รายงานสรุประบบ SCADA ของเขื่อนแม่กวงอุดมธารา
เขื่อนแม่กวงอุดมธารา โครงการส่งและบำรุงรักษาแม่กวง อำเภอดอยสะเก็ด จังหวัดเชียงใหม่ สำนักชลประทานที่ 1 กรมชลประทาน กระทรวงเกษตรและสหกรณ์ ได้ทำการติดตั้งระบบ SCADA เสร็จสมบรูณ์เดือนสิงหาคม พ.ศ. 2544 ใช้งบประมาณทั้งสิ้น 15 ล้านบาท
ระบบ SCADA ย่อมาจาก Supervisory Control And Data Acquisition เป็นระบบที่ใช้ในการควบคุมการส่งน้ำ, ตรวจวัดปริมาณน้ำในเขื่อน และข้อมูลปริมาณน้ำฝน ของเขื่อนแม่กวงอุดมธารา โดยใช้คอมพิวเตอร์ และอุปกรณ์อิเลคโทรนิคส์ เป็นตัวควบคุมทั้งหมด ซึ่งจะสามารถทำการควบคุมเขื่อนอัตโนมัติในระบบ Real Time ตลอดเวลา 24 ชั่วโมง 1 วัน และ 365 วันใน 1 ปี พร้อมทั้งทำการเก็บข้อมูล, ตรวจสอบระบบ, แจ้งเตือน เมื่อเกิดเหตุฉุกเฉินจัดทำรายงานอัตโนมัตินอกจากนี้ยังสามารถทำการควบคุมการส่งน้ำออกจากเขื่อน , รับทราบข้อมูลปริมาณน้ำและข้อมูลอุตุ-อุทกวิทยาและสามารถเห็นภาพเหตุการณ์จริงของปริมาณน้ำเขื่อนแม่กวงและการระบายน้ำจริงในแบบ Real Time ได้จากกรมชลประทานสามเสนกรุงเทพ หรือสำนักชลประทานที่ 1 อำเภอเมือง จังหวัดเชียงใหม่หรือจากทุกแห่ง (Anywhere) และทุกเวลา (Anytime) ได้ซึ่งจะทำให้ส่วนกลางสามารถควบคุมและรับทราบเหตุการณ์สถานการณ์น้ำของเขื่อนแม่กวงในระบบ Real Time หรือเวลาจริง โดยมิต้องรอการรายงานจากเขื่อน ทำให้สามารถบริหารงาน, วางแผนและแก้ไข สถานการณ์เมื่อเกิดเหตุฉุกเฉินต่าง ๆ ได้ทันท่วงที
ระบบ SCADA มีความสามารถดังต่อไปนี้
1. Automation Control ควบคุมการส่งน้ำและตรวจวัดปริมาณน้ำในเขื่อนรวมตัวข้อมูลอุตุ-อุทกวิทยาอัตรโนมัตโดยสามารถตั้งโปรแกรมการปฏิบัติงานล่วงหน้าให้ระบบทำงานเอง
2. Data Acquisitions เก็บข้อมูล, ประมวลผลข้อมูลและจัดทำรายงานโดยคอมพิวเตอร์ของระบบ SCADA โดยอัตโนมัติ
3. Remote Control & Remote Access สามารถทำการควบคุมและรับทราบข้อมูล (Share Data) ได้จากทุกแห่ง (Anywhere) และทุกเวลา (Anytime)
4. Self Diagnostic ตรวจสอบความผิดปกติของระบบ SCADA อัตโนมัติ โดยระบบจะทำการตรวจสอบ ระบบคอมพิวเตอร์ และอุปกรณ์อิเลคโทรนิกส์ของระบบ SCADA ตลอดเวลา เมื่อเกิดความผิดปกติ จะทำการแจ้งเตือน Operator หรือหัวหน้าโครงการอัตโนมัติ ผ่านระบบโทรศัพท์
5. Warning & Alarming System การเตือนภัยและแจ้งเตือนเหตุฉุกเฉิน เช่น ปริมาณน้ำฝน มีปริมาณมากผิดปกติหรือปริมาณน้ำในเขื่อนสูงกว่าระดับวิกฤตจะทำการแจ้งเตือนไปยัง Operator , หัวหน้าโครงการอัตโนมัติ แม้ว่าเหตุการณ์จะเกิดขึ้นในเวลา กลางคืน ที่ไม่มีเจ้าหน้าที่ปฏิบัติงานอยู่ก็ตาม
6. Remote Camera System สามารถเห็นภาพปริมาณน้ำในเขื่อนแม่กวงและการระบายน้ำทั้งหมดได้จากศูนย์ควบคุมการส่งน้ำเขื่อนแม่กวง และจากกรมชลประทานสามเสนหรือหน่วยงานอื่นได้ในแบบ Real Time
ประโยชน์หลักที่ได้รับจากการใช้ระบบ SCADA คือ
1. เพิ่มประสิทธิภาพในการจัดการทรัพยากรน้ำ โดยจะทำให้สามารถส่งน้ำออกจากเขื่อน เพื่อใช้ในการเกษตร, อุปโภค – บริโภค และอุตสาหกรรม ได้อย่างประหยัด โดยสามารถควบคุมได้อย่างแม่นยำตลอด 24 ชั่วโมง ตลอด 365 วัน โดยสามารถทำการควบคุมและรักทราบข้อมูลได้จากระยะไกล
2. เพิ่มความปลอดภัยในการจัดการน้ำ โดยระบบ SCADA ทำการตรวจวัดปริมาณน้ำในเขื่อน , ปริมาณน้ำฝน และข้อมูลอุตุ – อุทกวิทยา ในระบบ Real Time และทำการแจ้งเตือนอัตโนมัติไปยังกรมชลประทานสามเสน , สำนักชลประทานที่ 1 และ ฯลฯ เมื่อสถานการณ์น้ำและปริมาณน้ำฝนมีแนวโน้มว่าไม่ปลอดภัย
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 ของเขื่อนแม่กวงอุดมธารา
ระบบ SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) ของเขื่อนแม่กวงอุดมธาราเป็นระบบที่ใช้ในการควบคุมการส่งน้ำออกจากเขื่อนอัตโนมัติ โดยใช้คอมพิวเตอร์ควบคุมผ่านอุกรณ์ Programmable Logic Controller (PLC) และใช้สายนำสัญญาณแบบเคเบิลใยแก้วนำแสงเป็นตัวเชื่อมสัญญาณการควบคุมจากศูนย์ควบคุมการส่งน้ำเขื่อนแม่กวง (Mae Kuang Operation Control Center) ไปยังห้องควบคุมประตูระบายน้ำทั้ง 5 แห่ง ของเขื่อนแม่กวงในแบบ Remote Control (ดังแสดงในแผนผังแสดงระบบควบคุมการส่งน้ำของเขื่อนแม่กวง) เพื่อควบคุมการปิด-เปิดบานประตูระบายน้ำ , วัดปริมาณน้ำในเขื่อน , ปริมาณน้ำที่ระบาย , ปริมาณน้ำฝน , ปริมาณการระเหย , ตรวจสอบระบบ , เก็บข้อมูล , จัดทำรายงานและแจ้งเตือนเมื่อเหตุฉุกเฉิน อีกทั้งยังสามารถเห็นภาพเหตุการณ์จริงของปริมาณน้ำในเขื่อนแม่กวงและการระบายน้ำทั้งหมดได้ โดยการทำงานทั้งหมดจะทำงานแบบ Real Time (ข้อมูล ณ 3 นาที ตลอด 24 ชัวโมง ตลอด 365 วัน) และสามารถควบคุม (Control) และเข้าถึงข้อมูล (Share Data) ได้จากส่วนกลาง หรือ หน่วยงานอื่นได้ทุกแห่ง (Anywhere) และทุกเวลา (Anytime)
ความสามารถของระบบ SCADA
1. ควบคุมการทำงานของเครื่องจักรอัตโนมัติ (Automation Control) ระบบ SCADA จะควบคุมการทำงานของการปิด-เปิดบานประตูน้ำ, วาล์ว ต่าง ๆ , ระบบไฮโดรลิค และเครื่องกำเนิดไฟฟ้าสำรองอัตโนมัติ โดยสามารถตั้งโปรแกรมการทำงานตามเวลาที่กำหนด (Schedule) ในตารางการส่งน้ำได้
2. เก็บข้อมูล (Data Acquisitions) ระบบ SCADA จะเก็บข้อมูลการควบคุมและการตรวจวัดเข้าระบบคอมพิวเตอร์อัตโนมัติ โดยจะเก็บข้อมูลปริมาณน้ำที่ส่งออก, ปริมาณน้ำเก็บกักในเขื่อน , ปริมาณน้ำไหลเข้าเขื่อน , ปริมาณน้ำฝน , การควบคุมการปิด-เปิดบาน , การแจ้งเตือนเมื่อระบบขัดข้อง และเมื่อเกิดเหตุฉุกเฉินต่าง ๆ อัตโนมัติ โดยข้อมูลต่าง ๆ จะเก็บอยู่ใน Server ของระบบ SCADA
3. ตรวจสอบตัวเอง (Self Diagnostic) ระบบ SCADA จะทำการตรวจสอบอุปกรณ์อิเลคโทรนิกส์ , เครื่องจักรที่ทำการควบคุมทั้งหมดตลอดเวลา โดยจะแจ้งเตือน Operator ผ่านทางระบบโทรศัพท์เมื่ออุปกรณ์ขัดข้อง
4. แจ้งเตือนเมื่อเกิดเหตุฉุกเฉิน (Alarming and Warning) ระบบ SCADA จะทำการแจ้งเตือนผู้ควบคุมระบบ Operator เมื่อเครื่องจักรหรืออุปกรณ์ขัดข้อง หรือเกิดเหตุฉุกเฉินที่ Operator ตั้งค่าไว้ เช่น ปริมาณน้ำในเขื่อนสูงกว่าระดับวกฤต , ปริมาณฝน มีความเข้มสูงผิดปกติ หรือมีผู้บุกรุกห้องควบคุม โดยสามารถแจ้งเตือนไปยังโทรศัพท์มือถือ , เพจเจอร์ โดยสามารถพัฒนาให้เป็นระบบ Flood Warning ได้ในอนาคต
5. การจัดทำรายงาน (Reporting) ระบบ SCADA สามารถจัดทำรายงานต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้องได้ เช่น รายงานการส่งน้ำ, รายงานสภาพน้ำในเขื่อน , รายงานสภาพฝน โดยสามารถสั่งให้พิมพ์ข้อมูลตามช่วงเวลาที่กำหนดโดยอัตโนมัติ
6. การเข้าถึงข้อมูลจากระยะไกล (Remote Access) สามารถเข้าถึงข้อมูลของระบบ SCADA ได้จากภายนอก เช่น จากกรมชลประทานสามเสน , สำนักชลประทานที่ 1 จังหวัดเชียงใหม่ โดยผ่านระบบโทรศัพท์ Log In ตรงเข้าสู่ Server Unit ของระบบ หรือ จากระบบ Internet (กำลังพัฒนา) ทำให้สามารถเข้าถึงข้อมูลสำคัญของเขื่อนแม่กวงได้ตลอดเวลาไม่ว่าจะอยู่ในห้องควบคุมหลักหรือไม่ซึ่งจะทำให้กรมชลประทานสามเสน สามารถรับทราบข้อมูลสำคัญของเขื่อนแม่กวงในแบบเวลาจริง (Real Time)
7. Remote Control & Remote Access สามารถทำการควบคุมและรับทราบข้อมูล (Anywhere) ได้จากทุกแห่ง (Anytime) และทุกเวลา
นอกจากนี้ระบบ SCADA ยังสามารถพัฒนาให้สามารถใช้งานใน Application อื่นโดยการเชื่อมต่อระบบ SCADA ให้สามารถ Control หรือ เชื่อมข้อมูลกับระบบต่าง ๆ ดังต่อไปนี้
1. ระบบ Dan Instrument ของงาน Dam Safety (แผนงานปี 2545)
โดยเชื่อมข้อมูลการตรวจวัดพฤติกรรมเขื่อนในกรณีของเขื่อนแม่กวงอุดมธารา ข้อมูลจากเครื่องมือวัด เช่น Piezometer, Earth Pressure Cell, Siesmometer และ ฯลฯ ซึ่งต้องเป็นระบบสัญญาณไฟฟ้า โดยเชื่อมเข้าสู่ระบบ SCADA โดยจะจัดเก็บข้อมูล Dam Safety อัตโนมัติในแบบ Real Time ซึ่งศูนย์ความปลอกภัยเขื่อน กรมชลประทานสามเสน สามารถ Log In เข้ามา Download ข้อมูล หรือ Download จาก Internet ได้
2. ระบบ Real Time Internet Data System
โดยส่งข้อมูลของระบบ SCADA ที่เปิดเผยได้ เข้าสู่ระบบ Internet ในแบบ Real Time เพื่อให้เจ้าหน้าที่ของกรมชลประทานหรือหน่วยงานอื่นที่เกี่ยวข้องสามารถรับทราบข้อมูลทั้งหมดในแบบ Real Time ซึ่งสะดวกและประหยัดที่สุด
3. ระบบ Telemetering ของงาน Hydrology
โดยการติดตั้งสถานีวัดน้ำท่า และน้ำฝนอัตโนมัติตามจุดต่าง ๆ ของพื้นที่รับน้ำของเขื่อนและในพื้นที่ส่งน้ำ และส่งสัญญาณผ่านระบบวิทยุ หรือระบบสื่อสารอื่น ๆ ตามความเหมาะสมมายังศูนย์ควบคุมการส่งน้ำของเขื่อนแม่กวง
4. ระบบ Decision Support System (DSS) หรือ Expert System
DSS เป็นระบบฐานข้อมูลช่วยในการตัดสินใจในการวางแผนการส่งน้ำและจัดการน้ำของลุ่มน้ำต่าง ๆ ส่วน Expert System เป็นระบบที่ใช้เทคโนโลยีของ Artificial Intelligence ซึ่งเป็นระบบผู้เชี่ยวชาญสามารถนำประสบการณ์มาวิเคราะห์เพื่อตัดสินใจและเรียนรู้ได้ด้วยตัวเอง
5. ระบบ Canal Automation (Water Distribution or Water Delivery Automation)
โดยการติดตั้ง Electric Gear Motor และระบบควบคุมการปิด-เปิดบานอัตโนมัติที่อาคารในคลองส่งน้ำ เช่น อาคารอัดน้ำ (Check Structuer), ปตร.ปากคลองส่งน้ำ (Head Regulator) ซึ่งจะทำให้สามารถควบคุมปริมาณน้ำในคลองส่งน้ำได้อัตโนมัติ ในระบบ Remote Control โดยสามารถทำงานร่วมกับระบบ Telemetering เช่น เมื่อพื้นที่ทำนาของคลองซอย 16 ของคลองสายใหญ่ฝั่งซ้าย มีปริมาณน้ำฝนมาก อุปกรณ์ Automatic Rain Gauge Telemetering จะส่งข้อมูลมายัง ระบบ SCADA ของศูนย์ควบคุมการส่งน้ำเขื่อนแม่กวงอุดมธารา จากนั้นระบบ SCADA สั่งการลดการส่งน้ำจากเขื่อนแม่กวงโดยการลดบานประตูน้ำลง และสั่งปิด ปตร. ปากคลองสายซอย 16 โดยสั่งการผ่านระบบวิทุไปยังอุปกรณ์ควบคุมการ ปิด-เปิด บานประตูท่อส่งน้ำซึ่งติดตั้งที่ ปตร.
การทำงานของระบบ SCADA
ระบบ SCADA ของเขื่อนแม่กวงอุดมธาราประกอบด้วยอุปกรณ์หลัก ดังต่อไปนี้
1. อุปกรณ์ระบบควบคุมอัตโนมัติ PLC (Programmable Logic Controller)
2. โปรแกรมระบบ SCADA ซึ่งเรียกอีกชื่อว่า HMI Software (Human Machine Interface)
3. ระบบคอมพิเตอร์หลัก
4. ระบบควบคุมสำรอง (Operator Terminal)
5. อุปกรณ์ตรวจวัดต่าง ๆ เช่น (Flowmeter , levelmeter , Gate position Sensor และ Automatic Rain Gauge)
6. ระบบ Communication (สายเคเบิลใยแก้วนำแสง, อุปกรณ์แปลงสัญญาณ)
7. ระบบ Close Circuit Television (ระบบโทรทัศน์วงจรปิด)
8. ระบบ Hydraulic ปิด-เปิดบานประตูท่อส่งน้ำ
9. เครื่องกำเนิดไฟฟ้าสำรอง
หลักการทำงาน
ระบบคอมพิวเตอร์หลัก ณ ศูนย์ควบคุมการส่งน้ำเขื่อนแม่กวง 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
6. ระบบ Intelligent Real Time Flood Warning System
เป็นระบบเตือนภัยน้ำท่วมของลุ่มน้ำ ซึ่งเป็นระบบที่มีความซับซ้อนสูงมากโดยจะต้องเชื่อมข้อมูลการตรวจวัดสภาวะอากาศ โดยเฉพาะอย่างยิ่งข้อมูล Real Time การเกิดฝน , พายุ จากดาวเทียมตรวจวัด Tropical Rainfall ซึ่งใช้ทำนาย เพื่อประเมินปริมาณน้ำฝนที่จะตกจริงหรือพายุที่จะเกิดขึ้นจริงจากทาง Physical ของความชื้น, กลุ่มเมฆ, ความเร็ว, ทิศทางลม และอุณหภูมิ โดยมิใช่ข้อมูล Real Time จากสถิติ และมีระบบ GIS และ Remote Sensing ซึ่งต้องเชื่อมข้อมูลล่าสุดกับดาวเทียมตรวจวัดสภาพพื้นที่โลกเพื่อตรวจวัดและประเมินความสามารถในการรับและระบายน้ำจริงของพื้นที่ นอกจากนี้ต้องมีระบบ Expert System (ระบบผู้เชี่ยวชาญซึ่งนำเทคโนโลยีของ Artificial Intelligent มาใช้) สำหรับการจัดการลุ่มน้ำโดยเฉพาะเพื่อประเมินสถานการณ์จากข้อมูลจำนวนมาก ทั้งข้อมูลอุตุนิยมวิทยา, ข้อมูลอุทกวิทยา, ข้อมูลสภาพพื้นที่เพาะปลูก, ที่อยู่อาศัย และข้อมูลการประเมินความเสียหายที่จะพึงเกิดขึ้นจากการถูกน้ำท่วม และที่สำคัญต้องเชื่อมข้อมูลกับระบบ SCADA เพื่อให้สามารถทำการ Control ได้
การเชื่อมข้อมูลทั้งหมดดังกล่าว หากจะได้ผลจริงต้องได้รับความร่วมมือในการเชื่อมระบบฐานข้อมูล Real Time ระหว่างกรมชลประทาน, กรมอุตุนิยมวิทยา, กรมที่ดิน, กรมป่าไม้ และหน่วยงานในต่างประเทศที่รับผิดชอบการ Control ดาวเทียมทั้ง 2 ดวง ที่เป็นข้อมูลหลักของระบบ ซึ่งจะเห็นได้ว่าการพัฒนาระบบเตือนภัยน้ำท่วมให้ได้ผลจริงจะต้องได้รับการสนับสนุนสูงมากจากทางรัฐบาลทั้งในส่วนของงบประมาณ, การประสานงานระหว่างหน่วยงานต่าง ๆ ทั้งในและต่างประเทศ
ในประเทศที่พัฒนาแล้ว เช่น สหรัฐอเมริกา, ญี่ปุ่น และยุโรป ก็ใช้แนวทางดังกล่าวเช่นกันในการพัฒนา ซึ่งก็มีทั้ง Project ที่ประสบความสำเร็จและไม่ประสบความสำเร็จ แต่ทุกประเทศที่พัฒนาระบบดังกล่าวได้เห็นคุณประโยชน์อย่างชัดเจนถึงความสำคัญของการป้องกันภัยจากน้ำท่วม ซึ่งธรรมชาติยังคงเป็นผู้มีพลังอำนาจมากที่สุดเสมอ
7. ระบบการผันน้ำข้ามลุ่มน้ำอัตโนมัติ (Automation Transbasin System)
การผันน้ำจากลุ่มน้ำที่มีปริมาณน้ำท่ามาก ไปยังลุ่มน้ำที่มีปริมาณน้ำท่าน้อยนั้น หากพัฒนาในแนวทางที่ถูกต้องจะได้ประโยชน์ 2 ทาง คือ
1. ลดความเสียหายทางเศรษฐกิจและป้องกันการเกิดน้ำท่วมในลุ่มน้ำที่มีปริมาณน้ำท่ามาก
2. เพิ่มปริมาณน้ำท่าและผลผลิตทางการเกษตรและป้องกัน บรรเทาปัญหาการขาดแคลนน้ำในลุ่มน้ำที่มีปริมาณน้ำน้อย
ระบบการผันน้ำข้ามลุ่มน้ำนั้น หากนำเทคโนโลยีของระบบคอมพิวเตอร์ , เครื่องมือวัดต่าง ๆ และระบบการ Control มาใช้ในการปฏิบัติการก็จะเป็นการเพิ่มประสิทธิภาพทั้งการวางแผน , การส่งน้ำจริง, การตรวจวัดปริมาณน้ำและความมั่นคงของท่อผันน้ำได้เป็นอย่างมาก โดยควรนำเทคโนโลยีของระบบ SCADA , Real Time Internet Data System , Telemetering , Expert System , Intelligent Real Time Flood Warning System ซึ่งจะมีความซับซ็อนทางเทคโนโลยีสูงมากแต่ก็มีความจำเป็น เหตุเนื่องจากการผันน้ำมีเรื่องความปลอดภัยในการ Operate ความขัดแย้งระหว่างลุ่มน้ำต้นและลุ่มน้ำด้านท้าย ซึ่งถ้ามีการ Operate ไม่ดีพอจะเกิดปัญหาตามมามากมาย
สรุป ดังจะเห็นได้ว่าระบบการจัดการน้ำที่มีการ Control จริง โดยมีการตรวจวัดหรือรับข้อมูลจริง – ประเมินผล - เตือนภัย - ควบคุม ในแบบ Real Time นั้น จะอาศัยระบบ SCADA เป็นพื้นฐานทั้งสิ้น
