Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển trạm BTS

12 Ở ĐẦU Mô hình về hệ thống thu thập và xử lý dữ liệu với nhiều trạm từ lâu đ là một đề tài quen thuộc và được nghiên cứu c ng như ứng dụng nhiều trong thực tế Với sự phát triển của I

1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

- NGÔ VĂN THIỆN

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRẠM BTS

Chuyên ngành : ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :

1 Ts Nguyễn Nam Quân

Hà Nội – Năm 2013

2

MỤC LỤC

TRANG PHỤ BÌA

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT 6

DANH MỤC BẢNG BIỂU 7

DANH MỤC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ……….8

CHƯ NG I TỔNG QU N HỆ TH NG 15

1 T NH CẤP THIẾT CỦ ĐỀ T I 15

2 C C GIẢI PH P HỆ TH NG HIỆN C TR N THỊ TRƯỜNG 17

2.1 Giải pháp quản lý nhà trạm BTS – Công ty Cổ phần Tập đoàn MV Technology 17

2.2 Hệ thống giám sát điều khiển trạm từ xa SMC – Station Monitoring Centre – Công ty Cổ phần ứng dụng khoa học và chuyển giao công nghệ cao High Technologies Transfer and Scientific Application ,JSC 18

2.3 Thiết bị giám sát và điều khiển từ xa cho trạm BTS – Công ty TNHH ứng dụng và phát triển công nghệ ECAPRO 19

2.4 Hệ thống giám sát trạm viễn thông từ xa Quantra X – Join Stock Company 20

3 TƯỞNG THỰC HIỆN ĐỀ T I 21

3.1 Chức năng điều khiển 21

3.2 Chức năng giám sát 22

3.3 Chức năng kết nối 23

4 X C ĐỊNH PHẠM VI ỨNG DỤNG V MỤC TI U CỦ ĐỀ T I 23

3

4 1 Xác định phạm vi ứng dụng của đề tài 23

4 2 Xác định mục tiêu của đề tài 24

4 3 Phương pháp nghiên cứu đề tài 30

CHƯ NG II S ĐỒ KH I HỆ TH NG VÀ GIẢI PHÁP THỰC HIỆN…32 1 S ĐỒ KH I HỆ TH NG 31

2 GIẢI PHÁP THỰC HIỆN HỆ TH NG 32

2.1 Giải pháp giám sát trạng thái nhà trạm 32

2.1.1 Nhận biết trạng thái mở cửa 32

2.1.2 Nhận biết cảnh báo cháy 33

2.1.3 Nhận biết thông số nhiệt độ môi trường 33

2 1 4 Đo đạc thông số hoạt động của hệ thống 34

2.2 Giải pháp điều khiển thiết bị nhà trạm 35

2 2 1 Điều khiển điều hòa nhiệt độ 35

2 2 2 Điều khiển quạt thông gió 36

2.2.3 Thiết bị báo động (Tùy chọn) 37

2.3 Giải pháp kết nối người dùng từ xa 37

2.4 Giải pháp cập nhật Firmware từ xa 38

CHƯ NG III THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 40

1 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ TH NG 40

2 S ĐỒ KH I MẠCH ĐIỆN CHỨC NĂNG 45

2 1 Sơ đồ mạch kết nối (Connector) 45

2.2 Thiết kế mạch điều khiển (ATS) 48

2 3 Sơ đồ mạch trung tâm (Main) 52

4

CHƯ NG IV PHÂN T CH V THIẾT KẾ PHẦN MỀM 64

1 TỔNG QUAN HOẠT ĐỘNG CỦA PHẦN MỀM HỆ TH NG 64

2 CHỨC NĂNG PHẦN MỀM HỆ TH NG 65

2.1 CHỨC NĂNG ĐO ĐẠC THÔNG S HỆ TH NG 65

2.2 Chức năng điều khiển hệ thống 68

2.3 Chức năng truyền thông với hệ thống giám sát trung tâm 72

2.3.1 Cấu trúc bản tin truyền thông 72

2.3.2 Chức năng update firmware từ xa 77

2.4 Chức năng thu thập và xử lý dữ liệu trên Server 79

2.4.1 Mô tả nguyên tắc hoạt động của phần mềm 79

2.4.2 Mô tả nguyên lý luồng dữ liệu 80

2.4.3 Mô tả tính năng phần mềm 83

2.4.3.1 Chức năng danh mục điều hòa trạm 83

2.4.3.2 Chức năng danh mục máy phát 84

2.4.3.3 Chức năng danh mục cảnh báo 85

2.4.3.4 Chức năng danh mục tổ Acquy 86

2.4.3.5 Chức năng cấu hình danh sách nhận tin nhắn cảnh báo 87

2.4.3.6 Chức năng cấu hình bản tin giám sát 88

2.4.3.7 Chức năng cấu hình ngưỡng trạng thái 89

2.4.3.8 Chức năng báo cáo dữ liệu 90

2.4.3.9 Chức năng lấy cảnh báo thông tin nhà trạm 91

2.4.3.10 Chức năng lấy thông số hiện trạng nhà trạm 93

CHƯ NG V - KẾT LUẬN VÀ BÀN LUẬN 97

5

1 NỘI DUNG CÔNG VIỆC THỰC HIỆN ĐƯỢC 97

2 Đ NH GI KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐƯỢC 98

3 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 98

TÀI LIỆU THAM KHẢO……… 100

6

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

Kí hiệu, từ viết tắt Viết đầy đủ Nghĩa

ADC Analogue Digital Converter Bộ chuyển đổi tương tự - Số

BTS Base Tranceiver System Trạm thu phát sóng di động

CMOS Complementary metal-oxide

semiconductor

Một công nghệ mới tốn ít năng lượng

DMA Direct Memory Access Truy cập bộ nhớ trực tiếp DNS Domain Name System Hệ thống phân giải tên miền GPS Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói tổng hợp

HTTP Hyper-Text Transfer Protocol Giao thức truyền tải siêu văn

NOC Network Operation Center Trung tâm điều hành mạng PWM Pulse Width Modulation Điều chế độ rộng xung

SMS Short Message Service Dịch vụ tin nhắn ngắn

SMSC Short Message Service Center Trung tâm dịch vụ tin nhắn

ngắn

SPI Serial Peripheral Interface Một giao thức truyền song

công SMS Short Message Service Dịch vụ tin nhắn ngắn

7

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1 - Tính năng điều khiển của hệ thống 22

Bảng 2 - Tính năng giám sát của hệ thống 22

Bảng 3 - Ch tiêu k thuật của hệ thống Giám sát và Điều khiển trạm BTS 24 Bảng 4 – Sơ đồ chân module PTB48580 46

Bảng 5 – Sơ đồ chân của module nguồn TPS5430 47

Bảng 6 - Tham số cho mô hình Op – mp lý tưởng 52

Bảng 7 - Mô tả tính năng phần mềm giám sát và điều khiển của hệ thống 64

Bảng 8 – Các tham số cấu hình cho ATS 67

Bảng 8 – Cấu trúc bản tin truyền thông 72

Bảng 9 – Cấu trúc bản tin đo lường 73

Bảng 10 – Tham số thông tin thiết bị 73

Bảng 11 – Cấu trúc bản tin 74

Bảng 12 – Danh mục các cảnh báo hệ thống gửi lên server 75

Bảng 13 – Cấu trúc bản tin 76

Bảng 14 – Cấu trúc bản tin 77

Bảng 15 – Quy trình nhận thông tin từ Agent 81

Bảng 16 – Nhận thông tin điều khiển từ NOC 81

Bảng 18 – Danh mục chức năng máy phát điện 84

Bảng 19 – Danh mục chức năng cảnh báo 85

Bảng 20 – Chức năng danh mục tổ acquy 86

Bảng 21 – Chức năng cấu hình danh sách nhận tin nhắn cảnh báo 87

8

Bảng 22 – Chức năng cấu hình khung nhìn giám sát 88

Bảng 23 – Chức năng cấu hình ngưỡng trạng thái 89

Bảng 24 – Chức năng báo cáo dữ liệu 90

Bảng 25 – Chức năng lấy thông tin cảnh báo nhà trạm 91

Bảng 26 – Chức năng thông số hiện trạng nhà trạm 93

Bảng 27 – Thông tin trạng thái hiện tại nhà trạm 95

Bảng 28 – Thông tin trạng thái hiện tại Acquy 95

Bảng 29 – Thông tin trạng thái hiện tại nguồn điện ……… 96

9

DANH MỤC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ

Hình 1 – Nhu cầu thực tế của nhà trạm viễn thông 16

Hình 2 – Giải pháp giám sát và điều khiển của ECAPRO 19

Hình 3 – Sơ đồ khối hệ thống 31

Hình 4 – Mô hình hệ thống truyền thông nhà trạm – trung tâm 37

Hình 5 - Sơ đồ khối tổng quan hệ thống giám sát điều khiển trạm BTS……37

Hình 6 - Sơ đồ hệ thống nguồn điện trước thiết bị giám sát điều khiển…… 39

Hình 7 - Sơ đồ hệ thống điện sau khi lắp thiết bị giám sát điều khiển…… 39

Hình 8 – Sơ đồ khối hệ thống giám sát và điều khiển 43

Hình 9 - Sơ đồ chức năng phần cứng hệ thống giám sát và điều khiển…… 41

Hình 10 – Mạch in PCB mạch kết nối (Connector) 45

Hình 11 – Sơ đồ nguyên lý khối nguồn TPS5430 47

Hình 12 – Sơ đồ nguyên lý mạch xử lý dung Pic 18F4520 48

Hình 13 – Sơ đồ nguồn AP1117 49

Hình 14 – Sơ đồ nguyên lý mạch detect trạng thái 49

Hình 15 – Mạch detect AC Lưới – Máy phát 50

Hình 16 – Mạch đệm điều khiển ULN2803 50

Hình 17 – Mạch điều khiển dùng relay 51

Hình 18 – Mạch khuếch đại thuật toán lý tưởng 52

Hình 19 – Mạch khuếch đại đảo dùng Oamp 52

Hình 20 – Mạch lặp điện áp 53

Hình 21 – Mạch ch nh lưu hạn chế 2 diode 54

Hình 22 - Ứng dụng mạch ch nh lưu hạn chế mức 0 dùng 2 diode 54

10

Hình 23 – Mạch đo điện áp DC 55

Hình 24 – Mạch chia áp 55

Hình 25 – Mạch đo dòng điện DC 58

Hình 26 – Mạch đo dòng điện AC 59

Hình 27 – Khối đo điện áp AC 59

Hình 28 – Mạch xử lý điện áp đo C 60

Hình 29 – Mạch xử lý trước DC đo điện áp AC 60

Hình 30 – Dạng tín hiệu so sánh sau khi xử lý 61

Hình 31 – Cấu tạo ULN2803A 61

Hình 32 – Sơ đồ nguyên lý mạch detect tín hiệu đầu vào 62

Hình 33 – Mạch tạo dữ liệu thời gian thực 63

Hình 34 – Giao diện hiển thị giám sát từ xa 66

Hình 35 – Mức ưu tiên điện áp cấp cho trạm BTS 69

Hình 37 – Phân tích nguyên lý phân phối điện 70

Hình 38 – Luật điều khiển điều hòa theo nhiệt độ 71

Hình 39 - Lưu đồ quá trình gửi bản tin cảnh báo lên Server……… 72

Hình 40 – Mô hình tổng quát chức năng update firmware 78

Hình 41 – Các thao tác cập nhật firmware từ xa 78

Hình 42 – Mô hình luồng xử lý dữ liệu hệ thống giám sát và điều khiển 79

Hình 43 – Mô hình truyền thông Agent và Server 80

Hình 44 – Giao thức TCP IP giữa Agent và Server 80

Hình 45 – Đồng bộ EMS Database và NOC Database 82

Hình 46 – Lưu đồ luồng xử lý chức năng điều hòa trạm 83

11

Hình 47 - Lưu đồ luồng xử lý chức năng danh mục máy phát……… 81

Hình 48 – Lưu đồ luồng xử lý chức năng cảnh báo 85

Hình 49 - Lưu đồ chức năng danh mục cquy……… 83

Hình 50 – Biểu đồ luồng xử lý chức năng danh sách nhận tin cảnh báo… 87

Hình 51 – Lưu đồ cấu hình khung nhìn giám sát………85

Hình 52 - Lưu đồ cấu hình ngưỡng trạng thái……….86

Hình 53 - Lưu đồ chức năng báo cáo dữ liệu……… 87

Hình 54 - Lưu đồ lấy thông tin cảnh báo nhà trạm……….90

Hình 55 - Lưu đồ lấy thông tin trạng thái hiện trạng nhà trạm……… 91

12

Ở ĐẦU

Mô hình về hệ thống thu thập và xử lý dữ liệu với nhiều trạm từ lâu đ là một

đề tài quen thuộc và được nghiên cứu c ng như ứng dụng nhiều trong thực tế Với

sự phát triển của Internet, truyền thông và công nghệ thông tin kết hợp với những tiến bộ khoa học k thuật gần đây đ tạo điều kiện cho việc thiết kế và xây dựng nhiều hệ thống giám sát và cảnh báo từ xa với mô hình liên kết trong phạm vi rộng

và số lượng lớn các trạm giám sát

Với sự phát triển không ngừng của công nghệ điều khiển và giám sát, không

ch được nghiên cứu trong khoa học và công nghệ mà còn được áp dụng trong rất nhiều l nh vực như đời sống x hội, công nghiệp, bảo vệ môi trường Trong l nh vực viễn thông, với mô hình các trạm BTS được lắp đặt trong nhiều v ng, trong phạm vi diện tích lớn đòi h i cần phải có sự đảm bảo về tính vận hành ổn định và giảm thiểu khả năng h ng hóc hệ thống do các yêu tố môi trường như nhiệt độ, đổ

m hay các yếu tố k thuật như nguồn điện, quy trình vận hành, quá trình hoạt động của thiết bị Chính vì thế, yêu cầu cần phải có 1 hệ thống có thể giám sát được các thông số k thuật và điều kiện môi trường của từng trạm BTS Bên cạnh đó, hệ thống c ng phải cung cấp được khả năng tự động xử lý tình huống trong các trường hợp xuất hiện các cảnh báo nguy hiểm

Thử tưởng tượng với mật độ trung bình của mạng lưới các trạm BTS trên 1 huyện của TP Thanh Hóa là 70 - 90 trạm phân bố đều trên phạm vi cả huyện Số lượng các trạm phải được phân bố đều trên diễn tích cả huyện Trong những đợt ngành Điện Lực tiến hành cắt điện luân phiên trên diện rộng, trung bình từ 20-40 trạm s n m trong phạm vi cắt điện L c đó để đảm bảo duy trì thông tin trong phạm vi bị cắt điện, các trạm BTS phải được chạy máy nổ ứng cứu trong trường hợp nguồn điện acquy của trạm không đảm bảo được cho các thiết bị Vậy thì s phải có hàng chục nhân viên, cộng tác viên s phải luân phiên trực chiến Đó là còn chưa kể đến khi những sự cố mất điện hay thiên tai xảy đến đột ngột, với những khu vực có địa hình hiểm trở, s rất khó khăn để đảm bảo nguồn lực về con người và khả năng ứng cứu tức thời Đó là một ví dụ r ràng nhất cho thấy cần 1 hệ thống

13

giám sát và xử lý tự động tại trạm Ngoài ra, với 1 hệ thống vận hành tự động s

gi p cho hệ thống các trạm BTS được hoạt động một cách chính xác, giảm thiểu sai sót do chủ quan của nhân viện vận hành

Để đáp ứng những đòi h i cấp thiết như thế, đề tài Nghiên cứu, thiết kế chế tạo hệ thống giám sát điều khiển trạm BTS tập trung vào thực hiện đầy đủ các tính năng cần thiết cho một hệ thống giám sát và tự động điều khiển trạm BTS Nh m mục đích h trợ và tối ưu hóa cho quá trình vận hành của nhân viên k thuật tại trạm c ng như công tác kiểm tra, theo d i và ứng cứu trong các tình huống phát sinh l i k thuật Bên cạnh yêu tố là đáp ứng các chức năng cơ bản nhất của một hệ thống giám sát và điều khiển đ có trên thị trường và đ được nghiên cứu trước đây,

đề tài c ng tích hợp, bổ sung thêm các tính năng nổi bật để tạo sự khác biệt và có khả năng cạnh tranh so với các sản ph m đ xuất hiện

Trong quá trình làm đồ án, có những vướng mắc nhất định, không ch về mặt định hướng mà còn về mặt kiến thức, nhờ đ tiếp thu được sự giảng dậy, ch bảo nhiệt tình của các thầy cô giáo trong quá trình đào tạo, đ gi p em vượt qua được những khó khăn, hoàn thành được mục tiêu đề ra Em xin chân thành cảm ơn tới các thầy cô trong khoa Điện Tử - Viễn Thông, đặc biệt là TS Nguyễn Nam Quân đ

gi p đỡ em rất nhiều trong quá trình thực hiện và hoàn thiện đồ án này

Nội dung của đồ án bao gồm những phần sau đây:

 Chương 1: Tổng quan về hệ thống cần xây dựng Phân tích tính cấp thiết của

đề tài trong hiện trạng thực tế cả hạ tầng mạng viễn thông Việt Nam Đồng thời giới thiệu những giải pháp hiện có trên thị trường c ng như nhận x t đánh giá các sản ph m đó

 Chương 2: Phân tích sơ đồ chức năng của hệ thống cần thực hiện Nêu những giải pháp, đánh giá và lựa chọn phương án khả thi để thực hiện cho từng chức năng từng khối của hệ thống

 Chương 3: Trên cơ sở các phương án đ lựa chọn cho từng khối thực hiện hệ thống, nội dung chương này tiến hành phân tích, tìm hiểu và thực hiện việc kết nối, lắp ráp các linh kiện điện tử tạo hệ thống phần cứng hoàn ch nh

14

 Chương 4: Dựa trên nhiệm vụ hoạt động từng khối chức năng, nội dung chương này s tìm hiểu những giải pháp, thuật toán, cách thực hiện các phần mềm chức năng trên cơ sở các khối phần cứng được thiết kế ở chương 3

 Kết luận: Đánh giá kết quả thực hiện đề tài, tính khả thi của việc thực hiện hệ thống Đồng thời đề xuất hướng phát triển tiếp tục của đề tài

15

CHƯ NG I TỔNG QU N HỆ THỐNG

Nội dung chương này tiến hành phân tích về hiện trạng hạ tầng các trạm BTS của viễn thông Việt Nam, từ đó đưa ra khái quát về nhu cầu của hệ thống trong thực

tế Đồng thời c ng giới thiệu các giải pháp hiện có trên thị trường của một số công

ty đ và đang áp dụng thực tế Qua đó đưa ra lời nhận x t các giải pháp đó để đưa ra

mô hình tổng quan của hệ thống, các chức năng hệ thống cần thực hiện

T NH CẤP THIẾT CỦ ĐỀ TÀI

Tính đến hết năm 2012, số lượng các nhà trạm BTS trên phạm vi cả nước

được mở rộng khắp trên phạm vi cả nước là minh chứng cho sự phát triển lớn mạnh không ngừng về cơ sở hạ tầng mạng viễn thông c ng như khả năng phủ sóng của mạng di động Không ch là đầu tư trong nước, các nhà mạng viễn thông của Việt Nam c ng đ bước đi những bước đầu tiên của kế hoạch đầu tư sang các thị trường

có tiềm năng ở nước ngoài như Lào, Campuchia, Haiti, Mozambich Đây là các thị trường tiềm năng để mở rộng đầu tư l nh vực viễn thông Tuy nhiên, trong chính sách đầu tư tại các nước này, các nhà mạng của Việt Nam s phải tiến hành đầu tư

hạ tầng, cơ sở vật chất k thuật cho các nước bạn Bên cạnh đó, hoàn cảnh thực tế phải nhìn nhận là đây là các nước k m phát triển, điều kiện về địa hình, đường xá đi lại rất vất vả Đây là vấn đề tồn tại của hạ tầng các trạm BTS của viễn thông Việt Nam ở cả thị trường trong và ngoài nước Và đó c ng là một câu h i khó cho bài toàn về việc vận hành và quản lý hiệu quả c ng như ứng cứu sự cố cho các nhà trạm BTS với nguồn nhân lực hiện tại còn rất đang hạn chế

16

Hình 1 – Nhu cầu thực tế của nhà trạm viễn thông Đặc th phân bố của các nhà trạm BTS là trải khắp trên mọi v ng miền với địa hình rất đa dạng và phức tạp Với những v ng có địa hình hiểm trở và khoảng cách địa lý xa thì việc có thể theo d i được hiện trạng nhà trạm và ứng cứu thông tin khi có sự cố là rất khó khăn Hơn nữa nhân công thực hiện nhiệm vụ quản lý và ứng cứu cho nhà trạm còn chưa có trình độ chuyên môn vững vàng nên hoàn toàn có thể

x y ra sai sót khi thao tác hệ thống Với hệ thống tự động Giám sát và Điều khiển từ

xa, có thể gi p tăng tính tự động hóa và xử lý tình huống kịp thời c ng như đảm bảo

độ tin cậy trong quá trình vận hành nhà trạm BTS

Chính bởi vậy, một hệ thống với chức năng giám sát trạng thái hoạt động của nhà trạm c ng như trạng thái của môi trường, và song song đó cung cấp khả năng điều khiển và vận hành hệ thống một cách tự động, xử lý với các cảnh báo đ được thiết lập s n đ trở thành một nhu cầu cấp thiết trong con đường phát triển và cải thiện hạ tầng của l nh vực viễn thông Đề tài Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo hệ

thống Giám sát và Điều khiển nhà trạm BTS không phải là mới, nhưng hệ thống được thiết kế trong đề tài nhắm đến một hệ thống hoàn ch nh về mặt chức năng và

ổn định trong quá trình vận hành Bên cạnh đó, để tăng khả năng cạnh tranh và tạo

17

tính đột phá so với các sản ph m khác, hệ thống được thiết kế thêm chức năng để

mở rộng khả năng tương tác người d ng, c ng như tích hợp công nghệ mới

C C GIẢI PH P HỆ THỐNG HIỆN C TR N THỊ TRƯỜNG

Mục tiêu xây dựng được một hệ thống giám sát và tự động điều khiển nhà trạm BTS từ rất lâu đ là một nhu cầu lớn trong l nh vực viễn thông Hệ thống được thiết kế s phục vụ cho việc h trợ theo d i và vận hành một số thiết bị của trạm từ

xa nh m tạo điều kiện cho quá trình hoạt động của hệ thống thiết bị viễn thông tốt nhất Trong các năm qua, nắm bắt được nhu cầu này, một số công ty đ tập trung vào việc phát triển các sản ph m cung cấp giải pháp quản lý nhà trạm BTS Sau đây

s khảo sát một số sản ph m nổi bật trên thị trường trong nước và nước ngoài

2.1 Giải pháp quản lý nhà trạm BTS – Công ty Cổ phần Tập đoàn V

Technology

- Thiết bị giám sát c ng với các sensor tại nhà trạm ghi nhận trạng thái hoạt động của nhà trạm viễn thông như trạng thái đóng mở cửa, nhiệt độ, sự cố Hệ thống s truyền thông tin liên tục về Trung tâm vận hành và giám sát thông qua đường truyền

vô tuyến GPRS Các cảnh báo nguy hiểm s được gửi tin nhắn SMS đến người chịu trách nhiệm

- Nhờ khả năng điều khiển tự động và từ xa, hệ thống có thể ra lệnh cho các thiết bị khác tại trạm khởi động máy lạnh, máy phát điện nh m khắc phục khi xảy ra sự

18

 Điều khiển bật tắt quạt h t, quạt thổi

 Điều khiển bật tắt máy lạnh

 Điều khiển bật tắt máy phát điện

2.2 Hệ thống giám sát điều khiển trạm từ xa S C – Station Monitoring

Centre – Công ty Cổ phần ứng dụng khoa học và chuyển giao công nghệ cao High Technologies Transfer and Scientific Application ,JSC

Hệ thống SMC - Station Monitoring Centre cho ph p giám sát điều khiển tập trung các thiết bị điện, điện tử tại các văn phòng, trạm không người, nhà xưởng, kho

b i ở các vị trí địa lý khác nhau tại trung tâm

Người điều hành quan sát được hình ảnh, tình trạng hoạt động của các thiết

bị điện trong tòa nhà, điều khiển thiết bị, can thiệp vào hoạt động của tòa nhà như

có thể tắt được điện, bật máy phát, điều khiển camera

Các đặc trưng của hệ thống SMC:

- Phát triển dựa trên nền tảng của thiết bị điện thông minh trong hệ thống điều khiển tòa nhà

- Giám sát tại ch và giám sát từ xa

- Giám sát sử dụng năng lượng, điện áp và các thiết bị tiêu thụ điện năng

- Giám sát thông số môi trường như nhiệt độ, độ m

- Điều khiển điện máy nổ khi mất điện

- Điều khiển bật tắt thiết bị sử dụng điện theo quy trình

- Phần mềm điều khiển tại trung tâm với giao diện trực quan, dễ sử dụng

- Có thể kết nối với trung tâm theo nhiều cách thức khác nhau: L N, E1, T1, Dialup, ADSL

- Tích hợp với các thiết bị đầu cuối hệ thống thông tin liên lạc như GSM, CDMA

- Giám sát và đưa ra cảnh báo khi có sự cố có khói và nhiệt độ gia tăng đột ngột

- Giám sát và đưa ra cảnh báo nhiệt độ hoạt động của phòng máy

- Giám sát và đưa ra cảnh báo nhiệt độ hoạt động của phòng máy

- Giám sát, đưa ra cảnh báo các chế độ hoạt động của điều hòa

- Khả năng cài đặt kích hoạt các chế độ giám sát

- Khả năng cài đặt kích hoạt các chế độ giám sát

- Khả năng điều khiển điều hòa luân phiên

- Điều khiển hệ thống thông gió

- Phát hiện mất điện và điều khiển khởi động máy nổ

20

- Ch thị các trạng thái cảnh báo về chế độ hoạt động của hệ thống đ n cảnh báo, màn hình hiển thị LCD, loa báo động và tin nhắn SMS tới hệ thống OMC hoặc quản lý trạm

- Khả năng kích hoạt chế độ còi h tại bất k chế độ cảnh báo nào

- Nạp acquy tự động và tự động ngắt khi acquy yếu acquy trong thiết bị

- Cài đặt các thông số cho hệ thống từ xa b ng tin nhắn SMS

- Có thể lưu 5 số điện thoại cho ph p điều khiển, cài đặt và nhận tin nhắn cảnh báo

2.4 Hệ thống giám sát trạm viễn thông từ xa Quantra X – Join Stock

Company

Hệ thống quản lý giám sát nhà trạm từ xa Quantra - X Site Manager

Quantrax SM phục vụ mục đích theo d i, giám sát trạng thái hoạt động của các đài viễn thông, h trợ điều khiển một số thiết bị từ xa nh m tạo điều kiện cho thiết

bị mạng viễn thông vận hành

- Thiết bị giám sát c ng với các sensor tại nhà trạm ghi nhận trạng thái hoạt động của nhà trạm viễn thông như trạng thái đóng mở của, nhiệt độ, sự cố , truyền thông tin liên tục về Trung tâm vận hành mạng qua đường truyền vô tuyến GPRS Các cảnh báo nghiêm trọng s được gửi tin nhắn SMS đến người chịu trách nhiệm

- Nhờ khả năng điều khiển tự động và từ xa, hệ thống có thể ra lệnh các thiết

bị khác tại trạm khởi động máy lạnh, máy phát điện nh m khắc phục sự cố

- Các chức năng tìm kiếm, thống kê, tạo báo cáo cho ph p người vận hành có thể đánh giá, phân tích sự cố, tìm nguyên nhân và biện pháp khắc phục hiệu quả

Hệ thống Quantra-X bao gồm các thành phần sau:

- Thiệt bị thu nhận tín hiệu canh báo môi trường, điều kiện hoạt động của đài trạm có tên gọi QTX - 1000SM

- Phần mềm quản lý các thiết bị giám sát các tín hiệu cảnh báo Quantrax SM Phần mềm này được cài đặt trên máy chủ đặt tại trung tâm vận hành và khai thác mạng

21

- Phần mềm máy trạm giao diện GUI , cho ph p người vận hành và khai thác mạng theo d i, cập nhật thông tin, thống kê môi trường hoạt động của nhà trạm

- Ứng dụng quản lý thông qua giao diện web T y chọn

Trên đây là hai giải pháp của các công ty thực hiện hệ thống ngôi nhà thông minh

Về cơ bản các chức năng đều nh m giám sát trạng thái của hệ thống , để phát hiện những sự cố, c ng như giám sát các thông số môi trường xung quanh Chức năng điều khiển các thiết bị trong nhà trạm Hệ thống c ng có chức năng cảnh báo tới người sử dụng, cho ph p người sử dụng có thể truy cập vào hệ thống điều khiển Qua đó, có thể thấy đ có nhiều đơn vị triển khai sản xuất thiết bị phục vụ giám sát

tự động nhà trạm BTS, tuy nhiên những hệ thống trước đây chưa đầy đủ các chức năng hoặc một số chức năng chưa ph hợp với thực tế mạng lưới Viettel Ngoài ra chi phí cho các hệ thống c ng tương đối cao, khó có thể áp dụng với mô hình mạng lưới rất lớn của trạm BTS viễn thông Việt Nam

TƯỞNG THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

Thông qua quá trình khảo sát hiện trạng các nhà trạm BTS trên phạm vi cả nước, có thể thống kê các thành phần cơ bản của một nhà trạm BTS bao gồm:

- Hệ thống thiết bị viễn thông

- Hệ thống tủ nguồn DC: thiết bị Rectifier, attomat phân phối, hệ thống

Acquy

- Nguồn điện lưới xoay chiều và hệ thống tủ phân phối nguồn C

- Hệ thống điều hòa, quạt thông gió

- Hệ thống điện máy nổ Để ứng cứu

- Hệ thống cảnh báo ngoài, gồm: báo cháy, báo mở cửa

Bởi vậy, với mục đích tự động giám sát và điều khiển trạm BTS, thiết bị phải được tích hợp đầy đủ các tính năng như sau:

3.1 Chức năng điều khiển

- Bao gồm các chức năng chuyển đổi sử dụng nguồn điện cung cấp cho nhà trạm và điều khiển các thiết bị ngoại vi trong nhà trạm theo quy trình đ

22

được đề ra Hệ thống s giám sát tình trạng điện lưới và tự động khởi động

c ng như tắt máy phát điện theo yêu cầu Đảm bảo khai thác tài nguyên cquy trạm và ứng cứu thông tin tại ch một cách tự động và tin cậy Bảng 1 - Tính năng điều khiển của hệ thống

STT Nội dung yêu cầu

3.2 Chức năng giám sát

- Thực hiện các tác vụ giám sát trạng thái, đo đạc thông số c ng như phát hiện cảnh báo trong nhà trạm, gửi thông tin giám sát định k đến trung tâm điều hành để có thể kịp thời xử lý

Bảng 2 - Tính năng giám sát của hệ thống

STT Nội dung yêu cầu

2

Giám sát trạng thái nguồn điện trong nhà trạm

- Báo mất nguồn điện lưới

- Báo sử dụng nguồn máy phát và thời gian chạy máy phát

giám sát

X C ĐỊNH PHẠ VI ỨNG DỤNG VÀ ỤC TI U CỦ ĐỀ TÀI

4.1 Xác định phạm vi ứng dụng của đề tài

Hiện nay mạng lưới mạng viễn thông Việt Nam đ có hơn nhà trạm BTS phân bố trên phạm vi cả nước, chưa kể đến số lượng cơ sở hạ tầng nhà trạm hiện tại đang đầu tư vào các thị trường nước ngoài Trong tình hình điện lưới quốc gia ngày càng khó khăn, và nhu cầu đảm bảo về việc duy tri thông tin liên lạc c ng như tăng hiệu quả hoạt động của trạm BTS, các nhà cung cấp viễn thông nói chung và Tập đoàn Viên thông Quân đội Viettel nói riêng đ chủ trương trang bị máy phát điện đến toàn bộ hạ tầng nhà trạm để đảm bảo nguồn điện

Việc vận hành các máy phát điện v n phải d ng đến nhân công con người trực tiếp thực hiện, điều này tiêu tốn đáng kể nhân lực, thời gian và chất lượng của các tổ acquy suy giảm nhanh chóng do vận hành không đ ng quy trình Bên cạnh

đó, do việc vận hành b ng tay nên l ng phí một số lớn nguồn năng lượng của hệ

24

thống acquy dự phòng Những lí do trên khiến chi phí vận hành và khai thác hệ

thống nguồn điện tại các trạm BTS hiện tại rất cao và k m hiệu quả

Việc áp dụng hệ thống nhà trạm thông minh dựa trên nền tảng của Hệ thống giám sát và tự động điều khiển trạm BTS đ mở ra một hướng phát triển mới cho

mô hình nhà trạm viễn thông tại Việt Nam Nâng cao tính tự động hóa, giảm thiểu chi phí nhân công , tối ưu hiệu năng sử dụng nguồn điện và v n đảm bảo tính chính xác và tin cậy là những yếu tố hàng đầu được nhắc đến của hệ thống

4.2 Xác định mục tiêu của đề tài

Qua việc phân tích các chức năng cần thiết của hệ thống, ta có thể đưa ra được bảng ch tiêu k thuật cho Hệ thống giám sát và tự động điều khiển trạm BTS như sau

Bảng 3 - Ch tiêu k thuật của hệ thống Giám sát và Điều khiển trạm BTS

TT Nội dung yêu cầu

Lựa chọn/Bắt buộc

Yêu cầu kỹ thuật Ghi chú

A: GIÁM SÁT THÔNG SỐ TẠI TRẠM

1.1 Tính dung lượng của ắc quy Lựa chọn

Sai số về dung lượng cho

ph p ≤ 15 ph t Chia ra thành

3 mức l i cảnh báo (có thể cài đặt được giá trị): Cảnh báo, nguy hiểm và rất nguy hiểm

1.2 Điện áp của ắc quy Lựa chọn

Dải đo 40VDC ÷ 60VDC; Sai

số ≤ 2 % Chia ra thành 3 mức l i (có thể cài đặt được giá trị): Cảnh báo, nguy hiểm

và rất nguy hiểm

2

Giám sát (hiển thị trạng thái) và

cảnh báo nhiệt độ cao của ắc

quy

Lựa chọn Dải đo từ 10-60ºC Sai số cho

ph p ≤ 2°C

Giá trị ngưỡng cảnh báo có thể cài đặt được

25

II Các tham số về môi trường và an toàn trong trạm

1 Giám sát (hiển thị trạng thái)

2 Giám sát (hiển thị giá trị) và

cảnh báo nhiệt độ cho phép Bắt buộc

Dải đo từ 10-60ºC Sai số cho

ph p ≤ 2°C

Giá trị ngưỡng cảnh báo có thể cài đặt được

3 Giám sát (hiển thị trạng thái) và

III Điện AC

1

Giám sát (hiển thị giá trị) và

cảnh báo điện áp AC cao, thấp

của từng pha trong mạng điện 3

pha

Lựa chọn

Dải đo 80V - 300V Sai số cho ph p ≤ 5 % Phân tích được tình trạng điện lưới tốt hoặc xấu để đưa ra quyết định lựa chọn loại nguồn điện lưới

- ắc quy - máy phát)

2

Giám sát (hiển thị giá trị) dòng

điện AC của từng pha trong

mạng điện 3 pha

Lựa chọn

Dải đo 0-50(A) - sai số ≤ 1,0A ; từ 50 - 100(A) - sai số cho ph p ≤1,5

Phục vụ việc tính công suất

3

Giám sát (hiển thị trạng thái) và

cảnh báo mất điện lưới, điện áp

không ổn định

Bắt buộc Phân biệt và hiển thị được

giữa điện lưới và điện của máy phát

B ng cách phân tích nguồn điện

AC

4 Giám sát (hiển thị trạng thái) và

cảnh báo chạy máy phát Bắt buộc

Đo công suất, phân biệt và lưu

độc lập giá trị công suất cung

cấp của điện lưới và máy phát

Bắt buộc Đo được công suất điện AC

3 pha

IV Thiết bị

1 Giám sát trạng thái bật tắt điều

2 Giám sát (hiển thị trạng thái) và

3 Giám sát (hiển thị trạng thái) và

cảnh báo h ng quạt thông gió Lựa chọn

4 Cảnh báo Máy phát điện có sự

26

V Tính năng kỹ thuật khác

1

H trợ tính năng gửi tin nhắn

cảnh báo đến 1 số điện thoại

(có thể lựa chọn loại cảnh báo

gửi đi Tin nhắn phải được gửi

đi từ hệ thống giám sát tại trạm

Bắt buộc Đáp ứng Lọc các cảnh

báo quan trọng

2 Đặt tên cho các thiết bị được

giám sát, điều khiển Bắt buộc Đáp ứng

Quản lý thiết

bị

3 Có khả năng mở rộng Lựa chọn

Khả năng mở rộng I/O Mở rộng các tham số giám sát, hiển thị, cảnh báo

B: ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ TẠI TRẠM

I Cơ cấu đóng ngắt, chuyển đổi điện lưới - máy phát

1

Điều khiển bật máy phát điện

theo một trong các điều kiện

sau:

Bắt buộc

Có 3 chế độ:

- Tự động (tại trạm)

- Nhân công (tại trạm)

- Từ xa (tại trung tâm hoặc qua thiết bị di động)

Không tắt qua thiết bị di động

1.1

Điện lưới mất hoàn toàn và

dung lượng (hoặc điện áp) ắc

quy giảm xuống dưới mức cho

phép (giá trị này có thể đặt

được)

Bắt buộc Đáp ứng

1.2

Ngắt điện lưới khi điện áp thấp

hơn giá trị cho phép (giá trị này

có thể điều ch nh được và điện

áp DC hoặc dung lượng ắc quy

giảm xuống dưới mức cho

phép

1.3

Có cơ chế tự động tính toán

được ngưỡng điện áp thấp đối

với từng trạm tương ứng với

tải, dung lượng thực của acquy)

và điều khiển bật máy phát điện

theo ngưỡng điện áp thấp này

1.4

Máy phát cấp nguồn cho hệ

thống sau khi chạy ổn định 1

phút

Bắt buộc Đáp ứng quy trình

27

2

Điều khiển tắt máy phát điện

theo một trong các điều kiện

sau:

Bắt buộc

Có 3 chế độ:

- Tự động (tại trạm)

- Nhân công (tại trạm)

- Từ xa (tại trung tâm hoặc qua thiết bị di động)

Không tắt qua thiết bị di động

2.1

Có điện lưới AC trở lại

(Chuyển sang sử dụng điện

lưới)

2.2

Cắt máy phát điện khi ắc quy

đ nạp no tính theo dung lượng

hoặc điện áp) hoặc máy chạy

đạt 4h (có thể thay đổi thời gian

cài đặt chạy máy phát)

2.3

Chất lượng điện lưới đ ổn định

lại (giá trị này có thể thay đổi

II Điều hòa và các thiết bị khác

1

Điều khiển bật tắt điều hòa của

trạm BTS theo giá trị nhiệt độ,

điện áp AC, máy phát (có thể

thay đổi giá trị nhiệt độ và điện

áp)

Lựa chọn

- Cưỡng bức từ xa (tại trung tâm hoặc qua thiết bị di động)

Phải có sự phối hợp điều khiển bật tắt điều hòa và thông gió theo các ngưỡng nhiệt độ có thể cài đặt được

2 Điều khiển bật tắt quạt thông

gió theo nhiệt độ Lựa chọn

Có 2 chế độ:

- Tự động (tại trạm)

- Nhân công (tại trạm)

- Từ xa (tại trung tâm)

C HỆ THỐNG QUẢN LÝ VÀ CẤU HÌNH CÁC THAM SỐ TẠI TRUNG TÂM

I Cảnh báo và hiển thị (ALARM)

1

Có khả năng hiển thị tất cả các

thông tin cảnh báo của hệ thu

thập, giám sát tại trạm BTS lên

màn hình giám sát tại trung

tâm

Bắt buộc Đáp ứng

Lọc các cảnh báo quan trọng

để ra quyết định xử lý

sự kiện vượt ngưỡng giá trị

cảnh báo, ngưỡng tần suất xuất

hiện trong một chu k thời gian

được định ngh a trước

Bắt buộc Đáp ứng

4

Tạo khung nhìn giám sát tùy

chọn: Cho phép giám sát toàn

bộ hay một phần thông tin của

Cấu hình tham số cho thiết bị

điều khiển: Thiết lập khoảng

thời gian lấy mẫu

Bắt buộc Đáp ứng

Điều ch nh lưu lượng trong truyền d n

2

Phần mềm có khả năng chịu tải

liên kết và xử lý dữ liệu của

35.000 trạm (chia thành các

khu vực)

Lựa chọn Tùy chọn

Phụ thuộc việc quy hoạch quản lý tại đâu

3 Có khả năng lưu trữ dữ liệu

trong thời gian 12 tháng Bắt buộc Đáp ứng Lưu và truy

xuất dữ liệu

III Giám sát, điều khiển

1

Tính năng Update phần mềm và

cài đặt các tham số cảnh báo từ

xa qua đường truyền d n)

trong khai thác

2 Điều khiển các thiết bị tại trạm:

Tắt máy nổ, bật tắt điều hòa Bắt buộc Đáp ứng

Điều khiển qua phần mềm

TT

3

Cấu hình hệ thống: Cấu hình

kết nối CSDL, kết nối tới

server, số điện thoại gửi cảnh

Quản lý danh mục trạm: Quản

lý thông tin chi tiết về trạm và

các thông tin về hệ thống điều

khiển đặt tại trạm

29

2

Phân quyền quản lý trạm cho

người dùng: Phân quyền quản

lý thành 2 mức Admin và Users

3

Kết xuất các báo cáo theo yêu

cầu quản lý sau: theo thời gian,

theo địa lý (trạm, t nh, khu vực,

toàn quốc , theo đối tượng giám

sát, theo ngưỡng giám sát (có

thể kết xuất báo cáo theo một

yêu cầu hoặc tổng hợp nhiều

Sử dụng truyền d n tới server

quản lý tập trung thông qua

luồng Ethernet và thông qua

GPRS/3G

Bắt buộc Đáp ứng

Áp dụng cho các trạm quan trọng

2

Cài đặt được chu k gửi thông

tin giám sát tại trạm về hệ

thống quản lý tập trung (chu k

ở mức nxgiây, nxphút)

3

Các cảnh báo (giá trị đo được

vượt ngưỡng cho phép) s được

gửi ngay lập tức về hệ thống

quản lý tập trung

4

Có khả năng lưu trữ số liệu tại

hệ thống giám sát, điều khiển

30

4.3 Phương pháp nghiên cứu đề tài

- Tham khảo tài liệu: thu thập thông tin kiến thức từ sách, báo, tài liệu, các tạp chí,

và sử dụng Internet để tìm hiểu về điện, điện tử, viễn thông, tự động hóa…

- Phương pháp khảo sát: khảo sát nhu cầu thực tế, hiện trạng k thuật đang có trên thị trường, vật tư trang thiết bị Khảo sát các sản ph m hiện đang có trên thị trường, tính năng c ng như giá thành và hiệu quả của sản ph m

- Phương pháp thực nghiệm: từ nhu cầu thực tế ứng với các mô hình nhà trạm, áp dụng cho từng khu vực, hiện trạng k thuật kết hợp với vốn kiến thức đ được trang

bị và tự tìm hiểu, cộng với sự hướng d n, ch bảo của giảng viên hướng d n, người thực hiện đ thiết kế những giải pháp khác nhau, nhiều cách tiếp cận, hướng đi để cuối c ng chọn lọc được giải pháp khả thi nhất

- Phương pháp thực tế: T y theo điều kiện cho phép, từ những thiết kế trên cơ sở lý thuyết tiến hành chế tạo sản ph m theo yêu cầu k thuật và thiết kế đ đề ra của hệ thống Qua việc thực hiện chế tạo hệ thống thực tế c ng như tiến hành chạy thử nghiệm thiết bị s hoàn thiện tính năng c ng như tài liệu thiết kế thiết bị Việc thực hiện chế tạo phải dựa trên tiêu chí làm thật và làm đến mức thiết bị có thể hoạt động được

31

CHƯ NG II S ĐỒ HỐI HỆ THỐNG VÀ PHÂN TÍCH GIẢI PHÁP

Nội dung chương này trình bày về các vấn đề mà hệ thống cần xem x t và giải pháp, đưa ra các phân tích đánh giá, những phương án lựa chọn để giải quyết,

và chọn phương án khả thi nhất

S ĐỒ HỐI HỆ THỐNG

Thiết bị giám sát và điều khiển V02

hối thiết bị động lực

Giao diện NOC PRO

Điều hoà

Điện lưới

Tủ nguồn DC M500D

Tải viễn thông

Cảnh báo cquy

Tủ nguồn tích hợp

áy phát

Tải ngoại vi

Thiết bị truyền dẫn

Hình 3 – Sơ đồ khối hệ thống

- Thiết bị giám sát và điều khiển tự động c ng với các cảm biến tại nhà trạm ghi nhận trạng thái hoạt động của nhà trạm viễn thông như: trạng thái đóng mở cửa, trạng thái bật tắt điều hoà, thông số nhiệt độ, giá trị điện áp – dòng điện, các cảnh báo về sự cố…Thông tin liên tục được truyền về trung tâm vận hành thông qua đường truyền internet Các cảnh báo nghiêm trọng được ưu tiên truyền kh n cấp

để đảm bảo khả năng phát hiện sự cố và kịp thời khắc phục

- Với khả năng điều khiển từ xa và tự động thông qua thiết bị điều khiển tương thích với thiết bị giám sát, hệ thống có thể ra lệnh cho các thiết bị khác trong nhà trạm khởi động điều hoà, máy phát điện nh m khắc phục sự cố

- Phần mềm vận hành có giao diện dễ sử dụng, dễ dàng theo dõi các sự cố nếu có trên toàn bộ hệ thống nhà trạm Các chức năng tìm kiếm, thống kê, tạo báo cáo cho ph p người vận hành có thể đánh giá, phân tích sự cố, tìm nguyên nhân và biện pháp khắc phục hiệu quả

32

GIẢI PH P THỰC HIỆN HỆ THỐNG

2.1 Giải pháp giám sát trạng thái nhà trạm

Thiết bị giám sát và điều khiển tự động c ng với các cảm biến tại nhà trạm ghi nhận trạng thái hoạt động của nhà trạm viễn thông như; trạng thái đóng mở cửa, trạng thái bật tắt điều hòa, thông số nhiệt độ, giá trị điện áp - dòng điện, các cảnh báo về sự cố Thông tin liên tục được truyền về trung tâm vận hành thông qua đường truyền Internet Các cảnh báo nghiêm trọng được ưu tiên truyền kh n cấp để đảm bảo khả năng phát hiện sự cố và kịp thời khắc phục Sau đây là một số thông số yêu cầu và lựa chọn cho từng việc cụ thể:

2.1.1 Nhận biết trạng thái mở cửa

Để ra vào vận hành, kiểm tra nhà trạm ch có cách duy nhất là đi qua hệ thống cửa ra vào chính T y theo thiết kế từng trạm, có thể s bố trí cửa thoát hiểm tuy nhiên s ch có 1 cửa để ra vào trong suốt quá trình vận hành trạm bình thường Như vậy để nhận biết trạng thái ra vào trạm, số lần kiểm tra hay tần suất kiểm tra trạm s phải dựa vào trạng thái của hệ thống cửa, tức là phải có tác động làm cho cửa mở ra Do đó s phải có cơ chế phát hiển trạng thái cửa đóng hay đang mở

Để thực hiện được việc này, có thể sử dụng các giải pháp sau:

- D ng các công tắc cơ khí dạng tiếp điểm lắp vào ở cánh cửa Bình thường công tắc ở dạng thường hở Khi có lực ấn vào công tắc thì hai tiếp điểm công tắc nối với nhau Như vậy lắp công tắc này vào cửa, khi cửa mở thì trạng thái công tắc thay đổi để ta biết được

- D ng công tắc từ b ng thủy tinh, có lắp thêm một nam châm Khi công tắc gần nam châm thì công tắc s h t, 2 đầu nam châm s nối với nhau Còn khi công tắc xa nam châm thì 2 đầu s không tiếp x c nữa

- Loại thứ 3 là loại sử dụng cảm biến hồng ngoại để phát hiện có vật cản trong tầm kiểm soát của cảm biến Khi có vật cản s chặn tia hồng ngoại và phát hiện ra có người vào trạm

33

- Và một giải pháp nữa là c ng sử dụng cảm ứng từ Đây là loại thị trường đang sử dụng phổ biến Có 2 tấm, một lắp ở cửa, một tấm lắp ở m p cửa L c cửa đóng, 2 tấm gần nhau nên tiếp điểm h t Khi xa thì 2 tiếp điểm nhả ra

Lựa chọn:

Với 2 loại đầu tiên ưu điểm là r tiền, nhưng độ bền không cao Loại thứ nhất

là tiếp điểm cơ khí nên s có tiếng kêu và độ bến cơ học giảm sau số lần thay đổi trạng thái Loại thứ 2 dễ vỡ Loại thứ 3 thì sử dụng phương pháp công nghệ tiên tiến tuy nhiên phức tạp trong lắp đặt và dễ bị nhiễu do bụi trong nhà trạm Nên loại cuối

c ng là hợp lý hơn cả

2.1.2 Nhận biết cảnh báo cháy

Để nhận biết cháy hay không thì c ng ch thấy phổ biến ở thị trường là các loại cảm biến khói Đó là thiết bị được tích hợp khối xử lý bên trong, đầu ra 2 đầu tiếp điểm Ta s chọn loại tiếp điểm thường đóng, khi có khói với độ đủ để cảm biến nhận biết được, cảm biến s báo b ng cách thay đổi trạng thái tiếp điểm đầu ra,

và bật một led ch thị màu đ lên, báo đang có cháy Do đó, hệ thống s dùng loại cảm biến khói này làm phương tiện để nhận biết chập cháy

2.1.3 Nhận biết thông số nhiệt độ môi trường

Với mục đích đo nhiệt độ môi trường để hệ thống có sự điều ch nh việc tăng giảm nhiệt độ ở điều hòa hay bật tắt quạt do chế độ mà chủ nhà mong muốn Để đo nhiệt độ, có hai loại cảm biến nhiệt độ thường dùng

- Dùng loại cảm biến nhiệt độ mà đầu ra là điện áp, t lệ với nhiệt độ bởi một t

số như LM35, LM335 mà sinh viên v n thường hay sử dụng B ng cách đo được giá trị điện áp đầu ra của cảm biến là có thể suy ra được nhiệt độ

- Loại cảm biến nhiệt độ đ có xử lý bên trong IC, đầu ra là kết quả nhiệt độ luôn, ở dạng số Để đọc được kết quả nhiệt độ, cần biết giao thức mà cảm biến quy định để giao tiếp với nó Cảm biến loại này trên thị trường có phổ biến là DS18B20 của Dallas

Lựa chọn:

34

Với hai loại nhiệt độ trên, thì loại thứ nhất phổ biến cho sinh viên thường hay dùng bởi việc dễ sử dụng Nhưng nhược điểm là điện áp ra nh , khoảng 10mV 1 độ

C, là khá b Do đó để đo được nhiệt độ phải đo được giá trị điện áp này, vì bé nên

s có sai số nhiều Với loại cảm biến nhiệt độ thứ hai, là để giao tiếp phải tìm hiểu giao thức là lập trình theo giao thức đó, nhưng b lại kết quả là chính xác, ch sai số lớn nhất khoảng 0 5 độ C Nên để dùng trong hệ thống này, loại cảm biến nhiệt độ thứ 2 được lựa chọn, đó là IC nhiệt độ DS18B20

2.1.4 Đo đạc thông số hoạt động của hệ thống

Trong quá trình hoạt động của nhà trạm viễn thống ,một yếu tố luôn được cần phải kiểm soát và đánh giá chính là hiện trạng sử dụng điện năng của các thiết

bị điện trong nhà trạm Chi tiết hơn đó là các yếu tố và điện áp, dòng điện, tần số của điện áp xoay chiều; yếu tố về điện áp, dòng điện DC; dung lượng acquy

- Với thông số đo đạc điện áp, tần số người thiết kế sử dụng phương pháp

d ng các mạch biến đổi để chuyển từ mức điện áp có giá trị lớn và điện áp xoay chiều về mức điện áp một chiểu để đưa vào bộ DC nalog Digital Converter) và bộ đếm (Counter) của khối xử lý trung tâm để tính toán giá trị cần đo đạc

- Với thông số về dòng điện, phương án là sử dụng cảm biến dòng điện Biến dòng sử dụng nguyên lý cảm ứng điện từ Hall Modul PL1 080 của h ng

H NCOOK Hàn Quốc, sử dụng hiệu ứng H LL để đo dòng điện trực tiếp trên dây d n cần đo Giá trị dải đo của cảm biến rộng 100 với độ tuyến tính cao, dễ dàng lắp đặt là lợi thế đáp ứng được yêu cầu của hệ thống

- Các đối tượng cần giám sát trạng thái của hệ thống nhà trạm như:cảnh báo của các tủ nguồn DC, cảnh báo của các tủ nguồn tích hợp C, cảnh báo của thiết bị truyền d n, thông số trạng thái của thiết bị đếm sét Các thiết bị ngoại

vi được kể ra ở trên bao gồm các model của các hang khác nhau như

Erickson, Huwei, ZTE, Viettel, Schneider, Siemens…s được thống kê và phân tích chi tiết ở trong chương III của đề tài

35

- Một chức năng được đánh giá cao của thiết bị là có thể tính toán và dự đoán được dung lượng c ng như trạng thái hoạt động của acquy trong trạm viễn thông Đây là một chức năng có ý ngh a rất lớn trong việc tăng cường khả năng hoạt động c ng như tối ưu hóa khả năng ứng cứu thông tin cho trạm BTS Trên thế giới đ có rất nhiều hệ thống quản lý dung lượng acquy được tối ưu hóa về thuật toán xử lý c ng như độ chính xác của ph p đo Tuy

nhiên, giá thành của phần mềm c ng như thiết bị cảm biến để đo đạc có chi phí khá lớn, có thể kể đến hệ thống ACU Monitor của Japanes Tech Corp.Chính vì thế với khả năng tận dụng tài nguyên phần cứng s n có, dựa trên số liệu đo đạc điện áp và dòng điện của các tổ acquy s là một chức năng tạo lên lợi thế cạnh tranh của hệ thống giám sát và điều khiển trạm BTS so với các sản ph m tương đương trên thị trường

2.2 Giải pháp điều khiển thiết bị nhà trạm

Đây là khối chấp hành, s tác động lên hoạt động của các thiết bị mà hệ thống cần điều khiển Thiết bị cần điều khiển trong nhà trạm bao gồm các thiết bị phụ trợ như: điều hòa nhiệt độ, quạt thông gió, hệ thống máy nổ, hệ thống chuyển nguồn điện

Các thiết bị được kể trên khác nhau về chủng loại và mục đích sử dụng nên điện áp cấp nguồn c ng như cách thức điều khiển là hoàn toàn khác nhau

2.2.1 Điều khiển điều hòa nhiệt độ

Với chức năng là để kiểm soát nhiệt độ bên trong nhà trạm, đảm bảo khoảng nhiệt độ môi trường c ng như độ m an toàn để các thiết bị trong nhà trạm có thể hoạt động ổn định Như đ khảo sát tại một số nhà trạm, với điều kiện các nhà trạm BTS được đặt giữa đồng, dưới trời nắng chang chang và khi các thiết bị viễn thông trong nhà trạm hoạt động với công suất cao, cộng thêm để đảm bảo an toàn thì nhà

bởi nhiệt độ cao và nguy cơ ủ nhiệt, nên các module thiết bị hoàn toàn có thể d n đến h ng hóc và ngừng hoạt động, chưa kể đến nguy cơ chập điện gây cháy là hoàn toàn có thể xảy ra Tuy nhiên, c ng có những khi trong điều kiện thời tiết thay đổi,

36

nhiệt độ nhà trạm thường ở mức ổn định, khi đó nếu cứ bật điêu hòa chạy thì s gây

l ng phí nguồn điện Chính bởi yêu cầu về việc sử dụng điều hòa cho nhu cầu cấp thiết và sử dụng sao cho hợp lý là một vấn đề cấp thiết

Để điều khiển được điều hòa nhiệt độ một cách tự động, cơ chế chính là thay thế cho chính ptomat công tắc đóng nguồn cho thiết bị L c muốn thiết bị hoạt động thì đóng lại, dòng điện C s chạy qua và cấp nguồn cho thiết bị L c muốn tắt thì ngắt cấp điện C C ng như với tất cả các thiết bị điện khác, trước khi lựa chọn loại thiết bị điều khiển, ta cần biết được công suất của nó là bao nhiêu để chọn lựa loại thiết bị đóng cắt cho hợp lý Thường thì với diện tích các nhà trạm BTS

khảo sát trên, có thể thấy loại điều hòa được sử dụng phổ biến tại trạm BTS có thể

sử dụng loại Daikin hoặc Panasonic công suất từ 2.5-3.2 kW (Theo số liệu khảo sát

cơ điện của các trạm BTS Viettel) Để tối ưu hóa thiết kế, ta phải tiến hành khảo sát xem với công suất nêu trên của điều hòa thì nên chọn loại thiết bị đóng cắt nào cho phù hợp Với phần lớn các ứng dụng cho đóng cắt thiết bị điện 220V/50Hz s điều khiển qua Rơ le, tuy nhiên, trong thiết kế hệ thống tôi xin trình bày phương án sử dụng Rơ le bán d n SSR (Solid State Relay) với chức năng và cách thức điều khiển tương tự như Relay thông thường nhưng tối ưu hơn nhờ sử dụng công nghệ bán d n nên s không bị giới hạn bởi số lần đóng cắt, tránh việc tạo tia lửa điện, dòng hồ quang khi chuyển trang thái tiếp điểm Tuy nhiên, giá thành s cao hơn, đây s là điểm s phải lưu ý để tối ưu giá sản ph m

2.2.2 Điều khiển quạt thông gió

Việc điều khiển quạt điện c ng giống như trường hợp với điều hòa nhiệt độ

Do công suất quạt thông gió ch ở mức thấp, khoảng từ 220-570W (theo số liệu khảo sát với quạt của h ng Rittal được trang bị phổ biến trong các trạm BTS

Viettel) nên có thể sử dụng Rơ le hoặc Solid State đều thực hiện được dễ dàng Việc

37

điều khiển có thể căn cứ vào ngưỡng nhiệt độ do người sử dụng thiết đặt Giá trị

2.2.3 Thiết bị báo động (Tùy chọn)

Thiết bị báo động ở đây có thể tùy chọn theo yêu cầu thiết kế như còi h báo khói, báo cháy, báo ngập nước, là loại thiết bị giống chuông báo động Nó hoạt động khi có dòng điện AC hoặc DC đi qua, với công suất bé Nên ta có thể sử dụng

Rơ le để điều khiển

2.3 Giải pháp kết nối người dùng từ xa

Đây là khối rất quan trọng, kết nối người sử dụng vơi hệ thống Với khả năng giao tiếp theo 4 chế độ khác nhau là thông qua tin nhắn sms, b ng Internet, b ng máy tính kết nối trực tiếp và với giao diện màn hình – phím bấm điều khiển trực tiếp trên thiết bị Trong phạm phi đề tài, tôi xin tập trung vào việc phân tích giải pháp kết nối dựa trên truyền d n trên nền Internet, sử dụng phần mềm thu thập và

xử lý dữ liệu trên Server Sau đây là mô hình tổng thể miêu tả nguyên tắc hoạt động của hệ thống phần mềm thu thập và xử lý dữ liệu

Mô hình hệ thống tự động giám sát và điều khiển nhà trạm

Hình 4 – Mô hình hệ thống truyền thông nhà trạm – trung tâm

Với mô hình phần mềm hệ thống như trên, các công việc cần thực hiện như sau

- Thực hiện giao tiếp giữa Agent và EMS Server

- Đồng bộ EMS và Nocpro Database

- Xây dựng giao diện Nocpro

Agent

Agent

Agent

EMS SERVER

EMS

DB

Tiến trình đồng bộ Nocpro

38

Các tính năng của phần mềm

- Quản lý quyền truy nhập

- Quản lý danh mục điều hòa nhà trạm

- Quản lý danh mục máy phát điện nhà trạm

- Quản lý danh mục cảnh báo

- Quản lý danh mục tổ acquy

- Quản lý nguồn điện nhà trạm

- Cấu hình danh sách nhận tin nhắn cảnh báo nhà trạm

- Cấu hình khung nhìn giám sát

- Cấu hình ngưỡng trạng thái

- Chức năng tổng hợp báo cáo nhà trạm

- Chức năng giám sát cảnh báo, cảnh báo l i

- Chức năng lấy thông tin hiện tại trạng thái nhà trạm

- Chức năng thực hiện quyền điều khiển nhà trạm

Với hình thức kết nối qua Internet, để người quản trị có thể dùng trình duyệt để truy cập vào hệ thống một cách nhanh chóng ở nhiều vị trí, thời điểm khác nhau, thì khối kết nối phải xây dựng trong đó một khối Web Server, để cho phép trình duyệt có thể kết nối đến để lấy dữ liệu về trang web Khối Web Server này có chức năng giống

diện thao tác là có thể lấy thông tin dữ liệu cần truy cập mà không cần cài đặt phụ trợ Trên ứng dụng giám sát và điều khiển nhà trạm c ng dựa trên mô hình đó, khối giao tiếp Internet của hệ thống c ng xây dựng trên nó một giao diện web, chứa các thông tin về hệ thống, để người quản trị có thể truy cập vào, có thể biết được trạng thái các thiết bị, và có thể điều khiển được thiết bị tại trạm thông qua giao hệ thống phần mềm

2.4 Giải pháp cập nhật Firmware từ xa

Một câu h i được đặt ra là làm cách nào để sửa l i phần mềm khi phát hiện sai sót, trong khi các thiết bị được lắp đặt trên khắp cả nước Với phương án s tiến

39

hành trực tiếp nạp lại phần mềm cho từng thiết bị thì có l chi phí và công sức b ra

s là 1 con số khổng lồ mà chúng ta s không thể nào tưởng tượng nổi Tuy nhiên, với hệ thống giám sát và điều khiển trạm BTS được phát triển này, người quản trị hoàn toàn có thể thực hiện tác vụ nạp lại một file firmware từ hệ thống chủ quản tới từng đối tượng cần cập nhật lại phần mềm Đây là một chức năng cực kì có ý ngh a với việc phát triển và hoàn thiện một hệ thống trên phạm vi lớn

Trong quá trình hoạt động bình thường, khi server cần update firware cho trạm nào, thì nó s thực hiện gửi lệnh Update Firmware xuống trạm đó Đồng thời chạy chương trình TFTP Server cho ph p thiết bị đó kết nối tới để tìm file mã

nguồn (Mặc định với một tên file khi ta upload lên trên hệ thống Ví dụ:

Firmware.hex) và thực hiện tải file đó về thiết bị Thiết bị giám sát và điều khiển tại trạm sau khi nhận được lệnh update s chuyển sang chế độ TFTP Client, bắt đầu việc download dữ liệu từ server về bộ nhớ và ghi lại vào vùng nhớ chương trình cho

vi điều khiển Nếu trong quá trình update kết nối bị mất hoặc gói tin download bị l i thì thiết bị giám sát và điều khiển s chuyển sang chế độ Factory đảm bảo duy trì hoạt động bình thường Sau khi nhận được bản tin thông báo từ TFTP Client về việc cập nhật l i thì Server cần phải gửi lại lệnh update để thực thi lại quy trình Quá trình cập nhật thành công, thiết bị giám sát điều khiển s gửi bản tin thành công lên server sau khi kết nối kết nối (ứng với firmware mới được thiết lập lại, xác nhận quá trình cập nhật firmware hoàn tất

40

CHƯ NG III THIẾT KẾ PHẦN CỨNG

Nội dung chương trước đ phân tích về sơ đồ khối chức năng của từng phần trong hệ thống, đồng thời bước đầu đưa ra các giải pháp để thực hiện các chức năng

đó Chương III s tiến hành đi vào việc đưa ra thiết kế chi tiết để thực hiện từng khối chức năng c ng như biến các giải pháp đ được đề cập đến thành những bài toàn k thuật cụ thể

Có thể chia cả hệ thống thành 3 phần như sau, bao gồm: phần cứng thiết bị, phần mềm giám sát và điều khiển và phần mềm truyền thông giao tiếp Sau đây s tiến hành thiết kế từng phần cụ thể

1 NGUY N L HOẠT ĐỘNG CỦ HỆ THỐNG

Thiết bị giám sát và điều khiển V02

Khối thiết bị động lực

Giao diện NOC PRO

Điều hoà

Điện

lưới

Tủ nguồn DC M500D

Tải viễn thông

Cảnh báo cquy

Tủ nguồn tích hợp

Máy phát

Tải ngoại vi

Thiết bị truyền

d n

Hình 5 – Sơ đồ khối tổng quan hệ thống giám sát điều khiển trạm BTS Trên đây là sơ đồ khối tổng thể về hệ thống giám sát và tự động điều khiển tương tác với các thành phần thiết bị trong nhà trạm BTS Khối thiết bị của hệ thống Giám sát và tự động Điều khiển s đóng vai trò trung tâm, kết nối và vận hành các thiết bị như nguồn điện, tải viễn thông, tải ngoại vi của nhà trạm Việc kiểm soát