Nghiên cứu và chế tạo thiết bị hỗ trợ điều tiết phụ tải công nghiệp kết hợp phần mềm mã nguồn mở rapid scada

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN THANH LIỄU - NGUYỄN THANH LIỄU CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA NGHIÊN CỨU VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ HỖ TRỢ ĐIỀU TIẾT PHỤ TẢI CÔNG NGHIỆP KẾT HỢP PHẦN MỀM MÃ NGUỒN MỞ RAPID SCADA C C R L T DU LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng – Năm 2020 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN THANH LIỄU C C NGHIÊN CỨU VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ HỖ TRỢ ĐIỀU TIẾT PHỤ TẢI CÔNG NGHIỆP KẾT HỢP PHẦN MỀM MÃ NGUỒN MỞ RAPID SCADA R L T DU Chuyên ngành : Kỹ thuật Điều khiển Tự động hóa Mã số: 8520216 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS NGƠ ĐÌNH THANH Đà Nẵng, 2020 LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tác giả luận văn C C DU R L T NGHIÊN CỨU VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ HỖ TRỢ ĐIỀU TIẾT PHỤ TẢI CÔNG NGHIỆP KẾT HỢP PHẦN MỀM MÃ NGUỒN MỞ RAPID SCADA Học viên: Nguyễn Thanh Liễu Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển Tự động hóa Mã số: 8520216 Khóa: K37 Trƣờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN Tóm tắt - Nâng cao chất lượng điện giảm tổn thất lượng vấn đề quan tâm hàng đầu ngành Điện doanh nghiệp sử dụng điện Tuy nhiên, doanh nghiệp sản xuất vừa nhỏ chưa thật đầu tư mức, chưa có hệ thống tự động giám sát chất lượng điện lượng sử dụng nhà máy, thực trạng doanh nghiệp chủ yếu giám sát số liệu thủ công nên chưa kịp thời độ xác khơng cao, dẫn đến trường hợp tổn thất lượng lớn lượng tiêu thụ điện bất thường không phát cảnh báo kịp thời Điều dẫn đến chi phí sản xuất tăng cao Về phía doanh nghiệp vừa nhỏ chưa có giải pháp tốt để giám sát tình hình sử dụng lượng điện tình trạng vận hành hệ thống tụ tù nhà máy Chính điều mà chi phí tiền điện tăng cao đột biết doanh nghiệp hồn tồn bị động khó chấp thuận toán tiền điện, gây trở ngại cho điện lực việc giải thích thu tiền phạt cơng suất phản kháng Trước khó khăn thách thức trên, ta thấy cần thiết nghiên cứu chế tạo thiết bị giám sát chất lƣợng điện thu thập liệu lƣợng đáp ứng yêu cầu nhằm giúp doanh nghiệp theo dõi, giám sát theo thời gian thực thông số tiêu thụ lượng điện sản xuất hướng đến hỗ trợ tự động điều tiết phụ tải việc triển khai thực chương trình điều chỉnh phụ tải ngành điện Từ khóa – Điều tiết phụ tải, datalogger, quản lý lượng, Modbus, Scada mã nguồn mở C C R L T DU RESEARCH AND MANUFACTURE EQUIPMENT TO SUPPORT INDUSTRIAL LOADING DISPOSAL COMBINED OPEN SOURCE SOFTWARE RAPID SCADA Abstract - Improving power quality and reducing energy loss are top concerns of the electricity industry as well as of electricity users However, for small and medium production enterprises that are not properly invested, there is no automatic system to monitor the quality of electricity and energy used of the plant, because of the current situation of enterprises The industry mainly monitors data manually, so it is not timely and the accuracy is not high, leading to large cases of energy loss and abnormal power consumption due to lack of timely detection and warning This leads to higher production costs As for small and medium enterprises, there is no good solution to monitor the use of electric energy and the operation status of the condenser system in the factory Because of this, when electricity costs rise suddenly, businesses are completely passive and difficult to accept when paying electricity bills, causing problems for electricity in explaining the collection of reactive capacity fines Faced with the above difficulties and challenges, we see the need to research and manufacture power quality monitoring equipment and collect energy data to meet the above requirements to help businesses monitor and monitor over time real-time power consumption parameters in production and towards supporting automatic load regulation in implementing load adjustment program of the power sector Key words - Load regulation, datalogger, power management, Modbus, Scada open source MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG MỤC LỤC CÁC HÌNH CHỮ VIẾT TẮT MỞ ĐẦU Mục tiêu nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn Cấu trúc luận văn C C CHƢƠNG I TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH SỬ DỤNG ĐIỆN TRONG SẢN XUẤT CÔNG NGHIỆP HIỆN NAY .4 1.1 Tình hình cung ứng điện Ngành điện nay: Ngành điện với khó khăn thách thức tình hình nay: R L T DU 1.2 Cung ứng điện cho phụ tải công nghiệp: 1.3 Sử dụng điện Doanh nghiệp Việt Nam [6] 1.3.1 Đánh giá chung tình hình 1.3.2 Thực trạng công tác quản lý lƣợng số doanh nghiệp công nghiệp Việt Nam 1.4 Phụ tải công nghiệp thách thức việc giám sát hoạt động hệ thống tiêu thụ lƣợng Doanh nghiệp: 10 1.4.1 Các đặc trƣng chung phụ tải công nghiệp: .10 1.4.2 Thách thức việc giám sát hoạt động hệ thống tiêu thụ lƣợng Doanh nghiệp: 11 1.5 Kết luận: 12 CHƢƠNG II 13 THIẾT KẾ THIẾT BỊ THU THẬP DỮ LIỆU NĂNG LƢỢNG 13 VÀ GIÁM SÁT TRẠNG THÁI HOẠT ĐỘNG 13 2.1 Thiết kế phần cứng: 14 2.1.1 Chọn điều khiển tụ bù phù hợp cho hệ thống trên: 15 2.1.2 Bộ điều khiển trung tâm: 20 2.1.3 Nguồn nuôi hệ thống 24 2.1.4 Bộ lọc sóng hài [9], [10] 28 2.1.5 Lựa chọn Module GPRS/3G: 31 2.1.6 Lựa chọn giao thức truyền thông 34 2.1.7 Thiết kế module thu thập thông số hệ thống điện 39 2.2 Thiết kế ứng dụng phần mềm: 42 2.2.1 Phần mềm SCADA mã nguồn mở: 42 2.2.2 Phần mềm Rapid SCADA: 43 2.2.3 Thuật tốn truyền thơng phần mềm điều khiển, giám sát: .45 2.2.4 Đề xuất phát triển thiết bị giám sát: 47 2.2.5 Lập trình truyền thơng lập trình SCADA: .47 2.3 Kết luận: 49 CHƢƠNG III .50 C C PHƢƠNG PHÁP GIÁM SÁT, HỖ TRỢ ĐIỀU TIẾT PHỤ TẢI CÔNG NGHIỆP R L T .50 3.1 Giải pháp vận hành động điện 51 3.1.1 Thông số động cơ: [13] 52 3.1.2 Phƣơng pháp tính chọn động điện: 53 3.1.3 Các tiêu chất lƣợng cách chọn động điện .54 3.2 Tƣ vấn tổ chức lại sản xuất nhà máy Thiên Tâm 55 3.2.1 Thực trạng sản xuất nhà máy: 55 DU 3.2.2 Áp dụng hiệu suất tổng thể thiết bị OEE cho nhà máy Thiên Tâm: [14] .55 3.2.3 Sử dụng OEE cho nhà máy chế biến gỗ Thiên Tâm 56 3.2.4 Ứng dụng IIoT đo lƣờng OEE thời gian thực: 58 3.3 Kết luận 59 CHƢƠNG IV .60 KẾT QUẢ VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 60 4.1 Cấu tạo thông số thiết bị thu thập giám sát: 60 4.1.1 Cấu tạo thiết bị thu thập giám sát số liệu: 60 4.1.3 Nguyên lý hoạt động: 62 4.1.4 Sơ đồ lắp đặt tổng thể: 62 4.2 Kết thu thập đƣợc từ tiết bị: 62 4.2.2 Đồ thị theo dõi thông số vận hành: 64 4.3 So sánh hoạt động thiết bị thiết kế với hệ thống thu thập Điện lực 67 4.3.1 Chức hoạt động thiết bị thu thập giám sát: 67 4.3.2 So sánh hiệu trƣớc sau lắp đặt: 69 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .71 TÀI LIỆU THAM KHẢO 72 C C DU R L T DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Dự kiến nhu cầu công suất điện theo Quy hoạch điện VII điều chỉnh Bảng 2.1 So sánh thông số điều khiển tụ bù thông dụng 18 Bảng 2.2 So sánh thơng số kỹ thuật .23 Bảng 2.3 So sánh thông số loại nguồn thông dụng 27 Bảng 2.4 So sánh thông số lọc sóng hài 31 Bảng 3.1 Các tổn thất ảnh hưởng đến OEE 56 C C DU R L T MỤC LỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Biểu đồ phân bố lưới điện .4 Hình 1.2 Biểu đồ tỷ trọng cơng suất nguồn Hình 1.3 Kết điểm trung bình đánh giá hệ thống QLNL Hình 1.4 Kết qủa chi tiết khảo sát thực trạng quản lý lượng theo tài liệu Hình 1.5 Mơ công suất động 10 Hình 2.1 Đề xuất giải pháp IoT công nghiệp quản lý lượng .14 Hình 2.2 Bộ điều khiển tụ bù SK 15 Hình 2.3 Bộ điều khiển tụ bù LOGO 230RC Siemens 16 Hình 2.4 Bộ điều khiển tụ bù DUCATI REGO R8 .17 Hình 2.5 Vi mạch Arduino 20 C C Hình 2.6 Mạch vi điều khiển STM32F411 22 R L T Hình 2.7 Mạch chuyển giao tiếp TTL to RS485 24 Hình 2.8 Bộ nguồn nuôi Meanwell Nes 25 DU Hình 2.9 Nguồn cơng nghiệp 24V-2,5A MDR-60-24 - Chính hãng Meanwell 26 Hình 2.10 Nguồn ni UNO-PS-1AC-24DC-60W .27 Hình 2.11 Đồ thị loại sóng hài 28 Hình 2.12 Bộ lọc EMI HA25L-6A 50/60Hz 250V AC 29 Hình 2.13 Bộ lọc nhiễu 5A WORLD TECH WS-2005 30 Hình 2.14 Bộ lọc sóng hài ZSG2215-11 .30 Hình 2.15 Module 3G ARP600 ABB 31 Hình 2.16 Module cơng nghiệp 3G WCDMA, hỗ trợ GPS 32 Hình 2.17 Module Sim F2103 33 Hình 2.18 Cấu trúc khung truyền Modbus 35 Hình 2.19 Cấu trúc khung truyền Modbus RTU 35 Hình 2.20 Cấu trúc khung truyền Modbus TCP 36 Hình 2.21 MQTT Broker 37 Hình 2.22 Sơ đồ khối module thu thập 39 Hình 2.23 Sơ đồ nguyên lý 40 Hình 2.24 Sơ đồ khối nguồn 40 Hình 2.25 Sơ đồ truyền liệu RS485 40 Hình 2.26 Sơ đồ nguyên lý đầu 41 Hình 2.27 Sơ đồ nguyên lý đầu vào 41 Hình 2.28 PCB module thu thập 41 Hình 2.29 Giao diện Webstation 43 Hình 2.30 Giao diện Server 44 Hình 2.31 Giao diện Communicator 44 Hình 2.32 Giải pháp thu thập giám sát lượng điện nhà máy .45 Hình 2.33 Lưu đồ thuật tốn truyền thơng 46 Hình 3.1 Sơ đồ khối dây chuyền sản xuất gỗ Thiên Tâm .51 C C Hình 3.2 Tính OEE nhà máy chế biến gỗ Thiên Tâm 57 Hình 4.1 Thiết bị thu thập giám sát số liệu .60 R L T Hình 4.2 Cấu tạo mạch 61 Hình 4.3 Sơ đồ tổng thể hệ thống giám sát thu thập liệu 62 DU Hình 4.4 Thiết bị lắp đặt giai đoạn đầu giai đoạn .63 Hình 4.5 Giao diện theo dõi thơng số vận hành 63 Hình 4.6 Bảng số liệu tổng thể .64 Hình 4.7 Biểu đồ giá trị Cosφ đo 64 Hình 4.8 Biểu đồ giá trị dịng điện đo 65 Hình 4.9 Biểu đồ giá trị điện áp đo .66 Hình 4.10 Biểu đồ giá trị cơng suất tác dụng đo 66 Hình 4.11 Biểu đồ so sánh giá trị hệ số Cosφ 67 Hình 4.12 Biểu đồ so sánh giá trị hệ số Cosφ 68 Hình 4.13 Biểu đồ so sánh giá trị điện áp 68 Hình 4.14 Biểu đồ so sánh gía trị cơng suất Q thời điểm sử dụng 69 C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T ` C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T ... THANH LIỄU C C NGHIÊN CỨU VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ HỖ TRỢ ĐIỀU TIẾT PHỤ TẢI CÔNG NGHIỆP KẾT HỢP PHẦN MỀM MÃ NGUỒN MỞ RAPID SCADA R L T DU Chuyên ngành : Kỹ thuật Điều khiển Tự động hóa Mã số: 8520216... từ điều điều khiển tủ tụ bù hướng đến hỗ trợ điều tiết phụ tải từ xa phục vụ cho chương trình quản lý nhu cầu điện Ngành điện sau: - Nghiên cứu chế tạo thiết bị hỗ trợ điều tiết phụ tải công nghiệp. .. đóng cắt thiết bị hỗ trợ điều tiết phụ tải công nghiệp C C R L T Phƣơng pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết: + Nghiên cứu tổng quang tình hình sử dụng điện sản xuất công nghiệp + Nghiên cứu tổng