Thiết kế hệ thống giám sát điện năng trong phòng thí nghiệm

MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU i Tính cấp thiết đề tài i Mục đích đề tài i Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu i Phƣơng pháp nghiên cứu khoa học i Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài ii CHƢƠNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT ĐIỆN NĂNG TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM 1.1 BÀI TOÁN GIÁM SÁT 1.1.1 Nêu toán cần giải 1.1.2 Các giải pháp giám sát mạng điện 1.2 CẤU TRÚC HỆ THỐNG GIÁM SÁT ĐIỆN NĂNG TRONG PTN CHƢƠNG LỰA CHỌN THIẾT BỊ CHO MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM 10 2.1 LỰA CHỌN THIẾT BỊ CHO HỆ THỐNG GIÁM SÁT 10 2.1.1 Lựa chọn thiết bị cho mô hình thí nghiệm 10 2.1.2 Thiết kế sơ đồ bố trí thiết bị cho mô hình 14 2.2 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ ĐI DÂY CHO MÔ HÌNH 15 2.2.1 Sơ đô dây chung cho mô hình 15 2.2.2 Sơ đồ dây riêng cho chƣơng trình chuyển nguồn tự động dùng LOGO! 12/24RC 17 2.3 CHƢƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN LOGO! CHO MÔ HÌNH 18 2.3.1 Giới thiệu điều khiển logic khả trình LOGO! 19 2.3.2 Lập trình tay cho LOGO! 20 i 2.4 LỰA CHỌN THIẾT BỊ CHO HỆ THỐNG ĐO ĐIỆN NĂNG 21 2.4.1 Lựa chọn thiết bị 21 2.4.2 Thiết kế sơ đồ bố trí thiết bị cho mô hình 25 2.4.3 Thiết kế sơ đồ dây cho mô hình 27 CHƢƠNG 3: GIÁM SÁT ĐIỆN NĂNG TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM TRÊN PHẦN MỀM ATSCADA 28 3.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ATSCADA 28 3.2 TÌM HIỂU VỀ KẾT NỐI TRUYỀN THÔNG CỦA ĐỒNG HỒ SELEC VỚI MÁY TÍNH 31 3.3 THIẾT BỊ CHUYỂN ĐỔI RS485 SANG USB 33 3.4 MÔ HÌNH GIÁM SÁT ĐIỆN NĂNG TRONG PTN 36 3.4.1 Nhập địa mosbus đồng hồ lên phần mềm ATdriver Server 38 3.4.2 Chuyển liệu từ ATDriver Server lên itagbuder 40 3.4.3 Chuyển liệu từ Itagbulder lên hình giám sát 42 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 44 Kết luận 44 Kiến nghị 44 TÀI LIỆU THAM KHẢO 45 ii PHẦN MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Hiện nay, kinh tế nƣớc ta phát triển mạnh mẽ đời sống nhân dân đƣợc nâng cao nhanh chóng Nhu cầu điện lĩnh vực công nghiệp, nông nghiệp, dịch vụ sinh hoạt tăng trƣởng không ngừng Công nghiệp khách hàng tiêu thụ điện lớn Trong tình hình kinh tế thị trƣờng nay, xí nghiệp lớn nhỏ, tổ hợp sản xuất phải hạch toán kinh doanh cạnh tranh liệt chất lƣợng giá sản phẩm Điện thực đóng góp phần quan trọng vào lỗ lãi nhà máy, xí nghiệp Chất lƣợng điện không tốt ảnh hƣởng lớn đến chất lƣợng sản phẩm gây gián đoạn quy trình sản xuất nhà máy, xí nghiệp Việc thiết kế hệ thống giám sát điện để quản lý, giám sát chất lƣợng nguồn điện khả hoạt động tải cần thiết Với thông số thu đƣợc từ mạng điện giúp đƣa phƣơng án cải thiện làm tăng chất lƣợng điện không ảnh hƣởng tới quy trình sản xuất nhà máy, xí nghiệp Mục đích đề tài Thiết kế hệ thống giám sát điện phòng thí nghiệm Cài đặt vận hành hệ thống đo để đƣa kết đo thông số mạng điện phòng thí nghiệm Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Mạng điện phòng thí nghiệm nguồn lƣới điện pha dây Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu tự động chuyển nguồn lƣới điện – nguồn lƣới điện dự phòng hệ thống đo thông số mạng điện phòng thí nghiệm Phƣơng pháp nghiên cứu khoa học i Dựa vào sở lý thuyết từ môn học khí cụ điện, cung cấp điện để tính toán, thiết kế cấu trúc hệ thống, lựa chọn thiết bị dây cho mô hình hệ thống Dựa vào tài liệu cài đặt vận hành đồng hồ đo đa hãng Selec để thực cài đặt, đo hiển thị kết đo thông số mạng điện phòng thí nghiệm Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Việc thực đề tài giúp em củng cố kiến thức học môn học cung cấp điện, khí cụ điện Đồng thời việc thiết kế xây dựng mô hình hệ thống giúp em hiểu biết nhiều mô hình thực tế Hải Phòng , Ngày tháng năm 2016 Sinh viên Phạm Quốc Việt ii CHƢƠNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT ĐIỆN NĂNG TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM 1.1 BÀI TOÁN GIÁM SÁT 1.1.1 Nêu toán cần giải “Hiện nƣớc ta việc giám sát điện tiêu thụ mối quan tâm hàng đầu nhà quản lí nhà nƣớc có ý nghĩa to lớn phát triển kinh tế xã hôi, doanh nghiệp Hơn nhà máy sản xuất công nghiệp hầu hết sử dụng động công suất lớn so với công suất yêu cầu, hiệu suất thấp, động thƣờng xuyên bị làm việc non tải thiếu thiết bị điều khiển Trong sống đại ngày nay, điện yếu tố vô quan trọng quan trọng sản xuất kinh doanh doanh nghiệp Bài toán đặt cho nhà quản lý quản lý tòa nhà và nhà máy, xí nghiệp hiệu để giảm chi phí, tiết kiệm lƣợng mức tối đa, tạo thuận lợi cho doanh nghiệp hoạt động kinh doanh” “Vậy toán giám sát điện đƣợc đặt phải mang đƣợc thông tin điện từ trƣờng để đƣa lên máy tính Từ thông qua máy tính ta điều khiển nhƣ cung cấp liệu xác thực thông số điện báo cáo liệu tới cấp quản lí phía để đƣa biện pháp xử lí có sai xót Lợi ích mà công việc giám sát mang lại đƣợc trình bày nhƣ sau: - Giảm thời gian, chi phí nhân công để ghi lại liệu từ đồng hồ cơ, nhập vào file excell tạo báo cáo tháng - Giảm đƣợc sơ sót trình thu thập liệu tay, tăng độ xác đo lƣờng - Kiểm soát liệu điện liên tục 24 /7 ngày trạm làm việc - Khả đáp ứng nhanh với cố điện thông qua cảnh báo, giảm đƣợc thời gian dừng máy - Giảm thời gian xử lý cố liệu đƣợc thu thập đầy đủ, chụp đƣợc dạng sóng nguồn điện cố xảy - Ngăn ngừa khả bị điện lực phạt cosφ thấp nhờ báo động - Theo dõi toàn tải nhà xƣởng theo thời gian thực, hữu ích cho việc lên kế hoạch tiết kiệm - Có khả tạo báo cáo điện tiêu thụ dạng bảng, dạng đồ thị, xuất file Excell - Kiểm tra hóa đơn điện lực thông qua báo cáo lƣợng sử dụng - Xác định nhiễu, sóng hài nguồn điện lực xông vào hay thiết bị nhà máy gây Giảm thời gian xác định nguyên nhân - Xác định loại nhiễu nào: Tăng/ giảm điện áp, sóng hài, xung điện áp… - Duy trì mức tải cho thiết bị hợp lý, tránh trƣờng hợp non hay tải - Đƣa định đầu tƣ cho thết bị cấp nguồn xác cần mở rộng nhà máy + Yêu cầu kĩ thuật việc giám sát điện năng: - Dòng điện phải có tính liên tục, khộng bị gián đoạn - Các thiết bị giám sát điện đặt cấp trƣờng phải đảm bảo chịu đƣợc môi trƣờng công nghiệp nhƣ: bụi bẩn, rung lắc, nhiệt độ không cao không thấp, độ ẩm, hay nhiệt độ cao…vv - Các thiết bị xử lí tín hiệu cấp trƣờng điều khiển cần đƣợc lập trình nhƣ cài đặt chuản xác, với có tốc độ xử lí nhanh chịu ảnh hƣởng nhiễu - Có phần mềm giám sát chuyên dụng để giám sát cách an toàn hiệu - Thiết bị giám sát máy tính cá nhân máy tính chuyên dụng có tốc độ xử lí cao xác - Vấn đề quan trọng đòi hỏi kỹ sƣ có trình độ cao, đặc biết có nhiều năm kinh nghiệm công việc tiếp cận với trình giám sát điện năng” 1.1.2 Các giải pháp giám sát mạng điện “Để giám sát đƣợc thông số điện thị trƣờng có nhiều thiết bị thông minh có khả giám sát điện chuẩn xác Trong đề tài mô hình đƣợc xây dựng giám sát thông qua đồng hồ đa MFM-383 hãng select sản xuất” + Giải pháp 1: Dùng phần mềm chuyên dụng giám sát hãng SELEC Hình 1.1 Mạch phần mềm kèm đồng hồ MFM-383 hãng SELEC “Đi kèm đồng hồ mạch giao tiếp đồng hồ máy tính, phần mềm chuyên dụng EN-VIEW giúp ngƣời sử dụng kiểm tra điều khiển trực tiếp eggay máy tính Phần mềm giúp giám sát viên dễ dàng việc quan sát số liệu nhƣ thông số mạng điện từ máy tính cá nhân Máy tính đồng hồ đƣợc kết nối với qua mạng truyền thông modbus RTU, mạng mà đƣợc dùng phổ biến Phần mềm EN-VIEW phần mềm hỗ trợ máy tính để thiết lập cho đồng hồ nhƣ lấy số liệu từ đồng hồ máy tính để giám sát Phần mềm có tính năng: hiển thị số liệu từ đồng hồ máy tính cập nhật số liệu liên tục, mô giao diện đồng hồ đồng hồ máy tính, hỗ trợ vẽ biểu đồ dạng sóng, số liệu cũ đƣợc lƣu dƣới dạng file excel” Hình 1.2 Phần mềm EN-VIEW “Phần mềm EN-VIEW phần mềm hỗ trợ máy tính để thiết lập cho đồng hồ nhƣ lấy số liệu từ đồng hồ máy tính để giám sát Phần mềm có tính năng: hiển thị số liệu từ đồng hồ máy tính cập nhật số liệu liên tục, mô giao diện đồng hồ đồng hồ máy tính, hỗ trợ vẽ biểu đồ dạng sóng, số liệu cũ đƣợc lƣu dƣới dạng file excel” Hình 1.3 Các số liệu hiển thị máy tính Do phần mềm có nhiều tính mà giá thành trở nên đắt đỏ Vì mà phƣơng án không khả thi mà kinh phí đầu tƣ lớn cho công việc mô giám sát phòng thí nghiệm cần phải tìm phƣơng án khác thay + Giải pháp 2: Dùng hệ thống giám sát quản lí điện scada [3] Hình 1.4 Cấu trúc chung giám sát điện ATSCADA Đặt vấn đề: “Trong sống đại ngày nay, điện yếu tố vô quan trọng quan trọng sản xuất kinh doanh doanh nghiệp Bài toán đặt cho nhà quản lý quản lý tòa nhà, nhà máy, xí nghiệp hiệu để giảm chi phí, tiết kiệm lƣợng mức tối đa, tạo thuận lợi cho doanh nghiệp hoạt động kinh doanh Phƣơng án tối ƣu thiết lập hệ thống tự động hóa quản lý giám sát SCADA SCADA hệ thống tự động hóa, với chức quản lý giám sát toàn hệ thống điện tòa nhà hay khu công nghiệp giúp nâng cao hiệu công trình, đại hoá, tiết kiệm điện tiêu thụ, bảo vệ môi trƣờng” [3] Hình 1.5 Kiến trúc hệ thống ATSCADA “Kiến trúc hệ thống ATSCADA bao gồm phần chính: - ATSCADA Service chạy Server - Các Windows Clients máy tính chạy hệ điều hành Windows để điều khiển giám sát liên tục hệ thống - Các Wed Clients thƣờng smart phones, tablets ( có hệ điều hành khác nhau) dùng để điều khiển giám sát di động SCADA thực việc giám sát hệ thống điện qua thiết bị theo dõi thông số kỹ thuật nguồn điện nhƣ: kW, kVA, kVAr Đây thông số cần đƣợc giám sát chặt chẽ có ảnh hƣởng lớn tới việc vận hành tất thiết bị sử dụng điện tòa nhà hay công nghiệp Quản lý tốt tham số đồng nghĩa với việc giảm chi phí vận hành tòa nhà-nhà máy, nâng cao hiệu sử dụng thiết bị Các tham số đƣợc đo đo đếm điện kỹ thuật số nối mạng, thể thông số hình máy tính lƣu trữ liệu “MODBUS chế độ RTU: Chu trình yêu cầu đáp ứng Master Slave giao thức Modbus: Địa Slave thực yêu cầu gửi lại đáp ứng Mã hàm đƣợc giữ nguyên nhƣ thông báo yêu cầu liệu chứa kết thực yêu cầu Master Nếu xảy lỗi, mã hàm quay lại đƣợc sửa để thị đáp ứng thông báo lỗi, liệu mô tả chi tiết lỗi xảy Phần kiểm tra lỗi giúp Master xác định độ xác nội dung thông báo nhận đƣợc” [3] “Khung thông báo modbus chế độ RTU: Khi thiết bị mạng MODBUS chuẩn đƣợc đặt chế độ RTU (Remote Terminal Unit - Khối thiết bị đầu cuối xa), byte thông báo đƣợc gửi thành kí tự bit Mỗi thông báo phải truyền kí tự thành dòng liên tục Sự thuận lợi chế độ có mật độ kí tự lớn nhất, suất liệu lớn chế độ ASCII tốc độ baud” [3] 3.3 THIẾT BỊ CHUYỂN ĐỔI RS485 SANG USB Đồng hồ đƣợc kết nối với máy tính cá nhân đƣợc kết nối qua thiết bi chuyển đổi RS485 sang chận cắm USB: Hình 3.1 Hình ảnh RS485 sang USB 33 “Có thể coi chuẩn RS485 phát triển chuẩn RS232 việc truyền liệu nối tiếp Những chuyển đổi RS485/RS232 cho phép ngƣời dùng liên kết với tất thiết bị mà sử dụng liên kết nối tiếp RS232 thông qua liên kết RS485 Liên kết RS485 đƣợc hình thành cho việc thu nhận liệu khoảng cách xa điều khiển cho ứng dụng Nhứng đặc điểm trội RS485 hỗ trợ mạng lên tới 32 trạm thu phát đƣờng truyền, tốc độ lên tới 115.200 baud cho khoảng cách 1200m” Bảng 3.1 Tóm tắt thông số RS485 Điều kiện max Đơn vị 1.5 V -1.5 -6 V 1.5 V điều khiển RL=100 Ω -1.5 -5 V + - 250 mA 30 % độ rộng bít +-3 V + -200 mV Thông số Áp ngõ điều khiển hở mạch Áp ngõ có tải Dòng ngắn mạch ngõ ngõ điều khiển Thới gian QL=54 cạnh lên ngõ Cn=50nF điều khiển Áp kiểu chung điều RL=54 Ω khiển Ngƣỡng nhạy -7