Thiết kế và thi công mô hình hệ thống giám sát năng lượng điện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH HỆ THỐNG GIÁM SÁT NĂNG LƯỢNG ĐIỆN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: TH.S HOÀNG NGUYÊN PHƯỚC Sinh viên thực hiện: MSSV: Lớp: Não Phạm Trung Thành 1811021081 18DDCA2 Huỳnh Quốc Tiến 1811010161 18DDCA2 Huỳnh Minh Thành 1811020165 18DDCA2 TP.HCM, NĂM 2022 LỜI CAM ĐOAN Đồ án tốt nghiệp công trình nghiên cứu nhóm, thực dướng dẫn khoa học Th.S Hoàng Nguyên Phước Các số liệu, mơ hình trình bày luận văn hồn tồn thực Nhóm xin cam kết đề tài nhóm tự thực dựa vào số tài liệu trước khơng chép từ tài liệu hay cơng trình có trước Nhóm thực đề tài xin hoàn toàn chịu trách nhiệm lời cam đoan Tp Hồ Chí Minh, ngày…tháng…năm 2022 (Ký tên ghi rõ họ tên) Não Phạm Trung Thành Huỳnh Quốc Tiến i Huỳnh Minh Thành LỜI CẢM ƠN  Lời đầu tiên, nhóm thực đề tài xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Th.S Hồng Ngun Phước tận tình giúp đỡ, giải đáp thắc mắc, hướng dẫn nhóm thực đề tài, tạo điều kiện tốt từ bố trí phịng thí nghiệm đến thiết bị vật tư suốt thời gian nhóm thực đề tài Những kiến thức bổ ích từ Thầy áp dụng vào đề tài nhiều, từ kiến thức nhỏ nhặt học lớn Một lần nhóm thực đề tài xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Thầy Để hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp này, nhóm nhận giúp đỡ nhiệt tình q thầy Viện Kỹ Thuật nói chung giảng viên ngành Kỹ Thuật Điện nói riêng trang bị kiến thức cần thiết, đóng góp ý kiến giải đáp thắc mắc liên quan đến đề tài Nhóm xin gửi lời cảm ơn đến tập thể lớp 18DDCA2 đóng góp ý kiến giúp cải thiện hệ thống, giúp đỡ nhóm suốt trình thực đề tài Xin cảm ơn gia đình bạn bè ln bên cạnh động viên, khích lệ tinh thần để nhóm hồn thành tốt đề tài ii TÓM TẮT  Trong đề tài này, nhóm sử dụng gateway làm cơng cụ chuyển đổi giao thức truyền thông Modbus khác chung làm giao thức Modbus TCP/IP thông qua chuyển mạng FL SWITCH SFNB 5TX để kết nối Từ chuyển mạng FL SWITCH SFNB 5TX kết nối với máy tính điều khiển, máy tính điều khiển cài đặt phần mềm PME để giám sát điện thiết bị Đồng hồ PM5350 đóng vai trị thiết bị tiêu thụ Đồng hồ PM5350 gửi liệu phầm mềm sau hiển thị hình Trong đề tài nhóm sử dụng đồng hồ tượng trưng cho tủ điện nơi khác iii ABSTRACT  In this topic, the team used the gateway as a tool to convert two different Modbus communication protocols into one Modbus TCP/IP protocol through the FL SWITCH SFNB 5TX network switch to connect From the FL SWITCH SFNB 5TX network switch connected to the control computer, in the control computer install PME software to monitor the power on the device The PM5350 meter acts as a consumer device The PM5350 meter will send data to the software which will then display on the screen In the group topic, two clocks are used to represent two electrical cabinets in different places iv MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ii TÓM TẮT iii ABSTRACT iv DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT viii DANH SÁCH CÁC BẢNG ix DANH SÁCH CÁC HÌNH .x LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG GIỚI THIỆU 1.1 Đặt vấn đề: 1.2 Tầm quan trọng: 1.3 Lý chọn đề tài: 1.4 Vấn đề nghiêm cứu: .4 1.5 Mục đích nghiên cứu: 1.6 Nhiệm vụ nghiên cứu: 1.7 Kết đạt 1.8 Kết cấu đề tài: CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Tổng quan giám sát lượng điện 2.1.1 Các chức giám sát lượng .7 2.1.2 Phương pháp giám sát lượng điện thông minh 2.2 Tổng quan PME (Power Monitoring Expert) v 2.2.1 Tổng quan PME 2.2.2 Giải pháp .11 2.3 Gateway 12 2.3.1 Gateway gì? .12 2.3.2 Chức gateway 13 2.4 Mạng truyền thông công nghiệp: .14 2.4.1 Truyền thông Modbus: 15 2.4.2 ANALOG 21 2.4.3 Tín hiệu Digital 23 2.5 Phương thức giao tiếp PLC với máy tính 29 2.6 giới thiêu thiết bị sử dụng mơ hình 30 2.6.1 PLC S7-1200 30 2.6.2 Gateway EGX150 31 2.6.3 METSEPM5350 32 2.6.4 Power supply 34 2.6.5 FL SWITCH SFNB 5TX (Bộ chuyển mạng công nghiệp) 35 CHƯƠNG 36 TÍNH TỐN THIẾT KẾ 36 3.2 Phương pháp lựa chọn .36 3.3 Sơ đồ khối 37 3.4 Yêu cầu thiết kế 38 3.4 Thiết bị phần cứng 38 3.4.2 Sơ đồ nguyên lý 39 3.4.3 Sơ đồ dây 40 vi 3.4.4 Sơ đồ kết nối PLC thiết bị .41 3.4.5 Sơ đồ kết nối đồng hồ PM5350 42 3.4.6 Sơ đồ kết nối cổng (LAN) dây tín hiệu Ethernet 43 CHƯƠNG 44 THI CÔNG TỦ ĐIỆN 44 4.1 Các bước tiến hành lắp tủ điện 44 4.2 Lập trình PLC S1200 với phần mềm tia portal v15 47 CHƯƠNG 56 KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ 56 5.1 Kết khảo sát 56 5.2 Kết thực nghiệm 56 5.2.1 Một số hình ảnh 56 5.2.5 Website 57 5.3 giám sát lượng điện 61 CHƯƠNG 60 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 60 6.1 Kết luận .60 6.1.1 Ưu điểm 60 6.1.2 Nhược điểm 60 6.2 Hướng phát triển 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO 61 PHỤ LỤC 62 vii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt PME Power Monitoring Expert Chuyên gia giám sát nguồn điện PLC Programmable Logic Controller Chương trình kiểm sốt logic UPS Uninterruptible Power Supply Cung cấp điện liên tục APC American Power Conversion Chuyển đổi lượng Mỹ viii DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng Một số giá trị cho ASCII 16 ix 4.2 Lập trình PLC S1200 với phần mềm tia portal v15 • Giao diện phần mềm tia portal Hình Cửa sổ khởi động Hình Chọn PLC 47 Hình Cấu hình PLC • Cấu hình phần cứng cho PLC Hình Cấu hình modun analog out 48 Hình 10 Cửa sổ lập trình Hình 11 Soạn thảo chương trình 49 • Mơ phỏng: Cần: S7-PLCSIM tương ứng với phiên TIA cài đặt Thực hiện: Bấm vô nút mơ có 02 cửa sổ Một cửa sổ cho S7-PLCSIM cửa sổ để cài đặt download Hình 12 Mơ 50 CHƯƠNG KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ 5.1 Kết khảo sát 5.2 Kết thực nghiệm Sau tháng thực đề tài “Thiết kế thi công hệ thống giám sát lượng điện”, nhóm thu số kết đo giá trị dịng điện, giá trị điện áp tính điện tiêu thụ, đồng thời xây dựng hệ thống giao tiếp với người dùng từ trực tiếp hay thông qua website, mơ hình đóng gói hồn chỉnh 5.2.1 Một số hình ảnh Kết đo điện tiêu thụ mơ hình Hình Kết đo Bộ xử lý trung tâm đọc liệu từ thiết bị ,sau hiển thị lên đồng hồ PM5350 để thông báo cách trực tiếp cho người dùng giám sát điện Hệ thống lưu trữ liệu gửi lên web server để người dùng giám sát nơi Khi xảy cố gửi thông báo cho người dùng 56 5.2.5 Website Giao diện trang web thiết kế nhằm cung cấp cho người sử dụng dễ dàng việc quản lý liệu, giám sát nơi có kết nối Internet Cũng nơi lưu trữ liệu giám sát Hình Website PME quản lý ➢ Cảnh báo cố Hệ thống thông báo cố cho người sử dụng mục ALARMS công cụ Ở mục ta thấy tất loại cảnh báo mà hệ thống nhận hiển thị đâ Giúp cho người sử dụng biết loại lỗi mà hệ thống gặp phải khắc phục cách nhanh 57 Hình Các cảnh báo 58 ➢ Biểu đồ tiêu thụ Hiển thị mức độ tiêu thụ biểu đồ cập nhật theo thời gian thực Hình Biểu đồ tiêu thụ lượng 59 ➢ Giám sát Hình 5 Cơng suất máy cắt Hình Năng lượng 60 5.3 giám sát lượng điện Giám sát: Trước tiên, để tiến hành mục tiêu điều thích hợp cần tiến hành giai đoạn giám sát Thực theo dõi thông tin sử dụng lượng phản ánh khoảng thời gian Nhằm thiết lập sở cho việc quản lý lượng giải thích sai lệch so với giới hạn thiết lập Đưa số liệu phản ánh thực tế tiêu dùng so với giới hạn kế hoạch Tất nhằm cân đối đến tiêu dùng có hiệu hợp lý hay khơng Mục tiêu hệ thống trì giới hạn thiết lập Đảm bảo cho nhu cầu đáp ứng bên cạnh tiêu dùng hiệu tiết kiệm Bằng cách cung cấp tất liệu cần thiết điện tiêu thụ, yếu tố định Như xác định trình điều tra sơ Với sản xuất, thời thiết, nước, khí,… Báo cáo: Báo cáo phản ánh cân đối kế hoạch xây dựng tương lai Cho phép kiểm soát liên tục việc sử dụng lượng điện Đảm bảo hiệu đạt mục tiêu xác minh mức tiết kiệm điện Các báo cáo liệu phải cấp cho phịng ban quản lý thích hợp Với kế hoạch xây dựng cần thiết áp dụng hiệu tương lai Điều giúp cho họ theo dõi phân tích liệu phản ánh thực tế Nhằm mục tiêu đề sẵn trước để xác nhận vấn đề kết đạt Thủ tục: Thủ tục tiến hành cần thiết phải cân mức tiêu thụ điện trước Với xác định thiết bị điện chủ yếu sử dụng nhà máy Từ khảo sát tiến hành, để phân tích mức tiêu thụ cách hợp lý Khi đó, có phản ánh thực tế với kế hoạch đề Lập biểu đồ đối chiếu với mức tiêu thụ điện nhằm nhận biết khác biệt Khi đó, nhà quản lý tìm những yếu tố ảnh hưởng đến việc tiêu thụ Có thể đến từ quy trình sản xuất công nghiệp Hay nhiệt độ sản xuất quy trình gia nhiệt … 61 Khi tất biến cần đo thiết lập Xác định nhu cầu cách thức, lắp đặt đồng hồ đo cần thiết, bắt đầu thủ tục Giúp cho người quản lý nhà máy: Xác định việc sử dụng lượng mức Cùng với giải thích cho nguyên nhân phản ánh Các giám sát mang đến phản ánh số liệu thực tế Và từ nhận biết tiêu dùng giai đoạn khác Phát trường hợp phản ánh số liệu khác biệt Như mức lượng tiêu thụ thấp bất ngờ so với liệu đo trước Các tính chất khơng thống liệu đo lường phản ánh thực tế Từ kịp thời đưa đến điều chỉnh hay đo lường, kiểm tra cần thiết Vẽ kế hoạch xu hướng tiêu thụ lượng Kế hoạch mang đến dự định để đảm bảo thực sở kế hoạch xây dựng Như mức sử dụng hàng tuần, theo mùa, theo hoạt động,… Xác định việc sử dụng lượng tương lai với ngưỡng sử dụng cụ thể Tương ứng kế hoạch thay đổi sản xuất lập Tức phục vụ cho nhu cầu cần thiết cân nhu cầu Cùng với phù hợp kế hoạch sử dụng hiệu tiết kiệm Chuẩn đoán khu vực tiêu thụ lượng không cần thiết Với thực tế phản ánh giá trị điện tiêu thụ tương ứng với giá trị tìm kiếm từ sản xuất, kinh doanh Các nhu cầu sử dụng không cần thiết giảm thiểu mức tối đa Quan sát ảnh hưởng nhà máy với thay đổi thực kế hoạch Đối chiếu với thay đổi hoạt động sản xuất khứ Xem xét tính phù hợp hiệu để cân tính tốn tương lai Xây dựng mục tiêu hoạt động cho chương trình quản lý lượng nhà máy Là nhu cầu cần thiết để cân lợi ích tìm kiếm Quản lý mức tiêu thụ lượng, điều chỉnh chủ động hợp lý Thay chấp nhận chi phí cố định mà nhà máy khơng kiểm sốt Mục tiêu cuối điều chỉnh giảm chi phí lượng hợp lý Thơng qua cải thiện hiệu lượng kiểm soát quản lý lượng Với đảm bảo 62 cho nhu cầu sử dụng hiệu khơng lãng phí Giúp tăng hiệu sử dụng tài nguyên, cải thiện ngân sách sản xuất giảm thải khí nhiễm gây hiệu ứng nhà kính Tính hệ thống quản lý điện tiêu thụ: − Hiển thị giá trị theo thời gian thực − Report lượng tiêu thụ theo ngày, theo tháng − Xuất liệu thống kê file CSV − Hiển thị kWh theo biểu đồ với nhiều dạng − Hiển thị áp, dòng điện tiêu thụ − Hiển thị trực quan sơ đồ điện − Hiển thị tình trạng hoạt động cảnh báo lỗi thiết bị Hệ thống quản lý điện sử dụng, giám sát điện sử dụng có khả đo đếm dịng điện tải điện áp thiết bị điện Với hệ thống quản lý điện tiêu thụ người dùng đặt mức giới hạn lượng điện tiêu thụ Mức giới hạn theo ngày tháng nhằm tối ưu hóa khả sử dụng tiết kiệm điện Khi lượng điện tiêu thụ đạt mức ngưỡng cho phép người dùng xuất thơng báo cảnh báo Hệ thống tự động tắt thiết bị vượt ngưỡng cho phép Hệ thống quản lý lượng điện tiêu thụ gửi liệu điện qua điện thoại cho người dùng Từ người dùng tự quản lý, giám sát nhà từ xa 63 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.1 Kết luận 6.1.1 Ưu điểm Sau trình nghiên cứu, tiến hành thiết kế thi cơng thành sản phẩm hồn chỉnh nhóm thực yêu cầu gồm đo cường độ dòng điện, điện áp công suất tiêu thụ, giám sát nhiệt thiết bị, gửi tin nhắn cảnh báo cho người dùng Nhóm thực việc tự thiết kế, thi cơng mạch, mơ hình sản phẩm, có tính thẩm mỹ Giám sát xác hệ thống lượng điện tiêu thụ thông qua đồng hồ PM5350 Việc phát cảnh báo cách nhanh giúp cho hệ thống hoạt động ổn định 6.1.2 Nhược điểm Đây mơ hình mơ nên chưa có tồn chức khác có số chức cụ thể lập trình Chỉ dừng lại việc giám sát thiết bị định sẵn 6.2 Hướng phát triển Hệ thống phát triển thành hệ thống lớn, kết nối với nhiều thiết bị khác để giám sát xác điện tiêu thụ nhà máy, xí nghiệp Phát triển thêm cảnh báo qua điện thoại cách tối ưu nhất, nơi bị lỗi cụ thể cách khắc phục nhanh cho người vận hành thông qua điện thoại Cải thiện tối ưu cho nhà máy để dễ dàng tiếp cận sử dụng 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Hữu Đức (2021) Nghiên cứu thiết kế chế tạo thử nghiệm hệ thống giám sát điện nhà máy, từ https://dlib.haui.edu.vn/home/bitstream/123456789/2177/1/3.%20Nguyen%2 0Huu%20Duc.pdf Dương Quốc Hưng( 2021) Xây dựng hệ điều khiển giám sát tramh điện lượng mặt hoà trời lưới, ứng dụng Lào Cai, từ https://www.researchgate.net/profile/Nguyen TheCuong/publication/352086235_XAY_DUNG_HE_DIEU_KHIEN_GIA M_SAT_CAC_TRAM_DIEN_NANG_LUONG_MAT_TROI_HOA_LUOI _UNG_DUNG_TAI_LAO_CAI/links/6142a4007d081355ccef0a4f/XAYDUNG-HE-DIEU-KHIEN-GIAM-SAT-CAC-TRAM-DIEN-NANGLUONG-MAT-TROI-HOA-LUOI-UNG-DUNG-TAI-LAOCAI.pdf?origin=publication_detail Văn Thái Hà (2018) Xây dựng chương trình giám sát quản lý lượng trực tuyến nhà máy sợi Thăng Bình, Quảng Nam, từ http://tainguyenso.dut.udn.vn/bitstream/DUT/218/1/HaVanThai.TT.pdf.pdf Hồng Việt Dũng (2019) Nghiên cứu áp dụng chức hệ thống giám sát lượng điện (PMS) vào việc tối ưu lượng tiêu thụ trung tâm liệu viettel Hòa Lạc 61 PHỤ LỤC 62 ... thi? ??t kế thi công hệ thống ❖ Chương 3: Tính tốn thi? ??t kế: Xuất phát từ yêu cầu thi? ??t kế yêu cầu đề tài, trình bày tính tốn thi? ??t kế lựa chọn thi? ??t bị phần cứng hệ thống ❖ Chương 4: Thi công hệ. .. điều thi? ??t bị cảm biến, thuật tốn hỗ trợ đời Trong số đó tốn ? ?giám sát lượng điện? ?? đề tài cho ta đáng tìm hiểu Đề tài ? ?Thi? ??t kế thi công hệ thống giám sát lượng điện? ?? với mục tiêu giám sát điện. .. hiệu điện • Thi? ??t bị đo tủ cung cấp điện • Giám sát điện • Phân tích biểu đồ tải tối ưu hố tiêu thụ điện • Giám sát điều khiển thi? ??t bị điện • Bảo trì ngăn ngừa cố • Giám sát sóng hài • Giám sát