Nghiên cứu công nghệ truyền thông qua đường dây điện lực ứng dụng cho hệ thống đọc công tơ điện từ xa

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP  LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ NHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ TRUYỀN THÔNG QUA ĐƯỜNG DÂY ĐIỆN LỰC ỨNG DỤNG CHO HỆ THỐNG ĐỌC CÔNG TƠ ĐIỆN TỪ XA BÙI TRỌNG TUẤN Thái Nguyên, 2010 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP  LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ TRUYỀN THÔNG QUA ĐƯỜNG DÂY ĐIỆN LỰC ỨNG DỤNG CHO HỆ THỐNG ĐỌC CÔNG TƠ ĐIỆN TỪ XA Ngành: Kỹ thuật điện tử Mã số: 605270 Học viên: Bùi Trọng Tuấn Người HD khoa học: PGS TS Nguyễn Hữu Công Thái Nguyên, 2010 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Trang i ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC Độc lập - Tự - Hạnh phúc KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THUYẾT MINH LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Học viên: Bùi Trọng Tuấn Lớp: Cao học - K11 Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Hữu Công Ngày giao đề tài: 20 tháng 01 năm 2010 Ngày hoàn thành: … tháng … năm 2010 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC HỌC VIÊN PGS.TS Nguyễn Hữu Công Bùi Trọng Tuấn BAN GIÁM HIỆU KHOA SAU ĐẠI HỌC Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Trang ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi, số liệu, kết nêu luận văn trung thực cơng trình nghiên cứu riêng tơi, luận văn khơng giống hồn tồn luận văn cơng trình có trước Thái Ngun, ngày 25 tháng năm 2010 Tác giả luận văn Bùi Trọng Tuấn Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Trang iii LỜI CẢM ƠN Trong suốt trình học tập tốt nghiệp, tơi nhận giúp đỡ tận tình thầy cô giáo đặc biệt muốn cảm ơn Thầy giáo PGS TS Nguyễn Hữu Công, Trưởng khoa Điện tử, Trường Đại học Kỹ thuật công nghiệp- Đại học Thái Nguyên tận tình giúp đỡ, hướng dẫn thời gian thực đề tài, cảm ơn giúp đỡ gia đình, bạn bè đồng nghiệp thời gian qua Mặc dù cố gắng, song điều kiện thời gian kinh nghiệm thực tế cịn nhiều hạn chế nên khơng thể tránh khỏi thiếu sót Vì vậy, tơi mong nhận đóng góp ý kiến thầy bạn bè, đồng nghiệp Một lần xin chân thành cảm ơn! Tác giả luận văn Bùi Trọng Tuấn Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Trang iv LỜI NÓI ĐẦU Điện lực ngành xương sống xã hội đại Điện định cho công công nghiệp hóa, đại hóa đất nước Điện thành phần khẩn yếu cho tăng trưởng kinh tế cho quốc gia Ngoài việc cung cấp lượng, đường dây điện sử dụng kênh truyền thông ứng dụng làm môi trường để giám sát, điều khiển thiết bị điện gần từ xa Chính vậy, việc tìm hiểu đặc tính, phát huy ưu điểm khắc phục nhược điểm đường truyền thông điện lực, nhằm tiến tới xây dựng mạng lưới viễn thông qua đường dây điện lực yêu cầu cấp thiêt Để từ ta ứng dụng để giám sát điều khiển thiết bị điện thông qua đường dây điện lực, thực giải pháp cho nhà thông minh đặc biệt triển khai ứng dụng đọc công tơ từ xa truyền thông đường truyền điện lực Được hướng dẫn bảo tận tình thầy giáo PGS.TS.Nguyễn Hữu Cơng thầy cô giáo Khoa điện tử - Trường đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên, xin hoàn thành luận văn tốt nghiệp cao học với nội dung: “Nghiên cứu công nghệ truyền thông qua đường dây điện lực ứng dụng cho hệ thống đọc công tơ điện từ xa” Đề tài gồm nội dung sau: Chương 1: Hệ thống tự động đọc công tơ từ xa AMR – Chương đưa khái niệm hệ thống tự động đọc công tơ từ xa; Các phương pháp truyền thông khác nhằm xây dựng hệ thống đặc biệt phương pháp truyền thông qua đường điện (PLC) Trên sở nội dung chương cập nhật thành tựu đạt giới AMR-PLC, phân tích rõ hệ thống ColectricTM hệ thống triển khai nhiều nơi giới có Việt Nam Chương 2: Tổng quan công nghệ PLC – Trình bày nguyên lý sơ đồi khối hệ thống thông tin PLC bất kỳ; Chỉ ứng dụng PLC; Phân tích rõ đặc điểm kênh truyền điện lực với yếu tố nhiễu suy hao tác động sở kỹ thuật cải tiến PLC phối ghép lưới điện, mã hóa điều chế thông tin Chương 3: Thiết kế ứng dụng – Trên sở kiến thức có từ chương chương ứng dụng vi điều khiển Pic thiết kế minh họa hệ thống điều khiển thiết bị đọc công tơ từ xa đơn giản truyền thông chiều đường dây điện lực Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Trang v Cuối phân tích đánh giá nhằm rút kết luận hướng phát triển đề tài Do đề tài cịn mới, hồn thành thời gian ngắn điều kiện tiếp cận để nghiên cứu, với lực thân cịn hạn chế nên chưa đề cập hết vấn đề liên quan đến đề tài cách đầy đủ, sâu sắc khơng thể tránh khỏi thiếu sót q trình nghiên cứu, trình bày Kính mong thầy, giáo bạn quan tâm đến nội dung đề tài, góp ý kiến để tơi có điều kiện tiếp thu phát triển đề tài bổ xung thêm kiến thức cho thân đầy đủ, đắn để luận văn tơi hồn thiện Tôi xin chân thành cảm ơn! Thái Nguyên ngày 30 tháng 08 năm 2010 Người thực Bùi Trọng Tuấn Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Trang vi MỤC LỤC Nội dung Thuyết minh luận văn thạc sỹ kỹ thuật Lời cam đoan Trang i ii Lời cảm ơn Lời nói đầu Mục lục iii iv vii Danh mục bảng biểu xii Danh mục hình vẽ xiii Các thuật ngữ viết tắt CHƢƠNG HỆ THỐNG ĐỌC CÔNG TƠ TỰ ĐỘNG TỪ XA AMR xiv (AUTOMATED METER READING SYSTEM) 1.1 Tổng quan hệ thống AMR 1.1.1 Lịch sử phát triển 1.1.1.1 Khái niệm AMR 1.1.1.2 Triển khai hệ thống Smart IMS toàn giới 1.1.2 Kiến trúc chung AMR 1.1.2.1 Sơ đồ khối nguyên lý hoạt động 1.1.2.2 Các yêu cầu cần thiết cho hệ thống AMR 1.1.3 Các phần tử hệ thống AMR 1.1.3.1 Công tơ điện tử 1.1.3.2 Thiết bị giao tiếp truyền thông (Trong trạm biến áp) 1.1.3.3 Môi trƣờng truyền thông 1.1.3.4 Thiết bị giao tiếp truyền thơng (Trong trạm biến áp) 1.1.3.5 Máy tính với phần mềm điều khiển AMR 1.1.4 Lợi ích khó khăn triển khai cơng nghệ AMR 1.2 Phân loại hệ thống AMR theo môi trƣờng truyền thông 1.2.1 Một số môi trƣờng truyền thông cho AMR 1.2.2 Các tiêu chí lựa chọn mơi trƣờng truyền thộng cho AMR 1.2.2.1 Giá 1.2.2.2 Độ tin cậy truyền thông 1.2.2.3 Chống can thiệp 1.2.2.4 Chống đƣợc ảnh hƣởng gây mơi trƣờng hay ngƣời Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 1 10 10 10 10 10 11 11 13 13 14 14 14 14 14 http://www.lrc-tnu.edu.vn Trang vii 1.2.2.5 Bảo mật 1.2.2.6 Giao tiếp dễ dàng 1.2.3 Triển khai AMR dựa mạng điện thoại công cộng (PSTN) 15 15 15 1.2.3.1 Băng thông mạng điện thoại 1.2.3.2.Thiết bị giao tiếp truyền thông: Modem 16 16 1.2.3.3 AMR dựa PSTN 1.2.3.4 Chia sẻ đƣờng dây thoại cho AMR 1.2.3.5 Các yêu cầu ý xây dựng AMR PSTN 16 17 17 1.2.4 Triển khai AMR thông qua truy nhập di động GSM 1.2.4.1 Kiến trúc mạng GSM 18 18 1.2.4.2 Trạm di động 1.2.4.3 Phân hệ trạm gốc 1.2.4.4 Phân hệ mạng 1.2.4.5.Giao tiếp truyền thông cho AMR GSM 1.2.4.6 Lợi ích việc lắp đặt AMR qua GSM 1.2.5.AMR kênh vô tuyến công suất thấp (Low power Radio) 19 19 19 20 21 21 1.2.5.1 Sơ đồ khối hệ thống AMR dựa LPR 21 1.2.5.2 Nguyên lý hoạt động 1.2.5.3 Các mơ hình hoạt động 1.2.5.4 Lợi ích hệ thống AMR dựa tên LPR 22 22 23 1.2.6.AMR kênh vô tuyến công suất lớn (High power Radio) 1.2.7.AMR qua kênh truyền thông điện lực Power line communications 1.2.7.1 Sơ đồ khối 1.2.7.2 Quá trình thu thập liệu đo 1.3 Hệ thống AMR qua đƣờng dây điện lực hạ CollectricTM 1.3.1 Giới thiệu Công nghệ 1.3.2 Bộ Tập Trung – Concentrator 1.3.3 Thiết bị phát từ xa chiều – RTU 1.3.4 Thiết bị đo xa chiều PRTU 1.3.5 Máy tính cầm tay 1.3.6 Main Computer 1.3.7 Các thiết bị khác 1.3.7.1 Thiết bị Khuyếch Đại - Amplifier Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 23 25 25 26 27 27 28 29 30 31 32 32 32 http://www.lrc-tnu.edu.vn Trang viii 1.3.7.2.Thiết bị Điều khiển tải - LC100MM 1.3.7.3 Đèn LED hiển thị chữ số 0.1kWh (Lựa chọn) 1.3.7.4 Công tơ Điện tử pha - RR1M 33 34 34 1.3.7.5.Công tơ Điện tử Pha - RR3M 1.3.7.6.Thiết bị Hiển Thị Cầm Tay - Portable Display 35 36 1.4 Kết luận chƣơng 37 38 CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ PLC 2.1 Lịch sử phát triển công nghệ PLC 2.1.1 Khái niệm PLC 38 38 2.1.2 Một số thành tựu đạt đƣợc PLC 2.1.3 Phân loại công nghệ 2.1.3.1 Phân loại theo mức điện áp 2.1.3.2 Phân loại theo tốc độ bít 2.1.3.3 Phân loai theo phạm vi 2.1.3.4 Phân loại theo phƣơng thức điều chế 40 41 41 41 42 42 2.2 Nguyên lý sơ đồ khối HTTT đƣờng cáp điện lực 2.2.1 Nguyên lý hệ thống 2.2.2 Sơ đồ khối hệ thống 2.2.2.1 Khối cách ly (Power Line Isolation) 43 43 44 44 2.2.2.2 Khối điều chế tín hiệu (Signal Modulation) 2.2.2.3 Khuếch đại phát thu (Signal Amplification) 2.2.1.4 Khối giải điều chế tín hiệu (Signal Demodulation) 2.3 Một số ứng dụng thực tiễn PLC 2.3.1 Ứng dụng HT quản lý, giám sát lƣới điện đồng hồ 2.3.2 Truyền thông đƣờng dài tốc độ cao 45 45 45 45 46 46 2.3.3 Mạng truy cập Internet sử dụng công nghệ PLC 2.3.4 Ứng dụng gia đình – Intelligent home 2.4 Đặc tính kênh truyền đƣờng cáp điện 2.4.1 Sự giới hạn băng thông 2.4.2 Nhiễu đƣờng cáp điện 2.4.2.1 Nhiễu tần số 50Hz 2.4.2.2 Nhiễu xung đột biến 46 47 47 49 50 50 50 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ... ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP  LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ TRUYỀN THÔNG QUA ĐƯỜNG DÂY ĐIỆN LỰC ỨNG DỤNG CHO HỆ THỐNG ĐỌC CÔNG TƠ ĐIỆN TỪ XA Ngành: Kỹ thuật điện tử Mã số: 605270... nghiệp Thái Ngun, tơi xin hồn thành luận văn tốt nghiệp cao học với nội dung: ? ?Nghiên cứu công nghệ truyền thông qua đường dây điện lực ứng dụng cho hệ thống đọc công tơ điện từ xa? ?? Đề tài gồm nội... tìm cơng nghệ rẻ tiền mà giá phù hợp triển khai cho ứng dụng đọc công tơ từ xa Trong ngành công nghiệp lượng sử dụng truyền thông qua đường dây điện lực( PLCC) từ lâu PLCC hệ thống thông tin