA เพื่อทำการบริหารจัดการน้ำในจุดต่าง ๆ ที่ได้ทำการติดตั้งอุปกรณ์ควบคุมไว้แล้ว และสามารถควบคุมผ่านระบบ Remote Access ผ่านมือถือได้

2. ส่วนระบบแสดงผลโทรมาตรผ่าน Website สามารถนำข้อมูลโทรมาตรที่ติดตั้งในโครงการมาแสดงค่าได้ และสามารถนำเข้าข้อมูลโทรมาตรของส่วนงานอื่นเข้ามาแสดงได้ 

       ปรับปรุงและติดตั้งระบบ SCADA (Super visory Control And Acquisition) พร้อมอาคารควบคุมศูนย์ควบคุมบริหารจัดการน้ำเขื่อนขุนด่านปราการชล ระยะที่ 1 โดยมีรายละเอียดดังนี้

4.2 งานปรับปรุงระบบควบคุมที่ Control Room  

4.2.1 งานติดตั้งเครื่องคอมพิวเตอร์แม่ข่ายแบบที่ 2 สำหรับ Data Base Sever และ สำหรับ Scada Server จำนวน 2 ชุด

4.2.2 ชุดโปรแกรมระบบปฎิบัติการสำหรับเครื่องคอมพิวเตอร์แม่ข่าย จำนวน 2 ชุด

4..2.3 โปรแกรมประยุกต์สำหรับงานด้านบริหารจัดการฐานข้อมูล ขนาด 25 ผู้ใช้งาน จำนวน 1 ชุด

4.2.4 ชุดโปรแกรมจัดการสำนักงาน ที่มีลิขสิทธ์ถูกต้องตามกฎหมายแบบ สำเร็จรูปสำหรับงานด้านเอกสาร สำนักงาน จำนวน 2 ชุด

4.2.5 ชุดโปรแกรมป้องกันไวรัส  แบบ ระบบปฏิบัติการแบบวินโดวส์ จำนวน 2 ชุด

4.2.6 ชุดคำสั่งประยุกต์ แบบ สำหรับระบบควบคุมระยะไกล จำนวน 1 ชุด

4.2.7 ตู้สำหรับจัดเก็บเครื่องคอมพิวเตอร์และอุปกรณ์ แบบที่ 3 (ขนาด 42 U) จำนวน 1 ชุด - KVM จำนวน 1 ชุด

4.2.8 เครื่องสำรองไฟฟ้า  ขนาด 3 kVA จำนวน 1 ชุด

4.2.9 อุปกรณ์บันทึกภาพผ่านเครือข่าย(Network Video Recorder)แบบ 16 ช่อง จำนวน 1 ชุด

4.2.10 อุปกรณ์กระจายสัญญาณ (L2 Switch)ขนาด 16 ช่อง จำนวน 1 ชุด