Bài báo này trình bày việc xây dựng một thiết bị thông minh để giám sát nguồn điện trong các nhà xưởng, tòa nhà hay trong công nghiệp. Thiết bị được chế tạo được giám sát chính bởi một màn hình cảm ứng 7 Inch được thiết kế một giao diện giám sát trực quan có độ phân giải cao, bộ nhớ lớn, có khả năng lưu trữ các nhật ký, lịch sử báo động,… với thời gian dài.
JMST TẠP CHÍ KHOA HỌC CƠNG NGHỆ HÀNG HẢI Số - 62 (04/2020) JOURNAL OF MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY (ISSN: 1859-316X) NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ THIẾT BỊ THÔNG MINH GIÁM SÁT NGUỒN ĐIỆN RESEARCH, DESIGNING SMART DEVICES TO MONITORING POWER SUPPLY ĐOÀN HỮU KHÁNH*, ĐINH ANH TUẤN, LÊ VĂN TÂM Khoa Điện - Điện tử, Trường Đại học Hàng hải Việt Nam Email liên hệ: khanhdh.ddt @vimaru.edu.vn Đặt vấn đề Tóm tắt Bài báo trình bày việc xây dựng thiết bị thông minh để giám sát nguồn điện nhà xưởng, tòa nhà hay cơng nghiệp Thiết bị chế tạo giám sát hình cảm ứng Inch thiết kế giao diện giám sát trực quan có độ phân giải cao, nhớ lớn, có khả lưu trữ nhật ký, lịch sử báo động,… với thời gian dài Ngồi ra, hình đóng vai trò VNC Server Bằng việc thiết lập cài đặt trình thiết kế hình cài đặt cho modem internet, người sử dụng giám sát, điều khiển tiện lợi từ nơi có mạng 3G hay Wifi cần sử dụng điện thoại di động cài đặt hệ điều hành Android hay IOS Từ khóa: Thiết bị thơng minh, hình cảm ứng, giám sát nguồn điện, VNC Server Abstract This article presents the designing of a smart device to monitor power supply in workshops, buildings or factories The smart device is built to be monitored primarily by a 7-inch touch screen designed with an intuitive monitoring interface with high resolution, large memory, capable of operating logs, alarm history, for a long time In addition, this screen also acts as a VNC Server By setting up during designing period and internet modem settings, users can monitor and control from anywhere with 3G or Wifi network just by using a mobile phone with Android or IOS platform Keywords: Smart devices, touch monitoring power, VNC Server screen, Hiện việc kiểm tra giám sát lượng trở thành lĩnh vực quan tâm phương diện xã hội Việc kiểm tra giám sát lượng tiêu thụ nhằm đánh giá thực trạng hoạt động, tiêu thụ lượng nhà máy, từ xác định khu vực thời gian sử dụng điện khung khác để đưa giải pháp tiêu thụ lượng hiệu hơn, việc giám sát lượng điện tiêu thụ giúp người sử dụng, doanh nghiệp xác định khuynh hướng tiêu thụ tiết kiệm lượng cách hiệu Hiện thiết bị giám sát nguồn điện thị trường chủ yếu hệ thống SCADA đồng hồ đa giá Tuy nhiên thiết bị có giá thành cao, chưa thực dễ dàng thuận tiện cho người sử dụng Để giải vấn đề việc xây dựng thiết bị thông minh, kết cấu đơn giản, có giá thành rẻ có khả giám sát từ xa, vị trí, có khả lưu lại nhật ký lịch sử báo động, tiêu thụ điện cần thiết có ý nghĩa thực tiễn Giới thiệu số thiết bị giám sát nguồn điện phổ biến Trên thị trường có số thiết bị giám sát điện năng, bật số hai hệ thống hãng ECAPPRO ATPro trình bày 2.1 Thiết bị giám sát điện hãng ECAPPRO Hệ thống có hình thị Hình Chức hệ thống giúp quản lý giám sát toàn hệ thống điện tòa nhà hay khu cơng nghiệp giúp nâng cao hiệu cơng trình, đại hố, tiết kiệm điện tiêu thụ, bảo vệ môi trường Hệ thống thực việc giám sát hệ thống điện qua thiết bị theo dõi thơng số kỹ thuật nguồn điện như: kW; kVA; kVAr, Đây thông số cần giám sát chặt chẽ có ảnh hưởng lớn tới việc vận hành tất thiết bị sử dụng điện tòa nhà hay cơng nghiệp Quản lý tốt tham số đồng 47 JMST TẠP CHÍ KHOA HỌC CƠNG NGHỆ HÀNG HẢI Số - 62 (04/2020) JOURNAL OF MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY (ISSN: 1859-316X) nghĩa với việc giảm chi phí vận hành tòa nhà, nâng cao hiệu sử dụng thiết bị Hình Màn hình thị thiết bị giám sát điện hãng ECAPPRO cần phải chạy nhằm đáp ứng nhu cầu sử dụng điện doanh nghiệp cách kịp thời - Thông qua thông tin nhận mà người dùng phân biệt nguồn máy phát nguồn điện lưới - Mọi liệu gửi cho người quản lý gửi qua tin nhắn SMS - Thiết bị cho phép người dùng kiểm sốt thời gian điện cách xác Hệ thống cần máy tính chạy liên tục để giám sát lưu trữ liệu, máy tính bị cố tồn hệ thống ngừng hoạt động liệu Thiết kế thiết bị thông minh giám sát nguồn điện 3.1 Xây dựng sơ đồ cấu trúc Hình Màn hình thị thiết bị giám sát nguồn điện hãng ATPro Các tham số đo đo đếm điện kỹ thuật số nối mạng, thể thơng số hình máy tính, lưu trữ liệu giám sát từ xa qua mạng Internet Phần mềm web nhúng thiết bị cho phép người quản lý xem tham số thể trực quan với nhiều hình thức thể dạng đồng hồ số điện, dạng bảng số liệu, dạng đồ thị thời gian Người sử dụng chiết xuất sở liệu theo ngày, tháng năm Hệ thống giám sát có máy tính đóng vai trò Web Server thiết bị khác truy cập Một hệ thống tiện lợi cho việc giám sát nhiều thiết bị khác nhau, khả lưu trữ lớn Tuy nhiên kết cấu hệ thống phức tạp so với hệ thống khác tốn nhiều chi phí ban đầu chi phí để vận hành hệ thống 2.2 Hệ thống giám sát quản lý lượng hãng ATPro Hệ thống giám sát quản lý lượng cơng ty ATPro Corp có hình thị Hình Hệ thống có số tính sau: - Người quản lý nắm thời gian máy nổ 48 Nhóm tác giả xây dựng cấu trúc thiết bị giám sát nguồn điện đơn giản gọn nhẹ hệ thống nêu đáp ứng yêu cầu đặt Hình Thiết bị có thành phần cụ thể sau: - Các phụ tải gồm thiết bị điện khác cần quản lý giám sát; - BD, BA: Là máy biến dòng máy biến điện áp để chuyển đổi tín hiệu dòng điện điện áp thành dạng tín hiệu chuẩn cho đồng hồ đa năng; - MFM-384: Các đồng hồ đo đa hãng Selec Những đồng hồ nhận tín hiệu dòng điện điện áp phụ tải gửi từ BD BA, từ tính tốn công suất, hệ số cos fi, số kW điện tiêu thụ theo thời gian hiển thị chúng hình LCD [2] Ngồi thiết bị hỗ trợ cổng truyền thông RS485 với giao thức Modbus thông dụng để truyền thông với thiết bị khác [3] - Màn hình cảm ứng - HMI: Nhóm tác giả lựa chọn hình cảm ứng hình DOP-107EG hãng Delta Màn hình đọc giá trị mong muốn đo về, tính tốn gia cơng đồng hồ đa MFM-384 hiển thị chúng giao diện để tương tác với người sử dụng Màn hình ngồi có khả lưu lại nhật ký hoạt động, biểu đồ sử dụng số điện, lịch sử báo động nhiều tính khác Hơn nữa, DOP-107EG nhóm tác giả cài đặt đóng vai trò VNC Server, cho phép VNC Clients giám sát từ xa làm tất thao tác sử dụng hình thiết bị điện thoại, máy tính bảng, laptop,… cách dễ dàng cần kết nối 3G, 4G Wifi JMST TẠP CHÍ KHOA HỌC CƠNG NGHỆ HÀNG HẢI Số - 62 (04/2020) JOURNAL OF MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY (ISSN: 1859-316X) - Modem internet: modem kết nối với mạng internet, nhóm tác giả cài đặt mở cổng (mở port) tương ứng với VNC Server giúp cho VNC Clients (điện thoại, máy tính bảng, laptop,… cài đặt phần mềm này) dễ dàng truy cập tới mà đảm bảo tính bảo mật an toàn liệu; - Các thiết bị điện thoại, máy tính bảng hay laptop cần cài đặt ứng dụng VNC Client tiến hành giám sát từ xa thuận tiện nhanh chóng với kết nối 3G,4G phổ biến [1] 3.2 Thiết kế, đấu nối thiết bị thông minh giám sát nguồn điện Thiết bị thiết kế có mặt ngồi mặt Hình Hình Mặt ngồi hình cảm ứng HMI, bên có khối khối nguồn (đổi nguồn từ 220VAC 24VDC), khối biến dòng, đồng hồ đa MFM-384,… 3.3 Thiết kế giao diện giám sát điều khiển Giao diện giám sát điều khiển thiết kế phần mềm DOPSoft 4.00.06 hãng Delta Hình giao diện nhóm tác giả thiết kế thử nghiệm cho tòa nhà tầng, sử dụng điện theo bảng phí điện sinh hoạt EVN cuối năm 2019 Với bậc giá khác áp dụng cho ngưỡng cụ thể Số tiền tính theo đơn vị VNĐ Trong tương lai giá điện thay đổi tăng giảm so với mức giá này, lúc người sử dụng nhập trực tiếp đơn giá vào ô đơn giá tương ứng, thiết bị lập trình thay đổi việc tính tốn theo liệu nhập từ người dùng Ngơn ngữ lập trình sử dụng ngơn ngữ lập trình Macro có giao diện minh họa Hình Các giá trị hiển thị Điện áp nguồn, Dòng điện tải, Cơng suất, Cơng suất cực đại lập Hình Sơ đồ cấu trúc thiết bị thiết kế Hình Mặt ngồi thiết bị Hình Bố trí bên thiết bị 49 JMST TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ HÀNG HẢI Số - 62 (04/2020) JOURNAL OF MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY (ISSN: 1859-316X) trình đọc từ đồng hồ đa theo địa modbus (Hình 7) định nghĩa sẵn từ hãng Số tiền điện tiêu thụ tháng tác giả tính tốn dựa số điện tiêu thụ đơn giá tiền điện thời điểm theo tập đồn điện lực Việt Nam EVN Ngồi giao diện chính, người sử dụng theo dõi lịch sử tiêu thụ số điện cách xem lại hình LỊCH SỬ TIÊU THỤ ĐIỆN ghi lại chi tiết trình sử dụng điện lưu trữ USB thẻ nhớ thời gian dài (Hình 9) Giao diện hình hiển thị thời gian, ngày tháng số điện cụ thể Hơn nữa, người sử dụng truy xuất file liệu từ máy tính cài đặt để hoạt động FTP Server người sử dụng kết nối hình với máy in để in kết Hình Màn hình ghi lại lịch sử tiêu thụ điện 3.4 Giám sát điều khiển từ xa thiết bị Ngồi tính kể trên, thiết bị lập trình thiết kế để thiết bị khác điện thoại, máy tính bảng hay laptop truy cập từ xa đâu sóng 3G, 4G hay Wifi cách dễ dàng [4] Hình Giao diện thiết kế cho hình cảm ứng Hình 10 Cài đặt mở cổng (Port Forwarding) cho hình HMI Hình Bảng địa Modbus đồng hồ đa MFM384-RC Hình 11 Giám sát điều khiển từ xa điện thoại qua Hình Một đoạn chương trình Macro 50 sóng 3G JMST Có nhiều phương pháp để thực điều đó, từ đơn giản đến phức tạp Để hệ thống có kết cấu đơn giản, gọn nhẹ, giá thành phải mà phải hoạt động tin cậy tác giả thiết kế thiết bị đóng vai trò VNC Server Các thiết bị muốn giám sát, điều khiển từ xa việc cài đặt ứng dụng VNC Client dễ dàng quản lý thiết bị Hình 10 giao diện tác giả thực mở cổng cho hình HMI để thiết bị từ vị trí truy cập để giám sát điều khiển thông qua mạng internet TẠP CHÍ KHOA HỌC CƠNG NGHỆ HÀNG HẢI Số - 62 (04/2020) JOURNAL OF MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY (ISSN: 1859-316X) [4] A.Subba Rao, Sri VidyaGarige, IOT Based Smart Energy Meter Billing Monitoring and Controlling the Loads, International Journal of Innovative Technology and Exploring Engineering (IJITEE), 2019 Ngày nhận bài: Ngày nhận sửa: Ngày duyệt đăng: 04/03/2020 19/03/2020 23/03/2020 Sau mở cổng thiết lập cài đặt cần thiết khác, người sử dụng truy cập từ xa thơng qua điện thoại thơng minh q trình tác giả thử nghiệm Hình 11 Kết luận Nhóm tác giả sau thời gian nghiên cứu xây dựng hồn thiện thiết bị thơng minh giám sát nguồn điện, thiết bị có kết cấu đơn giản, dễ dàng thao tác, lắp đặt Thiết bị đáp ứng nhiệm vụ yêu cầu đặt ra: - Xây dựng thành công thiết bị thử nghiệm; - Thiết bị hoạt động xác, tin cậy với sai số thấp; - Các thiết bị khác dễ dàng truy cập để giám sát thực điều khiển thiết bị từ xa có yêu cầu từ khách hàng tương lai Thiết bị đầu tư phát triển hướng hồn tồn có khả thương mại hóa tương lai tính ứng dụng thực tiễn cao mà ngày nhu cầu giám sát, điều khiển từ xa ngày tăng cao Bài báo phần kết nghiên cứu nhóm tác giả đề tài nghiên cứu khoa học cấp Trường năm 2019-2020: “Nghiên cứu, thiết kế thiết bị thông minh giám sát nguồn điện” TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Đinh Anh Tuấn, Hệ thống điều khiển giám sát thu thập liệu SCADA, NXB Hàng Hải, 2017 [2] Đoàn Hữu Khánh, Hoàng Đức Tuấn, Đinh Anh Tuấn, Nghiên cứu, thiết kế thiết bị giám sát điện áp, dòng điện đa năng, Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng Hải, 2019 [3] TS Lê Ngọc Bích, KS Phạm Quang Huy, Mạng Truyền Thơng Cơng Nghiệp Scada Lý Thuyết Thực Hành, NXB Thanh niên, 2019 51 ... trữ liệu, máy tính bị cố tồn hệ thống ngừng hoạt động liệu Thiết kế thiết bị thông minh giám sát nguồn điện 3.1 Xây dựng sơ đồ cấu trúc Hình Màn hình thị thiết bị giám sát nguồn điện hãng ATPro... dụng VNC Client tiến hành giám sát từ xa thuận tiện nhanh chóng với kết nối 3G,4G phổ biến [1] 3.2 Thiết kế, đấu nối thiết bị thông minh giám sát nguồn điện Thiết bị thiết kế có mặt ngồi mặt Hình... thiết bị thơng minh giám sát nguồn điện, thiết bị có kết cấu đơn giản, dễ dàng thao tác, lắp đặt Thiết bị đáp ứng nhiệm vụ yêu cầu đặt ra: - Xây dựng thành công thiết bị thử nghiệm; - Thiết bị