Thiết kế mô đun điều khiển máy lọc dầu của máy biến áp lực tích hợp chức năng giám sát từ xa

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Thiết kế mô đun điều khiển máy lọc dầu máy biến áp lực, tích hợp chức giám sát từ xa TRỊNH ANH QUỐC Anhquoctrinh56@gmail.com Ngành Kỹ thuật Điều khiển Tự động hoá Giảng viên hướng dẫn: PGS TS Hoàng Sỹ Hồng Viện: Điện Chữ ký GVHD HÀ NỘI - 2020 Lời cảm ơn Đầu tiên, Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo PGS TS Hoàng Sỹ Hồng, người hướng dẫn trực tiếp em thực đề tài Thầy có định hướng, hướng dẫn, bảo trao đổi với em suốt trình học tập, nghiên cứu trường Đại học Bách khoa Hà Nội, suốt thời gian em thực luận văn tốt nghiệp Em xin chân thành cảm ơn thầy, giáo trực tiếp giảng dạy trau dồi cho em kiến thức quý giá suốt trình học tập, nghiên cứu trường Đại học Bách khoa Hà Nội Em xin chân thành gửi lời cám ơn sâu sắc đến TS Hoàng Ngọc Nhân, Viện nghiên cứu Điện tử-Tin học-Tự động hóa- Bộ Cơng Thương giúp đỡ em tiếp cận nguồn tài liệu công nghệ loại máy lọc dầu thị trường Việt Nam Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Viện Điện, Chuyên ngành Kỹ thuật Điều khiển Tự động hố thầy Bộ môn Đo lường Điều khiển tạo điều kiện thuận lợi giúp em hoàn thiện luận văn TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Đề tài: Thiết kế mô đun điều khiển máy lọc dầu máy biến áp lực, tích hợp chức giám sát từ xa Tác giả luận văn: Trịnh Anh Quốc Khóa: 2018B Người hướng dẫn: PGS.TS Hồng Sỹ Hồng Từ khóa (Keyword): máy lọc dầu máy biến áp, mô đun điều khiển, giám sát từ xa Nội dung tóm tắt: a) Lý chọn đề tài Dầu máy biến áp có vai trò đặc biệt quan trọng việc cách điện làm mát máy biến áp, đặc biệt máy biến áp cơng suất lớn Do tính chất quan trọng dầu máy biến áp nên máy biến áp cáo ln có hệ thống giám sát dầu online để đo đạc thông số dầu cảnh báo sớm tình trạng máy biến áp Theo quy trình chế tạo, bảo dưỡng, sửa chữa, dầu cách điện phải đáp ứng thông số kỹ thuật cao trước đưa vào máy biến áp như: hàm lượng nước dầu, hàm lượng khí gas dầu, điện áp đánh thủng phải đủ lớn Do vậy, dầu trước sử dụng phải lọc để tách nước, khí gas, tăng điện áp đánh thủng…đảm bảo thông số dầu đáp ứng tốt cho máy biến áp Với xu hướng phát triển công nghệ giới, hệ thống giám sát tích hợp thêm chức giám sát, điều khiển qua giao diện người – máy từ xa nhằm nắm bắt cố tức thời, đảm bảo khoảng cách an tồn linh hoạt Gần gũi với cơng việc làm, có hội thuận lợi để tiếp cận tìm hiểu loại máy lọc dầu biến áp trạm điện b) Mục đích nghiên cứu luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu Mục đích nghiên cứu luận văn thiết kế mô đun nhúng nhỏ gọn có đầy đủ chức điều khiển giám sát từ xa cho hệ thống máy lọc dầu máy biến áp trạm điện Việt Nam c) Tóm tắt đọng nội dung đóng góp tác giả Thời đại cơng nghệ tiên tiến nay, số máy lọc dầu cịn sử dụng cơng nghệ cũ chưa có tính tự động hóa cao, chức giám sát q trình lọc dầu lạc hậu Tác giả cải tiến hệ thống điều khiển q trình khép kín: có cảm biến để giám sát trình hoạt động, có van đóng cắt điều chỉnh lưu lượng dầu để trình hoạt động tốt ưu Trung tâm điều khiển gói gọn mô đun điều khiển nhỏ gọn kinh tế, tích hợp chức truyền thơng khơng dây wifi giúp người vận hành điều khiển giám sát từ xa qua internet d) Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu thiết kế điều khiển truyền thông qua wifi, cài đặt tham số điều khiển giám sát bám sát thực tế vận hành hệ thống hữu mô lại để thực điều chỉnh tối ưu Dựa tài liệu kỹ thuật quy trình vận hành thực tế máy lọc dầu để hiểu công nghệ từ xây dựng thuật tốn điều khiển; thiết kế nâng cấp điều khiển cho máy lọc dầu e) Kết luận Luận văn đáp ứng yêu cầu đặt bạn đầu Các thiết kế mô thực thành công chạy với toán đặt Từ nghiên cứu luận văn cho thấy việc ứng dụng công nghệ áp dụng cho hệ thống máy lọc dầu máy biến áp hoàn toàn khả thi, mang lại giá trị kinh tế hiệu kĩ thuật cao Phương pháp điều khiển giám sát tự động từ xa mang lại hiệu suất cao an toàn nhiều so với vận hành thủ công Học viên thực MỤC LỤC CHƯƠNG KHÁI QUÁT VỀ MÁY LỌC DẦU 1.1 Khái quát máy lọc dầu 1.2 Sơ đồ công nghệ máy lọc dầu máy biến áp tiêu biểu 1.3 Kết luận chương 11 CHƯƠNG THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MÁY LỌC DẦU 13 2.1 Các thiêt bị lắp máy lọc dầu 13 Bơm dầu vào, bơm dầu 13 02 Bơm chân không SV 300B 14 Cụm gia nhiệt 14 2.2 Lựa chọn thiết bị cho điều khiển máy lọc dầu MAS 4000 15 Cảm biến nhiệt độ PT100 IC MAX31865 15 Cảm biến lưu lượng dòng chảy 17 Cảm biến mức thấp, mức cao CR30 – 13DP 18 Cảm biến bọt VP03EP 19 Van điện từ xả bọt UNID 20 2.3 Thiết kế phần cứng 21 Tổng quan hệ thống điều khiển máy lọc dầu 21 Thiết kế mạch điều khiển nhúng 21 Danh sách tín hiệu vào/ra MCU 22 Khối nguồn 23 Khối tín hiệu vào (Input) 24 Khối vi điều khiển trung tâm (MCU) 25 Khối truyền thông Wi-fi 26 Khối tín hiệu (Ouput) 30 Thiết kế mạch in cho hệ thống 33 2.4 Thiết kế phần mềm cho hệ thống 34 Yêu cầu chương trình 34 Nguyên lý làm việc 34 Thiết kế phần mềm nhúng cho MCU 35 Thiết kế phần mềm nhúng cho ESP8266 12E 37 Xây dựng tin giao tiếp cho hệ thống 40 2.5 Truyền nhận liệu đám mây MQTT CLOUD 41 2.6 Kết luận chương 42 CHƯƠNG KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 43 3.1 Giao diện chọn chế độ 43 3.2 Giao diện hệ điều khiển máy lọc dầu máy biến áp lực 44 Chế độ điều khiển tay 44 Chế độ điều khiển tự động 50 Các cảnh báo hệ thống 54 3.3 Kết luận chương 55 Kết thiết kế mô đun nhúng 55 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO 58 PHỤ LỤC 60 Sơ đồ mạch lực hệ thống điều khiển máy lọc dầu MAS 4000 60 Lập trình điều khiển trình lọc dầu MCU 68 Lập trình điều khiển khối truyền thơng ESP8266 72 Chương trình ngắt nhận tin UART 74 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Máy biến áp dầu thực tế Hình 1.2 Công tác lọc dầu thực tế trạm biến áp [2] Hình 1.3 Quy trình lọc dầu Hình 1.4 Mơ hình máy lọc dầu kết nối với máy biến áp [3] Hình 1.5 Máy lọc dầu MAS4000-TEC Hình 1.6 Sơ đồ cơng nghệ máy lọc dầu MAXEI [4] Hình 1.7 Máy lọc dầu MAXEI [5] Hình 1.8 Sơ đồ công nghệ máy lọc dầu KATO – KLVC [1] Hình 1.9 Máy lọc dầu KATO - KLVC [6] Hình 1.10 Sơ đồ cơng nghệ máy lọc dầu Globecore [7] Hình 1.11 máy lọc dầu Globecore [1] 10 Hình 2.1 Máy bơm dầu Speck ASK 2001 [1] 13 Hình 2.2 Máy bơm chân khơng SV 300B [1] 14 Hình 2.3 Bộ điều khiển nhiệt độ E5CC – OMRON [1] 15 Hình 2.4 Cấu tạo cảm biến PT100 [8] 16 Hình 2.5 Kết nối đầu cho PT100 16 Hình 2.6 Mạch chuyển đổi tín hiệu RTD sang tín hiệu số MAX31865 17 Hình 2.7 Cảm biến lưu lượng dòng chảy 17 Hình 2.8 Cảm biến mức CR30-13DP [9] 18 Hình 2.9 Tín hiệu đầu CR30- 15DP 19 Hình 2.10 Mã cảm biến VP03EP 19 Hình 2.11 Van điện từ UNID 20 Hình 2.12 Sơ đồ kết nối tổng quan hệ thống điều khiển máy lọc dầu 21 Hình 2.13 Sơ đồ khối phần cứng 22 Hình 2.14 Sơ đồ nguyên lý khối nguồn 23 Hình 2.15 Sơ đồ khối đầu vào input 24 Hình 2.16 Kết nối PT100, Digital MAX31865 MCU 25 Hình 2.17 Hình ảnh thực tế vi điều khiển STM32F103C8T6 25 Hình 2.18 Sơ đồ chân vi điều khiển STM32F103C8T6 26 Hình 2.19 Mơ đun ESP8266 12E 27 Hình 2.20 Sơ đồ chân mơ đun ESP8266 [12] 28 Hình 2.21 Khối mô đun wifi ESP8266 28 Hình 2.22 Nguyên lý “Smart config” ESP8266 29 Hình 2.23 Hiện tượng dội phím thường gặp 29 Hình 2.24 Thiết kế mạch reset chống dội phím 30 Hình 2.25 Cấu tạo bên ULN 2803 31 Hình 2.26 Sơ đồ chân output qua ULN2803 31 Hình 2.27 Sơ đồ khối đầu Ouput 32 Hình 2.28 Thiết kế mạch in lớp dạng 2D 33 Hình 2.29 Thiết kế mạch in dạng 3D 33 Hình 2.30 Lưu đồ thuật tốn chương trình điều khiển 35 Hình 2.31 Quá trình xử lý truyền nhận liệu MCU 36 Hình 2.32 Đặc trưng smartconfig ESP8266 12E 38 Hình 2.33 Khung tin UDP mà ứng dụng ESP Touch gửi 38 Hình 2.34 Cài đặt mật wifi cho esp ứng dụng Esptouch 38 Hình 2.35 Lưu đồ thuật tốn cho ESP8266 39 Hình 2.36 Bản tin JSON gửi từ ESP8266 lên MQTT Cloud 40 Hình 2.37 Sơ đồ truyền tin hệ thống điều khiển 41 Hình 3.1 Khung giao diện Panel MQTT Configuaration 43 Hình 3.2 Khung giao diện Control Panel 43 Hình 3.3 Khung giao diện System Alarm 43 Hình 3.4 Khung giao diện System Status 43 Hình 3.5 Cấu hình kết nối tới MQTT Cloud 44 Hình 3.6 Thông báo kết nối tới cloud thành công 44 Hình 3.7 Bản tin hồi đáp kết nối thành công 44 Hình 3.8 Khởi động hệ thống chế độ MANUAL 45 Hình 3.9 Trạng thái hệ thống chế độ MANUAL 45 Hình 3.10 Khởi động Cooler bơm chân không Vac 46 Hình 3.11 Khởi động bơm chân không Root 46 Hình 3.12 Khởi động bơm dầu vào 47 Hình 3.13 Khởi động gia nhiệt 47 Hình 3.14 Khởi động gia nhiệt 48 Hình 3.15 Khởi động bơm để hút dầu 48 Hình 3.16 Ngắt bơm dầu vào cảm biến mức cao tác động 49 Hình 3.17 Cả bơm hoạt động mức dầu ổn định 49 Hình 3.18 Ngắt bơm dầu cảm biến mức thấp khơng tích cực 50 Hình 3.19 Kích hoạt van xả bọt khí VE 50 Hình 3.20 Khởi động hệ thống chế độ Auto 51 Hình 3.21 Bộ gia nhiệt hoạt động 51 Hình 3.22 Bơm dầu hoạt động 52 Hình 3.23 Ngắt bơm dầu vào cảm biến mức cao tác động 52 Hình 3.24 Bơm dầu vào hoạt động trở lại 53 Hình 3.25 Ngắt bơm dầu mức dầu mức thấp 53 Hình 3.26 Van điện tử VE hoạt động 53 Hình 3.27 Cảnh báo mức cao 54 Hình 3.28 Cảnh báo nhiệt 54 Hình 3.29 Cảnh báo thay phin lọc 55 Hình 3.30 Hình ảnh mơ đun thực tế 56 61 62 63 64 65 66 67 Lập trình điều khiển trình lọc dầu MCU 68 69 70 71 Lập trình điều khiển khối truyền thơng ESP8266 72 73 Chương trình ngắt nhận tin UART 74 75 ... sát xa cho máy lọc dầu điều cần thiết Phần thiết kế mô đun điều khiển giao diện giám sát không dây từ xa cho máy lọc dầu trình bày chương luận văn 12 CHƯƠNG THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MÁY LỌC DẦU... lường Điều khiển tạo điều kiện thuận lợi giúp em hoàn thiện luận văn TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Đề tài: Thiết kế mô đun điều khiển máy lọc dầu máy biến áp lực, tích hợp chức giám sát từ xa Tác... lực để giám sát máy hoạt động Học viên nghiên cứu thiết kế thêm chức giám sát xa vào mô đun điều khiển, giúp người vận hành giám sát máy hoạt động từ trung tâm điều khiển nơi khác Việc tích hợp