zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Kỹ Thuật - Công Nghệ

» Điện - Điện tử

Nghiên cứu và chế tạo thiết bị IoT giám sát và thu thập dữ liệu từ xa bộ điều khiển tụ bù hạ áp

Chia sẻ: Liễu Yêu Yêu | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:5

Báo xấu

44
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết "Nghiên cứu và chế tạo thiết bị IoT giám sát và thu thập dữ liệu từ xa bộ điều khiển tụ bù hạ áp" trình bày việc thiết kế, chế tạo thiết bị IoT thu thập dữ liệu của bộ điều khiển tụ bù hạ áp từ xa qua mạng viễn thông 4G. Thiết bị bao gồm mạch điều khiển trung tâm sử dụng vi điều khiển STM32 giao tiếp với bộ điều khiển tụ bù DUCATI R8 qua chuẩn truyền thông Modbus RTU, và gửi dữ liệu lên server thông qua giao thức HTTP. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu và chế tạo thiết bị IoT giám sát và thu thập dữ liệu từ xa bộ điều khiển tụ bù hạ áp

Hội nghị Quốc gia lần thứ 25 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2022) NGHIÊN CỨU VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ IOT GIÁM SÁT VÀ THU THẬP DỮ LIỆU TỪ XA BỘ ĐIỀU KHIỂN TỤ BÙ HẠ ÁP Trần Trung Hiếu1, Ngô Đình Thanh1, Nguyễn Xuân Tiến2, Nguyễn Phúc Lê Huy1, Nguyễn Quang Tiến1 1 Khoa Điện, Trường Đại học Bách Khoa, Đại học Đà Nẵng 2 Điện lực Chư Pah, Công ty điện lực Gia Lai Email: tthieu2k1@gmail.com ndthanh@dut.udn.vn xuantienpcgl@gmail.com nguyenlehuy681@gmail.com nguyentien12a12807@gmail.com Tóm tắt — Bài báo trình bày việc thiết kế, chế tạo bao gồm các vấn đề như chưa thể phát hiện kịp thời khi thiết bị IoT thu thập dữ liệu của bộ điều khiển tụ bù có hư hỏng do chỉ có thể kiểm tra định kỳ, tốn nhiều hạ áp từ xa qua mạng viễn thông 4G. Thiết bị bao nhân công trong công tác quản lý vận hành, vẫn có các gồm mạch điều khiển trung tâm sử dụng vi điều vụ tai nạn điện xảy ra do việc kiểm tra đo thông số trực khiển STM32 giao tiếp với bộ điều khiển tụ bù tiếp và hiện chưa có phần mềm quản lý theo dõi từ xa. DUCATI R8 qua chuẩn truyền thông Modbus RTU, Với những vấn đề cấp thiết như trên, việc yêu cầu một và gửi dữ liệu lên server thông qua giao thức HTTP. hệ thống IoT giám sát từ xa là phù hợp với nhu cầu thực Dữ liệu sẽ được trực quan hóa, lưu trữ, cập nhật theo tiễn, đảm bảo an toàn lao động, tiết kiệm thời gian và chi thời gian thực để có thể dễ dàng truy vấn và hiển thị phí cho việc quản lý có yêu cầu phải vận hành liên tục trên phần mềm quản lý. Hệ thống cho phép thu thập và hiệu quả. thông tin chất lượng điện năng như điện áp, dòng điện tiêu thụ, hệ số công suất cosφ, tần số, cũng như trạng thái của các tụ bù hạ áp, ... Việc ứng dụng công nghệ IoT giúp cán bộ nhân viên ngành điện có thể tiết kiệm được thời gian, công sức để theo dõi số liệu vận hành, kiểm tra định kì tại chỗ cũng như là có thể sửa chữa hư hỏng một cách kịp thời. Giải pháp này đảm bảo các tủ tụ bù có thể vận hành liên tục theo thời gian thực và đảm bảo hệ số công suất cosφ lớn hơn 0,9. Từ kết quả thực hiện được, dự án đã cho thấy đây là giải pháp có thể triển khai tại các nhà máy, các tủ bù hạ áp đang hoạt động và rất thuận Hình 1. Tình hình thực tế quản lý tụ bù tại điện lực Chư Pưh lợi trong việc thi công, lắp đặt, vận hành, dữ liệu 2021 được thu thập theo thời gian thực và có độ tin cậy cao. II. GIẢI PHÁP XỬ LÝ Việc giám sát chất lượng và quá trình hoạt động từ xa Từ khóa - Bộ điều khiển tụ bù, IoT, Chất lượng của hệ thống điều khiển tụ bù thông qua các thông số điện năng, Thu thập dữ liệu.. chất lượng điện năng như cosφ, công suất phản kháng, I. GIỚI THIỆU dòng điện, điện áp, trạng thái của tụ bù… sẽ giúp người quản lý vận hành đánh giá được chính xác chất lượng Trong một hệ thống điện, tụ bù được sử dụng với điện năng, đồng thời việc giám sát các thông số sẽ giúp mục đích bù công suất phản kháng để nâng cao hệ số công suất cosφ nhằm đảm bảo hiệu quả các hoạt động cảnh báo sớm được tình trạng tụ bù đó như thế nào để trên lưới điện. Chính vì thế, trên khắp nước ta hiện đang có kế hoạch khắc phục, xử lý sớm và chính xác nhất. Hệ có trên 100.000 tủ tụ bù các loại được sử dụng và hoạt thống giám sát thông số năng lượng của bộ điều khiển động liên tục mỗi ngày. Việc xảy ra những sự cố như hư hỏng tủ tụ bù sẽ làm tổn hao trên dây truyền tải điện, công suất phản kháng không được bù khi sụt áp, ảnh hưởng đến chi phí tiền điện. Hiện nay vẫn còn những khó khăn vướng mắc đang tồn tại việc quản lý nhiều tủ tụ bù hạ áp hàng tháng, ISBN 978-604-80-7468-5 31
Hội nghị Quốc gia lần thứ 25 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2022) tụ bù hạ áp từ xa thông qua mạng viễn thông 4G được chia ra làm 3 phần: Hình 3. Sơ đồ nguyên lý thiết bị Hình 2. Giải pháp thiết kế hệ thống thu thập dữ liệu • Thu thập dữ liệu. • Xử lý và truyền dữ liệu. • Quản lý và trực quan hóa dữ liệu. Thu thập dữ liệu: Các thông số của tụ bù sẽ được bộ điều khiển tụ bù Ducati chuyển về module thu thập dữ liệu thông qua giao thức Modbus RTU. Các trạng thái của tụ bù sẽ được giám sát trực tiếp thông qua các tiếp điểm phụ của contactor. Phần xử lý và truyền dữ liệu: Dữ liệu sẽ được bóc tách, xử lý, đóng gói theo dạng Json và gửi lên Database thông qua giao thức HTTP bằng vi điều khiển STM32F407 và module Sim 7600E-H. Phần quản lý và trực quan hóa dữ liệu: Các thông số sẽ được gửi lên một cơ sở dữ liệu cập nhật thời gian thực, Hình 4. Sơ đồ nguyên lý mạch phần cứng dữ liệu lưu tại đây được truy vấn đến để hiển thị lên webserver và có thể được lưu trong một thời gian tương Thiết kế nguyên lý mạch phần cứng: đối tùy vào dung lượng dữ liệu cập nhật đến. Sơ đồ nguyên lý thiết bị giám sát Role tụ bù Ducati III. THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ QUẢN LÝ VẬN R8[1] bao gồm 6 phần: HÀNH - Phần Nguồn sử dụng bộ nguồn Uno Phoenix Contact Từ những yêu cầu, bài báo hướng đến mục tiêu nghiên [2]. Từ đó chia ra hai nguồn để đảm bảo cách ly cho cứu và thiết kế chế tạo thiết bị giúp cho điện lực Chư thiết bị. Pưh giám sát các thông số và vận hành tụ bù hạ áp trên - Phần truyền thông lên Web Server sử dụng Module lưới điện theo thời gian thực. Từ đó, có thể xây dựng hệ SIM7600E-H[3] có các chân UART để kết nối với vi thống nơi các thông số của tụ bù, trạng thái làm việc, điều khiển STM32F407. chất lượng điện áp được gửi về trung tâm điều khiển, góp phần nâng cao chất lượng điện năng. Cụ thể, hệ - Phần thu thập dữ liệu sử dụng vi điều khiển thống đề xuất: STM32F407 có các thống số nổi bậc như [4]. Đồng thời • Nghiên cứu chế tạo thiết bị đo lường, giám sát có khả năng tiêu thụ năng lượng thấp và hiệu năng cao. từ xa các thông số năng lượng quan trọng tích hợp kết Cùng tính năng Watch Dogs, bảo mật. Có được sự cân hợp với phần mềm mã nguồn mở Scada để lập trình, thu bằng giữa năng lượng tiêu thụ và hiệu suất. thập số liệu phục vụ cho công tác quản lý vận hành tụ bù hạ áp. - Phần mạch giao tiếp giữa Ducati và thiết bị thu thập: • Giám sát trạng thái làm việc của hệ thống Mạch chuyển giao tiếp TTL to RS485. contactor để so sánh với tín hiệu từ Relay điều khiển tụ - Phần đầu vào sử dụng PC817[5] đọc trạng thái của bù, từ đó theo dõi được tình trạm vận hành của tủ bù. contactor. • Triển khai lắp đặt thử nghiệm tại lưới của Điện lực Chư Pưh, sau đó đánh giá độ tin cậy của thiết bị sau khi vận hành trực tiếp. ISBN 978-604-80-7468-5 32
Hội nghị Quốc gia lần thứ 25 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2022) - Phần Led báo trạng thái hoạt động của bộ điều khiển - Bước 3: Thiết lập khung truyền Modbus RTU trung tâm (STATUS LED). để lấy số liệu từ bộ điều khiển tụ bù. - Bước 3: Thực hiện gửi dữ liệu và chờ nhận dữ liệu phản hồi. Hình 7. Lưu đồ thuật toán quá trình truyền nhận, xử lý dữ liệu - Bước 4: Nhận dữ liệu và tính CRC để kiểm tra Hình 5. Lưu đồ thuật toán quá trình thiết kế sản phẩm tính chính xác của dữ liệu, quá trình kiểm tra được lặp đi lặp lại để bảo đảm dữ liệu được bảo toàn và chính Thiết kế phần mềm của ứng dụng: xác. Công nghệ truyền thông của thiết bị: - Bước 5: Thực hiện ghép dữ liệu, sau khi khung Để bộ điều khiển trung tâm giao tiếp được với Rơle truyền dữ liệu được phản hồi về thì thực hiện tách và ghép dữ liệu để lấy ra thông số cần. điều khiển tụ bù, ta sử dụng chuẩn truyền thông - Bước 6: Thiết lập khung truyền cho HTTP để Modbus RTU [6]. gửi dữ liệu lên Database. - Bước 7: Khung truyền HTTP được gửi qua module sim 7600E-H đã định sẵn địa chỉ hoặc cũng có thể là domain của server mà thiết bị kết nối tới. IV. QUÁ TRÌNH THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ PHÂN TÍCH SỐ LIỆU Hình 6. Cấu trúc khung truyền Modbus RTU Module Sim SIM7600E-H có nhiều giao thức để giao tiếp hoặc phục vụ những chức năng khác nhau. Ở đây, nhóm dùng giao thức HTTP [7] gửi dữ liệu thu thập được với định dạng dữ liệu JSON lên server. Thuật toán truyền nhận, xử lý dữ liệu: - Bước 1: Khởi tạo các ngoại vi gồm: UART, Timer và GPIO, trong đó: + UART dùng để tạo đường truyền cho Modbus Hình 8. Chương trình giám sát vận hành tụ bù hạ áp từ xa RTU và giao tiếp module SIM + Timer dùng để định thời gian gửi giữa các Sau khi lắp đặt thành công mô hình, tiến hành khung truyền, tính công suất tiêu thụ. thao tác thử nghiệm với các thiết bị điện công suất nhỏ. + GPIO dùng để hiển thị các đèn và nhận các tín Hệ thống được kết nối với mạng điện hạ áp một pha hiện trạng thái từ các contacter. đang có tải tiêu thụ được đấu nối vào. Các thiết bị đã - Bước 2: Thiết lập khung truyền HTTP để gửi đọc được các thông số bao gồm: Điện áp; Dòng điện dữ liệu lên Websever. tiêu thụ; Hệ số công suất; Công suất tác dụng; Công suất phản kháng; Trạng thái đóng cắt contactor và trạng thái thực tế trên các tụ bù hạ áp. ISBN 978-604-80-7468-5 33
Hội nghị Quốc gia lần thứ 25 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2022) Dữ liệu thu thập được sau đó được đóng gói và gửi lên máy chủ theo giao thức Http bằng mạng viễn thông 4G. Trên màn hình máy tính, các thông số đã nêu trên đã được hiển thị ra màn hình và thay đổi theo thời gian thực. Hình 9b. Giám sát các thông số theo biểu đồ của hệ thống hay cần sửa chữa kịp thời mà không phải liên tục đến tận nơi kiểm tra. Các thông tin thu thập được xử lý, hiển thị dưới dạng Hình 9a. Giám sát các thông số theo biểu đồ biểu đồ, giúp người giám sát dễ dàng tiếp cận thông tin, nắm rõ tình hình của đường dây từ xa, phát hiện các Biểu đồ bên thể hiện các giá trị dòng điện (A), công suất điểm bất thường trong thời gian hoạt động, từ đó có thể sử dụng (P), giá trị điện áp (U), hệ số cosφ, trục hoành đưa ra kết luận về tính ổn định của hệ thống hay cần sửa thể hiện thời gian giám sát trong ngày. Qua các thông chữa kịp thời mà không phải liên tục đến tận nơi kiểm số cơ bản trên, giám sát viên có thể biết được mức sử tra. dụng công suất trong khu vực đang tiêu thụ, việc sử dụng năng lượng có phù hợp với tình hình vận hành của Định hướng phát triển của thiết bị: lưới điện hay không. Chính vì có sự hỗ trực cái nhìn - Phát triển nhiều bộ thiết bị để thu thập tại những vị trí trực quan về các thông số mà người quản lý sẽ sớm phát khác nhau tạo thành một cơ hạ tầng trong hệ thống kiểm hiện các trường hợp vận hành không hiệu quả hay tình tra và theo dõi các trạm tụ bù tại tỉnh Gia Lai. trạng bất thường của nguồn tiêu thụ và các thiết bị trên - Lưu dữ liệu đọc được trong thời gian dài, phục vụ mục hệ thống điện, khắc phục được tình trạng chất lượng đích truy xuất nếu cần thiết. điện áp không ổn định cho hoạt động cung ứng điện. - Nâng cấp phần cứng thiết bị để phù hợp với sản xuất số lượng lớn, chất lượng cao. Thông qua giá trị dòng điện thể hiện được mức sử dụng - Xây dựng thuật toán nhằm tối ưu hóa lượng điện năng công suất trong khu vực đang tiêu thụ, việc quan sát trực tiêu thụ, cập nhật phần mềm từ xa. quan giúp người quản lý sẽ biết được việc sử dụng năng - Cung cấp thiết bị giám sát năng lượng giá cả cạnh lượng có phù hợp với tình hình vận hành của lưới điện tranh cho thị trường. hay không. Điều này giúp người quản lý sớm phát hiện - Nâng cấp giao diện người dùng thân thiện hơn, thiết các trường hợp vận hành không hiệu quả, chất lượng kế giao diện trên mobile. điện áp có đảm bảo hay không, hay tình trạng bất thường của nguồn tiêu thụ và các thiết bị trên hệ thống V. KẾT LUẬN điện, giám sát được công suất tiêu thụ của khu dân cư. Về hiệu quả đạt được, bước đầu đã xây dựng thành công mô hình thử nghiệm đầu tiên, tiến hành thu thập thành Giá trị điện áp trên biểu đồ dao động do việc đóng cắt công dữ liệu thực trên một số thiết bị công suất cỡ vừa thiết bị sử dụng điện trong các hộ tiêu thụ, tuy nhiên vẫn và nhỏ thông qua thiết bị đọc dữ liệu, thực hiện đưa dữ đảm bảo theo quy định về độ giao động điện áp. Qua liệu đã được cập nhật thời gian thực về máy chủ người biểu đồ trên, vẫn có thời điểm giá trị cosφ
Hội nghị Quốc gia lần thứ 25 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2022) - Tận dụng được các thiết bị thế hệ cũ hiện lắp trên lưới [3] Waveshare Electronics. SIM7600E-H-4G User mà không cần phải thay thế các thiết bị mới có giao thức Manual truyền thông công nghiệp. https://www.waveshare.com/w/upload/6/6d/SIM - Có thể mở rộng và nâng cấp cho các thiết bị thông 7600E-H-4G-HAT-Manual-EN.pdf minh khác. [4] ST. STM32F405xx STM32F407xx datasheet - Hoàn toàn có khả năng mở rộng đáp ứng các nhu cầu https://www.st.com/resource/en/datasheet/dm00 phát sinh mới trong tương lai. 037051.pdf - Giám sát được trạng thái đóng cắt của các contactor [5] PC817. Datasheet và có thể phát hiện ngay tình trạng hư hỏng của các https://www.alldatasheet.com/datasheet- contactor đóng cắt mà hệ thống của điện lực không phát pdf/pdf/43371/SHARP/PC817.html hiện được. [6] Modicon. Modicon Modbus Protocol Reference - Thời gian thu thập số liệu rất ngắn so với việc kiểm Guide tra định kì nên thông tin rất kịp thời để xử lý khi các thiết bị trong hệ thống vận hành bất thường. https://www.modbus.org/docs/PI_MBUS_300.p df - Giảm thiểu số lần thực hiện công tác vận hành kiểm tra trực tiếp, từ đó hạn chế được tai nạn lao động, đặc [7] https://developer.mozilla.org/en- biệt vào mùa mưa bão, thời tiết xấu. US/docs/Web/HTTP/Overview TÀI LIỆU THAM KHẢO AUTHORS INFORMATION [1] DUCATI energia. R8 Power Factor Controllers https://www.ducatienergia.com/product.php?lang=en Tran Trung Hieu1, Ngo Dinh Thanh1, Nguyen &id=8&cat=13&product=91 Xuan Tien2, Nguyen Phuc Le Huy1, Nguyen Quang Tien1 [2] Phoenixcontact. Product Details 1 https://www.phoenixcontact.com/en- Faculty of Electrical Engineering, Da Nang University of Science and Technology pc/products/power-supply-unit-uno-ps-1ac- 2 Chu Puh Electricity - Gia Lai Power Company 12dc-30w-2902998 ISBN 978-604-80-7468-5 35

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí

65 tài liệu

2431 lượt tải

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.