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

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN THANH LIỄU

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

Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và Tự động hóa
Mã số: 8520216

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

Đà Nẵng - Năm 2020


Cơng trình được hồn thành tại
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn khoa học: TS. Ngơ Đình Thanh

Phản biện 1:
Phản biện 2:

TS Thạch Lễ Khiêm
PGS. TS Lê Tiến Dũng

C
C

Luận văn sẽ được bảo vệ trước hội đồng chấm luận văn tốt nghiệp
thạc sĩ Kỹ thuật điều khiển và Tự động hoá học tại trường đại học
bách khoa vào ngày 19 tháng 12 năm 2020

R
L
T.

DU

Có thể tìm hiểu luận văn tại:
- Trung tâm học liệu và Truyền thông - Đại học bách khoa ĐHĐN
- Thư viện khoa Điện, Trường đại học bách khoa - ĐHĐN


1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Nâng cao chất lượng điện năng và giảm tổn thất năng lượng là vấn đề được quan tâm
hàng đầu của ngành Điện cũng như của các doanh nghiệp sử dụng điện. Chất lượng điện
năng được thể hiện qua các đại lượng như: điện áp, tần số, sóng hài, độ nhấp nháy điện áp…

Điều này không chỉ riêng nhà sản xuất thiết bị điện, ngành điện mà người sử dụng điện cho
sản xuất cũng rất cần một nguồn điện có chất lượng nhằm đảm bảo cho nhà máy hoạt động
ổn định, nâng cao tuổi thọ thiết bị và nâng cao chất lượng sản phẩm đầu ra. Để quản lý chất
lượng điện áp về phía điện lực đã thực hiện nhiều giải pháp như đầu tư nâng cấp lưới điện,
lắp đặt hệ thống tụ bù trung, hạ áp… Còn đối với các doanh nghiệp sản xuất vừa và nhỏ
chưa thật sự được đầu tư đúng mức, chưa có hệ thống tự động giám sát chất lượng điện
năng và năng lượng sử dụng của nhà máy, bởi thực trạng hiện nay các doanh nghiệp chủ
yếu giám sát số liệu thủ công nên chưa kịp thời và độ chính xác khơng cao, dẫn đến các
trường hợp tổn thất năng lượng lớn và năng lượng tiêu thụ điện bất thường do không phát
hiện và cảnh báo kịp thời. Điều này dẫn đến chi phí sản xuất tăng cao. Vậy làm thế nào để
các doanh nghiệp chủ động giám sát chất lượng điện năng và quản lý năng lượng hiệu quả
cũng như biết được nhu cầu thực trạng sử dụng điện của doanh nghiệp. Đối với nguồn điện

C
C

R
L
T.

DU

cung cấp phục vụ cho sản xuất hiện nay được chia ra làm hai nhánh quản lý. Điện lực quản
lý đến công tơ trạm biến áp và doanh nghiệp quản lý từ sau công tơ đo đếm đến phụ tải sản
xuất trong nhà máy. Về phía Điện lực đã lắp đặt thiết bị thu thập các số liệu đo chính tại
trạm biến áp (30 phút một lần thu thập) như: dòng điện, điện áp, cơng suất tiêu thụ... Về
phía doanh nghiệp vừa và nhỏ thì chưa có giải pháp tốt để giám sát chất lượng điện năng và
tình hình sử dụng năng lượng điện và tình trạng vận hành của hệ thống tụ tù trong nhà máy.
Chính vì điều này mà khi chi phí tiền điện tăng cao đột biết các doanh nghiệp hồn tồn bị
động và khó chấp thuận khi thanh toán tiền điện, gây trở ngại cho điện lực trong việc giải

thích thu tiền phạt cơng suất phản kháng.
Trước những khó khăn và thách thức trên, ta thấy sự cần thiết nghiên cứu chế tạo
thiết bị giám sát chất lƣợng điện năng và thu thập dữ liệu năng lƣợng đáp ứng các yêu
cầu trên nhằm giúp doanh nghiệp theo dõi, giám sát các thông số tiêu thụ năng lượng điện
trong sản xuất và hướng đến hỗ trợ tự động điều tiết phụ tải trong việc triển khai thực hiện
chương trình điều chỉnh phụ tải (DR) của ngành điện.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu nhu cầu sử dụng điện của nhà máy chế biến gỗ Thiên Tâm, đưa ra giải
pháp quản lý, sử dụng năng lượng tiết kiệm cho nhà máy.
Nghiên cứu thuật tốn thu thập thơng số điện năng và giám sát trạng thái hoạt động
của hệ thống tụ bù chính của nhà máy


2
Ứng dụng thuật toán kiểm lỗi CRC của giao thức Modbus RTU
Thiết kế phần cứng thu thập dữ liệu tiêu thu điện năng và trạng thái hoạt động của nhà
máy.
Nghiên cứu kết nối truyền thơng và lập trình ứng dụng phần mềm mã nguồn mở Rapid
Scada để giám sát các thông số hoạt động
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu và lập trình các giao thức truyền thơng sử dụng trong hệ thống giám sát
công nghiệp và lập trình ứng dụng phần mềm mã nguồn mở Rapid Scada để giám sát các
thông số hoạt động. Trong đề tài này tập trung nghiên cứu chế tạo thiết bị thu thập giám sát
thông số tiêu thụ năng lượng, trạng thái đóng cắt của thiết bị và hỗ trợ điều tiết phụ tải công
nghiệp.
4. Phƣơng pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu lý thuyết:
+ Nghiên cứu tổng quang về tình hình sử dụng điện trong sản xuất công nghiệp hiện
nay.
+ Nghiên cứu tổng quan về hệ thống thu thập và giám sát dữ liệu từ xa.

+ Nghiên cứu và lập trình các giao thức truyền thông sử dụng trong hệ thống giám sát
công nghiệp trong xưởng sản xuất.

C
C

R
L
T.

DU

+ Nghiên cứu và lập trình ứng dụng phần mềm mã nguồn mở Rapid Scada để giám sát
các thông số hoạt động
- Nghiên cứu thực nghiệm:
+ Tạo ra sản phẩm thu thập và giám sát thông số tiêu thụ năng lượng điện từ xa.
+ Lắp đặt vận hành cho nhà máy chế biến gỗ Thiên Tâm, thu thập dữ liệu và đánh giá
dộ tin cậy.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Kết quả của đề tài có thể ứng dụng vào thực tiễn khi triển khai chương trình tiết giảm
phụ tải của EVN.
Nâng cao khả năng giám sát hoạt động của hệ thống điện trong nhà máy sản xuất của
doanh nghiệp, tiết kiệm điện năng.
Giúp khách hàng chủ động biết và quản lý thông tin chi tiết về sử dụng điện và chi phí
mua điện.
Thơng qua hệ thống giám sát giúp khách hàng sớm phát hiện các hiện tượng vận hành
bất thường của thiết bị.
Có thể mở rộng việc điều khiển giám sát tất cả các thiết điện trong dây chuyền sản.
Giải pháp cung cấp thiết bị giám sát hoạt động giá rẻ cho thị trường.

3
Chƣơng 1 - TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH SỬ DỤNG ĐIỆN TRONG SẢN XUẤT
CƠNG NGHIỆP HIỆN NAY
1.1. Tình hình cung ứng điện của Ngành điện hiện nay: Ngành điện với nhưng khó khăn
và thách thức trong tình hình hiện nay:
Hiện nay, tổng công suất nguồn điện của Việt Nam khoảng 48.000 MW. Với tốc độ
tăng trưởng sản lượng điện khoảng 10%/năm (theo Quy hoạch điện VII điều chỉnh) đến năm
2025, dự kiến nhu cầu công suất nguồn điện của hệ thống điện quốc gia sẽ là 90.000 MW,
gấp đôi hiện nay. Đến năm 2030, sẽ tăng lên khoảng 130.000 MW
Theo kinh nghiệm thế giới, khi phát triển năng lượng tái tạo, vấn đề truyền tải điện sẽ
được tính đến. Cịn thực tế ở Việt Nam, hệ thống lưới điện hiện hữu rất khó hấp thụ hết số
cơng suất và sản lượng điện mặt trời với tốc độ các nhà máy vào vận hành có thể nói là lớn
nhất thế giới như hiện nay.
Như vậy, năng lượng tái tạo chưa thể thay thế năng lượng truyền thống mà góp phần
quan trọng trong việc đảm bảo điện nói chung, nên Việt Nam vẫn cần phát triển điện than,
điện khí; cần siết chặt hơn nữa trách nhiệm từ phía sử dụng điện để giảm bớt áp lực đầu tư
nguồn điện mới...

C
C

R
L
T.

DU

1.2. Cung ứng điện cho phụ tải công nghiệp:
Với tốc độ tăng trưởng công nghiệp của nước ta trong thời gian qua cũng rất cao.

Chính nhờ việc cung cấp điện liên tục, ổn định, chất lượng điện tốt và giá điện rẻ, không
phân biệt đối tượng bán điện là doanh nghiệp trong nước hay doanh nghiệp nước ngồi, nên
dịng vốn đầu tư từ nước ngồi vào Việt Nam tăng mạnh, góp phần thúc đẩy công nghiệp
trong nước phát triển.
1.3. Sủ dụng điện của Doanh nghiệp Việt Nam
Kết quả khảo sát từ một số doanh nghiệp trọng điểm về sử dụng năng lượng cho thấy
trong những năm qua sau khi có hành lang pháp lý về sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu
quả, các doanh nghiệp đã lưu tâm và bắt đầu triển khai các nội dung thực hiện tiết kiệm
năng lượng trong doanh nghiệp. Đầu tư thực hiện giải pháp tiết kiệm năng lượng đã được
các doanh nghiệp thực hiện tương đối bài bản và hiệu quả. Tuy nhiên một số doanh nghiệp
nhìn nhận chưa đúng đắn nên kết quả thực hiện cịn rất khiêm tốn.
1.4. Phụ tải cơng nghiệp và thách thức trong việc giám sát hoạt động của hệ thống tiêu
thụ năng lƣợng tại Doanh nghiệp:
Quản lý năng lượng tiêu thụ tại Doanh nghiệp là hoạt động nhằm đánh giá thực trạng
hoạt động của hệ thống tiêu thụ năng lượng. Từ đó xác định những khu vực sử dụng năng
lượng lãng phí để đưa ra các giải pháp nhằm sử dụng năng lượng hiệu quả. Quản lý năng
lượng giúp doanh nghiệp xác định được khuynh hướng tiêu thụ năng lượng và tiềm năng tiết
kiệm năng lượng của các loại thiết bị khác nhau như: Động cơ, máy bơm, hệ thống thông


4
gió, điều hồ khơng khí, ... Tuy nhiên, trong cơng tác giám sát sử dụng điện năng và quản lý
năng lượng của các doanh nghiệp thường gặp phải nhiều thách thức.
Đề tài này xây dựng để giúp đáp ứng các yêu cầu và giải quyết những vấn đề đối với
khách hàng doanh nghiệp liên quan đến chất lượng điện năng và giúp doanh nghiệp chủ
động biết tiêu thụ điện năng bất thường theo thời gian thực, cho phép nhà máy vận hành và
sử dụng năng lượng tối ưu, tiết kiểm và hiệu quả hơn hướng đến hỗ trợ điều tiết phụ tải, nhu
cầu sử dụng năng lượng.

C

C

DU

R
L
T.


5
Chƣơng 2 - THIẾT KẾ THIẾT BỊ THU THẬP DỮ LIỆU NĂNG LƢỢNG VÀ GIÁM
SÁT TRẠNG THÁI HOẠT ĐỘNG
Trong bối cảnh kinh tế - xã hội phát triển như hiện nay, nhu cầu sử dụng điện trên cả
nước ngày càng tăng cao, các nhà máy điện phải chạy hết công suất và lượng điện truyền tải
liên tục ở mức đỉnh của hệ thống lưới điện. Cùng với tình trạng đồ thị phụ tải không đồng
đều, phụ tải giờ cao điểm và thấp điểm chênh lệch nhau khá cao. Vì vậy để đảm bảo đủ điện
sản xuất, sinh hoạt cho nhân dân, hàng năm ngành Điện phải bỏ ra một lượng kinh phí rất
lớn để xây dựng các nguồn điện nhằm đáp ứng nhu cầu phụ tải. Bên cạnh đó việc làm thế
nào để doanh nghiệp giám sát được tình hình sử dụng năng lượng điện trong sản xuất, bảo
đảm tiết kiệm điện và hiệu quả kinh tế là vấn hết sức quan trọng.
Hiện nay trên thực tế cũng đã có một số các giải pháp giám sát năng lượng tại các
nhà máy sản xuất nhưng chưa thật sự hiệu quả và chi phí cao.
Từ những khó khăn, thách thức trên, thì đề tài này sẽ đề xuất, nghiên cứu, thiết kế và
chế tạo thiết bị giúp cho doanh nghiệp giám sát sử dụng năng lượng trong sản xuất, phù hợp
với hạ tầng thiết bị hiện có mà khơng ảnh hưởng nhiều đến hoạt động sản xuất kinh doanh
của doanh nghiệp và cũng vừa đáp ứng được nhu cầu quản lý phụ tải cho lưới điện phân
phối đối với ngành điện hiện nay.

C
C

R
L
T.

DU

Đề tài hướng đến mục tiêu thiết kế, xây dựng hệ thống giám sát chất lượng điện
năng, thu thập thông số năng lượng, giám sát trạng thái vận hành tụ bù của nhà máy thông
qua việc thu thập số liệu từ relay điều khiển tủ tụ bù chính của và hướng đến hỗ trợ điều tiết
phụ tải từ xa phục vụ cho chương trình quản lý nhu cầu điện của Ngành điện như sau:
- Nghiên cứu và chế tạo thiết bị hỗ trợ điều tiết phụ tải công nghiệp kết hợp phần
mềm mã nguồn mở Rapid Scada
- Thiết bị tích hợp phần giám sát trạng thái làm việc của hệ thống contactor so sánh
với tín hiệu từ Relay điều khiển tụ bù
- Sử dụng phần mềm mã nguồn mở Scada, lập trình để thu thập số liệu phục vụ để
khách hàng theo dõi được tình hình sử dụng năng lượng
- Triển khai lắp đặt thử nghiệm cho nhà mày chế biến gỗ Thiên Tâm, tại xã Thăng
Hưng, huyện Chư Prơng, tỉnh Gia Lai.
- Phân tích đáng giá độ tin cậy của thiết bị giám sát sau khi lắp đặt vận hành trực tiếp
tại nhà máy chế biến gỗ Thiên Tâm.


6
2.1. Thiết kế phần cứng:
Relay

Nguồn

Cloud

TI
Máy chủ

Module
3G

Contacter

Tải nhà
máy

Tủ tụ
bù

Module

Hình 2.1. Sơ đồ giải pháp quản lý năng lượng
Qua sơ đồ trên ta thấy để lấy được các thông số đo đếm năng lượng (dòng điện, điện
áp, cosφ…) ta cần truy xuất giá trị từ bộ điểu khiển tụ bù, sử dụng giao thức truyền thông để

C
C

R
L
T.

chuyển dữ liệu về module giám sát, ngồi ra để giám sát trạng thái đóng cắt của tất cả các
contactor tụ bù cần thiết kế module ghi nhận trạng thái vận hành. Sau khi thu thập được dữ

liệu từ bộ điều khiển tụ bù và trạng thái của contactor thì module thực hiện nhiệm vụ truyền
dữ liệu này lên đám mây thông qua thiết bị 3G. Tại máy chủ cài đặt phần mềm SCADA sẽ

DU

kết nối truyền thông với đám mây thu thập các số liệu năng lượng, thực hiện lưu trữ dữ liệu
này và thông qua màn hình chúng ta sẽ kiểm tra được số liệu vận
hành và trạng thái đóng cắt của contactor tụ bù.
2.1.1. Chọn bộ điều khiển tụ bù phù hợp cho hệ thống trên:
Bộ điều khiển công suất phản kháng DUCATI được thiết kế
để kiểm soát các ngân hàng tụ điện nhằm bù cơng suất phản kháng.
Nó hoạt động trên cơ sở công nghệ vi xử lý, cung cấp các phép đo
hệ số cơng suất chính xác, đáng tin cậy. Hệ số cơng suất
Hình 2.2. Bộ điều khiển
được kiểm sốt bằng cách chuyển đổi các tụ điện theo
tụ bù R8
yêu cầu cơng suất phản kháng của tải. Bộ điều khiển có
cả chế độ vận hành tự động và bằng tay, tích hợp cổng
RS485 để giao tiếp với thiết bị khác.
2.1.2. Tính chọn bộ điều khiển trung tâm: Bộ điều khiển STM32F4 là một bộ xử lí thế hệ
mới đưa ra một kiến trúc chuẩn, mang lại sự cân bằng tốt nhất về mức tiêu thụ năng lượng
và hiệu suất xử lý. STM32 F4 là mục đích đặc biệt hệ thống máy tính được thiết kế để thực
hiện một hoặc một vài chức năng chuyên dụng thường với máy tính thời gian thực các ràng
buộc để kiểm sốt các q trình vật lý trong thế giới thực. STM32F4 cho nhu cầu đa dạng


7
về cơng nghệ. Gồm có 3 phân nhánh chính: dịng A dành cho các ứng dụng cao cấp, dòng R
dành cho các ứng dụng thời gian thực nhu các đầu đọc và dòng M dành cho các ứng dụng vi
điều khiển và chi phí thấp.

Một số thơng số cơ bản của mạch STM32
 Hiệu năng: lên tới 100Mhz, cung cấp hiệu suất 125DMIPS/339 CoreMark
 Hiệu suất năng lượng: xử lý 90nm, bộ gia tốc ART và thang đo công suất động cho
phép mức tiêu thụ hiện tại khi thực thi ở mức thấp.
 Tích hợp: STM32F411 có 256-512Kb bộ nhớ Flash và tối đa 128Kb SRAM
 3xUSART chạy với tốc độ lên tới 12.5Mb/s
 5xI2C chạy với tốc độ lên tới 1Mb/s
 1XSDIO chạy với tốc độ lên với 48Mb/s
 1xUSB 2.0 OTG
 2xI2S song công 32bit/19.2Khz

C
C

 12 bit ADC 2.4MSPS

R
L
T.

 11 timer 16 và 32 bit

DU

2.1.3. Nguồn nuôi hệ thống:
Nguồn một chiều là một phần không thể
thiếu khi thiết kế mạch điện tử. Đề tài chọn nguồn
công nghiệp Phonix Contact 24VDC-60W.

Hình 2.3. Mạch vi điều khiển

STM32F411

Thơng số kỹ thuật chính:
 Thơng số đầu vào
 Dải điệp áp vào

: 85VAC-264VAC

 Tần số

: 50Hz…60Hz

5Hz

 Dòng tiêu thụ : 1A(120VAC ); 0,6A (230VAC)
 Cầu chì

: 2,5A

 Thơng số đầu ra
 Điện áp đầu ra

: 24VDC

 Dịng đầu ra

: 2,5A

Hình 2.4. Nguồn ni
UNO-PS

 Cơng suất
: 60W
2.1.4. Bộ lọc sóng: Đề tài chọn bộ lọc sóng hài ZSG2215-11
Nếu trên hệ thống điện có nhiều tải phi tuyến thì sóng hài
sinh ra bởi các tải phi tuyến sẽ làm giảm chất lượng điện năng,
giảm tuổi thọ của động cơ, gây phát nóng, tiếng ồn lớn và

Hình 2.5. Nguồn ni
UNO-PS


8
lỗi thiết bị. Với các phụ tải quang trọng, sóng hài còn gây ra việc dừng đột ngột của thiết bị.
Để xử lý sóng hài gây ra bởi các phụ tải phi tuyến bộ lọc sóng hài
ZSG2215-11 thực hiện tốt việc này.
Thơng số kỹ thuật chính:
 Điệp áp vào

: 250 VAC

 Dòng điện

: 15A

 Tần số

: 50Hz…60Hz

+ Nhiệt độ

5Hz

o

: 40 C

Hình 2.6. Module sim

2.1.5. Lựa chọn Module GPRS/3G:
F2103
Đề tài chọn Module sim công nghiệp F2103, là
một loại thiết bị đầu cuối di động cung cấp chức năng truyền dữ liệu bằng mạng GPRS cơng
cộng. Nó sử dụng CPU 16/32 bit công nghiệp công suất cao và hệ điều hành nhúng thời
gian thực.
Các đặc trưng:
- Thiết kế cho ứng dụng công nghiệp
+ Module di động công nghiệp hiệu suất cao
+ CPU 16/32bit công nghiệp

C
C

R
L
T.

DU

+ Hỗ trợ chế độ tiêu thụ thấp

+ Vỏ hộp : sắt, bảo vệ IP30
+ Dải điện áp : 5-30VDC

2.1.6. Giao thức truyền thông
Bất cứ sự kết nối nào cũng cần một ngôn ngữ chung cho các đối tượng để giao tiếp.
Trong đề tài sử dụng các loại giao thức như: Modbus RTU, Modbus TCP và giao thức
MQTT
2.1.7. Thiết kế module thu thập thông số hệ
thống điện
2.1.7.1 Cấu trúc module thu thập
Module thập thập có nhiệm vụ thu thập dữ
liệu từ bộ điều khiển tụ bù và trạng thái Contacter
thông qua truyền thông modbus RTU và đồng
thời truyền thông với module sim F2103 để đưa
dữ liệu vừa thu thập lên cloud.

POWE
R

Vi điều
trung tâm

RS48
5

O
U
T
P
U

T

INPUT

Hình 2.7. Sơ đồ khối module

thu thập


9
2.2. Thiết kế ứng dụng phần mềm:
SCADA là hệ thống giám sát, điều khiển và thu
thập dữ liệu theo thời gian thực, hệ thống SCADA bao
gồm phần mềm giám sát, điều khiển và toàn bộ thiết bị
phần cứng. SCADA cung cấp giao diện đồ hoạ giữa
người và quá trình hoạt động sản xuất. Các giá trị của
quá trình được trình bày dưới dạng đèn báo, chữ số, đồ
thị và được lưu trữ. Chức năng cảnh báo giúp thông báo
cho người điều hành các sự cố, chức năng tạo các báo

Hình 2.8. Thiết kế phần

cứng thiết bị

cáo. Hiện nay trên thị trường có nhà nhà cung cấp phần
mềm SCADA mã nguồn mở như:
2.2.1. Phần mềm SCADA mã nguồn mở:
- Phần mềm mã nguồn mở Rapid SCADA: là một nền tảng tự động hóa cơng nghiệp
nguồn mở. Phần mềm cung cấp các công cụ để tạo nhanh các hệ thống giám sát và kiểm
sốt. Ưu điểm nổi bật nguồn mở là chìa khóa để minh bạch và bảo mật phần mềm.

- Những ưu điểm: Sử dụng Rapid SCADA, chúng ta có thể tạo ra các hệ thống tự
động như: hệ thống tự động hóa cơng nghiệp, hệ thống tự động hóa tịa nhà hay bất kỳ hệ

C
C

R
L
T.

DU

thống nào có chứa bộ điều khiển, cảm biến và rơle. Rapid SCADA có đầy đủ chức năng
miễn phí, khơng giới hạn thời gian, hệ thống hiệu suất cho mong muốn của bạn, độ tin cậy
thông qua nhiều năm kinh nghiệm. Phầm mềm cung cấp các giải pháp hiệu quả về chi phí,
dựa trên phần mềm mạnh mẽ và sử dụng miễn phí
2.2.1.3. Các tính năng trên giao diện:

Hình 2.9. Giao diện quản lý của Rapid Scada


10
- Webstation: là một ứng dụng web, dùng để hiển thị thơng tin cho điều phối thơng
qua trình duyệt ở các dạng khác nhau (dạng bảng, sơ đồ, sơ đồ khối, báo cáo) và cung cấp
các lệnh gửi.
- Sever application: Máy chủ quản lý lưu trữ dữ liệu, thực hiện các phép tính tốn
học và cung cấp thơng tin cho các ứng dụng khác. Máy chủ ghi dữ liệu vào kho lưu trữ
chính và tạo bản sao lưu đồng thờ, nó khơng có giao diện người dùng. Máy chủ hoạt động
liên tục trong nền bất kể người dùng đăng nhập và đăng xuất.
- Ứng dụng giám sát các kết nối người dùng và kiểm tra quyền của người dùng trong

khi xử lý các yêu cầu và truyền lệnh. Thông tin về trạng thái ứng dụng và các hành động
được thực hiện được lưu trữ trong các tệp nhật ký văn bản. Máy chủ được thiết kế để chạy
không ngừng
- Các module máy chủ bổ sung cho phép mở rộng chức năng của máy chủ theo yêu
cầu.

C
C

- Communicator tương tác với các bộ điều khiển và truyền dữ liệu tới ứng dụng máy
chủ. Thực hiện nhận dữ liệu hiện tại, lưu trữ dữ liệu, sự kiện từ bộ điều khiển và gửi lệnh
đến bộ điều khiển. Ứng dụng này giúp khắc phục sự cố với các đường truyền và thiết bị.
Ngoài ra Communicator làm việc như một dịch vụ và được thiết kế để chạy không ngừng.
- Administrator Application: Ứng dụng Quản trị viên dành cho việc phát triển các dự
án SCADA

R
L
T.

DU

- Table Editor Application: Ứng dụng trình chỉnh sửa bảng được thiết kế để tạo các
chế độ xem bảng được hiển thị trên máy của người vận hành.
- Scheme Editor Application: Ứng dụng Scheme Editor được thiết kế để tạo các lược
đồ được hiển thị trên máy của người vận hành.

MQTTCloud

Subcriber

DUCATI R8
Module
F2103
Modbus
RTU
Tụ bù

Rapid
SCADA

Modbus
MQTT
Subcriber

Thiết bị thu thập

Hình 2.2. Giải pháp thu thập và giám sát năng lượng


11
2.2.3. Lập trình phần mềm:
Trên cơ sở lựa chọn phương án phần cứng như trình bày ở mục 2.1, đề tài tiến hành
xây dựng giải thuật truyền thông giữa module thu thập dữ liệu năng lượng với relay
tụ bù và module GPRS F2103.
- Lưu đồ thuật tốn truyền thơng:
Bắt
Khỏi tạo các ngoại vi
UART
Timer
I2C

Thiết kế khung
truyền Modbus

Thiết kế khung
truyền

Gửi yêu cầu
Modbus

Gửi khung truyền
tới F2103
Sai

Đúng

C
C

Kiểm tra
byte CRC

R
L
T.
Ghép dữ liệu

DU

Hình 2.3. Lưu đồ thuật toán
Để thiết bị thiết kế thực hiện nhiệm vụ kết nối thu thập thông số và trạng thái hoạt

động của contacter tụ bù, đề tài thực hiện lập trình code theo lưu đồ thuật toán trên như sau:
- Bước 1: Khởi tạo các ngoại vi gồm: UART, Timer, I2C và GPIO trong đó
+ UART dùng để tạo đường truyền cho giao thức Modbus RTU
+ Timer dùng để định thời gian (thời gian gửi giữa các khung truyền, tính cơng suất
tiêu thụ)
+ I2C dùng để làm việc với bộ module thời gian thực
+ GPIO dùng để hiển thị các đèn và nhận các tín hiện trạng thái từ các contacter
- Bước 2: Thiết lập khung truyền Mudbus RTU để lấy số liệu từ bộ điều khiển tụ bù
- Bước 3: Thực hiện gửi dữ liệu và chờ nhận dữ liệu phản hồi
- Bước 4: CRC thực hiện nhiệm vụ kiểm tra thơng tin phản hồi, q trình kiểm tra được lặp
đi lặp lại để bảo đảm dữ liệu được bảo tồn và chính xác.
- Bước 5: Thực hiện ghép dữ liệu, sau khi khung truyền dữ liệu được phản hồi về thì thực
hiện tách và ghép dữ liệu để lấy ra thông số cần
- Bước 6: Thiết lập khung truyền cho MQTT để gửi dữ liệu lên Cloud
- Bước 7: Khung truyền MQTT được gửi qua module F2103 và tại F2103 định sẵn địa chỉ
hoặc cũng có thể là domain của server mà thiết bị kết nối tới.


12
Chƣơng 3- PHƢƠNG PHÁP GIÁM SÁT, HỖ TRỢ ĐIỀU TIẾT PHỤ TẢI
CÔNG NGHIỆP
Qua thực tế sản xuất cho thấy trong các dây chuyền sản xuất tại các doanh nghiệp
còn rất nhiều thiết bị hoạt động non tải, các thiết bị sử dụng trong dây chuyền sản xuất
không đồng bộ dẫn tới hiệu suất sử dụng chưa cao nhưng chủ doanh nghiệp chưa kiểm soát
được.
Ngày nay, việc giám sát chất lƣợng điện năng và năng lƣợng tiêu thụ là mối quan
tâm hàng đầu của các nhà quản lý và nó có ý nghĩa lớn đối với sự phát triển kinh tế - xã hội
Doanh nghiệp sản xuất gỗ Thiện Tâm, tại Chư Prơng, Gia Lai cũng khơng nằm ngồi
tình trạng trên. Với nhiện vụ sản xuất chính của nhà máy là sản xuất phơi gỗ. Do đó các phụ
tải tiêu thụ năng lượng lớn ở đây là các máy cưa xẻ gỗ, các máy này sử dụng động cơ công

suất lớn (15-55kW) và nhà máy bố trí sản xuất chưa hợp lý. Do đó trong q trình sản xuất
vẫn cịn nhiều khâu máy phải chạy khơng tải hoặc non tải. Ngồi ra nhà máy này cũng chưa
có lắp đặt một hệ thống theo dõi, giám sát sử dụng năng lượng hay hệ Scada nào. Trong đề
tài nghiên cứu này sẽ đề xuất chủ doanh nghiệp lắp đặt hệ thống giám sát chất lượng điện
năng hỗ trợ bố trí lại sản xuất trong nhà máy và tính tốn khi thay thế các động cơ phù hơp
với nhu cầu phụ tải thực tế.

C
C

R
L
T.

DU

3.1 Giải pháp tiết kiệm điện năng trong vận hành động cơ điện
Doanh nghiệp sản xuất sử dụng nhiều loại máy khác nhau, với các cơng nghệ khác
nhau, đồng thời trình độ sử dụng chúng cũng rất khác nhau. Nhưng đều có điểm chung đó là
sử dụng động cơ điện là thiết bị tiêu thụ năng lượng chính. Thực tế cũng có nhiều chủ doanh
nghiệp lại quang điểm lắp đặt cho hệ thống động cơ điện với công suất lớn để vận hành cho
khoẻ và mát máy khi làm việc. Nhưng chính vì điều này đã làm cho việc sử dụng năng
lượng khơng hiệu quả. Phần phân tích tốn học được trình bày chi tiết trong thuyết minh
mục 3.1.
3.2. Tƣ vấn tổ chức lại sản xuất đối với nhà máy Thiên Tâm.
Nhà máy đang lắp đặt 20 động cơ các loại phục vụ cho các dây chuyền cắt và sẻ gỗ.
Các dây chuyền được cung cấp điện từ tủ điện tổng tại trạm biến áp (TBA) 400kVA22/0,4kV. Hiện tại nhà máy đang sử dụng một tủ tụ bù tự động, đặt tại tủ điện tổng với công
suất là 200kVAr. Hàng ngày sản xuất của nhà máy chưa được quan tâm đến hiệu quả sử
dụng điện, còn nhiều khâu trong sử dụng điện chưa phù hợp, các thông số sử dụng năng
lượng chưa được giám sát. Do đo có tháng doanh nghiệp phải trả tiền phạt công suất phản

kháng.


13
3.2.1. Sử dụng OEE cho nhà máy chế biến gỗ Thiên Tâm
-

C
C

Hình 3.2. OEE Thiên Tâm

Tỷ lệ hữa dụng (Avaiability): là tỷ số giữa thời gian sản xuất thực tế và thời gian mà
dây chuyền sản xuất được lên kế hoạch (bao gồm thời gian tăng ca)
Availability = (Thời gian sản xuất thực tế) / (Thời gian sản xuất theo kế hoạch) x
100% (3.8)

R
L
T.

DU

- Tỷ lệ chất lượng (Quality): là tích của RFT (Right First Time) của các cơng đoạn
cưa và xẻ phôi gỗ
Quality = (Tổng sản phẩm hạng A)/(Tổng sản phẩm kiểm tra) x 100% (3.9)
- Tỷ lệ năng suất (Performance): là tỷ số giữa hiệu quả sản xuất thực tế tạo ra sản
phẩm theo giờ (bao gồm cả hàng lỗi) và thời gian sản xuất thực tế:
Performance=(hiệu quả sản xuất thực tế theo giờ)/(thời gian sản xuất thực tế) x 100% (3.10)
Động thiết bị tổng thể (OEE): là tích của các thơng số trên:

OEE = Availability x Quality x Perforamnce (3.11)
Một cách để diễn giải ý nghĩa của biểu đồ OEE của chuyền như sau:
Avaiability = 97%: nguôn lực về mặt thời gian được tận dụng 97% và 3% còn lại là khoảng
thời gian chết (tất nhiên con số này là khơng đúng có thể lớn hơn rất nhiều, chỉ mang tính
trình bày và minh họa là chủ yếu)
Quality = 90%: cứ phôi gỗ đưa vào dây chuyền xẻ thì chỉ có 90 sản phẩm được chứng nhận
loại A về chất lượng, hoặc cứ 10 tiếng được dùng để sản xuất thì 01 tiếng là lãng phí do các
vấn đề về chất lượng.
Performance = 102%: chỉ ra rằng tốc độ sản xuất của chuyền vượt mục tiêu 2% về mặt thời
gian. Một cách chi tiết, chỉ số này được tính như ví dụ sau:


14
- Mục tiêu là 220 sản phẩm/giờ với chất lượng loại A của dây chuyền trong tổng thời
gian sản xuất thực tế (bao gồm tăng ca và sau khi trừ đi các thời gian ước lượng về lãng phí
và downtime) là 198 giờ.
- Thực tế, dây chuyền sản xuất cũng báo cáo là sản xuất được 39.764 sản phẩm trong
tháng 1, vậy thời gian mà dây chuyền đã sản xuất đạt chất lượng theo mục tiêu 220 sản
phẩm/giờ là:
- Thời gian sản xuất loại A = (Sản lượng mục tiêu của dây chuyền)/(Sản lượng đạt được
Loại A) = (220 sp/giờ)/(39,764 sp/tháng1) = 180,7 giờ
- Qua theo dõi cũng có thời gian sản xuất đúng là 90% (Cưa lấy phôi + cưa thanh nhỏ +
ghép theo khối), vậy thời gian thực sự mà dây chuyền đã thực hiện sản xuất là:
- Hiệu quả sản xuất theo giờ = (Thời gian sản xuất loại A)/Quality
= (180,7 giờ)/(90% ) = 200 giờ

C
C

- Cuối cùng:

Performance = (Hiệu quả sản xuất theo giờ)/(Thời gian sản xuất thực tế)
= 200/198 ≈ 102%
Vì vậy, với trường hợp này thì mục tiêu 220 sp/giờ của nhà máy sản xuất gỗ Thiên Tâm là
không phù hợp nữa.

R
L
T.

DU

3.2.2. Ứng dụng IIOT trong đo lường OEE thời gian thực:

Việc ứng dụng Internet trong công nghiệp (IIoT) giúp doanh nghiệp quản lý sản xuất cải
thiện đánh giá OEE của họ với sự hiểu biết chi tiết về hiệu suất thiết bị thông qua thiết bị đo
đạc và phân tích. Các giải pháp IIoT giúp cải thiện các giá trị OEE theo nhiều cách:
- Phân tích q trình lịch sử và dữ liệu hiệu suất để tối ưu hóa quy hoạch bảo trì, lịch
biểu và tài nguyên.
- Nhận cảnh báo trước về sự xuống cấp của máy của họ, với bảo trì dự đoán để tránh thời
gian chết.
- Mục tiêu dẫn đến chi phí bảo trì thấp hơn, vật liệu và nguồn cung cấp giảm, và có sẵn
thiết bị lớn hơn.
- Chất lượng dây chuyền sản xuất sẽ được theo dõi cẩn thận. Nó sẽ giúp doanh
nghiệp theo dõi các thơng số q trình, tìm ra hiệu chuẩn, nhiệt độ, tốc độ và thời gian sản
xuất của máy.
- Nó sẽ giúp trong việc quản lý chuỗi cung ứng. Các ngành công nghiệp sẽ có thể so
sánh các kết quả sản xuất trước đó với những kết quả mới. Nó sẽ giúp doanh nghiệp quyết
định cách họ có thể làm việc theo lịch trình tương lai của họ
Với thiết bị liên quan đến IIoT mới, các doanh nghiệp có thể dễ dàng đạt được điểm OEE
cao hơn với việc triển khai công nghệ đúng cách.

15
Chƣơng 4 - KẾT QUẢ VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN
Trong chương này trình bày kết quả chế tạo thiết kế thiết bị giám sát hướng đến tự
động điều tiết phụ tải công nghiệp. Hiện tại, Ngành điện cũng đã lắp đặt module thu thập
các chỉ số ghi nhận tại công tơ đo đếm điện năng để giám sát từ xa. Tuy nhiên, thiết bị này
cũng chỉ để phục vụ chính cho công tác vận hành của ngành điện, chưa thực sự mang lại lợi
ích cho khách hàng trong việc theo dõi giám sát các thông số sử dụng năng lượng và khơng
có tính năng giám sát tình trạng vận hành tụ bù của hệ thống điện trong sản xuất. Từ những
thực trạng nêu trên cần có thiết bị giải quyết vấn đề về quản lý, sử dụng năng lượng cho các
doanh nghiệp và hướng đến hỗ trợ điều tiết phụ tải cơng nghiệp khi ngành điện triển khai
chương trình điều chỉnh phụ tải (DR).
Đề tài ứng dụng thành cơng thuật tốn kiểm lỗi CRC của giao thức Modbus RTU đảm
bảo dữ liệu truyền tin chính xác và tin cậy.
Ứng dụng thuật tốn truyền thơng giữa thiết bị và Rapid Scada.
Trong luận văn này tập trung nghiên cứu giải pháp giám sát chất lượng điện năng, tình
trạng và thơng số sử dụng năng lượng của của doanh nghiệp trong sản xuất kết hợp phần
mềm mã nguồn mở Rapid Scada để theo dõi từ xa. Thiết bị giúp cho khách hàng theo dõi
trực quan hóa dữ liệu năng lượng tiêu thụ với thời gian thực, cho phép minh bạch về sử

C
C

R
L
T.

DU

dụng năng lượng, thơng qua đó kịp thời xác định được ngun nhân tiêu thụ điện bất
thường, nâng cao năng suất quản lý, giảm tổn thất điện năng, vận hành tối ưu công suất thiết
bị trong nhà máy và giảm chi phí năng lượng trên từng sản phẩm đầu ra.
4.1. Cấu tạo và thông số thiết bị giám sát:
4.1.1. Cấu tạo thiết bị thu thập dữ liệu:
Thiết bị thu thập được chia ra làm
5 phần chính: phần nguồn cấp, phần board vi điều
khiển trung tâm, phần giao tiếp RS485, phần Input đọc
trạng thái contactor và phần Output là c
ác led báo trạng thái.

Hình 4.1. Thiết bị thu thập dữ
liệu


16
Phần nguồn nuôi: sử dụng 2 nguồn để đảm bảo tính cách ly, 1 nguồn cấp cho các thiết
bị trong mạch, 1 nguồn làm nguồn để lấy tín hiệu
đóng cắt từ contactor
Board vi điều khiển: dùng
STM32F411VET6 như đã nêu ở trên

board

Phần mạch giao tiếp RS485: dùng module
TTL to RS485 V2 như
đã nêu ở trên

Hình 4.1 Cấu tạo chính của mạch
Phần INPUT: phần này để đọc tín hiệu đóng

mở của contactor, thiết kế cách ly để đảm bảo an toàn.
Phần OUTPUT: phần này để xuất tín hiệu đèn led báo trạng thái
4.1.2. Thơng số kỹ thuật:

C
C

1

Kích thước

2

Khối lượng

3

Nguồn ni AC

4

Nguồn ni DC

5

Môi trường hoạt động

6

Kết nối truyền thông

7

MCU

STM32F411VET6

8

Nguồn tiêu thụ

12VDC-5W

9

Đầu vào analog

6

200 x 120 x 40mm

R
L
T.
200g

100-240 VDC

DU

9-24 VDC

-40 ~ 80 độ C
Modbus RTU

10 Thời gian thực RTC

Có

11 Lưu trữ dữ liệu (tùy chọn)

EEPROM

12 Cổng truyền thông

1xDB9 (Modbus RTU) 1x Domino2

13 Bộ nhớ Flash

512Kb

14 SRAM

128Kb

15 Truyền thông

Modbus RTU, MQTT, 3G

4.1.3. Nguyên lý hoạt động:

Thiết bi thu thập và giám sát các thông số đo được từ relay điểu khiển tủ tụ bù (relay
Ducati R8) như: dịng điện, điện áp, cosφ thơng qua chuẩn modbus RTU và ngồi ra thiết bị
cịn thu thập trạng thái đóng cắt của tất cả các contactor tụ bù. Sau khi thu thập thì module
thực hiện nhiệm vụ thiết lập một khung dữ liệu và thông qua module F2103 có lắp đặt Sim
3G sẽ làm nhiệm vụ gửi dữ liệu này lên đám mây MQTTCloud. Tại máy chủ cài đặt phần
mềm mã nguồn mở Rapid SCADA sẽ kết nối truyền thông với MQTTCloud nhận và lưu trữ
dữ liệu này và thơng qua màn hình chúng ta sẽ kiểm tra được số liệu vận hành và trạng thái


17
đóng cắt của contactor tụ bù. Ngồi ra thiết bị cịn thực hiện tính cơng suất tác dụng và cơng
suất phản kháng để cảnh báo kịp thời cho người quản lý biết mức tiêu thụ năng lượng trong
tháng.
4.1.4. Sơ đồ lắp đặt tổng thể:
DUCATI

Nguồn

MQTTCloud

R8

TI

Subcriber

Modbus

Module
F2103

Rapid
Scada

Subcriber

Tải nhà
máy

C
C

R
L
T.

Tụ bù

ThiếtModule
bị thu thập

Hình 4.2. Sơ đồ tổng thể hệ thống giám sát và thu thập dữ liệu

DU

4.2. Kết quả thu thập đƣợc từ tiết bị:
Để thiết bị thiết kế được đưa vào thực tế vận hành ổn định như hiện tại thì quá trình
thực hiện cũng trải qua nhiều lần thất bại và cứ mỗi lần như vậy là một kinh nghiệm trong
quá trình thế kế để có được sản phẩm hồn chỉnh như hơm nay, cụ thể:
Giai đoạn 1 thiết bị được thiết kế theo các nghiên cứu lý thuyết ban đầu đã cho ra

được sản phẩm hồn chỉnh. Sau khi kiểm tra tình hình vận hành của thiết bị ổn định đã
chuyển lắp đặt lên lưới điện (vào giữa tháng 02/2020) để vận hành. Tuy nhiên chưa lường
trước được các yếu tố ngoại vi tác động đến hoạt động của thiết bị, nên đưa vào vận hành
khi hệ thống tụ bù đóng cắt thì thiết bị hỏng bộ điều khiển trung tâm. Nguyên nhân do tủ tụ
bù đóng cắt dẫn đến sóng hài bậc cao đánh thủng cách điện dẫn đến hỏng bộ điều khiển
trung tâm.
Giai đoạn 2 để khắc phục tình trạng nên trên tác giả đã chọn lại bộ nguồn cung cấp
chất lượng hơn, lọc sóng hài tốt hơn (nguồn UNO-24VDC, trước đây sử dụng bộ nguồn tổ
ong 12VDC). Sau khi đưa vào vận hành thực tế vào ngày 25/02/2020, thiết bị vận hành đến
cuối tháng 02/2020 thì tiếp tục bị hỏng bộ điều khiển trung tâm.


18

Hình 4.3. Thiết bị lắp đặt giai đoạn đầu và giai đoạn hiện tại

C
C

Giai đoạn 3 Sau hai lần thất bại trên tác giả đã kiểm tra kỹ lại các nguyên nhân có thể
ảnh hưởng đến hỏng bộ điều khiển trung tâm, tác giả quyết định sử dụng lại bộ nguồn trên
(nguồn UNO-24VDC) và bổ sung thêm thiết bị lọc sóng hài chuyên dụng. Với phương pháp
chọn này sau khi đưa vào lắp đặt vận hành từ ngày 06/3/2020 đến nay thiết bị giám sát hoạt

R
L
T.

động rất ổn định.

DU

4.2.1. Giao diện theo dõi chính: gồm có hai phần
- Phần thơng số hệ thống: bao gồm hệ số Cosφ, Điện áp, dịng điện, cơng suất tác
dụng, cơng suất phản kháng, điện năng tiêu thụ, và công suất phản kháng tiêu thụ
- Phần trạng thái đóng cắt của tụ bù: phần này thể hiện được trạng thái đóng hay cắt của
từng contactor, phần hiển thị so sánh giữa tính hiệu của bộ điều khiển tụ bù và thực tế trạng
thái đóng cắt của contactor

Hình 4.5. Giao diện theo dõi thơng số vận hành


19
Giao diện chính của trình giám sát các thơng số năng lượng dựa trên phần mềm mã nguồn
mỡ Rapid SCADA được thiết kế gồm 3 phần chính: phần hiển thị các thơng số về năng
lương tiêu thụ như Cosφ, dịng điện, điện áp vận hành, công suất tác dụng của phụ tải, công
suất phản kháng, số liệu dự kiến sản lượng điện năng tác dụng và điện năng phản kháng;
phần thứ hai thể hiện trạng thái đóng cắt contactor tụ bù và phần thứ ba thể hiện thời gian
ghi nhận số liệu và trạng thái hệ thống .
Phần mềm mã nguồn mở Rapid SCADA
ngoài việc cho
phép thiết kế giao diện theo dõi số liệu trực quan
mà còn chức năng lưu trữ bảng nhật ký dữ liệu
từng giá trị theo các mốc thời gian một (60
phút/một lần). Các nút hiển thị “ON hay OFF” thể
hiện trạng thái đóng cắt của các contactor tụ bù.
Điều này giúp cho người quan lý kiểm tra lại số
liệu nhật ký rất thuận lợi.

C

C

R
L
T.

4.2.2. Đồ thị theo dõi các thơng số vận hành:

DU

Hình 4.6. Bảng số liệu tổng thể

- Biểu đồ hệ số Cosφ đo được:
Qua biểu đồ trên ta thấy có thời điểm giá trị cosφ <0,9 giá trị này diễn ra trong thời
gian rất nhỏ, điều này do đặc thù sử dụng phụ tải của nhà máy là sử dụng động cơ để xẻ gỗ
nên khi hết hành trình cắt gỗ thì động cơ chạy không tải dẫn đến hệ số cosφ thấp. Điện lực
hiện đang tính tiền cơng suất phản kháng dựa và giá trị cosφ bình qn của một chu kỳ tính
hố đơn. Do đó việc phụ tải có một vài khoản thời điểm giá trị cosφ<0,9 thì khi tính giá trị
bình quân thì giá trị cosφ vẫn lớn hơn 0,9.
- Biểu đồ dòng điện và điện áp:


20

Hình 4.7. Biểu đồ giá trị Cosφ
Qua hai biểu đồ trên có trục tung thể hiện giá trị dịng điện, điện áp, trục hồnh thể
hiện thời gian. Thơng qua giá trị dòng điện cũng thể hiện được mức sử dụng công suất trong
nhà máy.
4.3. So sánh hoạt động của thiết bị thiết kế với hệ thống của Điện lực DSPM
4.3.1. Chức năng hoạt động của thiết bị:

C
C

Hình 4.8. Biểu đồ giá trị dòng điện và điện áp đo được
TT

Chức năng hoạt động

DU

R
L
T.
DSPM

Thiết bị thiết
kế

Có

Có

Có

Có

Có

Có

1

Dịng điện

2

Điện áp

3

Hệ số Cosφ

4

Cơng suất tác dụng

Có

Có

5

Cơng suất phản kháng

Có

Có

6

Điện năng tác dụng

Khơng

Có

7

Điện năng phản kháng

Khơng

Có

8

Thời gian lấy dữ liệu

30’

01’

9

Cảnh báo trạng thái làm việc
contactor tụ bù

Khơng

Có

10

Khách hàng giám sát thơng số
vận hành

Khơng

Có

Ghi
chú

Hình 4.9. Bảng so sánh chức năng hoạt động
Qua bảng so sánh trên ta thấy thiết bị thu thập và giám sát được thiết kế có nhiều ưu
điểm hơn so với hệ thống Điện lực đang lắp đặt. Thiết bị này đã đáp ứng được nhu cầu thực
tế của doanh nghiệp trong việc giám sát sử dụng.


21
So sánh kết quả thu thập của hai thiết bị đang lắp đặt giám sát tại trạm biến áp nhà
máy chế biến gỗ Thiên Tâm:
200
1,2
150

1
0,8

100

0,6
0,4

050

0,2
0

22:00

DSPM

20:00

18:00

16:00

Thiết bị thu thập

14:00

12:00

10:00

08:00

06:00

04:00

DSPM

02:00

Thiết bị thu thập

00:00

000

Hình 4.10. Biểu đồ so sánh giá trị hệ số Cosφ và dịng điện
430

C
C

420

R
L
T.
400
390

Thiết bị thu thập

22:00

20:00

18:00

16:00

14:00

12:00

10:00

08:00

06:00

02:00

380

00:00

DU

thập có độ trể về thời gian.
Tương tự đồ thị thể hiện giá trị Cosφ,
Biểu đồ hiển thị dòng điện và điện áp cũng có

410

04:00

Biểu đồ so sánh giá trị Cosφ thu thập từ
hai hệ thống thu thập tại trạm biến áp Thiên Tâm
với trục tung thể hiện giá trí hệ số Cosφ, dịng
điện và trục hoành hiển thị thời gian. tại một vài
thời điểm số liệu ghi nhận có khác nhau là do hệ
thống thu thập DSPM của Điện lực đang thu

DSPM

Hình 4.11. Biểu đồ so sánh giá trị
điện áp

một số thời điểm giá trị thu thập khác nhau là do hệ thống DSPM của Điện lực lấy thời gian
lệch một vài phút so với thiết bị thu thập dữ liệu được thết kế theo thời gian thực với mỗi
phút một lần.
4.3.2. So sánh hiệu quả trƣớc và sau khi lắp đặt:
Bảng so sánh số liệu công phản kháng trước và sau khi có hệ thống thu thập số liệu,
tương ứng với giá trị công suất tác dụng từng thời điểm:


22

10

Cơng suất P (kW)

15

Q trước (kVAr)
Q sau
(kVAr

0.

0.2

1.

0.8

0.2

)

5

5

1

4

5

3

20

0

40

50

60

70

80

-

-

-

-

-

-

-

1.6

1

11.

11.

3.6

22.

23.

9

4

5

5

6

3

2

-3.66

-5.6

6.79

90

100

18.
4

71.6
5

18.4

21.79

150
Hình 4.42.
Bảng so sánh giá trị công suất phảng kháng sử dụng
100
50
0
1

2

3

4

C
C

R
L
T.

5

-50
Công suất P (kVA)

6

7

Q trước (kVAr)

8

9

10

11

Q sau (kVAr)

DU

Hình 4.12. Biểu đồ so sánh gía trị cơng suất Q tại các thời điểm sử dụng
Qua bảng so sánh số liệu hình 4.11 và 4.14 trên cho thấy việc sử dụng công suất
phảng kháng Q của nhà máy Thiên Tâm có sự thay đổi nhiều trong từng giai đoạn trước và
sau khi lắp đặt hệ thống thu tập và giám sát. Cụ thể, trong các trường hợp nhà máy sử dụng
công suất từ nhỏ đến 80kW thì cơng suất Q phát ngược lên lưới nhiều (thể hiện bởi dấu âm)
và khi nhà máy đạt công suất từ 100kW trở lên thì lại sử dụng Q của lưới nhiều. Điều này
cho thấy việc điều khiển bù công suất phản kháng của nhà máy chưa được tốt hoặc hệ thống
contacter của tủ tụ bù đã hỏng. Vì lý do này dẫn đến việc sử dụng năng lượng điện của nhà
máy bị tổn hao và phải trả chi phí tiền sử dụng cơng suất phản kháng. Số liệu cụ thể việc
thanh tốn tiền cơng suất tác dụng và công suất phản kháng trong năm 2019 của nhà máy
Thiên Tâm như sau:


23

Ap (kWh)

Aq (kVAr)

Tp (đồng)

Tq (đồng)

Tỷ lệ tiền

T3

20.796

29.160

39.005.868

20.493.680

52,5 %

T4

37.080

27.480

75.761.400

9.470.175

12,5 %

T3

35.755

4.604

71.705.212

0

0

T4

39.562

5.680

78.576.392

0

0

Ghi chú

2019

2020

Bảng 4.1. Thống kê số tiền công suất P và Q của nhà máy trong các tháng
Sau khi lắp đặt hệ thống giám sát thì việc điều tiết cơng suất phản kháng cho nhu cầu
sử dụng công suất tác dụng của nhà máy được đảm bảo, cụ thể giá trị hệ số công suất Cosφ

C
C

luôn đảm bảo trong giới hạn cho phép (Cosφ>0,9), dù nhu cầu sử dụng công suất của nhà
máy là lớn hay bé. Để so sánh sự khác biệt trước và sau khi lắp đặt thiết bị thu thập và giám
sát năng lượng, tác giả tiến hành thu thập số liệu trước khi lập đặt thông qua phần mềm
DSPM của điện lực và số liệu sau khi lắp đặt trên phần mềm Rapid Scada. Để việc so sánh

được khách quan, tác giả chọn mốc công suất tiêu thụ của nhà máy giống nhau giữa trước

R
L
T.

DU

và sau khi lắp đặt thiết bị. Cụ thể trong bảng sau:

TT

Công suất
P (kW)

1

Số liệu trước

Số liệu sau

Công suất Q
(kVAr)

Hệ số CS
Cosφ

Công suất Q
(kVAr)

Hệ số CS
Cosφ

50

-11.59

0.97

-3.66

1.00

2

60

-3.66

1.00

-5.65

0.97

3

70

-22.38

0.97

6.79

1.00

4

80

-23.23

0.97

18.40

0.99

5

90

18.40

0.99

21.79

0.99

6

100

71.65

0.80

-0.25

0.99

Bảng 4.2. Bảng so sánh số liệu thu thập trước và sau