Đồ án tốt nghiệp Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển thiết bị điện dân dụng GIỚI THIỆU “Hệ thống điều khiển” cụm từ không xa lạ với công nghệ phát triển Lúc đầu, vào năm 1920, hệ thống điều khiển điều khiển qua Role điện – công nghệ chế tạo lắp ráp thiết bị điều chỉnh PID khí nén công nghệ chế biến khai thác cồng kềnh Về sau, nhiều nghiên cứu cải tiến cách điều khiển cho nhỏ gọn dễ sử dụng mang lại nhiều thành công có ý nghĩa thực tiễn điều khiển qua thiết bị điều chỉnh PID điện từ, mạch logic lập trình cứng, thiết bị điều khiển khả trình PLC, điều chỉnh số gọn CDC, vi điều khiển,… Khi mà máy tính dần trở nên quan trọng với sống người, người ta tìm cách điều khiển qua máy tính giao diện dễ nhìn thuận tiện cho người dùng Đi xu hướng phát triển đó, nhóm thực thực đề tài: “nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển thiết bị điện dân dụng” Với đề tài này, nhóm muốn mang hệ thống điều khiển đến thiết bị điện dân dụng đỗi quen thuộc với mà không cần phải chạm vào thiết bị để thực thao tác Nhóm hi vọng với đề tài làm sở cho nhóm sau mở rộng phát triển LỜI CẢM ƠN Chúng em xin chân thành cảm quý thầy cô trường Đại Học Điện Lực tận tình dạy dỗ suốt năm qua Trong phải kể đến quý thầy cô khoa Hệ Thống Điện tạo điều kiện cho chúng em thực đồ án Đặc biệt nhóm xin chân thành cảm ơn giáo viên hướng dẫn TH.S Đặng Tiến Trung tận tình giúp đỡ chúng em trình lựa chọn đề tài hỗ trợ chúng em trình thực đề tài Với thời gian thực đề tài ngắn, kiến thức hạn hẹp, dù nhóm cố gắng không tránh khỏi sai sót, nhóm mong nhận thêm lời dẫn quý thầy cô bạn bè GVHD: TH.S Đặng Tiến Trung SVTH: Lê Văn Trọng Đồ án tốt nghiệp Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển thiết bị điện dân dụng Hà Nội, ngày….tháng…năm 2015 Sinh viên thực hiện: Lê Văn Trọng TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA HỆ THỐNG ĐIỆN CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP TỰ DO HẠNH PHÚC QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI Lê Văn Trọng Mã SV: 1081130042 Ngành: Điện Công Nghiệp Dân Dụng Tên đề tài: NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN DÂN DỤNG Giáo viên hướng dẫn: TH.S Đặng Tiến Trung Họ tên sinh viên: Ngày giao đề tài: Ngày hoàn thành nhiệm vụ: Hà Nội, Ngày…tháng…năm 2015 Giáo viên hướng dẫn Chủ nhiệm môn NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN GVHD: TH.S Đặng Tiến Trung SVTH: Lê Văn Trọng Đồ án tốt nghiệp Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển thiết bị điện dân dụng Hà Nội, ngày…tháng…năm 2015 Giáo viên hướng dẫn NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN GVHD: TH.S Đặng Tiến Trung SVTH: Lê Văn Trọng Đồ án tốt nghiệp Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển thiết bị điện dân dụng Hà Nội, ngày…tháng…năm 2015 Giáo viên phản biện LỜI MỞ ĐẦU Hệ thống điện bao gồm nhà máy điện, hệ thống lưới truyền tải, lưới phân phối phụ tải tiêu thụ điện Chúng gắn bó với thành thể thống yêu cầu ổn định hệ thống cao đòi hỏi quản lý, vận hành an toàn, tin cậy cho hệ thống điều tất yếu Ngày nay, với phát triển mạnh mẽ khoa học công nghệ, đặc biệt khoa học máy tính, công nghệ thông tin kĩ thuật điện tử tạo nên phương thức vận hành hệ thống điện mà đem lại hiệu cao Hệ thống điều khiển ứng dụng rộng rãi hệ thống điện đại, gần tự động hóa hoàn toàn, giúp người giải phóng sức lao động tiết kiệm thời gian Trên thực tế, hệ thống điều khiển không công nghệ giới, đời áp dụng từ lâu không hệ thống điện mà nhiều lĩnh vực khác như: công nghiệp khai thác dầu khí, hầm mỏ, hay hệ thống nước, giao thông… Những khái niệm cách thức hoạt động hệ thống điều khiển GVHD: TH.S Đặng Tiến Trung SVTH: Lê Văn Trọng Đồ án tốt nghiệp Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển thiết bị điện dân dụng không mới, công nghệ áp dụng cho thành phần cấu thành hệ thống liên tục cập nhật đổi Ngày có nhiều hệ thiết bị với nhiều tính ưu việt đời phần cứng, giải pháp phần mềm hay chuẩn thông tin liên lạc để phục vụ cho hệ thống điều khiển Chính vậy, việc thiết kế xây dựng hệ thống điều khiển ( với thiết bị có phiên phù hợp với yêu cầu ) cho thiết bị điện dân dụng hoàn toàn hợp lí thực Mục tiêu đồ án tìm hiểu, nghiên cứu ứng dụng cấu trúc hệ thống điều khiển thiết bị điện dân dụng, lấy làm sở cho việc mở rộng thiết kế, xây dựng hệ thống điều khiển phục vụ cho việc điều khiển thiết bị điện khác mạng lưới điện nước ta Đồ án tập trung phân tích thành phần cấu thành nên hệ thống điều khiển Từ cho ta nhìn trực quan để thiết kế hệ thống điều khiển áp dụng vào thực tế cụ thể điều khiển thiết bị điện dân dụng Những thành phần hệ thống điện làm sáng tỏ bước đồ án Khoa học công nghệ ngày phát triển, việc ứng dụng hệ thống điều khiển vào hệ thống điện điều tất yếu, đồ án phần tìm hướng cho phương thức vận hành hệ thống điện Việc phân tích đối tượng cụ thể phân tích hệ thống điều khiển thiết bị điện làm ta hiểu chất vấn đề nhanh Trên sở phân tích mà vận dụng để sáng tạo chức cho hệ thống thiết kế hệ thống hoàn toàn ta xây dựng Những lợi ích mà hệ thống điều khiển đem lại nguyên tắc xây dựng nên hệ thống điều khiển giải trình cách đầy đủ Tuy nhiên, trình độ có hạn nên đồ án sâu vào số chi tiết định, thành phần cấu thành nên hệ thống điều khiển Trong đồ án sử dụng nhiều hình ảnh nhiều từ tiếng Anh thuộc lĩnh vực tự động hóa hệ thống nhúng, em không dịch sang tiếng Việt nhiều từ kĩ thuật dịch sang tiếng Việt không trọn vẹn ý nghĩa Nội dung đồ án gói gọn chương : Chương 1: Dẫn nhập Chương 2: Cơ sở lý luận Chương 3: Lý thuyết liên quan Chương 4: Thiết kế thi công Chương 5: Kết luận hướng phát triển đề tài Trong trình làm đồ án em hướng dẫn tận tình từ thầy trưởng khoa TS Trần Thanh Sơn thầy TH.S Đặng Tiến Trung để bước hoàn thiện đồ án Em GVHD: TH.S Đặng Tiến Trung SVTH: Lê Văn Trọng Đồ án tốt nghiệp Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển thiết bị điện dân dụng xin chân thành cảm ơn hai người thầy nghiệp dạy học, công nghiên cứu phát triển khoa học kỹ thuật để sống ngày tốt đẹp hơn! Một lần em xin cám ơn thầy Đặng Tiến Trung_ người trực tiếp hướng dẫn đưa định hướng để em hoàn thành đồ án Em xin chân thành cảm ơn!!! Sinh viên thực hiện: Lê Văn Trọng MỤC LỤC Giới thiệu Lời cảm ơn Lời mở đầu Trang Chương 1: Dẫn nhập 1.1 Giới thiệu đề tài 1.2 Ý nghĩa khoa học đề tài 1.3 Mục đích nghiên cứu Chương 2: Cơ sở lý luận 2.1 Tình hình nước nước .3 2.1.1 Trong nước 2.1.2 Ngoài nước 2.2 Ý tưởng thiết kế 2.3 Đề cương nghiên cứu chi tiết 2.4 Phương pháp nghiên cứu 2.5 Phương tiện nghiên cứu Chương 3: Lý thuyết liên quan 3.1 Tổng quan hệ thống điều khiển công nghiệp 3.1.1 Sơ đồ phân cấp hệ thống điều khiển tự động hóa 3.1.2 Các hệ thống phổ biến 3.2 Giới thiệu tổng quan Vi Điều Khiển PIC 18F4520 .9 3.2.1 Sơ đồ chân vi điều khiển PIC 16F4520 3.2.2 Tổ chức nhớ 10 3.2.3 Hoạt động truyền nhận liệu vi điều khiển PIC 18F4520 .13 3.2.4 Hoạt động ngắt 23 3.2.4.1 Các ghi liên quan 23 3.2.4.2 Thanh ghi RCON .24 3.2.4.3 Các ghi điều khiển ngắt INTCON 24 3.2.4.4 Thanh gi yêu cầu ngắt PIR 27 3.2.4.5 Thanh ghi cho phép ngắt ngoại vi PIE 29 3.2.4.6 Thanh ghi ưu tiên ngắt IPR .31 3.2.5 Điều chế độ rộng xung PWM .34 GVHD: TH.S Đặng Tiến Trung SVTH: Lê Văn Trọng Đồ án tốt nghiệp Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển thiết bị điện dân dụng 3.2.6 Nguồn cung cấp 36 3.3 Truyền thông .36 3.4 Phần mềm điều khiển 36 3.4.1 Giới thiệu Visual Basic 6.0 36 3.4.2 Giao diện điều khiển 37 Chương 4: Thiết kế thi công 40 4.1 Phương án thiết kế 40 4.2 Sơ đồ khối 40 4.2.1 Chức khối 41 4.2.2 Nguyên lý hoạt động hệ thống .42 4.3 Thiết kế thi công phần cứng 42 4.3.1 Khối nguồn 42 4.3.2 Khối tạo góc mở pha (khối đọc điểm 0) .49 4.3.3 Khối điều khiển trung tâm 56 4.3.4 Khối modul thiết bị tương tự 58 4.3.5 Khối modul thiết bị số .61 4.3.6 Sơ đồ nguyên lý tổng thể 66 4.4 Thiết kế thi công phần mềm 66 4.4.1 Thuật toán 66 4.4.2 Code hệ thống 68 Chương 5: Kết luận hướng phát triển đề tài 81 5.1 Kết thực 81 5.2 Mô tả hệ thống 81 5.3 Ưu điểm khuyết điểm hệ thống 81 5.3.1 Ưu điểm .81 5.3.2 Nhược điểm 82 5.4 Khả ứng dụng thực tế đề tài .82 5.5 Hướng phát triển .82 TÀI LIỆU THAM KHẢO 83 PHỤ LỤC 1: DANH MỤC CÁC HÌNH 84 PHỤ LỤC 2: DANH MỤC CÁC BẢNG .86 GVHD: TH.S Đặng Tiến Trung SVTH: Lê Văn Trọng Đồ án tốt nghiệp Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển thiết bị điện dân dụng Chương 1: DẪN NHẬP 1.1 Giới thiệu đề tài : Ngày với phát triển mạnh mẽ ngành khoa học kĩ thuật, công nghệ kĩ thuật điện tử mà đặc biệt ngành điều khiển tự động hóa đóng vai trò quan trọng lĩnh vực khoa học kĩ thuật, quản lý, công nghiệp, cung cấp thông tin…Do đó, sinh viên ngành Hệ Thống Điện phải biết nắm bắt vận dụng cách hiệu việc phát triển ngành khoa học giới nói chung phát triển kĩ thuật điện tử, truyền thông nói riêng Bên cạnh phát triển kinh tế nước nhà Như biết, gần thiết bị nhà máy, đời sống gia đình ngày hoạt động độc lập với nhau, thiết bị có quy trình sử dụng khác tùy thuộc thiết lập, cài đặt người sử dụng Chúng chưa có liên kết với mặt liệu.Nhưng hệ thống điều khiển thiết bị điện dân dụng lại khác.Ở đây, thiết bị điều khiển tự động kết nối với thành hệ thống hoàn chỉnh qua thiết bị trung tâm giao tiếp với mặt liệu Điển hình hệ thống điều khiển thiết bị điện dân dụng tòa nhà thông qua giao diện trực tiếp máy tính gồm thiết bị đơn giản : quạt điện, bóng đèn, lò sưởi đến thiết bị phức tạp, tinh vi : ti vi, máy giặt, hệ thống cảnh báo, điều hòa nhiệt độ… Nó hoạt động coi thiết bị điều khiển nhà thông minh cách hoàn hảo Nghĩa tất thiết bị giao tiếp với thông qua đầu não trung tâm Đầu não trung tâm máy tính hoàn chỉnh vi xử lí lập trình sẵn tất chương trình điều khiển Bình thường, thiết bị tòa nhà chủ tòa nhà quản lý qua máy tính trung tâm.Chẳng hạn việc tắt quạt, đèn điện…cả tằng quên chưa tắt.Hay quản lý hệ thống camera, hệ thống chống trộm…của tầng mà không cần điều khiển trực tiếp tầng đó.Ngoài hệ thống mang tính bảo mật có máy chủ quản lý tất thiết bị cài mã bảo mật cho phần mềm sử dụng máy chủ để quản lý Từ yêu cầu thực tế, đòi hỏi ngày cao sống, cộng với hợp tác, phát triển mạnh mẽ công nghệ nên chúng em chọn đề tài “ Nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiển thiết bị điện dân dụng ” để góp phần ngày cao sống góp phần vào tiến bộ, văn minh, đại nước nhà GVHD: TH.S Đặng Tiến Trung SVTH: Lê Văn Trọng Đồ án tốt nghiệp      Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển thiết bị điện dân dụng 1.2 Ý nghĩa khoa học đề tài Ngày với tiến khoa học kĩ thuật, thiết bị điện tử đời ngày nhiều chủng loại tính sử dụng.Bên cạnh nhu cầu sử dụng thiết bị giải trí thiết bị sinh hoạt với kĩ thuật công nghệ ngày cao Có thể Việt Nam chưa phát triển mạnh mẽ lĩnh vực giới, nước thuộc Châu Âu hay Châu Mĩ mô hình nhà tự động phát triển mạnh mẽ Từ nhu cầu thực tế đó, nhóm muốn đưa phần kĩ thuật đại giới áp dụng vào điều kiện thực tế nước để tạo hệ thống điều khiển thiết bị điện dân dụng nhằm đáp ứng nhu cầu ngày cao người.Đề lấy sở máy tính để điều khiển thiết bị Việc sử dụng máy tính để điều khiển trực tiếp thiết bị điện dân dụng có thuận lơi việc quản lý giám sát thiết bị điện mà tới trực tiếp thiết bị quan sát thao tác.Ngoài ra, sản phẩm đề tài có tính mở, áp dụng cho nhiều đối tượng khác dân dụng công nghiệp 1.3 Mục đích nghiên cứu Đồ án nghiên cứu, khảo sát thực với mục đích áp dụng kiến thức học nhà trường vào thiết kế, tạo hệ thống điều khiển thiết bị điện dân dụng hoàn chỉnh Hệ thống tích hợp module module đầu tương tự, module đầu số, module xử lý liệu Thông tin giám sát điều khiển trực tiếp máy tính trung tâm Hệ thống điều khiển thiết bị điện dân dụng có chức sau : Có thể kiểm tra thiết bị điện trước điều khiển Từ kiểm tra trạng thái trực tiếp máy tính , người dùng điều khiển trực tiếp thiết bị theo mong muốn Hệ thống điều khiển trực tiếp động có công suất lớn tới 12A tốc độ quay động máy tính Hệ thống có phần mềm đơn giản thuận tiện cho người điều khiển dễ sử dụng Hệ thống điều khiển tích hợp điều khiển tương tự on/off Chương 2:Cơ Sở Lý Luận GVHD: TH.S Đặng Tiến Trung SVTH: Lê Văn Trọng Đồ án tốt nghiệp Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển thiết bị điện dân dụng 2.1 Tình hình nghiên cứu nước nước      2.1.1 Ngoài nước Trên giới việc điều khiển thiết bị qua máy tính, qua điện thoại di động, qua mạng internet không mẻ xa lạ Xu hướng điều khiển giám sát nhiều thiết bị trực tiếp điều khiển mà trực tiếp thao tác trực tiếp thiết bị Người dùng cần máy tính cài đặt phần mềm điều khiển thiết bị qua giao diện lập trình có sẵn để theo dõi kiểm soát ứng dụng công nghiệp nông nghiệp : Máy móc nhà xưởng Hệ thống xử lý nước thải Nông nghiệp thủy lợi Lò sưởi, ướp lạnh, máy điều hòa Các thiết bị dân dụng khác: đèn, quạt… 2.1.2 Trong nước Ở phạm vi nước, vấn đề điều khiển thiết bị từ xa tâm điểm khoa học Với mong muốn ứng dụng khoa học giới vào sống, họ muốn sống trở nên công nghệ hơn, đại Nhưng thực tế chưa có sản phẩm đáp ứng nhiều vấn đề mà nhu cầu thực tế đặt thường giá thành tới tay người tiêu dùng để áp dụng vào thực tế thường cao nên người ý tới Tóm lại, việc nghiên cứu sử dụng thiết kế điều khiển thiết bị Việt Nam mẻ chưa vào thực tiễn ứng dụng nhiều Hầu hết nghiên cứu tự phát cá nhân người hay nhóm người muốn tìm hiểu công nghệ này, chưa phải hoạt đông nghiên cứu mang tính chuyên nghiệp để đưa vào ứng dụng thực tiễn Điều khiến nhóm định làm đưa sản phẩm mang tính chất thực tế áp dụng vào sống thực tiễn 2.2 Ý tưởng thiết kế Dùng máy tính cá nhân hay máy tính bàn cài đặt giao diện kết nối với module để điều khiển giám sát hoạt động thiết bị , trạng thái hoạt động , hẹn tác động điều khiển theo kiểu on/off tương tự tùy mục đích sử dụng 2.3 Đề cương nghiên cứu chi tiết Đề tài thực gồm phần Phần A: Giới thiệu: giới thiệu khái quát đề tài Phần B: Nội dung gồm chương Chương : Dẫn nhập: Giới thiệu đề tài, ý nghĩa khoa học, mục đích nghiên cứu 10 GVHD: TH.S Đặng Tiến Trung SVTH: Lê Văn Trọng Đồ án tốt nghiệp Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển thiết bị điện dân dụng int1 DELAY(int); void CLEAR_BUFFER(); const char Strings[TOTAL_STRINGS][SIZE_COMMAND]={ "HAND\0", "DEV1\0", "DEV2\0", "DEV3\0", "DEV4\0", "DEV5\0"}; char Command[SIZE_COMMAND]; char Receive_String[SIZE_BUFFER]; char i=0,j=0,n; char counter_read = 0; char num[10]; int16 dem=0; int8 phase1= 0; int8 phase2= 0; int8 phase3= 0; int8 phase4= 0; int8 phase5= 0; int1 STRING_SEARCH(int index) { if(STRSTR(Receive_String,Command)!=NULL) return(1); // Return if found else return(0); // Return if not found } void CMD_LOAD(int index) 72 GVHD: TH.S Đặng Tiến Trung SVTH: Lê Văn Trọng Đồ án tốt nghiệp Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển thiết bị điện dân dụng { int var=0; while((Strings[index][var]!=NULL)&&(var0)) { delay_ms(1000); Delay_ctr ; } if((counter_read==0)&&(Delay_ctr==0)) return(1); if((counter_read==0)&&(Delay_ctr>0)) return(0); } #priority RDA,RTCC // SERIAL BUFFER ISR #INT_RDA void SerialInt() { Receive_String[counter_read]=getchar(); 73 GVHD: TH.S Đặng Tiến Trung SVTH: Lê Văn Trọng Đồ án tốt nghiệp Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển thiết bị điện dân dụng counter_read++; if(counter_read==SIZE_BUFFER)counter_read=0; } #int_EXT void EXT_isr(void) { set_timer0(255-110); // cai dat timer0 ngat sau 100 us enable_interrupts(INT_RTCC); dem = 0; } #int_RTCC void RTCC_isr(void) { set_timer0(255-100); // cai dat timer0 ngat sau 100 us dem++; if(dem >= 100) // sau 10ms { dem = 0; disable_interrupts(INT_RTCC); } if(dem >= phase1&& dem = phase2&& dem = phase3&& dem = phase4&& dem = phase5&& dem