Hệ thống giám sát và quản lý năng lượng từ xa

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM NGUYỄN NĂNG TOẠI HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ QUẢN LÝ NĂNG LƯỢNG TỪ XA LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện Mã số ngành: 60520202 TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 05 năm 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM NGUYỄ N NĂNG TOẠI HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ QUẢN LÝ NĂNG LƯỢNG TỪ XA LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành : Kỹ Thuật Điện Mã số ngành: 60520202 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS ĐINH HOÀNG BÁCH TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 05 năm 2014 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS ĐINH HOÀNG BÁCH Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Công nghệ TP. HCM ngày 03 tháng 05 năm 2014 Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn Thạc sĩ) TT Họ và tên Chức danh Hội đồng 1 TS. Huỳnh Châu Duy Chủ tịch 2 TS. Nguyễn Thanh Phương Phản biện 1 3 TS. Hồ Văn Hiến Phản biện 2 4 TS. Trương Việt Anh Ủy viên 5 TS. Võ Hoàng Duy Ủy viên, Thư ký Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau khi Luận văn đã được sửa chữa (nếu có). Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ TP. HCM PHÒNG QLKH – ĐTSĐH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc TP. HCM, ngày 20 tháng 05 năm 2014 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Nguyễn Năng Toại. Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 16/10/1985. Nơi sinh: Hải Dương Chuyên ngành: .Kỹ thuật điện. MSHV: 1241830037 I- Tên đề tài: Hệ Thống Quản Lý Và Giám Sát Năng Lượng Từ Xa. II- Nhiệm vụ và nội dung: Nhiệm vụ: - Nghiên cứu các chuẩn truyền dẫn phổ biến RS-232, RS-485 - Nghiên cứu các chuẩn truyền thông phổ biến Modbus RTU, Modbus TCP/IP. - Thiết kế giao diện SCADA thu thập dữ liệu. Nội dung. - Tổng quan về hệ thống giám sát và quản lý năng lượng từ xa. - Một số chuẩn và giao thức truyền thông ứng dụng trong hệ thống. - Thiết kế một hệ thống thành phần: xây dựng cấu hình của hệ thống, thiết kế phần cứng và xây dựng phần mềm cho hệ thống nhằm thực hiện công việc đo lường các tải. Thử nghiệm kết quả và khả năng ứng dụng của hệ thống. Kết quả đạt được: - Ứng dụng phần mềm DAQFactory vào việc quản lý năng lượng và thu thập dữ liệu. III- Ngày giao nhiệm vụ: IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ: V- Cán bộ hướng dẫn: TS ĐINH HOÀNG BÁCH CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký) i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc. Học viên thực hiện Luận văn (Ký và ghi rõ họ tên) Nguyễn Năng Toại ii LỜI CÁM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn TS.ĐINH HOÀNG BÁCH – Trưởng Bộ Môn Kỹ Thuật Điện Trường Đại Học Tôn Đức Thắng, người thầy đã hết lòng chỉ bảo, hướng dẫn, truyền đạt những kiến thức chuyên môn cũng như những kinh nghiệm nghiên cứu trong suốt thời gian học tập và thực hiện luận văn này. Xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu, Ban chủ nhiệm khoa Cơ - Điện – Điện tử, Phòng quản lý sau đại học của Trường Đại Học Công nghệ Tp.HCM đã tạo những điều kiện tốt nhất về vật chất lẫn tinh thần để chúng tôi hoàn thành tốt luận văn này. Xin chân thành cám ơn đến tất cả Quí Thầy, Cô của Trường Đại Học Công nghệ Tp.HCM đã giảng dạy, trang bị cho tôi những kiến thức rất bổ ích và quí báu trong suốt quá trình học tập cũng như nghiên cứu sau này. Xin cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp và đặc biệt là nhóm thực nghiệm chung Trường Đại Học Công nghệ Tp.HCM dưới sự hướng dẫn của Thầy Đinh Hoàng Bách người luôn giành những tình cảm sâu sắc nhất, giúp đỡ và khuyến khích tôi để cùng vượt qua mọi khó khăn trong suốt quá trình thực hiện luận văn này. Xin cảm ơn Gia đình đã tạo mọi điều kiện để tôi yên tâm học tập tốt trong suốt thời gian vừa qua. Xin cảm ơn tất cả bạn bè thân thuộc đã động viên, tạo điều kiện thuận lợi và hỗ trợ cho tôi rất nhiều trong quá trình học tập, công tác cũng như trong suốt thời gian thực hiện luận văn. Nguyễn Năng Toại iii TÓM TẮT Năng lượng là yếu tố vô cùng quan trọng đời sống và càng quan trọng hơn trong quá trình sản xuất và kinh doanh của doanh nghiệp. Bài toán đặt ra cho các nhà quản lý là làm sao quản lý tòa nhà và nhà máy, xí nghiệp hiệu quả nhất để giảm chi phí, tiết kiệm năng lượng ở mức tối đa, tạo thuận lợi cho doanh nghiệp trong những hoạt động kinh doanh. Việc sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả không đồng nghĩa với việc cắt giảm năng lượng dù bị thiếu hụt hoặc chúng ta không sử dụng năng lượng mà phải hiểu đúng rằng sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả là việc áp dụng các biện pháp quản lý và kỹ thuật nhằm giảm tổn thất, giảm mức tiêu thụ năng lượng của phương tiện, thiết bị mà vẫn đảm bảo nhu cầu, mục tiêu đặt ra đối với quá trình sản xuất và đời sống. Phương án tối ưu hiện nay là thiết lập hệ thống tự động hóa giám sát và quản lý năng lượng. Hệ thống giám sát và quản lý năng lượng sẽ giám sát toàn bộ hệ thống năng lượng của tòa nhà, nhà máy hay khu công nghiệp giúp nâng cao hiệu quả công trình, hiện đại hoá, tiết kiệm điện năng tiêu thụ, bảo vệ môi trường. Hệ thống giám sát và quản lý năng lượng thực hiện việc giám sát hệ thống điện qua thiết bị theo dõi các thông số kỹ thuật chính của nguồn điện như: kW, kVA, kVAr Hệ thống năng lượng hóa thạch như xăng, dầu, gas….Đây là những thông số cần được giám sát chặt chẽ vì có ảnh hưởng rất lớn tới việc vận hành tất cả thiết bị sử dụng điện của tòa nhà hay công nghiệp. Quản lý tốt các tham số này đồng nghĩa với việc giảm chi phí vận hành của tòa nhà, hệ thống sản xuất nâng cao hiệu quả sử dụng thiết bị. Các tham số đều được đo bằng bộ đo đếm năng lượng kỹ thuật số nối mạng, thể hiện thông số trên màn hình máy tính và lưu trữ dữ liệu. Trong khuôn khổ luận văn này sẽ nghiên cứu cấu trúc của một hệ thống quản lý và giám sát năng lượng từ xa. iv ABSTRACT Energy is a vital element of life, and even more important in the production and sales of businesses. The problem posed for managers is how to manage and buildings and factories, the most efficient enterprises to reduce costs, save energy at maximum level, to facilitate the operation of the business business. The use of energy saving and efficiency is not synonymous with cutting energy deficit or whether we do not use that energy to properly understand that the use of energy saving and efficiency is the application of management practices and techniques to reduce losses, reduce energy consumption of the vehicle, while maintaining equipment needs, set objectives for the production and life. Optimal current plan is to establish automated system monitoring and energy management. System monitoring and energy management will oversee the entire energy system of the building, factories or industrial parks to enhance work efficiency, modernization, power consumption saving, environmental protection school. System monitoring and energy management perform surveillance system tracking device power through the main specifications of the power supply as: kW, kVA, kVAr fossil energy systems, such as gasoline, oil, gas these are the parameters that need to be closely monitored because there is a huge impact to the operation of all electrical appliances or industrial buildings. Good management of this parameter means that the operating costs of the building, manufacturing systems improve efficiency equipment. These parameters are measured by measuring the power of digital networking, parameters shown on the computer screen and data storage. In the framework of this will study the structure of a management system and remote power monitoring . v MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CÁM ƠN ii TÓM TẮT iii MỤC LỤC v DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT viii DANH MỤC CÁC BẢNG ix DANH MỤC CÁC HÌNH x Chương 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 1 1.1 Lý do chọn đề tài trang 1 1.2 Giới thiệu một số hệ thống giám sát và quản lý năng lượng từ xa trong thực tế 4 1.2.1 Hệ thống giám sát và quản lý năng lượng từ xa qua sóng vô tuyến RF 4 1.2.2 Hệ thống giám sát và quản lý năng lượng từ xa qua bộ truyền tải tín hiệu thông qua đường dây điện 6 1.3 Phạm vi nghiên cứu của đề tài 7 1.4 Mục tiêu của đề tài 8 1.5 Nội dung nghiên cứu 8 Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 9 2.1 Cấu trúc truyền thông 9 2.2 Các tiêu chuẩn truyền dẫn trong công nghiệp 11 2.2.1 Giới thiệu về truyền dẫn qua chuẩn RS-232 11 2.2.2 Chuẩn truyền dẫn RS-485 12 2.3 Giao thức truyền thông 18 2.3.1 Giao thức truyền thông ngang hàng 19 2.3.2 Giao thức mạng Ethernet 19 2.3.3 Giao thức mạng Modbus 20 2.3.3.1 Khái niệm tổng quát 20 2.3.3.2 Phân loại 21 2.3.3.3 Nguyên tắc hoạt động của Modbus RTU 22 2.3.3.4 Nguyên tắc hoạt động của Modbus TCP/IP 25 2.3.3.5 Ứng dụng của giao thức Modbus 26 vi Chương 3. CÁC THÀNH PHẦN TRONG HỆ THỐNG MẠNG CỦA MÔ HÌNH 28 3.1 Các thành phần và cấu trúc của hệ thống giám sát và quản lý năng lượng từ xa ………………………………………………………… 28 3.1.1 Cấu trúc hệ thống giám sát và quản lý năng lượng từ xa 29 3.1.2 Nguyên tắc hoạt động của hệ thống………………………………… 30 3.2 Hệ thống mạng Master-Slave 31 3.3 Master - DAQFactory 31 3.3.1 Giới thiệu về DAQFactory 31 3.3.2 Các chức năng chính của DAQFactory 31 3.4 Đồng hồ điện đa năng Selec EM-368C 32 3.4.1 Giới thiệu về EM-368C 32 3.4.2 Đặc tính của EM-368C 33 3.4.3 Khả năng kết nối 34 3.4.4 Bảng địa chỉ các tham số chính cho mạng Modbus 35 3.4.5 Các kiểu đấu dây 36 3.5 PLC S7-1200 38 3.5.1 Tổng quan PLC S7-1200 38 3.5.2 Tính năng của PLC S7-1200 39 3.5.3 Modbus trong PLC S7-1200 40 3.6. Bộ chuyển đổi RS-232/422/485↔TCP/IP 42 3.6.1 Các tính năng của thiết bị 42 3.6.2 Chế độ hoạt động 43 3.6.3 Chức năng các cổng kết nối 43 3.6.4 Ứng dụng tiêu biểu 45 3.7 Hub mạng 45 Chương 4: THI CÔNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ QUẢN LÝ NĂNG LƯỢNG TỪ XA 4.1 Thiết kế phần cứng 47 4.2 Thiết kế phần mềm 48 4.2.1 Thiết lập kiểu truyền thông 49 4.2.1.1 Thiết lập cho đồng hồ EM-368C 49 4.2.1.2 Thiết lập cho PLC S7-1200 50 4.2.2 Thiết lập Channels 51 4.2.3 Thiết kế giao diện 54 [...]... năng lượng cung cấp cho dây chuyền sản xuất Phục vụ công tác kiểm toán nguồn năng lượng 1.2 Giới thiệu một số hệ thống giám sát và quản lý năng lượng từ xa trong thực tế 1.2.1 Hệ thống giám sát và quản lý năng lượng từ xa qua sóng vô tuyến RF Hình 1.1: Hệ thống giám sát và quản lý năng lượng từ xa qua sóng vô tuyến RF [12] Hệ thống đọc chỉ số công tơ từ xa bằng sóng vô tuyến RF bao gồm các khối chức năng. .. điện năng Vì vậy, để đáp ứng nhu cầu mang tính thực tiễn cao này nên tôi đã chọn đề tài “ Hệ thống giám sát và quản lý năng lượng từ xa - Hệ thống giám sát và quản lý năng lượng là gì? Quản lý năng lượng là việc tổ chức thực hiện sử dụng năng lượng một cách tiết kiệm và hiệu quả nhằm đạt được lợi nhuận cao nhất (chi phí thấp nhất) và nâng cao năng lực cạnh tranh của doanh nghiệp Sử dụng năng lượng. .. chỉ thanh ghi theo chuẩn Modbus Bảng 5: Địa chỉ các chức năng chính của đồng hồ EM-368C Bảng 6: Địa chỉ modbus TCP của PLC S7-1200 Bảng 7: Thiết lập các thông số chính cho dữ liệu x DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1: Hệ thống giám sát và quản lý năng lượng từ xa qua sóng vô tuyến RF Hình 1.2: Hệ thống giám sát và quản lý năng lượng từ xa sử dụng hệ thống dây điện có sẵn Hình 2.1: Mô hình OSI cho giao thức... các vấn đề sau: - Tổng quan về hệ thống giám sát và quản lý năng lượng từ xa - Một số chuẩn và giao thức truyền thông ứng dụng trong hệ thống: trình bày mạng truyền thông trong hệ thống, một số chuẩn truyền dẫn, giao thức truyền thông sử dụng trong hệ thống - Thiết kế một hệ thống thành phần: xây dựng cấu hình của hệ thống, thiết kế phần cứng và xây dựng phần mềm cho hệ thống nhằm thực hiện công việc... 1.3 Mặc dù các hệ thống có khác nhau nhưng nguyên lý và cấu trúc để hình thành nên hệ thống quản lý và giám sát năng lượng là giống nhau Mỗi hệ thống bao gồm: thiết bị đo điện năng, mạng truyền thông, phần mềm quản lý và thu thập dữ liệu, trung tâm lưu trữ dữ liệu Chất lượng của hệ thống phụ thuộc vào 2 yếu tố chính sau Yếu tố thứ nhất độ chính xác của thiết bị đo Nếu thiết bị đo có chất lượng tốt, đồng... điện Hình 1.2: Hệ thống giám sát và quản lý năng lượng từ xa sử dụng hệ thống dây điện có sẵn PLC (Power Line Communication ) [13] Công nghệ đo đếm sử dụng công tơ kỹ thuật số truyền thông trên lưới điện, sử dụng hệ thống dây điện sẵn có để thu thập và xử lý dữ liệu 01 Concentrator dùng cho 1000 công tơ điện, với đầu tư ban đầu rất khiêm tốn, quá trình lắp đặt dễ dàng và nhanh chóng Dữ liệu từ các thiết... tăng giá năng lượng dẫn đến ảnh hưởng đến lợi nhuận của tổ chức, bằng việc quản lý năng lượng doanh nghiệp có thể giảm nguy cơ này bằng cách giảm và kiểm soát nhu cầu năng lượng Quản lý năng lượng nhằm hướng đến thực hiện chính sách sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả tại cơ sở, nhà máy Từ đó quản lý, theo dõi được tình hình tiết kiệm điện trên dây truyền sản xuất giúp cho doanh nghiệp từng bước... ra từ việc đốt cháy các năng lượng hóa thạch và khoảng 70% sunfur điôxit thoát ra từ các nguồn cố định Thông qua Quản lý năng lượng có thể giảm 3 một cách đáng kể lượng cacbon điôxit và sunfur điôxit trong khí quyển và giúp làm giảm sự nóng lên của toàn cầu và mưa axit.[11] Quản lý năng lượng giúp giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch đang ngày càng trở nên cạn kiệt Khi tiêu thụ nhiều năng lượng. .. phí tính theo lưu lượng (KB) thấp, rất phù hợp với hệ thống không yêu cầu truyền theo thời gian thực - Nhược điểm: Do sử dụng đường truyền không dây, truyền qua mạng di động, nên tín hiệu có thể bị ảnh hưởng khi thời tiết xấu, do đó cần cân nhắc chọn dịch vụ của nhà cung cấp mạng có mật độ phủ sóng rộng, chất lượng tín hiệu tốt 6 1.2.2 Hệ thống giám sát và quản lý năng lượng từ xa qua bộ truyền tải... lượng tiết kiệm và hiệu quả không đồng nghĩa với việc cắt giảm năng lượng dù bị thiếu hụt hoặc chúng ta không sử dụng năng lượng mà phải hiểu đúng rằng sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả là việc áp dụng các biện pháp quản lý và kỹ thuật nhằm giảm tổn thất, giảm mức tiêu thụ năng lượng của phương tiện, thiết bị mà vẫn đảm bảo nhu cầu, mục tiêu đặt ra đối với quá trình sản xuất và đời sống - Tầm . xuất và đời sống. Phương án tối ưu hiện nay là thiết lập hệ thống tự động hóa giám sát và quản lý năng lượng. Hệ thống giám sát và quản lý năng lượng sẽ giám sát toàn bộ hệ thống năng lượng. và quản lý năng lượng từ xa trong thực tế 4 1.2.1 Hệ thống giám sát và quản lý năng lượng từ xa qua sóng vô tuyến RF 4 1.2.2 Hệ thống giám sát và quản lý năng lượng từ xa qua bộ truyền. DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1: Hệ thống giám sát và quản lý năng lượng từ xa qua sóng vô tuyến RF Hình 1.2: Hệ thống giám sát và quản lý năng lượng từ xa sử dụng hệ thống dây điện có sẵn Hình