Đề tài Giám sát, điều khiển vệ sinh hệ thống năng lượng mặt trời công suất 18kW

Đề tài: Giám sát, điều khiển vệ sinh hệ thống năng lượng mặt trời
công suất 18kW
STT

Họ và tên

MSSV

1

Ngô Đức Anh Quân

19154047

2

Phan Sỹ Nguyên

19154001

BÀI BÁO CÁO LẦN 2
PHẦN 1: LỰA CHỌN THIẾT BỊ
1. Hệ thống pin năng lượng mặt trời
Sử dụng pin Mono MSP-380W Solar panel. Gồm 48 tấm pin, chia thành 4 dãy.

 Hình ảnh thực tế

Hình 1: Tấm pin năng lượng mặt trời


 Thông số thiết bị

- Công suất (Pmax): 380W – 36V
- Số Cell: 72 cell (6×12)
- Điện áp hở mạch (Voc): 48.3V
- Dòng ngắn mạch (Isc): 10.26A
- Điện áp danh định (Vmp): 39.6V
- Dòng danh định(Imp): 9.6A
- Chuẩn loại Pin (cell): Pin Silic đơn tinh thể (mono-crystalline)
- Cấu tạo: Kính-EVA-Cell-EVA-TPT & Khung nhôm
- Chất lượng sản phẩm: IEC 61215, IEC 61730, TUV
- Nhiệt độ hoạt động (Tpv): – 40 ~ 85°C
- Ngưỡng điện áp cực đại: 1000V
- Kích thước: 1990 × 1012 × 40mm
- Trọng lượng: 21.5 kg
2. Khối đo nhiệt độ, độ ẩm môi trường
Chức năng: Đo và đưa thông tin về nhiệt độ, độ ẩm môi trường về bộ phận điều
khiển và giám sát.
Có thể sử dụng các thiết bị sau: Cảm biến Modbus RTU ES35-SW và đồng hồ đo
nhiệt độ và độ ẩm HTC-2.
Những tiêu chí so sánh:
- Độ chính xác
- Làm việc liên tục
- Giới hạn đo
- Kết nối được với các thiết bị khác
Đầu tiên về độ chính xác và giới hạn đo thì cảm biến và đồng hồ có thơng số tương
đương nhau. Về độ làm việc liên tục, cảm biến được nuôi từ nguồn điện trong khi đó
đồng hồ đo nhiệt độ và độ ẩm được cung cấp nguồn từ pin nên cảm biến sẽ làm việc liên
tục cịn đồng hồ đo thì cần thay pin. Đồng hồ đo nhiệt độ và độ ẩm chỉ hiển thị thông số


trên màn hình, khơng hỗ trợ chuyển thơng số về PLC, cịn đối với cảm biến thì tín hiệu sẽ

được truyền thẳng vào PLC. Vì thế nhóm quyết định chọn cảm biến Modbus RTU ES35SW để đo nhiệt độ và độ ẩm mơi trường.

 Hình ảnh thực tế

Hình 2: Hình ảnh thực tế cảm biến Modbus RTU ES35-SW và các chân nối dây

 Thông số thiết bị
-

Nguồn cung cấp: DC 8V – 30V

-

Dải đo nhiệt độ: -20 ~ 80°C

-

Dải đo độ ẩm: 0 ~ 100% RH

-

Độ chính xác nhiệt độ: ±0.2°C

-

Độ chính xác độ ẩm: ±1.5% RH

-

Cơng suất: < 0.1W

-

Giao tiếp: RS485 MODBUS RTU

-

Kích thước: 99.5x16 mm

-

Trọng lượng: ~19 g

3. Khối đo nhiệt độ bề mặt tấm pin
Chức năng: Đo và đưa thông tin về nhiệt độ bề mặt tấm pin về bộ phận điều khiển
và giám sát.


Có thể sử dụng các thiết bị sau: Cảm biến đo nhiệt độ bề mặt CS240 và đầu dò nhiệt
độ bề mặt NR-81533A.
Những tiêu chí so sánh:
- Phạm vi đo
- Ngõ ra kết nối với các thiết bị khác
- Lắp đặt và vận hành thuận tiện
Đầu tiên về phạm vi đo thì đầu dị nhiệt độ có phạm vi đo lớn hơn: -40 0C ~ 8000C, còn
cảm biến đo nhiệt độ có phạm vi đo: -40 0C ~ 1350C. Đầu dò nhiệt độ đầu ra kết nối kiểu
giắc cắm loại K, trong khi đó cảm biến đo nhiệt độ đầu ra RS-422 có thể chuyển thành
RS-485 kết nối với các loại PLC. Trong việc lắp đặt và vận hành, cảm biến đo nhiệt độ bề
mặt CS240 do được thiết kế để chuyên đo bề mặt tấm pin nên việc lắp đặt và vận hành
thuận tiện hơn. Vì thế nhóm quyết định chọn cảm biến đo nhiệt độ bề mặt CS240.

 Hình ảnh thực tế

Hình 3: Hình ảnh thực tế cảm biến CS240 và các chân nối dây

 Thông số thiết bị
-

Nhiệt độ hoạt động: -40 đến 135 oC

-

Khả năng chịu nhiệt cáp tín hiệu: 105 oC

-

Độ chính xác PRT Class A: ± (0.15 + 0.002t)


-

Hằng số nhiệt độ: TCR = 3850 ppm/K

-

Loại cảm biến: Phần tử cảm biến bạch kim Class A, độ chính xác 1000 Ohm (PT1000)

-

Tính ổn định lâu dài: Độ lệch Ro tối đa 0.04% (sau 1000h ở 400 oC)

-

Dòng điện khi đo: 0.1 – 0.3 mA

-

Vật liệu chế tạo đĩa: Hợp kim nhôm

-

Vật liệu áo bọc cáp: PVC màu đen, UL VW-1 chống ánh nắng

-

Đường kính đĩa: 2.54 cm

-

Chiều dài tồn bộ đầu đo: 6.35 cm

-

Kích thước: 5.72 x 1.12 x 1.47 cm

-

Khối lượng: 90.7 g với 3.2 m cáp

4. Khối đo độ bụi

Chức năng: Đo và đưa thông tin về độ bụi về bộ phận điều khiển và giám sát.
Để đo độ bụi hiện nay sử dụng chủ yếu là cảm biến. Nên nhóm sẽ lựa chọn, so sánh
giữa 2 loại cảm biến thông dụng: Cảm biến RK300-02 và cảm biến Optical Dust Sensor
PM2.5 GP2Y1010AU0F.
Những tiêu chí so sánh:
- Phạm vi đo
- Ngõ ra kết nối được với các thiết bị khác
- Độ bền
Đầu tiên về phạm vi đo, cảm biến RK300-02 có phạm vi đo lớn hơn: 0-1000 μg /
m3, còn cảm biến GP2Y1010AU0F: 0-500 μg / m3. Cảm biến GP2Y1010AU0F có ngõ ra
kết nối với Arduino, cịn cảm biến RK300-02 có hỗ trợ đầu ra RS-485. Về độ bền: Cảm
biến GP2Y1010AU0F có vỏ ngồi làm bằng kim loại nên dễ bị gỉ sét khi đặt ngồi mơi
trường trong thời gian dài, còn với cảm biến RK300-02 được sản xuất để đo chun về
độ bụi ngồi trời nên có độ bền cao hơn. Vì thế nhóm quyết định chọn cảm biến RK30002.

 Hình ảnh thực tế


Hình 4: Hình ảnh thực tế cảm biến RK300-02 và các chân nối dây

 Thông số thiết bị
-

Phạm vi: 0-1000 μg/m3

-

Độ chính xác: ± 3% FS @ 25 ℃

-

Cung cấp: 12-24VDC

-

Đầu ra: 4-20mA, 0-5V, 0-10V, RS485

-

Tiêu Thụ điện Năng: Max 150mA, Avg 90mA

-

Thời Gian đáp ứng: < 90s

-

Độ ổn định: < ±2% FS

-

Độ lặp lại: < ±1% FS

5. Khối đo bức xạ
Chức năng: Đo và đưa thông tin về bức xạ mặt trời về bộ phận điều khiển và giám
sát.
Có thể sử dụng các thiết bị sau: Cảm biến RT1 Smart Rooftop và cảm biến
Pyranometer CS320.
Các tiêu chí so sánh:
- Dải đo

- Ngõ ra kết nối được với các thiết bị khác


Cả 2 loại cảm biến đều có chung dải đo: 0 – 2000 W/m 2. Cảm biến Pyranometer
CS320 có ngõ ra SDI-12, cịn cảm biến RT1 Smart Rooftop có ngõ ra RS-485 có thể kết
nối với PLC thuận tiện hơn.

 Hình ảnh thực tế

Hình 5: Hình ảnh thực tế cảm biến RT1 Smart Rooftop và các chân nối dây

 Thông số thiết bị
-

Dải đo bức xạ:0 – 2000 W/m2

-

Độ chính xác/độ phân giải: 1 W/m2

-

Dải quang phổ: 400 – 1100 nm

-

Bất ổn định (thay đổi/năm): < 1%

-

Phi tuyến (0 – 1000 W/m2): < 1%

-

Dải đo nhiệt độ tấm pin: -20 đến 100 oC, ±1 oC

-

Hiệu chuẩn: Pyranometer tham chiếu

-

Tín hiệu kết nối: 1- RS-485 to host
2- Cảm biến nhiệt độ tấm pin

-

Nguồn cấp:5 – 30 VDC

-

Công suất tiêu thụ lớn nhất:60 mW

-

Nhiệt độ hoạt động:-40 đến 80 oC


6. Khối phát hiện vị trí
Chức năng: Khi thiết bị vệ sinh di chuyển đến cuối dải pin, khối phát hiện vị trí sẽ

truyền tín hiệu đến bộ phận điều khiển sau đó thiết bị vệ sinh sẽ di chuyển ngược lại hoặc
dừng lại.
Có thể sử dụng các thiết bị sau: Cảm biến tiệm cận điện dung, cảm biến tiệm cận
điện cảm.
Cảm biến tiệm cận điện dung dùng để phát hiện vật thể kim loại và phi kim, có
phạm vi hoạt động ngắn khoảng vài mm. Còn cảm biến tiệm cận điện cảm dùng để phát
hiện vật thể kim loại, có phạm vi hoạt động xa hơn có thể lên đến vài chục cm. Vì thế
nhóm quyết định chọn cảm biến tiệm cận điện cảm: Cảm biến NPN E3F-DS30C4.

 Hình ảnh thực tế

Hình 6: Hình ảnh thực tế cảm biến NPN E3F-DS30C4 và các chân nối dây

 Thông số thiết bị
-

Đầu ra: NO

-

Khoảng cách điều chỉnh: 5-30cm

-

Điện áp làm việc: 10-30 VdC

-

Dạng tín hiệu ra: NPN Thường mở

-

Môi trường làm việc: -40 - 70°C

-

Dây nâu: VDD,VCC

-

Dây xanh: GND

-

Dây đen: Data

7. Khối đo cơng suất, dịng điện, điện áp
Chức năng: Đo và đưa thông tin về công suất, dòng điện, điện áp về bộ phận điều
khiển và giám sát.
Có thể sử dụng các loại thiết bị sau: Đồng hồ đo PZEM-016 hoặc Đồng hồ đo
PAEM-051
Đồng hồ đo PAEM-051 có điện áp hoạt động tương đối rộng: 6.5-100VDC, cịn đối
với đồng hồ PZEM-016 có điện áp hoạt động cố định 5VDC. Tuy nhiên, chỉ có đồng hồ
PZEM-016 có hỗ trợ xuất ra các thiết bị điều khiển bằng cổng RS485. Ngồi ra đồng hồ
PZEM-016 đo được nhiều thơng số hơn so với đồng hồ PAEM-051. Vì thế nhóm quyết
định lựa chọn đồng hồ đo PZEM-016.

 Hình ảnh thực tế

Hình 7: Hình ảnh thực tế và các chân đấu dây của đồng hồ đo PZEM-016

 Thông số thiết bị
- Model: PZEM-016
-

Điện áp đo và hoạt động: 80 ~ 260VAC / 50 - 60Hz, sai số 0.01

-

Dòng điện đo và hoạt động: 0 ~ 100A, sai số 0.01


-

Công suất đo và hoạt động: 0 ~ 26000W

-

Năng lượng đo và hoạt động: 0~9999kWh.

-

Tín hiệu kết nối: RS485 Modbus.

-

Kích thước: 90 x 60.5 mm

8. Khối di chuyển và khối cọ rửa

Chức năng: Khối di chuyển sẽ giúp thiết bị vệ sinh di chuyển trên bề mặt tấm pin,
còn khối cọ rửa sẽ giúp vệ sinh bề mặt tấm pin.
Có thể sử dụng các loại thiết bị sau: Động cơ Servo và động cơ Step.
Động cơ servo có mơ-men xoắn lớn, nhanh, chính xác trong góc quay giới hạn. Nói
chung thì tốt hơn động cơ bước, nhưng lại khó thiết lập khi điều khiển bằng PWM. Còn
đối với động cơ Step có tốc độ thấp, dễ lắp đặt, khả năng quay chính xác và điều khiển dễ
dàng, đây là những lợi thế so với hầu hết động cơ servo. Giá thành động cơ step cũng
thấp hơn nhiều so với động cơ servo, đồng thời mơ hình của nhóm chỉ cần những thao tác
đơn giản nên động cơ Step sẽ phù hợp hơn.
Động cơ cọ rửa : Động cơ bước 57HBP Nema 23 57HBP80AL4
Động cơ di chuyển: Động cơ bước 57HBP Nema 23 57HBP112AL4

 Hình ảnh thực tế

Hình 8: Hình ảnh thực tế motor 57HBP112AL4 (bên trái), motor 57HBP80AL4
(bên phải) và driver điều khiển


 Thơng số thiết bị
Thơng số

57HBP112AL4

57HBP80AL4

Góc bước

1.8

1.8

Điện áp (VDC)

12-32

12-32

Cường độ dịng (A)

3

3

Nhiệt độ tới hạn

80KMAX

80KMAX

Nhiệt độ mơi trường

-400C - 550C

-400C - 550C

Vật liệu cách điện

500VDC100MMin

500VDC100MMin

Độ bền cách điện

1000VAC50Hz1mAMin

1000VAC50Hz1mAMin

Momen xoắn tĩnh

2.8

2

Chiều dài thân (mm)

112

80

Đường kính trục

8

8

Chiều dài trục (mm)

22

22

Trọng lượng (kg)

1.68

1.08

(Nm)

(mm)

9. Khối dẫn nước và Khối dẫn dung dịch tẩy rửa
Chức năng: Dẫn nước và dung dịch tẩy rửa đến tấm pin để làm mát hoặc vệ sinh bề
mặt tấm pin.
Có thế sử dụng các loại thiết bị: Van cơ khí hoặc Van điện từ. Van cơ khí có thể
điều chỉnh lưu lượng dung dịch qua van nhưng không thể kết nối hay nhận tín hiệu từ
các thiết bị điều khiển. Vì vậy nhóm chọn Van điện từ UNI-D dùng để dẫn nước và dung
dịch tẩy rửa.

 Hình ảnh thực tế


Hình 9: Hình ảnh thực tế và các chân kết nối của Van điện từ UNI-D

 Thông số thiết bị
-

Loại van: Van thường đóng

-

Kiểu lắp: Nối ren BSPT, NPT, BSP

-

Chất liệu: Đồng thau

-

Loại : 2 ngã (2 cửa)

-

Đầu coil: 24V DC, 220V AC

-

Dùng được cho: Nước, khí, dầu nhẹ

-

Nhiệt độ làm việc: -5 ~ 80 độ C

-

Áp suất làm việc: Nước, dầu nhẹ (0 ~ 5 kgf/cm2), khí (0 ~ 7 kgf/cm2)

10. Khối điều khiển
Trong quá trình học tập và thực hành tại trường, nhóm được tiếp xúc và làm việc
nhiều với PLC S7 1200 cùng với thiết kế nhỏ gọn, tính năng vượt trội, hỗ trợ tập lệnh thư

viện nâng cao, với các thiết bị sẵn có tại phịng lab D205. Nhóm đã lựa chọn CPU 1215C
DC/DC/DC làm bộ xử lí trung tâm.

 Hình ảnh thực tế


 Thông số thiết bị
- SIMATIC S7-1200, CPU 1215C, Compact CPU, DC/DC/DC, 2 PROFINET
PORT
DC

- Onboard I/O: 14 DI 24VDC; 10 DO 24VDC 0.5A, 2 AI 0-10VDC, 2 AO 0-20mA
- Power supply: DC 20.4 – 28.8 V DC
- Program/Data memory: 125 KB (6ES7215-1AG40-0XB0)


PHẦN 2: SƠ ĐỒ KẾT NỐI DÂY