Thiết kế và cấu hình mô hình giám sát năng lượng thông minh sử dụng PME 2024

Đồ án thiết kế mô hình giám sát năng lượng thông minh với PME 2024 tại ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM

• Tác giả: Nguyễn Sơn Tùng
• Người hướng dẫn: PGS. Trương Đình Nhơn
• Trường học: Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật Điện - Điện tử
• Đề tài: Thiết kế và cấu hình mô hình giám sát năng lượng thông minh sử dụng PME 2024
• Loại tài liệu: Khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2025
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan mô hình giám sát năng lượng thông minh bằng PME 2024

Mô hình giám sát năng lượng thông minh bằng PME 2024 tại ĐH SPKT TP.HCM đánh dấu bước tiến quan trọng trong công nghệ quản trị điện năng học đường. Đề tài được thực hiện bởi nhóm nghiên cứu thuộc Khoa Đào tạo Quốc tế dưới sự hướng dẫn của Phó giáo sư Trương Đình Nhơn. Dự án tập trung giải quyết bài toán quản trị tiêu thụ điện năng cho các tòa nhà và phòng thí nghiệm kỹ thuật. Hệ thống EcoStruxure Power Monitoring Expert 2024 của Schneider Electric đóng vai trò trung tâm điều khiển toàn diện. Nền tảng này thu thập dữ liệu đo lường trực tiếp từ các đồng hồ đo thông minh. Giao thức Modbus RTU và Modbus TCP/IP được sử dụng để truyền tải tín hiệu nhanh chóng. Dữ liệu thô lập tức chuyển đổi thành các biểu đồ trực quan và báo cáo chuyên sâu. Nhà quản lý dễ dàng nắm bắt hiện trạng phụ tải và phát hiện kịp thời các sự cố quá dòng hay sụt áp. Công nghệ này đáp ứng các tiêu chuẩn khắt khe về an toàn điện công nghiệp và tính bền vững sinh thái. Nghiên cứu mang lại giá trị thực tiễn cao cho công tác đào tạo kỹ sư điện tử.

1.1. Nền tảng EcoStruxure Power Monitoring Expert 2024

Phần mềm PME 2024 cung cấp giao diện quản trị kỹ thuật số mạnh mẽ cho hệ sinh thái điện. Nền tảng hỗ trợ tích hợp đa dạng thiết bị đo lường thông qua mạng truyền thông công nghiệp. Hệ thống liên tục thu thập chỉ số điện áp, dòng điện, hệ số công suất và tần số. Kiến trúc máy chủ cơ sở dữ liệu SQL Server lưu trữ an toàn toàn bộ bản ghi vận hành. Người vận hành truy cập bảng điều khiển linh hoạt trên nền tảng trình duyệt web hiện đại. Các cảnh báo tức thời gửi đến quản trị viên ngay khi xuất hiện bất thường lưới điện. Tính năng này giảm thiểu nguy cơ quá tải và chập cháy thiết bị nghiêm trọng. PME 2024 tối ưu hóa hiệu quả sử dụng năng lượng lâu dài.

1.2. Mục tiêu nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn tại nhà trường

Mô hình triển khai tại Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh giải quyết nhu cầu thực nghiệm kỹ thuật số. Dự án chuyển giao kiến thức quản lý năng lượng hiện đại cho sinh viên ngành Điện tử. Khuôn viên đại học vận hành nhiều xưởng thực hành và giảng đường quy mô lớn. Việc kiểm soát thủ công các chỉ số tiêu thụ gây tốn kém thời gian và nhân lực. Hệ thống mới số hóa toàn bộ quy trình đọc chỉ số đồng hồ đo. Dữ liệu tập trung giúp nhà trường quy hoạch nguồn lực vận hành tối ưu. Sinh viên trực tiếp tiếp cận mô hình công nghiệp chuẩn mực từ Schneider Electric. Đây là nền tảng phục vụ nghiên cứu và đổi mới phương pháp giảng dạy kỹ thuật.

II. Thách thức giám sát năng lượng thông minh bằng PME 2024

Hệ thống điện tại các cơ sở giáo dục đại học thường đối mặt với tình trạng lãng phí năng lượng nghiêm trọng. Việc đo đạc chỉ số bằng phương pháp thủ công tiềm ẩn nhiều sai sót và độ trễ dữ liệu. Cán bộ quản lý không thể phát hiện kịp thời các bất thường về sóng hài hay sụt áp tức thời. Những sự cố này gây hư hỏng thiết bị thí nghiệm đắt tiền và làm gián đoạn việc giảng dạy. Các báo cáo năng lượng định kỳ thiếu tính chi tiết khiến ban giám hiệu khó hoạch định ngân sách chính xác. Mạng lưới điện phức tạp tại ĐH SPKT TP.HCM đòi hỏi sự chuyển đổi sang mô hình giám sát tự động. Quá trình chuyển đổi gặp nhiều thách thức về tính đồng bộ thiết bị cũ và mới. Sự không tương thích giữa các chuẩn truyền thông gây khó khăn cho việc thu thập dữ liệu tập trung. Bên cạnh đó, việc thiếu hụt hạ tầng mạng nội bộ ổn định làm suy giảm hiệu suất truyền tải. Áp lực cắt giảm khí thải carbon càng đặt ra yêu cầu cấp bách phải hiện đại hóa hệ thống đo lường.

2.1. Hạn chế của phương pháp ghi chép điện năng truyền thống

Phương pháp ghi chép thủ công tồn tại nhiều nhược điểm cố hữu trong quản lý điện trường học. Nhân viên kỹ thuật phải di chuyển liên tục qua các trạm biến áp để đọc chỉ số. Tần suất ghi nhận thưa thớt khiến dữ liệu mất tính liên tục theo thời gian thực. Sai số do yếu tố con người thường xuyên xảy ra trong quá trình nhập liệu bảng tính. Điều này cản trở việc phân tích biểu đồ phụ tải vào các khung giờ cao điểm. Quản trị viên hoàn toàn bị động trước các đợt tăng vọt công suất bất ngờ. Hậu quả là chi phí điện năng gia tăng đáng kể qua từng tháng vận hành. Thiếu hụt dữ liệu tức thời làm tê liệt khả năng phòng ngừa sự cố điện.

2.2. Nguy cơ từ sự cố chất lượng điện năng đối với thiết bị

Chất lượng điện năng suy giảm đe dọa trực tiếp đến tuổi thọ thiết bị phòng thí nghiệm. Các hiện tượng méo hài bậc cao làm nóng biến áp và quá nhiệt dây dẫn. Biến động điện áp đột ngột dễ gây hỏng hóc các bộ vi điều khiển chính xác cao. ĐH SPKT TP.HCM sở hữu nhiều trang thiết bị thực hành tự động hóa rất nhạy cảm. Thiếu công cụ đo lường chuyên dụng khiến việc tìm nguyên nhân sự cố gặp bế tắc. Hiện tượng mất cân bằng pha gây lãng phí công suất tiêu thụ của các động cơ ba pha. Hệ thống bảo vệ truyền thống chỉ ngắt điện khi xảy ra ngắn mạch rõ rệt. Việc thiếu hụt cảnh báo sớm làm tăng chi phí sửa chữa và thay thế thiết bị.

III. Giải pháp giám sát năng lượng thông minh bằng PME 2024

Giải pháp kỹ thuật kết hợp hài hòa giữa phần cứng tiên tiến và nền tảng phần mềm mạnh mẽ. Thiết bị đo đa năng Schneider PM5350 thu thập chính xác các thông số dòng điện, điện áp và độ méo sóng hài. Cổng chuyển đổi truyền thông Link 150 đóng vai trò cầu nối dữ liệu quan trọng giữa mạng nối tiếp và mạng máy tính. Cổng nhận tín hiệu Modbus RTU qua cổng RS-485 từ đồng hồ rồi chuyển đổi sang Modbus TCP/IP qua cổng Ethernet. Tín hiệu số truyền trực tiếp về máy chủ trung tâm vận hành phần mềm PME 2024. Tại giao diện Management Console, người quản trị thiết lập Site mạng tương ứng với địa chỉ IP tĩnh của cổng Link 150. Thiết bị đo PM5350 được khai báo chính xác theo danh mục phần cứng tương thích. Phần mềm kích hoạt dịch vụ ghi log dữ liệu định kỳ xuống hệ cơ sở dữ liệu. Bảng điều khiển web hiển thị trực quan các biểu đồ phụ tải và thông số thời gian thực. Hệ thống hỗ trợ phân quyền chặt chẽ nhằm bảo vệ an toàn an ninh mạng cho cơ sở.

3.1. Cấu hình phần cứng đồng hồ PM5350 và gateway Link 150

Khâu kết nối phần cứng đóng vai trò nền tảng cho sự ổn định của hệ thống. Đồng hồ Schneider PM5350 được đấu nối chuẩn xác với biến dòng và điện áp nguồn cấp. Cổng truyền thông RS-485 trên PM5350 kết nối trực tiếp vào gateway Link 150 qua cáp xoắn đôi chống nhiễu. Kỹ sư thiết lập địa chỉ Modbus Slave ID duy nhất cho thiết bị đo để tránh xung đột dữ liệu. Gateway Link 150 nhận nguồn nuôi ổn định và được gán địa chỉ IP tĩnh trong mạng cục bộ. Giao diện web của Link 150 cho phép kiểm tra đường truyền tín hiệu ngay tại chỗ. Tốc độ truyền baud rate và chuẩn chẵn lẻ được đồng bộ hóa hoàn toàn giữa hai thiết bị. Cấu hình chuẩn xác giúp loại bỏ hiện tượng nghẽn gói tin.

3.2. Thiết lập Site và kết nối thiết bị trên phần mềm PME 2024

Quy trình cài đặt phần mềm PME 2024 bắt đầu từ bảng điều khiển Management Console. Kỹ sư khởi tạo một Site Ethernet mới và nhập đúng thông số IP của cổng Link 150. Sau khi xác nhận kết nối mạng thành công, trạng thái hiển thị dấu kiểm màu xanh lá. Bước tiếp theo là thêm thiết bị Ethernet và chỉ định nhóm model PM5300 series. Việc khai báo đúng cổng truyền thông và địa chỉ logic kích hoạt luồng dữ liệu tức thời. Dữ liệu công suất, hệ số cos phi và điện áp hiển thị liên tục trên giao diện trực quan. Người dùng tạo mới các bảng Dashboard trong ứng dụng web để thuận tiện theo dõi chỉ số. Hệ thống tự động lưu trữ dữ liệu theo chu kỳ đã định trước.

IV. Ứng dụng mô hình giám sát năng lượng thông minh bằng PME 2024

Mô hình giám sát năng lượng thông minh bằng PME 2024 tại ĐH SPKT TP.HCM chứng minh tính hiệu quả vượt trội trong vận hành thực tế. Hệ thống cung cấp bức tranh toàn cảnh về tình hình tiêu thụ điện năng tại các khu vực trọng điểm. Ban quản trị dễ dàng phân tích chi phí tiêu thụ theo từng khung giờ và phát hiện rò rỉ điện năng. Nền tảng PME 2024 có khả năng mở rộng quy mô linh hoạt để tích hợp thêm hàng trăm đồng hồ phụ tải. Giải pháp này kết nối liền mạch với các hệ thống quản lý tòa nhà BMS và mạng lưới năng lượng tái tạo mặt trời. Dữ liệu đo lường liên tục hỗ trợ xây dựng kế hoạch bảo trì dự đoán cho trạm biến áp và tủ điện phân phối. Kết quả nghiên cứu tạo lập cơ sở khoa học vững chắc để nhân rộng mô hình ra toàn bộ khuôn viên trường học. Sự kết hợp giữa đào tạo lý thuyết và thực hành trên phần mềm công nghiệp chuẩn quốc tế nâng cao năng lực cho sinh viên kỹ thuật. Dự án là bước đệm then chốt hướng tới xây dựng khuôn viên đại học thông minh và phát triển bền vững.

4.1. Lợi ích tối ưu hóa năng lượng và giảm thiểu chi phí

Ứng dụng hệ thống giám sát PME 2024 mang lại lợi ích kinh tế trực tiếp cho nhà trường. Báo cáo tự động chỉ ra các thiết bị tiêu thụ điện ngầm trong giờ nghỉ và ban đêm. Cán bộ kỹ thuật kịp thời điều chỉnh lịch vận hành điều hòa và hệ thống chiếu sáng giảng đường. Dữ liệu phụ tải đỉnh giúp thương thảo biểu giá điện hợp lý hơn với đơn vị cung cấp năng lượng. Việc cắt giảm công suất hao phí giảm thiểu đáng kể ngân sách vận hành cơ sở vật chất hàng năm. Thiết bị vận hành đúng định mức công suất kéo dài tuổi thọ sử dụng và giảm tần suất thay mới. Nhà trường tối ưu hóa được dòng tiền đầu tư cho nghiên cứu học thuật.

4.2. Khả năng mở rộng và tích hợp hệ thống quản lý tòa nhà

Kiến trúc mở của PME 2024 tạo điều kiện thuận lợi cho việc tích hợp hệ thống đa cấp. Mô hình kết nối linh hoạt với hệ thống quản lý tòa nhà BMS qua chuẩn giao thức BACnet IP và OPC UA. Các nguồn điện mặt trời áp mái tại trường dễ dàng tích hợp vào nền tảng giám sát tập trung. Hệ thống có khả năng thu thập dữ liệu từ cảm biến nhiệt độ và độ ẩm phòng máy chủ. Quản trị viên có thể theo dõi toàn bộ cơ sở hạ tầng kỹ thuật trên một giao diện hợp nhất duy nhất. Mô hình mở rộng này mở ra hướng tiếp cận hoàn thiện cho mục tiêu xây dựng đại học xanh thông minh. Khả năng mở rộng bền vững bảo đảm giá trị sử dụng lâu dài cho công trình nghiên cứu.

Trích đoạn nội dung tài liệu

HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND EDUCATION FACULTY OF INTERNATIONAL EDUCATION GRADUATION THESIS DESIGN AND CONFIGURATION OF SMART ENERGY MONITORING MODEL USING PME 2024 Supervisor: Assoc. Truong Dinh Nhon Student: Nguyen Son Tung Student ID: 20142257 Student: Pham Phu Duc Student ID: 20142207 Year of admission: 2020 - 2024 MAJOR: ELECTRICAL AND ELECTRONICS ENGINEERING TECHNOLOGY Ho Chi Minh City, July 2025 i HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND EDUCATION FACULTY OF INTERNATIONAL EDUCATION GRADUATION THESIS DESIGN AND CONFIGURATION OF SMART ENERGY MONITORING MODEL USING PME 2024 Supervisor: Assoc. Truong Dinh Nhon Student: Nguyen Son Tung Student ID: 20142257 Student: Pham Phu Duc Student ID: 20142207 Year of admission: 2020 - 2024 MAJOR: ELECTRICAL AND ELECTRONICS ENGINEERING TECHNOLOGY Ho Chi Minh City, July 2025 ii ACKNOWLEDGMENTS Graduation thesis is an essential requirement for students to demonstrate the knowledge and skills accumulated throughout their university years. It is an opportunity to apply theory into practice, develop independent research capabilities, and experience real-world problem solving.

I would like to express my sincere gratitude to Assoc. Truong Dinh Nhon , my supervisor, for the dedicated guidance, valuable suggestions, and continuous support throughout the project. Your expert advice and encouragement have helped me to overcome many difficulties and complete this thesis successfully. I would also like to thank the Faculty of International Education and Ho Chi Minh City University of Technology and Education for providing a supportive academic environment and access to the necessary resources and facilities for this project.

Finally, I sincerely thank my family and friends who have always stood by me with encouragement, care, and emotional support throughout the thesis period. Despite my best efforts, I understand that the project may still contain limitations. I look forward to receiving constructive feedback and recommendations from teachers and peers. Sincerely, viii CONTENTS COMMITMENT AND PLAGIARISM CHECK RESULT CONFIRMATION .iii EVALUATION SHEET OF DEFENSE COMMITTEE MEMBER .ix LIST OF FIGURES.

xi CHAPTER 1: INTRODUCTION. STRUCTURE OF THE PROJECT .4 CHAPTER 2: OVERVEW OF POWER MONITORING SYSTEM. Power monitoring concept. Overview of Schneider Electric PME software.

Objectives of using the PME software .18 CHAPTER 3: HARDWARE AND SYSTEM CONFIGURATION. PM5350 Power meter. Link 150 Communicaiton Gateway. PME 2024 Software Configuration .30 CHAPTER 4: SYSTEM SETUP AND CONFIGURATION.

SETUP PME KIT. PME 2024 SOFTWARE INSTALLATION. ADDING SITE, DEVICES TO THE PME SYSTEM. 35 CHAPTER 5: APPLICATION & EVALUATION.

BENEFITS OF USING PME. SYSTEM OPARATION RESULTS. LIMITATION AND CHALLENGES .61 CHAPTER 6: EXPANSION AND SYSTEM INTEGRATION64 6. SYSTEM INTERGRATION PURPOSE.

SYSTEM THAT CAN BE INTERGRATED WITH PME. INTERGRATION METHODS AND PROTOCOLS. PRACTICAL EXAMPLE OF INTEGRATION .68 x LIST OF FIGURES Figure 3.1 Power And Energy Meter Power Logic PM5350 With THD, Alarming21 Figure 3.2 Power Meter Display .3 Link 150 Ethernet Gateway .5 Block diagram PME Overview .1 Link150 Web’s IP .4 VM Ware Virtual Machine logo .6 Ethernet Gateway Site Configuration .7 Ethernet Gateway Site After Configuration .37 Figure 4-9 Confirm Connect .37 Figure 4-10 Site Connected. 38 Figure 4-11 Add a Ethernet Device.

39 Figure 4-12 Ethernet Device Configuration. 39 Figure 4-13 Ethernet Device after Configuration .40 Figure 4-14 Connect Device. 40 Figure 4-15 Confirm Connect .41 Figure 4-16 Device Connected. 41 Figure 4-17 Creating a New Dashboard.

42 Figure 4-18 Dashboard Setting. 42 Figure 4-19 Select Gadget. 43 Figure 4-20 General Setting .44 Figure 4-21 Display Setting .44 Figure 4-22 Chart Setting .45 Figure 4-23 Data Series. 45 xi Figure 4-24 Selecting Data Source and Measurement in Data Series.

46 Figure 4-25 After add a Data Series. 46 Figure 4-26 Setting Time Range .47 Figure 4-27 Target Line. 48 Figure 4-28 Real-Time Voltage Display on Dashboard in PME Web. 48 Figure 4-29 Creating Alarm in Setting.

49 Figure 4-30 Software Alarm. 50 Figure 4-31 Select Alarm Template. 50 Figure 4-32 Select Three-phase Current A, B, C as Monitoring Parameters in Overcurrent Alarm Configuration. 51 Figure 4-33 Configure Overcurrent Alarm rRules in PME Web Application .52 Figure 4-34 Selecting Source for Alarm .52 Figure 4-35 Add Schedule .