Luận văn Thạc sĩ Khoa học kỹ thuật: Nghiên cứu, sử dụng công nghệ PLC để thiết kế bộ điểu khiển thiết bị điện ứng dụng tại trường cao đẳng nghề cơ điện và xây dựng Bắc Ninh

Chia sẻ: Thị Huyền | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:127

Thêm vào BST

Báo xấu

176
lượt xem 39
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn Thạc sĩ Khoa học kỹ thuật: Nghiên cứu, sử dụng công nghệ PLC để thiết kế bộ điểu khiển thiết bị điện ứng dụng tại trường Cao đẳng nghề Cơ điện và Xây dựng Bắc Ninh nhằm mục tiêu thiết kế bộ điều khiển thiết bị điện cho từng phòng học cũng như phòng làm việc để quản lý việc sử dụng điện năng hợp lý hơn. Mời các bạn cùng tìm hiểu và tham khảo nội dung thông tin tài liệu.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học kỹ thuật: Nghiên cứu, sử dụng công nghệ PLC để thiết kế bộ điểu khiển thiết bị điện ứng dụng tại trường cao đẳng nghề cơ điện và xây dựng Bắc Ninh

i ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH : KĨ THUẬT ĐIỆN TỬ TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU, SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ PLC ĐỂ THIẾT KẾ BỘ ĐIỂU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN ỨNG DỤNG TẠI TRƢỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ CƠ ĐIỆN VÀ XÂY DỰNG BẮC NINH CHUYÊN NGÀNH : KĨ THUẬT ĐIỆN TỬ HỌC VIÊN : HOÀNG THU HÀ LỚP : KTĐT-K13 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
ii LỜI CAM ĐOAN Tên tôi là: Hoàng Thu Hà Học viên lớp: Cao học khoá 13 - Kỹ thuật điện tử - Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp – Đại học Thái Nguyên Xin cam đoan đề tài: “Nghiên cứu, sử dụng công nghệ PLC để thiết kế bộ điều khiển thiết bị điện ứng dụng tại trƣờng CĐN cơ điện và xây dựng Bắc Ninh” được sự hướng dẫn của PGS.TS. Nguyễn Thanh Hà là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Tất cả số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực, đúng như trong đề cương và chưa từng được ai công bố. Các tài liệu tham khảo đều có nguồn gốc, xuất xứ rõ ràng. Thái Nguyên, ngày 20 tháng 11 năm 2012 Học viên Hoàng Thu Hà Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
iii LỜI CẢM ƠN Trong suốt quá trình học tập và làm luận văn tốt nghiệp, tôi đã nhận được sự giúp đỡ tận tình của các thầy giáo, cô giáo trong bộ môn Điện tử viễn thông - Khoa Điện tử - Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp – Đại học Thái Nguyên. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến với các thầy giáo, cô giáo trong khoa và khoa Sau đại học vì sự giúp đỡ tận tình này. Tôi đặc biệt cảm ơn thầy giáo PGS.TS. Nguyễn Thanh Hà đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn tôi trong thời gian thực hiện đề tài này. Tôi xin cảm ơn sự giúp đỡ, động viên của gia đình, bạn bè, đồng nghiệp trong suốt thời gian qua. Mặc dù đã cố gắng , song do điều kiện thời gian và kinh nghiệm thực tế của bản thân còn ít, cho nên đề tài không thể tránh khỏi thiếu sót. Vì vậy, tôi rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy giáo, cô giáo và các bạn đồng nghiệp. Tôi xin chân thành cảm ơn! Tác giả luận văn Hoàng Thu Hà Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
iv MỤC LỤC Nội dung Trang Lời cam đoan………………………………………………………… i Lời cảm ơn……………………………………………………………. ii Mục lục……………………………………………………………….. iii Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt………………………………… viii Danh mục các bảng biểu……………………………………………… xi Danh mục các hình vẽ………………………………………………... xii Lời nói đầu……………………………………………………………. xvi Chương 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ PLC 1.1 Lịch sử phát triển công nghệ PLC.................................................................... 1 1.1.1 Khái niệm PLC. .......................................................................................... 1 1.1.2. Một số thành tựu đạt được của PLC ......................................................... 5 1.1.3. Phân loại công nghệ ................................................................................. 6 1.1.3.1. Phân loại theo mức điện áp ................................................................ 6 1.1.3.2. Phân loại theo tốc độ bít .................................................................... 7 1.1.3.3. Phân loai theo phạm vi ....................................................................... 7 1.1.3.4. Phân loại theo phương thức điều chế................................................. 8 1.2. Nguyên lý cơ bản và sơ đồ khối của hệ thống truyền thông tin trên đường cáp điện lực ................................................................................................................... 9 1.2.1. Nguyên lý cơ bản của hệ thống ................................................................ 9 1.2.2. Sơ đồ khối của hệ thống. ......................................................................... 10 1.2.2.1. Khối cách ly (Power Line Isolation) ................................................ 10 1.2.2.2. Khối điều chế tín hiệu (Signal Modulation) .................................... 11 1.2.2.3 . Khuếch đại của bộ phát và bộ thu (Signal Amplification) ........... 11 1.2.2.4. Khối giải điều chế tín hiệu (Signal Demodulation) ........................ 11 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
v 1.3. Các giao thức truyền thông qua đường dây điện lực .................................... 11 1.3.1. X10 .......................................................................................................... 12 1.3.2.Lonwork ................................................................................................... 13 1.3.3. CEBus ..................................................................................................... 14 1.3.4. HomePlug ................................................................................................ 16 1.4. Một số ứng dụng thực tiễn của PLC ............................................................. 17 1.4.1. Ứng dụng trong các hệ thống quản lý, giám sát lưới điện và công tơ. ... 18 1.4.2. Truyền thông đường dài tốc độ cao ........................................................ 18 1.4.3. Mạng truy cập Internet sử dụng công nghệ PLC .................................... 19 1.4.4. Ứng dụng trong gia đình – Intelligent home ........................................... 19 1.5. Kết luận chương ............................................................................................ 20 Chương 2 MỘT SỐ KỸ THUẬT TRIỂN KHAI TRÊN HỆ THỐNG PLC 2.1. Đặc tính kênh truyền đường cáp điện ........................................................... 24 2.1.1. Sự giới hạn băng thông ........................................................................... 25 2.1.2. Nhiễu trên đường cáp điện ...................................................................... 26 2.1.2.1. Nhiễu tần số 50Hz. ........................................................................... 27 2.1.2.2. Nhiễu xung đột biến. ......................................................................... 27 2.1.2.3. Nhiễu xung tuần hoàn....................................................................... 27 2.1.2.4. Nhiễu xung kéo dài ........................................................................... 28 2.1.2.5. Nhiễu chu kỳ không đồng bộ ............................................................ 29 2.1.2.6. Nhiễu sóng radio .............................................................................. 29 2.1.2.7. Nhiễu nền .......................................................................................... 29 2.1.3. Trở kháng đường truyền và sự phối hợp trở kháng…………………….29 2.1.4. Suy hao trên lưới điện ............................................................................. 30 2.1.5. Hiện tượng sóng dừng ............................................................................. 31 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
vi 2.1.6 Sự phát xạ sóng điện từ và khả năng gây nhiễu ....................................... 32 2.2. Ghép nối với lưới điện – xử lý tín hiệu ......................................................... 33 2.2.1. Mạch ghép tín hiệu .................................................................................. 33 2.2.1.1. Mạch ghép dung kháng C ................................................................. 34 2.2.1.2 Mạch ghép kết hợp cảm kháng và dung kháng L-C .......................... 36 2.2.1.3. Mạch phối ghép R-L-C phức tạp ...................................................... 37 2.2.2. Các bộ lọc tương tự ................................................................................. 37 2.2.2.1. Mạch lọc RC ..................................................................................... 37 2.2.2.2. Mạch lọc LC ..................................................................................... 38 2.2.2.3 Các mạch lọc bậc cao khác ............................................................... 39 2.3. Các phương thức mã hóa............................................................................... 40 2.3.1 Mã xoắn .................................................................................................... 40 2.3.2. Mã Reed – Solomon ................................................................................ 44 2.4. Các phương thức điều chế tín hiệu................................................................ 48 2.4.1 Tổng quan về kỹ thuật điều chế trong viễn thông. .................................. 48 2.4.2 Điều chế dạng khoá dịch biên độ ASK. .................................................. 50 2.4.3 Điều chế dạng khoá dịch tần số FSK. .................................................... 51 2.4.4 Điều chế dạng khoá dịch pha PSK và khoá dịch pha vi phân DPSK..... 52 2.4.5 Các dạng điều chế sử dụng trong viễn thông điện lực. .......................... 53 2.4.5.1 Sử dụng điều chế để giảm xuyên nhiễu. .............................................. 53 2.4.5.2 Sử dụng điều chế đế tăng tốc độ truyền dữ liệu. ................................. 55 2.5. Kỹ thuật trải phổ............................................................................................ 56 2.5.1. Trải phổ dãy trực tiếp .............................................................................. 57 2.5.1.1. Trải phổ dãy trực tiếp kiểu BPSK ................................................... 57 2.5.1.2.Trải phổ dãy trực tiếp kiểu QPSK ..................................................... 61 2.5.2. Trải phổ nhảy tần FH-SS (Frequence Hopping Spread Spectrum) ........ 63 2.6. Công nghệ OFDM ......................................................................................... 64 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
vii 2.6.1. Nguyên tắc cơ bản của OFDM............................................................... 65 2.6.2. Tính trực giao .......................................................................................... 66 2.6.3 Hệ thống OFDM ...................................................................................... 68 2.6.4 Chống nhiễu liên ký hiệu (ISI) bằng cách sử dụng khoảng bảo vệ ........ 70 2.7 Kết luận chương ............................................................................................. 71 Chương 3 ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ PLC THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN 3.1 Giới thiệu........................................................................................................ 72 3.1.1 Lịch sử trường .......................................................................................... 72 3.1.2 Cơ sở hạ tầng của trường ......................................................................... 72 3.1.3 Thực trạng hệ thống điện của nhà trường. ............................................... 73 3.1.3.1 .Các thiết bị điện: .............................................................................. 73 3.1.3.2. Những bất cập của hệ thống điện hiện nay:..................................... 74 3.1.4. Các yêu cầu trong thiết kế ....................................................................... 75 3.2 Modem truyền thông Philip TDA5051 ........................................................... 76 3.2.1. Modem truyền thông trên đường dây điện.............................................. 76 3.2.2. Modem truyền thông Philip TDA5051 ................................................... 77 3.2.3. Kết nối modem Philips TDA5051A ....................................................... 81 3.3. Bộ vi điều khiển PIC16F877 ........................................................................ 82 3.3.1 Giới thiệu về vi điều khiển PIC16F877 .................................................. 82 3.3.2 Mạch điều khiển ....................................................................................... 85 3.3.3 Giao tiếp điều khiển ................................................................................. 87 3.3.4 Lập trình PIC16F877 ............................................................................. 88 3. 4. Mạch nạp PIC16F877 .................................................................................. 90 3.5 Sơ đồ mạch ..................................................................................................... 91 3.5.1 Khối cấp nguồn ........................................................................................ 91 3.5.2. Mạch ghép ............................................................................................... 91 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
viii 3.5.3. Mạch lọc .................................................................................................. 92 3.5.4. Mạch đồng bộ.......................................................................................... 93 3.5.5. Tổng hợp mạch ....................................................................................... 93 3.5.6. Bảng mạch in (PCB – Printed circuir broad) .......................................... 95 3.5.7 Nguyên lý hoạt động của hệ thống.......................................................... 97 3.6 . Các kết quả thu được .................................................................................... 99 3.7 . Kết luận chương ......................................................................................... 100 Kết luận và kiến nghị………………………………………………………… 101 Tài liệu tham khảo…………………………………………………………… 103 Phụ lục 1……………………………………………………………………… 105 Phụ lục 2……………………………………………………………………… 111 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
ix DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT Ký Tiếng Anh Tiếng Việt hiệu ASIC Application Specific Intergrate Circuit Mạch tích hợp ứng dụng đặc biệt AM Amplitude Modulation Điều biên AMR Automated Meter Reading Tự động đọc công tơ AMM Automated Meter Management Tự động quản lý công tơ ASK Amplitude Shift Keying Khóa dịch biên BER Bit Error Rate Tỉ lệ lỗi bit BPSK Binary Phase Shift Keying Khóa dịch pha nhị phân BSC Base Station Control Điều khiển trạm gốc BSK Binary Shift Keying Khoá dịch pha cơ hai BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc CDMA Code Divission Multiplex Access Đa truy nhập phân chia theo mã CEPT Conference of European Posts and Hội nghị về quản lý bưu chính viễn Telecommunication Administrations thông Châu Âu CIS Customer Information Service Dịch vụ thông tin khách hàng DCU Data Concentration Unit Đơn vị tập trung dữ liệu DM Delta Modulation Điều tần DS Direct Sequence Chuỗi trực tiếp DSSS Direct Sequence Spread Spectrum Trải phổ dãy trực tiếp DPSK Differential Phase Shift Keying Khóa dịch pha vi phân EPRI Electrical Power research Institution Viện nghiên cứu điện năng FFH Fast Frequency Hopping Nhảy tần nhanh. FH Frequency Hopping Nhảy tần FHSS Frequency Hopping Spread Spectrum Trải phổ nhảy tần FM Frequency Modulation Điều tần FSK Frequency Shift Keying Khóa dịch tần FDM Frequency Division Multiplexing Đa truy nhập theo tần số FPGA Field Programmable Gate Array Phạm vi có thể lập trình cổng mạng GSM Global System for Mobile Điện thoại di động toàn cầu Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
x communication HCS Host Center Station Trạm máy chủ trung tâm HLR Home Local Register Thanh ghi định vị thường trú HPR High Power Radio Kênh vô tuyến công suất cao IMEI International Mobile Equipment Nhận dạng thiết bị di động quốc tế Identifier IMSI International Mobile Subscriber Nhận dạng thuê bao di động quốc Identifier tế ISDN Intergrated Service Digital Network Mạng số tổ hợp dịch vụ ISI Inter Symbol Interference Nhiễu ISI LAN Local Area Network Mạng khu vực LPR Low Power Radio Kênh vô tuyến công suất thấp MIU Đơn vị giao tiếp đồng hồ Đơn vị giao tiếp đồng hồ . MS Mobile Station Máy di động MSC Mobile Switching Center Trung tâm chuyển mạch di động OFDM Orthogonal Frequency Division Điều chế đa sóng mang Multiplexing PC Personal Computer Máy tính cá nhân PCM Pulse Code Modulation Điều chế xung mã PIN Personal Identification Number Số nhận dạng cá nhân PLC Power Line Communication Truyền thông trên đường cáp điện PLL Phase Locked Loop Vòng khóa pha PLM Power Line Modem Modem điện lực PRBS Pseudo Random Binary Sequence Chuỗi nhị phân giả ngẫu nhiên PSK Phase Shift Keying Khóa dịch pha PSTN Public Switching Telephone Mạng chuyển mạch điện thoại công Netwwork cộng QAM Quadrature Amplitude Modulation Điều chế biên cầu phương Q-PSK Quadrature Phase Shift Keying Khoá dịch pha cầu phương RF Radio Frequency Tần số vô tuyến RMR Remote Meter reading Đọc công tơ từ xa RTU Remote Tranceiver Unit Thiết bị phát từ xa một chiều Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
xi SF Selective Fading Pha định lựa chọn Smart Smart Integrated Metering System Hệ thống đo lường tích hợp thông IMS minh SIM Subscriber Identifier Modul Đơn vị nhận dạng thuê bao SSMA Spread Spectrum Multiple Access Đa truy nhập trải phổ VLR Visitor Local Register Thanh ghi định vị tạm trú WLL Wireless Local Loop Truy nhập không dây nội hạt Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
xii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Quy luật về trạng thái pha của phương pháp điều chế QPSK 62 Bảng 3.1 Mô tả các chân của TDA5051 79 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
xiii DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Hệ thống truyền thông tin trên đường dây điện lực 1 Hình 1.2: Truyền thông tin qua đường dây điện 4 Hình 1.3 Ghép và tách tín hiệu ra khỏi đường dây điện 9 Hình 1.4: Sơ đồ khối của hệ thống 10 Hình 1.5: X10 timing on 60Hz waveform 12 Hình 1.6: X10 packet format 13 Hình 1.7: CEBus spread spectrum chirp 15 Hình 1.8: Ứng dụng PLC trong quản lý điện 18 Hình 1.9: Mạng thông tin PLC 19 Hình 1.10: Mô hình ứng dụng PLC trong gia đình – Intelligent home 19 Hình 2.1: Phổ tần PLC của thông tin nội bộ 24 Hình 2.2: Ví dụ về sự méo tín hiệu trên lưới điện 25 Hình 2.3: Các băng tần trong tiêu chuẩn CENELEC 26 Hình 2.4: Xung nhiễu xuất hiện khi bật đèn 27 Hình 2.5: Nhiễu xung tuần hoàn 28 Hình 2.6: Nhiễu phát ra khi chạy máy hút bụi và phổ tần của nó 28 Hình 2.7: Suy hao trong gia đình tại tần số 130 KHz 31 Hình 2.8: Hiện tượng sóng dừng 31 Hình 2.9: Mạch ghép dung kháng 34 Hình 2.10: Mạch ghép kết hợp LC 36 Hình 2.11: Các mạch lọc RC 38 Hình 2.12: Các mạch lọc LC đơn giản 38 Hình 2.13: Các mạch cộng hưởng LC 38 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
xiv Hình 2.14: Mạch lọc thông dải dùng vi mạch HA17741 39 Hình 2.15: Ví dụ bộ mã hóa mã chập tỷ lệ ½ 40 Hình 2.16: Sơ đồ cây biểu diễn bộ mã hóa mã xoắn ở hình 2.23 41 Hình 2.17: Sơ đồ lưới biểu diễn bộ mã hóa mã xoắn ở hình 2.23 42 Hình 2.18: Sơ đồ lưới giải mã 43 Hình 2.19: Đường sống và kết quả giải mã 44 Hình 2.20: Hệ thống sử dụng mã RS 45 Hình 2.21. Bộ mã hoá Reed-Solomon 46 Hình 2.22. Các dạng tín hiệu được điều chế ASK, PSK, FSK 49 Hình 2.23. Phổ công suất tín hiệu khi điều chế số 50 Hình 2.24: Hiệu suất của một số kĩ thuật điều chế khác nhau trong việc 54 làm giảm nhiễu Hình 2.25: Sơ đồ mô hình hệ thống thông tin trải phổ 56 Hình 2.26: Trải phổ chuỗi trực tiếp DSSS 57 Hình 2.27: Sơ đồ trải phổ trực tiếp kiểu BPSK 59 Hình 2.28: Sơ đồ trải phổ trực tiếp đơn giản 59 Hình 2.29: Sơ đồ giải điều chế trải phổ dạng đơn giản 60 Hình 2.30: Trải phổ dãy trực tiếp điều chế pha 4 mức 62 Hình 2.31: Trải phổ nhảy tần FHSS 64 Hình 2.32: Sơ đồ mô hình hệ thống trải phổ nhảy tần 64 Hình 2.33: Phổ của tín hiệu FDM và OFDM 65 Hình 2.34: a. Tác động của nhiễu đối với hệ thống đơn sóng mang 66 b. Tác động của nhiễu đến hệ thống đa sóng mang Hình 2.35: Phổ của các sóng mang trực giao 67 Hình 2.36: Sơ đồ nguyên lý tạo một ký hiệu OFDM 68 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
xv Hình 2.37: Sơ đồ một hệ thống OFDM 69 Hình 2.38: Ảnh hưởng của ISI 70 Hinh 2.39: Chèn khoảng bảo vệ là khoảng trống 70 Hình 2.40: Chèn khoảng bảo vệ Cyclic prefix 71 Hình 3.1: Sơ đồ khối của TDA5051A 78 Hình 3.2. Sơ đồ chân của TDA5051A 78 Hình 3.3: Quan hệ giữa DATAIN và DATAOUT 80 Hình 3.4: Phổ tín hiệu 81 Hình 3.5: Modem điện Philips TDA5051A 82 Hình 3.6: Hình ảnh PIC16F877 83 Hình 3.7: Sơ đồ chân của PIC16F877 84 Hình 3.8: Sơ đồ mạch của khối điều khiển 86 Hình 3.9 Mạch giao tiếp điều khiển 87 Hình 3.10 Mạch giao tiếp USB 88 Hình 3.11: Sơ đồ hoạt động của vi điều khiển PIC16F877 89 Hình 3.12: Sơ đồ mạch nạp JDM 90 Hình 3.13: Sơ đồ cấp nguồn 91 Hình 3.14: Mạch ghép sử dụng biến áp 92 Hình 3.15: Mạch lọc 92 Hình 3.16: Mạch đồng bộ 93 Hình 3.17: Mạch tổng hợp 94 Hình 3.18. Mạch in Slaver 95 Hình 3.19. Mạch in Maste 95 Hình 3.20 : Mạch thực của các modul PLC 96 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
xvi Hình 3.21 Boar Master 96 Hình 3.22 Boar Slaver 97 Hình 3.23: Sơ đồ tổng quan của hệ thống PLC 98 Hình 3.24: Sơ đồ khối của hệ thống có topology (cấu trúc) hình sao. 98 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
xvii LỜI NÓI ĐẦU Với sự phát triển của khoa học công nghệ thông tin chúng ta đang chứng kiến sự xuất hiện hàng loạt các dịch vụ viễn thông mới đa dạng, an toàn, chất lượng cao đáp ứng nhu cầu truyền thông cho các doanh nghiệp và người tiêu dùng. Như: đo lường điều khiển từ xa, giám sát hoạt động hay điều khiển nhà thông minh.... Cùng với sự phát triển đó, tự động hóa các hệ thống là yêu cầu cấp thiết nhằm giải phóng sức lao động trực tiếp, nâng cao độ an toàn và tiết kiệm năng lượng. Với sự phát triển của khoa học công nghệ, việc trang bị tự động hóa cho các hệ thống mới khá đơn giản. Vấn đề đặt ra là phải cải tiến được (tự động hóa) cho các hệ thống cũ đồng thời phải tận dụng được trang thiết bị sẵn có để tiết kiệm chi phí. Cụ thể, với hệ thống điện của trường CĐN cơ điện và xây dựng BN hiện nay, việc sử dụng điện hoàn toàn phụ thuộc vào ý thức của người sử dụng nên không tránh khỏi lãng phí vô ích đặc biệt là khu vực giảng đường nơi dành cho HS-SV. Để khắc phục các nhược điểm đó, đề tài này này sẽ thiết kế bộ điều khiển thiết bị điện cho từng phòng học cũng như phòng làm việc để quản lý việc sử dụng điện năng hợp lý hơn. Để thực hiện quá trình tự động hóa thì việc truyền thông tin là yêu cầu rất quan trọng. Truyền thông tin đi xa có nhiều phương án như: truyền thông qua đường dây điện thoại, qua đường dây Internet và truyền thông qua đường dây điện lực. Trong đó Công nghệ PLC giúp giảm chi phí đầu tư do tận dụng được hệ thống tải điện sẵn có. Được sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo PGS.TS Nguyễn Thanh Hà Cùng các thầy cô giáo trong Khoa điện tử - trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp – Đại học Thái Nguyên, tôi xin hoàn thành luận văn tốt nghiệp cao học với nội dung: “Nghiên cứu, sử dụng công nghệ PLC để thiết kế bộ điều khiển thiết bị điện ứng dụng tại trƣờng CĐN cơ điện và xây dựng Bắc Ninh “. Đề tài gồm các nội dung chính như sau: Chương 1: Tổng quan về công nghệ PLC – Trình bày nguyên lý cơ bản và sơ đồi khối của một hệ thống thông tin PLC bất kỳ; Chỉ ra các ứng dụng cơ bản của Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
xviii PLC; Phân tích rõ đặc điểm của kênh truyền điện lực với các yếu tố nhiễu và suy hao tác động. trên cơ sở đó chỉ ra những kỹ thuật cải tiến trên PLC như phối ghép lưới điện, mã hóa và điều chế thông tin. Chương 2: Một số kỹ thuật triển khai trên hệ thống PLC- Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến hệ thống PLC; Một số kỹ thuật nhằm làm giảm ảnh hưởng của nhiễu và suy hao tín hiệu đến chất lượng của hệ thống PLC bao gồm phối ghép lưới điện, mã hóa, điều chế, trải phổ… Chương 3: Thiết kế bộ điều khiển thiết bị điện sử dụng công nghệ PLC – Trên cơ sở các kiến thức có được từ chương 1 và 2 chương này ứng dụng vi điều khiển PIC thiết kế bộ điều khiển thiết bị điện thông qua đường dây điện lực. Cuối cùng là những phân tích đánh giá nhằm rút ra kết luận và hướng phát triển của đề tài. Do đây là một đề tài còn mới, được hoàn thành trong một thời gian ngắn và điều kiện tiếp cận để nghiên cứu, cùng với năng lực bản thân còn hạn chế nên có thể chưa đề cập được hết các vấn đề liên quan đến đề tài một cách đầy đủ, sâu sắc và cũng không thể tránh khỏi những thiếu sót trong quá trình nghiên cứu, trình bày. Kính mong các thầy, cô giáo và các bạn quan tâm đến nội dung của đề tài, góp ý kiến để tôi có điều kiện tiếp thu và phát triển đề tài cũng như bổ xung thêm kiến thức cho bản thân được đầy đủ, đúng đắn và để luận văn của tôi được hoàn thiện hơn. Tôi xin chân thành cảm ơn! Thái Nguyên, ngày 20 tháng 11 năm 2012 Người thực hiện Hoàng Thu Hà Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
1 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ (PLC) (POWER LINE COMMUNICATION ) 1.1 Lịch sử phát triển công nghệ PLC 1.1.1 Khái niệm PLC. Power line communication –PLC là công nghệ truyền tín hiệu thông tin trên đường dây điện lực. Công nghệ truyền thông PLC sử dụng mạng lưới đường dây cung cấp điện năng cho mục đích truyền tải thông tin nhằm tiết kiệm chi phí đầu tư. Hình 1.1 Hệ thống truyền thông tin trên đường dây điện lực Ưu điểm của công nghệ PLC. Một ưu điểm nổi bật của PLC là tính kinh tế do việc sử dụng mạng điện lưới sẵn. Hiện nay, tại Việt Nam nhu cầu truy cập Internet băng rộng trở nên rất bức thiết, trong khi Internet tốc độ cao ADSL chi phí cũng không nhỏ. Các modem PLC cho phép nhận và gửi các tín hiệu thông tin tại các ổ cắm điện trên tường nhà. Như vậy, toàn bộ mạng điện trong tòa nhà sẽ trở thành một Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
2 mạng LAN truy cập nội bộ. Cung cấp đường truyền tín hiệu băng thông rộng, không phải đi cáp quang đến từng nhà, khai thác khả năng to lớn của mạng điện hiện có, giải quyết vấn đề đưa đường truyền băng thông rộng đến hộ gia đình. Việc sử dụng mạng điện hiện có sẽ cho phép phổ cập thông tin dễ dàng đến mọi vùng, mọi nhà. Chỉ cần có một đường cáp quang nối tới trạm biến áp, cả một khu vực dân cư lớn sẽ có khả năng truy cập Internet băng thông rộng và các dịch vụ truyền thông khác. Đây là một giải pháp hữu hiệu cho việc giải quyết vấn đề dịch vụ băng thông rộng tới hộ gia đình hay bị quá tải do gộp dữ liệu nhiều đường thuê bao. Dễ dàng cài đặt và triển khai mạng, chỉ cần nối đường cáp quang đến trạm biến áp, lắp modem tại trạm, thiết lập hệ thống tới hộ gia đình và lắp modem PLC tại nơi truy cập, cung cấp tốc độ truy cập dữ liệu cao (10 - 45Mbps) trong dải tần (1,7 - 30Mhz). Ngoài ra, nó còn có tính tương thích cao với các công nghệ mạng khác. Do đó, công nghệ PLC khắc phục được những hạn chế về cơ sở hạ tầng của hệ thống thông tin và truyền thông ở Việt Nam, phổ cập các dịch vụ băng thông rộng đến mọi người dân. Quá trình phát triển của công nghệ PLC Ra đời vào những thập niên 80 của thế kỷ 20, công nghệ truyền tín hiệu trên đường dây điện đầu tiên được nghiên cứu và phát triển tại Mỹ với dự án mang tên X10. Công nghệ X10 sử dụng sóng mang tần số 120Khz và điện áp tín hiệu 4V để truyền tín hiệu điều khiển. Các sản phẩm sử dụng công nghệ X10 có ưu điểm là dễ lắp đặt, giá thành thấp và không phải đi thêm dây điều khiển. Tuy nhiên các sản phẩm X10 có điểm yếu là chịu tác động rất lớn của nhiễu đường truyền, tính bảo mật của thiết bị sử dụng công nghệ X10 không cao, tốc độ truyền thấp, khả năng bảo toàn thông tin thấp (70-80%). Từ đó đến nay công nghệ PLC không ngừng được nghiên cứu và phát triển. Năm 2002 đánh dấu một bước ngoặt lớn của công nghệ PLC khi chuẩn UPB & PLCBUS ra đời. Công nghệ UPB & PLCBUS sử dụng sóng mang có dải tần từ 4-40Khz, điện áp tín hiệu 40V để truyền tín hiệu điều khiển. Không giống như X10 sử dụng tần số sóng mang cố định 120Khz, các thiết Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn