Xây dựng hệ thống vận hành và giám sát điện năng cho phòng thí nghiệm năng lượng tái tạo - Bao cao đồ án tốt nghiệp chuyên ngành tự động hóa BKHN (14)

Giới thiệu chung

Năng lượng là yếu tố then chốt trong nền kinh tế quốc gia, với nhiên liệu hóa thạch chiếm ưu thế vượt trội trong cân bằng năng lượng so với các nguồn năng lượng khác.

Hình 1.1 Phân bố tổng tiêu thụ năng lượng toàn cầu (2013)

Hiện nay, trữ lượng năng lượng hóa thạch như dầu mỏ, khí thiên nhiên và than đá đang giảm dần, có nguy cơ cạn kiệt trong tương lai gần Đồng thời, hiện tượng nóng lên toàn cầu do biến đổi khí hậu đang trở thành mối lo ngại lớn Vì vậy, thế giới đang nỗ lực tìm kiếm các nguồn năng lượng thay thế Quá trình này đã được khởi đầu tại nhiều quốc gia, đặc biệt là các nước phát triển, với việc con người ngày càng tăng cường nghiên cứu các dạng năng lượng mới.

Chương 1 Tổng quan về các nguồn năng lượng tái tạo phương án sử dụng hiệu quả các nguồn năng lượng mới và tái tạo, ít gây ô nhiễm môi trường như năng lượng gió, năng lượng Mặt Trời, năng lượng thủy triều, năng lượng địa nhiệt, năng lượng sinh học và năng lượng hạt nhân nhằm đáp ứng nhu cầu năng lượng của mình

Hình 1.2 Sự tăng trưởng của các nguồn năng lượng tái tạo

Việt Nam hiện đang phải nhập khẩu năng lượng như xăng dầu và than đá, với trữ lượng năng lượng hóa thạch hạn chế so với các quốc gia khác Tốc độ tăng trưởng và nhu cầu năng lượng hiện tại chỉ cho phép các nguồn này đáp ứng trong vài chục năm tới Việc sử dụng năng lượng hóa thạch gây ra nhiều hệ lụy, đặc biệt là ô nhiễm môi trường do khí thải, trong đó có CO2, góp phần vào biến đổi khí hậu Việt Nam là một trong năm quốc gia chịu ảnh hưởng nặng nề nhất từ biến đổi khí hậu, do đó, cần có trách nhiệm giảm lượng khí phát thải trong quá trình phát triển kinh tế - xã hội Để đáp ứng nhu cầu năng lượng, Việt Nam đã bắt đầu tìm kiếm và sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo.

Các nguồn năng lượng tái tạo hiện nay

Năng lượng tái tạo, bao gồm ánh sáng Mặt Trời, gió, thủy triều và địa nhiệt, là nguồn năng lượng sạch và vô tận, có thể tái tạo và sẵn có khắp nơi trên Trái Đất.

Chương 1 Tổng quan về các nguồn năng lượng tái tạo

Hình 1.3 Các nguồn năng lượng tái tạo phổ biến

Năng lượng tái tạo đang ngày càng thay thế nhiên liệu hóa thạch, đóng vai trò quan trọng trong việc đáp ứng nhu cầu năng lượng, giảm phát thải khí nhà kính và chống lại biến đổi khí hậu.

Thủy điện nhỏ hiện nay được xem là một nguồn năng lượng tái tạo quan trọng, góp phần sản xuất điện sinh hoạt và bảo vệ môi trường Nguồn năng lượng này sử dụng dòng chảy nhỏ để quay tua bin nước, từ đó phát điện Trước đây, các nhà máy thủy điện có công suất dưới 10MW được phân loại là thủy điện nhỏ, nhưng từ năm 2007, Bộ Công thương đã nâng mức công suất này lên dưới 30MW.

Hình 1.4 Mô hình nguyên lý hoạt động của nhà máy thủy điện

Các nhà máy thủy điện mang lại lợi thế lớn về việc tiết kiệm chi phí nhiên liệu nhờ sử dụng nguồn nước tự nhiên Hơn nữa, tuổi thọ của các nhà máy này thường cao, góp phần vào sự bền vững trong sản xuất năng lượng.

Chương 1 Tổng quan về các nguồn năng lượng tái tạo điện thường rất cao từ 50 năm đến 100 năm Do đó, về lâu dài thì đây có thể coi là một nguồn năng lượng rẻ nhất Các chi phí vận hành, bảo dưỡng hàng năm là rất thấp, khả năng tự động hóa cao Tuy nhiên, nó cũng có nhiều nhược điểm: vốn đầu tư lớn, thời gian xây dựng lâu, gây nhiều ảnh hưởng xã hội và sinh thái, phụ thuộc nhiều vào yếu tố thời tiết Nhưng thủy điện nhỏ vẫn là một nguồn năng lượng sinh điện có giá thành sinh điện thấp nhất so với hầu hết tất cả các nguồn năng lượng tái tạo khác hiện nay

Năng lượng gió là một nguồn năng lượng thân thiện với môi trường và ít tác động tiêu cực đến xã hội Nhà máy điện gió chuyển đổi động năng của gió thành điện năng thông qua tuabin gió và máy phát Lợi ích của năng lượng gió bao gồm việc không cần nhiên liệu đầu vào và không gây ô nhiễm môi trường Tuy nhiên, chi phí phát điện từ năng lượng gió vẫn cao hơn so với một số nguồn năng lượng khác.

Hình 1.5 Mô hình hệ thống điện gió hòa lưới với tốc độ thay đổi

Năng lượng gió đóng vai trò quan trọng trong việc đa dạng hóa nguồn năng lượng, giúp giảm sự phụ thuộc vào một hoặc vài nguồn năng lượng chính Điều này không chỉ phân tán rủi ro mà còn nâng cao an ninh năng lượng quốc gia.

Hình 1.6 Công suất lắp đặt điện gió trên toàn thế giới tính đến năm 2015 [1]

Hệ thống năng lượng Mặt Trời (PV) chuyển đổi quang năng từ ánh sáng Mặt Trời thành điện năng thông qua các tấm pin năng lượng Mặt Trời Với thiết kế đơn giản, không có bộ phận chuyển động và yêu cầu bảo trì thấp, các hệ thống này ngày càng được nghiên cứu, phát triển và ứng dụng rộng rãi.

Hình 1.7 Sử dụng pin Mặt Trời để sản xuất điện năng phục vụ sinh hoạt

Hệ thống pin năng lượng Mặt Trời nổi bật với độ tin cậy và độ bền cao, có tuổi thọ trung bình từ 20 đến 40 năm Chúng có thiết kế gọn nhẹ, dễ dàng lắp đặt ở bất kỳ đâu có ánh sáng Mặt Trời, an toàn cho người sử dụng và thân thiện với môi trường Mặc dù không thể sản xuất điện năng liên tục và chỉ hoạt động khi có ánh sáng Mặt Trời, pin Mặt Trời vẫn được coi là nguồn năng lượng tái tạo có tiềm năng lớn nhất.

Hình 1.8 Công suất lắp đặt điện Mặt Trời trên toàn thế giới tính đến năm 2015 [1]

Xây dựng hệ thống năng lượng Mặt Trời đòi hỏi chi phí đầu tư lớn, dẫn đến giá thành điện năng cao, tạo ra rào cản trong phát triển Tuy nhiên, năng lượng Mặt Trời vẫn giữ vai trò quan trọng trong cung cấp điện, đặc biệt khi nhu cầu điện năng ngày càng gia tăng.

Năng lượng thủy triều sử dụng sự lên xuống của nước biển để quay cánh quạt và sản xuất điện, là nguồn năng lượng vô tận và không tốn chi phí nhiên liệu Tương tự như năng lượng gió và năng lượng Mặt Trời, năng lượng thủy triều không phát sinh khí thải và có chi phí bảo trì thấp Đặc biệt, năng lượng thủy triều ổn định hơn do có thể dự đoán chính xác sự biến động của thủy triều trong ngày.

Hình 1.9 Mô hình nguyên lý tạo ra điện từ thủy triều

Năng lượng thủy triều có nhược điểm lớn là yêu cầu chi phí đầu tư cao và chỉ hoạt động trong thời gian ngắn khi có sự biến đổi của thủy triều Hơn nữa, trên thế giới và tại Việt Nam, số lượng địa điểm có địa hình phù hợp để khai thác nguồn năng lượng này một cách hiệu quả là rất hạn chế.

Năng lượng sinh khối là nguồn năng lượng từ các sinh vật, chủ yếu là cây trồng và vật liệu thực vật Nó có thể được tạo ra từ nhiều sản phẩm nông nghiệp như thân, cành, vỏ cây, và các sản phẩm dư thừa trong chế biến nông lâm sản, cũng như từ gỗ củi, rác thải, phân gia súc và bã phế thải hữu cơ Năng lượng sinh khối mang lại nhiều lợi ích về môi trường và kinh tế xã hội, đặc biệt trong phát triển nông thôn.

Chương 1 Tổng quan về các nguồn năng lượng tái tạo những tái sinh được mà còn tận dụng chất thải làm nhiên liệu Do đó, vừa giảm thiểu rác thải, vừa biến rác thải thành sản phẩm hữu ích

1.2.6 Năng lượng địa nhiệt Địa nhiệt là dạng năng lượng sạch và bền vững Nhà máy điện địa nhiệt sử dụng nhiệt năng từ lòng đất tạo hơi nước có nhiệt độ cao chạy tuabin hơi, máy phát để sản xuất điện năng So với các nguồn năng lượng khác như thủy điện, gió, hay Mặt Trời thì địa nhiệt không phụ thuộc yếu tố thời tiết và khí hậu Do đó, địa nhiệt có hiệu suất sử dụng rất cao Bên cạnh đó, tác động tới môi trường của nhà máy địa nhiệt là rất ít

Hiện trạng và xu hướng của nguồn năng lượng tái tạo ở Việt Nam

Việt Nam sở hữu tiềm năng lớn về năng lượng tái tạo như năng lượng gió, năng lượng Mặt Trời, năng lượng sinh học, thủy điện nhỏ và năng lượng từ biển Chiến lược năng lượng quốc gia và quy hoạch điện lực đã đề ra các mục tiêu quan trọng cho phát triển năng lượng tái tạo Tuy nhiên, hiện tại, các nguồn năng lượng tái tạo của Việt Nam vẫn chưa được khai thác hiệu quả và cần có chính sách phát triển phù hợp.

Tính đến năm 2010, công suất lắp đặt điện từ năng lượng tái tạo tại Việt Nam đạt khoảng 790MW, chủ yếu đến từ thủy điện nhỏ, sinh khối, gió và năng lượng mặt trời Tuy nhiên, chi phí sản xuất và một số công nghệ vẫn là rào cản lớn đối với sự phát triển của năng lượng tái tạo.

Chương 1 Tổng quan về các nguồn năng lượng tái tạo sản xuất ở nước ta chưa có Nhưng sự phát triển của công nghệ năng lượng tái tạo, chi phí cho các nguồn năng lượng mới sẽ sớm có tính cạnh tranh kinh tế với các nguồn nhiên liệu hóa thạch và có thể đáp ứng một phần nhu cầu năng lượng của Việt Nam Thủy điện nhỏ Năng lượng sinh khối Khí sinh học Điện Mặt Trời Điện gió

Bảng 1.1 Công suất lắp đặt các nhà máy NLTT đến hết năm 2010 (MW) [2]

Ngoài chi phí sản xuất cao, sự phát triển năng lượng tái tạo còn gặp nhiều rào cản như thiếu chính sách hỗ trợ, thông tin và cơ sở dữ liệu cho quy hoạch, công nghệ phụ trợ chưa phát triển, và khó khăn trong việc tiếp cận nguồn vốn Tại Việt Nam, nghiên cứu từ dự án Tổng sơ đồ phát triển năng lượng tái tạo của Viện Năng Lượng chỉ ra rằng chi phí sản xuất điện từ năng lượng tái tạo đang là một thách thức lớn.

Loại nguồn Thủy điện nhỏ Gió Trấu Bã mía

Loại nguồn Khí từ rác thải Đốt rác thải Pin Mặt Trời Địa nhiệt

Bảng 1.2 Chi phí cho sản xuất điện từ NLTT [2]

Việt Nam có tiềm năng thủy điện nhỏ ước tính khoảng 4.000MW, trong đó 93-95% đến từ các nguồn có công suất từ 100kW đến 30MW, trong khi nguồn dưới 100kW chỉ chiếm 5-7% Tổng công suất của các nguồn thủy điện nhỏ này vượt quá 200MW.

Tính đến năm 2010, cả nước đã đưa vào vận hành hơn 500 thủy điện nhỏ với công suất từ 5kW đến 10MW, tổng công suất lắp đặt đạt trên 100MW và sản lượng điện hàng năm khoảng 120-150 triệu kWh Tuy nhiên, các công trình thủy điện có công suất từ 5kW đến 100kW hiện đã ngừng hoạt động Trong số 117 trạm thủy điện nhỏ có công suất từ 100kW đến dưới 10MW, hiện chỉ còn 55 trạm vẫn đang hoạt động.

Chương 1 Tổng quan về các nguồn năng lượng tái tạo động (chiếm 47%) Ngoài ra, các trạm và tổ máy thủy điện cực nhỏ với công suất từ 0,2- 5kW do các gia đình tự quản, khai thác tại các vùng chưa có lưới điện quốc gia (khoảng 100.000-150.000 trạm) vẫn hoạt động tốt, cung cấp điện sinh hoạt, sản xuất góp phần nâng cao chất lượng đời sống cho đồng bào vùng sâu, vùng xa còn nhiều khó khăn

Việt Nam, nằm trong khu vực cận nhiệt đới gió mùa với bờ biển dài, có lợi thế lớn để phát triển năng lượng gió Tuy nhiên, chỉ có 2% diện tích lãnh thổ, chủ yếu là các vùng bờ biển và cao nguyên phía Nam, có tiềm năng gió tốt Mặc dù tiềm năng năng lượng gió trên mặt đất của Việt Nam còn hạn chế, nhưng vẫn có những khu vực với tổng năng lượng gió cả năm không vượt quá 200 kWh/m².

Hình 1.11 Các tuabin gió tại nhà máy điện Tuy Phong (Bình Thuận)

Việt Nam sở hữu tiềm năng gió lớn nhất Đông Nam Á, với tổng công suất điện năng ước tính đạt 513.360MW, vượt xa gấp 200 lần công suất của nhà máy thủy điện Sơn La và hơn 10 lần tổng công suất dự báo của ngành điện Việt Nam vào năm 2020, theo khảo sát năng lượng của Ngân hàng Thế giới.

Việt Nam hiện đang phát triển nhiều dự án điện gió tại các tỉnh miền Trung như Ninh Thuận, Bình Thuận, Bình Định, và khu vực Nam Bộ gồm Cà Mau, Bạc Liêu, Kiên Giang, cũng như các vùng đảo như Trường Sa, Côn Đảo, Phú Quốc Tính đến nay, cả nước đã triển khai 42 dự án điện gió tại 12 tỉnh, chủ yếu tập trung ở miền Trung, Tây Nguyên và Tây Nam Bộ, với tổng công suất đạt 3.906MW.

Việc chuyển đổi từ tiềm năng lý thuyết sang tiềm năng khai thác, sau đó là tiềm năng kỹ thuật và cuối cùng là tiềm năng kinh tế là một quá trình phức tạp Tuy nhiên, điều này không ngăn cản chúng ta khám phá tiềm năng to lớn của năng lượng gió tại Việt Nam.

Việt Nam sở hữu tiềm năng năng lượng sinh khối phong phú với trữ lượng ước tính lên tới 118 triệu tấn mỗi năm Theo Viện Năng lượng Việt Nam, nguồn sinh khối này bao gồm khoảng 40 triệu tấn rơm rạ và 8 triệu tấn trấu, cho thấy khả năng phát triển bền vững trong lĩnh vực năng lượng tái tạo.

6 triệu tấn bã mía và trên 50 triệu tấn vỏ cà phê, vỏ đậu, phế thải gỗ

Nguồn sinh khối chủ yếu của Việt Nam bao gồm gỗ và phụ phẩm từ cây trồng, với tiềm năng sinh khối gỗ năng lượng đạt gần 25 triệu tấn, tương đương 8,8 triệu tấn dầu thô Ngoài ra, phụ phẩm nông nghiệp như rơm, rạ, trấu và bã mía có tiềm năng lên đến 53,5 triệu tấn, tương đương 12,8 triệu tấn dầu thô Nguồn năng lượng này có khả năng tái sinh liên tục trong 30 năm Tuy nhiên, Việt Nam đang đối mặt với nhiều rào cản tự nhiên và cạnh tranh từ bên ngoài, cùng với các vấn đề về môi trường, thu hẹp đất nông nghiệp và công nghệ, khiến Chính phủ gặp khó khăn trong việc xây dựng lộ trình phát triển năng lượng sinh khối Việc chuyển đổi tiềm năng này thành năng lượng chất lượng cao vẫn đang chờ lời giải.

Việt Nam có tiềm năng lớn về năng lượng Mặt Trời, với các địa phương phía Bắc nhận trung bình từ 1800-2000 giờ nắng mỗi năm, trong khi các tỉnh phía Nam, từ Đà Nẵng trở vào, có trung bình khoảng 2000-2600 giờ nắng Bức xạ Mặt Trời trung bình trên mặt đất dao động từ 3,54 đến 5,15 kWh/m²/ngày, với tiềm năng lí thuyết ước tính khoảng 43,9 tỉ TOE/năm.

Trong hơn 10 năm qua, điện Mặt Trời đã phát triển mạnh mẽ tại Việt Nam và được áp dụng rộng rãi trong đời sống Các ứng dụng của điện Mặt Trời bao gồm cung cấp năng lượng cho hộ gia đình, trung tâm dịch vụ, hệ thống đun nước, đèn điện và thiết bị sấy Trong số đó, công nghệ đun nước Mặt Trời được đánh giá là có giá trị kinh tế cao, hiệu quả và phổ biến nhất hiện nay.

Kết luận

Theo báo cáo năm 2010, tổng điện năng từ năng lượng tái tạo đã cung cấp gần 2.000 triệu kWh cho lưới điện quốc gia, chiếm khoảng 2% tổng sản lượng điện Dự kiến, đến năm 2020, tỷ lệ này sẽ tăng lên khoảng 9,9% công suất phát điện toàn hệ thống.

Hình 1.13 Mục tiêu phát triển NLTT tại Việt Nam giai đoạn 2011 - 2030 [3]

So với nhiều quốc gia khác, kết quả khai thác năng lượng tái tạo tại Việt Nam vẫn còn khiêm tốn và chưa tận dụng tối đa tiềm năng Do đó, việc phát triển nguồn năng lượng tái tạo trong thời gian tới là vô cùng quan trọng, không chỉ về mặt kinh tế và xã hội, mà còn góp phần tăng cường an ninh năng lượng và bảo vệ môi trường.

Giới thiệu chung

Lưới điện truyền thống bao gồm đường dây truyền tải, trạm biến áp và lưới điện phân phối, có nhiệm vụ chuyển tải điện năng từ nhà máy đến người tiêu dùng Tuy nhiên, sự phát triển công nghiệp và gia tăng dân số đã làm tăng nhu cầu điện năng, dẫn đến lưới điện phải hoạt động trong các trạng thái không thuận lợi, làm tăng xác suất xảy ra sự cố trong các thời điểm cao điểm.

Lưới điện truyền thống không được thiết kế để tích hợp hiệu quả nhiều nguồn phát điện biến đổi như năng lượng mặt trời và gió Khi công suất của các nguồn này gia tăng nhờ công nghệ tiên tiến, việc kết nối chúng vào lưới điện trở nên khó khăn hơn, đặc biệt trong việc đảm bảo nhu cầu điện năng Điều này dẫn đến sự phức tạp trong quản lý lưới điện, điều tiết nguồn phát và hạn chế khả năng truyền tải.

Để phát triển một hệ thống lưới điện đáng tin cậy và tự điều chỉnh, việc tích hợp các nguồn năng lượng tái tạo phân tán là rất cần thiết Ứng dụng hệ thống SCADA trong vận hành và giám sát các nguồn năng lượng hiện nay là một giải pháp hiệu quả SCADA cho phép khai thác tối đa năng lượng từ các nguồn phát nhờ vào việc tích hợp công nghệ giám sát và điều khiển số, tối ưu hóa quá trình vận hành Hệ thống này giúp thu thập dữ liệu, điều khiển và giám sát từ xa, qua đó tiết kiệm thời gian và chi phí.

Hệ thống SCADA hiện nay đã được áp dụng rộng rãi tại các trung tâm điều độ quốc gia, miền, địa phương và các trạm biến áp không người trực trong hệ thống điện Sự phát triển của các nguồn năng lượng tái tạo, đặc biệt là nguồn phân tán, đã thúc đẩy việc triển khai hệ thống SCADA, tạo tiền đề quan trọng cho việc xây dựng một hệ thống điện thông minh tại Việt Nam.

Chương 2 Tổng quan về hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu

Hình 2.1 Mô hình ứng dụng của SCADA trong lưới điện phân tán

Hệ thống SCADA là gì?

SCADA (Hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu) là một công nghệ tiên tiến giúp quản lý và giám sát các quá trình từ xa, hỗ trợ con người trong việc điều khiển và theo dõi hiệu quả.

Hình 2.2 Một hệ thống SCADA cơ bản

Hệ thống SCADA bắt nguồn từ những năm 1960 với các thiết bị nhập và xuất dữ liệu, được thiết kế để kiểm soát từ xa các hoạt động công nghiệp.

Chương 2 Tổng quan về hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu những năm 1970, khái niệm “SCADA” mới được hình thành, khi mà các bộ vi xử lý và điều khiển logic khả trình PLC (Programmable Logic Controller) phát triển, từ đó giúp nâng cao khả năng quản lý và kiểm soát quy trình tự động hóa.

Sự phân cấp quản lý của hệ thống SCADA

Toàn bộ hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu được phân chia thành các cấp chức năng như hình vẽ minh họa dưới đây (hình 2.3)

Mô hình phân cấp chức năng của hệ thống SCADA được sử dụng để sắp xếp và phân loại các chức năng tự động hóa trong hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu Mô hình này chia các chức năng thành nhiều cấp độ, từ cơ bản ở cấp dưới đến phức tạp hơn ở cấp trên Các chức năng ở cấp dưới yêu cầu độ nhạy bén và thời gian phản ứng cao, trong khi các chức năng ở cấp trên dựa vào các chức năng cấp dưới nhưng yêu cầu xử lý và trao đổi thông tin lớn hơn.

Cấp chấp hành bao gồm các cảm biến (Sensors) và bộ truyền động (Actuators), cùng với các bộ điều chỉnh (Regulator) nhằm thu thập thông tin từ đối tượng hoặc hiện trường sản xuất, xử lý dữ liệu và truyền tải thông tin đến các thiết bị trong hệ thống.

Cấp điều khiển là quá trình quản lý các hoạt động kỹ thuật, bao gồm việc kết nối các bộ điều khiển, thiết bị điều khiển logic khả trình (PLC) và thiết bị điều khiển công nghệ trong các máy CNC (Computer Numerical Control) hoặc máy tính công nghiệp.

Cấp điều khiển giám sát đảm nhận vai trò quan trọng trong việc vận hành và giám sát quá trình kỹ thuật Tại cấp này, các chức năng giao diện người – máy được thực hiện, bao gồm lưu trữ dữ liệu liên quan đến quá trình, phát lệnh, thiết lập cấu hình và điều chỉnh chế độ làm việc cho các máy sản xuất Thiết bị chủ yếu trong cấp này bao gồm các máy trạm làm việc và máy tính công nghiệp.

Cấp điều hành sản xuất có vai trò quan trọng trong việc quản lý linh hoạt các hoạt động khác nhau, bao gồm điều hành sản xuất, phân bổ nguồn lực và lập kế hoạch sản xuất hiệu quả.

Cấp quản lý công ty đóng vai trò quan trọng trong việc kết nối và phối hợp các hoạt động quản lý tại các nhà máy, chi nhánh và trung tâm điều độ ở nhiều thành phố và quốc gia khác nhau.

Thông thường, ba cấp dưới được xem là phần của hệ thống điều khiển và giám sát Tuy nhiên, việc thể hiện hai cấp trên (quản lý công ty và điều hành sản xuất) giúp làm rõ mô hình lý tưởng cho cấu trúc chức năng của các hệ thống SCADA Gần đây, nhu cầu tự động hóa tổng thể ở cả cấp điều hành sản xuất và quản lý công ty đã thúc đẩy việc tích hợp hệ thống và loại bỏ các cấp trung gian không cần thiết Do đó, ranh giới giữa cấp điều hành sản xuất trở nên mờ nhạt, dẫn đến xu hướng hội nhập hai cấp này thành một cấp duy nhất gọi là cấp điều hành.

Các yêu cầu chung của hệ thống SCADA

- Giám sát và đảm bảo được tính chính xác: toàn bộ các thông số vận hành của hệ thống như dòng điện, điện áp, công suất, tần số,…

Giám sát các trạng thái của các phần tử đóng cắt trong hệ thống là rất quan trọng, bao gồm trạng thái đóng cắt của rơ le, công tắc tơ, máy cắt và dao cách ly.

Quá trình điều khiển trong hệ thống phải đảm bảo chính xác và tin cậy, đặc biệt trong các thao tác đóng/mở và điều khiển nguồn áp từ xa Điều này đòi hỏi sự giám sát chặt chẽ về tính liên động giữa các thiết bị điều khiển và các thiết bị liên quan, nhằm tuân thủ quy trình vận hành của hệ thống mà không được xảy ra nhầm lẫn.

Cài đặt thông số từ xa là cần thiết khi có sự thay đổi cấu trúc hệ thống hoặc khi nâng cao công suất để chống quá tải trong hệ thống điện, nhằm đảm bảo các thông số vận hành của hệ thống luôn được cập nhật và tối ưu.

Chương 2 Tổng quan về hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu và thiết bị sẽ thay đổi vì vậy có thể cần phải chỉnh định lại thông số chỉnh định bảo vệ rơ le hoặc thay đổi tỉ số biến đổi trong các thiết bị đo đếm như đồng hồ và công tơ cho phù hợp với thực tế Việc tinh chỉnh này cần được thực hiện từ trung tâm giám sát điều khiển một cách dễ dàng, thuận tiện mà người vận hành không cần phải đến tại vị trí đặt thiết bị

2.4.3 Quản lý và lưu trữ dữ liệu

Hệ thống giám sát không chỉ theo dõi các sự cố trên lưới và thiết bị mà còn cung cấp cảnh báo qua âm thanh, màu sắc hoặc thông báo trên màn hình Nó ghi lại chuỗi sự kiện và xác định, chuẩn đoán các sự cố một cách hiệu quả Tất cả các chức năng này cần được bảo mật ở mức cao nhất và đảm bảo độ tin cậy tuyệt đối.

2.4.4 Tính năng thời gian thực

SCADA là hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu thời gian thực, vì vậy tính năng thời gian của nó rất quan trọng Hoạt động bình thường của hệ thống điện kỹ thuật, cũng như hệ thống điện, phụ thuộc không chỉ vào độ chính xác của kết quả đầu ra mà còn vào thời điểm mà các kết quả này được cung cấp.

Hệ thống thời gian thực không chỉ cần phản ứng nhanh mà còn phải đáp ứng kịp thời các yêu cầu và tác động từ bên ngoài Để đạt được điều này, một hệ thống truyền tin cần đảm bảo khả năng truyền tải thông tin một cách tin cậy và đúng thời điểm, phù hợp với yêu cầu của đối tác truyền thông.

Tính năng thời gian thực của hệ thống giám sát điều khiển phụ thuộc vào hệ thống thông tin được sử dụng Để đảm bảo tính năng này, hệ thống cần có những đặc điểm nhất định.

- Độ nhanh nhạy: Tốc độ truyền tin hữu ích phải đủ nhanh để đáp ứng như cầu trao đổi dữ liệu trong một giải pháp cụ thể

- Tính tiền định: Dự đoán trước được thời gian phản ứng tiêu biểu và thời gian phản ứng chậm nhất với yêu cầu của từng trạm

Độ tin cậy và tính kịp thời là yếu tố quan trọng trong việc đảm bảo thời gian vận chuyển dữ liệu một cách hiệu quả giữa các trạm trong một khoảng xác định.

Tính bền vững đề cập đến khả năng xử lý sự cố một cách hiệu quả, nhằm ngăn chặn thiệt hại lan rộng cho toàn bộ hệ thống khi sự cố xảy ra.

Cấu trúc của một hệ thống SCADA

Cấu trúc chung của một hệ thống SCADA được mô tả như hình dưới (hình 2.4)

Hình 2.4 Cấu trúc một hệ thống SCADA cơ bản

Hệ thống SCADA bao gồm năm thành phần chính: Trạm chủ trung tâm (MTU), Thiết bị đầu cuối hiện trường (RTU), Hệ thống truyền thông (CS), Giao diện người-máy (HMI) và Người vận hành Trong đó, Thiết bị đầu cuối hiện trường (RTU) đóng vai trò quan trọng trong việc thu thập và truyền tải dữ liệu từ các cảm biến và thiết bị tại hiện trường về Trạm chủ trung tâm.

Thiết bị đầu cuối hiện trường (RTU) đóng vai trò quan trọng trong việc giao tiếp giữa hệ thống SCADA và quy trình giám sát thông qua cảm biến và cơ cấu chấp hành RTU có thể là một hệ vi xử lý được thiết kế đặc biệt cho hệ SCADA hoặc sử dụng các PLC và các bộ điều khiển khác.

Trong các hệ thống điều khiển giám sát tích hợp, RTU thường được thay thế bởi PLC hoặc Controller, với dữ liệu quá trình không chỉ phục vụ cho điều khiển logic mà còn cho giám sát vận hành Nhiều hệ thống hiện đại sử dụng cảm biến thông minh và cơ cấu chấp hành thông minh, trong đó vai trò của RTU được tích hợp vào các thiết bị này, trong khi PLC và Controller chỉ đóng vai trò trung chuyển dữ liệu cho ứng dụng SCADA.

Chương 2 Tổng quan về hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu b) Trạm chủ trung tâm

Trạm chủ trung tâm là cầu nối giữa người vận hành và hệ SCADA, thực hiện việc nhận và hiển thị dữ liệu từ các RTU, đồng thời nhận lệnh từ người vận hành để chuyển tới RTU Ngoài chức năng chính, trạm chủ trung tâm hiện đại còn đảm nhiệm các nhiệm vụ quản lý, bảo trì và tối ưu hóa quy trình, bao gồm thiết lập và liên kết truyền thông, chẩn đoán và tối ưu hóa hoạt động của hệ thống.

Trạm chủ trung tâm, hay còn gọi là thiết bị đầu cuối trung tâm (MTU), là thuật ngữ phù hợp hơn cho các hệ thống SCADA hiện đại Trong các hệ thống này, trạm chủ trung tâm bao gồm một hoặc nhiều máy trạm và máy chủ được kết nối và phối hợp để thực hiện các chức năng và nhiệm vụ của hệ thống Hệ thống truyền thông đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo sự liên kết và hiệu quả hoạt động của trạm chủ trung tâm.

Hệ thống truyền thông trong SCADA kết nối và trao đổi dữ liệu giữa các RTU và MTU, đồng thời liên kết các phần tử trong MTU Tùy thuộc vào tính chất và đặc điểm của từng ứng dụng SCADA, có thể sử dụng một hoặc nhiều loại mạng truyền thông khác nhau.

Giao diện người máy (HMI) là thiết bị đầu vào-đầu ra giúp hiển thị dữ liệu quá trình do người vận hành điều khiển HMI kết nối với phần mềm và cơ sở dữ liệu hệ thống SCADA, cung cấp thông tin quản lý như sơ đồ hệ thống, hiển thị báo động và đồ thị xu hướng của quá trình.

Người vận hành hệ thống SCADA có vai trò quan trọng trong việc giám sát và điều khiển hoạt động của các thiết bị và hệ thống từ xa Họ thực hiện các chức năng giám sát để đảm bảo sự hoạt động hiệu quả và an toàn của toàn bộ hệ thống.

Phần mềm SCADA được phân loại thành hai loại chính: phần mềm thuộc quyền sở hữu và phần mềm nguồn mở Phần mềm thuộc quyền sở hữu do các nhà cung cấp hệ thống SCADA thiết kế để tương tác với phần cứng của họ, nhưng điều này dẫn đến sự phụ thuộc lớn vào nhà cung cấp Ngược lại, phần mềm nguồn mở ngày càng trở nên phổ biến hơn nhờ khả năng tương tác linh hoạt, cho phép tích hợp nhiều thiết bị từ các nhà sản xuất khác nhau trong cùng một hệ thống.

Thành phần chung cơ bản của một phần mềm SCADA như sau:

HMI Builder/Configurator là thành phần quan trọng dùng để thiết kế và cấu hình các ứng dụng SCADA Nó bao gồm các chức năng thiết kế giao diện hiển thị (Display), cấu hình các thẻ (Tags), và cấu hình các kịch bản (Scripts).

The HMI Runtime component is essential for executing SCADA applications developed using the HMI Builder/Configurator This component includes a Script Engine that facilitates the execution of generated scripts.

The Data Center components are essential for processing data for the HMI Builder/Configurator and HMI Runtime They facilitate data storage for report generation, graph creation, and provide support for various other applications.

Thành phần hỗ trợ mạng TCP/IP Network đóng vai trò quan trọng trong việc truyền thông giữa các máy tính cài đặt phần mềm SCADA Module này cho phép máy tính trong mạng hiển thị dữ liệu thu thập từ các máy tính khác, tạo điều kiện thuận lợi cho việc chia sẻ thông tin và nâng cao hiệu quả hoạt động của hệ thống.

- Thành phần OPC Client, I/O Driver: dùng để kết nối với phần cứng để thu thập dữ liệu thời gian thực, tích hợp hệ thống

Bảng 2.1 Một số phần mềm SCADA phổ biến hiện nay

Vijeo Look Schneider Electric France

Factory Link United States DATA Co USA

Lab View National Instruments USA

RS View Rockwell Software Inc USA

MC Work64 Mitsubishi Electric Japan

LabWindows/CVI National Intrusments USA

2.5.3 Truyền thông trong hệ thống

Trong hệ thống SCADA, mỗi cấp trong sơ đồ phân cấp có những yêu cầu thông tin và trao đổi khác nhau Cấp cao hơn yêu cầu xử lý và trao đổi lượng thông tin lớn hơn, nhưng tần suất và yêu cầu về thời gian thực lại giảm dần Thông tin thường được trao đổi theo hai hướng: từ cấp dưới lên cấp trên và ngược lại Cấp quản lý cần kết nối truyền thông với dữ liệu lớn qua khoảng cách xa, thường sử dụng mạng diện rộng Cấp giám sát điều khiển sử dụng mạng Ethernet với giao thức TCP/IP, trong khi cấp điều khiển yêu cầu tính thời gian thực và tần suất trao đổi thông tin cao, đòi hỏi áp dụng các công nghệ khác nhau cho từng cấp.

Tương ứng với các lớp, các cấp độ trong hệ thống điều khiển giám sát và thu thập, ta có các mạng truyền thông cơ bản sau:

Mạng thiết bị, hay còn gọi là bus trường, là hệ thống truyền thông giữa bộ điều khiển và các thiết bị vào/ra, cũng như giữa bộ điều khiển và RTU, PLC hoặc các bộ điều khiển cấp dưới Hệ thống này thường áp dụng các chuẩn mạng như Modbus và Profibus, với mô hình truyền thông có thể là Master/Slave hoặc Peer to Peer.

Bộ điều khiển logic khả trình PLC trong SCADA

Bộ điều khiển logic khả trình (PLC) là thiết bị chuyên dụng dùng để điều khiển tuần tự và các thiết bị chấp hành trong hệ thống tự động hóa PLC được phát triển nhằm thay thế các mạch điều khiển logic truyền thống sử dụng rơ le, mang lại sự linh hoạt và hiệu quả cao hơn trong quá trình điều khiển.

Chương 2 Tổng quan về hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu mạch và các bộ đếm cơ học Hiện nay, các quá trình điều khiển kỹ thuật có thể thực hiện bằng PLC một cách đơn giản và linh hoạt

Việc sử dụng PLC như một RTU trong hệ thống SCADA mang lại nhiều tiện ích, bao gồm tính năng đầy đủ của các loại RTU khác Thêm vào đó, PLC cũng dễ dàng trong việc lập trình và cài đặt.

Hình 2.5 minh họa các thành phần chức năng chính của một hệ thống thiết bị điều khiển khả trình và quan hệ tương tác giữa chúng

Hình 2.5 Các thành phần chức năng chính của PLC

Hệ thống SCADA sử dụng PLC để điều khiển và giám sát, với ưu điểm nổi bật là khả năng xử lý các phép tính logic nhanh chóng, thời gian vòng quặt nhỏ (khoảng vài ms) Ban đầu, PLC chỉ quản lý các đầu vào số, nhưng qua thời gian phát triển, hiện nay PLC đã được mở rộng với nhiều chức năng mới, bao gồm khả năng quản lý đầu vào/ra analog và hỗ trợ các hệ thống truyền thông công nghiệp Các giao thức truyền thông mà PLC hiện nay hỗ trợ bao gồm Profibus, Ethernet, AS-i, Modbus, và DeviceNet, giúp nâng cao khả năng kết nối và tương tác trong các ứng dụng công nghiệp.

Chương 2 Tổng quan về hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu trong các thế hệ sau này như Profinet của PLC đã mở ra khả năng ứng dụng PLC trong các hệ thống lớn (hệ SCADA) hoặc cũng có thể kết nối với máy tính có phần mềm giao diện người - máy, tạo thành hệ PLC/HMI để điều khiển, giám sát và thu thập số liệu

Một số nhà cung cấp sản phẩm PLC phổ biến hiện nay: Rockwell Automation, Siemens, Ormon, Schneider Electric, Mitshubishi Electric…

Một số chuẩn mạng truyền thông trong hệ thống SCADA

Profibus (Process Field Bus) là một hệ thống bus trường được phát triển tại Đức từ năm 1987, với sự hợp tác của 21 công ty và cơ quan nghiên cứu Mục tiêu chính của dự án là tạo ra một mạng truyền thông kỹ thuật số thay thế cho hệ thống truyền thông tương tự 4-20mA trong điều khiển quá trình công nghiệp Profibus sử dụng phương pháp điều khiển truy cập bằng thẻ bài (Token-Passing) và mô hình chủ/tớ (Master/Slave) Hệ thống này sử dụng cáp xoắn hoặc cáp quang làm môi trường truyền dẫn, cho phép kết nối tối đa 32 trạm trong một đoạn mạng dài 1900m với tốc độ truyền lên tới 12Mbps Trong các phiên bản của Profibus, Profibus-DP là phiên bản được sử dụng phổ biến nhất, bên cạnh các phiên bản khác như Profibus-PA và Profibus-FMS.

Hình 2.7 Một hệ thống mạng Profibus tiêu biểu

Modbus là một giao thức được phát triển bởi hãng Modicon, hiện thuộc AEG Đây là một chuẩn giao thức và dịch vụ thuộc lớp ứng dụng, cho phép thực hiện trên các cơ chế vận chuyển cấp thấp như TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol).

Modbus là một giao thức truyền thông quan trọng, cho phép giao tiếp giữa bộ điều khiển và thiết bị thông qua cơ chế hỏi/đáp Nó thường được sử dụng trên các đường truyền RS-232, kết nối các thiết bị dữ liệu đầu cuối như RTU và PLC với thiết bị truyền dữ liệu Giao thức này hoạt động theo cơ chế chủ/tớ, giúp tối ưu hóa quá trình truyền tải thông tin.

Hình 2.8 Một hệ thống mạng Modbus tiêu biểu

AS-i là sản phẩm hợp tác của 11 nhà sản xuất thiết bị cảm biến và cơ cấu chấp hành, bao gồm Siemens AG và Festo KG, với mục tiêu kết nối các thiết bị cảm biến và chấp hành số với hệ thống điều khiển Điểm mạnh của AS-i nằm ở thiết kế đơn giản, dễ lắp đặt và bảo trì, cùng với chi phí thấp nhờ phương pháp truyền thông đặc biệt và kỹ thuật điện cơ tiên tiến Hệ thống cho phép chiều dài cáp truyền tối đa lên đến 100m, hỗ trợ tối đa 31 trạm trong một mạng, với tốc độ truyền đạt đạt 167kbit/s.

Hình 2.9 Một hệ thống mạng AS-i tiêu biểu

Ethernet là một loại mạng cục bộ LAN (Local Area Network) phổ biến hiện nay, hoạt động như một mạng cấp dưới cho phép sử dụng các giao thức khác nhau, trong đó TCP/IP là phổ biến nhất Phương pháp điều khiển truy cập mạng CSMA/CD được sử dụng trong Ethernet Sự phát triển của Ethernet đã thúc đẩy nghiên cứu và ứng dụng trong công nghiệp, dẫn đến sự ra đời của Ethernet công nghiệp, tận dụng tốc độ cao, chi phí thấp và dễ triển khai, đồng thời khắc phục nhược điểm về thời gian thực và tính dự phòng.

Hình 2.10 Một hệ thống mạng Ethernet tiêu biểu

Các ứng dụng của hệ thống SCADA

Ngày nay, hệ thống SCADA được ứng dụng hầu hết trong các lĩnh vực khác khác nhau Đặc biệt trong các lĩnh vực sau:

 Hệ thống SCADA cho các trạm trộn bê tông, các nhà máy sản xuất xi măng, các nhà máy chế biến thực phẩm, nước giải khát

 Hệ thống SCADA cho hệ thống vận chuyển hành lý và hàng hóa tại sân bay, bến cảng

 Hệ thống SCADA giám sát các giàn khoan ống dẫn dàu, dẫn khí Hệ thống SCADA cho máy xử lý nước, xử lý chất thải, các kho xăng dầu

 Hệ thống SCADA cho hệ thống phân phối lưới điện

Hệ thống SCADA không chỉ được áp dụng trong các nhà máy hạt nhân mà còn đóng vai trò quan trọng trong giám sát và điều khiển trong lĩnh vực hàng không vũ trụ cũng như nhiều ngành công nghiệp công nghệ cao khác.

Kết luận

Hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu (SCADA) đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực, từ máy sản xuất đến nhà máy và các hệ thống quy mô lớn như giám sát khí tượng thủy văn và vận hành hệ thống truyền tải điện năng SCADA luôn gắn liền với người vận hành, cho thấy sự tham gia trực tiếp của con người trong chu trình xử lý thông tin Tuy nhiên, SCADA không phải là hệ điều khiển đầy đủ mà chủ yếu tập trung vào mức giám sát vận hành.

Trong chương 3, bài viết sẽ trình bày ứng dụng của hệ thống SCADA trong việc vận hành và giám sát điện năng tại phòng thí nghiệm Năng Lượng Tái Tạo của trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Hệ thống SCADA đóng vai trò quan trọng trong việc hỗ trợ quản lý và giám sát điện năng, đồng thời giúp tích hợp hiệu quả các nguồn năng lượng, đặc biệt là các nguồn năng lượng phân tán.

Giới thiệu chung về hệ thống phòng thí nghiệm năng lượng tái tạo

3.1.1 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống

Để đáp ứng nhu cầu phát triển và nghiên cứu các nguồn năng lượng mới, đặc biệt là năng lượng tái tạo, Viện Điện của Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã xây dựng và đưa vào hoạt động phòng thí nghiệm năng lượng tái tạo.

Bộ môn Hệ thống điện

Phòng thí nghiệm nhằm nghiên cứu và phát triển các giải pháp nâng cao chất lượng và ổn định cho hệ thống điện Nghiên cứu tập trung vào ảnh hưởng của các nguồn điện phân tán và khả năng tích hợp chúng vào hệ thống điện quốc gia Mục tiêu cuối cùng là xây dựng và ứng dụng hệ thống lưới điện thông minh tại Việt Nam.

Sơ đồ nguyên lý hệ thống phòng thí nghiệm được trình bày dưới đây (trang 29) cho thấy rõ ràng hai phần chính của hệ thống: phần nguồn cấp và phần phụ tải.

Hệ thống nguồn cấp điện bao gồm năm nguồn chính: điện lưới, năng lượng mặt trời, năng lượng gió, máy phát điện và ắc quy dự trữ Phía phụ tải sử dụng hệ thống biến tần để điều khiển động cơ ba pha cùng với các thiết bị chiếu sáng và điều hòa không khí phục vụ cho phòng thí nghiệm Mô hình này thể hiện đặc trưng của lưới điện phân tán với sự kết hợp của nhiều nguồn năng lượng khác nhau.

Chương 3 Thiết kế hệ thống vận hành và giám sát điện năng

Controller charge ( Solar system ) Solar Panel

Coolling system for Of fice

From main Power Panel Motor three phases

Power on grid cot roller

ATS_DC Panel for SOLAR

Wind po wer on grid Cont roller

PLC Panel Power Panel ( HUST )

SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ HỆ THỐNG

Hệ thống tải chiếu sáng và quạt phòng làm việc

Hệ thống điện phân phối cho Phòng thí nghiệm Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội

3.1.2 Các thành phần chính của hệ thống

Hệ thống năng lượng được cấu thành từ các phần chính bao gồm tủ nguồn, hệ thống điện Mặt Trời, hệ thống điện gió, ắc quy dự phòng, máy phát điện, tủ phân phối chính, tủ điều khiển và tủ phân phối phụ tải Tủ cấp nguồn là một phần quan trọng trong cấu trúc này.

Tủ cấp nguồn lấy điện trực tiếp từ lưới điện quốc gia với điện áp 380V/50Hz, thông qua tủ điện phân phối của trường Chức năng chính của tủ cấp nguồn là cung cấp điện cho các phụ tải, tủ điều khiển và tủ phân phối chính, nhờ vào việc điều khiển đóng/cắt của các thiết bị điện như MCCB, MCB và công tắc tơ Hệ thống điện mặt trời cũng là một phần quan trọng trong việc cung cấp nguồn năng lượng tái tạo.

Hệ thống điện Mặt Trời ở phòng thí nghiệm có đặc điểm của hệ thống hòa lưới có dự trữ, trong đó năng lượng Mặt Trời được hấp thụ bởi các tấm pin và chuyển hóa thành điện năng một chiều (DC) Nhờ vào việc sử dụng khóa chuyển mạch (ATS), năng lượng điện Mặt Trời có thể được sử dụng hòa lưới với hai chế độ khác nhau.

Hòa lưới Online là quá trình chuyển đổi nguồn điện từ các tấm pin Mặt Trời thông qua thiết bị nghịch lưu ba pha, nhằm tạo ra nguồn điện xoay chiều ba pha hòa lưới.

Hòa lưới Offline sử dụng nguồn điện từ năng lượng Mặt Trời để nạp cho ắc quy dự trữ của hệ thống pin Mặt Trời Nguồn điện này sau đó được cung cấp cho bộ nghịch lưu ba pha để thực hiện quá trình hòa lưới.

Khi có điện lưới, chế độ hòa lưới online sẽ được ưu tiên sử dụng để tối ưu hóa hiệu suất Đồng thời, nhiệt độ của các tấm pin Mặt Trời cũng được theo dõi chặt chẽ Hệ thống điện gió cũng đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp năng lượng bền vững.

Do điều kiện thực tế tại phòng thí nghiệm chưa cho phép lắp đặt tuabin gió, chúng tôi sử dụng một động cơ nối cứng với máy phát điện của tuabin gió để tạo ra điện Khi động cơ quay, nó sẽ làm quay máy phát, từ đó sản xuất điện năng Tốc độ của máy phát điện phụ thuộc vào việc điều chỉnh tốc độ của động cơ, mô phỏng tốc độ gió tương ứng Hệ thống ắc quy dự phòng cũng được tích hợp để đảm bảo hoạt động liên tục.

Hệ thống ắc quy đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp nguồn điện dự phòng khi nguồn điện chính không đủ Khi xảy ra tình huống này, hệ thống ắc quy sẽ được kết nối đồng bộ với lưới điện để đảm bảo cung cấp năng lượng liên tục.

Chương 3 Thiết kế hệ thống vận hành và giám sát điện năng sử dụng nhờ các thiết bị nghịch lưu hòa lưới Hệ thống ắc quy dự phòng được nạp điện từ máy phát điện nhờ bộ sạc d) Máy phát điện

Máy phát điện được sử dụng để nạp hệ thống ắc quy dự phòng và cung cấp nguồn điện 3 pha cho tủ phân phối chính khi cần thiết.

Tủ phân phối chính có chức năng điều khiển và phân phối điện cho các phụ tải từ năm nguồn khác nhau: điện lưới, hệ thống điện Mặt Trời, hệ thống điện gió, ắc quy dự phòng và máy phát Thứ tự ưu tiên sử dụng nguồn điện là điện lưới, tiếp theo là điện Mặt Trời, điện gió, ắc quy dự phòng và cuối cùng là máy phát Khi sử dụng đồng thời các nguồn điện, cần đảm bảo tất cả đều được hòa đồng bộ với lưới, trừ máy phát điện.

Thiết kế hệ thống vận hành và giám sát phòng thí nghiệm năng lượng tái tạo

Nhóm 2 bao gồm hệ thống phụ tải chiếu sáng, điều hòa không khí và các phụ tải khác, được kết nối với một trong hai nguồn cung cấp thông qua khóa chuyển mạch ATS, cho phép lấy điện từ tủ phân phối chính hoặc trực tiếp từ lưới điện quốc gia.

3.2 Thiết kế hệ thống vận hành và giám sát điện năng phòng thí nghiệm năng lượng tái tạo

3.2.1 Một số yêu cầu khi thiết kế

Khi thiết kế hệ thống ta cần tuân thủ một số yêu cầu sau:

- Hệ thống vận hành giám sát phải tin cậy, đáp ứng yêu cầu công nghệ, thuận tiện trong bảo hành, thay thế và sửa chữa

Hệ thống có khả năng mở rộng linh hoạt và hỗ trợ kết nối với các hệ thống khác thông qua các mạng công nghiệp tiêu chuẩn quốc tế như Profibus, Modbus và Industrial Ethernet khi cần thiết.

- Phần mềm điều hành hệ thống được xây dựng trên nền hệ SCADA mở, hỗ trợ nhiều chuẩn thông dụng hiện nay trên thế giới

- Các thiết bị đo và cơ cấu chấp hành cần được lựa chọn đảm bảo môi trường làm việc, đặc biệt trong môi trường điện

3.2.2 Các thành phần hệ thống vận hành và giám sát cần xây dựng

Khi xây dựng một hệ thống vận hành và giám sát điện năng cho phòng thí nghiệm cần bao gồm các thành phần chính sau:

• Trạm máy tính vận hành và giám sát

• Mạng truyền thông kết nối các trạm, thiết bị

• Các thiết bị đo, các thiết bị chuyển đổi tín hiệu

• Cảm biến, cơ cấu chấp hành

• Hệ thống nguồn dự phòng

Để nâng cao độ tin cậy và hiệu quả của hệ thống, cần trang bị thêm các tính năng dự phòng như thiết bị điều khiển, server giám sát và điều khiển, cũng như dự phòng truyền thông Những biện pháp này sẽ đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định và liên tục.

Chương 3 Thiết kế hệ thống vận hành và giám sát điện năng a) Trạm điều khiển

Trạm điều khiển là phần quan trọng nhất của hệ thống, nơi tiếp nhận và xử lý thông tin từ các thiết bị đo lường và cơ cấu chấp hành Tại đây, các dữ liệu được kiểm soát chặt chẽ và tính toán để đưa ra lệnh điều khiển kịp thời cho từng đối tượng Ngoài ra, trạm điều khiển còn nhận lệnh từ trạm giám sát để thực hiện yêu cầu của người vận hành.

Trạm điều khiển cần được xây dựng một cách tin cậy để đáp ứng các yêu cầu công nghệ và kỹ thuật, đồng thời có khả năng mở rộng và nâng cấp hệ thống khi số lượng điều khiển tăng lên Ngoài ra, trạm cũng cần đảm bảo tính dự phòng, hỗ trợ cho hoạt động giám sát và vận hành hiệu quả.

Do yêu cầu làm việc liên tục và độ tin cậy cao, trạm máy tính cần được xây dựng trên nền tảng các máy tính công nghiệp bền bỉ, đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật Trạm máy tính có thể bao gồm một hoặc nhiều máy tính được cài đặt phần mềm để giám sát và điều khiển hệ thống, cùng với các thiết bị đo và chuyển đổi tín hiệu.

Việc lựa chọn thiết bị đo cần phải phù hợp với yêu cầu công nghệ, đảm bảo khả năng chống nhiễu và truyền thông hiệu quả cho việc giám sát và thu thập số liệu Các cảm biến và bộ chuyển đổi tín hiệu (transmitter) cần tương thích với thiết bị đo, đồng thời tuân thủ các tiêu chuẩn công nghiệp như 4…20mA và 0…10V để dễ dàng đọc dữ liệu.

Các thiết bị chấp hành đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển hệ thống từ xa một cách đáng tin cậy, đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật Hệ thống nguồn dự phòng cũng là một yếu tố thiết yếu để đảm bảo hoạt động liên tục và ổn định của hệ thống.

Nguồn dự phòng là thiết bị quan trọng, cung cấp điện cho trạm máy tính giám sát và trạm điều khiển trong trường hợp mất điện Điều này giúp đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định và liên tục, duy trì hiệu suất làm việc của các thiết bị.

Có thể bổ sung cho hệ thống các thiết bị cần thiết như máy in để phục vụ báo cáo và các thiết bị mạng để hỗ trợ truyền thông Tất cả những yếu tố này sẽ góp phần tạo nên một hệ thống hoàn chỉnh.

3.2.3 Thiết kế mô hình vận hành và giám sát điện năng cho phòng thí nghiệm

Trong đề tài này, em xây dựng chương trình điều khiển và giám sát hệ thống trên nền tảng Simatic của Siemens

Hình 3.1 Mô hình hệ thống trên nền tảng Simatic S7-300

Việc vận hành và giám sát hệ thống được thực hiện từ một trung tâm điều khiển giám sát, cho phép theo dõi và điều khiển toàn bộ hoạt động Trung tâm này được đặt tại phòng thí nghiệm, nơi người vận hành thực hiện các nhiệm vụ quan trọng.

 Theo dõi, kiểm tra các thông số về mặt chất lượng và số lượng thiết bị hoạt động của hệ thống

 Theo dõi các tín hiệu về trạng thái, chế độ làm việc của thiết bị, về cảnh báo, báo động

 Thông qua các chỉ số theo dõi để lựa chọn chế độ làm việc tối ưu cho hệ thống phòng thí nghiệm

Trung tâm điều khiển sử dụng máy tính giám sát với chuẩn truyền thông Industrial Ethernet, kết nối tủ điều khiển PLC qua mạng Ethernet Máy tính được trang bị cổng giao tiếp mạng Ethernet, cho phép kết nối tủ điều khiển, cơ cấu chấp hành và cảm biến thông qua các module mở rộng bằng cáp tín hiệu chuẩn Người vận hành có thể điều khiển hệ thống thông qua máy tính giám sát hoặc tủ điều khiển.

Tủ điều khiển tự động PLC được lắp đặt trong phòng điều khiển, gần hệ thống máy tính và bàn điều khiển với khoảng cách tối đa 50m, không yêu cầu giám sát thường xuyên trong quá trình vận hành Tất cả các số liệu quá trình, trạng thái hệ thống, cùng với các cảnh báo và báo động sẽ được hiển thị trên máy tính và các đèn báo trên tủ điều khiển.

Tất cả tín hiệu từ cảm biến và cơ cấu chấp hành trong phòng thí nghiệm được tập trung về một trung tâm giám sát Tại đây, mọi hoạt động của từng đối tượng được theo dõi và kiểm soát chặt chẽ thông qua bàn điều khiển và sự hỗ trợ của máy tính.

Các thông số điện năng như điện áp, tần số, dòng điện và hệ số công suất được cập nhật về phòng điều khiển trung tâm và hiển thị trên màn hình máy tính Nhờ đó, người vận hành hệ thống có thể nắm bắt thông tin quan trọng về chất lượng điện năng và tình trạng hoạt động của các thiết bị, từ đó điều khiển chúng theo nhu cầu.

Tính toán và lựa chọn thiết bị phần cứng cho hệ

3.3.1 Các thành phần chính trong hệ thống a) Máy tính (Simatic PC - Personal Compurter)

- Lập trình, cấu hình và thiết kế giao diện điều khiển

- Giám sát, điều khiển hoạt động của hệ thống

- Lưu trữ, lập báo cáo thống kê

Máy tính trong hệ thống SCADA cần có cấu hình và chất lượng cao, được thiết kế đặc biệt để hoạt động hiệu quả trong môi trường công nghiệp Để đảm bảo máy tính hoạt động liên tục và bền bỉ, việc bảo trì thường xuyên là rất cần thiết.

Thiết bị điều khiển ở đây được sử dụng là bộ điều khiển logic khả trình PLC S7-300 của hãng Siemens

- Điều khiển sự đóng cắt các thiết bị sử dụng để đóng cắt các nguồn điện, các tải phân phối

- Đọc tín hiệu từ đồng hồ đo, cảm biến, đồng thời gửi dữ liệu về máy tính giám sát

- Nhận tín hiệu điều khiển từ máy tính vận hành giám sát để thực hiện chương trình điều khiển

- Có khả năng mở rộng đầu vào ra

- Đáp ứng đủ số lượng đầu vào ra để điều khiển theo yêu cầu bài toán (đầu vào ra số, đầu vào ra tương tự)

Hỗ trợ nhiều chuẩn truyền thông phổ biến như Ethernet và Profibus, giúp truyền nhận dữ liệu hiệu quả và tích hợp, mở rộng hệ thống điều khiển và giám sát Đồng hồ giám sát năng lượng đóng vai trò quan trọng trong việc theo dõi và quản lý tiêu thụ năng lượng.

- Đo lường hiển thị được các thông số về điện năng: điện áp, dòng điện, tần số,công suất tiêu thu, sóng hài…

- Gửi dữ liệu thu thập được về cho thiết bị điều khiển

- Tích hợp khả năng truyền thông phục vụ việc giám sát và thu thập dữ liệu từ xa

- Dễ sử dụng, thao tác với người vận hành, hiển thị số liệu dưới dạng đồ thị, đưa ra cảnh báo

Hệ thống dễ dàng cấu hình và lắp đặt gọn nhẹ, đồng thời bền bỉ trong môi trường làm việc có nhiễu điện Thiết bị chấp hành và cảm biến cũng được thiết kế để hoạt động hiệu quả trong những điều kiện này.

Các thiết bị chấp hành chủ yếu được sử dụng để đóng cắt các nguồn điện và phụ tải, đảm bảo các tiêu chuẩn kỹ thuật về điện áp, dòng điện và số lần đóng cắt Bên cạnh đó, cảm biến được sử dụng để đo nhiệt độ pin Mặt Trời và nhiệt độ ắc quy trong hệ thống, với dải đo phù hợp Tín hiệu đo đã được chuẩn hóa theo các chuẩn 4-20mA và 0-10V.

Dựa trên chức năng và yêu cầu của hệ thống vận hành và giám sát, chúng ta có thể xác định và lựa chọn một số thiết bị cần thiết, trong đó bao gồm máy tính giám sát.

Máy tính được lựa chọn sử dụng trong hệ thống có cấu hình như bảng dưới đây

Bảng 3.1 Thông số máy tính được sử dụng trong hệ thống

1 CPU - Bộ xử lí Pentium, 700 MHz

3 Card mạng được tích hợp PROFIBUS DP/ MPI/ Ethernet

6 Keyboard, mouse, 2 cổng UBS, CD-ROM b) Bộ điều khiển PLC S7 -300

Dựa vào yêu cầu hệ thống, bộ điều khiển PLC S7-300 được chọn là CPU 317F-2 PN/DP (6ES7 317-2FK14-0AB0) nhờ vào những ưu điểm nổi bật như kích thước nhỏ gọn, tốc độ xử lý nhanh, khả năng mở rộng lớn và hỗ trợ nhiều chuẩn truyền thông công nghiệp.

PLC S7-300 nhận tín hiệu điều khiển từ trạm vận hành trung tâm và thu thập dữ liệu từ các thiết bị cảm biến, thiết bị đo tại hiện trường, sau đó gửi dữ liệu trở lại trạm vận hành qua hệ thống truyền thông.

Hình 3.2 CPU 317F-2 PN/DP của hãng Siemens

Thông số kỹ thuật chính:

- Bộ nhớ chương trình : 1536 Kb

- Thời gian xử lý 1000 lệnh số: 0,025ms

- Số module mở rộng max: 32

- Giao diện truyền thông: Profibus DP, Ethernet, Profinet

- Bộ đếm Timer, Couter: 512 Timer, 512 Counter

- Khả năng mở rộng bộ nhớ chương trình max: 8Mb c) Module đầu vào ra số (digital)

Để đáp ứng nhu cầu về số lượng đầu vào ra của hệ thống, cần sử dụng module mở rộng đầu vào ra số cho chương trình điều khiển Đồng thời, CPU 317F-2 PN/DP hiện chưa được tích hợp các cổng vào ra.

Module mở rộng vào ra số được lựa chọn là module SM 323 16DI/DO sử dụng để đọc tín hiệu đóng cắt các nguồn và phụ tải

- Số lượng đầu vào cách ly quang: 16

- Số lượng đầu ra cách ly quang: 16

- Điện áp đầu vào (DI): 24 VDC

- Điện áp nguồn cấp đầu ra (DO): 24 VDC

- Dòng vào/ra: 7mA/5mA

- Chiều dài cáp nối: Không chống nhiễu-600m; Có chống nhiễu-1000m

Hình 3.3 Module mở rộng đầu vào/ra SM 323 16DI/16DO d) Module đầu vào tương tự (analog)

Module đầu vào tương tự SM được sử dụng để đọc tín hiệu nhiệt độ từ tấm pin năng lượng Mặt Trời và hệ thống ắc quy dự phòng.

321 2AIx12Bit (6ES7 331-7KB00-0AB0)

- Điện áp nguồn cấp: 24VDC

- Điện áp đầu vào cho phép max: 20V

- Dòng điện đầu vào cho phép: 0 ÷ 40mA

- Chiều dài cáp nối: Cáp có chống nhiễu-200m

Chương 3 Thiết kế hệ thống vận hành và giám sát điện năng e) Cảm biến nhiệt độ

Cảm biến nhiệt độ Pt100, hoạt động dựa trên nguyên lý biến thiên điện trở kim loại theo nhiệt độ, có các loại 2 dây, 3 dây và 4 dây, với số dây cao hơn giúp tăng độ chính xác Để nâng cao độ chính xác và chống nhiễu, cảm biến Pt100 được kết hợp với bộ chuyển đổi tín hiệu nhiệt độ sang tín hiệu dòng điện 4-20mA Ngoài ra, đồng hồ giám sát năng lượng như Sentron PAC4200 và PAC3200 của Siemens được sử dụng để đo đạc và giám sát thông số điện năng, đảm bảo tính minh bạch trong tiêu thụ điện Thiết bị này cũng có khả năng tích hợp dễ dàng với các hệ thống quản lý điện năng và phần mềm Simatic Powercontrol.

• Đồng hồ đo thông số điện Sentron PAC4200

Đồng hồ đa chức năng Sentron PAC4200 là thiết bị đo lường điện năng tiên tiến, có khả năng hiển thị và lưu trữ hầu hết các đại lượng điện với số lượng thông số đo được lên tới 200 Thiết bị này còn được trang bị bộ nhớ trong để lưu trữ sơ đồ phụ tải, mang lại hiệu quả cao trong việc giám sát và quản lý năng lượng.

- Thiết bị đo ba pha để ghi lại các thông số điện trong hệ thống phân phối điện năng

- Đo được trên 200 thông số về điện như: Điện áp, tần số, dòng điện, công suất,…

- Có thể sử dụng đo một pha, hai pha, ba pha

- Có tích hợp giao diện mạng Ethernet (Tốc độ lên tới 100Mbit/s)

- Có các module mở rộng kiểu rút/cắm như PAC PROFIBUS DP

- Có thể lựa chọn các thông số đo thông qua GSD file

• Đồng hồ đo thông số điện Sentron PAC3200

Hình 3.5 Đồng hồ giám sát năng lượng Sentron PAC3200

- Đo được đến 50 thông số về điện như: Điện áp, tần số, dòng điện, công suất,…

- Có thể sử dụng đo một pha, hai pha, ba pha

- Tích hợp giao diện mạng PROFIBUS DP.Tốc độ truyền thông từ lên tới 12 MBit/s

- Có thể lựa chọn các thông số đo thông qua GSD file g) Thiết bị đóng cắt

Công tắc tơ một pha và ba pha đóng vai trò quan trọng trong việc đóng cắt các nguồn điện và phụ tải trong hệ thống Việc lựa chọn công tắc tơ cần dựa trên các yêu cầu kỹ thuật cụ thể để đảm bảo hiệu quả hoạt động.

Hình 3.6 Công tắc tơ của hãng Siemens

Thông số kĩ thuật chính:

- Điện áp làm việc định mức: 220/400V Tần số điện áp: 50/60Hz

- Dòng điện định mức 25/40A h) Bộ lưu điện dự phòng

Bộ lưu điện là thiết bị quan trọng cung cấp năng lượng cho trạm máy tính giám sát và các đồng hồ giám sát năng lượng trong trường hợp mất điện Ngoài ra, các trạm khác có thể sử dụng nguồn năng lượng từ ắc quy pin Mặt Trời và kho dự trữ ắc quy dự phòng để đảm bảo hoạt động liên tục.

Hình 3.7 Bộ lưu điện dự phòng (UPS)

- Điện áp đanh định: 220VAC

- Tần số nguồn vào: 50Hz (46~54Hz)

- Thời gian lưu điện: từ 15-60 phút với tùy loại tải.

Thiết kế giao diện vận hành và giám sát cho phòng thí nghiệm

Giao diện vận hành giám sát đóng vai trò quan trọng trong việc giúp người vận hành kiểm soát và theo dõi toàn bộ hệ thống một cách hiệu quả Việc thiết kế giao diện cần đảm bảo người dùng dễ dàng nắm bắt thông tin, đầy đủ và nhanh chóng xử lý các vấn đề phát sinh, nhằm duy trì chất lượng hoạt động của hệ thống.

The operational and monitoring interface is developed on the SIMATIC WinCC flexible Version 2008 platform by Siemens SIMATIC WinCC flexible is a Human Machine Interface (HMI) software installed on the monitoring computer.

Chương 3 Thiết kế hệ thống vận hành và giám sát điện năng sát và được chạy trên nền tảng Windows 2000/ Windows XP/ Windowns 7 hoặc Windows

8 WinCC flexible được thiết kế cho phép theo dõi trực quan về quá trình hoạt động và xử lý của hệ thống tự động cũng như hỗ trợ mạnh về xử lý giao diện WinCC flexible có đặc điểm chính sau:

• Xử lý tin cậy và đảm bảo tính toàn vẹn dữ liệu

• Chức năng mở rộng nhờ có tích hợp thành phần ActiveX

• Hệ thống giao tiếp mở thông qua OPC (OLE for Process Control)

• Dễ dàng cấu hình thông qua phần mềm SIMATIC Step7

• Hiển thị cảnh báo, cho phép gửi email

• MiniWeb cho phép truy cập từ xa qua mạng Internet

• Dễ dàng phát triển nhờ các công cụ, thư viện tuỳ chọn (Options) và các thành phần mở rộng của các hãng thứ ba

WinCC flexible là phần mềm giao diện người máy chạy trên hệ điều hành Windows, với cơ sở dữ liệu phiên bản 2008 được xây dựng trên Microsoft SQL Server 2000 Điều này mang lại cho người sử dụng các công cụ lưu trữ và tích hợp dữ liệu thông qua SQL (Structured Query Language) Thêm vào đó, việc tích hợp ngôn ngữ lập trình VBScript đã nâng cao tính linh hoạt trong lập trình Phiên bản 2008 SP3 còn giới thiệu nhiều cải tiến mới trong lĩnh vực truyền thông qua OPC, bảo mật và phân quyền điều khiển.

Hệ thống phòng thí nghiệm yêu cầu không quá phức tạp, vì vậy tôi đã chọn WinCC flexible 2008 (bản cập nhật SP3) để thiết kế giao diện cho hệ thống vận hành và giám sát điện năng của phòng thí nghiệm Năng Lượng Tái Tạo, vì WinCC flexible đáp ứng đầy đủ các yêu cầu cần thiết.

Màn hình chính là giao diện đầu tiên sau khi người dùng đăng nhập vào hệ thống, hiển thị sơ đồ tổng thể của hệ thống điện trong phòng thí nghiệm cùng với các menu chính dạng nút bấm Khi người dùng nhấn vào các menu này, các cửa sổ khác sẽ xuất hiện, cho phép khai thác thêm các chức năng của hệ thống hoặc cung cấp thông tin chi tiết hơn so với những gì có trên màn hình chính.

Hầu hết các thiết bị chính, chức năng và thông số trong hệ thống được hiển thị rõ ràng trên màn hình chính, giúp người vận hành có cái nhìn tổng quát và dễ dàng hơn trong việc quản lý.

Chương 3 Thiết kế hệ thống vận hành và giám sát điện năng xây dựng thêm các màn hình khác tương ứng với mỗi phần trong hệ thống Các giá trị thông số về điện năng như điện áp,dòng điện, tần số, công suất, chất lượng điện năng… đều được hiển thị, khi thông số vượt ngưỡng thì đèn báo tương ứng sẽ nhấp nháy xanh/đỏ Trạng thái hoạt động của các thiết bị chấp hành được thể hiện bằng màu sắc: đỏ là đang hoạt động, đen là dừng Ngưỡng cảnh báo được thể hiện bằng hai màu: xanh là chưa tới ngưỡng giới hạn, trái lại thì màu đỏ

3.4.2 Bảo mật hệ thống Để đảm bảo an toàn cho hệ thống tự động hoá, tránh xâm nhập bất hợp pháp và lỗi vận hành do trình độ người sử dụng, phần mềm SCADA có chức năng phân quyền điều khiển và bảo mật hệ thống (sử dụng mật khẩu đăng nhập)

Mỗi người dùng trong hệ thống sẽ được cấp quyền hạn khác nhau dựa trên chức năng nhiệm vụ của họ, bao gồm quyền xem, điều khiển một số công đoạn, thay đổi cấu hình hệ thống, và quản lý người dùng Quyền cao nhất thuộc về người quản trị (Administrator) Để truy cập hệ thống, mỗi người dùng cần có tên và mật khẩu đăng nhập.

Hình 3.9 Cửa sổ đăng nhập quyền điều khiển

3.4.2 Màn hình vận hành và giám sát

Cơ cấu chấp hành có thể được điều khiển từ xa thông qua trạm máy tính bằng chuột hoặc bàn phím, với màn hình chính hiển thị trạng thái ON/OFF của các nguồn điện Ngoài ra, hệ thống còn có các màn hình giám sát riêng biệt cho từng nguồn năng lượng trong phòng thí nghiệm, bao gồm nguồn điện Mặt Trời, nguồn điện gió, nguồn điện lưới quốc gia, nguồn điện ắc quy dự phòng và nguồn điện máy phát.

Tất cả các giao diện được thiết kế hợp lý và thuận tiện cho người vận hành, đảm bảo hiển thị đầy đủ các tham số cần thiết của hệ thống Điều này giúp người vận hành đưa ra quyết định nhanh chóng và kịp thời.

Hình 3.10 Màn hình giám sát hệ thống điện Mặt Trời

Hình 3.11 Màn hình giám sát hệ thống điện gió

Hình 3.12 Màn hình giám sát hệ thống điện lưới

Hình 3.13 Màn hình giám sát hệ thống điện dự phòng (acqui)

Hình 3.14 Màn hình giám sát hệ thống điện máy phát

Hình 3.15 Màn hình giám sát hệ thống tải

Hình 3.16 Màn hình giám sát hệ thống nguồn

3.4.3 Các dạng hiển thị thông số

Các thông số không chỉ được hiển thị trên màn hình giám sát mà còn dưới dạng đồ thị và bảng tập trung, giúp người vận hành dễ dàng theo dõi và giám sát quá trình công nghệ một cách hiệu quả.

Hình 3.17 Hiển thị dưới dạng đồ thị

Hình 3.18 Hiển thị dưới dạng bảng

Các cửa sổ cấu hình hệ thống cho phép đặt các giá trị chủ đạo điều khiển và ngưỡng cảnh báo/báo động cho từng thông số (hình 3.19a, hình 3.19b) a) b)

Hình 3.19 Cấu hình ngưỡng cảnh báo - a) Điện áp b) Nhiệt độ

Chức năng lưu trữ cảnh báo hiện tại vào bảng chung không chỉ cung cấp cảnh báo bằng màu sắc và âm thanh, mà còn giúp theo dõi toàn bộ hệ thống một cách thuận tiện hơn (hình 3.21) Bảng này chứa nhiều thông tin chi tiết, vượt trội hơn so với các phương pháp thể hiện khác.

Hình 3.20 Cảnh báo bằng đèn đỏ nhấp nháy khi vượt ngưỡng

Hình 3.21 Cảnh báo dạng tập trung

3.4.7 Lưu trữ, báo cáo thống kê

Lưu trữ thông số hệ thống, trạng thái thiết bị và sự cố được thực hiện theo chu kỳ hoặc theo yêu cầu của người vận hành Dữ liệu này sẽ được sử dụng để tạo báo cáo thống kê phục vụ quản lý và bảo trì thiết bị, hệ thống, chẳng hạn như báo cáo điện năng tiêu thụ.

Hình 3.22 Lưu trữ, báo cáo thống kê điện năng tiêu thụ hàng ngày

Kết luận

Như vậy, chương 3 ta đã giải quyết được một số vấn đề sau:

- Tìm hiểu về nguyên lý hoạt động của hệ thống

- Đưa ra mô hình thiết kế tổng quát

- Tính toán lựa chọn thiết bị

- Thiết kế giao diện vận hành và giám sát hệ thống

Chương 4, ta sẽ đi vào cấu hình hệ thống và chạy mô phỏng chương trình giao diện thiết kế vận hành và giám sát

Chương 4 Xây dựng chương trình và mô phỏng

Tiêu đề	Xây Dựng Hệ Thống Vận Hành Và Giám Sát Điện Năng Cho Phòng Thí Nghiệm Năng Lượng Tái Tạo
Tác giả	Trần Văn Hiển
Người hướng dẫn	TS. Nguyễn Huy Phương
Trường học	Đại học Bách khoa Hà Nội
Chuyên ngành	Tự động hóa
Thể loại	đồ án tốt nghiệp
Năm xuất bản	2017
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	77
Dung lượng	5,68 MB