Hệ thống SCADA giúp doanh nghiệp giảm chi phí về điện
Khoa học - Ngày đăng : 15:30, 15/07/2017
kHPTO - Nhóm nghiên cứu Dương Thái Bình và Võ Minh Trí, Trường Đại học Cần Thơ đã xây dựng hệ thống thu thập dữ liệu, giám sát và điều khiển SCADA phù hợp cho mạng điện hạ thế tại các cơ quan, doanh nghiệp. Việc này giúp vận hành hệ thống điện an toàn, tiết kiệm và giảm công sức lao động, đem lại hiệu quả thiết thực.
Bài toán đặt ra cho các nhà quản lý là cần giám sát quản lý chất lượng nguồn điện và công suất tiêu thụ điện tại cơ quan, tòa nhà, nhà máy, xí nghiệp hiệu quả nhất để giảm chi phí, tiết kiệm năng lượng, nâng cao hiệu quả cho doanh nghiệp trong hoạt động kinh doanh đồng thời góp phần vào việc bảo vệ môi trường sống. Hiện nay, tại rất nhiều cơ quan đơn vị quản lý hệ thống điện năng bằng cách đặt công tơ tại các điểm cần thiết và có nhân viên đến ghi chỉ số theo định kỳ theo cách thủ công. Khi xảy ra sự cố thì đơn vị sử dụng điện thoại báo cho nhân viên phụ trách đến kiểm tra sửa chữa, rất tốn thời gian và không giám sát được các thông số, dự đoán và xử lý sự cố cần thiết kịp thời. Nghiên cứu này giới thiệu một mô hình SCADA linh hoạt, giá cả phù hợp, đáp ứng được nhu cầu quản lý giám sát hệ thống điện cho các cơ quan, doanh nghiệp. Hệ SCADA được xây dựng bằng các thiết bị đo tự thiết kế trên nền bộ vi xử lý/vi điều khiển kết hợp với các thiết bị đo dễ tìm trên thị trường. Hệ thống được đề xuất góp phần giúp giảm thiểu rủi ro sự cố, giảm công sức lao động và sử dụng hiệu quả, tiết kiệm nguồn năng lượng điện và có thể dễ dàng áp dụng cho việc quản lý các đối tượng khác.
Mô hình hệ thống SCADA được xây dựng với 3 trạm đo. Thiết bị, linh kiện sử dụng bao gồm: 1 kit NI myRIO, 2 đồng hồ đo đa năng Mitsubitshi ME96NSR, 3 bộ biến dòng (CT) 100A/5A, 1 bộ biến áp (VT) 220V/3V, mạch chuyển tín hiệu điện áp và dòng điện về mức danh định của ngõ vào của kit NI myRIO, 1 bộ chuyển USB/RS485; máy tính với phần mềm LabVIEW myRIO 2014 được cung cấp kèm theo kit NI myRIO.
Trạm đo tự xây dựng sử dụng hệ vi xử lý/vi điều khiển: linh kiện sử dụng có thể tự động chọn lựa, yêu cầu hệ vi xử lý/vi điều khiển có đủ số lượng ngõ tương tự vào và tốc độ lấy mẫu đủ phục hồi tín hiệu điện áp và dòng điện AC 50 Hz của nguồn điện. Đề tài chọn kit NI myRIO (National Instruments, 2013) của nhà sản xuất National Instruments để xây dựng trạm đo nguồn điện 3 pha (gọi tắt là trạm myRIO).
Trạm đo sử dụng thiết bị đo đa năng có sẵn trên thị trường được chọn lựa linh hoạt, chỉ yêu cầu thiết bị đo được các thông số cần thiết và có hỗ trợ truyền thông. Đề tài chọn đồng hồ đo đa năng ME96NSR của Mitsubishi Electric với giao thức truyền thông Mosbus qua cổng RS485, đo được các thông số điện áp, dòng điện, công suất, sóng hài của nguồn điện 3 pha với độ chính xác 0,1% (gọi tắt là trạm ME).
Đề tài đã xây dựng thành công hệ thống SCADA như mục tiêu đề ra, kết quả sẽ được trình bày trực tiếp trên giao diện chương trình quản lý viết bằng phần mềm LabVIEW. Màn hình chính thể hiện trạng thái hệ thống và các thông số chính của các trạm như điện áp, dòng điện, hệ số công suất. Khi cần xem nhiều thông số chi tiết hơn của trạm nào đó, nhấp chuột trái vào ô “Detail” của trạm đó để đến màn hình thông số chi tiết.
Khi cần xem dạng sóng, độ lệch pha giữa tín hiệu dòng và điện áp, nhấp chuột trái vào ô “Chart” (chỉ có ở trạm NI myRIO) để đến màn hình hiển thị dạng sóng, chọn pha cần xem bằng nút “Phase”.
Khi cần xem lại lịch sử nhấp chuột trái vào ô “History”, chọn thời gian và thông số cần xem lại.
Dung lượng lưu trữ: với ba trạm đo 3 pha, mỗi pha lưu 4 thông số của điện áp, ghi mỗi giây 1 lần lưu vào tập tin Excel có phần mở rộng .csv. Một ngày cần dung lượng 17,3 MB; một tháng cần dung lượng 519 MB. Với dung lượng ổ đĩa cứng hiện nay phổ biến ở mức 500 GB hay 1 TB, thời gian lưu trữ được là rất dài (500 GB lưu được trên 1 năm khi hệ thống có 200 trạm đo).
Kết quả nghiên cứu cho thấy hệ thống đã hoạt động ổn định, thông số tính toán được trên trạm NI myRIO sai lệch ít so với thiết bị MR96NSR (dưới 1%), cập nhật các giá trị nhanh (mỗi giây). Số liệu được lưu trữ phục vụ cho công tác phân tích, đánh giá hệ thống điện; dự đoán, khắc phục các rủi ro; giúp cho việc sử dụng điện an toàn, tiết kiệm.
Việc xây dựng hệ thống SCADA thử nghiệm cho mạng điện hạ thế với trạm đo tự xây dựng trên nền hệ vi xử lý/vi điều khiển với kit NI myRIO và trạm đo sử dụng thiết bị đo đa năng Mishubishi ME96NSR cùng với phần mềm LabVIEW đã tạo nên một công cụ hữu hiệu phục vụ cho việc quản lý giám sát hệ thống điện và có thể áp dụng cho các đối tượng khác, với khả năng:
Giúp quản lý tốt hơn nguồn năng lượng điện, từ đó đưa ra các phương án phù hợp cho việc vận hành hệ thống điện tiết kiệm, an toàn.
Làm cho Hệ thống SCADA trở nên mềm dẻo, linh hoạt hơn với trạm thu thập số liệu tự thiết kế và lập trình giao tiếp với thiết bị công nghiệp.
Đưa ra được giải pháp công nghệ góp phần thay thế, giảm nhẹ sức lao động của con người.
Hệ thống có thể dễ dàng áp dụng để quản lý các đối tượng khác. Hệ thống có tính ứng dụng cao và hiệu quả về mặt kinh tế xã hội vì việc tự động giám sát hệ thống điện giúp tiết kiệm được nhân lực giám sát thủ công, cập nhật kịp thời, chính xác thông số của mạng điện, từ đó giúp vận hành hệ thống điện an toàn, tiết kiệm hơn.
Các chỉ số quan trọng của mạng điện được cập nhật theo thời gian thực và lưu trữ phục vụ việc phân tích, đánh giá hệ thống. Kết quả hệ thống đã tính toán, hiển thị gần như theo thời gian thực các thông số của mạng điện, lưu trữ số liệu theo thời gian, chứng tỏ được tính khả thi của giải pháp. Nghiên cứu góp phần trong việc đưa ra giải pháp thiết kế và xây dựng hệ thống giám sát mạng điện một cách tự động.