Cải thiện khả năng quản lý năng lượng trong khuôn viên trường học với các giải pháp LoRaWAN tiết kiệm chi phí
21/04/2022
Giới thiệu
Phù hợp với sáng kiến "Điều hòa không khí trong mọi lớp học" và "Sản xuất điện trong mọi trường học" của Executive Yuan bắt đầu từ năm 2020, chính quyền một quận ở miền Bắc Đài Loan hy vọng lắp đặt máy điều hòa không khí và các tấm pin mặt trời để cung cấp một môi trường học tập thoải mái cho học sinh tiểu học, trung học cơ sở, học sinh trung học phổ thông và để giảm gánh nặng tiền điện cho các trường. Đồng thời, họ cũng đang tìm cách giới thiệu Hệ thống Quản lý Năng lượng (EMS) có thể được giám sát và kiểm soát từ xa để giảm đáng kể yêu cầu về nguồn lực lao động và thời gian cần thiết để quản lý nhiều cơ sở trong toàn bộ quyền hạn của mình.
Giải pháp mạng không dây LoRaWAN của Advantech để quản lý năng lượng trong khuôn viên trường cung cấp một giải pháp dễ dàng để giải quyết vấn đề tín hiệu mạng kém, tốc độ mạng chậm và thiếu cơ sở hạ tầng viễn thông ở các trường học tại khu vực nông thôn. Với WISE-2200-M và WISE-6610, có thể dễ dàng thiết lập mạng để tải dữ liệu lên đám mây. Nhờ các tính năng chính như công nghệ LoRaWAN tầm xa và thâm nhập cao cũng như cài đặt dễ dàng và cấu hình linh hoạt do các sản phẩm dòng WISE cung cấp, người dùng không chỉ tận hưởng tín hiệu mạng và tốc độ truyền ổn định mà còn nhanh chóng hoàn thành việc triển khai quản lý năng lượng trong khuôn viên giải pháp với tỷ lệ chi phí hiệu quả cao.
Yêu cầu hệ thống
Vì hơn một trăm trường trung học cơ sở và tiểu học nằm rải rác trên toàn khu vực quận rộng lớn, quy định rằng tất cả các công việc phải được hoàn thành trong vòng nửa năm và tránh làm ảnh hưởng đến việc học tập trên lớp đã đặt ra những thách thức và hạn chế đáng kể trong công tác triển khai.
Do đó, chính phủ cần một giải pháp mạng không dây giúp tiết kiệm thời gian lắp đặt và loại bỏ nhu cầu sử dụng mạng có dây, vốn đòi hỏi công việc đi dây và có thể mất nhiều thời gian để cài đặt.
Ngoài ra, hệ thống EMS yêu cầu phải cung cấp các chức năng quản lý tiêu thụ điện, đáp ứng nhu cầu tự động hoá, trình bày thông tin thời gian thực, truy vấn tiêu thụ điện, báo cáo thống kê, quản lý hệ thống và bảo mật thông tin… Giải pháp cũng phải đáp ứng các yêu cầu sau.
- Mạng không dây độc lập để tránh tình trạng tiến thoái lưỡng nan khi không có trạm gốc trong khu vực.
- Mạng lưới phủ sóng đầy đủ để tránh tín hiệu không ổn định hoặc không thể kết nối với mạng trong khuôn viên trường.
- Cung cấp các phương pháp đáng tin cậy để lắp đặt ngoài trời để tránh làm hỏng thiết bị do học sinh nghịch và va vào thiết bị.
- Cung cấp cơ chế mã hóa và sao lưu dữ liệu để đảm bảo an toàn dữ liệu và ngăn ngừa mất mát dữ liệu.
- Phát triển nền tảng đám mây quản lý năng lượng trong khuôn viên trường để tạo điều kiện cho các quản trị viên có trách nhiệm điều khiển từ xa.
- Trực quan hóa và tích hợp dữ liệu được tạo với hệ thống quản lý trường học, cũng như các hệ thống hiện có của Bộ Giáo dục và Taipower.
Triển khai dự án
- WISE-2200-M: Mô-đun I/O đơn RS-485 LoRaWAN
- WISE-6610: Gateway LoRaWAN với WISE-EdgeLink
- UNO-2484G: Máy tính tự động hóa nhúng không quạt với WebAccess / SCADA
- WISE-STACK 200: Triển khai WISE-PaaS tại chỗ với 3 Máy chủ Rackmount công nghiệp của Advantech
Mô tả hệ thống
Chính quyền quận đã chọn áp dụng giải pháp LoRaWAN của Advantech, sử dụng công nghệ LoRaWAN để kết nối thông tin từ đám mây đến thiết bị đầu cuối tại biên. So với những hạn chế của Wi-Fi, có khoảng cách phủ sóng quá ngắn và mạng có dây, tốn nhiều thời gian để cài đặt, LoRaWAN có những ưu điểm chính như kết nối khoảng cách xa, phủ sóng rộng, khả năng thâm nhập cao, tiêu thụ điện năng thấp, không cần nhiều dây và cáp, và nhiều hơn nữa. Ngoài ra, dựa trên kết quả thử nghiệm của Advantech, khả năng kết nối mạng của LoRaWAN trong phạm vi 100 mét đến 500 mét hoàn toàn không bị ảnh hưởng ở những khu vực có mật độ cao ốc dày đặc; ở những khu vực rộng mở, phạm vi phủ sóng của nó thậm chí có thể vượt quá 10km.
Quy trình xử lý của giải pháp như sau: WISE-2200-M chịu trách nhiệm nhận dữ liệu từ các cảm biến và đồng hồ đo trong lớp học, sau đó được chuyển đổi bởi WISE-6610. Sau đó, dữ liệu được truyền tới máy tính UNO2484G đặt trong văn phòng quản lý của trường, máy tính này hiển thị dữ liệu và giao diện với hệ thống quản trị của trường. Dữ liệu tổng hợp sau đó được tải lên WISE-STACK 200 tại sở giáo dục của quận và Taipower để các đơn vị liên quan phân tích thêm dữ liệu.
Một trong những sản phẩm quan trọng của giải pháp là WISE-2200-M, một mô-đun I/O LoRaWAN plug-and-play cho phép người dùng dễ dàng định cấu hình cài đặt thu thập dữ liệu và thu thập dữ liệu cảm biến và đồng hồ thông qua hỗ trợ giao thức Modbus/RTU. Hỗ trợ dải nhiệt độ rộng (-25 ~ 70°C) cho phép thiết bị hoạt động trong nhiệt độ khắc nghiệt.
Ngoài ra, thiết kế nhỏ gọn của WISE-2200-M, chỉ bằng lòng bàn tay (kích thước: 71 x 52 x 30 mm) và việc sử dụng đầu kết nối chuyên dụng cho điều khiển công nghiệp để cố định chắc chắn. giảm nguy cơ hỏng hóc do tác động bên ngoài, bảo vệ an toàn hơn cho các ứng dụng ngoài trời. Hơn nữa, nó không yêu cầu cáp nguồn riêng và có thể kết nối trực tiếp với cổng USB của máy lạnh để lấy điện nên thuận tiện hơn trong việc lắp đặt.
Một sản phẩm chính khác, WISE-6610, là một gateway LoRaWAN hiệu suất cao với một số tùy chọn kết nối cho môi trường công nghiệp và hỗ trợ giao thức LoRaWAN để xây dựng các mạng công cộng và riêng tư LoRaWAN. Nó cũng hỗ trợ các giao thức khác, bao gồm MQTT, và tính linh hoạt của phần cứng và phần mềm của nó cung cấp các tính năng phong phú cho các hệ thống trí tuệ biên. WISE-6610 cho phép tạo đường hầm VPN với nhiều giao thức khác nhau để đảm bảo giao tiếp an toàn.
Kết luận
Giải pháp LoRaWAN của Advantech để quản lý năng lượng trong khuôn viên trường mang lại những lợi thế hấp dẫn so với các hệ thống quản lý năng lượng thông thường. Do phạm vi phủ sóng rộng và công nghệ không dây thâm nhập cao của LoRaWAN, dự án chỉ yêu cầu một số lượng nhỏ cổng giao tiếp với nhiều mô-đun I/O để truyền và tổng hợp dữ liệu từ các thiết bị phân tán. Advantech có thể nhận dữ liệu từ 10.000 WISE-2200-M (được kết nối với 10.000 đồng hồ đo điện) bằng cách triển khai chỉ 500 gateway WISE-6610 cho các trường tiểu học và trung học cơ sở của quận. Ngoài ra, các ứng dụng đa năng trong nhà và ngoài trời của WISE-2200-M giúp loại bỏ nhu cầu khoan tường và luồn dây điện, tiết kiệm thời gian và chi phí lắp đặt, đẩy nhanh tiến độ hoàn thành việc triển khai thiết bị.
WISE-2200-M
LoRaWAN Single RS-485 I/O Module
WISE-2200-M hỗ trợ tối đa 128 địa chỉ và cài đặt 30 quy tắc có thể dễ dàng kết nối với cảm biến Modbus và đồng hồ đo.
WISE-6610
LoRaWAN Gateway
Một gateway LoRaWAN hiệu suất cao với một số tùy chọn kết nối cho môi trường công nghiệp và giao thức LoRaWAN hỗ trợ xây dựng mạng riêng và mạng công cộng LoRaWAN.
