chương 1 thì hiện nay việc đo lường và hiển thị bàng một hệ thống đồng hồ điện từ với số lượng lớn, điều đó dẫn đến việc tồng hợp và xử lý thông tin cùa người vận hành hết sức phức tạp. Mặt khác việc lưu trữ và truyền dữ liệu đi xa để giúp cho việc quản lý và phân tích dữ liệu từ xa chưa đáp ứng được với nhu cầu sản xuất hiện đại. Vì vậy, nhu cầu cải tiến hệ thống đo lường, xừ lý và truyền dữ liệu cho lò cao là hết sức cần thiết và cấp bách. Trước thực trạng trên của hệ thống đo lường lò cao, cần hướng vào cải tiến nâng cấp hệ thống với các nội dung chính sau: - Thay toàn bộ hệ thống đồ hồ hiển thị hiện nay bằng hệ thống thu thập và xử lý dữ liệu thông qua hệ thống kỹ thuật số kết hợp với máy tính PC.
Tất cà các thông số đo lường sẽ được xử lý và hiển thị trên máy tính PC và có thề cài đặt các chức năng bảo vệ và cảnh báo trong quá trình vận hành. - Để giúp cho khả năng giám sát hệ thống từ xa, cần thiết kế hệ thống mạng thông tin kết nối với mạng điện thoại công cộng, điều đó sẽ cho phép giám sát và điều hành hệ thống từ xa, không giới hạn về vị tri địa lý. X ây dựng và thiết ké phần cứng cho hệ thống Thiết kế tổng thể Như đã đề cập ờ phần đầu, yêu cầu đặt ra là thực hiện việc thu thập các thông số đo lường từ lò cao (nhiệt độ, áp suất, lưu lượng) đưa về gia công xử lý, sau đó sẽ đưa lên hiến thị trên máy tính. Đe thực hiện được các yêu cầu này, điều cần thiết là phài có một hệ thống phần cứng đủ tin cậy, hoạt động ổn định, chính xác.
Điều này đóng vai trò vô cùng quan trọng đối với người vận hành bời vì nhờ chính các thông số này mà người vận hành lò luôn cập nhật được tình trạng của lò, giúp việc vận hành luôn đảm bào an toàn và hiệu quả. Mô hình tổng quan phần cứng được đưa ra như hình 6-7. Trong đó: - ADC-1, ADC-2, ADC-3: Các modul chuyển đổi A/D 12 bit 16 kênh. 94 PC I, PC2, PC3 : Các máy tính PC trong hệ thống.
Modem: Bộ điều chế và giải điều chế tín hiệu truyền thông. Modem Điều khiển trung tâm Modem Các loại tín hiệu đo lường từ các sensor đến Hình 6-7. S ơ đồ khối hệ thống xử lý và truyền dữ liệu cho lò cao Để tiện cho việc lắp đặt, vận hành, thay thế và mở rộng, các chức năng phần cứng được thiết kế theo kiểu modul hoá, theo đó các mạch điện chức năng sẽ được thiết kế theo kiểu card cắm vào các khe cắm (slot). Mỗi card này sẽ có một chức năng riêng.
Theo như yêu cầu đã đặt ra, chúng ta phải có một card điều khiển trung tâm điều khiển hoạt động tất cả các mạch điện còn lại. Do đó ở phần thiết kế này, chúng ta tiến hành thiết kế một card điều khiển trung tâm với thành phần cốt lõi là vi điều khiển 89C51. Ngoài ra, tuỳ theo yêu cầu về số lượng kênh đầu vào mà có thể lắp đặt thêm các card giao tiếp tương tự mờ rộng. Theo như các số liệu đã tổng hợp, chúng ta phài cần đến 48 kênh tương tự đầu vào.
Do đó ờ đây ta lựa chọn số kênh cho mỗi card là 16 và phần cứng sẽ cho phép cắm 5 card giao tiếp tương tự mờ rộng. Như vậy chúng ta có tổng số lượng kênh có thể sứ dụng là 90 kênh. Có thể mô tà hoạt động cùa toàn bộ hệ thống tóm tắt như sau: Tín hiệu từ đầu ra của các cảm biến đo lường sẽ được tổng hợp dưa về các modul giao tiếp tương tự. Tại đây, tín hiệu sẽ được xừ lý bước đầu, nếu là dạng tín hiệu dòng chuẩn (từ 4 đến 20 mA) sẽ được đưa qua mạch chuẩn hoá tín hiệu để lấy được 95 điện áp chuẩn sau đó đưa vào khối khuếch đại đo lường đê tạo ra mức điện áp phù hợp đưa vào mạch chuyển đổi A/D.
Nếu là tín hiệu lây từ các cảm biên nhiệt độ, do các tín hiệu này là các giá trị sức điện động nhỏ nên phải được đưa qua các khôi khuếch đại với các giá trị hệ số khuếch đại khác nhau (tuỳ thuộc vào độ lớn cùa nhiệt độ tại điềm đo) sau đó mới được đưa đến khối chuyển đồi A/D. Đế tận dụng hết khá năng cùa vi mạch chuyển đổi A/D (AD574) cũng như giảm giá thành tối thiểu, các kênh tín hiệu tirơng tự này sẽ được đưa vào mạch dồn kênh. Mạch dồn kênh này hoạt động theo nguyên lý phân chia theo thời gian. Do đó tại một thòi điểm chi có tín hiệu của một trong 16 kênh được đưa đến bộ chuyển đổi A/D.
Dữ liệu dạng sô tại đầu ra bộ chuyển đổi A/D sẽ được đưa đến vi điều khiển để gia công xừ lý sau đó sẽ được chuyển đến máy tính giám sát. Toàn bộ hoạt động các khối dồn kênh, khuếch đại, chuyển đổi A/D, giao tiếp với máy tính sẽ được điều khiển bời vi điều khiển. Giới thiệu hệ thống tự động đọc công tơ từ xa bằng máy tính (Automated Meter Reading - AMR) 6. Kiến trúc chung của AMR Sff đồ kltối và nguyên lý hoạt động Hình 6-8.
Nguyên lý cơ bản của quá trinh truyền thông giữa một công ty phân phối và khách hàng thông qua hệ thống AMR Hệ thống AMR được thiết kế giao tiếp với khách hàng đầu cuối trong môi trường mạng điện lưới 0,4 kV một pha hoặc ba pha. Hệ thống được dùng để thu thập các dữ liệu điện tiêu thụ từ các tòa nhà riêng biệt khu dân cư (ví dụ như một gia đình và nhà chung cư), văn phòng, công nghiệp các doanh nghiệp và các cơ sờ công cộng cho các 96 trung tâm quàn lý tiêu thụ điện.8 minh họa nguyên lý cơ bản của quá trinh truyền thông giữa một công ty phân phối và khách hàng thông qua hệ thống AMR. Phạm vi sử dụng cùa AMR bị hạn chế bởi kích thước của trung tâm hành chính, thị xã, khu vực nông thôn. Các lĩnh vực ứng dụng có thể được mở rộng bàng cách tăng số đơn vị đồng hồ.
Một bộ điều khiển có thề xử lý và lưu trữ dữ liệu cho khoảng một triệu công lơ. Một số đơn vị điều khiển có thể được tích hợp bên trong bộ điều khiển ờ một mức cao hcm. Các công tơ chuyển dữ liệu đo được đến một bộ định tuyến trong trạm biến áp thông qua các liên kết thông tin liên lạc, ví dụ thông qua PLC. Router thực hiện chức năng thu thập dữ liệu và lưu trữ tạm thời, nó có thông tin hai chiều với một bộ điều khiển nhằm thu thập dữ liệu và lưu trữ lâu dài được cài đặt trong trạm biến áp.
Dựa trên thông tin này các nhà cung cấp điện có thề đưa ra các quyết định nhằm tự động hóa quá trinh phân phối. Phương thức truyền tải dữ liệu giữa một công tơ và bộ điều khiển được thể hiện trong hình 6-9. Phương thức truyền tài dữ liệu trong AMR Trong một số cấu trúc mạng, phạm vi hoạt động của một router là không đủ. Trong trường hợp như vậy, thông tin liên lạc giữa đồng hồ và router phái được dựa trên một nguyên tắc định địa chi nhiều mức như trong hình 6-ÍO.
97 METERS ROUTER [ — I r i f - I i _ p ■' □ □ ■ ì ị ! 1— 1 ___L 1— _1 _ L _ _ ! i f —I : — i — r— I ! I— 1------------ i— --------- ------- — r ! __ ! —I — level 0 level 1 level 2 level 3 Hình 6-10. Định địa chì nhiều mức trong AMR Vói các công to được trang bị công nghệ AMR, các tín hiệu analog cùa dòng điện và điện áp được chuyển thành tín hiệu số. Công suất, năng lượng tiêu ;hụ và một số các thông số khác được tính toán dựa trên thông tin này. Tất cà các dữ liệu được lưu trữ trong một bộ nhớ không mất dữ liệu và có thể được đọc từ xa.
Căn cứ vào việc thiết lập giá điện và dịch vụ giá trị gia tăng, các đồng hồ có thể tính toán giá trị điện cho mỗi đầu cuối. Các đồng hồ điện có thể có một màn hình hiển thị cung cấp một giao diện người dùng thân thiện giữa các hệ thống và khách hàng, cho thông tin về mức tiêu thụ điện theo cà dạng kWh và theo tiền mặt. Hơn nữa, tùy theo tình hình, đồng hồ có thề cắt điện phân phối cho một khách hàng bời một rơle tích hợp bên trong. Các tình huống này có thề là: - Người tiêu dùng đã phá vỡ các điều kiện của hợp đồng tiêu thụ điện với nhà cung cấp.
- Các điều kiện của mạng không cho phép phân phối điện do các tình huống khẩn cấp. - Bộ điều khiến đã gửi một tín hiệu để cắt điện. Trong các đồng hồ đo điện cũng có một phương pháp đo lường dòng lệch pha. Dòng lệch pha là sự chênh lệch giữa giá trị dòng điện khi không dẫn và giá trị dòng điện trong pha dẫn.
Nhờ các công tơ ba pha, phương pháp này cho phép quản lý cân bằng tải. Đo lirờng dòng lệch pha và quản lý cân bằng công suất là hai cách có thể phát hiện hành vi trộm cắp điện. 98 Các yêu cầu cần thiết cho hệ thống AMR Tại thời điểm hiện tại các tiêu chuẩn giao tiếp cụ thể cho AMR chưa được thiết lập. Điều này có nghĩa là ít nhất các trang thiết bị được lắp đặt tại các đầu cuối sử dụng điện phải có rpột chức năng tải về phần mềm để cung cấp một cơ hội cho các tiêu chuẩn cập nhật trong tương lai.
Đó là lý do tại sao có một số khuyến nghị cho các yếu tố khác nhau của AMR được trinh bày dưới đây. Khuyến ngliị cho mạng truyền thông Cấu trúc của mạng truyền thông phụ thuộc mạnh mẽ vào môi trường truyền là lựa chọn để kết nối các thành phần của hệ thống AMR. Các môi trường truyền thông như đường dây điện thoại, mạng GSM hoặc Internet cần yêu cầu bồ sung hệ thống dây điện tại cơ sờ khách hàng và trong trường hợp mạng GSM, các modem vô tuyến đặc biệt với ăngten phù hợp sẽ được sử dụng. Hơn nữa, các loại phương tiện truyền thông thông tin liên lạc không được bảo vệ chống lại các truy cập của khách hàng có liên quan làm thay đổi các thông số của mạng và có thể dẫn đến các kết nối bị gián đoạn và không thể quản lý được một hệ thống AMR.