Thiết kế hệ thống đo và điều khiển thiết bị sử dụng truyền tải trên đường dây điện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - ĐINH THỊ HẰNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐO VÀ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ SỬ DỤNG TRUYỀN TẢI TRÊN ĐƯỜNG DÂY ĐIỆN Chuyên ngành: ĐO LƯỜNG VÀ CÁC HTĐK TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA Hà Nội - 2010 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17061131834331000000 GVHD: PGS-TS Phạm Thị Ngọc Yến Luận văn Thạc sĩ Khoa học Lời CAM ĐOAN Tôi cam đoan công trình nghiên cứu riêng tôi, không chép Nội dung luận văn có tham khảo sử dụng tài liệu, thông tin đăng tác phẩm, tạp chí trang web theo danh mục tài liệu luận văn H ni, ngy thỏng nm 2010 Đinh Thị Hằng Đinh Thị Hằng -2- Khóa học: 2008 - 2010 GVHD: PGS-TS Phạm Thị Ngọc Yến Luận văn Thạc sĩ Khoa học Mục lục TrANG Trang phụ bìa Lời cam đoan Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt Danh mục bảng Danh mục hình 10 mở đầu 12 Chơng I - Tổng quan PLC 13 1.1 Giíi thiƯu vỊ PLC…………………………………………………… 13 1.2 LÞch sư phát triển 14 1.3 Tính kinh tế 15 1.4 Thông lợng 16 1.5 Phạm vi ứng dụng 17 1.5.1 ứng dụng hệ thống quản lý, giám sát 17 1.5.2 Truyền thông đờng di tốc độ cao 17 1.5.3 Mạng truy cập Internet sử dụng công nghệ PLC 18 1.5.4 ứng dụng gia đình - Intelligent home 18 1.6 Phân loại 19 1.6.1 Phân loại theo mức điện áp 19 1.6.2 Phân loại theo tốc độ bit………………………………………… 20 20 1.7 Giíi thiƯu mét sè modem PLC……………………………………… 21 1.7.1 Modem trun sè liƯu ST7538…………………………………… 22 1.7.2 Modem tèc ®é cao 45 Mbps……………………………………… 22 1.7.3 Mét sè sản phẩm khác 24 1.8 ứng dụng 27 §inh ThÞ H»ng -3- Khãa häc: 2008 - 2010 GVHD: PGS-TS Phạm Thị Ngọc Yến Luận văn Thạc sĩ Khoa học 1.9 Các chuẩn PLC 27 Chơng II - CÊu tróc hƯ thèng PLC……………………….… 29 2.1 CÊu tróc hƯ thống 29 2.2 Các phần tử mạng PLC 30 2.2.1 Các phần tử mạng 30 2.2.2 Trạm lặp 31 2.2.3 PLC gateway…………………………………………………… 31 2.3 Kết nối đến mạng lõi quản lý mạng truy nhập PLC 32 2.3.1 Các mô hình kÕt nèi 32 2.3.2 Quản lý mạng truy nhập PLC. 34 Chơng III - Một số vấn đề truyền thông PLC 35 3.1 Đặc tính kênh truyền đờng cáp điện. 35 3.2 Sự giới hạn băng thông. 36 3.2 Nhiễu đờng cáp điện. 37 3.2.1 Nhiễu tần số 50Hz ………………………………………… …… 37 3.2.2 NhiƠu xung ®ét biÕn……………………………………….…… 38 3.2.3 NhiƠu xung tÇn hoμn 38 3.2.4 NhiÔu xung kÐo dμi……………………………………… …… 39 3.2.5 Nhiễu chu kỳ không đồng bộ. 39 3.2.6 NhiƠu sãng radio………………………………………… …… 39 3.2.7 NhiƠu nỊn………………………………………………….…… 40 3.3 Trở kháng đờng truyền v phối hợp trở kháng. 40 3.4 Suy hao lới điện 40 3.5 Hiện tợng sóng dừng . 41 3.6 Sự phát xạ sóng điện từ v khả gây nhiễu. 42 3.7 Tổng trở suy giảm 43 Đinh ThÞ H»ng -4- Khãa häc: 2008 - 2010 GVHD: PGS-TS Phạm Thị Ngọc Yến Luận văn Thạc sĩ Khoa học Chơng IV - kết nối với lới điện phơng pháp điều chế 44 4.1 Kết nối với lới ®iƯn……………………………………………….… 44 4.1.1 M¹ch ghÐp tÝn hiƯu ……………………………………….……… 44 4.1.2 Mạch ghép dung kháng C. 44 4.1.3 Mạch phối ghép R-L-C phức tạp . 47 4.1.4 Các lọc tơng tự 47 4.1.5 Mạch lọc RC . 47 4.1.6 Mạch lọc LC . 48 4.1.7 Các mạch lọc bậc cao khác 49 4.2 Các phơng pháp điều chế 50 4.2.1 Kỹ thuật tơng tự …………………………………………….…… 51 4.2.2 Kü tht ®iỊu chÕ sè……………………………………… ……… 51 4.2.2.1 Khoá dịch biên (ASK). 52 4.2.2.2 Khoá dịch tần FSK 55 4.2.2.3 Khoá dịch pha (PSK) .. 59 4.2.2.4 Công nghệ trải phổ 62 4.2.2.5 Trải phổ dy trùc tiÕp kiĨu BPSK ……………………… ……… 63 4.2.2.6 Tr¶i phỉ nhảy tần FH-SS 67 4.3 Thử nghiệm phơng thức điều chế 68 4.3.1 Điều chế giải điều chế ASK 69 4.3.1.1 Điều chế ASK 69 4.3.1.2 Giải điều chÕ ASK……………………………………….……… 69 4.3.1.3 KÕt qu¶ thư nghiƯm………………………………… ………… 70 4.3.2 Điều chế giải điều chế FSK 72 4.3.2.1 Vòng khoá PLL) Đinh Thị Hằng pha (Phase -5- locked loop – 72 Khãa häc: 2008 - 2010 GVHD: PGS-TS Phạm Thị Ngọc Yến Luận văn Thạc sĩ Khoa học 4.3.2.2 Điều chế FSK dùng vi mạch CD4046. 74 4.3.2.3 Giải điều chế FSK . 75 4.3.2.4 Kết thử nghiệm 76 4.3.3 Điều chế giải điều chế BPSK . 76 4.3.3.1 Điều chế BPSK 76 4.3.3.2 Giải điều chế BPSK dïng CD4046 ………………….………… 77 4.3.3.3 KÕt qu¶ thư nghiƯm………………………………….………… 78 4.3.4.1 Điều chế FM . 79 4.3.4.2 Giải điều chÕ FM ………………………………………….…… 80 4.3.4.3 KÕt qu¶ thư nghiƯm…………………………………….……… 80 4.4 Lựa chọn phơng thức điều chế 80 chơng V - thiÕt kÕ hƯ thèng trun tÝn hiƯu vμ điều khiển đờng dây điện 83 5.1 Yêu cầu thiết kế, lựa chọn phơng án thực 83 5.1.1 Các yêu cầu thiết kế . 83 5.1.2 Lựa chọn phơng án thực 83 5.2 Xây dựng sơ đồ khối cho hệ thống ………… 84 5.2.1 ThiÕt kÕ Modul ph¸t…………………………………… ……… 86 5.2.1.1 Mạch điều khiển hoạt động cho máy phát . 86 5.2.1.2 §iỊu chÕ FSK v μ FM………………………….……………… 88 5.2.1.3 Mạch khuếch đại âm tần 89 5.2.1.4 Mạch khuếch đại phát . 89 5.2.1.5 Mạch phối ghÐp víi l−íi ®iƯn………………….……………… 90 5.2.2 ThiÕt kÕ modul thu .. 91 5.2.2.1 Mạch phối ghép với lới điện 91 5.2.2.2 Mạch khuếch đại v lọc thông dải 92 5.2.2.3 Mạch giải điều chế FSK 94 Đinh Thị Hằng -6- Khóa học: 2008 - 2010 GVHD: PGS-TS Phạm Thị Ngọc Yến Luận văn Thạc sĩ Khoa học 5.2.2.4 Mạch giải điều chế FM. 94 5.2.2.5 Mạch điều khiển thu 95 5.3 Sơ đồ nguyên lý lu đồ thuật toán 97 5.3.1 Lu đồ thuật toán Modul phát 97 5.3.2 Sơ đồ nguyên lý Modul phát 98 5.3.3 Lu đồ thuật toán Modul thu 99 5.3.2 Sơ đồ nguyên lý Modul thu 100 5.4 Chơng trình điều khiển module. 101 Kết luận. 114 Tài liệu tham khảo. 115 Đinh ThÞ H»ng -7- Khãa häc: 2008 - 2010 GVHD: PGS-TS Phạm Thị Ngọc Yến Luận văn Thạc sĩ Khoa học Các thuật ngữ viết tắt AM Amplitude Modulation Điều biên ASK Amplitude Shift Keying Khoá dịch biên BPSK Binary Phase Shift Keying Khoá dịch pha nhị phân Delta Modulation Điều chÕ Delta DSSS Direct Sequence Spread Spectrum Trair phæ d·y trực tiếp DPSK Differential Phase Shift Keing Khoá dịch pha vi phân FM Frequency Modulation Điều tần FSK Frequency Shift Keing Khoá dịch tần FDM Frequency Division Multiplexing Đa truy nhập theo tần số FPGA Field programmable gate array Phạm vi lập trình cổng mạng Inter Symbol Interference NhiƠu ISI Local Area Network M¹ng khu vùc Orthogonal Frequency Division Multiplexing Điều chế đa sóng mang PCM Pulse Code Modulation §iỊu chÕ xung m· PLC Power Line Communication Trun thông đờng cáp điện PLL Phase Locked Loop Vòng khoá pha PSK Phase Shift Keying Khoá dịch pha QAM Quadrature Amplitude Modulation Điều chế biên cầu phơng Selective Fading Pha đinh lựa chọn DM ISI LAN OFDM SF Đinh ThÞ H»ng -8- Khãa häc: 2008 - 2010 GVHD: PGS-TS Phạm Thị Ngọc Yến Luận văn Thạc sĩ Khoa học Danh mục bảng TrANG Bảng 1.1 Băng tần truyền thông PLC theo tiêu chuẩn châu Âu 16 Bảng 1.2 Đặc tính kỹ thuật Modem PLC 45 Mbps 23 Bảng 1.3 Đặc tính kỹ thuật Modem PLA 400. 26 Bảng 3.1 Tải đờng dây trở kháng thấp 35 Bảng 4.1 Bảng so sánh phơng thức điều chế 81 Đinh Thị Hằng -9- Khóa học: 2008 - 2010 GVHD: PGS-TS Phạm Thị Ngọc Yến Luận văn Thạc sĩ Khoa học Danh mục hình vẽ TrANG Hình 1-1: ứng dụng PLC quản lý điện 17 Hình 1-2: Mạng thông tin PLC 18 Hình 1-3: Mô hình ứng dụng PLC gia đình Hình 1- 4: PLC Indoor……………… …… ……….……… ………… 18 20 H×nh 1- 5: PLC Outdoor… ………… …………………… ………… 21 H×nh 2- 1: CÊu tróc mét m¹ng truy nhËp PLC…… ………… 29 Hình 2- 2: Cấu trúc mạng PLC nhà 30 Hình 2- 3: Mạng PLC sử dụng trạm lặp 31 Hình 2- 4: Thuª bao PLC kÕt nèi trùc tiÕp ……… Hình 2- 5: Kết nối thông qua PLC gateway 31 Hình 2- 6: Gateway mạng truy nhập PLC Hình 2- 7: Mô hình kết nối mạng truy nhập mạng lõi 32 Hình 2- 8: Quản lý mạng truy nhập PLC Hình 3- 1: Phổ tần PLC thông tin nội 34 Hình 3- 2: VÝ dơ vỊ sù mÐo tÝn hiƯu trªn lới điện.. 36 Hình 3- 3: Băng tần tiêu chuẩn CENELEC . 37 Hình 3- 4: Xung nhiễu xuất bật đèn . 38 Hình 3- 5: Nhiễu xung tuần hoàn 38 Hình 3- 6: Nhiễu phát chạy máy hút bụi phổ tần nó. 39 Hình 3- 7: Suy hao gia đình tần số 130kHz.. 41 Hình 4- 1: Mạch ghép dung kháng . 45 Hình 4- 2: Mạch ghép kết hợp LC . 46 Hình 4- 3: Các mạch läc RC……….……….……… …………… … … 48 H×nh 4- 4: Các mạch lọc LC đơn giản .. 49 Hình 4- 5: Mạch lọc thông giải dùng vi mạch HA17741 Hình 4- 6: Điều chế khóa dịch biên ASK 50 Hình 4- 7: Sơ đồ điều chế tín hiệu FSK 56 Hình 4- 8: Sơ đồ nguyên lý FSK 56 Hình 4- 9: Điều chế khóa dịch tần FSK 57 Đinh Thị Hằng - 10 - 32 33 35 55 Khãa häc: 2008 - 2010