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

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Xây dựng hệ thống điều khiển và giám sát hệ thống chiếu sáng Hà Nội Giảng viên: TS. Phạm Văn Tiến Tên học viên: MSSV: Khóa: 49 Khoa: Điện tử viễn thông Hà Nội 02-2015 Xây dựng hệ thống điều khiển và giám sát hệ thống chiếu sáng Hà Nội 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 Phan Ngọc Hòa – K49 – Khoa Điện tử Viễn Thông 2 Xây dựng hệ thống điều khiển và giám sát hệ thống chiếu sáng Hà Nội LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy TS. Phạm Văn Tiến đã giúp đỡ tôi trong quá trình thực tập tại Công ty Chiếu sáng Hà Nội. Không những thế, trong quá trình thực tập thầy đã chỉ bảo và hướng dẫn tận tình cho tôi những kiến thức lý thuyết, cũng như các kỹ năng trong lập trình, cách giải quyết vấn đề, đặt câu hỏi … Thầy luôn là người truyền động 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 điều kiện 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 thành tốt công việc được giao. Tôi xin chân thành biết ơn sự tận tình dạy dỗ của tất cả các quý thầy cô Khoa Điện tử Viễn 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 động viên tôi trong những giai đoạn khó khăn nhất. Hà Nội, ngày 28 tháng 02 năm 2015 Phan Ngọc Hòa – K49 – Khoa Điện tử Viễn Thông 3 Xây dựng hệ thống điều khiển và giám sát hệ thống chiếu sáng Hà Nội 1. 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 người vận 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 tra Kiểm 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 1.1. Nguyên lý chung Hệ thống ứng dụng công nghệ PLC – Power Line Communication công nghệ này cho phép truyền thông tin trên đường dây điện, trong hệ thống này môi trường truyên thông là dây cáp cấp điện cho đèn đường. Như vậy khi thực hiện một lệnh điều khiển từ trung tâm thông tin được truyền từ trung tâm qua modem đến tủ khu vực, từ tủ điều khiển khu Phan Ngọc Hòa – K49 – Khoa Điện tử Viễn Thông 4 Xây dựng hệ thống điều khiển và giám sát hệ thống chiếu sáng Hà Nội vực thông tin theo đường điện chiếu sáng đến tủ chiếu sáng cần điều khiển. Khi thực hiện xong lệnh điều khiển thông tin sẽ được RTU phát trở lại trung tâm theo chiều ngược lại, trong hình vẽ minh họa chiều mũ tên đỏ là chiều thông tin đi và mũi tên xanh là chiều 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 ba cấp điều khiển: Phan Ngọc Hòa – K49 – Khoa Điện tử Viễn Thông 5 CÊp ®iÒu khiÓn 1 Trung t©m ®iÒu khiÓn Tñ ®k khu vùc Tñ §K CS Tñ §K CS Tñ §K CS CÊp §K 2 TruyÒn th«ng qua m¹ng ®iÖn tho¹i c«ng céng TruyÒn th«ng qua ® êng c¸p ®iÖn CS Tñ ®k khu vùc Tñ ®k khu vùc Tñ §K CS 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 CÊp §K 3 Trung tâm Tủ khu vực Tủ chiếu sáng 1 Tủ chiếu sáng 2 Tủ chiếu sáng n PLC PLC PLC Phone line Xây dựng hệ thống điều khiển và giám sát hệ thống chiếu sáng Hà Nội 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 được xây dựng trên cơ sở các thiết bị truyền thông với công nghệ truyền thông trên đường cáp điện chiếu sáng PLC, tích hợp khả năng xử lý và lưu trữ số liệu, điều khiển thời gian thực. Phan Ngọc Hòa – K49 – Khoa Điện tử Viễn Thông 6 Xây dựng hệ thống điều khiển và giám sát hệ thống chiếu sáng Hà Nội 2. Thiết bị tại trung tâm 2.1. Giới thiệu chung Từ trung tâm điều khiển người vận hành có thể giám sát toàn bộ hệ thống chiếu sáng của thành phố, phát lệnh điều khiển đóng cắt, kiểm soát tình trạng hoạt động cũng như thay đổi chế độ làm việc của từng khu vực theo yêu cầu. Để làm được các công việc như vậy trung tâm điều khiển có các thiết bị truyền thông tin, xử lý, lưu trữ thông tin, hiển thị trạng thái làm việc của các tủ chiếu sáng. 2.2. 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. Phan Ngọc Hòa – K49 – Khoa Điện tử Viễn Thông 7 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 Xây dựng hệ thống điều khiển và giám sát hệ thống chiếu sáng Hà Nội Máy tính trạm Máy tính trạm 1 được cài đặt phần mềm điều khiển giám sát, phục vụ theo dõi trạng thái 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 thành phần • 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 Máy in Máy in đen trắng A4 HP Laser 1300 phục vụ in ấn báo cáo, trạng thái hoạt động tức thời của hệ thống và các thông tin quản lý thiết bị. Modem Modem có nhiệm vụ ghép nối máy tính điều khiển trung tâm với đường truyền điện thoại công cộng để giao tiếp với các tủ điều khiển khu vực. Modem sử dụng là loại 56K V90 External (COM Port) Bảng hiển thị Phan Ngọc Hòa – K49 – Khoa Điện tử Viễn Thông 8 Xây dựng hệ thống điều khiển và giám sát hệ thống chiếu sáng Hà Nội H4. Bảng hiển thị tại trung tâm Bảng 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 từng mạch khu vực. Mỗi đèn sẽ tượng trưng cho một tủ chiếu sáng. Các linh kiện thiết bị được 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 thể hiện 3 chế độ hoạt động:  Màu đỏ : đèn đang tắt  Màu xanh: đèn đang bật  Màu xanh dương: đang bị sự cố • Bảng hiển thị dùng 1 cảm biến quang có tác dụng hỗ trợ ra quyết định đóng/cắt đèn của cán bộ trực vận hành. Phan Ngọc Hòa – K49 – Khoa Điện tử Viễn Thông 9 Xây dựng hệ thống điều khiển và giám sát hệ thống chiếu sáng Hà Nội 3. Phần mềm điều khiển tại trung tâm 3.1. Cấu trúc phần mềm H5. Sơ đồ khối cấu trúc phần mềm Module truyền thông PC <==> Concentrator: được xây dựng dưới dạng thư viện .dll làm nhiệm vụ kết nối qua modem với các tủ khu vực. Khi đã kết nối thành công, module này sẽ là một dịch vụ chạy ẩn trong Windows. Cứ 1h/1lần nó trả số liệu về vùng đệm cho 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, CSDL Oracle. Phan Ngọc Hòa – K49 – Khoa Điện tử Viễn Thông 10 Điều khiển trực tiếp Đặt thời gian đóng,cắt. Đồng bộ thời gian thực. Hiển thị số liệu – Cảnh báo Truyền thông PC<==>Concentrator Báo cáo - In ấn PHẦN MỀM TRUNG TÂM CSDL GIAO DIỆN NGƯỜI – MÁY [...]... 25 Xây dựng hệ thống điều khiển và giám sát hệ thống chiếu sáng Hà Nội • Thực hiện việc truyền thông với Trung tâm điều khiển, truyền số liệu Online về trung tâm khi được kết nối • Tự động gửi thông báo lỗi về trung tâm điều khiển (mất pha, chạm chập, quá/thấp áp, dòng, lỗi truyền thông) 4.2 Tủ điều khiển chiếu sáng 4.2.1 Sơ đồ nguyên lý tủ điều khiển chiếu sáng H24 Bố trí thết bị trong tủ điều khiển. .. I 3 PHA MODE M BỘ QUẢN LÝ, ĐIỀU KHIỂN MẠNG PLC CƠ CẤU CHẤP HÀNH BỘ TRUYỀN THÔNG PLC & ĐIỀU KHIỂN CS ( PLC – RTU ) ( PLC – MASTER ) ĐƯỜNG ĐIỆN THOẠI CÔNG CỘNG Phan Ngọc Hòa – K49 – Khoa Điện tử Viễn Thông 24 Xây dựng hệ thống điều khiển và giám sát hệ thống chiếu sáng Hà Nội H23 Sơ đồ nguyên lý tủ điều khiển khu vực Bộ quản lý điều khiển mạng quản lý các tủ điều khiển chiếu sáng trong mạch khu vực về... Thông 18 Xây dựng hệ thống điều khiển và giám sát hệ thống chiếu sáng Hà Nội Quy trình giám sát tự động: hệ thống sẽ thực hiện giám sát theo theo chu kỳ từ mạch vòng 1->N Trên danh sách cây KV sẽ tự động dịch chuyển theo mạch vòng đang giám sát, màn hình MainLoop tự động cập nhật dữ liệu mới nhất Chú ý có thể chuyển qua lại giữa 2 chế độ giám sát tự động và chế độ bằng tay Trong chế độ giám sát tự động... bị trong tủ điều khiển chiếu sáng ĐƯỜNG ĐIỆN LỰC ĐI ĐƯỜNG ĐIỆN LỰC TỚI CÁC PHẦN TỬ BẢO VỆ TRANSDUCER U, I 3 PHA CƠ CẤU CHẤP HANH BỘ TRUYỀN THÔNG PLC & ĐIỀU KHIỂN ( PLC – RTU ) Phan Ngọc Hòa – K49 – Khoa Điện tử Viễn Thông 26 Xây dựng hệ thống điều khiển và giám sát hệ thống chiếu sáng Hà Nội H25 Sơ đồ nguyên lý tủ điều khiển chiếu sáng Các thiết bị trong một tủ điều khiển chiếu sáng bao gồm: • • • •... động chương trình Chờ cho hệ thống kết nối xong CSDL, kết quả việc khởi tạo hệ thống được Log ra màn hình LogSystem Nhập tên người dùng và từ khóa để sử dụng hệ thống H7 Nhập tên người dùng và từ khóa Cửa sổ màn hình chính Phan Ngọc Hòa – K49 – Khoa Điện tử Viễn Thông 11 Xây dựng hệ thống điều khiển và giám sát hệ thống chiếu sáng Hà Nội H8 Cửa sổ màn hình chính Trong đó: 1- Hệ thống menu: chưa tất cả... trung tâm vào bất cứ lúc nào và có thể thay đổi theo ngày, theo tuần hay theo tháng Hệ thống chủ yếu sẽ hoạt động theo chế độ này Phan Ngọc Hòa – K49 – Khoa Điện tử Viễn Thông 28 Xây dựng hệ thống điều khiển và giám sát hệ thống chiếu sáng Hà Nội • Truyền số liệu cài đặt đến mỗi tủ chiếu sáng • Thực hiện việc đọc, lưu trữ các thông số U, I, tình trạng hoạt động của các tủ điều khiển chiếu sáng trong... tâm điều khiển Tùy vào việc xây dựng các mạch vòng trên thực tế (vật lý) mà người vận hành cần điều chỉnh trong phân xây dựng mạch vòng (logic) cho phù hợp Bảng hiện thị được kết nối với phần mềm SmartLight qua Modem/RS232 Dữ liệu được tự động cập nhật tức thời cho bảng LED khi giám sát, điều khiển và cảnh báo Phan Ngọc Hòa – K49 – Khoa Điện tử Viễn Thông 20 Xây dựng hệ thống điều khiển và giám sát hệ. .. dây chiếu sáng, đo kiểm tại tủ • Nếu điện áp quá cao thì báo cho điện lực 6.6 Quá giờ đóng/cắt điện mà Tủ điều khiển CS không thực hiện được • Lập tức cử người ra tận Tủ điều khiển chiếu sáng • Chuyển công tắc về chế độ đóng/cắt bằng tay • Báo ngay cho cán bộ kỹ thuật biết để khắc phục Phan Ngọc Hòa – K49 – Khoa Điện tử Viễn Thông 35 Xây dựng hệ thống điều khiển và giám sát hệ thống chiếu sáng Hà Nội. .. lại khi có yêu cầu Phan Ngọc Hòa – K49 – Khoa Điện tử Viễn Thông 21 Xây dựng hệ thống điều khiển và giám sát hệ thống chiếu sáng Hà Nội H19 Màn hình hệ thống và màn hình người dùng 3.5 Đọc và xem dữ liệu Offline Dữ liệu được đọc về trong quá trình giám sát được gọi là dữ liệu mới nhất Online Còn dữ liệu được đọc theo SCADA tự động và lưu theo nhật ký (dd/mm/yy) trên PC104 gọi là Offline Thông thường... hệ thống điều khiển và giám sát hệ thống chiếu sáng Hà Nội 3.4 Log sự kiện hệ thống và người vận hành Tất cả các sự kiện hệ thống và người vận hành được ghi lại và thể hiện ở 2 màn hình LogEventSystem và LogEventUser Trong đó thể hiện thông tin các hoạt động của hệ thống và các thao tác của người vận hành tác động lên hệ thống Các thông tin này lưu trữ trong CSDL và có thể xem lại khi có yêu cầu Phan . : đèn đang tắt  Màu xanh: đèn đang bật  Màu xanh dương: đang bị sự cố • Bảng hiển thị dùng 1 cảm biến quang có tác dụng hỗ trợ ra quyết định đóng/cắt đèn của cán bộ trực vận hành. Phan Ngọc. 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. Phan Ngọc Hòa – K49 – Khoa Điện. 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