Xây dựng hệ thống điều khiển và giám sát hệ thống chiếu sáng Hà Nội

Giới thiệu hệ thốngHệ thống điều khiển chiếu sáng đô thị được thiết kế để phục vụ công tác theo dõi,giám sát, duy tu vận, hành mạng lưới chiếu sáng của thủ đô Hà nội.Từ trung tâm ngườivậ

Xây dựng hệ thống điều khiển và giám sát hệ thống chiếu sáng Hà Nội

Giảng viên: TS Phạm Văn TiếnTên học viên:

MSSV:

Khóa: 49Khoa: Điện tử viễn thông

Mục lục

Mục lục 2

LỜI CẢM ƠN 3

1 Giới thiệu hệ thống 4

1.1 Nguyên lý chung 4

1.2 Sơ đồ nguyên lý hệ thống 5

2 Thiết bị tại trung tâm 7

2.1 Giới thiệu chung 7

2.2 Sơ đồ cấu trúc 7

3 Phần mềm điều khiển tại trung tâm 10

3.1 Cấu trúc phần mềm 10

3.2 Hướng dẫn sử dụng phần mềm 11

3.3 Tự động cập nhật bảng LED 20

3.4 Log sự kiện hệ thống và người vận hành 21

3.5 Đọc và xem dữ liệu Offline 22

3.6 Kết xuất dữ liệu OffLine ra HTML 23

4 Các thiết bị sử dụng ngoài hiện trường 24

4.1 Tủ điều khiển khu vực 24

4.1.1 Sơ đồ khối 24

4.1.2 Tính năng kỹ thuật của tủ điều khiển khu vực 25

4.2 Tủ điều khiển chiếu sáng 26

4.2.1 Sơ đồ nguyên lý tủ điều khiển chiếu sáng 26

4.2.2 Tính năng kỹ thuật của tủ điều khiển chiếu sáng 27

4.3 Hộp coupler 27

4.3.1 Sơ đồ khối 27

4.3.2 Tính năng kỹ thuật của hộp coupler 27

5 Các thiết bị tích hợp trong các tủ điều khiển 28

5.1 Thiết bị PLC- MASTER 28

5.1.1 Chức năng 28

5.1.2 Thông số kỹ thuật 29

5.2 Thiết bị PLC-RTU 29

5.2.1 Chức năng 30

5.2.2 Thông số kỹ thuật 30

5.3 Thiết bị Tranducer 31

5.3.1 Chức năng 31

5.3.2 Thông số kỹ thuật 32

5.4 Hướng dẫn vận hành 32

6 Quy trình xử lý sự cố 35

6.1 Sự cố không kết nối được với Tủ khu vực 35

6.2 Sự cố không truyền thông được với Tủ điều khiển chiếu sáng 35

6.3 Số liệu điện áp pha bằng 0 35

6.4 Số liệu dòng điện pha bằng 0 35

6.5 Số liệu dòng điện/điện áp pha quá ngưỡng 35

6.6 Quá giờ đóng/cắt điện mà Tủ điều khiển CS không thực hiện được 35

7 Kết luận 36

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy TS Phạm Văn Tiến đã giúp đỡ tôitrong quá trình thực tập tại Công ty Chiếu sáng Hà Nội Không những thế, trong quá trìnhthực tập thầy đã chỉ bảo và hướng dẫn tận tình cho tôi những kiến thức lý thuyết, cũng nhưcác kỹ năng trong lập trình, cách giải quyết vấn đề, đặt câu hỏi … Thầy luôn là người truyềnđộng lực trong tôi, giúp tôi hoàn thành tốt giai đoạn thực tập tốt nghiệp

Cho phép tôi gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Công ty Chiếu sáng Hà Nội đã tạo mọi điềukiện thuận lợi giúp tôi cũng như các sinh viên khác hoàn thành giai đoạn thực tập tốt nghiệp.Chân thành cảm ơn đến các bạn trong nhóm thực tập đã hỗ trợ để tôi có thể hoàn thànhtốt công việc được giao

Tôi xin chân thành biết ơn sự tận tình dạy dỗ của tất cả các quý thầy cô Khoa Điện tửViễn thông – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Lời cảm ơn chân thành và sâu sắc, tôi xin gửi đến gia đình, đã luôn sát cánh và độngviên tôi trong những giai đoạn khó khăn nhất

Hà Nội, ngày 28 tháng 02 năm 2015

2 Giới thiệu hệ thống

Hệ thống điều khiển chiếu sáng đô thị được thiết kế để phục vụ công tác theo dõi,giám sát, duy tu vận, hành mạng lưới chiếu sáng của thủ đô Hà nội.Từ trung tâm ngườivận hành có thể:

Cài đặt thông số:

Đặt chế độ đóng cắt cho cả mạch vòng chiếu sáng

Đặt chế độ, thời gian đóng cắt cho từng tủ chiếu sáng

Đặt chế độ cảnh báo cho mỗi tủ chiếu sáng

Đặt giờ cho hệ thống

Điều khiển:

Điều khiển đóng/cắt khởi động từ tại tủ chiếu sáng

Điều khiển đóng cắt cả một mạch vòng chiếu sáng

Giám sát:

Đọc thông số của các tủ thuộc mạch vòng đã lưu từ tủ khu vực về để kiểm traKiểm tra, giám sát trực tiếp thông số của các tủ thuộc một mạch vòng- các thông số gồm: Điện áp 3 pha, dòng điện 3 pha, trạng thái đóng/cắt của khởi động từ tại tủ chiếu sáng

Nhận các cảnh báo từ các tủ chiếu sáng: cảnh báo đóng cắt đèn không theo lịch,dòng áp bất thường, mất truyền thông

Bảng hiển thị tại trung tâm: hiển thị trạng thái đóng cắt của tủ: đóng – xanh nhạt, cắt – đỏ, cảnh báo – xanh dương

Từ tủ chiếu sáng người vận hành có thể thao tác:

Đặt thời điểm đóng cắt và chế độ đóng cắt cho Tranducer

Đóng cắt khởi động từ bằng cách điều khiển Tranducer

vực thông tin theo đường điện chiếu sáng đến tủ chiếu sáng cần điều khiển Khi thựchiện xong lệnh điều khiển thông tin sẽ được RTU phát trở lại trung tâm theo chiều ngượclại, trong hình vẽ minh họa chiều mũ tên đỏ là chiều thông tin đi và mũi tên xanh làchiều thông tin phản hồi về trung tâm.

H1 Nguyên lý cơ bản trong điều khiển mạng chiếu sáng

1.2 Sơ đồ nguyên lý hệ thống

H2 Sơ đồ nguyên lý hệ thống

Hệ thống điều khiển đèn chiếu sáng thành phố xây dựng theo cấu trúc phân làm bacấp điều khiển:

CÊp ®iÒu khiÓn 1

Trung t©m ®iÒu khiÓn

Tñ ®kkhu vùc

Tñ §K CS

Tñ §K CS

TruyÒn th«ng qua

® êng c¸p ®iÖn CS

Tñ §K CS

Tñ §K CS

Tñ §K CS

TruyÒn th«ng qua ® êng c¸p ®iÖn CS

Tủ chiếu sáng 1

Tủ chiếu sáng 2

Tủ chiếu sáng n

Phone line

Cấp điều khiển 1- Trung tâm điều khiển-giám sát:

Điều khiển đóng/cắt tới bất kỳ một tủ chiếu sáng nào

Giám sát được các thông số: điện áp từng pha nguồn, dòng điện làm việc mỗi pha, trạng thái đóng cắt (bật/tắt) của cơ cấu chấp hành tại mỗi tủ điều khiển chiếu sáng

Thay đổi thời gian và chế độ đóng cắt tự động của từng tủ điều khiển chiếu sáng

Lưu trữ số liệu về các thông số làm việc, tình trạng hoạt động của tất cả các tủ điều khiển chiếu sáng

Phát tín hiệu cảnh báo khi có sự cố (lỗi đường truyền, thông số làm việc vượt ngưỡng cho phép…)

Cấp điều khiển 2 - Tủ điều khiển khu vực

Truyền thông với trung tâm qua đường dây điện thoại công cộng Tủ khu vực

sẽ truyền thông với các tủ điều khiển chiếu sáng qua đường cáp điện chiếu sáng

mà không phụ thuộc cấu trúc mạch vòng hay chưa khép thành vòng

Bộ điều khiển tại tủ khu vực sẽ đảm nhận vai trò chính điều khiển đóng cắt các

tủ chiếu sáng trong mạch theo chế độ và thời gian đặt trước từ trung tâm

Đọc các thông số làm việc của từng tủ chiếu sáng và lưu vào bộ nhớ (khả năng lưu trữ trong vòng 1 tháng)

Cấp điều khiển 3-Tủ điều khiển chiếu sáng.

Nhận và thực hiện lệnh điều khiển đóng/cắt từ tủ khu vực

Đo các thông số làm việc và trả số liệu cho tủ khu vực khi có yêu cầu

Nếu sau thời điểm đóng/cắt 5 phút mà không nhận được lệnh từ tủ khu vực thì

tủ điều khiển chiếu sáng sẽ tự phát lệnh đóng cắt lưới đèn

Thiết bị điều khiển của hệ thống, bao gồm: máy tính trung tâm, tủ điều khiển khu vực,

tủ điều khiển chiếu sáng Các tủ điều khiển khu vực và tủ điều khiển chiếu sáng đượcxây dựng trên cơ sở các thiết bị truyền thông với công nghệ truyền thông trên đường cápđiện chiếu sáng PLC, tích hợp khả năng xử lý và lưu trữ số liệu, điều khiển thời gianthực

3 Thiết bị tại trung tâm

1.3 Giới thiệu chung

Từ trung tâm điều khiển người vận hành có thể giám sát toàn bộ hệ thống chiếu sángcủa thành phố, phát lệnh điều khiển đóng cắt, kiểm soát tình trạng hoạt động cũng nhưthay đổi chế độ làm việc của từng khu vực theo yêu cầu Để làm được các công việc nhưvậy trung tâm điều khiển có các thiết bị truyền thông tin, xử lý, lưu trữ thông tin, hiển thịtrạng thái làm việc của các tủ chiếu sáng

1.4 Sơ đồ cấu trúc

H3 Sơ đồ cấu trúc trung tâm điều khiển hệ thống chiếu sáng

Máy server

Trạm chủ quản lý cơ sở dữ liệu cho toàn bộ hệ thống Trạm chủ có cấu hình như sau:

 CPU Pentium IV (> 2GHz), > 40GByte đĩa cứng, 512Mbyte RAM, CD-RW

 Màn hình phẳng tinh thể lỏng 17 inch

 Bàn phím, chuột

 Card giao diện mạng LAN Ethernet

 Hệ điều hành Windows 2000 hoặc Window XP

 FAX MODEM 56K

Modem mmm

Điện thoại công cộng

Máy tính trạm

Máy tính trạm

Mạng LAN

Cảm biến quang

Máy in

Trạm chủ (Server)

Modem mmm

Bảng hiển thị

Máy tính trạm

Máy tính trạm 1 được cài đặt phần mềm điều khiển giám sát, phục vụ theo dõi trạngthái của hệ thống điều khiển chiếu sáng, vận hành hệ thống và lập báo cáo tự động.Trạm vận hành và quản lý là một máy tính cá nhân công nghiệp, bao gồm các thànhphần

 CPU Pentium IV (> 2 GHz), > 40GByte đĩa cứng, 512Mbyte RAM, CD-RW

 Màn hình 17 inch phẳng tinh thể lỏng

 Bàn phím, chuột

 Card giao diện mạng LAN Ethernet

 Hệ điều hành Windows 2000 hoặc Window XP

Thiết bị mạng LAN

 3 x Card LAN: 10/100M PCI FAST ETHERNET CARD

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

Bảng hiển thị

H4 Bảng hiển thị tại trung tâmBảng hiển thị phục vụ việc hiển thị trạng thái hệ thống ở mức đơn giản tương tự như

hệ thống hiện nay thông qua các đèn LED Các đèn LED được bố trí sắp xếp theo từngmạch khu vực Mỗi đèn sẽ tượng trưng cho một tủ chiếu sáng Các linh kiện thiết bịđược sử dụng bao gồm:

 Một bộ điều khiển logic chế độ đóng cắt các khối đèn LED

 Bảng hiển thị trạng thái hoạt động các khu vực gồm các đèn LED, có 3 màu thểhiện 3 chế độ hoạt động:

 Màu đỏ : đèn đang tắt

 Màu xanh dương: đang bị sự cố

 Bảng hiển thị dùng 1 cảm biến quang có tác dụng hỗ trợ ra quyết định đóng/cắtđèn của cán bộ trực vận hành

4 Phần mềm điều khiển tại trung tâm

1.5 Cấu trúc phần mềm

H5 Sơ đồ khối cấu trúc phần mềmModule truyền thông PC <==> Concentrator: được xây dựng dưới dạng thư viện dlllàm nhiệm vụ kết nối qua modem với các tủ khu vực Khi đã kết nối thành công, modulenày sẽ là một dịch vụ chạy ẩn trong Windows Cứ 1h/1lần nó trả số liệu về vùng đệmcho các module hiển thị và lưu trữ số liệu Ngoài ra module này còn nhận tín hiệu báo sự

cố từ tủ khu vực

 Module hiển thị thông số – Cảnh báo

 Module điều khiển trực tiếp

 Module đặt thời gian đóng cắt và đồng bộ thời gian thực

 Module cơ sở dữ liệu được phát triển trên nền Microsoft Visual C, CSDLOracle

Điều khiển trực tiếp

Đặt thời gian đóng,cắt Đồng bộ thời gian thực.

Hiển thị số liệu – Cảnh báo

Truyền thông PC<==>Concentrator

 Module lập báo cáo, in ấn: có thể dùng tiện ích của một hãng thứ 3 được nhúngtrong môi trường Visual Studio, cho phép người vận hành khả năng mềm dẻotrong tạo báo cáo, lựa chọn khoảng thời gian

H7 Nhập tên người dùng và từ khóaCửa sổ màn hình chính

H8 Cửa sổ màn hình chínhTrong đó:

1- Hệ thống menu: chưa tất cả các lệnh làm việc với hệ thống dưới dang

MenuStrip

2 - Thanh công cụ: chứa tất cả các lệnh dưới dạng Button

3 - Danh sách các mạch vòng: Danh sách các mạch vòng của toàn bộ hệ thống, danh sách tự động cập nhật khi thêm mới 1 mạch vòng

4 - Vùng hiển thị các RTU của một mạch vòng: Hiển thị tất cả các RTU của mạch vòng được chọn bên cây, mỗi RTU là mỗi khối đồ họa trên đó hiện tất cả các thông số cơ bản của 1 RTU (Tên, IP, thời gian đọc mới nhất, các thông số 3pha dòng, áp, trạng thái relay )

5 - Thanh điều khiển ControlPanel: thực hiện đóng/cắt Relay Màn hình này trổi nổi trên MainLoop, có thể đóng mở công cụ này trên

6 - Màn hình LogEventSystem: chưa tất cả các sự kiện của hệ thống

7 - Màn hình LogEventUser: Chứa các sự kiện của người dùng tương tác với hệthống, để kiểm soát được thời gian người vận hành thao tác hệ thống như thế nào.

Cấu hình hệ thống

Cấu hình các thông số chung cho hệ thống gồm có:

Số lần quay modem: Số lần tối đa cố gắng quay số xuống mạch vòng

Số lần tối đa chờ timeout khi đọc ở chế độ tự động, nếu quá số lần này mà không đọcđược dữ liệu về thì sẽ tự động chuyển sang mạch vòng tiếp theo

H9 Cấu hình hệ thống Cấu hình thông số cho luồng giám sát, luồng cảnh báo, luồng hiển thị ra bảng LED

Vì hệ thống làm việc đồng thời 3 chức năng (giám sat-cảnh báo-LED) trên 3 cổng COMkhác nhau Trên mỗi Tab ứng với mỗi chức năng có thể lựa chọn các thông số: cổngCOM, tốc độ truyền, kiểu init modem…

H10 Cài đặt truyền thông với các thiết bị ngoại vi

ConcIP: địa chỉ IP của mạch vòng, không được trùng nhau

Hoạt động: trạng thái hoạt động cho KV, cho phép mạch vòng hoạt động hay không.Cảnh báo: Cho phép KV này gửi cảnh báo hay không

Tên viết tắt, tên đầy đủ, địa chỉ của khu vực

Số điện thoại giám sát: là số điện thoại của KV để trung tâm quay xuúong giam sát

Số điện thoại cảnh báo: là số điện thoại của trung tâm để KV này quay về khi có cảnhbáo

Thời gian giữa 2 lần cảnh báo: là khoảng thời gian giữa 2 lần thực hiện lại 1 cảnh báonếu cảnh báo đó vẫn còn

Tham số cấu hình: một số tham số khác lập trình cho mạch vòng, khuyến cáo cáctham số này là mặc định

Đường dẫn file bản đồ: bản đồ của mạch vòng sẽ hiện thị khi xem ở chế độ bản đồ

Sau khi nhập đầy đủ các thông tin cần thiết nhấn nút để ghi lại.

Xóa mạch vòng: chọn mạch vòng cần xóa bên danh sách sau đó nhấn nút

Để chuyển qua lại các mạch vòng có thể nhấn

Cập nhật RTU

Mỗi RTU sẽ được quản lý bởi 1 mạch vòng, vì vậy để xây dựng các RTU cho mộtmạch vòng ta thực hiện như sau:

H12 Thêm bớt các tủ chiếu sángBên trái là danh sách các RTU của mạch vòng hiện tại, bên phải là các thông số chitiết

Thêm mới RTU: để thêm mới 1 RTU nhấn nút nhập các thông số cho RTU:RTU_IP: Địa chỉ IP của RTU, IP này không được trùng nhau

LED_ID: Địa chỉ tương ứng với đèn LED trên bảng điều khiển LED, sẽ phụ thuộcvào bố trí của bảng LED

Hoạt động: trạng thái hoạt động của RTU, cho phép RTU còn hoạt động hay không.Nếu không được chọn thì SCADA sẽ không điều khiển RTU này

Tên viết tắt, tên đầy đủ…

Số Relay: số rơ le của khởi động từ trên RTU, khi nhập số này thì danh sách Relaybên dưới tự động tính % độ sáng mặc định

Sau khi nhập đầy đủ các thông tin cần thiết nhấn nút để ghi lại.

Xóa RTU: chọn RTU cần xóa bên danh sách sau đó nhấn nút

Để chuyển qua lại các RTU có thể nhấn

Đặt chế độ hoạt động cho tủ chiếu sáng

Là phần rất quan trong để cấu hình và duy trì sự hoạt động của một mạch vòng Chứcnăng cho phép cấu hình chi tiết đến từng RTU Để cấu hình cho 1 RTU, click đúp RTUtrong danh sách, màn hình cấu hình xuất hiện dạng Tab như sau:

H13 Đặt chế độ đóng cắt và cảnh báo cho tủ chiếu sángChế độ đóng/cắt tự động: Thời điểm, % cương độ sáng khi đóng, có thể chọn % bằngcách nhấn nút bên cạnh để tích chọn theo Relay Ngưỡng cảnh báo: tất các cácngưỡng cảnh báo về dòng và áp Mặc định chỉ cấu hình cho 1 RTU, nếu muốn tất cả cácRTU trong cùng 1 mạch vòng đều có cấu hình giống nhau thì chọn vào

Gửi cấu hình cho mạch vòng

Sau khi nhập cấu hình cho tất cả các RTU của 1mạch vòng, việc quan trọng tiếp theo

là gửi cấu hình này xuống cho SCADA Để thực hiện gửi Config cho mạch vòng chọnnút , chương trình sẽ tự động quay số xuống và thực hiện truyền cấu hình.Saukhi truyền thành công thì một mạch vòng đã sẵn sàng hoạt động Sau này khi muốn thayđổi cấu hình hoạt động cho 1 mạch vòng thì chỉ cần vào chức năng nay để gửi

H14 Truyền thông tin cài đặt xuống tủ khu vực

Khởi tạo/tắt chế độ cảnh báo

Chế độ Alarm và LED sẽ được tự động khởi tạo khi bật chương trình Có thể tắt/bậtlại chế độ Alarm theo ý muốn bằng cách chọn vào biểu tượng trên thanh công cụ

Khởi tạo/tắt chế độ LED

Có thể tắt/bật lại chế độ LED theo ý muốn bằng cách chọn vào biểu tượng trên thanhcông cụ Đèn LED sẽ tự động được điều khiển trong quá trình giám sát, cảnh báo,đóng/cắt Có thể gửi bằng tay bằng cách chọn

Câp nhật thời gian thực cho RTU

Thời gian thực là thời gian mà Master trên mỗi RTU hoạt động Thời gian này rấtquan trọng, quyết định đến tính chính xác về mặt thời gian của hệ thống Chỉ cần gửithời gian này cho 1 mạch vòng thì SCADA sẽ tự động phân bổ đến cho từng RTU

H15 Đặt lại thời gian cho khu vực

Hiện thị và xem dữ liệu các mạch vòng (MainLoop)

Click chọn một mạch vòng trên cây Khu vực Có thể xem dữ liệu, trạng thái của mộtmạch vòng dưới 2 chế độ

Hiện thị chế độ khối RTU

Danh sách các tủ chiếu sáng theo khối, trên đó bao gồm các thông số (tên, IP, thờigian, dòng, áp, trạng thái Relay, % độ sáng )

Giám sát chế độ Fast Auto

Giám sát tự động chỉ lấy trạng thái Relay, mục đích của chức năng này là cập nhậtbảng điều khiển LED trong thời gian ngắn nhật Thường chức năng này sẽ mặc định sauthời điểm đóng/cắt tự động được cấu hình theo từng thời điểm tùy chọn

Giám sát chế độ Slow Auto

Giám sát tự động đọc toàn bộ các trạng thái Relay, U, I Chức năng này thường đượcthực hiện sau chế độ Fast Mặc định chế độ Fast Auto sẽ được kích hoạt tự động Tuynhiên người dùng có thể Start/Stop 1 trong 2 chế độ này trên thanh công cụ