Ứng dụng công nghệ truyền thông trong điều khiển chiếu sáng công cộng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - - NGUYỄN CHÍ ĐỊNH ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ TRUYỀN THÔNG TRONG ĐIỀU KHIỂN CHIẾU SÁNG CÔNG CỘNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGÀNH: ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG Hà Nội - Năm 2018 i BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - - NGUYỄN CHÍ ĐỊNH ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ TRUYỀN THÔNG TRONG ĐIỀU KHIỂN CHIẾU SÁNG CÔNG CỘNG Chuyên ngành: Kỹ thuật Viễn thông LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGÀNH: ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS PHẠM THÀNH CÔNG Hà Nội - Năm 2018 ii MỤC LỤC MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT v DANH MỤC HÌNH ẢNH TÓM TẮT LUẬN VĂN LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG HIỆN TRẠNG HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG CÔNG CỘNG 1.1 Hiện trạng trung tâm điều khiển trước 1.2 Ưu điểm trạm đèn đóng cắt từ trung tâm điều khiển so với trạm đèn đóng cắt Rơ le thời gian 10 CHƯƠNG GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ TRUYỀN THÔNG, YÊU CẦU CHUNG CỦA HỆ THỐNG 11 2.1 Yêu cầu chung 11 2.2 Giải pháp truyền thông áp dụng .11 2.3 Sơ đồ tổng quan chi tiết hệ thống 20 2.4 Các yêu cầu kỹ thuật chung hệ thống: .21 2.5 Các yêu cầu trung tâm điều khiển: .22 2.6 Các yêu cầu kỹ thuật cho tủ điều khiển chiếu sáng: 23 CHƯƠNG THIẾT KẾ VÀ LẬP TRÌNH 24 3.1 Sơ đồ khối thiết bị nguyên lý hoạt động: 24 3.2 Thiết kế, chế tạo hệ thống 27 Lựa chọn linh kiện .27 3.4 Thiết kế mạch 29 3.5 Lập trình cho thiết bị điều khiển chiếu sáng .41 3.6 Lập trình phần mềm quản lý vận hành 52 CHƯƠNG LẮP ĐẶT, THỬ NGHIỆM, HOÀN THIỆN HỆ THỐNG 62 iii 4.1 Quy trình cài đặt thiết lập hệ thống: 62 4.2 Sơ đồ nguyên lý lắp đặt thiết bị điều khiển cho tủ điều khiển chiếu sáng: .63 4.3 Giao diện vận hành phần mềm 64 4.4 Lắp đặt trường, thử nghiệm đánh giá kết 67 KẾT LUẬN 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO 71 iv DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 2G 3G 3GPP Second Generation Third Generation 3ird Genaration Partnership Project 3GPP2 3ird Generation Patnership Project GPRS General Packet Radio Service Global System For Mobile GSM Communications SIM Subscriber Identity Module SMS Short Message Service Thế hệ thứ Thế hệ thứ ba Đề án đối tác hệ thứ ba Đề án đối tác hệ thứ ba Dịch vụ vơ tuyến gói chung Hệ thống thơng tin di động toàn cầu Mođun nhận dạng thuê bao Dịch vụ nhắn tin v DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1: Sơ đồ tổng quan hệ thống Hình 2: Hiện trạng hệ thống trước Hình 3: Giao diện phần mềm điều khiển giám sát Hình 4: : Lắp đặt thiết bị tủ điều khiển chiếu sáng Hình 5: Hình ảnh trước sau lắp đặt thiết bị Hình 6: Báo trạng thái hoạt động trạm đèn Hình 7: Quá trình phát triển hệ thống thông tin di động 12 Hình 8: Sơ đồ tổng quan hệ thống ứng dụng cơng nghệ GSM/GPRS 20 Hình 9: Sơ đồ khối nguyên lý điều khiển giám sát tủ điều khiển chiếu sáng .24 Hình 10: Quy trình thiết kế hệ thống điều khiển giám sát hệ thống chiếu sáng công cộng 27 Hình 11: Vi xử lý STM32F205VET6 27 Hình 12: Module 3G SIM5320 .28 Hình 13: IC đo thông số điện ADE7758 28 Hình 14: Sơ đồ nguyên lý khối xử lý trung tâm 30 Hình 15: Sơ đồ nguyên lý khối bàn phím 30 Hình 16: Sơ đồ nguyên lý khối đo lường 32 Hình 17: Sơ đồ nguyên lý khối hiển thị GLCD 33 Hình 18: Sơ đồ nguyên lý khối nguồn 34 Hình 19: Sơ đồ nguyên lý khối điều khiển đóng cắt Rơle 36 Hình 20: Sơ đồ nguyên lý khối truyền thông RS232 36 Hình 21: Sơ đồ nguyên lý khối thời gian thực 37 Hình 22: Sơ đồ nguyên lý khối lưu trữ liệu 37 Hình 23: Sơ đồ nguyên lý khối truyền thông .38 Hình 24: Hình ảnh 3D thiết bị điều khiển chiếu sáng 39 Hình 25: Mạch in lớp layer botom 40 Hình 26: Mạch in lớp layer Top .40 Hình 27: Hình ảnh 3D thiết bị truyền thông 40 Hình 28: Sơ đồ cấu trúc hệ thống phần mềm Quản lý vận hành hệ thống chiếu sáng .52 Hình 29: Sơ đồ nguyên lý lắp đặt thiết bị điều khiển & giám sát cho tủ điều khiển chiếu sáng .63 TÓM TẮT LUẬN VĂN Luận văn tập trung nghiên cứu, phân tích, trạng hệ thống giám sát điều khiển chiếu sáng ứng dụng công nghệ truyền thông PLC để đưa ưu nhược điểm hệ thống cũ, từ đưa giải pháp khắc phục nhược điểm hệ thống cũ Nội dung luận văn bao gồm chương sau: Chương 1: Hiện trạng hệ thống chiếu sáng công cộng Chương 2: Giải pháp công nghệ truyền thông, yêu cầu chung hệ thống Chương 3: Thiết kế lập trình hệ thống Chương 4: Lắp đặt, thử nghiệm hoàn thiện hệ thống LỜI NÓI ĐẦU Trong năm gần đây, hệ thống chiếu sáng đô thị nước không ngừng đầu tư mở rộng số lượng chất lượng Tuy nhiên việc đầu tư kiểm sốt hệ thống chiếu sáng cơng cộng thị cịn hạn chế, chủ yếu hệ thống chiếu sáng đô thị sử dụng điều khiển đóng cắt rơ le thời gian Trước việc truyền nhận liệu từ tủ điều khiển đèn chiếu sáng trung tâm thông qua việc truyền tín hiệu đường dây điện, việc truyền nhận liệu thông qua đường dây điện gặp nhiều khó khăn: Mất pha, cân pha dẫn đến đường truyền, nhiễu đường truyền tải điện, truyền thông chậm Với phát triển mạnh mẽ công nghệ truyền thông không dây mạng di động năm gần đây, việc ứng dụng công nghệ truyền thông không dây vào việc truyền nhận liệu ứng dụng quản lý, điều khiển thiết bị từ xa, cụ thể điều khiển chiếu sáng công cộng xu hướng tương lai Việc ứng dụng công nghệ truyền thông không dây điều khiển chiếu sáng công cộng giải hồn tồn khó khăn mà truyền thông qua đường dây điện trước gặp phải CHƯƠNG HIỆN TRẠNG HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG CÔNG CỘNG 1.1 Hiện trạng trung tâm điều khiển trước ❖ Quy mô trung tâm điều khiển trước mở rộng: Trung tâm điều khiển giám sát Hệ thống Chiếu sáng thành phố quản lý 18 khu vực với qui mô 123 trạm đèn Mỗi khu vực lắp đặt thuê bao điện thoại cố định Khi cần truyền lệnh đóng cắt giám sát người vận hành điều khiển phần mềm quay số tới tủ điều khiển khu vực từ tủ khu vực tín hiệu truyền thơng lại truyền qua mạng điện lưới (Power line Comunication ) tới tủ đóng cắt giám sát Tại phịng điều khiển giám sát trung tâm, kỹ thuật viên người quản lý giám sát tồn hệ thống chiếu sáng trạm thuộc trung tâm điều khiển, phát lệnh điều khiển đóng cắt, kiểm sốt tình trạng hoạt động thay đổi chế độ làm việc khu vực theo yêu cầu Hình 1: Sơ đồ tổng quan hệ thống Bản đồ hiển thị tủ điện Danh sách điểm sáng 57 Thông tin chi tiết tủ Điều khiển đóng cắt 58 Thiết lập biểu đóng cắt Code: Giao diện main 59 Điều khiển đóng cắt Thiết lập biểu đóng cắt 60 Thơng tin chi tiết tủ 61 CHƯƠNG LẮP ĐẶT, THỬ NGHIỆM, HỒN THIỆN HỆ THỐNG 4.1 Quy trình cài đặt thiết lập hệ thống: Thiết lập cấu hình tổng thể Danh sách trạm cần quản lý: tên tủ điều khiển, cơng suất, vị trí… Lập danh sách cấu hình truyền thơng - Cài đặt hệ điều hành môi trường cho máy chủ - windows 2003 Net Framework v3.5 Thi công lắp đặt thiết bị cho tủ điều khiển chiếu sáng Cài đặt hệ điều hành cho máy trạm Cài đặt phần mềm cho máy trạm - windows XP Net Framework v3.5 Cài đặt sở liệu cho máy chủ Cài đặt phần mềm cho máy chủ Khai báo truyền thơng cấu hình hệ thống cho thiết bị tủ điều khiển chiếu sáng Khai báo truyền thông khai báo liệu quản lý tủ điều khiển chiếu sáng cho phần mềm Vận hành thử nghiệm: - Điều khiển đóng cắt, đặt thời gian đóng cắt, đồng thời gian… Giám sát: chế độ đóng cắt, dịng điện, điện áp, cơng suất, hệ số công suất, công năng… Kết thúc 62 4.2 Sơ đồ nguyên lý lắp đặt thiết bị điều khiển cho tủ điều khiển chiếu sáng: Thi công lắp đặt cho tủ điều khiển chiếu sáng cần ý vấn đề sau: - Lắp đặt theo sơ đồ thiết kế Hình 29: Sơ đồ nguyên lý lắp đặt thiết bị điều khiển & giám sát cho tủ điều khiển chiếu sáng - Các lối vào cấp nguồn xoay chiều pha P1, P2, P3 đường dây trung tính N nối vào automat; - Các lối automat nối vào lối vào khởi động từ; - Các lối khởi động từ K1, K2 nối với cầu chì dẫn điện cung cấp cho lưới điện; - Các lối vào điện áp cấp nguồn cho thiết bị V1, V2, V3, N nối vào pha P1, P2, P3, N lưới điện chiếu sáng; - Các lối vào dòng điện N, T1- T3 nối với T1 để đo dòng điện; - Các lối S1-N, S2-N nối vào điểu khiển khởi động từ K1 K2; - Nguồn lưu trữ: B+; B- nối với ắc quy lưu điện 12V; 63 4.3 Giao diện vận hành phần mềm Giao diện đăng nhập Biểu tượng trạng thái tủ : Tủ kế nối : Tủ kết nối : Tủ DIM 30% : Tủ DIM 70% : Tủ DIM 100% : Tủ có cảnh báo Phần giao diện tủ kết nối 64 Phần giao diện tủ đóng điện Phần giao diện tủ kết nối 65 Giao diện tủ kết nối Giao diện tủ có cảnh báo 66 4.4 Lắp đặt trường, thử nghiệm đánh giá kết a) Công tác chuẩn bị Sau chế tạo, để lắp đặt vận hành thử nghiệm hệ thống cần chuẩn bị nội dung sau: - 01 máy tính để cài phần mềm điều khiển trung tâm - 01 đường ADSL trung tâm - 01 sim kích hoạt dịch vụ GSM/GPRS/3G - 01 thiết bị có tính điều khiển trung tâm qua mạng GSM/GPRS/3G - 03 TI đo dòng điện loại 5/200A - 01 tủ điều khiển chiếu sáng dùng công nghệ cũ - Vật tư phụ b) Vị trí lắp đặt, cách lắp đặt thử nghiệm thiết bị ➢ Vị trí lắp đặt: Tại trạm đèn Tơ Hiến Thành địa Ngõ Bà Triệu - phường Lê Đại Hành - quận Hai Bà Trưng Hà Nội ➢ Cách lắp đăth thử nghiệm thiết bị - Giữ lại toàn cấu chấp hành tủ điều khiển chiếu sáng có - Thay Rơ le thời gian thiết bị điều khiển từ trung tâm 67 c) Các kết đạt - Giám sát tức thời tủ điều khiển chiếu sáng từ trung tâm: 30 giây - Điều khiển đóng cắt tức thời - Đặt thời gian đóng cắt từ trung tâm - Thay đổi chế độ đóng cắt pha từ trung tâm d) Đánh giá kết vận hành thử nghiệm - Hệ thống hoạt động ổn định: Tủ điều khiển tự hoạt động theo lịch trình đóng cắt từ trung tâm 68 - Thời gian điều khiển giám sát nhanh đáp ứng nhu cầu sử dụng người vận hành - Vận hành quản lý đơn giản thuận tiện dễ sử dụng 69 KẾT LUẬN Sau thời gian nghiên cứu, tìm hiểu em hồn thành xong Đề tài “Ứng dụng công nghệ truyền thông điều khiển chiếu sáng cơng cộng” Đề tài giải hồn tồn khó khăn mà truyền thơng qua đường dây điện trước gặp phải Việc ứng dung công nghệ truyền thông điều khiển chiếu sáng công cộng giúp nâng cao hiệu công tác vận hành, phù hợp với xu thành phố thông minh, đại Nhân dịp hoàn thành Luận văn, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến tồn thể Thầy – Cơ, bạn gia đình giúp đỡ, ủng hộ em nhiều suốt thời gian qua Đặc biệt, lời cảm ơn chân thành sâu sắc em xin gửi tới thầy: TS Phạm Thành Công – người định hướng đề tài, cung cấp tài liệu quan trọng tận tình hướng dẫn, bảo em suốt q trình hồn thành luận văn Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng 10 năm 2018 Sinh viên Nguyễn Chí Định 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, Sách “Thông tin di động hệ ba”, Nhà xuất Bưu Điện, 2001 [2] TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, Sách “cdmaOne cdma2000”, Nhà xuất Bưu Điện, 2003 [3] TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, Giáo trình “Thơng tin di động hệ ba”, Học Viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng , Nhà xuất Bưu Điện, 2004 [4] TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, Sách ‘An ninh thông tin di động”, Nhà xuất Bưu-Điện, 9/2006 [5] TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, Bài giảng “Thông tin di động” cho đào tạo từ xa, Học Viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng 2007 [6] TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, Giáo trình “Lộ trình phát triển thơng tin di động 3G lên 4G”, Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng, 12/2008 71 ... việc truyền nhận liệu ứng dụng quản lý, điều khiển thiết bị từ xa, cụ thể điều khiển chiếu sáng công cộng xu hướng tương lai Việc ứng dụng công nghệ truyền thông không dây điều khiển chiếu sáng công. .. tủ điều khiển chiếu sáng Hình 4: : Lắp đặt thiết bị tủ điều khiển chiếu sáng Tủ sáng chưa lắplý: ❖ ĐK Hiệuchiếu vận hành quản ❖ bị điều khiển giám sát thiết Tủ ĐK chiếu sáng lắp thiết bị điều khiển. .. người sử dụng Truyền thơng trung tâm tủ điều khiển chiếu sáng sử dụng công nghệ truyền thông GSM/GPRS/3G/4G Đây công nghệ đại, khả mở rộng lớn, giá thành hợp lý Công nghệ GSM/GPRS/3G/4G áp dụng