Các loại cảm biến IoT trong nhà máy 2026: yếu tố quyết định là chu kỳ chứ không phải độ chính xác

“Hãy đưa cho chúng tôi một danh sách các loại cảm biến IoT có thể lắp vào nhà máy” – không ít cuộc trao đổi với các nhà máy Nhật Bản tại Thái Lan bắt đầu bằng đúng đề nghị này. Thế nhưng dù chúng tôi có gửi danh sách chủng loại thì việc lựa chọn hầu như vẫn không tiến triển. Bởi thứ quyết định cảm biến không phải là chủng loại, mà là độ phân giải thời gian của quyết định mà bạn muốn đưa ra, tức là chu kỳ lấy mẫu. Nếu bắt đầu từ catalog khi chưa xác định chu kỳ, bạn sẽ có một hệ thống trực quan hóa kiểu đo được nhưng không quyết được gì. Bài viết này sắp xếp lại theo 4 tầng thời gian, và trình bày tới tận phần dự toán tổng chi phí 5 năm cho quy mô 30 điểm.

Vì sao việc lựa chọn cảm biến IoT nhà máy cứ loay hoay – “chủng loại” không phải là trục lựa chọn

Nhìn danh sách chủng loại trong catalog cũng không quyết được điều gì

Nếu liệt kê những chủng loại tiêu biểu của cảm biến IoT, ta sẽ có nhiệt độ và độ ẩm, áp suất, đóng mở, độ rọi, gia tốc, cảm biến người, thông tin vị trí, CO2, mực nước, dòng điện, mùi (Sanshin Electronics). Về góc độ lựa chọn, người ta nêu ra độ chính xác đo, tần suất đo (mỗi 1 phút hay mỗi 1 giờ), độ bền (chống nước chống bụi, chịu va đập) và phương thức truyền thông (Wi-Fi / Bluetooth / LPWA).

Bản thân cách sắp xếp này là chính xác. Vấn đề nằm ở chỗ điều gì sẽ xảy ra khi bạn đặt danh sách đó trước mặt giám đốc nhà máy hay bộ phận kỹ thuật sản xuất. Gần như chắc chắn, mọi chuyện sẽ diễn ra như sau.

“Nhiệt độ thì nên lấy chứ nhỉ.”

“Dòng điện cũng muốn xem.”

“Rung động nữa, nghe có vẻ giống bảo trì dự đoán, hay đấy.”

Rồi một cấu hình 30 điểm cảm biến được chất lên, báo giá được đưa ra, tờ trình được duyệt, thiết bị được lắp, dashboard được dựng lên. Nửa năm sau, không còn ai nhìn cái dashboard đó nữa.

Đây không phải vấn đề năng lực. Đây là vấn đề thứ tự. Vì khi bắt đầu từ chủng loại, mọi thứ tiến đến tận lúc lắp đặt mà vẫn chưa xác định được cảm biến đó làm thay đổi “quyết định nào, của ai, vào lúc nào”.

Thứ quyết định việc lựa chọn là chu kỳ, chứ không phải độ chính xác

Trong các góc độ lựa chọn vừa nêu, thứ có sức phân nhánh cấu hình mạnh áp đảo trong thực tế là “tần suất đo”. Không phải độ chính xác.

Lý do rất đơn giản: độ chính xác chỉ dừng ở câu chuyện “đo một điểm đó chính xác đến mức nào”, trong khi chu kỳ quyết định luôn toàn bộ hệ thống, từ bản thân cảm biến, nguồn điện, phương thức truyền thông, gateway, nơi lưu trữ cho đến cách dựng màn hình. Dữ liệu chỉ cần 1 lần mỗi phút và dữ liệu cần 10,000 lần mỗi giây, dù cùng được diễn đạt bằng một câu “lắp cảm biến”, vẫn là hai công trình hoàn toàn khác nhau.

Đi sâu thêm một bậc, thứ quyết định chu kỳ không phải là cảm biến, mà là chu kỳ nghiệp vụ của con người đứng ra hành động sau khi nhìn con số đó.

• Nếu tổ trưởng chỉ đi tuần chuyền 1 lần mỗi giờ thì dù có lấy dữ liệu chu kỳ 1 giây, hành vi của tổ trưởng cũng không thay đổi.
• Con số chỉ dùng trong cuộc họp giá thành hằng tháng thì không cần lấy theo chu kỳ 5 phút.
• Ngược lại, nếu đưa giá trị trung bình 1 giờ để truy nguyên nhân gốc của các lần dừng máy ngắn thì những lần dừng đó sẽ bị chôn vùi trong giá trị trung bình và biến mất.

Nghĩa là thứ tự lựa chọn phải là “chu kỳ nghiệp vụ, độ phân giải thời gian của quyết định, chu kỳ, phương thức truyền thông, rồi mới tới chủng loại cảm biến”, chứ không phải ngược lại. Danh sách chủng loại trong catalog là thứ đến cuối cùng của chuỗi này.

Bản chất của tình trạng “đo được nhưng không quyết được gì”

Khi vào hiện trường và được cho xem hệ thống trực quan hóa hiện có, chúng tôi thường xuyên gặp tình trạng thế này.

Đồ thị có hiển thị. Số liệu cũng được cập nhật. Nhưng khi hỏi ai đó “nếu đường này đi lên thì ai sẽ làm gì”, thì không có câu trả lời.

Đây chính là hệ thống trực quan hóa kiểu “đo được nhưng không quyết được gì”. Nguyên nhân gói gọn ở chỗ chưa có quyết định nào được định nghĩa tương ứng với chu kỳ của cảm biến đó. Có dữ liệu chu kỳ 1 phút mà chỉ xem nó trong cuộc họp sản xuất hằng tuần thì trên thực tế chỉ có dữ liệu theo tuần được dùng. Phần chênh lệch 10,079 điểm dữ liệu chỉ tiêu tốn tiền lưu trữ.

Nói ngược lại, chỉ cần cố định trước chu kỳ và chu kỳ nghiệp vụ thì chủng loại cảm biến sẽ tự động được thu hẹp đáng kể. Các chương sau sẽ thực hiện việc thu hẹp đó theo 4 tầng.

Sắp xếp các loại cảm biến IoT nhà máy theo 4 tầng thời gian

Nếu thôi xếp cảm biến theo chủng loại và xếp lại theo độ phân giải thời gian được yêu cầu, ta sẽ có 4 tầng sau. Bốn tầng này khác nhau cả về thiết bị cần thiết, phương thức truyền thông lẫn chiến lược lưu trữ, nên về mặt thiết kế, coi chúng là những hệ thống riêng biệt sẽ ít đổ vỡ hơn.

Điểm cốt lõi của bảng này là cột ngoài cùng bên phải. Chu kỳ khác nhau thì hướng đi của truyền thông cũng khác nhau. Chính lúc bạn định gộp chỗ này về một mối là lúc dự án bắt đầu hỏng đi trong im lặng.

Tầng 1: cấp giây đến phút – vận hành, dừng máy, số lượng sản xuất (IoT đèn tháp tín hiệu và tiếp điểm)

Đây là tầng dễ đọc hiệu quả đầu tư nhất và nên bắt tay vào trước tiên. Câu hỏi muốn trả lời gói gọn trong 3 câu: “thiết bị đó hiện có đang chạy không”, “hôm nay đã làm được bao nhiêu cái”, “đã dừng bao nhiêu lần và mỗi lần dài bao lâu”.

Chu kỳ cần thiết là từ 1 giây đến 1 phút. Vì sao lại là 1 giây? Vì các lần dừng máy ngắn sẽ bị chôn vùi trong giá trị trung bình vài phút. Một thiết bị dừng 30 giây, 4 lần mỗi giờ, nếu lấy chu kỳ 1 phút thì còn thấy được đường nét, nhưng nếu lấy trung bình 5 phút thì chỉ còn trông như “một thiết bị có tỷ lệ vận hành hơi thấp”. Nếu mục đích là dẹp các lần dừng máy ngắn thì chu kỳ tối thiểu phải lấy từ 1 giây đến 10 giây.

Các cảm biến dùng ở tầng này cực kỳ mộc mạc.

• Tín hiệu của đèn tháp tín hiệu (signal tower). Đọc thẳng trạng thái sáng của đèn đỏ, vàng, xanh làm trạng thái của thiết bị.
• Ngõ ra tiếp điểm. Nhận tín hiệu vận hành và tín hiệu bất thường vốn đã có sẵn ở phía thiết bị bằng tiếp điểm không điện áp.
• Cảm biến quang điện và cảm biến tiệm cận. Dùng để đếm số lượng sản xuất. Chỉ đếm số lần chi tiết đi qua.
• Phán định ON/OFF của cảm biến dòng điện (CT kẹp). Không nhìn bản thân giá trị dòng điện, chỉ nhìn xem nó có vượt ngưỡng hay không.

Đặc biệt, việc lấy dữ liệu từ đèn tháp tín hiệu rất đáng được xem xét đầu tiên khi IoT hóa thiết bị cũ. Nhiều hãng đã có thiết bị chụp lên đèn tháp tín hiệu sẵn có để lấy tín hiệu rồi truyền không dây, chẳng hạn cấu hình thu thập tín hiệu từ đèn tháp tín hiệu của công ty PATLITE bằng “AirGRID” cũng của hãng này để nắm bắt tình trạng vận hành của nhiều thiết bị theo thời gian thực đang được cung cấp dưới dạng sản phẩm. Nhiều trường hợp không cần động vào tủ điều khiển phía thiết bị, nhờ đó ảnh hưởng tới bảo hành của nhà sản xuất thiết bị và tới việc validation cũng được giữ ở mức nhỏ.

Xin lưu ý, “PATLITE” và “AirGRID” nêu ở đây đều là tên công ty và tên sản phẩm của công ty PATLITE (PATLITE Corporation). Đây không phải sản phẩm của chúng tôi. TOMAS TECH ở vị trí xây dựng cấu hình bao gồm cả những thiết bị của hãng khác như vậy, và phụ trách phần thu thập cùng trực quan hóa ở lớp trên.

Chúng tôi cũng xin viết ra cái bẫy của IoT đèn tháp tín hiệu. Màu của đèn tháp là “thiết bị tự nghĩ về chính nó như thế nào”, chứ không phải “thực tế đã làm được bao nhiêu cái”. Có khi đèn xanh vẫn sáng nhưng máy đang chạy không tải, và có những thiết bị trong lúc thay đổi setup thì không chuyển sang vàng cũng không chuyển sang đỏ. Nếu chỉ dựa vào đèn tháp để nói về tỷ lệ vận hành thì hiện trường sẽ bảo “con số đó khác với cảm nhận thực tế” và câu chuyện dừng lại ở đó. Chỉ khi kết hợp với việc đếm số lượng sản xuất (cảm biến quang điện hoặc tín hiệu hoàn thành của thiết bị) thì tỷ lệ vận hành mới khớp với cảm nhận của hiện trường.

Cũng có tuyến lấy dữ liệu trực tiếp từ PLC trong tủ điều khiển. Về chi phí và giới hạn khi so với kiểu chụp lên đèn tháp, cũng như quan hệ giữa số lượng tag và chu kỳ, chúng tôi đã sắp xếp theo từng tuyến trong bài Thu thập dữ liệu PLC 2026: nguyên nhân không lấy được không nằm ở chuẩn truyền thông mà ở số điểm và chu kỳ. Tầng 1 của bài viết này tương ứng với “tuyến nhẹ nhất” nói ở bài đó.

Tầng 2: cấp phút đến giờ – năng lượng và tiện ích (thu thập dữ liệu công tơ điện, giám sát lượng nước sử dụng)

Câu hỏi muốn trả lời là “đã dùng hết bao nhiêu”, “đang dùng ở đâu”, “có dùng lãng phí không”. Chu kỳ cần thiết là từ 1 phút đến 15 phút. Con số 15 phút có căn cứ của nó: vì cơ chế giá TOU (Time of Use) mà các hộ tiêu thụ lớn tại Thái Lan ký kết phân chia đơn giá theo khung giờ, nên với chu kỳ bị lấy trung bình vắt qua các khung giờ thì không thể bàn về tiền điện được. Hãy xem giá trị 15 phút là mức thô nhất còn chịu được cho việc bàn luận theo khung giờ.

Các cảm biến của tầng này gồm những thứ sau.

• Công tơ điện đa mạch. Lấy giá trị qua Modbus RTU / TCP hoặc ngõ ra xung. Dạng cơ bản là cắm theo từng feeder của tủ phân phối.
• Lưu lượng kế. Cho nước và khí nén. Có kiểu lắp thêm bộ phát xung vào đồng hồ nước sẵn có, và có kiểu siêu âm kẹp ngoài đo từ bên ngoài đường ống.
• Cảm biến áp suất. Áp đầu nguồn và áp cuối đường của khí nén.
• Giám sát điện áp. Phần này, như sẽ nói ở dưới, tầng của nó thay đổi tùy theo mục đích.

Thứ vấp phải đầu tiên khi thu thập dữ liệu công tơ điện là thiết kế số điểm đo. Nếu cả nhà máy chỉ đo 1 điểm thì thông tin thu được không khác gì hóa đơn tiền điện. Nó chỉ trở nên có ý nghĩa khi được chia theo từng feeder. Điều hòa, máy nén khí, cụm thiết bị sản xuất, khối văn phòng. Chỉ cần chia thành 4 nhóm này thôi là cuộc thảo luận “dư địa cắt giảm nằm ở đâu” đã bắt đầu. Ngược lại, nếu ngay từ đầu đã định đo đủ từng máy một thì số điểm tăng vọt mà độ phân giải lại vượt quá mức cần thiết để dẫn tới hành động cắt giảm.

Giám sát lượng nước sử dụng là hạng mục dễ được nâng độ ưu tiên tại các nhà máy ở Thái Lan. Dễ bắt tay nhất là giám sát lưu lượng tối thiểu ban đêm, trước cả quản lý suất tiêu hao. Lượng nước vẫn chảy trong khung giờ không sản xuất chính là rò rỉ hoặc là ai đó để vòi mở. Chỉ cần “xem giá trị nhỏ nhất của khung đêm theo chu kỳ 1 giờ” là phát hiện được, yêu cầu về chu kỳ cực kỳ thoải mái, trong khi tác động về mặt số tiền khi tìm ra lại lớn. Đây là một trong số ít chủ đề có thể bắt đầu chỉ với 1 điểm cảm biến.

Khí nén cũng có cấu trúc tương tự. Rò rỉ khí xuất hiện dưới dạng lưu lượng trong khung giờ không sản xuất. Khoản này dễ có số tiền lớn hơn nước, và vì còn xuất hiện lần thứ hai ở tầng 2 dưới dạng điện năng tiêu thụ của máy nén khí, nên khi kết hợp với thu thập dữ liệu công tơ điện thì việc khoanh vùng nguyên nhân sẽ nhanh hơn.

Thực ra hệ thống giám sát điện áp là hai thứ khác nhau đang được gọi bằng cùng một cái tên. Đây là chỗ dễ xảy ra sự cố lựa chọn nên chúng tôi viết tách ra.

1. Giám sát điện áp với vai trò giám sát xu hướng. Xem mất cân bằng giữa các pha, hệ số công suất, độ trôi của điện áp. Chu kỳ 1 phút đến 15 phút là đủ và nó thuộc tầng 2. Nhiều khi chức năng của công tơ điện đa mạch đã đủ dùng.
2. Giám sát điện áp với vai trò phát hiện sụt áp tức thời (voltage sag). Bắt các đợt tụt điện áp kéo dài vài chục mili giây đến vài trăm mili giây do sét đánh hoặc sự cố phía lưới. Tầng 2 tuyệt đối không bắt được cái này. Đừng nói giá trị 15 phút, ngay cả giá trị 1 giây cũng làm nó biến mất. Thứ được yêu cầu ở đây là bản ghi ở cấp mili giây, và trên thực tế nó thuộc tầng 3.

Trong các dự án chúng tôi tham gia cũng vậy, khi lần theo lời than “mỗi tháng vài lần thiết bị dừng không rõ nguyên nhân”, có lúc đích đến chính là sụt áp tức thời. Lúc này, dù có xem lại dữ liệu công tơ điện của tầng 2 trong bao nhiêu năm cũng không ra câu trả lời. Trước khi lấy báo giá, hãy xác nhận xem câu “chúng tôi đang giám sát điện áp” đang được dùng theo nghĩa nào trong hai nghĩa trên. Thiết bị cần dùng và khung giá là hoàn toàn khác nhau.

Tầng 3: cấp mili giây – chẩn đoán thiết bị và bảo trì dự đoán (chỉ riêng chỗ này yêu cầu cao hơn hẳn một bậc)

Câu hỏi muốn trả lời chỉ có một: “có đang sắp hỏng không”. Và chỉ riêng tầng này, yêu cầu kỹ thuật khác 3 tầng còn lại tới cả một bậc về độ lớn. Những cấu hình đặt tầng này ngang hàng với các tầng khác là những cấu hình hay đổ vỡ nhất.

Khung đánh giá rung động được sắp xếp trong bộ ISO 20816. ISO 20816-1:2016 thay thế cho ISO 10816-1:1995, và trở thành khung tích hợp bộ 10816 vốn xử lý rung của phần không quay với bộ 7919 xử lý rung của trục quay. Cách làm hay dùng trong thực tế là đánh giá vận tốc rung tổng thể (mm/s RMS) đo gần vỏ ổ trục theo 4 vùng từ A đến D. Cấu trúc này phân cấp lần lượt từ A, tương ứng mức lắp đặt mới, cho tới trạng thái có rủi ro hư hỏng cao (giá trị phán định cụ thể của từng vùng xin tham chiếu nội dung tiêu chuẩn và cách phân loại máy). Phân loại máy đối tượng cũng được định nghĩa ở phía tiêu chuẩn, và ISO 20816-3:2022 áp dụng cho máy công nghiệp có công suất định mức trên 15 kW, tốc độ quay từ 120 đến 30,000 r/min.

Điều cần nắm ở đây là “giá trị tổng thể dùng cho đánh giá vùng” và “phân tích dạng sóng để phát hiện sớm mầm mống hư hỏng” có tốc độ lấy mẫu yêu cầu khác nhau.

Thứ đã trở thành chuẩn của ngành cho mục đích bảo trì dự đoán là gia tốc kế kiểu IEPE 3 trục, với thông số độ nhạy 100 mV/g và dải tần từ 10 Hz đến 10 kHz được xem là mức đủ để bao phủ các tần số khuyết tật của ổ trục. Và để phát hiện hư hỏng ổ trục ở giai đoạn đầu thì cần tốc độ lấy mẫu từ 10 kHz trở lên.

Yêu cầu “từ 10 kHz trở lên và 3 trục” này có nghĩa là gì? Mỗi giây 10,000 điểm nhân cho 3 trục, tức là 30,000 điểm dữ liệu mỗi giây liên tục tuôn ra từ một điểm cảm biến. Ở tầng 1, xem đèn tháp tín hiệu theo chu kỳ 1 giây thì mỗi giây chỉ có 1 điểm, nên cùng là “lắp thêm 1 điểm cảm biến” mà số điểm dữ liệu phải xử lý gấp 30,000 lần.

Còn một sự thật nữa cần lưu ý về mặt giá. Trong các cảm biến rung, nhiệt độ và dòng điện, tại thời điểm năm 2026 đã có những sản phẩm giá dưới 50 USD một cái. Quy đổi theo tỷ giá dùng trong phần dự toán phía sau thì tương đương dưới 1,650 baht. Việc xuất hiện khung giá này chắc chắn đã hạ thấp rào cản triển khai. Tuy nhiên, “cảm biến rung dưới 50 USD” và “100 mV/g, 10 Hz đến 10 kHz, lấy mẫu từ 10 kHz trở lên” chỉ được nối với nhau bằng cùng một từ “cảm biến rung”, còn trên thực tế có trường hợp chúng đang chỉ về hai thứ khác nhau. Ở khung giá thấp, nhiều sản phẩm được thiết kế để tự tính giá trị RMS bên trong rồi vài phút mới gửi một lần; như vậy là đủ cho giám sát theo ngưỡng, nhưng không dùng được cho việc phân tích tần số khuyết tật. Khi lấy báo giá, xin hãy xác nhận ở cấp mã sản phẩm về độ nhạy, dải tần, tốc độ lấy mẫu và khả năng lấy ra dạng sóng thô.

Đây không phải chuyện bên nào đúng bên nào sai. Thiết kế chính là phân định trước đâu là thiết bị chỉ cần giám sát theo ngưỡng và đâu là thiết bị cần tới cả phân tích dạng sóng. Về việc cảm biến rung thực tế phát hiện được gì và không phát hiện được gì, chúng tôi đã sắp xếp trong bài Hư hỏng nào cảm biến rung đo được và hư hỏng nào không đo được. Nếu bạn đang cân nhắc cấu hình gắn cảm biến rung cho toàn bộ thiết bị, đọc bài đó trước hẳn sẽ giúp giảm khá nhiều số điểm.

Nhiệt độ cũng được xếp vào tầng này nhưng tính chất hơi khác. Nhiệt độ ổ trục hay nhiệt độ cuộn dây động cơ biến thiên chậm nên yêu cầu về chu kỳ khá thoải mái, cấp phút là đủ. Dù vậy chúng tôi vẫn đặt nó ở tầng 3 vì xem rung động và nhiệt độ thành một bộ sẽ nâng độ tin cậy của chẩn đoán, và về khung thu thập thì đặt chung hệ với rung động sẽ dễ vận hành hơn.

Tầng 4: theo sự kiện – chất lượng và truy xuất nguồn gốc

Câu hỏi muốn trả lời là “ai, vào lúc nào, đã làm cái gì, trong điều kiện nào”. Chỉ riêng tầng này, khái niệm chu kỳ không áp dụng được. Cấu trúc của nó là 1 bản ghi khi sự kiện xảy ra, chứ không phải theo chu kỳ cố định.

• Ghi nhiệt độ và độ ẩm. Với vai trò ghi nhận điều kiện công đoạn, hoặc ghi nhận điều kiện bảo quản của kho.
• Dữ liệu thiết bị đo. Giá trị từ thước cặp, panme, cờ lê lực, máy đo.
• Cảm biến đóng mở và thông tin vị trí. Việc đóng mở cửa, việc lắp đồ gá, vị trí của xe đẩy và pallet.

Nếu mang khái niệm chu kỳ vào tầng này thì sẽ thất bại. Ví dụ nếu ghi nhiệt độ độ ẩm liên tục theo chu kỳ 5 phút thì mỗi năm sẽ tích lại một lượng bản ghi khổng lồ, nhưng khi xảy ra vấn đề chất lượng, thứ cần đến chỉ là “bản ghi của khung giờ đang sản xuất lô hàng đó”. Nhật ký nhiệt độ độ ẩm không được gắn với thông tin lô và thời điểm thì dù nhiều đến đâu cũng không dùng để truy vết được.

Bản chất của thiết kế tầng 4 không phải là chọn cảm biến, mà là thiết kế khóa dữ liệu gồm số lô, số lệnh sản xuất và ID người vận hành. So với chuyện chọn cảm biến nào, việc dữ liệu đó được gắn khóa nào mới là thứ quyết định giá trị về sau. Đây là điểm khác biệt mang tính quyết định so với tầng 1 đến tầng 3.

Trộn lẫn các chu kỳ sẽ đổ vỡ – không được dồn tất cả lên một gateway

Từ đây trở đi là cái bẫy đắt đỏ nhất trong thực tế.

Khi bàn về cấu hình cảm biến, gần như chắc chắn sẽ xuất hiện mong muốn “đã làm thì gom cơ chế thu thập về một mối luôn”. Gateway một loại, phương thức truyền thông một kiểu, cơ sở dữ liệu cũng một cái. Nghe thì có vẻ dễ quản lý hơn, và bản báo giá nhìn cũng rẻ hơn.

Cấu hình đó sẽ đổ vỡ. Chúng tôi xin giải thích lý do theo 3 phần.

Lý do 1: lượng dữ liệu chênh nhau 3,600 lần

Hãy nhìn bằng con số cụ thể. Dưới đây là ví dụ tính toán dựa trên các giả định được đặt ra, không phải con số dựa trên nguồn bên ngoài.

Tầng 3: giả sử lấy mẫu gia tốc kế IEPE 3 trục ở 10 kHz và mỗi mẫu chiếm 2 byte. 30,000 điểm mỗi giây × 2 byte = 60,000 byte mỗi giây. Một giờ là 216 MB, một ngày khoảng 5.18 GB. Đây là con số cho 1 điểm cảm biến. Nếu có 12 điểm thì một ngày khoảng 62.2 GB, một năm khoảng 22.7 TB.

Tầng 1: giả sử xem 10 điểm đèn tháp tín hiệu theo chu kỳ 1 giây, mỗi bản ghi 20 byte. Mỗi giây 200 byte, một ngày là 17.28 MB.

Tỷ lệ chênh khoảng 3,600 lần (nếu so trên 1 điểm thì khoảng 3,000 lần). Dù cùng được gói trong một câu “thu thập dữ liệu từ cảm biến”, băng thông mạng cần thiết và thiết kế lưu trữ nằm ở hai thế giới hoàn toàn khác nhau.

(Trong thực tế, hầu như không ai thu thập liên tục thường trực tầng 3. Cách vận hành thường là mỗi ngày vài lần lấy dạng sóng trong vài giây theo cụm, thời gian còn lại chỉ gửi giá trị tổng thể. Con số ở trên chỉ là giá trị lý thuyết để cho thấy điều gì sẽ xảy ra khi chọn cấu hình “dồn tất cả lên một gateway đa dụng”. Và nếu thiết kế mà không nhìn giá trị lý thuyết này thì cấu hình đó sẽ thực sự được dựng lên.)

Xin viết thêm về độ nhẹ của tầng 2. Lấy 6 điểm công tơ điện theo chu kỳ 15 phút thì một ngày có 96 bản ghi × 6 điểm = 576 bản ghi, một năm là 210,240 bản ghi. Đây là lượng mà một tệp văn bản cũng xử lý được, không thể đem so với tầng 3. Hoàn toàn không cần mua gateway hiệu năng cao cho tầng 2.

Lý do 2: tuổi thọ pin của LPWA do khoảng cách gửi tin quyết định, không phải do cảm biến

Khi dùng không dây, thảo luận về tuổi thọ pin chắc chắn sẽ xuất hiện. Ở đây, thứ quyết định vẫn là chu kỳ.

Với LPWA như LoRaWAN, tần suất gửi tin ảnh hưởng lớn đến tuổi thọ pin. Cùng một cấu hình, nếu gửi mỗi 10 phút thì dùng được 8 đến 10 năm, nhưng nếu gửi mỗi 30 giây thì rút ngắn xuống còn khoảng 1 đến 2 năm.

Áp con số này vào 5 năm vận hành thì sẽ như sau.

• Khoảng cách 10 phút: trong 5 năm không phát sinh việc thay pin.
• Khoảng cách 30 giây: nếu tuổi thọ 2 năm thì trong 5 năm phải thay toàn bộ số điểm 2 lần, nếu tuổi thọ 1 năm thì 4 lần.

Giả sử đã không dây hóa 19 điểm thì với phương án sau, trong 5 năm sẽ phát sinh công việc thay pin cho tổng cộng 38 đến 76 lượt điểm. Chi phí nhân công này, việc thu xếp dừng chuyền, và dữ liệu bị mất do sót điểm chưa thay, không có lấy một dòng nào trong báo giá ban đầu.

Điều thú vị là tỷ lệ giữa hai khoảng cách gửi tin, 10 phút so với 30 giây, là 20 lần, trong khi tỷ lệ tuổi thọ pin chỉ dừng ở khoảng 4 đến 10 lần. Nguyên nhân là có phần tiêu thụ cố định không phụ thuộc số lần gửi, như dòng chờ trong lúc ngủ; điều này đồng thời cũng có nghĩa là không đúng khi cho rằng “chỉ cần kéo dài khoảng cách một chút là pin trụ lâu hẳn”. Nếu chọn thiết bị không dây chạy pin, chỉ có một cách là chốt chu kỳ cần thiết trước rồi mới chọn model. Làm ngược thứ tự thì bạn sẽ phải thỏa hiệp chu kỳ theo ràng buộc của model, và cảm biến đó sẽ không còn hoàn thành được mục đích ban đầu.

Ngoài ra, về dải tần cũng có khác biệt trong thực tế. Băng 920 MHz có đặc tính ít bị chen chúc sóng hơn băng 2.4 GHz (Wi-Fi) nên dễ ổn định hơn. Trong nhà máy, băng 2.4 GHz thường đã chật vì Wi-Fi sẵn có, bộ đàm không dây và đủ loại thiết bị vô tuyến, nên khi không dây hóa nhiều điểm ở tầng 1, chọn băng 920 MHz là một phán đoán hợp lý.

Lý do 3: chia phương thức truyền thông thành 2 đến 3 hệ thì rốt cuộc lại rẻ hơn

Từ những điều trên, kim chỉ nam thiết kế rút ra rất rõ ràng.

Tầng 1 dùng không dây (LPWA băng 920 MHz). Tầng 2 dùng Modbus có dây. Tầng 3 xử lý tại edge cục bộ rồi chỉ đẩy kết quả lên. Tầng 4 theo hướng sự kiện, ghi từ phía ứng dụng.

Chia phương thức truyền thông ra thì số chủng loại thiết bị tăng lên nên thoạt nhìn có vẻ chi phí sẽ tăng. Thực tế thì ngược lại. Chương sau sẽ đưa ra con số dự toán, nhưng xin nói trước lý do bằng lời, gồm 2 điểm sau.

Thứ nhất, không còn phải kéo toàn bộ số điểm theo đúng đặc tả của tầng khắt khe nhất. Với cấu hình gom về một mối, edge thu thập tốc độ cao và hệ đi dây có dây vốn chọn cho tầng 3 sẽ bị áp dụng luôn cho cả những điểm ở tầng 1 vốn chỉ cần chu kỳ 1 giây. Chỉ để đọc trạng thái đèn tháp tín hiệu mà phải kéo dây tới tủ điều khiển và gia công tủ. Chi phí kiểu này sẽ đội lên trên toàn bộ số điểm.

Thứ hai, đơn vị mở rộng trong tương lai sẽ nhỏ đi. Với cấu hình đã chia tách, khi muốn tăng 10 điểm ở tầng 1 thì chỉ cần động vào phía gateway LPWA. Nếu gom về một mối thì mỗi lần mở rộng lại phải xem lại thiết kế tải của toàn hệ thống.

Chúng tôi cũng có bài phân tách chi phí IoT nhà máy phát sinh ở lớp nào, theo 5 lớp bao gồm cả mạng, ứng dụng và vận hành chứ không chỉ cảm biến. Nếu muốn nắm bức tranh ngân sách tổng thể trước, xin tham khảo Phân tách chi phí IoT nhà máy theo 5 lớp.

Lắp thêm cảm biến và thiết bị cũ – thứ tự dễ retrofit

Tại các nhà máy ở Thái Lan, chuyện thiết bị chuyển từ Nhật sang hoặc thiết bị mua cũ tại chỗ vẫn đang chạy là điều thường gặp. Bản vẽ tủ điều khiển không còn, nhà sản xuất thiết bị đã ngừng hỗ trợ, thậm chí vốn dĩ không có PLC. Làm thế nào để IoT hóa những thiết bị như vậy là luận điểm xuất hiện thường xuyên nhất trong thực tế.

4 loại tương đối dễ lắp thêm

Bốn loại cảm biến được nêu là tương đối dễ lắp thêm gồm những thứ sau (Yachiyo Solutions).

• Cảm biến dòng điện. Chỉ cần kẹp vào cáp nguồn là phát hiện được trạng thái vận hành.
• Cảm biến rung.
• Cảm biến nhiệt độ.
• Cảm biến ON-OFF.

Trong số này, tính chất “chỉ cần kẹp vào cáp nguồn” của cảm biến dòng điện là yếu tố mang tính quyết định trong retrofit. Không động vào bên trong thiết bị, không động vào mạch điều khiển, không động vào phạm vi bảo hành của nhà sản xuất thiết bị, mà vẫn lấy được thông tin “có đang chạy hay không”. Không có bản vẽ cũng được, nhà sản xuất đã ngừng hỗ trợ cũng được, chỉ cần có cáp nguồn là thành lập.

Do đó, nước đi đầu tiên trong việc IoT hóa thiết bị cũ gần như luôn là phán định ON/OFF bằng cảm biến dòng điện. Tới đây bạn đã có dữ liệu của tầng 1, và thấy được đường nét của tỷ lệ vận hành cùng các lần dừng máy ngắn. Sau khi xem kết quả đó rồi mới quyết định có tiến sang tầng 2 hay tầng 3 hay không, như vậy là được.

Phương thức chụp lên đèn tháp tín hiệu sẵn có

Cửa vào dễ dàng thứ hai, sánh ngang với cảm biến dòng điện, là đèn tháp tín hiệu. Như đã nói ở trên, nhiều hãng có thiết bị chụp lên đèn tháp tín hiệu sẵn có để lấy tín hiệu rồi truyền không dây (ví dụ: đèn tháp tín hiệu của công ty PATLITE Corporation và việc thu thập bằng “AirGRID” của chính hãng này).

Điểm mà phương thức đèn tháp tín hiệu vượt trội hơn phương thức cảm biến dòng điện là có thể nhận thẳng trạng thái do chính thiết bị phán định, gồm vận hành bình thường, cảnh báo và bất thường. Với phán định ON/OFF của dòng điện thì chỉ biết được “đang có điện chạy qua”, không phân biệt được là đang dừng vì có cảnh báo hay đang dừng để thay đổi setup. Màu của đèn tháp là kết quả của việc phía thiết bị đã thực hiện sự phân biệt đó rồi.

Ngược lại, điểm yếu của phương thức đèn tháp tín hiệu, như đã nói ở trên, là định nghĩa màu mỗi thiết bị mỗi khác. Chuyện màu vàng của thiết bị này là “cảnh báo” còn màu vàng của thiết bị kia là “đang thay đổi setup” xảy ra như cơm bữa. Khi triển khai, chắc chắn sẽ phát sinh công việc lập danh sách ý nghĩa màu của từng thiết bị. Nếu bỏ qua bước kiểm kê này thì kết quả tổng hợp sẽ không khớp với cảm nhận của hiện trường.

Những thứ khó lắp thêm

Mặt khác, chúng tôi cũng xin nêu rõ những thứ có độ khó lắp thêm cao.

• Lưu lượng kế kiểu cắm trong đường ống. Phải cắt đường ống và phải thu xếp dừng tiện ích. Kiểu siêu âm kẹp ngoài thì không cần dừng, nhưng phải thỏa mãn điều kiện về vật liệu ống và chiều dài đoạn ống thẳng.
• Nhiệt độ và áp suất bên trong thiết bị. Sẽ thành chuyện khoan lỗ trên vỏ máy hoặc trên đường ống, và ảnh hưởng tới bảo hành của nhà sản xuất thiết bị.
• Biến nội bộ của PLC. Chỉ thành lập khi hội đủ 3 điều kiện: cổng truyền thông còn trống, giao thức đó được công bố, và nhà sản xuất thiết bị cho phép kết nối.

Về việc chi phí retrofit nhảy vọt ở đâu, cùng mặt bằng giá theo đời máy và cấu hình của từng thiết bị hiện có, chúng tôi đã tổng hợp trong bài Chi phí retrofit cho thiết bị hiện có. Bạn có thể đối chiếu xem cách phân loại dễ và khó của chương này thể hiện thành số tiền như thế nào.

Dự toán tổng chi phí 5 năm tại nhà máy Thái Lan – phân bổ theo tầng làm tổng chi phí thay đổi ra sao

Chúng tôi xác nhận lại toàn bộ phần thảo luận từ đầu tới đây bằng số tiền. Đây là dự toán về việc với cùng quy mô 30 điểm cảm biến, chỉ thay đổi việc đặt bao nhiêu điểm ở tầng nào, thì tổng chi phí 5 năm dịch chuyển ra sao.

Giả định (toàn bộ tính bằng baht)

• Đơn vị tiền tệ thống nhất là baht Thái (THB). Ở những chỗ cần quy đổi, chúng tôi dùng 1 USD = 33.0 THB và cố định tỷ giá này cho mọi phép tính trong bài.
• Số điểm cảm biến là 30 điểm cho cả hai kịch bản. Thời gian là 5 năm.
• Đơn giá thiết bị là giá trị giả định cho 1 điểm, đã bao gồm thân máy và công lắp đặt tại chỗ. Dưới đây là các giá trị giả định dựa trên kinh nghiệm mua sắm và thi công của chúng tôi, không phải con số dựa trên nguồn bên ngoài. Trong dự án thực tế, chúng sẽ thay đổi theo model và điều kiện hiện trường.
• Để tham khảo, trong các cảm biến rung, nhiệt độ và dòng điện có những sản phẩm giá dưới 50 USD một cái, tức là dưới 1,650 baht. Mức 3,000 baht của CT dòng điện trong bảng dưới là mức đã cộng công lắp đặt lên thân máy thuộc khung giá này. Ngược lại, mức 25,000 baht của rung động là giả định cho gia tốc kế IEPE 3 trục cấp 100 mV/g và 10 kHz cùng với kênh thu thập, thuộc một khung giá khác.

Giả định đơn giá

Giả định đơn giá thiết bị dùng chung: edge thu thập tốc độ cao 120,000 THB một bộ, gateway LPWA 45,000 THB một bộ, thiết lập ban đầu phần mềm thu thập và trực quan hóa 150,000 THB (cố định; nếu phân bổ theo số điểm thì tương đương 5,000 THB cho 1 điểm).

Hai kịch bản được so sánh (ngoài hai kịch bản này không so sánh gì thêm)

Chúng tôi chỉ đặt đúng hai kịch bản phản thực. Khác biệt giữa hai bên chỉ gồm 2 điểm: phân bổ 30 điểm vào tầng nào, và kết quả là gộp truyền thông thành 1 hệ hay chia thành 3 hệ.

Kịch bản A, phân bổ theo catalog

Cách phân bổ chọn dàn hàng ngang từ danh sách chủng loại và đặt bảo trì dự đoán làm mục đích chính. Rung động 12 điểm, nhiệt độ độ ẩm 6 điểm, công tơ điện 4 điểm, đèn tháp tín hiệu 4 điểm, lưu lượng kế 4 điểm. Vì tư tưởng là gom việc thu thập về một nền tảng tốc độ cao duy nhất nên đèn tháp tín hiệu cũng được thiết kế lấy bằng I/O có dây từ tủ điện chứ không phải không dây, và cả 30 điểm đều là có dây. Bộ lấy tín hiệu kiểu chụp lên đèn tháp tín hiệu được giả định là bản I/O có dây với cùng đơn giá.

Kịch bản B, phân bổ theo chu kỳ

Cách phân bổ tính ngược từ chu kỳ nghiệp vụ. Đèn tháp tín hiệu 10 điểm, CT dòng điện 6 điểm, công tơ điện 6 điểm, lưu lượng kế 2 điểm, rung động 3 điểm, nhiệt độ độ ẩm 3 điểm. Truyền thông chia thành 3 hệ: 19 điểm gồm đèn tháp tín hiệu, CT dòng điện và nhiệt độ độ ẩm đi LPWA; 8 điểm gồm công tơ điện và lưu lượng kế đi Modbus có dây; 3 điểm rung động nối thẳng vào edge tốc độ cao chuyên dụng. Chỉ có 11 điểm là có dây. Ngoài ra, 8 điểm Modbus được giả định là thu vào các kênh còn trống của edge thu thập tốc độ cao vốn đưa vào cho rung động, nên không tính riêng thiết bị thu thập chuyên dụng.

Bài dự toán này không xử lý phương án trung gian nào khác ngoài hai kịch bản trên. Ngoài ra, khoản hiệu quả nói ở phần sau chỉ được tính cho tầng năng lượng của kịch bản B, còn việc so sánh giữa hai kịch bản chỉ thực hiện trên chi phí. Nếu đặt hiệu quả riêng cho từng kịch bản thì phép so sánh sẽ bị vẩn đục và trở thành mầm mống của việc tính trùng.

Xin lưu ý thêm, phản thực dùng cho số năm hoàn vốn là “giữ nguyên hiện trạng, tức không đo lường tầng năng lượng”, chứ không phải so với kịch bản A. Xin đọc phép so sánh chi phí (A với B) và phép so sánh số năm hoàn vốn (giữ nguyên hiện trạng với đầu tư vào tầng năng lượng) như hai phép đối chiếu riêng biệt.

Chi phí ban đầu

Chi phí hằng năm và tổng 5 năm

Chênh lệch là 627,500 baht. Kịch bản A gấp khoảng 1.49 lần kịch bản B, nói ngược lại, tổng chi phí của kịch bản B thấp hơn kịch bản A khoảng 32.7%. Vẫn 30 điểm đó, vẫn nhà máy đó, chỉ khác nhau ở cách phân bổ và thiết kế truyền thông.

Kiểm tra lại phép tính

Chúng tôi xác nhận toàn bộ con số đã đưa ra trong các bảng bằng phép chia và phép cộng.

• Tạm tính thiết bị A: 300,000 + 15,000 + 48,000 + 14,000 + 72,000 = 449,000 (số điểm 12 + 6 + 4 + 4 + 4 = 30)
• Tạm tính thiết bị B: 35,000 + 18,000 + 72,000 + 36,000 + 75,000 + 7,500 = 243,500 (số điểm 10 + 6 + 6 + 2 + 3 + 3 = 30)
• Tạm tính hạ tầng A: 240,000 + 240,000 + 150,000 = 630,000
• Tạm tính hạ tầng B: 90,000 + 88,000 + 120,000 + 150,000 = 448,000
• Tính nhất quán của khoản cộng thêm cho điểm có dây: A = 30 điểm × 8,000 = 240,000 / B = 11 điểm × 8,000 = 88,000 (điểm có dây của B gồm công tơ điện 6, lưu lượng kế 2 và rung động 3, tổng 11 điểm)
• Ban đầu A: 449,000 + 630,000 = 1,079,000 / Ban đầu B: 243,500 + 448,000 = 691,500
• Hằng năm A: 96,000 + 60,000 + 12,000 = 168,000 / Hằng năm B: 72,000 + 30,000 + 12,000 + 6,000 = 120,000
• Tổng 5 năm A: 1,079,000 + 168,000 × 5 = 1,079,000 + 840,000 = 1,919,000
• Tổng 5 năm B: 691,500 + 120,000 × 5 = 691,500 + 600,000 = 1,291,500
• Chi tiết của chênh lệch: chênh chi phí ban đầu 387,500 + chênh chi phí hằng năm 48,000 × 5 (= 240,000) = 627,500 (khớp với chênh lệch tổng 5 năm 1,919,000 – 1,291,500 = 627,500)
• Cho 1 điểm: 1,919,000 ÷ 30 = 63,966.67 / 1,291,500 ÷ 30 = 43,050
• Tỷ lệ: 1,919,000 ÷ 1,291,500 = 1.4859 (khoảng 1.49 lần) / tỷ lệ giảm: 627,500 ÷ 1,919,000 = 32.7%

Chỉ tính một khoản hiệu quả duy nhất (dịch chuyển phụ tải điện khỏi giờ cao điểm)

Từ đây là phần dễ xảy ra sự cố nhất trong loại dự toán này. Chất chồng nhiều khoản hiệu quả thì gần như chắc chắn sẽ thành tính trùng. Trong dự toán này chúng tôi chỉ tính đúng một khoản hiệu quả. (1 unit trong cách nói về giá điện Thái Lan là 1 kWh. Từ đây, baht mỗi unit và baht mỗi kWh được dùng với cùng một nghĩa.)

Cùng xác nhận giá điện của Thái Lan. Giá điện bình quân giai đoạn tháng 5 đến tháng 8 năm 2026 là 3.95 baht mỗi unit (giá nền 3.78 baht cộng Ft 16.23 satang tức 0.1623 baht, chưa gồm VAT). Cộng lại cho chắc thì 3.78 + 0.1623 = 3.9423, có chênh lệch nhỏ so với mức bình quân 3.95 baht được công bố, nhưng đó là do cơ cấu tỷ trọng của các nhóm giá và cách làm tròn, không phải chuyện sai bậc số. Ft do Ủy ban Điều tiết Năng lượng (ERC) điều chỉnh 4 tháng một lần.

Với nhà máy ký hợp đồng TOU dạng hộ tiêu thụ lớn thì Off-Peak là 3.80 baht mỗi unit và On-Peak là 5.27 baht mỗi unit. Chênh lệch này là 1.47 baht mỗi unit (5.27 – 3.80), và On-Peak bằng khoảng 1.39 lần Off-Peak.

Khoản hiệu quả được tính chỉ là phần chênh lệch đơn giá này.

Giả định (đặt tạm, không phải sự thật): giả sử nhờ 6 điểm công tơ điện và 2 điểm lưu lượng kế của kịch bản B mà xác định được phụ tải nào đang bám vào khung On-Peak, và dịch được phần vận hành nạp của máy nén khí, phần làm lạnh trước của điều hòa cùng một phần vận hành thiết bị phụ trợ, tương đương 8,000 kWh mỗi tháng, sang khung Off-Peak. Với nhà máy tiêu thụ 200,000 kWh mỗi tháng thì lượng dịch chuyển này tương đương 4% tổng lượng.

Khoản hiệu quả hằng năm = 8,000 kWh mỗi tháng × 12 tháng × 1.47 baht mỗi kWh = 96,000 kWh × 1.47 = 141,120 baht mỗi năm

Khoản đầu tư tương ứng với hiệu quả này không phải là toàn bộ 30 điểm của kịch bản B. Chỉ là 8 điểm của tầng năng lượng. Tách riêng ra thì như sau.

Số năm hoàn vốn = 212,000 ÷ 141,120 = khoảng 1.50 năm

Kiểm tra lại. 72,000 + 36,000 + 64,000 + 40,000 = 212,000. 141,120 × 1.5 = 211,680. Phần dư 320 baht chia cho khoản hiệu quả hằng năm được 0.0023 năm, nên tổng cộng là 1.5023 năm. Đơn giá phân bổ là 150,000 ÷ 30 = 5,000 baht cho 1 điểm, 8 điểm là 40,000 baht. Tất cả đều nhất quán.

Phép chia không được làm và những con số không thể đặt ra

Nếu lấy toàn bộ chi phí ban đầu của kịch bản B chia cho khoản hiệu quả ở trên thì được 691,500 ÷ 141,120 = khoảng 4.90 năm. Con số 4.90 năm này không được dùng. Vì tử số, tức khoản đầu tư cho 30 điểm, và mẫu số, tức hiệu quả chỉ của 8 điểm thuộc tầng năng lượng, không tương ứng với nhau.

Nếu sai lầm này xảy ra trong tờ trình nội bộ thì nó còn tác động theo chiều ngược lại. Phán đoán kiểu “mất tới 4.9 năm thì thôi khỏi làm” sẽ dẫn tới việc bác bỏ một khoản đầu tư vốn hoàn vốn trong 1.5 năm nếu chỉ nhìn riêng tầng năng lượng, chỉ vì bắt nó gánh thêm chi phí của các tầng khác. Khi tính số năm hoàn vốn, xin nhất định chỉ đặt khoản đầu tư đang tạo ra hiệu quả đó vào tử số.

Vậy hiệu quả của các tầng còn lại thì xử lý thế nào? Không đặt được. Dưới đây chúng tôi xin viết một cách thẳng thắn.

• Hiệu quả của tầng 1 (đèn tháp tín hiệu 10 điểm và CT dòng điện 6 điểm, tổng 16 điểm): là phần thời gian sản xuất được phục hồi nhờ giảm các lần dừng máy ngắn. Để quy ra tiền thì cần 2 thứ: tổng thời gian dừng máy ngắn hiện tại, và mức đóng góp lợi nhuận gộp trên 1 giờ. Cái thứ nhất thì chưa đo sẽ chưa biết được (đương nhiên, vì chính vì để đo mà ta lắp 16 điểm này), còn cái thứ hai thì biến động theo cơ cấu sản phẩm và tình hình đơn hàng. Vì vậy không thể đặt ra con số tiền trước khi triển khai. Con số đặt ra sẽ chỉ là việc nhân một khoản hiệu quả với một giả định không có căn cứ.
• Hiệu quả của tầng 3 (rung động 3 điểm): là khoản tránh được nhờ không bị dừng máy đột xuất. Nó được tính bằng xác suất phát sinh hằng năm nhân với mức thiệt hại mỗi lần, nhưng xác suất phát sinh chỉ có thể rút ra từ lịch sử hư hỏng trong quá khứ của chính công ty, và với số điểm chỉ là 3 thì không đủ làm mẫu số có ý nghĩa thống kê. Vậy nên cái này cũng không đặt được.
• Hiệu quả của tầng 4 (nhiệt độ độ ẩm 3 điểm): là việc giảm số giờ công xử lý khiếu nại chất lượng, và việc đáp ứng yêu cầu về truy xuất nguồn gốc. Cái trước phụ thuộc tần suất phát sinh, còn cái sau thì nhiều khi vốn dĩ không phải hiệu quả bằng tiền mà là điều kiện để duy trì giao dịch. Nó không hợp để quy ra tiền.

Việc viết rằng hiệu quả của tầng 1, tầng 3 và tầng 4 là “không đặt được” không có nghĩa là chúng vô giá trị. Tầng 1, trong dự toán này, có quy mô đầu tư nhỏ với 16 điểm và chi phí thiết bị 53,000 baht, đồng thời là tầng làm thay đổi hành vi của hiện trường nhanh nhất. Chỉ là không có cách nào đặt ra khoản hiệu quả đó bằng tiền trước khi triển khai mà thôi. Trong tờ trình, cách viết trung thực nhất và dễ được duyệt nhất là định vị tầng 1 như “chi phí để lấy dữ liệu thực đo cần thiết cho quyết định đầu tư vào tầng 2 và tầng 3, chứ không phải hiệu quả bằng tiền”.

Ba thiết kế để đưa việc trực quan hóa hiện trường sản xuất về trạng thái “quyết được”

Sau khi đã thiết kế xong việc phân tầng cảm biến, cuối cùng hãy thiết kế phía vận hành. Thiếu phần này thì dù chu kỳ có đúng, mọi thứ vẫn quay lại trạng thái “đo được nhưng không quyết được gì” đã viết ở đầu bài.

Thiết kế 1: viết ra giấy người ra quyết định và chu kỳ nghiệp vụ, trước khi chọn cảm biến

Với mỗi cảm biến, hãy kiểm tra xem bạn có viết được 3 điều sau, mỗi điều một dòng, hay không.

1. Ai là người xem con số này (ở mức chức danh và tên người)
2. Xem lúc nào (họp đầu ca mỗi sáng, lúc giao ca, họp hằng tuần, khi có bất thường)
3. Nếu xảy ra chuyện gì thì làm gì

Cảm biến nào không đủ cả 3 điều thì tại thời điểm đó chưa đưa vào. Đây không phải cái cớ để cắt bớt số điểm, mà là thủ tục để quyết định chu kỳ. Nếu là “xem lúc giao ca” thì chu kỳ 8 giờ là đủ, và ngay khoảnh khắc đó ta xác định được rằng tầng 2 là đã đủ. Nếu là “xem khi có bất thường” thì chủ đề không còn là chu kỳ mà là thiết kế cảnh báo.

Thiết kế 2: quyết định hành động trước, chứ không phải ngưỡng

Trong công việc thiết lập hệ thống trực quan hóa, thứ tốn nhiều thời gian nhất là cài đặt ngưỡng. Và đây cũng chính là chỗ dễ trở thành lãng phí nhất.

Lý do là dù có quyết định ngưỡng, nếu hành động khi vượt ngưỡng chưa được quyết định thì cảnh báo sẽ dần bị bỏ qua. Cảnh báo bị bỏ qua thì chỉ vài tuần sau sẽ thành “ồn quá, tắt đi”.

Hãy đảo ngược thứ tự. Quyết định trước hành động “nếu thiết bị này dừng 30 phút thì gọi tổ trưởng bảo trì”. Khi đó, ngưỡng tự động được xác định là “dừng liên tục 30 phút”. Vì hành động đã được quyết định nên cảnh báo sẽ không bị bỏ qua.

Thiết kế 3: bắt đầu từ 30 điểm, xem số liệu thực đo rồi mới tăng

Việc bài viết này dựng dự toán ở mức 30 điểm là có lý do. 30 điểm là cấu hình tối thiểu mang tính thực dụng, đủ để tầng 1 cho thấy đường nét của chuyền, tầng 2 cho biết cơ cấu tiêu thụ tiện ích, tầng 3 giữ được riêng thiết bị quan trọng nhất, và tầng 4 bảo đảm được cửa vào cho hồ sơ chất lượng.

Và điều quan trọng là dữ liệu thực đo thu được sau khi lắp 30 điểm này sẽ trở thành căn cứ cho quyết định đầu tư tiếp theo. Tổng thời gian dừng máy ngắn mà chương trước viết là “không đặt được” sẽ nằm sẵn trong tay bạn dưới dạng giá trị thực đo, 3 tháng sau khi lắp 16 điểm của tầng 1. Chỉ khi đó bạn mới tính được số năm hoàn vốn cho khoản đầu tư bổ sung vào tầng 2 hay tầng 3, với một mẫu số có căn cứ.

Nếu ngay từ đầu đã định thiết kế 100 điểm thì bạn sẽ phải ghi khoản hiệu quả của cả 100 điểm đó vào báo giá mà không có số liệu thực đo. Thứ đó không sụp đổ ở buổi họp phê duyệt, mà sụp đổ 1 năm sau khi vận hành.

Những luận điểm đặc thù của nhà máy tại Thái Lan

Cách đối diện với giá điện và việc điều chỉnh Ft

Mức chênh lệch đơn giá 1.47 baht mỗi kWh dùng ở chương trước không phải là giá trị cố định. Vì giá nền và Ft được ERC xem xét lại 4 tháng một lần nên việc áp một đơn giá duy nhất cho dự toán 5 năm, nói nghiêm ngặt, là một phép xấp xỉ.

Vậy dự toán có vô nghĩa không? Không phải vậy. Bởi thứ quyết định khoản hiệu quả của việc dịch chuyển phụ tải khỏi giờ cao điểm không phải là đơn giá tuyệt đối, mà là chênh lệch đơn giá giữa On-Peak và Off-Peak. Việc điều chỉnh Ft thường tác động lên phía giá nền, còn bản thân cấu trúc phân khung giờ của TOU thì không thường xuyên đảo chiều. Do đó, có thể xem rằng dự toán đặt trên cơ sở chênh lệch đơn giá 1.47 baht tuy có biên độ về độ chính xác của số tiền tuyệt đối, nhưng chiều hướng với tư cách một quyết định đầu tư thì khó thay đổi.

Khuyến nghị trong thực tế của chúng tôi là hiển thị tách riêng lượng tiêu thụ của khung On-Peak và lượng tiêu thụ của khung Off-Peak trên màn hình trực quan hóa của tầng 2. Dù đơn giá có thay đổi, chỉ cần lấy được hai lượng này là có thể cập nhật khoản hiệu quả bằng cách nhân lại với đơn giá tại thời điểm đó. Nếu làm màn hình chỉ hiển thị số tiền thì mỗi lần điều chỉnh đơn giá là việc so sánh với quá khứ lại không thực hiện được.

Môi trường đầu tư và lý do nên bắt tay ngay bây giờ

Đơn xin đầu tư vào BOI Thái Lan năm 2025 đạt khoảng 1.8 nghìn tỷ baht, mức cao nhất từ trước tới nay, và riêng giai đoạn tháng 1 đến tháng 3 năm 2026 đã vượt 1 nghìn tỷ baht. Chính phủ đã đưa ra chủ trương rút ngắn thời gian cấp phép bằng chế độ “fast pass”.

Ảnh hưởng của môi trường này lên IoT nhà máy không thể hiện dưới dạng trợ cấp trực tiếp, mà xuất hiện dưới dạng áp lực lên tốc độ khởi động. Việc khởi động các chuyền mới và chuyền mở rộng càng nhanh thì giá trị của việc nắm được năng lực thực tế của chuyền hiện có bằng con số càng tăng. Nếu lập kế hoạch mở rộng trong khi vẫn chưa trả lời được câu “công đoạn này về lý thuyết là 200 cái mỗi giờ, nhưng thực đo là bao nhiêu cái”, thì sau khi mở rộng bạn sẽ có hai nút thắt cổ chai giống hệt nhau.

Đầu tư vào tầng 1, trong bối cảnh này, là công đoạn đi trước của đầu tư thiết bị. Hãy lấy số liệu thực đo của chuyền hiện có trước cả tờ trình mở rộng. Về thứ tự, đây mới là đúng.

Bảo trì tại chỗ và mua sắm vật tư

Cuối cùng, xin nêu đúng 3 ràng buộc thực tế của việc vận hành tại Thái Lan.

• Có thể giữ tồn kho vật tư dự phòng ngay trong Thái Lan hay không. Nếu việc thay một cảm biến hỏng phải chờ vận chuyển từ Nhật mất 2 tuần thì trong khoảng đó dữ liệu sẽ bị mất. Hãy quyết định trước mức mất dữ liệu chấp nhận được trong năm, rồi theo đó mà quyết định giữ tồn kho vật tư dự phòng trong nước hay chọn model có thời gian mua sắm ngắn.
• Hiệu chuẩn ở đâu. Với gia tốc kế của tầng 3 hay công tơ điện của tầng 2, nếu có tình huống cần khẳng định độ chính xác thì cần có bằng chứng hiệu chuẩn. Model đó có hiệu chuẩn được trong Thái Lan hay không là hạng mục nên xác nhận ngay từ khi lựa chọn.
• Ngôn ngữ của hiện trường. Việc có chuẩn bị màn hình trực quan hóa bằng tiếng Thái hay không có tác động quyết định ở tầng 1. Người nhìn dữ liệu tầng 1 để hành động là công nhân vận hành và tổ trưởng tại hiện trường, nên màn hình chỉ có tiếng Nhật hoặc tiếng Anh sẽ không được dùng. Tầng 2, tầng 3 và tầng 4 do phía quản lý xem nên nhiều khi tiếng Nhật và tiếng Anh là đủ. Yêu cầu về ngôn ngữ của màn hình khác nhau theo từng tầng.

Câu hỏi thường gặp (FAQ)

Cảm biến IoT trong nhà máy có những loại nào?

Các chủng loại tiêu biểu được nêu ra gồm nhiệt độ và độ ẩm, áp suất, đóng mở, độ rọi, gia tốc, cảm biến người, thông tin vị trí, CO2, mực nước, dòng điện và mùi (Sanshin Electronics). Tuy nhiên, chủ ý của bài viết này là đừng chọn từ danh sách chủng loại đó. Xin hãy bắt đầu việc lựa chọn từ độ phân giải thời gian của quyết định mà bạn muốn đưa ra. Khi chia thành 4 tầng gồm giây đến phút (vận hành, dừng máy, số lượng sản xuất), phút đến giờ (năng lượng và tiện ích), mili giây (chẩn đoán thiết bị) và theo sự kiện (chất lượng và truy xuất nguồn gốc), các chủng loại cần thiết sẽ tự động được thu hẹp.

Có thể lắp thêm cảm biến không? Thiết bị cũ có dùng được không?

Được. Tương đối dễ lắp thêm là 4 loại: cảm biến dòng điện, cảm biến rung, cảm biến nhiệt độ và cảm biến ON-OFF (Yachiyo Solutions). Đặc biệt cảm biến dòng điện chỉ cần kẹp vào cáp nguồn là phát hiện được trạng thái vận hành, và hoàn toàn không động vào mạch điều khiển của thiết bị, nên vẫn thành lập với cả những thiết bị không còn bản vẽ hoặc đã hết hỗ trợ từ nhà sản xuất. Thiết bị chụp lên đèn tháp tín hiệu sẵn có để lấy tín hiệu rồi truyền không dây (ví dụ: đèn tháp tín hiệu của công ty PATLITE Corporation và “AirGRID” của chính hãng này) cũng là một cửa vào rất mạnh. Ngược lại, lưu lượng kế kiểu cắm trong đường ống vốn phải cắt ống, hay việc lắp thêm cảm biến nhiệt độ và áp suất bên trong thiết bị vốn phải khoan lỗ, đều có độ khó cao hơn.

Thu thập dữ liệu công tơ điện bằng cách nào?

Dạng cơ bản là đọc công tơ điện đa mạch qua Modbus RTU / TCP hoặc ngõ ra xung, và lấy theo từng feeder của tủ phân phối. Chu kỳ là từ 1 phút đến 15 phút. Với hợp đồng TOU tại Thái Lan, vì đơn giá thay đổi theo khung giờ nên cần độ mịn không bị lấy trung bình vắt qua các khung giờ, và giá trị 15 phút là mức thô nhất chấp nhận được trong thực tế. Về thiết kế số điểm, xin đừng đo ngay từng máy một, mà trước hết hãy chia lớn thành 4 nhóm như điều hòa, máy nén khí, cụm thiết bị sản xuất và khối văn phòng. Chỉ với 4 nhóm này thôi là cuộc thảo luận về dư địa cắt giảm đã bắt đầu. Trên màn hình, nếu hiển thị tách riêng lượng tiêu thụ (kWh) của khung On-Peak và khung Off-Peak thay vì chỉ hiển thị số tiền, thì dù đơn giá thay đổi do điều chỉnh Ft, việc so sánh với quá khứ cũng không bị hỏng.

Làm thế nào để IoT hóa tín hiệu của đèn tháp tín hiệu (PATLITE)?

Cách dùng thiết bị kiểu chụp lên đèn tháp tín hiệu sẵn có là lựa chọn ít ảnh hưởng tới thiết bị nhất. Với đèn tháp tín hiệu của công ty PATLITE Corporation, cấu hình thu thập tín hiệu bằng “AirGRID” của chính hãng này để nắm bắt tình trạng vận hành của nhiều thiết bị theo thời gian thực đang được cung cấp dưới dạng sản phẩm. Có một việc nhất định phải làm khi triển khai, đó là kiểm kê ý nghĩa màu của từng thiết bị. Chuyện màu vàng của thiết bị này là “cảnh báo” còn màu vàng của thiết bị kia là “đang thay đổi setup” thực sự có xảy ra. Nếu bỏ qua việc lập danh sách này thì tỷ lệ vận hành tổng hợp được sẽ không khớp với cảm nhận của hiện trường. Ngoài ra, vì chỉ với đèn tháp tín hiệu thì không phân biệt được chạy không tải với vận hành thực, chúng tôi khuyến nghị kết hợp thêm việc đếm số lượng sản xuất bằng cảm biến quang điện hoặc tín hiệu hoàn thành.

Nên chọn cảm biến rung như thế nào?

Trước hết xin hãy phân tách đâu là thiết bị chỉ cần giám sát theo ngưỡng và đâu là thiết bị cần tới cả phân tích dạng sóng. Nếu thuộc nhóm sau, chuẩn của ngành cho mục đích bảo trì dự đoán là gia tốc kế kiểu IEPE 3 trục, với độ nhạy 100 mV/g và dải tần từ 10 Hz đến 10 kHz được xem là mức đủ để bao phủ các tần số khuyết tật của ổ trục, còn để phát hiện hư hỏng ổ trục ở giai đoạn đầu thì cần tốc độ lấy mẫu từ 10 kHz trở lên. Khung đánh giá là bộ ISO 20816, trong đó ISO 20816-1:2016 thay thế ISO 10816-1:1995 và tích hợp bộ 10816 (phần không quay) với bộ 7919 (trục quay). Đây là phương thức đánh giá vận tốc rung tổng thể (mm/s RMS) đo gần vỏ ổ trục theo 4 vùng từ A đến D, và ISO 20816-3:2022 áp dụng cho máy công nghiệp có công suất định mức trên 15 kW, tốc độ quay từ 120 đến 30,000 r/min. Xin lưu ý, trong các cảm biến rung, nhiệt độ và dòng điện cũng có sản phẩm giá dưới 50 USD một cái, nhưng ở khung giá này nhiều sản phẩm được thiết kế để tự tính giá trị RMS bên trong rồi mới gửi đi, nên không dùng được cho phân tích dạng sóng. Xin hãy xác nhận ở cấp mã sản phẩm về độ nhạy, dải tần, tốc độ lấy mẫu và khả năng lấy ra dạng sóng thô.

Nên bắt đầu giám sát lượng nước sử dụng từ đâu?

Xin hãy bắt đầu từ giám sát lưu lượng tối thiểu ban đêm, trước cả quản lý suất tiêu hao. Lượng nước vẫn chảy trong khung giờ không sản xuất chính là rò rỉ hoặc là ai đó để vòi mở. Chu kỳ cần thiết chỉ khoảng 1 giờ, khá thoải mái, và có thể bắt đầu từ 1 điểm cảm biến. Nếu đồng hồ nước sẵn có đã có ngõ ra xung thì chỉ cần lắp thêm bộ phát xung là xong, còn nếu không có thì cân nhắc kiểu siêu âm kẹp ngoài đo từ bên ngoài đường ống. Kiểu kẹp ngoài lắp được mà không cần cắt ống, nhưng có điều kiện về vật liệu ống và chiều dài đoạn ống thẳng ở thượng lưu và hạ lưu, nên việc kiểm tra tình trạng đường ống tại hiện trường phải làm trước. Cùng cách nghĩ đó cũng áp dụng cho khí nén, khi lưu lượng trong khung giờ không vận hành chính là lượng rò rỉ khí. Vì khí nén còn xuất hiện dưới dạng điện năng tiêu thụ của máy nén khí, nên khi kết hợp với thu thập dữ liệu công tơ điện thì việc khoanh vùng nguyên nhân sẽ nhanh hơn.

LPWA và Wi-Fi, nên chọn cái nào?

Xin hãy quyết định bằng chu kỳ gửi tin. Với LPWA như LoRaWAN, tần suất gửi tin ảnh hưởng lớn đến tuổi thọ pin: cùng một cấu hình, gửi mỗi 10 phút thì dùng được 8 đến 10 năm, nhưng gửi mỗi 30 giây thì rút ngắn còn khoảng 1 đến 2 năm. Xét trên 5 năm vận hành, với khoảng cách 10 phút thì không phát sinh việc thay pin, còn với khoảng cách 30 giây thì cần thay toàn bộ số điểm 2 đến 4 lần. Nếu đã không dây hóa 19 điểm thì đó là công việc thay pin cho tổng cộng 38 đến 76 lượt điểm. Ngoài ra, băng 920 MHz ít bị chen chúc sóng hơn băng 2.4 GHz (Wi-Fi) và dễ ổn định hơn, nên khi không dây hóa nhiều điểm trong nhà máy thì băng 920 MHz có lợi thế. Mặt khác, tầng 3 vốn xử lý dạng sóng ở cấp mili giây thì ngay từ đầu đã không phải là đối tượng để đặt lên thiết bị không dây chạy pin. Xin hãy đi dây nối thẳng vào edge cục bộ.

Tổng kết

Cảm biến IoT trong nhà máy không phải là thứ để chọn theo chủng loại. Nó được quyết định bởi độ phân giải thời gian của quyết định mà bạn muốn đưa ra, và bởi chu kỳ nghiệp vụ mà quyết định đó vận hành theo.

Chúng tôi xin sắp xếp các ý chính của bài viết thành 5 điểm.

1. Thứ tự lựa chọn cảm biến là chu kỳ nghiệp vụ, độ phân giải thời gian của quyết định, chu kỳ, phương thức truyền thông, rồi mới tới chủng loại cảm biến. Danh sách chủng loại trong catalog nằm ở cuối cùng của chuỗi này. Nếu vào theo thứ tự ngược lại, bạn sẽ có một hệ thống trực quan hóa kiểu đo được nhưng không quyết được gì.
2. Bốn tầng thời gian nên được thiết kế như những hệ thống riêng biệt. Giây đến phút (vận hành, dừng máy, số lượng sản xuất), phút đến giờ (năng lượng và tiện ích), mili giây (chẩn đoán thiết bị), theo sự kiện (chất lượng và truy xuất nguồn gốc). Thiết bị được yêu cầu, phương thức truyền thông và chiến lược lưu trữ đều khác nhau.
3. Dồn tất cả lên một gateway và một phương thức truyền thông sẽ đổ vỡ. Giữa rung động 3 trục ở 10 kHz và đèn tháp tín hiệu chu kỳ 1 giây, lượng dữ liệu phải xử lý chênh nhau khoảng 3,000 lần trên 1 điểm, còn giữa hai cấu hình nêu ở trên thì chênh khoảng 3,600 lần. Tuổi thọ pin của LPWA dịch chuyển khoảng 4 đến 10 lần theo khoảng cách gửi tin. Chia truyền thông thành 2 đến 3 hệ thì rốt cuộc lại rẻ hơn và cũng dễ mở rộng hơn.
4. Cùng là 30 điểm, nhưng cách phân bổ theo tầng và thiết kế truyền thông làm tổng chi phí 5 năm dịch chuyển khoảng 1.49 lần. Trong dự toán của bài viết này, phân bổ theo catalog là 1,919,000 baht, còn phân bổ theo chu kỳ là 1,291,500 baht. Chênh lệch là 627,500 baht.
5. Chỉ đặt vào tử số khoản đầu tư đang tạo ra chính khoản hiệu quả đó. Với việc dịch chuyển phụ tải điện khỏi giờ cao điểm, đối ứng với 212,000 baht của 8 điểm thuộc tầng năng lượng là 141,120 baht mỗi năm, hoàn vốn khoảng 1.50 năm. Con số 4.90 năm có được khi lấy toàn bộ 691,500 baht của kịch bản B chia cho cùng khoản hiệu quả đó là con số có tử số và mẫu số không tương ứng, và không được dùng. Còn khoản hiệu quả của tầng giây đến phút và tầng chẩn đoán thiết bị thì không đặt được khi chưa có số liệu thực đo. Viết rằng không đặt được lại giúp tờ trình dễ được duyệt hơn.

Trước khi quyết định chọn cảm biến nào, hãy thử xem bạn có viết được trong một dòng rằng “ai xem con số này, xem lúc nào, và nếu xảy ra chuyện gì thì làm gì” hay không. Nếu có hạng mục nào bị nghẽn ở đây thì đó không phải chỗ cần cắt bớt số điểm, mà là chỗ cần làm lại cuộc thảo luận về chu kỳ.

TOMAS TECH đặt trụ sở tại Bangkok, Thái Lan, chuyên tích hợp hệ thống IT/OT nhà máy, quản lý sản xuất, IoT và tự động hóa cho các doanh nghiệp sản xuất Nhật Bản. Chúng tôi nhận được rất nhiều trao đổi từ những hiện trường có nhiều thiết bị cũ và thiếu bản vẽ, những hiện trường đang trộn lẫn nhiều phương thức truyền thông, và những hiện trường đã đưa hệ thống trực quan hóa vào nhưng không được sử dụng. Bạn hoàn toàn có thể trao đổi với chúng tôi ngay từ bước sắp xếp chu kỳ và chu kỳ nghiệp vụ, tức là giai đoạn trước khi quyết định chủng loại cảm biến. Nếu bạn cho chúng tôi biết danh mục thiết bị hiện có và quyết định nào đang khiến bạn vướng mắc, chúng tôi sẽ hỗ trợ sắp xếp xem nên bắt tay từ tầng nào. Xin liên hệ với chúng tôi tại đây.