loading...

CHIA SẺ KIẾN THỨC KỸ THUẬT

Mar 14, 2017

Công tơ điện tử thông minh - Bước đột phá của công nghệ điện tử và hiện đại hóa lưới điện


Công tơ điện tử thông minh ra đời là một bước ngoặt quan trọng của ngành điện, nó đã được thử nghiệm thành công và đã được ứng dụng trên lưới điện quốc gia mang đến rất nhiều tiện ích cho ngành điện như:

- Nâng cao độ tin cậy cung cấp điện và giảm tổn thất phi kỹ thuật do sai số của công tơ.
- Nâng cao hiệu quả tiết kiệm điện.
- Nâng cao độ chính xác công tơ.
- Nâng cao năng suất lao động, giảm thiểu nhân công ghi chữ thủ công.
- Minh bạch trong đo đếm điện năng, giao nhận thông tin thanh toán kịp thời, làm hài lòng khách hàng dùng điện
- Tính chính xác tổn thất điện năng, chốt chỉ số chính xác đúng theo từng thời điểm.
- Nâng cao năng lực quản lý, hệ thống hóa đo đếm bằng ứng dụng công nghệ thông tin, hệ thống viễn thông trong quản lý, hệ thống bảo mật.
- Tiêu chuẩn hóa hệ thống thiết bị và phần mềm, có khả năng bảo mật và an ninh mạng bằng kỹ thuật mã hóa, tạo kết nối tương thích, truyền dữ liệu tập trung về máy chủ

Công tơ điện tử thông minh tạo nên hệ thống tự động thu thập dữ liệu, giám sát quản lý dữ liệu đo đếm từ xa (AMR).
Đây là sự kết hợp giữa các phần tử: Công tơ điện tử, thiết bị hỗ trợ truyền thông dữ liệu công tơ, phần mềm ứng dụng cho lập trình, truyền thông dữ liệu giữa công tơ với thiết bị hỗ trợ và kết nối CMIS in hóa đơn cho khách hàng.

Bằng các ứng dụng:

- Truyền thông không dây theo tần số vô tuyến RF, tần số vô tuyến dạng mắt lưới RF Mech, hệ thống định vị toàn cầu GPRS/3G.
- Qua đường tải điện PLC, RS232, RS485, Ethernet, cáp quang.


1. Công tơ điện tử thông minh


Công tơ điện tử được chế tạo dựa trên nguyên lý của công tơ cơ nhưng sử dụng công nghệ điện tử, số liệu đo đếm điện năng được chuyển đổi thành số hiển thị trực tiếp trên màn hình LCD. Nó có tính năng tích hợp đo ghi từ xa bằng handheld qua sóng radio RF hoặc qua đường dây tải điện bằng cách lắp các module rời: Modul Handheld RF, modul PLC, modle GRPS thuận tiện linh hoạt chuyển đổi lựa chọn phương thức ghi điện năng và tiết kiệm chi phí đầu tư ban đầu mà không ảnh hưởng đến kết quả đo đếm của công tơ điện. Công tơ điện kiểu điện tử có tích hợp chức năng đọc chỉ số công tơ từ xa bằng sóng vô tuyến, sử dụng nhiều công nghệ tiên tiến như IC đo đếm thông minh, linh kiện chất lượng cao, màn hình hiển thị bằng LCD và kỹ thuật đo đếm hiện đại nhất. Các tính năng được chế tạo theo yêu cầu thực tế của người sử dụng điện, có nhiều tính năng nổi bật như: cấp chính xác cao, chống gian lận điện, cảnh báo ngược pha, có khả năng tính hợp thêm tính năng đọc chỉ số từ xa qua sóng vô tuyến RF bằng máy tính cầm tay (Handheld Unit), nâng cao hiệu quả trong quy trình quản lý kinh doanh điện năng, phục vụ khách hàng sử dụng điện ngày một tốt hơn.

Modem tích hợp module GPRS đáp ứng các tiêu chuẩn EMC, tiêu chuẩn sóng vô tuyến, tiêu chuẩn an toàn và cháy nổ. Đồng thời, modem thích hợp với băng tần EGSM900/GSM 1800MHz; GPRS Class 8 có tốc độ truyền dữ liệu 85.6/21 kbps. Từ khi bắt đầu lắp đặt modem tại điểm đo, dịch vụ AMR sẽ thu thập tự động chỉ số chốt hàng và truyền số liệu về phần mềm quản lý AMISS, phục vụ công tác tính cước khách hàng sử dụng điện, giảm thiểu sau sót khi nhân công ghi chỉ số bằng tay.

2. Sơ đồ mạch Công tơ điện tử


- Máy biến áp nguồn (Phần tử chỉnh lưu).

Một máy biến áp đơn giản được sử dụng trong công tơ này. Có hai kênh điên áp đầu ra là 5V. Một kênh dùng cho chip điện năng AD7755 hoặc ADE7755, kênh còn lại dùng cho mạch số. Điểm nối đất của đầu ra tương tự được nối với dây trung tính của nguồn. Biến áp này biến điện áp từ 220 V xuống 10.5 V. Sau đó qua phần tử chỉnh lưu điện áp đầu ra được chuyển thành 5VDC và cung cấp cho chip điện năng AD7755 hoặc ADE7755.

- Shunt (Phần tử đo dòng điện)

Khi công tơ hoạt động, dòng điện tải chạy qua Shunt, sau đó Shunt sẽ cung cấp tín hiệu điện áp đến chân số 5 và chân số 6 của AD7755(hoặc ADE7755). Sau khi qua mạng điện trở phân áp, điện áp của lưới sẽ giảm xuống vài trăm mili vôn (mV). Tín hiệu điện áp này được nối tới chân số 7 và chân số 8 của AD7755 (hoặc ADE7755).

- MCU (Phần tử điều khiển chính)

CU (OMNI lập trình) nhận xung năng lượng và chuyển nó thành dạng 1 xung/Wh và đưa xung này tới màn hình LCD để báo là có điện năng. Đồng thời MCU cũng phát ra một xung tần số như vậy đưa đến thiết bị quang điện để phục vụ cho việc hiệu chuẩn. Dựa vào xung năng lượng nhận được MCU tính toán giá trị điện năng và đưa đến màn hình hiển thị LCD. MCU nhận được tín hiệu truyền thông qua bộ vi xử lý truyền thông RS485 trong mọi thời điểm. Nếu nhận lệnh có hiệu quả thì MCU có lệnh trả lời.

- AD7755 (Phần tử đo điện năng)  

Có hai bộ chuyển đổi ADC số hoá tín hiệu điện áp. Bộ ADC này có tốc độ 16 bps và tần số lấy mẫu là 900 kHz. Tín hiệu công suất tức thời sẽ được tích hợp bằng cách nhân trực tiếp tín hiệu dòng điện và tín hiệu điện áp. Sau khi qua bộ lọc thấp tín hiệu công suất tức thời được chuyển thành tín hiệu xung bằng bộ chuyển đổi tần số kỹ thuật số.

- EFPROM (Bộ nhớ)

Đây là bộ nhớ lưu trữ dữ liệu của điện năng tiêu thụ từ MCU khi mất điện. Nếu cần thiết thì dữ liệu được lưu trữ có thể hiển thị trên màn hình LCD và được truyền về máy tính chủ bằng phương pháp truyền thông.

- Opto isolate (Cách ly quang điện)

Phần tử này cách ly mạch có điện áp cao (AD7755) với mạch có điện áp thấp (mạch kỹ thuật số).

- RS485


Đây là thiết bị truyền dữ liệu từ công tơ tới máy tính cá nhân thông qua đường dây truyền tin. Việc truyền và nhận dữ liệu của công tơ được thực hiện sau khi có sự thay đổi ngôn ngữ lệnh tín hiệu điện chuyển thành tín hiệu số trong thiết bị này, bộ phận nhận tín hiệu theo lệnh từ máy tính cá nhân.

Toàn bộ các phần tử liên quan tới công nghệ công tơ điện tử thông minh.

- Màn hình hiển thị LCD

Dữ liệu từ MCU được đưa tới màn hình hiển thị LCD và điện năng tiêu thụ được hiển thị bằng việc lựa chọn khi lập trình. Màn hình LCD bao gồm 6 số (5 nguyên và một thập phân)

Modem tại điểm đo - IFC-2032.

3. Phần mềm quản lý xem các chỉ số từ công tơ điện


Các số liệu được truyền về phần mềm quản lý như dòng điện, điện áp, tần số, góc lệch pha... với tần suất 30 phút/lần và hiển thị trực quan trên trên biểu đồ. Những số liệu này sẽ giúp cho khách hàng có thể quản lý và giám sát chất lượng dịch vụ của nhà cung cấp. Song song đó, những sự cố bất thường xảy ra trên công tơ điện, hệ thống cũng có ngay các thống kê cảnh báo sự kiện công tơ, chương trình sẽ chuyển đến “tab Thống kê cảnh báo sự kiện công tơ trong ngày”. Điều này cho phép người dùng thống kê chi tiết các sự kiện công tơ trong cùng 1 đơn vị, thống kê theo từng điểm đo chưa được khai báo, chưa có mã điểm đo, hoặc mã điểm đo bị sau quy định theo từng đơn vị Điện lực.

4. Công nghệ truyền thông trên đường dây điện lực PLC (Power Line Communication)

Công nghệ truyền thông trên đường dây điện lực PLC mở ra hướng phát triển mới trong lĩnh vực công nghệ thông tin và truyền thông. Trước đó, con người đã có thể tận dụng đường dây tải điện để làm các ứng dụng đơn giản như truyền các tín hiệu đo lường, giám sát, điều khiển. Với sự phát triển nhanh chóng của các công nghệ hỗ trợ trong lĩnh vực truyền thông và công nghệ thông tin thì hiện nay công nghệ PLC đã cho phép cung cấp dịch vụ truyền tải điện kết hợp với truyền dữ liệu trực tiếp tới người sử dụng.Công nghệ truyền thông trên đường dây điện lực PLC (Power Line Communication) mở ra hướng phát triển mới trong lĩnh vực công nghệ thông tin và truyền thông.



Truyền thông trên đường dây điện lực

Trước đó, con người đã có thể tận dụng đường dây tải điện để làm các ứng dụng đơn giản như truyền các tín hiệu đo lường, giám sát, điều khiển. Với sự phát triển nhanh chóng của các công nghệ hỗ trợ trong lĩnh vực truyền thông và công nghệ thông tin thì hiện nay công nghệ PLC đã cho phép cung cấp dịch vụ truyền tải điện kết hợp với truyền dữ liệu trực tiếp tới người sử dụng
Công nghệ truyền thông PLC sử dụng mạng lưới đường dây cung cấp điện năng cho mục đích truyền tải thông tin nhằm tiết kiệm chi phí đầu tư. Để có thể truyền thông tin qua phương tiện truyền dẫn là đường dây dẫn điện, cần phải có các thiết bị đầu cuối là PLC modem, các modem này có chức năng biến đổi tín hiệu từ các thiết bị viễn thông truyền thống như máy tính, điện thoại sang một định dạng phù hợp để truyền qua đường dây dẫn điện. Hiện nay, công nghệ PLC được sử dụng cho các ứng dụng trong nhà như hệ thống giám sát, cảnh báo, tự động hoá...

5. Hệ thống truyền thông tin trên đường dây điện lực, hệ thống đo lường, giám sát, điều khiển trên đường dây điện lực

Khởi đầu của công nghệ truyền thông tin trên đường dây điện lực là hệ thống hỗ trợ đọc công tơ điện. Sau đó hệ thống này được phát triển bổ sung thêm các chức năng giám sát, cảnh báo và điều khiển. Từ chức năng ban đầu là tự động đọc số công tơ, ghi lại và chuyển số liệu về trung tâm, các chức năng giám sát hoạt động, cảnh báo và điều khiển đã được phát triển.

Ở Việt Nam hiện nay, người sử dụng internet gia đình có thể kết nối thông qua đường dây điện thoại (tốc độ chậm 56Kbps) hoặc qua ADSL (chi phí tuy có giảm nhưng vẫn ở mức cao). Vì thế PLC sẽ có thể là 1 lựa chọn tốt vì những ưu điểm sau:

-  Cung cấp khả năng kết nối tới mạng truy nhập, đây là một tính năng rất hấp dẫn của PLC.
-  Cung cấp tốc độ truy cập dữ liệu cao (10 - 45Mbps) trong dải tần (1,7 - 30MHz).

Tuy nhiên, đứng về mặt đường truyền thì đường dây điện không phải được thiết kế để truyền tải thông tin vì vậy kỹ thuật PLC ra đời chính là để giải quyết vấn đề này. Hiện nay PLC chia làm hai lớp chính PLIC và PLOC, PLIC (Powerline Indoor Telecoms). Đây chính là công nghệ PLC để sử dụng trong nhà, tức là chúng ta có thể sử dụng mạng điện lưới trong nhà để thiết lập một mạng trao đổi thông tin giữa các thiết bị dùng trong nhà với nhau, PLOC (Powerline Ourdoor Telecoms). Đây là kỹ thuật PLC sử dụng để trao đổi thông tin giữa các trạm điện với nhau và với mạng gia đình. BPL chính là ứng dụng của PLOC có khả năng cung cấp cho người sử dụng khả năng truy cập Internet băng rộng với tốc độ vượt trội so với ADSL (40Mbps).

Hệ thống truyền thông tin trên đường dây điện lực:

Mạng đường dây điện hạ thế có thể sử dụng như một hệ thống truyền thông. Mạng gồm nhiều kênh, mỗi kênh là một đường truyền vật lý nối giữa trạm con và một hộ dân, có các đặc tính và chất lượng kênh truyền khác nhau và thay đổi theo thời gian. Tín hiệu được truyền trên sóng điện xoay chiều 50 Hz sau đó có thể được trích ra bởi một connector kết nối vào đường dây.

Phân chia tần số:


Theo tiêu chuẩn của châu Âu năm 1991 (EN 50065-1 standard) xác định chuẩn tín hiệu trên đường hạ thế nằm trong khoảng từ 3Khz tới 148,5Khz (băng tần không cần đăng ký). Trong băng tần này được chia thành 5 băng con. Trong đó, hai băng đầu 3 - 9 và 9 - 95Khz là dành cho nhà cung cấp điện lực và ba băng còn lại dành cho khách hàng. Băng A, sóng mang có thể từ 9Khz tới 95Khz dùng cho việc trao đổi thông tin giữa khách hàng và nhà cung cấp. Băng C được dùng cho khách hàng sử dụng các giao thức truy nhập, băng B cũng được dùng cho khách hàng tuy nhiên không có giao thức truy nhập nên có thể coi băng này là băng thông tin tự do. Các hệ thống PLC hoạt động ở dải tần đến 30MHz được xem xét như là hệ thống PLC băng rộng.

Kỹ thuật điều chế và mã hoá kênh:

Với kỹ thuật PLC, vấn đề ta quan tâm là làm thế nào có thể truyền dữ liệu trong môi trường nhiễu cao, trong khi mức tín hiệu nhỏ và với tần số dòng xoay chiều là 50 hoặc 60 Hz. Các kỹ thuật điều chế và mã hoá khuyến nghị sử dụng trong PLC: OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao, SS - FFH (Spread Spectrum - Fast Frequency Hopping) Trải phổ nhảy tần nhanh, DS - SS (Direct Sequence Spread Spectrum) Trải phổ trực tiếp. Môi trường truyền thông trên đường dây điện lực tương tự như môi trường truyền thông vô tuyến, đây là một môi trường truyền thông rất khắt khe. Kỹ thuật trải phổ và kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao Orthogonal frequency (OFDM) được sử dụng để tăng dung lượng và tăng số kênh truyền dẫn. Kỹ thuật OFDM truyền các bit dữ liệu trên một tập các tần số, các tần số này trực giao với nhau. OFDM là một kỹ thuật rất tốt để chống nhiễu fading và nhiễu đa đường. Các mã sửa lỗi như mã xoắn và mã Reed - Solomon có thể kết hợp với nhau trong hệ thống để cải thiện chất lượng hệ thống.

Đặc tính kênh truyền PLC:

Đường dây truyền tải điện không phải được thiết kế để dành cho truyền dữ liệu, do đó có rất nhiều vấn đề cần được khắc phục. Công suất nhiễu trên đường dây điện lực là tập hợp tất cả các nhiễu loạn khác nhau thâm nhập vào đường dây và vào máy thu. Các tải được kết nối vào mạng như ti vi, máy tính, máy hút bụi… phát nhiễu và truyền bá qua đường dây điện; các hệ thống truyền thông khác cũng có thể đưa thêm nhiễu vào máy thu.

Đường dây điện được ra đời phục vụ cho việc truyền năng lượng điện chứ không nhằm mục đích truyền thông tin. Khi đưa thông tin truyền trên đó, ta sẽ gặp phải rất nhiều yếu tố gây nhiễu cho tín hiệu. Nhiễu trên đường dây điện có thể quy về 4 loại sau:

- Nhiễu nền (Background noise),
- Nhiễu xung ( Impulse noise),
- Nhiễu băng hẹp (Narrow band noise),
- Nhiễu họa âm (Harmonic noise).

Thực tế đường dây điện lực là một môi trường truyền thông rất nhạy cảm, các đặc tính của kênh thay đổi theo thời gian tuỳ thuộc vào tải và vị trí, cho đến nay các đặc tính cụ thể của kênh vẫn là những vấn đề được nghiên cứu nhằm đưa ra các giải pháp xử lý hiệu quả.


Bộ chuyển đổi RS232 sang RS485
Xu hướng phát triển:

-  Khả năng đáp ứng đa dịch vụ: Mạng phải thiết kế cho phép PLC có khả năng truy cập Internet tốc độ cao, Voice Over IP, và tương lai có khả năng cung cấp các dịch vụ giá trị gia tăng như SIP, VLAN, IP-PBX….
-  Khả năng mở rộng: Mạng có khả năng phát triển và mở rộng trên cơ sở khách hàng, kết quả đánh giá đầu tư và nhằm giảm rủi ro trong quá trình nâng cấp mạng.
Dễ dàng mở rộng lên băng thông cao hơn: Mạng có khả năng cho phép mở rộng từ băng thông hiện tại lên băng thông cao hơn trong tương lai mà không cần nâng cấp mạng.
- Tương thích với các công nghệ mạng khác: Mạng có khả năng cho phép triển khai song song với các công nghệ mạng khác như Wireless Local Loop, cáp quang, xDSL….
- Triển khai ở các vùng đô thị và các vùng nông thôn: Mạng được thiết kế có khả năng hỗ trợ triển khai PLC ở cả vùng đô thị lẫn các vùng nông thôn với giá thành hợp lý Bộ chuyển đổi RS232 sang RS485 được áp dụng giữa các máy tính và thiết bị ngoại vi hoặc vi điều khiển tạo thành mạng lưới truyền thông điểm-điểm (point to point) hoặc đa điểm (multipoint), điều khiển nhiều thiết bị dễ dàng mở rộng lên băng thông cao hơn: Mạng có khả năng cho phép mở rộng từ băng thông hiện tại lên băng thông cao hơn trong tương lai mà không cần nâng cấp mạng.
- Tương thích với các công nghệ mạng khác: Mạng có khả năng cho phép triển khai song song với các công nghệ mạng khác như Wireless Local Loop, cáp quang, xDSL….
 Triển khai ở các vùng đô thị và các vùng nông thôn: Mạng được thiết kế có khả năng hỗ trợ triển khai PLC ở cả vùng đô thị lẫn các vùng nông thôn với giá thành hợp lý Bộ chuyển đổi RS232 sang RS485 được áp dụng giữa các máy tính và thiết bị ngoại vi hoặc vi điều khiển tạo thành mạng lưới truyền thông điểm-điểm (point to point) hoặc đa điểm (multipoint), điều khiển nhiều thiết bị

6. Thông số kỹ thuật bộ chuyển đổi RS232 sang RS485 “Tham khảo”

1. Giao tiếp tương thích với EIA / TIA RS-232C, RS-485 tiêu chuẩn
2. RS-232: DB9 đực; RS-485: terminal 3.5mm kết nối với các thiết bị đầu cuối
3. Chế độ làm việc: không đồng bộ half-duplex, tự động lựa chọn truyền. 03 đèn LED trạng thái.
4. Dây tín hiệu RS-485: cáp xoắn đôi hoặc cáp bọc chống nhiễu
5. Tốc độ truyền: 300bps-115.2Kbps
6. Môi trường làm việc: 00C đến 700C
7. Khoảng cách truyền tối đa: RS-485: 1.200 mét (4000ft)
8. Nguồn: 12VDC-1A qua jack cắm 5mm tiêu chuẩn hoặc terminal 3.5mm

Công tơ điện tử thông minh đưa vào lưới điện là một quyết định quan trọng khẳng định vị thế của ngành điện Việt Nam trong giai đoạn hiện nay, góp phần thúc đẩy công cuộc hiện đại hóa đất nước.

NGUỒN: (automation.net.vn)

loading...

DMCA.com Protection Status

loading...

0 nhận xét:

Post a Comment

 
All Rights Reserved by EBOOKBKMT © 2015 - 2017