1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM - NGUYỄN NĂNG TOẠI HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ QUẢN LÝ NĂNG LƯỢNG TỪ XA LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện Mã số ngành: 60520202 TP HỒ CHÍ MINH, tháng 05 năm 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM - NGUYỄN NĂNG TOẠI HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ QUẢN LÝ NĂNG LƯỢNG TỪ XA LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành : Kỹ Thuật Điện Mã số ngành: 60520202 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS ĐINH HOÀNG BÁCH TP HỒ CHÍ MINH, tháng 05 năm 2014 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc Cán hướng dẫn khoa học : TS ĐINH HOÀNG BÁCH Luận văn Thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Công nghệ TP HCM ngày 03 tháng 05 năm 2014 Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn Thạc sĩ) TT Họ tên TS Huỳnh Châu Duy TS Nguyễn Thanh Phương TS Hồ Văn Hiến TS Trương Việt Anh TS Võ Hoàng Duy Chức danh Hội đồng Chủ tịch Phản biện Phản biện Ủy viên Ủy viên, Thư ký Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau Luận văn sửa chữa (nếu có) Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ TP HCM PHÒNG QLKH – ĐTSĐH TP HCM, ngày 20 tháng 05 năm 2014 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Nguyễn Năng Toại Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 16/10/1985 Nơi sinh: Hải Dương Chuyên ngành: Kỹ thuật điện MSHV: 1241830037 I- Tên đề tài: Hệ Thống Quản Lý Và Giám Sát Năng Lượng Từ Xa II- Nhiệm vụ nội dung: Nhiệm vụ: - Nghiên cứu chuẩn truyền dẫn phổ biến RS-232, RS-485 Nghiên cứu chuẩn truyền thông phổ biến Modbus RTU, Modbus TCP/IP Thiết kế giao diện SCADA thu thập liệu - Nội dung Tổng quan về hệ thống giám sát quản lý lượng từ xa - Một số chuẩn giao thức truyền thông ứng dụng hệ thống - Thiết kế hệ thống thành phần: xây dựng cấu hình hệ thống, thiết kế phần cứng xây dựng phần mềm cho hệ thống nhằm thực công việc đo lường tải Thử nghiệm kết khả ứng dụng hệ thống Kết đạt được: - Ứng dụng phần mềm DAQFactory vào việc quản lý lượng thu thập liệu III- Ngày giao nhiệm vụ: IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ: V- Cán hướng dẫn: TS ĐINH HOÀNG BÁCH CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên chữ ký) LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu Luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Tôi xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực Luận văn cảm ơn thông tin trích dẫn Luận văn rõ nguồn gốc Học viên thực Luận văn (Ký ghi rõ họ tên) Nguyễn Năng Toại LỜI CÁM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn TS.ĐINH HOÀNG BÁCH – Trưởng Bộ Môn Kỹ Thuật Điện Trường Đại Học Tôn Đức Thắng, người thầy hết lòng bảo, hướng dẫn, truyền đạt kiến thức chuyên môn kinh nghiệm nghiên cứu suốt thời gian học tập thực luận văn Xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu, Ban chủ nhiệm khoa Cơ - Điện – Điện tử, Phòng quản lý sau đại học Trường Đại Học Công nghệ Tp.HCM tạo điều kiện tốt vật chất lẫn tinh thần để hoàn thành tốt luận văn Xin chân thành cám ơn đến tất Quí Thầy, Cô Trường Đại Học Công nghệ Tp.HCM giảng dạy, trang bị cho kiến thức bổ ích quí báu suốt trình học tập nghiên cứu sau Xin cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp đặc biệt nhóm thực nghiệm chung Trường Đại Học Công nghệ Tp.HCM hướng dẫn Thầy Đinh Hoàng Bách người giành tình cảm sâu sắc nhất, giúp đỡ khuyến khích để vượt qua khó khăn suốt trình thực luận văn Xin cảm ơn Gia đình tạo điều kiện để yên tâm học tập tốt suốt thời gian vừa qua Xin cảm ơn tất bạn bè thân thuộc động viên, tạo điều kiện thuận lợi hỗ trợ cho nhiều trình học tập, công tác suốt thời gian thực luận văn Nguyễn Năng Toại TÓM TẮT Năng lượng yếu tố vô quan trọng đời sống quan trọng trình sản xuất kinh doanh doanh nghiệp Bài toán đặt cho nhà quản lý quản lý tòa nhà nhà máy, xí nghiệp hiệu để giảm chi phí, tiết kiệm lượng mức tối đa, tạo thuận lợi cho doanh nghiệp hoạt động kinh doanh Việc sử dụng lượng tiết kiệm hiệu không đồng nghĩa với việc cắt giảm lượng dù bị thiếu hụt không sử dụng lượng mà phải hiểu sử dụng lượng tiết kiệm hiệu việc áp dụng biện pháp quản lý kỹ thuật nhằm giảm tổn thất, giảm mức tiêu thụ lượng phương tiện, thiết bị mà đảm bảo nhu cầu, mục tiêu đặt trình sản xuất đời sống Phương án tối ưu thiết lập hệ thống tự động hóa giám sát quản lý lượng Hệ thống giám sát quản lý lượng giám sát toàn hệ thống lượng tòa nhà, nhà máy hay khu công nghiệp giúp nâng cao hiệu công trình, đại hoá, tiết kiệm điện tiêu thụ, bảo vệ môi trường Hệ thống giám sát quản lý lượng thực việc giám sát hệ thống điện qua thiết bị theo dõi thông số kỹ thuật nguồn điện như: kW, kVA, kVAr Hệ thống lượng hóa thạch xăng, dầu, gas….Đây thông số cần giám sát chặt chẽ có ảnh hưởng lớn tới việc vận hành tất thiết bị sử dụng điện tòa nhà hay công nghiệp Quản lý tốt tham số đồng nghĩa với việc giảm chi phí vận hành tòa nhà, hệ thống sản xuất nâng cao hiệu sử dụng thiết bị Các tham số đều đo đo đếm lượng kỹ thuật số nối mạng, thể thông số hình máy tính lưu trữ liệu Trong khuôn khổ luận văn nghiên cứu cấu trúc hệ thống quản lý giám sát lượng từ xa ABSTRACT Energy is a vital element of life, and even more important in the production and sales of businesses The problem posed for managers is how to manage and buildings and factories, the most efficient enterprises to reduce costs, save energy at maximum level, to facilitate the operation of the business business The use of energy saving and efficiency is not synonymous with cutting energy deficit or whether we not use that energy to properly understand that the use of energy saving and efficiency is the application of management practices and techniques to reduce losses, reduce energy consumption of the vehicle, while maintaining equipment needs, set objectives for the production and life Optimal current plan is to establish automated system monitoring and energy management System monitoring and energy management will oversee the entire energy system of the building, factories or industrial parks to enhance work efficiency, modernization, power consumption saving, environmental protection school System monitoring and energy management perform surveillance system tracking device power through the main specifications of the power supply as: kW, kVA, kVAr fossil energy systems, such as gasoline, oil, gas these are the parameters that need to be closely monitored because there is a huge impact to the operation of all electrical appliances or industrial buildings Good management of this parameter means that the operating costs of the building, manufacturing systems improve efficiency equipment These parameters are measured by measuring the power of digital networking, parameters shown on the computer screen and data storage In the framework of this will study the structure of a management system and remote power monitoring MỤC LỤC 10 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT PLC - Power Line Communication: truyền thông đường dây điện SCADA - Supervisory Control And Data Acquisition: hệ thống điều khiển giám sát thu thập liệu OSI - Open Systems Interconnection: kết nối hệ thống mở PLC - Programmable Logic Controller: thiết bị điều khiển lập trình LAN - Local Area Network: mạng máy tính cục WAN - Wide Area Network: mạng diện rộng CRC - Cyclic Redundancy Check: mã phát lỗi PC - Personal Computer: máy tính cá nhân 68 Hình 4.7: Các tham số thiết lập 4.2.3 Thiết kế giao diện Trong DAQFactory thiết lập sẵn 10 trang giao diện, dùng để thiết lập mô hình, thông số, đồ thị, … “Chọn Page_0” để trở về trang - Thể thông số qua giá trị thực - Nhấp phải vào khoảng trắng chọn “Displays / Variable value” Nhấn giữ phím Ctrl nhấp giữ chuột vào mục tạo để di chuyển đến nơi thích hợp - Nhấp phải vào đối tượng chọn “Properties”, cửa sổ lên, táp “Main” mục “Caption” chọn tên hiển thị, sử dụng “Cong suat tac dung” Phần “Expression” gõ chữ : “kW[0]” để gán địa 14 có tên “kW” mà ta gán kênh “Channel” Khi địa điền vào ô Expression 69 đúng, màu ô màu xanh, địa gán sai, ô màu đỏ Mỗi gõ vào chữ DAQ đưa danh sách biến chứa chữ - Units: Đơn vị cho thông số kW - Font: Kiểu phông cho chữ - Precision: Chọn lấy tròn sau dấu phẩy, số - Font Size: Kích thước chữ - Speed Key: Phím tắt - Nhấp “OK” Ta thấy thông số lấy từ đồng hồ trở về máy tính, không thấy giá trị xuất hiện, ta đặt sai địa Slave, sai địa giá trị muốn lấy hay chuyển đổi không lấy tín hiệu từ Slave về máy tính (Master) 4.2.4 Thể thông số qua đồ thị Trở lại giao diện trang Để cho giao diện sử dụng thêm trực quan va sinh động, đồ thị thiếu phần mềm quản lý thu thập liệu Để tạo đồ thị ta làm sau: - Nhấp vào khoảng trắng, chọn “Graphs / 2D Graph”, Một đồ thị xuất hiện, nhấp phải chọn Properties Trong tab “Traces” mục “Y Expression” chọn gõ “u”, thông số ta muốn hiển thị trục Y đồ thị - Tại mục “X Expression” giữ nguyên “Time” ta muốn trục X đồ thị hiển thị thời gian thực khảo sát, muốn thiết lập lại chức khác cho trục X ta cần đổi giá trị lại mong muốn - Trong tab “Axes” - Mục Axis: chọn kiểu dáng đồ thị - Mục Scalling: chọn giới hạn đồ thị - Tab Genaral: Các thiết lập về diễn giải đồ thị - Tab: Colors + Fonts : Thiết lập màu phông chữ đồ thị 70 Hình 4.8: Đồ thị phụ tải thông số đồng hồ đo 4.2.5 Thiết lập cảnh báo Alarm Cảnh báo yếu tố hết sức quan trọng với hệ thống nhà máy, xí nghiệp hay tòa nhà dân cư Trong DAQFactory giám sát nhiều cảnh báo lúc, với nhiều lệnh sử dụng đa dạng phong phú, giúp cho ứng dụng Alarm trở thành mạnh chương trình Để thiết lập cảnh báo nhấp chọn mục “ALARMS” “Local”, Nhấn Add để thiết lập hệ thống cảnh báo hộp thoại xuất chọn tên muốn sử dụng, sử dụng tên “Bao_loi_bon_chua”, nhấn “OK” Bảng với mục “Main” - Condition: Điều kiện để xảy cảnh báo , mục quan trọng ảnh hưởng tới cách để cảnh báo, ta khảo sát điều kiện “Ananlog_AI1[0]>45” - Reset Condition: tên biến sử dụng để thiết lập lại điều kiện báo động, sử dụng tên “AlarmReset” - Description: trạng thái mô tả điều kiện tác động, sử dụng “AlarmReset =0” - Priority: Ưu tiên cho loại cảnh báo nào, để mặc định 71 - Alarm Sound: Âm phát có báo động, hỗ trợ cho file có dạng WAV - Chuyển sang táp “Reset Event” gõ lệnh: AlarmReset =0 - Nhấn Apply Hình 4.9 : Cài đặt điều kiện báo động Trong thư mục Local, nhấp phải vào “Sequences” chọn “Add Sequence” đặt tên cho biến khởi động trình báo động, ta chọn “Startup” Bảng lệnh ra, gõ vào đoạn mã sau: global AlarmReset = // // đoạn mã cho phép reset báo động lần if(Alarm.Bao_loi_bon_chua.Fired) AlarmReset = endif // // Gọi hàm xác nhận báo động Alarm.AckAllAlarms() - Nhấp “Apply” Tạo nút nhấn Reset lỗi cách: nhấp phải vào khoảng trống trang 0, chọn “Buttons and Switches / Button” 72 - Chọn “Properties” text gõ chữ “Reset loi ”, chuyển qua tab Action , mục “Action” chọn “Quick Sequence” Gõ vào bảng đoạn mã sau : if(Alarm Bao_loi_bon_chua.Fired) AlarmReset = endif - Nhấn “OK” Đoạn mã có nghĩa có báo động xảy ra, biến “AlrmReset” đặt trở lại 1, tức báo động cài đặt lại điều kiện - Sử dụng nút nhấn thứ hai để xác nhận báo động, với tên “xac nhan”, đoạn mã sử dụng tab Action : Alarm.Ack("Bao_loi_bon_chua ") Đoạn mã dùng để xác nhận có lỗi xảy ra, làm cảnh báo tắt, nhấp vào nút Reset đặt cảnh báo thiết lập lại cho cố Bây ta làm thông báo về thời gian xảy lỗi, thời gian reset xác nhận lỗi - Nhấp phải vào vùng trắng chọn “Displays / Variable Value” - Nhấp phải chọn “Properties”, mục “Caption” đặt tên “Thoi gian xay loi”, mục “Expresstion” gõ lệnh : FormatDateTime("%c",Alarm Bao_loi_bon_chua.TimeFired) - Nhấn “OK” Tương tự ta tạo hai giá trị khác có giá trị thứ là: - Caption : Thoi gian reset - Expresstion : FormatDateTime("%c",Alarm Bao_loi_bon_chua.TimeReset) Và giá trị thứ hai - Caption : Thoi gian xac nhan - Expresstion : FormatDateTime("%c",Alarm Bao_loi_bon_chua.TimeAck) - Nhấp phải vào “SEQUENCE” chọn “begin sequence” 73 Như ta thiết lập xong báo động, điều kiện báo động xảy ra, dung lượng bồn chứa lớn 45m còi báo động vang lên, ta sử dụng đèn báo thay cho còi hai Hình 4.10 : Giao diện xử lý lỗi 4.2.6 Lập bảng lưu trữ liệu Phần mềm cho phép giữ lại giữ liệu nhận về từ thiết bị, để thuận tiện cho việc tính toán thống kê thông số, DAQFactory lưu giữ liệu file Excel Để thiết lập lưu trữ ta làm sau: - Chọn Logging mục Channel, nhấn Add để thêm file lưu trữ đặt tên “Nang_luong_nha_may” - Cột “Channels Available” chứa biến sẵn sàng để chuẩn bị lưu lại liệu - Cột “Channels to Log” chứa biến dùng để lưu trữ, cách chọn biến bên cột “Channels Available” nhấp vào nút “>>” ta thêm biến để lưu lại thông số - Ô “Logging Method” chọn “ASCII Delimited” - Ô “Flie Name” chọn nơi lưu file, ta đặt “Nang luong nha may” - Nhấn “Apply để hoàn tất việc thiết lập 74 Hình 4.11: Chọn tham số để lưu trữ liệu Trở lại giao diện mở mục “Nang_luong_nha_may” “Logging” nhấp phải chuột chọn “Begin Logging set”, với thao tác liệu bắt đầu lưu lại, muốn kết thúc việc lưu trữ chọn “End Logging Set” Giờ cần mở đến địa mà ta lưu file “Nang luong nha may” để mở lên chương trình Microsoft Office Excel Tương tự ta thiết lập lưu trữ liệu cần thiết 75 CÁC KẾT QUẢ TRONG QUÁ TRÌNH THỬ NGHIỆM 76 77 78 Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI Kết luận 5.1 Đề tài phần giải vấn đề việc thiết kế hệ giám sát quản lý lượng từ xa Từ việc nghiên cứu chuẩn truyền thông Tìm hiểu phần mềm, phương pháp thu thập liệu hệ thống giám sát qản lý lượng từ xa để có chất lượng độ ổn định cao Đến việc chế tạo mô hình thực, sử dụng đồng hồ EM-368C để đo giá trị công suất hệ thống cho giá trị có chất lượng tốt, từ điều khiển Các vấn đề nghiên cứu luận văn bao gồm: - Tìm hiểu cấu hình hệ thống quản lý lượng từ xa - Tiến hành chọn phương truyền thông truyền dẫn để xây dựng lên hệ thống tối ưu - Tiến hành thiết kế thực nghiệm mô hình giám sát quản lý lượng từ xa - Biểu đồ phụ tải theo ngày-tuần-tháng-năm, thể rõ lượng điện tiêu thụ cao điểm (peak time) - thấp điểm (off-peak time) ngày, có so sánh với liệu lịch sử ngày-tuần-tháng-năm trước 79 - Đề tài làm rõ chức phong phú PLC S7-1200, khai thác tính chuyển đổi tín hiệu từ Analog sang Digital, bên cạnh đồng hồ EM-368C khai thác hầu hết tính Phần mềm DAQFactory khai thác hầu hết tính nó, dù phần mềm đơn giản, với dung lượng thấp, có chứa đầy đủ tính phần mềm SCADA chuyên nghiệp Quản lý lượng/ Quản lý đồng hồ đo Theo dõi giám sát việc sử dụng lượng theo thời gian thực Quản lý phụ tải - Giám sát phân tích liệu lượng tiêu thụ để đảm bảo hệ thống hoạt động với thông số thiết lập, cung cấp công cụ hỗ trợ định theo thời gian thực để giảm thiểu lượng tiêu thụ giai đoạn phụ tải đạt đỉnh Lập báo cáo phân tích - Chuyển đổi liệu sang dạng trực quan, biểu đồ, đồ thị báo cáo Hạn chế đề tài 5.2 Do hạn chế về thiết bị nên khảo sát node, chưa phát huy hết tính công nghiệp hệ thống mạng modbus, ethernet - Chưa khảo sát hệ thống địa hình thiết bị phân bố rộng hệ thống điện - Chưa xây dựng giá điện theo biểu giá vào thời điểm Tiền điện sử dụng ngày / tháng - Phương thức Ethernet hạn chế mạng LAN/WAN kết nối đến trụ sở nội hệ thống nhà máy, tòa nhà, EVN Đơn vị ngành, không mang tính rộng rãi Nếu ứng dụng để gửi liệu từ trung tâm đến đơn vị liên quan mạng hiệu 5.3 Hướng phát triển đề tài Đưa yêu cầu với số lượng nhiều node với đồng hồ đo nhiều thông số, nhiều tính hệ thống Phát triển phầm mềm nền Web, truy cập liệu lúc, nơi 80 Xác định làm giảm nhu cầu lượng thời điểm hệ thống tiêu thụ đạt đỉnh dẫn tới đẩy chi phí lượng lên cao Thẩm định dự án tiết kiệm lượng nhà máy Cải thiện tăng hiệu suất hoạt động hệ thống 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Hoàng Minh Sơn, 2005, Mạng truyền thông công nghiệp, Nxb Khoa học kỹ thuật [2] Phạm Hồng Liên Giáo trình điện tử thông tin, Nxb Khoa học kỹ thuật, Tp Hồ Chí Minh, 1998 [3] Hồ Đắc Lộc - Huỳnh Châu Duy - Trần Anh Vũ “Kiểm soát thống kê số điện tiêu thụ từ xa” [4] Ngô Bá Hùng - Nguyễn Công Huy “ Giáo trình – Lập trình truyền thông” [5] Nguyễn Hữu Công “ Nghiên cứu hệ thống đọc công tơ từ xa” [6] Trần Vinh Tịnh “Kiểm toán lượng tòa nhà cao tầng đề suất phương án sử dụng lượng hiệu quả” [7] Hồ Ngọc Nam – Trần Quốc Hùng “ Mạng truyền thông công nghiệp Modbus RTU – PC master PLC slave” Websites [1] http://hoangvanco.com.vn/thiet-bi-chuyen-doi-tin-hieu/rs-232422485-sangethernet/hang-atc/104-atc-1000.html [2].www.dientuvietnam.net/forums/forum.php? s=3da0aaf09c6ce920367bdc28b2da1d60 [3] www.azeotech.com/DQAFactory manual [4] support.automation.siemens.com/WW/view/en/83130159 [5] support.automation.siemens.com/S7-1200 Programmable controller manual [6] www.selec.com/ EM368 manual [7] www.modbus.org/ Modicon Modbus Protocol Reference Guide [8] www.modbus.org/Modbus Messaging Implementation Guide v1.doc [9] www.Modbus-IDA.org/MODBUS Application Protocol Specification V1.1b [10] www.kiemtoannangluong.vn [11] laocai.gov.vn/sites/socongthuong/Tintucsukien/tinnoibo/Trang/ 20121025095036.aspx 82 [12] www.cpc.vn/cpc/home/Ttuc_Detail.aspx?pm=ttuc&sj=HD&id=11326# U1yZ_qKnhdZ [13] www.ninhthuan.gov.vn/chinhquyen/sokhcn/Pages/DIEN-KE-UNG-DUNGCONG-NGHE-MOI.aspx ... rộng, chất lượng tín hiệu tốt 19 1.2.2 Hệ thống giám sát quản lý lượng từ xa qua truyền tải tín hiệu thông qua đường dây điện Hình 1.2: Hệ thống giám sát quản lý lượng từ xa sử dụng hệ thống dây... tính thực tiễn cao nên chọn đề tài “ Hệ thống giám sát quản lý lượng từ xa - Hệ thống giám sát quản lý lượng gì? Quản lý lượng việc tổ chức thực sử dụng lượng cách tiết kiệm hiệu nhằm đạt lợi... nguồn lượng cung cấp cho dây chuyền sản xuất Phục vụ công tác kiểm toán nguồn lượng 1.2 Giới thiệu số hệ thống giám sát quản lý lượng từ xa thực tế Hệ thống giám sát quản lý lượng từ xa qua