Ứng dụng ông nghệ truyền thông trong điều khiển chiếu sáng công cộng

ế độ ệ ủ ừ ự ầ Trang 11 6 Hình 2: Hiện tr ng h ạệ thống trước đâyHiện nay trung tâm điều khiển và giám sát thực hiện chế độ trực vận hành hệ thống 24h/24h của các trạm thuộc trung tâm v

Ứ NG D NG CÔNG NGH TRUY Ụ Ệ ỀN THÔNG TRONG

ĐIỀ U KHI N CHI U SÁNG CÔNG CỘNG Ể Ế

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THU T Ậ NGÀNH: ĐIỆ N T - VI N THÔNG Ử Ễ

Hà N - ội Năm 2018

Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17057204983641000000

Ứ NG D NG CÔNG NGH TRUY Ụ Ệ ỀN THÔNG TRONG

ĐIỀ U KHI N CHI U SÁNG CÔNG CỘNG Ể Ế

Chuyên ngành: K thu t Vi n thông ỹ ậ ễ

iii

MỤC LỤC

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT v

DANH MỤC HÌNH ẢNH 1

TÓM TẮT LUẬN VĂN 3

LỜI NÓI ĐẦU 4

CHƯƠNG 1 HIỆN TRẠNG HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG CÔNG CỘNG 5

1.1 Hi n trệ ạng trung tâm điều khiển trước đây 5

1.2 Ưu điểm c a các trủ ạm đèn được đóng cắ ừt t trung tâm đi u khi n so v i các ề ể ớ trạm đèn được đóng cắ ằng Rơ le thời gian 10 t b CHƯƠNG 2 GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ TRUYỀN THÔNG, YÊU CẦU CHUNG CỦA HỆ THỐNG 11

2.1 Yêu c u chung 11 ầ 2.2 Gi i pháp truy n thông áp d ng 11 ả ề ụ 2.3 Sơ đồ ổ t ng quan và chi ti t c a h th ng 20 ế ủ ệ ố 2.4 Các yêu c u k ầ ỹ thuật chung đ i với hệ thốố ng: 21

2.5 Các yêu cầu đối với trung tâm điều khiển: 22

2.6 Các yêu c u k ầ ỹ thuật cho tủ điều khi n chi u sáng: 23 ể ế CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ VÀ LẬP TRÌNH 24

3.1 Sơ đồ kh i thi t b và nguyên lý hoố ế ị ạt động: 24

3.2 Thiết kế, ch t o h ế ạ ệ thống 27

3 Lựa chọn các linh ki n 27 ệ 3.4 Thi t k mế ế ạch 29

3.5 L p trình cho thi t b ậ ế ị điều khi n ể chiếu sáng 41

3.6 L p trình phậ ần mềm qu n lý v n hành 52 ả ậ CHƯƠNG LẮP ĐẶT, THỬ NGHIỆM, HOÀN THIỆN HỆ THỐNG4 62

iv

4.1 Quy trình cài đặt và thi t l p h th ng: 62 ế ậ ệ ố4.2 Sơ đồ nguyên lý lắp đặt thi t b ế ị điều khi n cho t ể ủ điều khi n chi u sáng: 63 ể ế4.3 Giao di n v n hành ph n m m 64 ệ ậ ầ ề4.4 Lắp đặ ại hiện trườt t ng, th nghiử ệm và đánh giá kết qu 67 ả

KẾT LUẬN 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO 71

v

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

3GPP 3irdGenaration Partnership Project Đề án các đối tác thế hệ thứ ba

3GPP2 3irdGeneration Patnership Project 2 Đề án đối tác thế hệ thứ ba 2

GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói chung

GSM Global System For Mobile Communications Hệ thống thông tin di động toàn

c u ầSIM Subscriber Identity Module Mođun nhận dạng thuê bao

SMS Short Message Service Dịch vụ nhắn tin

1

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1: Sơ đồ ổ t ng quan h th ng ệ ố 5

Hình 2: Hiệ n tr ng h th ạ ệ ống trước đây 6

Hình 3: Giao diệ n ph n m ầ ề m đi u khi n và giám sát 7 ề ể Hình 4: : Lắp đặ t thi t b t i tủ điề ế ị ạ u khi n chi u sáng ể ế 8

Hình 5: Hình ảnh trước và sau khi lắp đặt thi t b ế ị 8

Hình 6: Báo các trạ ng thái ho ạ ộ t đ ng c a tr m đèn 9 ủ ạ Hình 7: Quá trình phát triể n c a h th ủ ệ ống thông tin di độ ng 12

Hình 8: Sơ đồ ổ t ng quan h th ng ng d ng công ngh GSM/GPRS ệ ố ứ ụ ệ 20

Hình 9: Sơ đồ kh ối nguyên lý điề u khi n và giám sát t ể ủ điề u khi n chi u sáng ể ế 24

Hình 10: Quy trình thi t k h ế ế ệ thống điề u khi n và giám sát h ể ệ thố ng chi u sáng ế công c ộng 27

Hình 11: Vi xử lý STM32F205VET6 27

Hình 12: Module 3G SIM5320 28

Hình 13: IC đo các thông số điệ n ADE7758 28

Hình 14: Sơ đồ nguyên lý kh i x lý trung tâm ố ử 30

Hình 15: Sơ đồ nguyên lý kh i bàn phím ố 30

Hình 16: Sơ đồ nguyên lý kh ối đo lườ ng. 32

Hình 17: Sơ đồ nguyên lý kh i hi n th GLCD ố ể ị 33

Hình 18: Sơ đồ nguyên lý kh i ngu n ố ồ 34

Hình 19: Sơ đồ nguyên lý kh ố i đi u khi ề ển đóng cắt Rơle. 36

Hình 20: Sơ đồ nguyên lý kh i truy n thông RS232 ố ề 36

Hình 21: Sơ đồ nguyên lý kh i th i gian th c ố ờ ự 37

Hình 22: Sơ đồ nguyên lý kh ối lưu trữ ữ ệ d li u. 37

Hình 23: Sơ đồ nguyên lý kh i truy n thông ố ề 38

Hình 24: Hình ả nh 3D c a thi t bị điề ủ ế u khi n chi u sáng ể ế 39

2

Hình 25: Mạch in lớp layer botom 40 Hình 26: Mạch in lớp layer Top 40 Hình 27: Hình ả nh 3D c a thi t b truy ủ ế ị ền thông 40 Hình 28: Sơ đồ ấ c u trúc h ệ thố ng ph n m m Qu n lý v n hành h ầ ề ả ậ ệ thố ng chi ếu sáng. 52

Hình 29: Sơ đồ nguyên lý l ắp đặ t thi t b ế ị điề u khi n & giám sát cho t ể ủ điề u khi n ể chiếu sáng 63

Nội dung luận văn bao gồm 4 chương như sau:

Chương 1: ệHi n tr ng h th ng chi u sáng công c ng ạ ệ ố ế ộ

Chương 2:Gi i pháp công ngh truy n thông, yêu c u chung c a h th ng ả ệ ề ầ ủ ệ ốChương 3: Thi t k và l p trình h th ng ế ế ậ ệ ố

Chương 4: ắp đặL t, th nghi m và hoàn thi n h th ng ử ệ ệ ệ ố

4

Trong những năm gần đây, hệ thống chi u sáng tế ại các đô thị trên c ả nước không ngừng được đầu tư mở ộ r ng c v s ả ề ố lượng và chất lượng Tuy nhiên việc đầu tư kiểm soát h th ng chi u sáng công c ng ệ ố ế ộ ở các đô thị ệ hi n nay còn h n ch , ạ ếchủ ế y u h th ng chi u sáng ệ ố ế ở các đô thị ẫ v n s dử ụng điều khiển đóng cắ ằng rơ t b

le thời gian

Trước đây việc truy n nh n d li u t các t ề ậ ữ ệ ừ ủ điều khiển đèn chiếu sáng và trung tâm thông qua vi c truy n tín hi u trên ệ ề ệ đường dây điện, vi c truy n nh n d ệ ề ậ ữliệu thông qua đường dây điện g p r t nhiặ ấ ều khó khăn: Mất pha, cân pha dẫn đến

mất đường truy n, nhiề ễu trên đường truy n tề ải điện, truy n thông chề ậm

V i s phát tri n m nh m c a công ngh truy n thông không dây c a các ớ ự ể ạ ẽ ủ ệ ề ủ

mạng di động trong các năm gần đây, việc ứng d ng công ngh truy n thông ụ ệ ềkhông dây vào vi c truy n nh n d ệ ề ậ ữ liệu đố ới v i các ng d ng quứ ụ ản lý, điều khi n ểcác thi t b t xa, c ế ị ừ ụ thể ở đây là trong điề u khi n chi u sáng công c ng s là xu ể ế ộ ẽhướng c a hi n t i ủ ệ ạ và tương lai

Việc ứng d ng công ngh truyụ ệ ền thông không dây trong điều khi n chiể ếu sáng công c ng s gi i quyộ ẽ ả ết được hoàn toàn các khó khăn mà truyền thông qua đường dây điện trước đây gặp ph i ả

5

CÔNG CỘNG 1.1 Hiện trạng trung tâm điều khiển trước đây

❖ Quy mô c ủa trung tâm điều khiể n trư ớ c khi m r ở ộng:

Trung tâm điều khi n và giám sát H th ng Chi u sáng thành ph qu n lý ể ệ ố ế ố ả

18 khu v c v i qui mô 123 trự ớ ạm đèn Mỗi khu vực đượ ắc l p đặt một thuê bao điện thoạ ố địi c nh Khi c n truy n lầ ề ệnh đóng cắt và giám sát người v n hành s ậ ẽ điều khi n ph n m m quay s t i các t ể ầ ề ố ớ ủ điều khi n khu v c và t các t khu v c này ể ự ừ ủ ựtín hi u truy n thông lệ ề ại được truy n qua mề ạng điện lưới (Power line Comunication ) tới tủ được đóng cắt và giám sát

Tại phòng điều khi n và giám sát trung tâm, các k ể ỹ thuật viên cũng như người qu n lý có th giám sát toàn b h th ng chi u sáng c a các tr m thu c ả ể ộ ệ ố ế ủ ạ ộtrung tâm điều khi n, phát lể ệnh điều khiển đóng cắt, ki m soát tình tr ng ho t ể ạ ạđộng cũng như thay đổi ch làm vi c c a t ng khu v c theo yêu c u ế độ ệ ủ ừ ự ầ

Hình 1 : Sơ đồ ổ t ng quan h ệ thố ng

6

Hình 2 : Hiệ n tr ng h ạ ệ thống trước đây

Hiện nay trung tâm điều khiển và giám sát thực hiện chế độ trực vận hành

hệ thống 24h/24h của các trạm thuộc trung tâm và nhận thông tin phản ánh của nhân dân và công nhân quản lý vận hành trạm về tình trạng hoạt động của toàn

bộ Hệ thống chiếu sáng công cộng thành phố

❖ Các thi t b : ế ị

- Máy tính chủ : 01 b ộ

Máy tính ch ủ để quản lý cơ sở ữ liệ d u cho toàn b h ộ ệ thống, được cài đặt

ph n mầ ềm điều khi n và giám sát tr ng thái làm vi c c a các trể ạ ệ ủ ạm đèn thuộc trung tâm.

- Máy tính trạ m: 01 b ộ

Máy tính trạm được cài đặt ph n mầ ềm điều khiển giám sát, để giám sát trạng thái làm vi c c a các trệ ủ ạm đèn thuộc trung tâm, l p báo cáo và th ng ậ ố

kê

- Thiết bị ạ m ng LAN: 01 cái

+ 2 x Card LAN : 10/100M PCI FAST ETHERNET CARD

+ 10/100SWITCH HUB : 8-PORT N-WAY Desktop SWITCH 10/100

7

- Máy in: 01 cái

Máy in đen trắng A4 HP Laser 1320 ph c v in n báo cáo, tr ng thái ho t ụ ụ ấ ạ ạ

động t c th i c a h th ng và các thông tin qu n lý thi t b ứ ờ ủ ệ ố ả ế ị

- Modem: 02 cái

Modem có nhi m v ghép nệ ụ ối máy tính điều khi n trung tâm vể ới đường truyền điện tho i công cạ ộng để giao ti p v i các t ế ớ ủ điều khi n khu v c (1 ể ựmodem để điều khi n và 01 modem nh n tín hi u c nh báo t các t khu ể ậ ệ ả ừ ủ

Hình 3: Giao di n ph n m ệ ầ ề m đi ề u khi n và giám sát ể

Phần mềm quản lý vận hành tại trung tâm cho phép điều khiển và giám sát cho 123 trạm đèn, có cơ sở lưu trữ dữ liệu vận hành điều khiển & giám sát chiếu sáng: quan sát dòng điện, điên áp và điều khiển thời gian đóng cắt cho các trạm đèn

❖ Thiế t b l ị ắp đặ ạ ủ ề t t i t đi u khi n chi u sáng ể ế

Hình 5: Hình ảnh trước và sau khi l ắp đặt thiết bị

Từ khi đưa vào vận hành Trung tâm điều khiển và giám sát đã phát huy hiệu quả góp phần nâng cao công tác quản lý:

9

Hình 6: Báo các tr ng thái ho ạ ạ ộ t đ ng c a tr ủ ạm đèn.

- Điều ch nh linh ho t thỉ ạ ời gian đóng cắt H th ng chi u sáng t i các khu v c ệ ố ế ạ ự

t ừ trung tâm theo tình hình thờ ết, giải ti m tiêu th ụ điện năng

- T ừ trung tâm cho phép đóng cắt và giám sát t i t ng t chi u sáng c a mớ ừ ủ ế ủ ỗi khu vực

- Quan sát t c th i các thông s ứ ờ ố điện áp, dòng điện Báo hi u s c khi có tình ệ ự ố

trạng ch m ch p, quá tạ ậ ải và các hiện tượng câu móc điện

- Quản lý s li u v n hành: Tình trố ệ ậ ạng đóng cắt, mức độ tiêu th ụ điện năng

- T ng h p s u, chi t xuổ ợ ố liệ ế ất các báo cáo phục v ụ công tác quản lý

- Giảm thời gian đi kiểm tra lưới đèn cho Công nhân quản lý v n hành ậ

- Góp phần nâng cao năng lực và ng d ng công ngh m i cho các cán b k ứ ụ ệ ớ ộ ỹthu t cậ ủa công ty

Hiện trạng của trung tâm điều khiển & giám sát chiếu sáng công cộng thực hiện trong giai đoạn 1 sử dụng các đường truyền từ trung tâm đến các tủ điều

10

khiển khu vực là đường truyền qua đường điện thoại cố định dial-up và theo đường điện chiếu sáng (công nghệ truyền thông qua đường điện lưới - PLC) vì vậy thời gian giám sát và điều khiển còn chậm, cần được nâng cao hiệu quả để phục vụ cho vận hành quản lý

1.2 Ưu điểm của các trạm đèn được đóng cắt từ trung tâm điều khiển so với các trạm đèn được đóng cắt bằng Rơ le thời gian

❖ Ưu điểm:

- Điều ch nh linh ho t thỉ ạ ời gian đóng cắt H th ng chi u sáng t i các khu v c ệ ố ế ạ ự

t ừ trung tâm theo tình hình thờ ết, giảm ti ti iêu th ụ điện năng

- T ừ trung tâm cho phép đóng cắt và giám sát t i t ng t chi u sáng c a mớ ừ ủ ế ủ ỗi khu vực

- Quan sát t c th i các thông s ứ ờ ố điện áp, dòng điện Báo hi u s c khi có tình ệ ự ố

trạng ch m ch p, quá tạ ậ ải và các hiện tượng câu móc điện

- Quản lý s li u v n hành: Tình trố ệ ậ ạng đóng cắt, mức độ tiêu th ụ điện năng

- T ng h p s u, chi t xuổ ợ ố liệ ế ất các báo cáo phục v ụ công tác quản lý

- Giảm thời gian đi kiểm tra lưới đèn cho Công nhân quản lý v n hành ậ

- Góp phần nâng cao năng lực và ng d ng công ngh m i cho các cán b k ứ ụ ệ ớ ộ ỹthu t và quậ ản lý v n hành ậ

❖ Nhượ c đi m: ể

Sau thời gian vận hành đơn vị sử dụng thấy được một số điểm vẫn còn hạn chế của công nghệ cụ thể là: Các tủ điều khiển khu vực được kết nối về trung tâm điều khiển theo đường truyền dial –up thì thời gian điều khiển vận hành còn chậm

❖ Hiệu quả:

Mặc dù còn có những nhược điểm nhưng đơn vị quản lý vận hành đã thấy được các hiệu quả thiết thực của Trung tâm điều khiển cho công tác quản lý và vận hành Hệ thống chiếu sáng

11

CHƯƠNG 2 GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ TRUYỀN THÔNG,

YÊU CẦU CHUNG CỦA HỆ THỐNG 2.1 Yêu cầu chung

Với bài toán điều khiển và giám sát hệ thống chiếu sáng trên phạm vi rộng, với các mục tiêu đã nêu ở trên thì giải pháp tổng thể đưa ra tập trung vào 2 vấn đề chủ yếu mang tính chất cốt lõi :

Điều khiển, giám sát như thế nào và từ đâu để đảm bảo sự tin cậy, ổn định, nhanh chóng và chính xác

Việc truyền thông bao gồm truyền tín hiệu điều khiển và truyền số liệu giữa trung tâm với tủ khu vực, giữa tủ khu vực với tủ chiếu sáng, giữa trung tâm với từng tủ chiếu sáng phải nhanh chóng và tin cậy, cho phép giám sát toàn bộ hoạt động hệ thống, nhanh chóng phát hiện và xử lý sự cố

2.2 Giải pháp truyền thông áp dụng

Vấn đề truyền thông được đặt ra giữa phòng điều khiển trung tâm với các tủ với các tủ điều khiển chiếu sáng Tuy lượng thông tin trao đổi không lớn và yêu cầu về tính năng thời gian thực trong hệ thống chiếu sáng không cần ngặt nghèo nhưng phụ thuộc vào chất lượng của sóng GSM/GPRS/3G/4G do đó cần phải chọn nhà cung cấp dịch vụ có chất lượng tốt

Căn cứ vào ưu nhược điểm của các phương án truyền thông, mục tiêu đặt ra

và các kỹ thuật truyền thông đã được áp dụng cho các dự án tương tự trên thế giới, phương án truyền thông được sử dụng là: sử dụng dịch vụ GSM/GPRS/3G/4G GSM là một công nghệ dùng cho mạng thông tin di động GSM được viết tắt theo từ tiếng anh là Global System for Mobile Communications Các mạng thông tin di động GSM cho phép có thể roaming với nhau do đó những máy điện thoại

di động GSM của các mạng GSM khác nhau ở có thể sử dụng được nhiều nơi trên thế giới

❖ M ạng 2G

Đây là thế hệ mạng di động thứ 2, với tên gọi đầy đủ là hệ thống thông tin di động toàn cầu (Global System for Mobile Communications; viết tắt: GSM) Công

H ình 7: Quá trình phát tri n c a h ể ủ ệ thống thông tin di độ ng

Mạng 2G chia làm 2 nhánh chính: nền TDMA (Time Division Multiple Access) và nền CDMA cùng nhiều dạng kết nối mạng tuỳ theo yêu cầu sử dụng từ thiết bị và từng quốc gia

Ưu điểm:

* Cải thiện được chất lượng cuộc gọi, tín hi u và tệ ốc độ so v i th h ớ ế ệ trước

* Mã hoá d u theo d ng k thuữ liệ ạ ỹ ật số, giúp tiết kiệm th i gian và chi phí ờ

và một phần châu Á, trong đó có Việt Nam

- CDMA 2000: M t chu n 3G quan tr ng, là th h k ộ ẩ ọ ế ệ ế tiếp c a các chu n 2G ủ ẩCDMA và IS-95 CDMA 2000 cung c p tấ ốc độ d liêu t 144 kbit/s t i trên 3 ữ ừ ớMbit/s

- TD-CDMA: Được phát tri n tr n n n t ng chuể ề ề ả ẩn UTMS Đây là một chuẩn thương mại áp d ng h n h p c a TDMA và CDMA nh m cung c p ch t ụ ỗ ợ ủ ằ ấ ấlượng d ch v tị ụ ốt hơn cho dữ ệu đa phương tiệ li n k c âm thanh, hình nh ể ả ả

- TD-SCDMA: Một chuẩn khác d a trên n n t ng chu n UTMS ự ề ả ẩ

Ưu điểm:

- Cải thiện được chất lượng cuộc gọi, tín hi u và tệ ốc độ so với thế ệ trước. h

- Truy c p Internet tậ ốc độ cao kể ả khi di đang chuyể c n

- Cùng v i s bùng n smartphone, k t nớ ự ổ ế ối 3G cho phép người dùng truy c p ậvào th gi i nế ớ ội dung đa phương tiện phong phú bao g m nh c, phim, hình ồ ạ

-so với 3G

14

Công nghệ 4G được hiểu là chuẩn tương lai của các thiết bị không dây, cho phép người sử dụng có thể tải và truyền lên hình ảnh động chất lượng cao Hiện thế giới đang tồn tại 2 chuẩn công nghệ lõi của mạng 4G là WiMax và Long Term Evolution (LTE), mỗi công nghệ đều sử dụng một dải băng tần khác nhau

Tốc độ 4G vượt xa so với 3G Tốc độ tối đa của 3G là: tải xuống 14Mbps và tải lên 5.8Mbps Để đạt tới công nghệ 4G, tốc độ phải đạt tới 100Mbps đối với người dùng di động và 1Gbps đối với người dùng cố định (không di chuyển) Chính vì vậy tốc độ này chỉ có thể đạt được với mạng nội bộ LANs Và mạng 4G được chia thanh nhiều dải băng tần mạng khác nhau

- LTE CAT (Category) thực chất là băng tần 4G m m y h à á ỗ trợ, trên các thiết

b s d ng 4G hiị ử ụ ện nay thường c thông tin v ó ề CAT, đại bi u cho tể ốc độ 4G

tối đa máy có th s d ng ể ử ụ

Một số băng tần LTE CAT thường s d ng ử ụ

- LTE Category (LTE CAT 3): Tốc độ ả t i xu ng (Download) l 100Mbps (100 ố àMegabits/giây): Tốc đ truy n t i th c tế à 12.5 MB/s tương đương vớộ ề ả ự l i t i ả

xu ng 1 b ố ộ phim dung lượng 1GB với thời gian 82 giây Tốc đ ảộ t i lên

(Upload) 50 Mbps (50 Megabits/giây): Tốc đ truy n t i th c tế àộ ề ả ự l 6.25MB/s tương đương vớ ải t i một file dung lượng 1GB lên m ng v i th i gian 163.84 ạ ớ ờgiây

- LTE Category 4 (LTE CAT 4): Tốc đ ảộ t i xu ng (Download) là 150 Mbps ố(150 Megabits/giây): Tốc đ truy n t i lộ ề ả à 18.75 MB/s t c là ạứ b n c th tó ể ải

xuống 1 file dung lượng 1GB với thời gian 54.6 giây Tốc độ ả t i lên (Upload)

là 50 Mbps (50 Megabits/giây): Tốc đ truy n tộ ề ải là 6.25 MB/s tương đương

v i upload 1 file 1GB lên m ng vớ ạ ới thời gian 163.84 giây

- LTE Category 5 (LTE CAT 5): Tốc đ t i xu ng (Download) là 300 Mbps ộ ả ố(300 Megabits/giây): Tốc đ truy n t i lộ ề ả à 37.5 MB/s => tải 1 bộ phim dung lượng 1GB v i thờớ i gian 27 giây T c đ t i lên (Upload) l 75 Mbps (75 ố ộ ả àMegabits/giây): Có ốc độ ự t th c tế à l 9.375 MB/s => t i lên 1GB v i th i gian ả ớ ờ

109 giây

- LTE Category 6 (LTE CAT 6): Tốc đ t i xu ng (Download) là 300 ộ ả ố

Mbps:Tương đương vớ ối t c đ c a LTE CAT 5 c t c đ truy n t i l 35.5 ộ ủ ó ố ộ ề ả à

15

MB/s Tốc độ ải lên (Upload) là 50Mbps: Tương đương với Cat 4 là t 6.25 MB

m i giây ỗ

- LTE Category 7 (LTE CAT 7): Tốc đ t i xu ng (Download) là 300 ộ ả ố

Mbps:Tương đương vớ ối t c đ c a LTE CAT 5 c t c đ truy n t i l 37.5 ộ ủ ó ố ộ ề ả àMB/s Tốc độ ải lên (Upload) là 150Mbps: nhanh hơn CAT 6 với tố t c độtruy n tề ải là 18.75 Megabytes m i giây Vi c upload mỗ ệ ột video với dung lượng 1GB lên youtube v i thờớ i gian c c nhanh ch 55 giây ự ỉ

Truyền thông GSM/GPRS/3G/4G sử dụng mạng truyền thông GSM làm cốt lõi dữ liệu được truyền qua thiết bị không dây (GSM/GPRS/3G/4G modem) về tổng đài GSM và từ tổng đài GSM kết nối với mạng internet toàn cầu tạo nên các dịch vụ đa dạng của công nghệ truyền thông GPRS

Là giải pháp đã được quốc tế thừa nhận trong điều khiển hệ thống đèn chiếu sáng công cộng Hệ thống này đang được lắp đặt với một quy mô rộng lớn và nhanh chóng chứng tỏ là một hệ thống đáng tin cậy cung cấp nhiều lợi ích cho người sử dụng

Truyền thông giữa trung tâm và các tủ điều khiển chiếu sáng sử dụng công nghệ truyền thông GSM/GPRS/3G/4G Đây là công nghệ hiện đại, khả năng mở rộng lớn, giá thành hợp lý Công nghệ GSM/GPRS/3G/4G đã được áp dụng trong nhiều lĩnh vực cũng như trong điều khiển Hệ thống chiếu sáng chiếu sáng công

Ưu điểm của giải pháp truyền thông GSM/GPRS/3G/4G :

- Giải pháp ở trên có ưu điểm là gi nguyên c u trúc hi n có c a h th ng, ch ữ ấ ệ ủ ệ ố ỉ

c n l p thêm các thi t b ầ ắ ế ị điều khi n vào m i t mà không c n phể ỗ ủ ầ ải thay đổi

c u trúc thiấ ết bị và kéo thêm cáp điện

- Ứng d ng và làm ch công ngh hiụ ủ ệ ện đại đã đuợc ki m ch ng trên th gi i ể ứ ế ớ

C u trúc m ng GSM/GPRS/3G/4G ấ ạ được ứng d ng trong d án này là mụ ự ột công ngh r t tiên tiệ ấ ến, đang phát triển r t mấ ạnh, đảm b o tính hiả ện đại và không b lị ạc hậu trong 10 đến 20 năm sau

- Phương án trên cho phép thực hi n các mệ ục tiêu đặt ra ở chương 3 cho phép điều khi n, giám sát tr ng thái làm vi c t i t ng t chi u sáng c a h th ng ể ạ ệ ớ ừ ủ ế ủ ệ ốchiếu sáng công cộng trên địa bàn thành ph Hà n i ố ộ

- Chi phí v n hành r t th p do GSM/GPRS/3G/4G công nghậ ấ ấ ệ không dây r ẻ

nh t, giá c không ph ấ ả ụ thuộc vào th i gian truy n tín hi u ch ph thu c vào ờ ề ệ ỉ ụ ộdung lượng truy n ề

- Có khả năng mở ộ r ng t i hàng nghìn t chi u sáng ớ ủ ế

So sánh công nghệ truyền thông

Để thấy được ưu điểm và nhược điểm của công nghệ đường truyền sử dụng trong giai đoạn trước và công nghệ đường truyền đề xuất sử dụng trong đề cương

dự án ta so sánh như trong bảng sau:

Telephone dia- và up

PLC

M ng không dây ạ

Ứng d ng d ch v ụ ị ụ GSM/GPRS/3G/4G

ph thu c nhau ụ ộ

- Truy ền đa điể m

- D ữ liệ u d ạng gói, không đồ ng

b ộ

- T ốc độ: lên t i 30Mbps ớ

- Không c n phân theo khu ầ

v c, các tr m truy n thông ự ạ ề không ph thu c nhau ụ ộ

giám sát

- Giám sát l ần lượ t các t ủ điề u khi n chi u sáng nên ể ế thờ i gian giám sát toàn b ộ

- Giám sát đồ ng th i các t ờ ủ điề u khi n chi u sáng vì v y ể ế ậ thờ i gian giám sát toàn b các ộ

17

h ệ thố ng ch m, không ậ theo th i gian th ờ ực.

t ủ điề u khi n chi u sáng ể ế nhanh, theo th i gian th c ờ ự

c a h ủ ệ thố ng

- Điề u khi n: quay s l n ể ố ầ lượt đế ừ n t ng khu v ực để điề u khi n ể

- Giám sát: l ần lượ t theo khu v c và d ự ữ liệ u giám sát không t c th ứ ời.

- C nh báo: trên b ng hi ả ả ển thị, nhưng chưa kiểm soát đượ c c nh báo và c nh ả ả báo chưa đúng, và hay bị xung đột đườ ng truy n ề

- Nhi ều phương án điề u khi n: ể

L a ch n cách th ự ọ ức điề u khi n toàn b các t ể ộ ủ hay đơn

l , nhi u khu v c trong cùng ẻ ề ự

m t th ộ ời điể m

- Nhiều phương án giám sát: Giám sát đồ ng th i toàn b ờ ộ các t ủ điề u khi n chi u sáng ể ế trong cùng m t th ộ ời điểm.

- Nhi u ề phương án cả nh báo:

C nh báo v ả ề trung tâm điều khi n ho ể ặc cho ngườ i v ận hành, giám sát trên phần

m m, trên b ề ản đồ , trên website b o m t ả ậ

đị nh c a t khu v c ủ ủ ự

- Không ph thu c kho ng ụ ộ ả cách, đã có hế t m ọi nơi do nhà cung c p d ch v ấ ị ụ

- Có nhiễu trên đường điện lưới

- Phụ thu c vào ch ộ ất lượ ng

c ủa đơn vị cung c p d ch v ấ ị ụ GSM/GPRS/3G/4G

- Không có nhi u ễ

- Có kh ả năng điề u khi ển

và giám sát trên các máy có

ph n m m SmartLight ầ ề

- Có kh ả năng điề u khi ển đóng cắ t các kh ởi độ ng

t theo các ch ừ ế độ : 0%, 30%, 70%, 100%

- Đọ c các thông s tr ng ố ạ thái v ề trung tâm như:

Điện áp, dòng điệ n, ch ế

độ đóng cắ t

- Điề u khi n và giám sát ể

l ần lượ t t ng t ừ ủ điều khi n theo t ng khu v c, ể ừ ự thời gian giám sát lâu

- Có kh ả năng điề u khi n và ể giám sát b ng ph n m m t ằ ầ ề ại trung tâm ho c trên web b ặ ảo

s ố điệ n tiêu th ụ

- Điề u khi ển và giám sát đồ ng thờ i toàn b các t ộ ủ điề u khi n chi u sáng t c th i, ể ế ứ ờ thời gian điề u khi n và giám ể sát r t nhanh ấ

19

c nh báo ả

- Không đồ ng th i c nh ờ ả báo

- Đườ ng truy n c nh báo ề ả

b ị xung độ t n ếu như có

t hai t ừ ủ điề u khi ển chi u sáng c nh báo ế ả trong cùng m t th ộ ời điểm

- Đồ ng th i c nh báo các s ờ ả ự

c v trung tâm, có kh ố ề ả năng

g i thông tin c ử ảnh báo đế n

t ận ngườ ậ i v n hành

- Đườ ng truy n c nh báo ề ả không b ị xung độ t R ất nhi u t ề ủ điề u khi n có th ể ể cùng c nh báo n u c n thi ả ế ầ ết

mà đườ ng truy n không b ề ị xung đột

11 D ch v ng ị ụ ứ

d ng ụ

- Đơn lẻ , ph thu ụ ộc - D ch v ị ụ đã thương mạ i hóa

nhi ều năm, không phụ thu ộc

12 H ỗ trợ ị d ch v ụ

& xu hướng

phát tri n ể

- Các thi t b ế ị đầ u cu ối đượ c h tr b i nhà ỗ ợ ở cung c p ấ

- Các thi t b ế ị đầ u cu i r ố ất phong phú đa dạng, đã và đang phát triể ấ n r t m nh ạ

r ng ộ

- Có kh ả năng mở ộ r ng nhưng còn hạ n ch ế

- Phụ thu c c ộ ấu hình lướ i điệ n chi u sáng ế

- Có kh ả năng mở ộ r ng và phát tri n h ể ệ thố ng cao

- Không ph thu c c u hình ụ ộ ấ lưới điện CS

Với sự so sánh các đặc điểm của hai công nghệ truyền thông ta thấy được các ưu điểm nổi bật của công nghệ truyền thông qua mạng GSM/GPRS

20

2.3 Sơ đồ tổng quan và chi tiết của hệ thống

Với việc ứng dụng dịch vụ truyền thông qua mạng GSM/GPRS/3G/4G cho việc điều khiển & giám sát các tủ điều khiển chiếu sáng thì các phần tử truyền thông phải có chức năng lập trình được để thiết lập cấu hình kết nối mạng và bảo mật cho hệ thống thiết bị tại tủ điều khiển chiếu sáng Sơ đồ thiết lập cấu hình cho

hệ thống được trình bày trong hình sau:

Hình 8 : Sơ đồ ổ t ng quan h ệ thố ng ng d ng công ngh GSM/GPRS ứ ụ ệ

Hệ thống được phân chia là 2 cấp điều khiển:

- Cấp điều khiển từ trung tâm:

+ Điều khiển đóng cắt tới bất kỳ tủ điều khiển chiếu sáng nào;

+ Giám sát được các thông số: trạng thái điều khiển, điện áp, dòng điện, công suất, hệ số công suất, công năng tiêu thụ của trạm đèn chiếu sáng;

+ Thay đổi thời gian và chế độ đóng cắt của tủ điều khiển chiếu sáng;

- Cấp điều khiển tại tủ điều khiển:

Điều khiển đóng cắt theo các chế độ;

Đặt thời gian, chu trình giám sát;

Đo lường giám sát trực tiếp các thông số: trạng thái điều khiển, điện áp, dòng điện, công suất, hệ số công suất, công năng tiêu thụ của trạm đèn chiếu sáng;

Thay đổi thời gian và chế độ đóng cắt của tủ điều khiển chiếu sáng;

21

Các tính năng khác cho việc cấu hình truyền thông cho tủ điều khiển chiếu sáng

2.4 Các yêu cầu kỹ thuật chung đối với hệ thống:

Hệ thống đèn chiếu sáng cần được đóng cắt đồng bộ theo thời gian thực được đặt sẵn tại phần mềm quản lý vận hành tại trung tâm, thời gian đóng cắt cho các tủ điều khiển chiếu sáng sẽ được gửi qua mạng GSM/GPRS/3G/4G đến các tủ điều khiển chiếu sáng Các tủ điều khiển chiếu sáng nhận được thời gian đóng cắt

sẽ tự động điều khiển các trạm đèn chiếu sáng Hoặc người sử dụng có thể điều khiển đóng cắt trực tiếp tại trung tâm điều khiển Hệ thống hoạt động theo hai cấp độ:

- Điều khiển đóng cắt, đ t thặ ời gian đóng cắ ừt t trung tâm

- Đ ềi u khiển đóng cắt, đ t thặ ời gian đóng cắ ừ ủ điềt t t u khi n chi u sáng ể ế

✓ Khi không có s can thi p cự ệ ủa người v n hành t i trung tâm ho c trậ ạ ặ ực tiế ạ ủp t i t , thi t b ế ị điều khi n t i t s đi u khi n t ng theo chu trình th i ể ạ ủ ẽ ề ể ự độ ờgian đã được đ t s n trong b nh c a thi t b ặ ẵ ộ ớ ủ ế ị

✓ Khi người qu n lý vả ận hành thay đổi thời gian đóng cắ ừt t trung tâm thì

d u s ữ liệ ẽ được truy n qua m ng GSM/GPRSề ạ /3G/4G đế n thi t b ế ị điều khiển

t i t ạ ủ điều khi n chi u sáng làm cho lể ế ịch trình đóng cắ ủt c a thiết bị ạ ủ được t i t thay đổ ồi đ ng b v i th i gian đóng c t t i trung tâm ộ ớ ờ ắ ạ

✓ Ngườ ậi v n hành có th ể đóng cắ ại trung tâm điềt t u khi n chi u sáng theo ể ế

3 m c sáng khác nhau: B t 100% s ứ ậ ố đèn, bật 2/3 s ố đèn, bật 1/3 s ố đèn hoặc

tắt toàn bộ

✓ Cùng v i viớ ệc điều khi n các trể ạm đèn các thiế ịt b có kh ả năng giám sát liên t c các trụ ạm đèn và gửi thông s giám sát v ố ề trung tâm điều khi n: các ểthông s g i v là: trố ử ề ạng thái đóng cắt, điện áp, dòng điện, công su t, h s ấ ệ ốcông suất, năng lượng tiêu th cụ ủa cả 3 pha

✓ Các thông s cho h ố ệ thống có th ể đặt được ừt trung tâm là: th i gian ờđóng cắt, th i gian giám sát và các thông s khác c a thi t b ờ ố ủ ế ị

22

✓ Đường truy n áp d ng cho h thề ụ ệ ống là đường truy n s li u qua m ng ề ố ệ ạGSM/GPRS/3G/4G (có th s d ng SMS khi m t m ng), t ể ử ụ ấ ạ ừ trung tâm điều khiển đế ủ điền t u khi n CS ể

✓ Thời gian giám sát cho toàn b h th ng c i t o m r ng là <2 phút ộ ệ ố ả ạ ở ộThời gian điều khi n t trung tâm đ n t đi u khi n chi u sáng < 10 giây ể ừ ế ủ ề ể ế

✓ Cùng v i viớ ệc điều khi n giám sát, ph n m m thu th p s ể ầ ề ậ ố liệu có th ể

c nh báo nh ng s c nghi m trả ữ ự ố ệ ọng cho người vận hành tại trung tâm

✓ Quy mô qu n lý: Trung tâm có kh ả ả năng điều khiển và giám sát đế ừn t ng

t ủ chiếu sáng và sẵn sàng đế ừng điểm sáng khi đượn t c m r ng ti p; có các ở ộ ế

ph m mầ ềm quản lý tiên ti n; có tính m , linh hoế ở ạt và kết cấu module

✓ Yêu c u b o m t cho h ầ ả ậ ệ thống: v a tích h p b o m t h ừ ợ ả ậ ệ thống trên ph n ầ

cần đượ ắp đặc l t một SIM điện thoại di động được đăng ký thuê bao dịch v ụGPRS và SMS, không s d ng thuê bao cu c g i Mử ụ ộ ọ ột đường điện tho i c ạ ốđịnh để nghe ph n ánh c a nhân dân và các cán b khi có s a ch a b o ả ủ ộ ử ữ ảdưỡng

2.5 Các yêu cầu đối với trung tâm điều khiển:

Trung tâm điều khiển phải được thiết kế gọn nhẹ và dễ dàng quan sát toàn bộ

Hệ thống chiếu sáng công cộng, phát hiện sự cố kịp thời Các thiết bị tại trung tâm được thiết kế dễ dàng lắp đặt và có thể di chuyển tới vị trí khác nếu cần thiết

- Phòng điều khiển trung tâm: được thi t k v i n i dung chính như sau: ế ế ớ ộ

✓ H ệ thống máy tính phục vụ cho người vận hành: 1 Máy ch , 2 máy trủ ạm

✓ h n mầ ềm điều khiển & cơ sở ữ liệ d u cho h ệ thống

23

2.6 Các yêu cầu kỹ thuật cho tủ điều khiển chiếu sáng:

- T ự động điều khiển đóng cắt các trạm đèn theo các mốc thời gian được đặt tại trung tâm hoặc đ t tr c tiế ạặ ự p t i tủ điều khi n chi u sáng; ể ế

- Nhậ ệnh đóng cắn l t ho c đ t th i gian t ặ ặ ờ ừ trung tâm điều khi n; ể

- Đo trực ti p các giá tr U,I và truy n v ế ị ề ề trung tâm điều khi n; ể

- Có khả năng mở ộ r ng cao

24

3.1 Sơ đồ khối thiết bị và nguyên lý hoạt động:

Thiết bị điều khi n chiể ếu sang được lắp đặt được tích hợp bao g m các khồ ối chức

năng chỉnh như

sau:

Hình 9 : Sơ đồ khối nguyên lý điề u khi n và giám sát t ể ủ điề u khi n chi u sáng ể ế

Khối xử lý trung tâm và điều khi n ể

- Khối đo lư ng: Tranduser ờ

- Khối truy n thong: Modem GSM/GPRS ề

25

- Khối bàn phím điều khi n ể

- Khối truy n thong Power Line Communication theo m ng Lanwork: có ề ạchức năng mở ộ r ng quản lý đến từng điểm sang và các điểm chi u sáng ếtrang trí

- Antenna

- Ắc quy lưu điện

- Các c ng truy n thông : RS 232 ổ ề

- Tính năng và thong số ỹ k thu t c a thi t b ậ ủ ế ị điều khi n chi u sáng: ể ế

- T ự động điều khi n H ể ệ thống chiếu sáng theo chu trình đặ ẵ ạt s n t i b nh ố ớ

- Giám sát dòng điện 3 pha: sai s 0,1% ố

- Giám sát điện áp 3 pha: sai s 0,1% ố

- Giám sát công su t 3 pha: sai s 0,1% ấ ố

- Giám sát h s công suệ ố ất 3 pha: 0,1%

- Giám sát công năng tiêu thụ 3 pha: 0,1%

- Giám sát tổng năng lượng tiêu thụ: 1%

- Giám sát đường truy n k t n i ề ế ố

- S n sáng m rẵ ở ộng điều khiển& giám sát đế ừng điển t m sáng

- Giám sát liên tục kể ả c khi mất điện (có c quy d phòng); ắ ự

- T ng gự độ ửi cảnh báo v ề trung tâm các sự ố ủa tủ điề c c u khi n CS ể

- Truy n thông v trung tâm: bề ề ằng đường truyền GSM/GPRS để ử ữ liệu g i d giám sát và nh n các lậ ệnh điều khiển và đặt ch t ng; n u có s c ế độ ự độ ế ự ốđường truy n GSM/GPRS s t ng chuy n sang ch ề ẽ ự độ ể ế độ SMS để báo d ữ

26

liệu v trung tâm t i các thề ạ ời gian thay đổi ch ế độ đóng cắt; t ng nh n ự độ ậ

l nh SMS t ệ ừ trung tâm điều khi n ể ở chế độ ả b o mật để điều khi n cho trể ạm đèn khi mạng GPRS có s c ự ố

- Có kh ả năng mở ộ r ng cho vi c giám sát tệ ừng điểm sáng: s n sàng lẵ ắp đặt các mode mạng (PLC Network) để điều khiển giám sát đế ừng bóng đèn n t

hoặc điều khi n c p nguể ấ ồn cho các điểm trang trí

- Có các c ng k t n i máy tính và c ng m r ng: RS232, RS485, PLC- ổ ế ố ổ ở ộLonwork

- Thiết b có tích hị ợp modem GSM/GPRS để truy n thông v trung tâm, ề ề

ph n m m cho modem phù h p v i các lo i th SIM c a các nhà cung cầ ề ợ ớ ạ ẻ ủ ấp

d ch v GSM/GPRS t i Vi t Nam Có th s d ng trên mị ụ ạ ệ ể ử ụ ọi lo i SIM ạGSM/GPRS c a các m ng Vinaphone, Mobiphone, Viettel ủ ạ

- Cơ cấu chấp hành: điều khiển cách ly điện áp phù h p v i 2 khợ ớ ởi động t 3 ừpha mà h ệ thống hiện đang có

- Có ắc quy lưu điện

- D dàng lễ ắp đặt trong t ủ điều khi n chi u sáng hi n t ể ế ệ ại

27

- Các ly giữa phần động lực và phần điều khi n tể ại tủ

- Có khả năng lập trình được;

3.2 Thiết kế, chế tạo hệ thống

Quy trình thực hiện nghiên c u ứ

Hình 10: Quy trình thi ết kế ệ thống điề h u khi n và giám sát h ể ệ thố ng chi u sáng ế

Thi t k m ch ế ế ạ điệ ử ằ n t b ng

ph n m m DXP ầ ề Altium Design

Thi t k và gia ế ế công m ch ạ

Phân tích, đánh giá k t qu ế ả thử nghi m, hoàn ệ thi n h ệ ệ thố ng

b ng ph n m ằ ầ ềm KEIL C 5.0 và Visual Basic 6.0

L ắp đặ ệ t h thố ng và ti n ế hành th ử nghi m ệ

+ H ỗ trợ đầy đủ chức năng truyền thông qua GSM/3G

+ Giao ti p thông qua t p l nh AT ế ậ ệ

- Rơ le điều khi n 12V - 10A ể

- IC đo các thông số điện ADE7758

Hình 13 : IC đo các thông số điệ n ADE7758

+ Ngu n c p 5V +- 5% ồ ấ

+ Nhiệ ột đ hoạ ột đ ng -40oC đến +85oC

+ Chu n giao ti p SPI ẩ ế

+ Đo lường các thông s ố điện: Điện áp, dòng điện, công suất, năng lượng cosphi

29

3.4 Thiết kế mạch

✓ Khố ử i x lý trung tâm :

- Kết nối các khối chức năng lại với nhau

- Giao tiếp v i v i trung tâm thông qua module sim ớ ớ

- X ử lý theo yêu cầu của người xử ụ d ng

30

Hình 14 : Sơ đồ nguyên lý kh ối xử lý trung tâm

✓ Khối bàn phím: Thiế ế ồt k g m 5 phím

Hình 15 : Sơ đồ nguyên lý kh i bàn phím ố

- Phím Menu: Dùng để ch n các chọ ức năng thiế ịt b

- Phím lên /xu ng: Di cố huyển lên/xu ng, sang ph i/sang trái ố ả

- Phím OK: Đồng ý/ Lưu lại thay đổi

32

Thiết kế để có thể đo được U,I,Cos phi của lưới điện (

1Pha/3Pha) Khối đo lường có 10 đầu vào, bao gồm:

Hình 16 : Sơ đồ nguyên lý kh ối đo lườ ng

33

- Đầu vào đo điện áp (L1, L2,L3,N) : 3 đầu vào 220(L1,L2,L3) để đo 3 pha

lư i điớ ện và 1 đầu trung tính (N)

- Đầu vào đo dòng : 6 đầu vào đo dòng (I1A,I2A,I1B,I2B,I1C,I2C) dùng để

đo dòng của 3 pha L1,l2,L3 tương ứng Dòng điện đo thự ế được đưa qua c t

bi n dòng ế (hệ ố 20:5), dòng điệ s n cảm ứng sau đó sẽ được đưa vào chân IC

đo lường để tính ra dòng điện c m ả ứng, sau đó tính ra dòng điện th c t ự ế

- Khối đo lường còn được cách ly v i các kh i khác b ng IC ADUM5401 ớ ố ằ

✓ Khố i hi n th GLCD ể ị

Hình 17 : Sơ đồ nguyên lý kh ối hiể n th GLCD ị