THIẾT kế ROBOT tự HÀNH điều KHIỂN XA PHỤC vụ CÔNG tác GIÁM sát vận HÀNH TRẠM BIẾN áp 110KV KHÔNG NGƯỜI TRỰC, ỨNG DỤNG tại CÔNG TY điện lực THỪA THIÊN HUẾ

2022

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA ĐIỆN

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ỨNG DỤNG TẠI CÔNG TY ĐIỆN LỰCTHỪA THIÊN HUẾ

HUỲNH QUỐC HÙNG THIẾT KẾ ROBOT TỰ HÀNH ĐIỀU KHIỂN XA PHỤC VỤ CÔNG TÁC GIÁM SÁT VẬN HÀNH TRẠM BIẾN ÁP 110KV KNT,

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

CAPSTONE PROJECT
CHUYÊN NGÀNH:
KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA
ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ ROBOT TỰ HÀNH ĐIỀU KHIỂN XA
PHỤC VỤ CÔNG TÁC GIÁM SÁT VẬN HÀNH
TRẠM BIẾN ÁP 110KV KHÔNG NGƯỜI TRỰC,
ỨNG DỤNG TẠI CÔNG TY ĐIỆN LỰC
THỪA THIÊN HUẾ
Người hướng dẫn
Sinh viên thực hiện
Số thẻ sinh viên
Lớp

: PSG.TS LÊ TIẾN DŨNG
KS. CAO HUY ĐỖ
: HUỲNH QUỐC HÙNG
: 105170348

: 17TDH2

Đà Nẵng, 03/2022

TIEU LUAN MOI download : moi nhat


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA ĐIỆN

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
CAPSTONE PROJECT
CHUYÊN NGÀNH:
KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA
ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ ROBOT TỰ HÀNH ĐIỀU KHIỂN XA
PHỤC VỤ CÔNG TÁC GIÁM SÁT VẬN HÀNH
TRẠM BIẾN ÁP 110KV KHÔNG NGƯỜI TRỰC,
ỨNG DỤNG TẠI CÔNG TY ĐIỆN LỰC
THỪA THIÊN HUẾ
Người hướng dẫn
Nhóm sinh viên thực hiện

: PSG.TS LÊ TIẾN DŨNG
KS. CAO HUY ĐỖ
: PHẠM VĂN PHÚ
NGUYỄN THIỆN TÂN
HUỲNH QUỐC HÙNG

Đà Nẵng, 03/2022

TIEU LUAN MOI download : moi nhat


TIEU LUAN MOI download : moi nhat


TIEU LUAN MOI download : moi nhat


TÓM TẮT
Tên đề tài: “Thiết kế robot tự hành điều khiển xa phục vụ công tác giám sát vận hành
trạm biến áp 110kV không người trực, ứng dụng tại Công ty Điện lực Thừa Thiên
Huế”.
Sinh viên thực hiện: Huỳnh Quốc Hùng
Số thẻ SV: 105170348

Lớp: 17TDH2

Hiện nay nhu cầu sử dụng điện để đáp ứng sự phát triển của nền kinh tế và phục vụ
đời sống ngày càng tăng. Để góp phần giảm thiểu những thiệt hại lớn về kinh tế do mất
điện, việc kiểm tra thường xuyên các thiết bị đường dây và trạm biến áp nhằm phát hiện
nguy cơ sớm nhất có thể để lên kế hoạch bảo trì vô cùng quan trọng. Đây là yêu cầu thiết
yếu của hệ thống điện hiện đại và lưới điện thông minh. Sự an toàn và hoạt động ổn định
của các thiết bị trạm biến áp đóng một vai trị quan trọng trong toàn bộ hệ thống điện.
Các phương án giám sát phổ biến hiện nay có một vài nhược điểm sau: đòi hỏi nhiều
nhân lực (các trạm bán tự động), chi phí lắp đặt cao nhưng tính linh hoạt của thiết bị
giám sát không cao (các trạm không người trực sử dụng camera giám sát cố định hoặc

trượt trên thanh ray).
Như vậy, để khắc phục các nhược điểm đã phân tích ở trên, nhóm sinh viên đề xuất
phương án sử dụng Robot tự hành để giám sát, quan sát trạng thái các thiết bị cũng như
thu thập số liệu. Robot có khả năng di chuyển tự do linh hoạt từ đó mở rộng phạm vi
giám sát. Ngồi ra, Robot cần tích hợp thêm một số chức năng như phát hiện âm thanh
bất thường từ thiết bị, cảnh báo nhiệt độ, độ ẩm, khả năng tương tác, điều khiển bằng tay
từ trung tâm điều khiển, …
Trên cở sở đề xuất, sinh viên thực hiện xây dựng được mơ hình Mobile Robot mang
camera giám sát thu thập dữ liệu, đưa ra cảnh báo cho các thiết bị trong trạm biến áp,
lưu trữ và truy xuất dữ liệu giám sát của robot. Kiểm nghiệm khả năng hoạt động trong
thực tế, đánh giá tính hiệu quả của đề tài.

TIEU LUAN MOI download : moi nhat


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

CỘNG HỊA XÃ HƠI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

KHOA ĐIỆN

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
TT

Họ tên sinh viên

Số thẻ SV

Lớp

1

Phạm Văn Phú

105170416

17TDHCLC1

2

Nguyễn Thiện Tân

105170421

17TDHCLC1

3

Huỳnh Quốc Hùng

105170348

17TDH2

Ngành
Kỹ thuật điều khiển

và Tự động hóa
Kỹ thuật điều khiển
và Tự động hóa
Kỹ thuật điều khiển
và Tự động hóa

1. Tên đề tài đồ án:
Thiết kế Robot tự hành điều khiển xa phục vụ công tác giám sát vận hành trạm biến
áp 110kV không người trực, ứng dụng tại Công ty Điện lực Thừa Thiên Huế
2. Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực hiện
3. Các số liệu và dữ liệu ban đầu:
- Thông số robot
- Bản vẽ mặt bằng TBA
- Các thông số TBA
4. Nội dung các phần thuyết minh và tính tốn:
a. Phần chung:
TT
Họ tên sinh viên
Nội dung
1

Phạm Văn Phú

- Khảo sát, tìm hiểu các trạm biến áp 110kV trên địa
bản tỉnh Thừa Thiên Huế.

2

Nguyễn Thiện Tân

- Thu thập và nghiên cứu các tài liệu, các bài báo khoa

3

Huỳnh Quốc Hùng

học trong và ngoài nước liên quan đến robot tự hành
trong trạm.

1

Nguyễn Thiện Tân

2

Huỳnh Quốc Hùng

- Tính tốn lựa chọn linh kiện

TIEU LUAN MOI download : moi nhat


b. Phần riêng:
TT
Họ tên sinh viên

Nội dung
- Thiết kế mô hình cơ khí robot trên SolidWorks
1
Phạm Văn Phú

- Xây dựng mơ hình động học cho robot
- Mơ phỏng kiểm nghiệm động học trên Matlab
2
Nguyễn Thiện Tân - Nghiên cứu thiết kế mạch điều khiển
- Nghiên cứu giải pháp truyền thông, trao đổi dữ liệu
3
Huỳnh Quốc Hùng
cho robot
5. Các bản vẽ, đồ thị (ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ):
a. Phần chung:
TT
Họ tên sinh viên
Nội dung
1
Nguyễn Thiên Tân
- Sơ đồ điện (A3)
2
Huỳnh Quốc Hùng
b. Phần riêng:
TT
Họ tên sinh viên
Nội dung
1
Phạm Văn Phú
- Mơ hình cơ khí robot (3D Solidworks)
2
Nguyễn Thiện Tân
3
Huỳnh Quốc Hùng
6. Họ tên người hướng dẫn:

Phần/ Nội dung:

PGS.TS Lê Tiến Dũng
KS. Cao Huy Đỗ
7. Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 20/09/2021
8. Ngày hoàn thành đồ án:
17/03/2022

Đà Nẵng, ngày
Trưởng Bộ mơn Tự động hóa

tháng

năm 2022

Người hướng dẫn

TS. Giáp Quang Huy

TIEU LUAN MOI download : moi nhat


LỜI NĨI ĐẦU
Trong suốt q trình học tập tại Trường Đại Học Bách Khoa - Đại học Đà Nẵng,
chúng em đã được các thầy cơ giáo tận tình truyền đạt những kiến thức, kinh nghiệm
quý giá trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu cũng như trong quá trình thực hiện
đề tài. Với lịng biết ơn sâu sắc, nhóm em xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô Khoa Điện,
Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng. Riêng với đồ án tốt nghiệp này chúng
em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới thầy PGS.TS Lê Tiến Dũng, là giảng viên

hướng dẫn của nhóm, đã tận tình chỉ bảo cũng như tạo điều kiện thuận lợi giúp chúng
em trong suốt q trình làm đồ án.
Nhóm cũng xin gửi lời cảm ơn đến anh Cao Huy Đỗ và Công ty Điện Lực Thừa
Thiên Huế đã tạo điều kiện thuận lợi, hướng dẫn tận tình để nhóm tiếp cận thực tế làm
việc tại cơng ty.
Trong q trình thực hiện, các nghiên cứu của đề tài đã được nhóm tổng hợp viết
thành các bài báo trình bày tại 02 hội nghị: “Hội nghị sinh viên NCKH Student Forum
2021” và “Hội nghị Sinh viên NCKH Khoa Điện năm học 2021-2022”.
Chúng em đã cố gắng để hoàn thiện đề tài một cách tốt nhất có thể, xong khơng thể
tránh khỏi những thiếu sót vì lượng kiến thức cũng như kinh nghiệm làm việc thực tế
còn hạn chế. Rất mong nhận được sự chỉ bảo và góp ý của các thầy cô cũng như các anh
kỹ sư tại công ty để có thể hồn thiện đồ án một cách tốt hơn.

SINH VIÊN THỰC HIỆN

HUỲNH QUỐC HÙNG

i

TIEU LUAN MOI download : moi nhat


CAM ĐOAN
Nhóm xin cam đoan đề tài: “Thiết kế Robot tự hành điều khiển xa phục vụ công
tác giám sát vận hành trạm biến áp 110kV không người trực, ứng dụng tại Công ty Điện
lực Thừa Thiên Huế” là kết quả quá trình nghiên cứu thực hiện dưới sự hướng dẫn của
Thầy PGS. TS Lê Tiến Dũng và anh Cao Huy Đỗ. Nội dung lý thuyết có sử dụng một
số tài liệu tham khảo đã được trích dẫn nguồn, chú thích rõ ràng và được trình bày trong
phần tài liệu tham khảo. Ngồi ra khơng có bất cứ sự sao chép của người khác. Các số
liệu, chương trình phần mềm mơ phỏng và những kết quả trình bày trong báo cáo là

hồn tồn trung thực. Nhóm xin hồn tồn chịu trách nhiệm trước bộ môn, khoa và nhà
trường về sự cam đoan này.

SINH VIÊN THỰC HIỆN

HUỲNH QUỐC HÙNG

ii

TIEU LUAN MOI download : moi nhat


MỤC LỤC
MỤC LỤC ..................................................................................................................... iii
DANH SÁCH HÌNH ẢNH ........................................................................................... vi
DANH SÁCH CÁC BẢNG ........................................................................................ viii
DANH SÁCH KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT ............................................................ ix
MỞ ĐẦU ..........................................................................................................................1
TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI .....................................................................3
1.1

GIỚI THIỆU .......................................................................................................3

1.2

TỔNG QUAN VỀ TRẠM BIẾN ÁP TẠI PC THỪA THIÊN HUẾ .................3

1.2.1 Tình hình tự động hóa trạm biến áp ................................................................3
1.2.2 Đánh giá hệ thống vận hành hiện tại ...............................................................4
1.3

TÌNH HÌNH ỨNG DỤNG ROBOT TRONG TRẠM TỰ ĐỘNG HĨA ...........5

1.3.1 Ngồi nước ......................................................................................................5
1.3.2 Trong nước ......................................................................................................6
1.3.3 Phân tích đánh giá các giải pháp giám sát hiện có ..........................................8
1.4

GIẢI PHÁP CỦA ĐỀ TÀI .................................................................................8

1.4.1 Mục tiêu đề tài.................................................................................................8
1.4.2 Đóng góp dự kiến đạt được .............................................................................9
1.5

KẾT LUẬN .........................................................................................................9

QUY TRÌNH THAO TÁC, KIỂM TRA, GIÁM SÁT CÁC THIẾT
BỊ TRONG TRẠM BIẾN ÁP 110KV .........................................................................10
2.1

GIỚI THIỆU .....................................................................................................10

2.2

TÌM HIỂU MƠ HÌNH TRẠM BIẾN ÁP 110KV PHÚ BÀI ...........................10

2.2.1 Các kết cấu lắp đặt và bố trí thiết bị trạm biến áp 110kV Phú Bài ...............11
2.2.2 Một số sự cố xảy ra trong trạm biến áp 110kV .............................................14
2.2.3 Hệ thống Camera giám sát, cảnh báo xâm nhập, báo cháy và hệ thống điều
khiển bảo vệ trong trạm biến áp 110kV Phú Bài ...................................................15

iii

TIEU LUAN MOI download : moi nhat


2.3 CÁC QUY TRÌNH KIỂM TRA, GIÁM SÁT VÀ THAO TÁC CÁC THIẾT
BỊ TRONG TRẠM 110KV ........................................................................................18
2.4

KẾT LUẬN .......................................................................................................18
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ ROBOT TỰ HÀNH PHỤC VỤ GIÁM

SÁT TRẠM BIẾN ÁP 110KV .....................................................................................19
3.1

GIỚI THIỆU .....................................................................................................19

3.2

CƠ SỞ THIẾT KẾ ............................................................................................19

3.2.1 Yêu cầu thiết kế.............................................................................................19
3.2.2 Lựa chọn phương án thiết kế.........................................................................20
3.3

THIẾT KẾ CƠ KHÍ ..........................................................................................20

3.3.1 Bản vẽ 2D của thiết kế ..................................................................................20
3.3.2 Bản vẽ 3D của thiết kế ..................................................................................21

3.3.3 Động học của robot .......................................................................................22
3.3.4 Động lực học của robot .................................................................................25
3.4

THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN ..................................................................................26

3.4.1 Vi điều khiển STM32F439VIT6 ...................................................................28
3.4.2 Camera ..........................................................................................................29
3.4.3 Module định vị GPS ......................................................................................30
3.4.4 Module ZED-F9P RTK GNSS .....................................................................30
3.4.5 Module cảm biến siêu âm .............................................................................31
3.4.6 Module cảm biến 10DOF (Gia tốc kế, Con quay hồi chuyển, La bàn điện tử,
Áp suất) ..................................................................................................................32
3.4.7 Module BTS7960 điều khiển động cơ 43A ..................................................33
3.4.8 Động cơ .........................................................................................................34
3.4.9 Module Router Wifi ......................................................................................34
3.4.10

Bo mạch giảm áp DC-DC Buck Mini 3A V2 .........................................35

3.4.11

Máy tính PC Mini NUC INTEL BOXNUC7CJYH2 R4S120 ...............36

3.5

MẠCH ĐIỀU KHIỂN.......................................................................................36
iv

TIEU LUAN MOI download : moi nhat

3.6

KẾT LUẬN .......................................................................................................37
NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP ĐỊNH VỊ DẪN ĐƯỜNG VÀ TRUYỀN

THÔNG DỮ LIỆU CHO ROBOT ..............................................................................38
4.1

GIỚI THIỆU .....................................................................................................38

4.2

PHẦN MỀM LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN .......................................................38

4.3

GIẢI PHÁP ĐỊNH VỊ VÀ DẪN ĐƯỜNG ......................................................40

4.3.1 Hệ thống dẫn đường quán tính INS ..............................................................40
4.3.2 Hệ thống định vị toàn cầu GPS .....................................................................42
4.3.3 Hệ thống định vị dẫn đường tích hợp GPS/INS ...........................................43
4.4 XÂY DỰNG MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN VÀ THU THẬP DỮ LIỆU, THIẾT
KẾ GIẢI PHÁP TRUYỀN THƠNG .........................................................................45
4.4.1 Xây dựng mơ hình điều khiển và thu thập dữ liệu ........................................45
4.4.2 Xây dựng đường truyền dữ liệu, tín hiệu điều khiển ....................................47
4.5

KẾT LUẬN .......................................................................................................48

MƠ PHỎNG KIỂM NGHIỆM............................................................49

5.1

KIỂM NGHIỆM ĐỘNG HỌC .........................................................................49

5.1.1 Mơ hình mơ phỏng kiểm nghiệm ..................................................................49
5.1.2 Kết quả mô phỏng .........................................................................................50
5.2

KẾT LUẬN .......................................................................................................54

KẾT LUẬN CHUNG ...................................................................................................55
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................56
PHỤ LỤC ......................................................................................................................57

v

TIEU LUAN MOI download : moi nhat


DANH SÁCH HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Robot Big Mouse ..................................................................................... 5
Hình 1.2 Một số Robot tự hành trạm biến áp trong thực tế .................................... 6
Hình 1.3 Robot giám sát tại trạm biến áp 110kV Hội An ...................................... 7
Hình 1.4 Camera trượt giám sát các thiết bị ........................................................... 7
Hình 2.1 Mặt bằng bố trí thiết bị TBA 110kV ở Phú bài ..................................... 12
Hình 2.2 Mặt bằng, mặt bên và mặt đứng phịng điều khiển TBA 110kV........... 13
Hình 2.3 Camera trượt giám sát các thiết bị ......................................................... 15
Hình 3.1 Mơ phỏng 2D thiết kế cơ khí của mơ hình Robot ................................. 20

Hình 3.2 Hệ thống bánh đai của mơ hình Robot .................................................. 21
Hình 3.3 Mơ phỏng 3D thiết kế cơ khí của mơ hình Robot ................................. 21
Hình 3.4 Đồ thi mơ tả hướng và vị trí của Mobile Robot..................................... 22
Hình 3.5 Mơ hình hình học của Robot ................................................................. 22
Hình 3.6 Mơ hình hình học của Robot ................................................................. 24
Hình 3.7 Sơ đồ tổng quan phần cứng của robot ................................................... 27
Hình 3.8 Hình ảnh thực tế của MCU STM32F439VIT6 ...................................... 28
Hình 3.9 Camera zoom và Camera nhiệt .............................................................. 29
Hình 3.10 Hình ảnh module định vị GPS ............................................................. 30
Hình 3.11 Hình ảnh thực tế và sơ đồ nối dây cảm biến ........................................ 32
Hình 3.12 Module DFRobot 10DOF .................................................................... 33
Hình 3.13 Module BTS7960 điều khiển động cơ 43A ......................................... 33
Hình 3.14 Động cơ DC RS550 ............................................................................. 34
Hình 3.15 Router Wifi .......................................................................................... 35
Hình 3.16 Bo mạch giảm áp DC-DC Buck Mini 3A ............................................ 35
Hình 3.17 PC Mini NUC INTEL BOXNUC7CJYH2 .......................................... 36
Hình 3.18 Cấu trúc mạch điều khiển .................................................................... 37
Hình 4.1 Giao diện chính của phần mềm STM32CubeIDE ................................. 39
Hình 4.2 Giao diện chính của phần mềm STM32CubeIDE ................................. 39
vi

TIEU LUAN MOI download : moi nhat


Hình 4.3 Các cấu trúc của khối IMU .................................................................... 41
Hình 4.4 Cấu trúc GPS/INS vịng mở................................................................... 43
Hình 4.5 Cấu trúc GPS/INS vịng kín ................................................................... 44
Hình 4.6 Cấu trúc tích hợp GPS/INS vịng kín..................................................... 44
Hình 4.7 Mơ hình điều khiển và thu thập dữ liệu của Robot................................ 46
Hình 4.8 Giao tiếp giữa vi điều khiển và thiết bị ngoại vi.................................... 47

Hình 5.1 Sơ đồ khối mơ hình kiểm nghiệm động học .......................................... 49
Hình 5.2 Mơ hình mơ phỏng động học trong Simulink ........................................ 50
Hình 5.3 Kết quả mơ phỏng chuyển động thẳng .................................................. 51
Hình 5.4 Kết quả mơ phỏng quỹ đạo thẳng về vị trí và hướng ............................ 51
Hình 5.5 Kết quả đáp ứng vận tốc của robot ........................................................ 52
Hình 5.6 Quỹ đạo mong muốn ............................................................................. 52
Hình 5.7 Kết quả mơ phỏng quỹ đạo trịn ............................................................ 53
Hình 5.8 Kết quả mơ phỏng các giá trị về vị trí và hướng ................................... 53
Hình 5.9 Đáp ứng về vận tốc của hệ thống........................................................... 54

vii

TIEU LUAN MOI download : moi nhat


DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật của MCU STM32F4VIT6 ....................................... 28
Bảng 3.2 Thông số kĩ thuật Camera nhiệt ............................................................ 29
Bảng 3.3 Thông số kĩ thuật Camera zoom ........................................................... 30
Bảng3.4 Thông số kỹ thuật của module ZED-F9P ............................................... 31
Bảng 3.5 Bảng thông số kỹ thuật của DFRobot A02YYUW ............................... 32
Bảng3.6 Bảng thông số kỹ thuật của DFRobot 10DOF ....................................... 32
Bảng 3.7 Bảng thông số kỹ thuật của module BTS7960 ...................................... 33
Bảng 3.8 Bảng thông số kỹ thuật của động cơ ..................................................... 34
Bảng 3.9 Bảng thông số kỹ thuật của Router Wifi ............................................... 34
Bảng 3.10 Bảng thông số kỹ thuật của bo mạch DC-DC Buck Mini 3A ............. 35
Bảng 3.11 Bảng thông số kỹ thuật PC Mini NUC INTEL BOXNUC7CJYH2 ... 36
Bảng 4.1 Một số lỗi gây ra bởi cảm biến quán tính .............................................. 42

viii

TIEU LUAN MOI download : moi nhat


DANH SÁCH KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT
DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT
SCADA

Supervisory Control and Data Acquisition

HMI

Human Machine Interface

KNT

Không người trực

MBA

Máy biến áp

WMR

Wheeled mobile robot

COG

Center of gravity

DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU
p

Vector vị trí

q

Biến tổng quát

v, 𝒗

Véc tơ vận tốc tuyến tính

τ (N)

Véc tơ momen

ω, 𝛉̇

Véc tơ vận tốc góc

ϕ

Hướng của WMR

G

Trọng tâm thân robot

a

1

b

Khoảng cách từ G đến trục bánh xe

R

Bán kính cong tức thời

α

Góc lệch giữa vector khoảng cách và vector hướng

β

Góc hướng của robot tại điểm đích

ρ

Khoảng cách từ vị trí hiện tại tới vị trí đích của robot

2

Chiều rộng thân xe

ix

TIEU LUAN MOI download : moi nhat

Thiết kế robot tự hành phục vụ công tác giám sát trạm biến áp 110kV khơng người trực

MỞ ĐẦU
TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Hiện nay nhu cầu sử dụng điện để đáp ứng sự phát triển của nền kinh tế và phục vụ
đời sống ngày càng tăng. Để góp phần giảm thiểu những thiệt hại lớn về kinh tế do mất
điện, việc kiểm tra thường xuyên các thiết bị đường dây và trạm biến áp nhằm phát hiện
nguy cơ sớm nhất có thể để lên kế hoạch bảo trì vơ cùng quan trọng. Đây là yêu cầu thiết
yếu của hệ thống điện hiện đại và lưới điện thông minh. Sự an toàn và hoạt động ổn định
của các thiết bị trạm biến áp đóng một vai trị quan trọng trong toàn bộ hệ thống điện.
Các phương án giám sát phổ biến hiện nay có các nhược điểm sau:
o Tại các trạm biến áp được trang bị hệ thống camera cố định, lắp đặt tại nhiều vị
trí khác nhau, thiết bị có góc quan sát bị giới hạn.
o Với số lượng camera lớn, đòi hỏi dung lượng đường truyền dữ liệu từ trạm đến
trung tâm điều khiển phải đủ lớn.
o Một số hiện tượng bất thường tại trạm biến áp: nhiệt độ, độ ẩm mơi trường vận
hành cao, rị rỉ, phóng điện tại các tủ bảng, … chỉ được phát hiện khi nhân viên
đến trạm để kiểm tra định kỳ.
Để khắc phục các nhược điểm đã phân tích ở trên, nhóm sinh viên đề xuất phương
án sử dụng robot tự hành để giám sát, quan sát trạng thái các thiết bị cũng như thu thập
dữ liệu. Robot có khả năng di chuyển tự do linh hoạt từ đó mở rộng phạm vi giám sát.
Ngồi ra, robot có tích hợp thêm một số chức năng như phát hiện âm thanh bất thường
từ thiết bị, cảnh báo nhiệt độ, độ ẩm, khả năng tương tác, điều khiển bằng tay từ trung
tâm điều khiển.
MỤC TIÊU ĐỀ TÀI
Ứng dụng robot có gắn camera và bảng điều khiển có khả năng vận hành tự động
hoặc điều khiển xa. Mơ hình robot được chọn lựa để ứng dụng phục vụ trong đề tài có
khả năng xác định và di chuyển đến vị trí phù hợp trên tồn bộ mặt bằng trạm để cung

cấp dữ liệu hình ảnh chính xác, rõ ràng về trung tâm điều khiển. robot được trang bị các
cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, âm thanh, chống va chạm.

Sinh viên thực hiện: Huỳnh Quốc Hùng

Hướng dẫn: PGS.TS Lê Tiến Dũng

1

KS. Cao Huy Đỗ

TIEU LUAN MOI download : moi nhat


Thiết kế robot tự hành phục vụ công tác giám sát trạm biến áp 110kV không người trực

CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI
a.

Cách tiếp cận
- Đầu tiên, khảo sát các trạm biến áp 110kV trên địa bản tỉnh Thừa Thiên Huế,
xác định các đối tượng cần giám sát, các vị trí robot có thể di chuyển đến.
- Khảo sát sơ đồ mặt bằng, các lối vào ra và bố trí thiết bị trong trạm biến áp.
- Từ các kết quả khảo sát thực tế kết hợp với các yêu cầu đặt ra, nhóm thực hiện
đề tài sẽ nghiên cứu các thông số chi tiết cho robot và lựa chọn các thiết bị phụ
trợ, từ đó đề ra phương án thiết kế phần cơ khí, phần điều khiển, thu thập dữ liệu
cho robot.

b.

Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: thu thập và nghiên cứu các tài liệu, các bài
báo khoa học trong và ngoài nước liên quan đến robot tự hành, robot camera;
giải pháp định vị vị trí, truyền dữ liệu...
- Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: nghiên cứu mơ hình vận hành trạm biến
áp không người trực; nghiên cứu điều khiển robot tự hành; xây dựng phần mềm
giám sát, điều khiển và thu thập dữ liệu.
- Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm mơ hình robot.
- Xem xét ứng dụng các phương pháp điều khiển phù hợp cho robot.
- Kiểm chứng, đánh giá thực nghiệm vận hành của robot tại các trạm biến áp.

CẤU TRÚC CỦA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Chương 1: Tổng quan đề tài.
Chương 2: Quy trình thao tác, kiểm tra, giám sát các thiết bị trong TBA 110kV.
Chương 3: Nghiên cứu thiết kế robot tự hành phục vụ giám sát TBA1 10kV.
Chương 4: Nghiên cứu giải pháp định vị dẫn đường và truyền thông dữ liệu cho
Robot.
- Chương 5: Mô phỏng kiểm nghiệm.
-

Sinh viên thực hiện: Huỳnh Quốc Hùng

Hướng dẫn: PGS.TS Lê Tiến Dũng

2

KS. Cao Huy Đỗ

TIEU LUAN MOI download : moi nhat

Thiết kế robot tự hành phục vụ công tác giám sát trạm biến áp 110kV không người trực

TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
1.1 GIỚI THIỆU
Với yêu cầu nâng cao năng lực tự động hóa lưới điện, trong những năm qua các
đơn vị trực thuộc ngành điện đã tích cực nghiên cứu, ứng dụng nhiều công nghệ khác
nhau cho hệ thống tự động hóa các trạm biến áp. Giải pháp ứng dụng robot tự hành phục
vụ trong công tác vận hành giám sát tại các TBA KNT ở nước ta cũng đang rất được
quan tâm. Robot di động được sử dụng trong nhiều lĩnh vực nhờ khả năng chuyển động
linh hoạt, thông minh mà khơng có tác động của con người. Đặc biệt, nó có thể thay thế
con người trong các nhiệm vụ nguy hiểm như: tìm kiếm vật liệu nổ, vận chuyển hàng
hóa trong mơi trường độc hại, giám sát an ninh…
Trong chương 1 này sẽ giới thiệu tổng quan về tự động hóa trạm ở nước ta cũng
như tình hình phát triển, ứng dụng robot vào các trạm biến áp ở trong và ngoài nước.
1.2 TỔNG QUAN VỀ TRẠM BIẾN ÁP TẠI PC THỪA THIÊN HUẾ
1.2.1 Tình hình tự động hóa trạm biến áp
Thực hiện chủ trương của EVN về việc nâng cao năng lực tự động hóa lưới điện,
hiện nay hầu hết các trạm biến áp trên lưới đã được chuyển đổi theo hướng quản lý và
vận hành theo nhóm từ các trung tâm điều khiển và khơng cần nhân viên vận hành tại
từng trạm. Trạm biến áp KNT đóng vai trị là các điểm kết nối cơ sở dến các trung tâm
điều khiển từ xa, thông qua đề án “Phát triển lưới điện thơng mình tại Việt Nam” do Thủ
tướng Chính phủ phê duyệt, ngành điện đặt mục tiêu đến năm 2021, 100% Trạm biến áp
110kV được điều khiển từ xa và vận hành theo mơ hình trạm biến áp KNT. Việc nâng
cấp các trạm và vận hành KNT đã giúp nâng cao năng lực vận hành bằng các hệ thống
máy tính tích hợp từ đó giảm đáng kể chi phí vận hành. Các trạm biến áp cần được tập
trung vào một hoặc nhiều trung tâm để dễ dàng theo dõi, quản lý vận hành, điều độ công
suất trong lưới điện truyền tải, phân phối và giảm các lỗi thao tác do vận hành gây ra.
Trên cơ sở tiếp cận nhanh chóng các thành tựu của cuộc cách mạng cơng nghiệp
4.0, tính đến nay PC Thừa Thiên Huế đã đưa vào vận hành an toàn, ổn định và hiệu quả

11/11 TBA 110kV không người trực trên địa bàn tỉnh. Hồn thành việc nâng cấp, trang
bị hệ thống cơng nghệ hiện đại cho phép Trung tâm điều khiển hệ thống điện (TTĐK)
thu thập dữ liệu và vận hành, điều khiển xa đối với hệ thống các thiết bị chính trong
TBA.
Sinh viên thực hiện: Huỳnh Quốc Hùng

Hướng dẫn: PGS.TS Lê Tiến Dũng

3

KS. Cao Huy Đỗ

TIEU LUAN MOI download : moi nhat


Thiết kế robot tự hành phục vụ công tác giám sát trạm biến áp 110kV không người trực

1.2.2 Đánh giá hệ thống vận hành hiện tại
- Lợi ích:
Tại PC Thừa Thiên Huế khi các trạm biến áp KNT và trung tâm điều khiển được
đưa vào vận hành đã mang lại những lợi ích:
o Giảm nhân sự, chi phí vận hành và chi phí đầu tư.
o Giảm thời gian mất điện.
o Giảm tổn thất điện năng.
o Nâng cao chất lượng điện năng.
o Bảo trì tốt hơn, vận hành tối ưu và hạn chế được tai nạn lao động.
o Quản lý thông tin được tốt hơn.
- Hạn chế:
Mặc dù đã đem lại rất nhiều lợi ích tuy nhiên cơng tác vận hành giám sát các trạm
biến áp KNT vẫn còn tồn tại một số hạn chế:

o Giao diện HMI của hệ thống SCADA chỉ thể hiện trạng thái logic đóng cắt
của thiết bị, không thể hiện được trạng thái vật lý hay tình trạng thực của thiết
bị (đóng/cắt, lỗi, …).
o Hệ thống camera cố định không thể quan sát được chi tiết tình trạng thiết bị:
cờ trạng thái, đèn tín hiệu, thơng số hiển thị trên các thiết bị đo hoặc bảo vệ.
o Với số lượng camera lớn, đòi hỏi dung lượng đường truyền dữ liệu từ trạm
đến trung tâm điều khiển phải đủ lớn, tuy nhiên hiện nay các kênh truyền dẫn
từ các trạm 110kV về trung tâm chỉ đáp ứng tốc độ dưới 10mb/s, việc truyền
dữ liệu hình ảnh của nhiều camera, độ phân giải cao sẽ hạn chế.
o Việc trao đổi thông tin giữa nhân viên vận hành tại trạm và nhân viên tại trung
tâm điều khiển được thực hiện qua điện thoại, khơng có tính tương tác, gây
khó khăn trong công tác theo dõi thực hiện lệnh công tác, đặc biệt trong việc
hướng dẫn xử lý sự cố thiết bị.
o Một số hiện tượng bất thường tại trạm biến áp: nhiệt độ, độ ẩm môi trường
vận hành cao, rị rỉ, phóng điện tại các tủ bảng, ... chỉ được phát hiện khi nhân
viên đến trạm để kiểm tra định kỳ.

Sinh viên thực hiện: Huỳnh Quốc Hùng

Hướng dẫn: PGS.TS Lê Tiến Dũng

4

KS. Cao Huy Đỗ

TIEU LUAN MOI download : moi nhat


Thiết kế robot tự hành phục vụ công tác giám sát trạm biến áp 110kV khơng người trực

1.3 TÌNH HÌNH ỨNG DỤNG ROBOT TRONG TRẠM TỰ ĐỘNG HĨA
1.3.1 Ngồi nước
Trong những năm 1980, các ấn phẩm đầu tiên về robot di động được ứng dụng cho
các trạm biến áp ra đời, một trong số đó mơ tả một robot tuần tra được phát triển bởi
Chubu Electric Power [1]. Robot di động này được trang bị camera hồng ngoại, camera
màu, máy dị xung nhịp bất thường. Nó sử dụng nguồn năng lượng từ pin, hoạt động
trong 2.5 giờ và có thể được sạc lại ở trạm nạp điện trong trạm biến áp. Sau đó, các nhóm
nghiên cứu người Mỹ, Nhật Bản và các nước khác đã nghiên cứu về robot kiểm tra trạm
biến áp và đã đạt được nhiều kết quả nghiên cứu có giá trị. Robot Big Mouse phát triển
Cơng ty Điện lực Shikoku Nhật Bản là một ví dụ điển hình.

Hình 1.1 Robot Big Mouse
Từ năm 2002, robot kiểm tra trạm biến áp cũng đã được thực hiện bởi Tập đoàn
lưới điện Trung Quốc đã được phát triển thành công. Đến năm 2010, với sự phát triển
của xã hội, sự già hóa dân số ngày càng nghiêm trọng dẫn đến chi phí nguồn nhân lực
liên tục tăng. Nhu cầu về sử dụng robot thay thế nhân lực cũng từ đó trở nên cấp bách,
do đó rất nhiều tổ chức nghiên cứu khoa học đã phát triển nhiều loại robot kiểm tra khác
nhau. Đến thời điểm hiện tại nhiều robot thông minh để kiểm tra trong trạm biến áp được
nghiên cứu phát triển ngày càng hiện đại và sử dụng công nghệ kỹ thuật tiên tiến mang
lại độ tin cậy trong cơng tác giám sát. Có thể kể đến: robot FPL của hãng Black PR Wire,
robot của hãng Xinhengjia, robot của hãng Huanzheng, Robot S3.2 của SMP, ...

Sinh viên thực hiện: Huỳnh Quốc Hùng

Hướng dẫn: PGS.TS Lê Tiến Dũng

5

KS. Cao Huy Đỗ

TIEU LUAN MOI download : moi nhat


Thiết kế robot tự hành phục vụ công tác giám sát trạm biến áp 110kV khơng người trực

Hình 1.2 Một số Robot tự hành trạm biến áp trong thực tế
Source:
-

/> /> />
1.3.2 Trong nước
Năm 2018, nhóm nghiên cứu của Khoa Điện, Trường Đại học Bách Khoa – Đại
học Đà Nẵng đã thực hiện đề tài NCKH cấp Bộ “Nghiên cứu, chế tạo Robot giám sát
phục vụ mục tiêu tự động hóa trạm biến áp không người trực với giải pháp sử dụng robot
tự động để thu thập hình ảnh trong trạm biến áp và đã được lắp đặt, thử nghiệm tại trạm
biến áp 110kV Hội An [2]. Robot có thể tự động di chuyển trong trạm theo một hệ thống
dẫn hướng đến những vị trí định trước (vị trí máy cắt, dao cách ly, máy biến áp, thanh
góp và các vị trí khác cần theo dõi, thu thập theo yêu cầu thực tế đặt ra), thu thập hình
ảnh về trạng thái các dao cách ly, máy cắt, giám sát các thông tin đo lường ngồi trời mà
khơng có trong cơ sở dữ liệu đưa về trung tâm, các thiết bị trạm từ các góc độ khác nhau
và truyền về trung tâm điều khiển.

Sinh viên thực hiện: Huỳnh Quốc Hùng

Hướng dẫn: PGS.TS Lê Tiến Dũng

6

KS. Cao Huy Đỗ

TIEU LUAN MOI download : moi nhat


Thiết kế robot tự hành phục vụ công tác giám sát trạm biến áp 110kV khơng người trực

Hình 1.3 Robot giám sát tại trạm biến áp 110kV Hội An
Tại trạm biến 110kV Phú Bài, robot mang camera di chuyển trên các thanh ray
cũng được lắp đặt trong phòng điều khiển tại trạm. Robot sử dụng để giam sát hệ thống
các thiết bị bảo vệ, máy cắt được lặp đặt tại các tủ điện trong nhà.

Hình 1.4 Camera trượt giám sát các thiết bị
Sinh viên thực hiện: Huỳnh Quốc Hùng

Hướng dẫn: PGS.TS Lê Tiến Dũng

7

KS. Cao Huy Đỗ

TIEU LUAN MOI download : moi nhat


Thiết kế robot tự hành phục vụ công tác giám sát trạm biến áp 110kV khơng người trực

1.3.3 Phân tích đánh giá các giải pháp giám sát hiện có
Phân tích ưu nhược điểm của các giải pháp sử dụng robot giám sát thiết bị
tại trạm biến áp 110 kV KNT trong và ngồi nước
ƯU ĐIỂM
NHƯỢC ĐIỂM
Có nhiều hảng sản xuất và lắp Chi phí để mua một robot

đặt robot camera phục vụ giám trên thị trường rất lớn, từ
sát các trạm biến áp KNT với 100.000 – 200.000 USD
Ngoài nước
nhiều mẫu mã khác nhau.
Các robot dễ dàng sử dụng, có
tính tin cậy cao.

Trong nước

Thu thập được hình ảnh về
trạng thái các dao cách ly, máy
cắt, giám sát các thông tin đo
lường ngồi trời mà khơng có
trong cơ sở dữ liệu đưa về
trung tâm, các thiết bị trạm từ
các góc độ khác nhau và truyền

Hạn chế về khả năng di
chuyển khi sử dụng hệ thống
dẫn hướng đến những vị trí
định trước, phạm vi quan sát
bị hạn chế.

về trung tâm điều khiển

dẫn để robot di chuyển

Sự phức tạp và tốn thêm chi
phí khi xây dựng các thanh

1.4 GIẢI PHÁP CỦA ĐỀ TÀI
1.4.1 Mục tiêu đề tài
Từ những phân tích và những khó khăn tồn đọng trên, nhận thấy rằng vẫn cần có
một robot có khả năng di chuyển linh hoạt trên mặt đất. Robot có thể di chuyển đến bất
kì vị trí mong muốn giúp tăng khả năng giám sát nhiều thiết bị, tiết kiệm chi phí lắp đặt
thêm camera hay hệ thống đường ray. Nhóm đặt ra mục tiêu dự kiến sẽ đạt được của đề
tài như sau:
o Ứng dụng robot có gắn camera có khả năng tự hành hoặc điều khiển xa.
o Mơ hình Robot được chọn lựa để ứng dụng phục vụ trong đề tài có khả năng xác
định và đi chuyển đến vị trí phù hợp trên tồn bộ mặt bằng trạm để cung cấp dữ
liệu hình ảnh chính xác, rõ ràng về trung tâm điều khiển.
o Robot được trang bị hệ thống các cảm biến giám sát các thông số môi trường
như nhiệt độ, độ ẩm, âm thanh và cảm biến tiệm cận chống va chạm.
Sinh viên thực hiện: Huỳnh Quốc Hùng

Hướng dẫn: PGS.TS Lê Tiến Dũng

8

KS. Cao Huy Đỗ

TIEU LUAN MOI download : moi nhat


Thiết kế robot tự hành phục vụ công tác giám sát trạm biến áp 110kV khơng người trực

1.4.2 Đóng góp dự kiến đạt được
Đây là một đề tài hay và mới, có rất nhiều hướng phát triển, có tính thực tế cao.
Nhóm hy vọng sau khi hồn thiện đề tài sẽ mang lại những đóng góp sau:
o Xây dựng được mơ hình robot tự hành mang camera giám sát trạng thái các thiết

bị trong trạm, thu thập thông số môi trường.
o Mơ hình robot của đề tài có thể áp dụng trong các trạm biến áp tự động hóa
KNT, giải quyết được những vấn đề tồn đọng đã phân tích tại mục 1.2, 1.3.
o Sản phẩm của nghiên cứu góp phần nâng cao mức độ tin cậy công tác giám sát
vận hành tại các trạm tự động.
o Các dữ liệu thu thập của robot được lưu trữ và có thể truy xuất sử dụng.
o Kết quả nghiên cứu có thể được sử dụng làm tài liệu tham khảo cho các nghiên
cứu có liên quan.
1.5 KẾT LUẬN
Chương 1 trình bày về tình hình tự động hóa các trạm biến áp tại PC Thừa Thiên
Huế, những lợi ích của việc đưa vào vận hành trạm biến áp 110 kV KNT và những khó
khăn tồn đọng trong cơng tác quản lý giám sát cũng được chỉ ra. Qua việc phân tích tình
hình phát triển và áp dụng robot tự hành trong các trạm biến áp trong và ngồi nước để
từ đó đề ra mục tiêu mà đề tài cần thực hiện.

Sinh viên thực hiện: Huỳnh Quốc Hùng

Hướng dẫn: PGS.TS Lê Tiến Dũng

9

KS. Cao Huy Đỗ

TIEU LUAN MOI download : moi nhat