Thiết kế hệ thống quản lý giám sát trạm biến áp mặt bẳng mỏ công ty cổ phần than hà lâm qua hệ thống gprs

Bộ giáo dục và đào tạo
Tr-ờng đại học mỏ - địa chất

Phạm thanh liêm

Thiết kế hệ thống quản lý giám sát
trạm biến áp mặt bằng mỏ công ty cổ phần
than hà lầm qua hệ thống gprs

Luận văn thạc s kỹ thuËt

Hµ néi - 2013


Bộ giáo dục và đào tạo
Tr-ờng đại học mỏ - địa chất

Phạm thanh liêm

Thiết kế hệ thống quản lý giám sát
trạm biến áp mặt bằng mỏ công ty cổ phần
than hà lầm qua hệ thống gprs
Chuyên ngành:

Tự Động Hóa

MÃ số:

60.52.60

Luận văn thạc s kỹ thuật

Ng-ời h-ớng dẫn khoa học
TS. Khổng cao phong

Hµ NéI - 2013


1

LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu khoa học của riêng tơi,
đề tài này hồn toàn là do sự cố gắng của bản thân và sự giúp đỡ nhiệt tình
của các Thầy cơ. Các số liệu và kết quả trong luận văn này là hoàn tồn trung
thực và chưa được ai cơng bố trong bất kỳ cơng trình nào trước đó.
Hà nội, ngày ..... tháng ..... năm 2013
Tác giả

Phạm Thanh Liêm


2

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ......................................................................................................1
MỤC LỤC ..................................................................................................................2
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT.......................................................................5
DANH MỤC CÁC BẢNG ........................................................................................6
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ...................................................................................7
M

Đ

..................................................................................................................10

CHƯƠNG 1:

TH C T

NG C NG TÁC Q ẢN LÝ T

M BIẾN ÁP

TRONG CÔNG TY CP THAN HÀ L M. ...........................................................13

1.1. Tình hình tiêu th điện tại Cơng ty than Hà Lầm 2

. ..................... 13

1.2. Hiện trạng công tác quản lý TBA tại công ty CP than Hà Lầm 2
CHƯƠNG 2:
T

NGHIÊN CỨ

. 14

CÁC HỆ THỐNG Q ẢN LÝ GIÁM SÁT

M BIẾN ÁP T ÊN THẾ GIỚI & L A CHỌN THIẾT KẾ HỆ THỐNG
16

2.1. Nghiên cứu một số hệ thống quản lý điện năng trên thế giới. ............. 16
2.1.1. Hệ thống giám sát, quản lý TBA của hãng Schneider –
Pháp[4][5]. ............................................................................................. 16
2.1.2. Hệ thống giám sát, quản lý TBA của hãng Rockwell – Mỹ[4][5].21
2.1.3. Hệ thống giám sát, quản lý TBA của hãng Siemens - Đức[4][5]. 27
2.1.4. Hệ thống giám sát, quản lý TBA cho hộ khai thác than KJ284 Trung Quốc [4][5]. ................................................................................. 30
2.2. Nghiên cứu một số công nghệ kết nối hệ thống quản lý TBA. ............ 33
2.2.1. Truyền số liệu qua đường dây điện thoại [4][5]. ......................... 33
2.2.2. Truyền số liệu qua đường dây Internet [4][5].............................. 34
2.2.3. Truyền số liệu qua đường dây cáp quang [4][5]. ........................ 34
2.2.4. Truyền số liệu qua mạng không dây GPRS [4][5]. ...................... 35
2.2.5. Truyền số liệu qua đường dây điện lực [4][5]. ............................ 36
2.3. Kết luận

........................................................................................... 38


3

CHƯƠNG 3:

ĐỀ X ẤT XÂY D NG CẤ

T ÚC HỆ THỐNG Q ẢN LÝ

GIÁM SÁT T

M BIẾN ÁP ................................................................................40

3.1. Thiết kế xây dựng phần cứng hệ thống giám sát quản lý TBA trên m t

bằng mỏ 2

. ............................................................................................ 41

3.1.1. Ph ng giám sát trung tâm ............................................................. 43
3.1.2. Thi t

ph c

quản lý giám sát TBA tr n m t

3.2. Đề xuất xây dựng phần mềm quản lý TBA 2

ng m ........... 44

. .............................. 45

3.2.1 ây dựng ph n mềm giám sát quản lý điện n ng
l p tr nh

tr n nền tảng .

ng ngôn ng

T ............................................................. 47

3.2.2. ấu trúc cơ sở d liệu ................................................................... 50
3.2.3. Quản lý cơ sở d liệu .................................................................... 53
CHƯƠNG 4:

TH C HIỆN KẾT NỐI T

THỐNG Q ẢN LÝ GIÁM SÁT T

YỀN TH NG T ÊN HỆ

M BIẾN ÁP .............................................63

4.1. Mơ hình truyền dữ liệu trong hệ thống ................................................ 63
.2. Kết nối máy trạm đến thiết bị đo lường 5 . ........................................ 65
4.2.1. ấu trúc khung d liệu.................................................................. 67
4.2.2. Đọc d liệu l n đ u từ đ a chỉ ô nhớ 0280H đ n 0297H ............. 67
4.2.3. Đọc d liệu l n thứ 2 từ ô nhớ 0298H đ n 02AFH ...................... 67
4.2.4. Đọc d liệu l n thứ 3 từ ô nhớ 02B0H đ n ô nhớ 02BFH ............ 68
.3. Kết nối máy trạm đến host lưu dữ liệu................................................. 69
. . Kết nối máy chủ đến host dữ liệu. ....................................................... 70
.5. Quản lý, cài đ t máy trạm bằng tin nhắn SMS 6 ............................... 70
4.5.1. Thay đổi đ a chỉ FTP ser er ......................................................... 71
4.5.2. Đọc thông tin cấu h nh thi t

..................................................... 71

4.5.3. Thay đổi chu kỳ gửi d liệu. .......................................................... 72
4.5.4. Thay đổi m t khẩu ......................................................................... 72
4.5.5. ấu h nh đồng hồ .......................................................................... 72


4

4.5.6. Khởi động lại thi t

.................................................................... 73

4.5.7. ài đ t thời gian cho thi t

........................................................ 73

4.5.8. Kiểm tra các thông số hoạt động .................................................. 73
4.5.9. Kiểm tra tài khoản SIM ................................................................. 74
4.5.10. ạp tiền cho SIM......................................................................... 75
CHƯƠNG 5:

THIẾT KẾ PH N MỀM Q ẢN LÝ, CÀI ĐẶT MÁY T

M

Q A TIN NHẮN SMS ............................................................................................76

5.1. Mô tả phần cứng 5 . ............................................................................ 76
5.1.1. Thông số kỹ thu t của thi t

. ...................................................... 76

5.1.2. Thi t l p k t nối modul GPRS ào máy tính ................................. 78
5.2. Một số tính năng phải xây dựng trên phần mềm quản lý, cài đ t máy
trạm. ............................................................................................................. 80
5.2.1. ung cấp giao diện trực quan

ng ti ng Việt. ............................ 81

5.2.2. Quản lý danh ạ trạm. .................................................................. 81
5.2.3. Quản lý tài khoản sim. .................................................................. 81
5.2.4. Gửi tin nhắn SMS à đợi tin nhắn................................................. 81
5.2.5. ung cấp GPRS cho máy tính trong trường hợp c n thi t. .......... 82
5.3. Xây dựng phần mềm quản lý, cài đ t máy trạm. ................................. 82
5.3.1. Giám sát k t nối ới GPRS modem à quản lý toàn ộ các trang
giao diện .................................................................................................. 82
5.3.2. Quản lý danh ạ. ........................................................................... 83
5.3.3. Tự động mã hóa câu lệnh gửi đi ................................................... 84
5.3.4. Gửi à quản lý tín nhắn thủ cơng .................................................. 94
KẾT L

N VÀ KIẾN NGH ................................................................................95

DANH MỤC C NG T ÌNH C NG BỐ CỦA TÁC GIẢ ..................................97
DANH MỤC TÀI LIỆ THAM KHẢO ...............................................................98
PHỤ LỤC .................................................................................................................99


5

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Chữ viết

Nội dung tiếng Anh

Nội dung tiếng Việt

tắt
Trạm biến áp

TBA

Cổ phần

CP

Máy biến áp

MBA
ĐH

Đồng hồ đo lường

Px

Phân xưởng

CSDL

Cơ sở dữ liệu

GSM

Global System for Mobile Mạng thông tin di động tồn cầu
Communications

GPRS

General packet radio service

Gói dịch v vô tuyến tổng hợp

SMS

Short Message Service

Tin nhắn ngắn

VT

Voltage transformer

Biến áp

CT

Current transformer

Biến dịng

PM

Power metter

Đo năng lượng

LCD

Liquid-crystal display

Màn hình tinh thể lỏng

In/out

Vào ra

THD

Total harmonic distortion

Tổng méo hài

PLC

Program logic controler

Thiết bị logic khả trình

I/O

Thiết bị bảo vệ máy cắt

SEPAM
Web

World Wide Web

Mạng tồn cầu

LAN

Local area network

Mạng máy tính c c bộ

WAN

Wide area network

Mạng diện rộng

TCP

Transmission
Protocol

Control Giao thức điều khiển truyền
thông


6

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1. Thông số kỹ thuật của thành phần trong hệ thống ......................... 18
Bảng 2.2. Thông số kỹ thuật của đồng hồ đo của h ng ock

ll .................. 22

Bảng 3.1. Thiết bị trong phòng giám sát trung tâm ........................................ 44

Bảng 3.2. Thiết bị hệ thống giám sát điện năng trên m t bằng ...................... 44
Bảng .1. Thời gian yêu cầu và phản hồi dữ liệu ........................................... 66
Bảng .2. Ví d và giải thích dữ liệu ơ nhớ 0280H đến 0297H ..................... 67
Bảng .3. Ví d và giải thích dữ liệu ơ nhớ 0298H đến 02AFH .................... 68
Bảng . . Ví d và giải thích dữ liệu ơ nhớ 02B0H đến ô nhớ 02BFH .......... 68
Bảng .5. Dữ liệu trong một fil gửi lên host ................................................. 70
Bảng .6. Thơng tin trả về khi u cầu đọc cấu hình thiết bị ......................... 71
Bảng .7. Thông số hoạt động của thiết bị. .................................................... 74


7

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Biểu đồ tỷ lệ điện năng tiêu th các khâu cơng nghệ ...................... 13
Hình 2.1 Cấu trúc hệ thống giám sát quản lý điện năng po

r vi

............. 16

Hình 2.2. Cấu trúc hệ thống Scada có tích hợp giám sát quản lý TBA. ......... 18
Hình 2.3. Giao diện phần mềm Po

rVi

Hình 2.4. Giao diện phần mềm Po

rLogic SCADA .................................... 21

................................................... 20

Hình 2.5. Sơ đồ cấu trúc hệ thống quản lý điện năng của h ng ock

ll ..... 23

Hình 2.6. Đồ thị mơ tả q trình tiêu th năng lượng th o thời gian thực ..... 25
Hình 2.7. Mơ hình dự báo tình hình sử d ng năng lượng. .............................. 26
Hình 2.8. Đồng hồ và sơ đồ cấu trúc hệ thống quản lý TBA h ng Si m ns .. 28
Hình 2.9. Giao diện đồ thị sóng hài và đồ thị giám sát tải .............................. 29
Hình 2.10. Giao diện cấu hình thiết bị đo và tổng hợp báo cáo ...................... 30
Hình 2.11. Cơng tơ đo lường đa năng vỏ phịng nổ ........................................ 31
Hình 2.12. Máy trạm KJJ172 thu thập dữ liệu phịng nổ ................................ 31
Hình 2.13. Hệ thống giám sát quản lý điện năng KJ28 cho mỏ than ........... 32
Hình 2.1 . Truyền số liệu qua đường dây điện thoại ...................................... 34
Hình 2.15. Truyền số liệu qua đường dây Int rn t. ........................................ 34
Hình 2.16. Truyền số liệu qua đường dây cáp quang ..................................... 35
Hình 2.17. Truyền số liệu qua mạng không dây GP S .................................. 35
Hình 2.18. Sơ đồ khối Mast r truyền nhận số liệu qua đường dây điện lực .. 36
Hình 2.19. Sơ đồ khối Slav truyền nhật số liệu qua đường dây điện lực...... 36
Hình 3.1. Cơng nghệ kết nối hệ thống quản lý trạm biến áp .......................... 40
Hình 3.2. Sơ đồ tổng thể hệ thống giám sát quản lý TBA m t bằng mỏ ........ 42
Hình 3.3. Sơ đồ kết nối hệ thống trong phịng giám sát trung tâm ................. 43
Hình 3.4. Đồng hồ đo lường đa năng .............................................................. 45
Hình 3.5. Bộ truyền tín hiệu GP S ................................................................. 45
Hình 3.6. Sơ đồ mô tả cơ chế xử lý dữ liệu thể hiện trên hình ....................... 46


8

Hình 3.7. Các bộ phận chính của Microsoft.NET fram

Hình 3.8. Giao diện Common Languag

ork ........................ 47

untim ......................................... 48

Hình 3.9. Lựa chọn Winfrom .......................................................................... 50
Hình 3.10. Cấu trúc cơ sở dữ liệu ................................................................... 51
Hình 3.11. Sơ đồ quản trị dữ liệu .................................................................... 52
Hình 3.12. Trang cơ sở dữ liệu ....................................................................... 53
Hình 3.13. Lựa chọn khóa chính ..................................................................... 57
Hình 3.1 . àng buộc Uniqu ......................................................................... 57
Hình 3.15. Tạo bảng mới và các trường nội dung trong bảng ........................ 58
Hình 3.16. Nhập dữ liệu vào bảng .................................................................. 58
Hình 3.17. Export dữ liệu ................................................................................ 59
Hình 3.18. Chiến lược back up dữ liệu ........................................................... 62
Hình .1. Mơ hình truyền dữ liệu trong hệ thống ........................................... 63
Hình .2. Hình ảnh thực tế máy trạm và 2 cổng truyển thơng ........................ 65
Hình .3. Thuật tốn thực hiện yêu cầu và đợi trả lời dữ liệu ........................ 65
Hình . . Thời gian truyền nhận dữ liệu th o sơ đồ kết nối truyền thông dây
(trên) 2 dây (dưới) ................................................................................... 66
Hình .5. Thuật tốn thực hiện gửi dữ liệu lên host ....................................... 69
Hình 5.1. Tồn bộ linh kiện của modul GP S ............................................... 76
Hình 5.2. Hình giắc DB15 (a) và DB9 (b) ..................................................... 79
Hình 5.3. Hình kết nối cổng DB15 tới modul GP S...................................... 79
Hình 5. . Lắp sim vào modul .......................................................................... 79
Hình 5.5. Lắp ant nna vào modul ................................................................... 80
Hình 5.6. Giao diện màn hình chính giám sát kết nối và quản lý các trang giao
diện khác. ................................................................................................ 83
Hình 5.7. Quản lý danh bạ trong modul GP S............................................... 83

Hình 5.8. Tự động m hóa gửi thơng tin và hiển thị kết quả .......................... 84


9

Hình 5.9. Lưu đồ thuật tốn gửi tin nhắn SMS bằng cách gửi và nhận chuỗi
dữ liệu qua cổng RS232 .......................................................................... 85
Hình 5.10. Lưu đồ thuật tốn thực hiện đọc tin nhắn SMS nhận được bằng
cách đọc chuỗi dữ liệu qua cổng S232. ................................................ 87
Hình 5.11. Gửi và quản lý tin nhắn thủ công. ................................................. 94


10

M

Đ

1. Tính cấp thiết của đề tài:
Các trạm biến áp trên m t bằng mỏ do yêu cầu cung cấp điện được đ t
ngày càng tiến gần ph tải nên khoảng cách từ trạm về đơn vị quản lý ngày
càng xa, vấn đề quản lý thông số tiêu th điện của trạm và tình hình cung cấp
điện g p nhiều khó khăn. Ngày nay do cơng nghệ viễn thơng ngày càng phát
triển, để nâng cao hiệu quả quản lý cũng như tăng năng suất thiết bị vấn đề
xây dựng hệ thống quản lý giám sát trạm biến áp là rất cần thiết.
Vấn đề đ t ra là cần nghiên cứu thiết kế hệ thống quản lý giảm sát
Trạm biến áp m t bằng Mỏ phù hợp với xu thế hiện đại hóa hệ thống phân
phối điện năng Mỏ trong điều kiện sử d ng điện năng tiết kiệm và hiệu quả,
do đó trong điều kiện năng lượng khan hiếm hiện nay vấn đề “Thiết kế hệ
thống quản lý giám sát trạm biến áp mặt bằng mỏ Công ty CP than Hà Lầm

qua hệ thống GPRS” của đề tài là hết sức cấp thiết và hợp lý.
2. M c ti u của đề tài:
Thiết kế hệ thống quản lý giám sát trạm biến áp m t bằng mỏ Công ty
CP than Hà Lầm phù hợp với xu thế sử d ng điện năng tiết kiệm và hiệu quả.
Từ đó đưa ra khả năng ứng d ng cho các trạm biến áp của các ngành công
nghiệp khác.
3. Đối tượng và phạm vi nghi n cứu:
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là hệ thống quản lý giám sát trạm trạm
biến áp trên m t bằng mỏ.
Phạm vi nghiên cứu: là hoạt động quản lý giám sát của Công ty CP
than Hà Lầm đến các trạm biến áp đ t trên m t bằng mỏ. Tìm hiều các hệ
thống quản lý giám sát trạm biến áp đang có trên thế giới. Xây dựng truyền
thông giữa các thiết bị trong hệ thống.


11

4. Nhiệm v nghi n cứu:
Nghiên cứu thực trạng công tác quản lý trạm biến áp đang được áp
d ng trên m t bằng mỏ đơn vị sản xuất than.
Nghiên cứu tổng quan lý luận và thực tiễn hệ thống quản lý giám sát
trạm biến áp trên thế giới đang áp d ng. Lựa chọn phương thức kết nối, thiết
bị đo lường, thiết bị quản lý phù hợp.
Đề xuất xây dựng hệ thống giám sát quản lý trạm biến áp phù hợp với
môi trường khai thác của mỏ than tại Việt nam
5. Nội d ng nghi n cứu:
Nghiên cứu phân tích đánh giá các giải pháp quản lý giám sát trạm biến
áp và đề xuất lựa chọn giải phù hợp.
Nghiên cứu đề xuất lựa chọn thiết bị ph c v cho hệ thống quản lý điện
năng phù hợp với hệ thống GPRS.

Nghiên cứu xây dựng phần mềm quản lý điện năng cho một trạm biến
áp Công ty CP than Hà Lầm.
6. Phư ng ph p nghi n cứu:
Phương pháp tra cứu, tổng hợp tài liệu, số liệu, biên tập, lược dịch (trong
trường hợp cần thiết) các tài liệu số liệu nhằm kế thừa các kết quả của các
cơng trình nghiên cứu đ được triển khai, ph c v đánh giá thực trạng tình
hình quản lý điện năng tại các mỏ than, các hệ thống quản lý điện năng của
các h ng nổi tiếng trên thế giới.
Phương pháp chuyên gia nghiên cứu, phân tích, thống kê, nghiên cứu
trong phịng thí nghiệm, xây dựng mơ hình hóa kết nối hệ thống trong phịng
thí nghiệm sau khi lựa chọn giải pháp.
Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: Tiến hành đo đạc, phân tích, thu
thập số liệu cài đ t phần mềm thử nghiệm tại hiện trường sản xuất. Sử d ng
các thiết bị đo kiểm chuyên d ng đánh giá so sánh độ chính xác của hệ thống.


12

Phương pháp hội nghị khoa học nhằm thu nhận các ý kiến đóng góp của
các chuyên gia, nhà quản lý, nhà khoa học trong việc chỉnh sửa, bổ sung và
hoàn thiện các kết quả trung gian cũng như các kết quả, sản phẩm cuối cùng
của đề tài.
Để thực hiện đề tài được giao tôi đ tiến hành điều tra khảo sát, thu thập
phân tích các số liệu nhằm đánh giá các chỉ tiêu cung cấp và sử d ng điện
năng của các thiết bị, hiện trạng quản lý điện năng tại các mỏ than. Nghiên
cứu các hệ thống giám sát quản lý điện năng của một số h ng trên thế giới,
các loại ngơn ngữ lập trình xây dựng phần mềm có thể áp d ng. Trên cơ sở đó
đề ra giải pháp xây dựng hệ thống giám sát quản lý điện năng tự động nhằm
nâng cao hiệu quả sử d ng và quản lý trạm biến áp trong các đơn vị sản xuất
than.

7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài :
Ý nghĩa khoa học : Đề tài đ hệ thống hóa và góp phần làm sáng tỏ
thêm các vấn đề liên quan đến hệ thống quản lý giám sát trạm biến áp đang
được áp d ng trên thế giới, từ đó đưa ra được lựa chọn các thành phần của hệ
thống quản lý giám sát trạm biến áp cũng như xây dựng được hệ thống tương
thích với các điều kiện của trạm biến áp trong đơn vị sản xuất than tại Việt
Nam.
Ý nghĩa thực tiễn : Các kết quả nghiên cứu hệ thống giám sát quản lý
trạm biến áp có ý nghĩa thực tiễn đối với Công ty CP than Hà Lầm và trên
thực tế Công ty đ triển khai một hệ thống quán lý giám sát, sau một thời gian
vận hành đ đ m lại hiệu quả cao cho công tác quản lý. Từ hệ thống này có
thể tiến hành nhân rộng cho khơng những chỉ các cơng ty hoạt động sản xuất
than mà cịn có thể nhân rộng áp d ng cho các đơn vị hoạt động công nghiệp
khác trên m t bằng.


13

CHƯƠNG 1: TH C T

NG C NG TÁC Q ẢN LÝ TR M BIẾN ÁP

TRONG CÔNG TY CP THAN HÀ L M.
1.1. T nh h nh ti u th điện tại C ng t than Hà L m [2][4].
Hàng năm điện năng tiêu th ph c v cho sản xuất của Công ty chiếm
một tỷ trọng lớn trong giá thành sản phẩm, nhu cầu sử d ng điện của Công ty
ngày càng gia tăng. Điện năng tiêu th của Công ty năm 2011 là 19.575. 28
kWh, suất tiêu th điện trên 1 tấn than năm 2011 của công ty là 11,23.
Cơ khí-Cơ
điện

Lộ thiên
2,02%
17,15%

Ph trợ
6,06%

Tổn thất
4,35%

Sản xuất
than
63,3%

Sàng tuyển
than
7,07%

Hình 1.1 Biểu đồ tỷ lệ điện năng tiêu thụ các khâu công nghệ
Trên biều đồ hình 1.1 cho thấy điện năng tiêu th của Công ty phần lớn
là ph c v cho sản xuất than chiếm 63,3 , điện năng cho sản xuất than lộ
thiên chiếm 17,15

chủ yếu ph c v cho các thiết bị như các bơm nước

moong, máy xúc và máy khoan. Các khâu cơng nghệ cịn lại như sàng tuyển,
cơ khí chiếm khoảng từ -8%.
Qua khảo sát th o d i thấy thiết bị trong khâu sàng tuyển như hệ thống
băng tải đang vận hành non tải và không tải trong thời gian sản xuất, “hệ số
công suất cos thấp gây tổn thất n ng lượng”[3].

14

Đối với khâu vận tải như băng tải, máng cào thì thường xuyên
dừng/khởi động (70-80 lần/ca), thiết bị này thường xuyên chạy non tải,
nguyên nhân:
- Nhiều băng tải, th o công suất thiết kế định mức của động cơ với
chiều dài băng L=80m, nhưng do điều kiện thực tế đường lị chỉ dài có 0m
nên người ta cắt ngắn chiều dài băng đi 0m nhưng vẫn giữ nguyên động cơ
chạy với công suất P=Pđm gây ra tổn hao về công suất sử d ng lớn.
- Khi khai thác các đoạn máng thường bị cắt ngắn dần th o diện khai
thác khấu dật. M t khác, điều kiện vận hành khó khăn đường lị vận chuyển
gấp khúc khiến cho cơng suất tiêu th của động cơ máng cào khi chạy không
tải tăng cao gây tổn thất điện năng lớn.
Các máy móc và thiết bị trong các dây chuyền sản xuất của Cơng ty
nhìn chung chưa thật đồng bộ, nhiều chủng loại khác nhau, được trang bị dần
trong quá trình phát triển, mở rộng sản xuất dẫn đến hiệu suất sử d ng chưa
được phát huy tối đa. Đ c biệt hệ thống kiểm sốt năng lượng chưa được
trang bị gây khó khăn cho giám sát, quản lý tiêu th năng lượng.
1.2. Hiện trạng c ng t c quản lý TBA tại c ng t CP than Hà L m [2][4].
Công tác quản lý điện năng vẫn cịn mang tính thủ cơng (các thông số
vận hành, đo lường của trạm được ghi chép th o d i bằng sổ sách), chưa đủ
công tơ th o d i cho từng lộ, khu vực sản xuất dẫn đến khó khăn trong kiểm
sốt tình hình tiêu th năng lượng.
Một số thiết bị điện (máy công c , sàng tuyển

) làm việc chưa được

kiểm soát ch t chẽ th o d i số giờ làm việc, dẫn đến q trình bảo dưỡng của

các thiết bị đó chưa được đúng định kỳ làm tổn thất một phần điện năng do
ma sát cơ khí và ảnh hưởng sản xuất khi xảy ra sự cố.
Nhu cầu về sử d ng năng lượng của các hộ khai thác than ngày càng
tăng do sản xuất ngày càng xuống sâu, điều kiện sản xuất ngày càng khắc


15

nghiệt. Với m c tiêu giảm điện năng tiêu th trong khâu sản xuất thì việc ứng
d ng giải pháp kỹ thuật tiên tiến quản lý điện năng là rất cần thiết nhằm quản
lý các ph tải điện để kịp thời san tải hợp lý vào các giờ cao điểm thấp điểm
để giảm chi phí tiền điện, góp phần tiết kiệm điện trong sản xuất, tăng tuổi thọ
thiết bị, nâng hệ số cos của mạng điện cung cấp.


16

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU CÁC HỆ THỐNG QUẢN LÝ GIÁM SÁT
TR M BIẾN ÁP TRÊN THẾ GIỚI & L A CHỌN
THIẾT KẾ HỆ THỐNG
2.1. Nghi n cứu một số hệ thống quản lý điện năng tr n thế giới.
Các nước công nghiệp trên thế giới đ áp d ng hệ thống quản lý giám
sát trạm biến áp cho các đơn vị sản xuất từ khá lâu. Tuy nhiên để đưa hệ
thống quản lý điện năng vào áp d ng phù hợp với điều kiện của Việt Nam đ c
biệt là những mơi trường khắc nghiệt như mỏ Việt Nam thì g p rất nhiều khó
khăn. Chính vì vậy tác giả thực hiện đề tài đ tiến hành nghiên cứu công nghệ
của các nước để áp d ng xây dựng một hệ thống quản lý điện năng phù hợp
với điều kiện của Việt Nam.
2.1.1. Hệ thống giám sát, quản lý TBA của hãng Schneider – Pháp[4][5].
Schn id r là một trong những h ng lớn về tích hợp hệ thống và thiết bị

điều khiển trên thế giới. Hiện h ng đang cung cấp 03 loại hình hệ thống
giám sát quản lý TBA cho các đơn vị sản xuất, các nhà máy như: Po

r logic

PowerView, Power logic ION Enterprise, Power logic Scada..
2.1.1.1. ấu trúc hệ thống

Hình 2.1 Cấu trúc hệ thống giám sát quản lý điện năng power view


17

Hệ thống giám sát quản lý TBA của h ng Schn id r trong hình 2.1 bao
gồm các đồng hồ PM, các bộ vào ra phân tán I/ , bộ chuyển đổi
Modbus/quang Ethernet/quang, gat
Po

r logic Po

rVi

và Po

ay, cáp truyền tín hiệu cho hệ thống

r logic I N Ent rpris . Đối với Po

Scada hệ thống tích hợp thêm các bộ điều khiển lập trình PLC, các I/

r logic
điều

khiển từ xa, các bộ đếm thời gian.
Thi t

đo lường: Hệ thống sử d ng các loại đồng hồ PM (PM600,

PM700, PM750) của h ng, đồng hồ cho phép đo các thông số điện năng: P,
U, I, cos  , S, Q, f, sóng hài... với độ chính xác cao, sai số 0,5 , có các chức
năng truyền thơng, cho phép trao đổi dữ liệu tới các đồng hồ khác và truyền
về hệ thống trung tâm. Ngoài ra tại trạm 35/6 kV hệ thống còn dùng các bộ
vào ra phân tán (distribut d I/ ) cho phép th o d i các trạng thái đóng mở của
máy cắt, các lỗi của hệ thống điện, máy biến áp (quá dòng, quá áp, quá
nhiệt...). Các đồng hồ và các bộ vào ra phân tán sẽ được nối mạng về máy tính
tại trung tâm điều khiển, thực hiện việc giám sát, th o d i quản lý từ xa cũng
như thực hiện lưu trữ dữ liệu, thực hiện báo cáo tổng hợp, phân tích. Chuẩn
truyền thơng sử d ng trong hệ thống là giao thức Modbus

S- 22, khi nối

đến trung tâm điều khiển hệ thống sử d ng bộ chuyển đổi Modbus/Eth rn t
để kết nối hệ thống vào mạng Eth rn t/Lan nhằm m c đích cho người quản lý
truy cập linh hoạt hơn (qua LAN/WAN, Int rn t, Wifi..) và tận d ng các chức
năng (Email, SMS...). Để đảm bảo cho truyền dữ liệu từ trạm biến áp đến
phòng quản lý trung tâm với khoảng cách xa hệ thống sử d ng đường cáp
quang để đảm bảo chất lượng truyền thông. Ở đây hệ thống sử d ng 2 bộ
chuyển đổi S 22/quang. Máy tính trung tâm sẽ được cài phần mềm quản lý
chuyên d ng về quản lý TBA Po
Enterprise.

r logic Po

rVi

ho c Po

r logic I N


18

Bàn điều khiển t p trung: Được đ t tại phịng quản lý điện năng. Bao
gồm 01 máy tính cơng nghiệp và các thiết bị ph trợ làm nhiệm v thu thập
dữ liệu từ các bộ đo đa năng, phân tích dữ liệu, lập báo cáo. Thơng số kỹ thuật
các thiết bị trong hệ thống giám sát quản lý điện năng của h ng Schn id r
được mô tả như trong bảng 2.1.

Hình 2.2. Cấu trúc hệ thống Scada có tích hợp giám sát quản lý TBA.
Bảng 2.1. Thơng số kỹ thuật của thành phần trong hệ thống
TÊN THIẾT B

M

TẢ

Đồng hồ số PM 750

ĐẶC TÍNH
Kiểu: PM 750, màn

Đồng hồ số PM hình LCD 96x96.
750

Kết nối: S-422.

Sản xuất:

Đo:

P,U,I,cosφ,S,

Schneider

Q,f, sóng hài, cảnh
báo.

Hiển thị toàn Pentium 4 2.0 GHz,
Máy chủ S rv r

bộ thông tin Ram 1 Ghz
của hệ thống Ổ cứng: 0 Ghz
giám sát

CD-RW :52 X


19

12 đầu vào/6 đẩu ra

Bộ vào ra phân tán I/

Kết nối: S 22
Kết nối mạng

Bộ Hub công nghiệp

Lan

Switch - 8 cổng

Cáp Ethernet
Cáp RS - 422
- Dữ liệu thu được từ đồng hồ, cảm
biến, thiết bị tích hợp khác.
- Phân tích chất lượng điện năng
(dịng, áp, sóng hài)
- Hiển thị đồ thị
- Xuất báo cáo
- Cảnh báo sự cố

Phần
mềm
giám
sát
2.1.1.2. Ph n mềm hệ thống:
Phần mềm hệ thống Po

rLogic cung cấp cho người sử d ng quyền truy

cập từ máy tính tới mạng điện. Phần mềm chuyển đổi dữ liệu kịp thời liên
quan đến năng lượng, thông tin hành động và cung cấp kiểm soát hành động
th o quyết định của người sử d ng.
Các gói phần mềm Po

rLogic được cung cấp tùy th o quy mô sử d ng,

cấu trúc hệ thống c thể gồm 2 gói phần mềm sau:
a) Phần mềm PowerLogic PowerView:
Cung cấp giải pháp giám sát năng lượng cho các ứng d ng nhỏ và trung
bình, giám sát chi phí hiệu quả, dễ sử d ng. Phần mềm có các tính năng như
sau:


20

Hình 2.3. Giao diện phần mềm PowerView
Giám sát thời gian thực: Hiển thị thời gian thực cho thấy dữ liệu từ các
thiết bị giám sát các điểm phân phối quan trọng trong hệ thống điện. Các tham
số đượcđo đạc và giám sát liên t c bao gồm dòng điện, điện áp, nhu cầu cơng
suất, dịng điện nhu cầu và sóng hài (THD).
Báo cáo: Kết quả đo lường, phân tích và so sánh, xu hướng sử d ng
năng lượng, th o giờ/ ngày/tháng/năm. Xuất báo cáo dưới dạng Exc l.
Quản lý d liệu:Sao lưu, ph c hồi, tìm kiếm dữ liệu quá khứ bằng
Microsoft SQL.
b) Phần mềm PowerLogic Scada:
Giải pháp giám sát năng lượng và điều khiển với độ tin cậy cao và hiệu
suất tốt nhất, giúp giảm thiểu nguy cơ tổn thất năng lượng, tăng hiệu quả
mạng lưới phân phối điện rộng khắp. Phần mềm hệ thống có các tính năng
sau:

Thu th p d liệu à tích hợp điều khiển: Tích hợp các thiết bị phân phối
điện với PLC,

TUs, SEPAM và các thiết bị điều khiển thông minh khác.

Cho phép truy cập vào dữ liệu đo đạc, điều khiển rơl bảo vệ và khai báo từ
xa. Tích hợp với hệ thống quản lý TBA và các hệ thống tự động hóa khác
thơng qua Modbus TCP / IP.


21

Giám sát thời gian thực: Phần mềm hiển thị th o thời gian thực các giá
trị đo lường năng lượng, xu hướng lịch sử và các bản ghi dữ liệu, điều kiện
báo động, tình trạng thiết bị (on / off, nhiệt độ, áp suất), điều khiển khởi
động..
ảnh áo à sự kiện: Po

r logic scada cho phép có các cảnh báo có

tốc độ nhanh và chính xác nhất. Dễ dàng cấu hình để lựa chọn các loại cảnh
báo.
Phân tích:Đưa ra xu hướng năng lượng tiêu th và phân tích các thơng
số đo được dưới dạng đồ thị, cho phép các nhà khai thác dễ nhận ra mơ hình
có thể dẫn đến ảnh hưởng xấu cho hệ thống. Hiển thị phần nghìn giây, chính
xác lịch sử báo động và xu hướng để giúp xác định trình tự các sự kiện hay
phân tích nguyên nhân gốc rễ.
Quản lý d liệu: Sao lưu, ph c hồi, tìm kiếm dữ liệu bằng Microsoft
SQL.

Hình 2.4. Giao diện phần mềm PowerLogic SCADA
2.1.2. Hệ thống giám sát, quản lý TBA của hãng Rockwell – Mỹ [4][5].
2.1.2.1. ấu trúc hệ thống
Hệ thống giám sát quản lý điện năng của h ng ock
phần sau:

ll gồm các thành


22

- Bàn điều khiển t p trung: Được đ t tại phịng quản lý TBA. Bao gồm
01 máy tính cơng nghiệp và các thiết bị ph trợ làm nhiệm v thu thập dữ liệu
từ các bộ đo đa năng, phân tích dữ liệu lập báo cáo.
-

ác ộ đo đa n ng: Hệ thống sử d ng các đồng hồ số PM3000,

PM1000 của h ng ock

ll được đ t tại các trạm biến áp, các phân xưởng để

đo, thu thập các tham số điện năng, các số liệu này được truyền về máy tính
trung tâm đ t tại phịng quản lý TBA. Đồng hồ PM cho phép đo các thông số
điện năng: P, U, I, cosφ, S, Q, f, sóng hài... với độ chính xác cao, sai số 0,5 .
Đồng hồ PM cịn có các chức năng truyền thơng, cho phép trao đổi dữ liệu tới
các đồng hồ khác và truyền về hệ thống trung tâm. Hệ thống cáp truyền dẫn
sử d ng cáp quang và cáp xoắn c p dùng để kết nối các bộ đo đa năng với
máy tính trung tâm. Kiểu giao tiếp: Hệ thống giao tiếp bằng chuẩn truyền
thông

S 22, giao tiếp Modbus

TU/TCP, giao tiếp Eth rn t/IP. Máy tính

trung tâm sẽ được cài phần mềm quản lý chuyên d ng về quản lý TBA
SEn rgy M trix. Sơ đồ cấu trúc mạng hệ thống giám sát và quản lý điện
năng h ng

ock

ll được minh họa trên hình 2.5 và thơng số kỹ thuật của

đồng hồ PM3000 cho ở bảng 2.2
Bảng 2.2. Thông số kỹ thuật của đồng hồ đo của hãng Rockwell
Đồng hồ

PM 1000
Đo lường các thơng số điện:

Chức năng

Điện áp vào

- Dịng, áp, tần số, cosφ,
sóng hài.
- Năng lượng tiêu th
- Cài đ t bảo vệ
- Đo lường điện năng th- o
thời gian (cao điểm, bình

thường, thấp điểm).
100÷400 V

PM 3000
Đo lường các thơng số điện:
- Dịng, áp, tần số, cosφ,
sóng hài.
- Năng lượng tiêu th
- Cài đ t bảo vệ
- Đo lường điện năng th o
thời gian (cao điểm, bình
thường, thấp điểm).
100÷400 V


23

Cấp chính xác

0,5 %

0,5 %

Hiển thị

LCD

LCD

RS422, Modbus RTU/TCP,

RS422, deviceNet, Ethernet

Ethernet/IP

CIP/CSP

Truyền thông

2.1.2.2. Ph n mềm hệ thống.
Phần mềm

SEn rgy M trix giám sát thông tin về năng lượng dựa trên

công c trình duyệt W b. Các dữ liệu thu thập từ các thiết bị đo đa năng được
chuyển qua các thiết trung gian, qua hệ thống máy chủ S rv r, hiển thị dữ liệu
trên nền tảng W b trực tuyến. Bộ phần mềm SEn rgy M trix kết hợp truyền
thông dữ liệu, các ứng d ng S rv r-cli nt, và nền tảng công nghệ

b cao cấp

Microsoft.N t nhằm cung cấp cho người sử d ng giải pháp quản lý TBA đầy
đủ và tối ưu.

Hình 2.5. S đồ cấu trúc hệ thống quản lý điện năng của hãng Rockwell
Phần mềm SEn rgy M trix nắm bắt, phân tích, lưu trữ và chia sẻ dữ
liệu năng lượng trong nội bộ doanh nghiệp, nhà máy, khu sản xuất. Sử d ng
nền tảng kiến trúc W b, thông tin năng lượng của doanh nghiệp có sẵn trên