CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG MÔ HÌNH TRUNG TÂM ĐIỀU KHIỂN CHIẾU SÁNG SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ MẠNG KHÔNG DÂY GSM/GPRS
2.3. Các mô hình điều khiển giám sát và truyền thông cho hệ thống chiếu sáng công cộng
* Mô hình 1(hình 1): Sử dụng giải pháp truyền thông qua mạng điện thoại cố định Dial-up kết hợp với truyền thông qua đường tải điện (PLC). Đây là phương án hiện hữu của Hà Nội. Việc điều khiển và giám sát qua 3 cấp. Cấp 2 phải qua đường điện thoại, cấp 3 qua cáp nguồn cho chiếu sáng.
Hình 2.1 Sử dụng giải pháp truyền thông qua mạng điện thoại cố định Dial-up kết hợp với truyền thông qua đường dây tải điện (PLC).
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/
* Mô hình 2(hình 2): Sử dụng giải pháp truyền thông qua mạng internet ADSL kết hợp với truyền thông qua đường tải điện PLC. Đây là mô hình của Citilum đặt tại Trung tâm điều khiển và giám sát chiếu sáng công cộng Tp Hồ Chí Minh. Ở các tuyến không có đường truyền ADSL phải sử dụng kỹ thuật thu phát tín hiệu radio.
Hình 2.2:Sử dụng giải pháp truyền thông qua mạng internet ADSL kết hợp với truyền thông qua đường tải điện PLC
* Mô hình 3(hình 3): Sử dụng giải pháp truyền thông qua mạng không dây GSM/GPRS
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/
Hình 2.3: Sử dụng giải pháp truyền thông qua mạng không dây GSM/GPRS.
Với việc phát triển mạnh mẽ của hệ thống truyền thông không dây có thể thực hiện giải pháp sau đây:
2.4. So sánh ƣu nhƣợc điểm của các giải pháp truyền thông
Bảng tóm tắt các đặc điểm cơ bản của ba giải pháp truyền thông đối với Hệ thống điều khiển chiếu sáng công cộng tại bảng 1
Bảng 1:
STT Đặc điểm Mạng có dây PLC-Telephone dial-up
Mạng không dây: GSM/GPRS
1 Truyền thông
Có dây, Truyền thông dựa trên lưới điện chiếu sáng hiện có qua đường truyền điện thoại cố định
Không dây, dựa vào mạng di động GSM/GPRS của nhà cung cấp dịch vụ
2 Phương thức và tốc độ truyền thông
-Truyền điểm-điểm -Truyền đồng bộ -Tốc độ 1.2-4.8Kbps
-Phân bố theo kiểu hình tia. Các trạm truyền thông phụ thuộc nhau
-Truyền đa điểm
-Dữ liệu dạng gói tin, không đồng bộ
-Tốc độ: 19.2-115.2Kbps -Không cần phân theo khu vực, cáp trạm truyền thông không phụ thuộc
3 Khoảng cách tối đa truyền giữa các trạm
-Khoảng cách truyền tối đa giữa các trạm trong khu vực là <2km -Phụ thuộc vào đường dây điện thoại cố định của tủ khu vực
Không phụ thuộc khoảng cách, phụ thuộc nhà cung cấp dịch vụ
4 Chất lƣợng truyền thông
-Phụ thuộc đường dây điện thoại -Phụ thuộc chất lượng đường dây điện chiếu sang (do tận dụng đường điện chiếu sang để truyền thông)
-Có nhiễu
-Phụ thuộc vào chất lƣợng dịch vụ GSM/GPRS
-Không có nhiễu
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/
5 Khả năng điều khiển và giám sát
-Có khả năng điều khiển và giám sát trên các máy có phần mềm SmartLight.
-Có khả năng điều khiển đóng cắt các khởi động tùy theo các chế độ: 0%, 30%, 70%, 100%
-Đọc các thông số trạng thái về trung tâm nhƣ: Điện áp, dòng điện, chế độ đóng cắt
-Điều khiển và giám sát lần lƣợt từng tủ điều khiển theo từng khu vực, thời gian giám sát lâu
-Có khả năng điều khiển và giám sát bằng phần mềm tại trung tâm hoặc trên web bảo mật.
-Có khả năng đặt lịch đóng cắt cho các tủ điều khiển hoặc đóng cắt tức thời.
-Khả năng đóng cắt tủ điều khiển theo các chế độ 0%, 30%, 70%, 100%
-Đọc các thông số giám sát nhƣ U,I, cos, công suất, số điện tiêu thụ.
-Điều khiển và giám sát đồng thời toàn bộ các tủ điện chiếu sáng tức thời, thời gian điều khiển và giám sát rất nhanh.
6 Khả năng cảnh báo
-Không đồng bộ thời gian cảnh báo
-Đường truyền cảnh báo bị xung đột nếu nhƣ có hai tủ điều khiển chiếu sáng cảnh báo trong cùng một thời điểm
-Đồng thời cảnh báo các sự cố về trung tâm, có khả năng gửi thông tin cảnh báo đến tận người vận hành.
-Đường truyền cảnh báo không bị xung đột. Rất nhiều tủ điều khiển có thể cùng cảnh báo nếu cần thiết mà đường truyền không bị xung đột
7 Dịch vụ và ứng dụng
Đơn lẻ, phụ thuộc Dịch vụ đã thương mại hóa, không phụ thuộc
8 Hỗ trợ DV và xu hướng
Các thiết bị đầu cuối đƣợc hỗ trợ bởi nhà cung cấp
Các thiết bị đầu cuối rất phong phú, đa dạng, đã và đang phát triển rất mạnh
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/
phát triển
2.5. Hệ thống điều khiển & giám sát chiếu sáng đô thị, sử dụng công nghệ GSM/GPRS do HAPULICO phát triển
HAPULICO phối hợp với Công ty Cổ phần Điện tử chuyên dụng HANEL đã nghiên cứu việc lắp đặt linh kiện phần cứng và phát triển phần mềm cho công tác quản lý và vận hành Trung tâm điều khiển hệ thống chiếu sáng công cộng bằng công nghệ GMS/GPRS theo sơ đồ khối cho trên hình 4. Mỗi tủ điều khiển có một địa chỉ IP trong mạng không dây GSM/GPRS. Mỗi điểm sáng có một địa chỉ IP trong mạng PLC – tự động nhận địa chỉ.
Là giải pháp hoàn thiện, theo chuẩn kết nối quốc tế
+ Các thiết bị trong hệ thống dễ dàng kết nối với các thiết bị đô thị khác cùng chuẩn, nhiều thành phố trên thế giới sử dụng: điều khiển đèn trang trí, biển thông tin tín hiệu đô thị, thiết bị cảnh báo về môi trường đô thị...
+ Các kỹ sƣ Việt Nam làm chủ công nghệ này.
Hệ thống thiết bị và phần mềm phát triển đã đƣợc lắp đặt, vận hành thử nghiệm tại Hà Nội, TP Huế
+ Phù hợp với môi trường khí hậu Việt Nam
+ Phù hợp với việc vận hành & quản lý lưới điện chiếu sáng tại Việt Nam đầu tư xây dựng: theo tổng thể hoặc từng bước với giá thành phù hợp + Điều khiển giám sát cho tủ điều khiển chiếu sáng.
+ Điều khiển giám sát đến từng bóng đèn.
+ Tiết kiệm năng lƣợng tại tủ hoặc từng bóng đèn.
• Đây là công nghệ không dây: Dữ liệu truyền từ trung tâm đến các tủ chiếu sáng trên mạng theo chuẩn TCP/IP. Truyền thông từ tủ điều khiển đến từng bóng đèn bằng đường truyền Power Line Network ( Lonwork – TCP/IP ).
• Hệ thống điều khiển theo 2 cấp: Cấp 1 tại trung tâm, cấp 2 tại từng tủ. Hệ thống có tính năng giám sát tự động, dữ liệu vận hành được lưu trữ tại cở sở dữ liệu của máy tính tại trung tâm. Các dữ liệu giám sát sẽ cho biết kết quả hoạt động của lưới điện chiếu sáng. Các dữ liệu giám sát hỗ trợ trực tiếp cho người vận hành ra quyết định để vận hành lưới điện chiếu sáng Các dữ liệu giám sát có chức năng giúp cho máy tính tại trung tâm gửi cảnh báo cho người vận hành.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/
• Thiết bị điều khiển cho trạm đèn: đƣợc tích hợp với các khối sau: Khối xử lý và điều khiển, Khối đo lường giám sát, Khối màn hình hiển thị, Khối lưu trữ dữ liệu: SD Card, Khối truyền thông GSM/GPRS. Anten thu phát sóng. Các cơ cấu chấp hành và bảo vệ: Khởi động từ, Aptomat, Cầu chì, TI đo dòng điện cách ly.
• Vận hành hệ thống: Hệ thống hoạt động theo thời gian thực: điều khiển theo các mốc thời gian đặt sẵn trong bộ nhớ chương trình và có thể thay đổi bằng bàn phím tại tủ hoặc gửi lệnh từ trung tâm điều khiển. Tập lệnh điều khiển (lệnh đọc dữ liệu giám sát, lệnh đóng cắt, lệnh đồng bộ thời gian, lệnh đặt lịch đóng cắt và thời gian giám sát cho mỗi tủ, các lệnh khác....). Dữ liệu giám sát gồm trạng thái và thời gian đóng cắt, dòng điện, điện áp, công suất, cosj, điện năng tiêu thụ của tủ chiếu sáng.
Truyền thông qua mạng GSM/GPRS đến trung tâm (SIM CARD). Bộ nhớ ngoài: SD Card 1Gb-4Gb (thẻ nhớ). Có pin dự phòng khi mất điện. Thiết bị gọn nhẹ dễ dàng lắp đặt.
• Có tính năng mở rộng điều khiển và giám sát từng đèn
• Công nghệ đang đƣợc phát triển và hỗ trợ bởi các nhà sản xuất và phù hợp với lưới điện chiếu sáng hiện đã có và đang quản lý.
• Các nhà cung cấp dịch vụ Mobile phone, Vinaphone, Viettel Telephone, HT Mobile cung cấp dịch vụ với chất lƣợng ngày càng cao và giá thành ngày càng hạ. Chi phí đầu tƣ hệ thống hợp lý.
Hình 2.4: Điều khiển giám sát Hệ thống chiếu sáng công cộng bằng công nghệ GSM/
GPRS
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/
2.6. Phát triển phần mềm điều khiển và giám sát Hệ thống chiếu sáng
Hình 2.5: Giao diện phần mềm điều khiển và giám sát hệ thống chiếu sáng
Hình 5 là giao diện phần mềm tại Trung tâm điều khiển chiếu sáng do HAPULICO và HANEL phát triển theo công nghệ GPS/GPRS có các tính năng sau đây:
Tính năng điều khiển giám sát:
- Truyền thông đến các tủ điều khiển chiếu sáng qua mạng GSM/GPRS và truyền thông tín hiệu điều khiển & giám sát đến các bóng đèn qua mạng PLC Network (Giao thức truyền thông ICP/IP)
- Nhận dữ liệu giám sát của toàn bộ các tủ chiếu sáng: có thể lên đến hàng ngàn tủ ĐKCS trong thời gian 3-5 phút.
- Có thể gửi các lệnh: đóng cắt, cắt giảm lưới đèn, đồng bộ thời gian, đặt lịch đóng cắt trạm đèn cho toàn bộ các tủ điều khiển trong cùng một thời điểm.
- Cài đặt chế độ cảnh báo cho Trung tâm điều khiển: dòng áp các pha.
- Phân cấp phân vùng cho người quản lý vận hành.
- Có thể giám sát trên web bảo mật.
- Bảo mật về truyền thông.
Tính năng quản lý:
* Quản lý cập nhật báo cáo thống kê về vật tƣ hiện trạng, thay thế sửa chữa....
* Quản lý lưới điện trên nền bản đồ GIS.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/
Các công tác chính trong quản lý vận hành:
- Cài đặt thời gian đóng cắt tự động, giám sát cho các tủ điều khiển chiếu sáng - Cài đặt chế độ tiết kiệm năng lƣợng, cảnh báo.
- Thực hiện các thao tác điều khiển. Đưa ra các phương án xử lý khi có các cảnh báo.
- Duy trì và bảo dƣỡng các thiết bị điều khiển tại trung tâm và tại tủ chiếu sáng.
Để đảm bảo duy trì hệ thống cần có:
Tại trung tâm điều khiển: Thuê bao 1 đường ADSL tốc độ cao (khoảng 500.000 đồng/tháng).Tại mỗi tủ chiếu sáng có một thuê bao GSM/GPRS của nhà cung cấp dịch vụ thông tin di động nhƣ mobifone, vinafone, viettel.. (khoảng 40.000 đồng/tháng/1tủ chiếu sáng).
Bảo dƣỡng hệ thống:
Các thiết bị điều khiển và giám sát tại trung tâm điều khiển và lắp đặt các tủ chiếu sáng được thiết kế dưới dạng module vì vậy thuận tiện cho công tác kiểm tra, thay thế.
Hệ thống có tính mở cao, dễ dàng kết nối với các thiết bị theo tiêu chuẩn (có khả năng kiểm soát đến từng điểm sáng và kết hợp khả năng tiết giảm công suất) Phù hợp với các đô thị có hệ thống chiếu sáng qui mô nhỏ hàng chục tủ điện tới các đô thị lớn hệ thống chiếu sáng có qui mô hàng nghìn tủ điện.
2.7. Giới thiệu giải pháp trung tâm điều khiển chiếu sáng công cộng – SAVELITE ( ISRAEL)
Giới thiệu chung
Trong những năm gần đây, tình trạng thiếu hụt điện năng ngày càng trở nên trầm trọng, vấn đề về bảo tồn và tiết kiệm năng lƣợng đƣợc quan tâm hơn bao giờ hết.
Việc nâng cao hiệu quả, bảo tồn và tiết kiệm điện năng tiêu thụ của hệ thống chiếu sáng công cộng của các thành phố cấp I, cấp II đã được chính quyền địa phương hết sức quan tâm. Hơn nữa từ ngày 1/1/2011 Luật tiết kiệm năng lƣợng chính thức đƣợc thực hiện cùng với chỉ thị 171/TTG của thủ tướng chính phủ về việc áp dụng hệ thống điều khiển trung tâm với mục đích tiết giảm điện năng tiêu thụ, điều khiển từ xa hệ thống chiếu sáng công cộng theo ngày và theo mùa, hiện đại hóa hệ thống về mặt vận hành, nâng cao hiệu quả phục vụ của hệ thống chiếu sáng công cộng đường phố…
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/
Để đáp ứng nhu cầu quản lý và tiết kiệm điện năng trên, chúng tôi xin giới thiệu giải pháp trung tâm điều khiển chiếu sáng công cộng Savelite ứng dụng kết hợp công nghệ PLC và GPRS của tập đoàn Unique Technology-Israel cho các tỉnh thành phố, khu đô thị, các khu nghỉ dƣỡng tại Việt nam.
Unique Technology là tập đoàn hàng đầu tại Israel về giải pháp và công nghệ truyền thông tin trên đường dây tải điện PLC (Power Line Communication ). Công nghệ trên đƣợc áp dụng xây dựng trung tâm điều khiển, giám sát đo đếm trong lĩnh vực điện lực và chiếu sáng công cộng. Hơn 30 nước trên thế giới đã áp dụng công nghệ trên như Thụy điển, Pháp, Israel, Nam phi, Ấn Độ, Singapore, Trung Quốc, Braxin, Chi Lê….
Với giải pháp trung tâm quản lý chiếu sáng công cộng – Savelite, các Công ty quản lý chiếu sáng sẽ có một hệ thống điều khiển trung tâm hiện đại để điều khiển thiết bị chiếu sáng theo kế hoạch, tiết kiệm điện năng vào những giờ thấp điểm mà không phải tắt điện theo phase nhƣ hiện nay. Ngoài ra, hệ thống còn cho biết tình trạng chiếu sáng công cộng mọi lúc mọi nơi, có đƣợc những thông tin của hệ thống nhằm thiết lập cách thức tổ chức để đối phó hữu hiệu với các sự cố, các vấn đề xảy ra trong quá trình vận hành hệ thống. Các công ty chiếu sáng sẽ tăng năng lực quản lý nhờ vào thông tin chính xác, kịp thời và đầy đủ.
Mô hình hệ thống
Hình 2.6: Mô hình hệ thống savelite
Hệ thống Savelite là hệ thống thông tin Intranet sử dụng đường dây điện có sẵn của hệ thống chiếu sáng công cộng để điều khiển và quản lý đến từng điểm sáng của hệ thống chiếu sáng công cộng. Phương thức trao đổi thông tin kết hợp 2 công nghệ :
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/
Tính năng hệ thống
* Tính năng điều khiển
- Điều khiển tới đèn qua phần mềm trung tâm hoặc qua tin nhắn SMS
- Chế độ điều khiển : đóng, cắt, 3 mức dimming: 60%,80%, 100% và tự động điều chỉnh điện áp khi đèn bị kém
- Điều khiển từng đèn, nhóm đèn hay cả hệ thống theo kế hoạch
* Tính năng giám sát/ cảnh báo
- Điện áp, công suất của từng phase và cả tuyến chiếu sáng - Điện áp, dòng, cosphy, các dữ liệu lịch sử của từng bóng đèn
- Thông báo đèn hỏng: Trạng thái của đèn được cập nhật thường xuyên về trung tâm quản lí, phần mềm quản lí sẽ phân tích các thông số hiện tại và tình trạng của đèn để đưa ra những cảnh báo đối với người giám sát
- Cảnh báo mất điện tủ điều khiển bằng còi/đèn báo động hoặc qua tin nhắn SMS ngay khi thiết bị mất điện sẽ giúp cho người quản lý kiểm tra hệ thống tức thời, giúp ngăn ngừa việc ăn cắp cáp điện, và xử lý sự cố
- Cảnh báo quá dòng, quá áp
* Tính năng tiết kiệm
- Với các mức dimming : 60% và 80 % do đó tùy vào chế độ làm việc mà hệ thống giúp tiết kiệm điện năng lên đến 30 %
- Nâng cao hệ số cosphy và giảm công suất phản kháng
- Ổn định điện áp cho bóng, nâng điện áp cuối nguồn giúp tiết kiệm thêm chi phí đầu tƣ bóng và nguồn cấp
Mô hình rút gọn
Đối với các thành phố cấp 2, việc đầu tƣ ngay một trung tâm quản lý và vận hành chiếu sáng đến từng đèn là khó khả thi do hạn hẹp về nguồn kinh phí thì có thể ứng dụng mô hình rút gọn : Chỉ điều khiển và giám sát tới tủ chiếu sáng qua GPRS
* Mô hình
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/
Hình 2.7: Mô hình hệ thống Savelite rút gọn
* Tính năng
- Điều khiển tủ chiếu sáng qua phần mềm hoặc tin nhắn SMS qua các chế độ : đóng/ mở của từng phase hoặc cả tủ. Có thể lập lịch đóng/ mở theo kế hoạch. Kết hợp với timer để tăng tính an toàn cho hệ thống
- Giám sát : điện áp, công suất của từng phase và cả hệ thống
- Cảnh báo: mất điện nguồn hoặc mất điện từng phase. Chức năng cảnh báo quá dòng hoặc quá áp sẽ đƣợc nâng cấp
Nhƣ vậy với việc đầu tƣ giai đoạn đầu cho việc quản lý giám sát và điều khiển đến từng tủ chiếu sáng, khi có nguồn kinh phí sẽ lắp đặt các thiết bị quản lý đến từng đèn và được điều khiển qua chính đường dây tải điện không cần phải thay thế, sửa đổi nào khác.
Thành phần hệ thống
* Bộ tập trung xử lý thông tin