(TIỂU LUẬN) THIẾT kế ROBOT tự HÀNH điều KHIỂN XA PHỤC vụ CÔNG tác GIÁM sát vận HÀNH TRẠM BIẾN áp 110KV KHÔNG NGƯỜI TRỰC, ỨNG DỤNG tại CÔNG TY điện lực THỪA THIÊN HUẾ

Ngoài ra, Robot cần tích hợp thêm một số chức năng như phát hiện âm thanh bất thường từ thiết bị, cảnh báo nhiệt độ, độ ẩm, khả năng tương tác, điềukhiển bằng tay từ trung tâm điều khiển

KHOA ĐIỆN

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CAPSTONE PROJECT

ỨNG DỤNG TẠI CÔNG TY ĐIỆN LỰC

THỪA THIÊN HUẾ

Người hướng dẫn : PSG.TS LÊ TIẾN DŨNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA ĐIỆN

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CAPSTONE PROJECT

ỨNG DỤNG TẠI CÔNG TY ĐIỆN LỰC

THỪA THIÊN HUẾ

Người hướng dẫn

Nhóm sinh viên thực hiện

: PSG.TS LÊ TIẾN DŨNG

KS CAO HUY ĐỖ : PHẠM VĂN PHÚ NGUYỄN THIỆN TÂN HUỲNH QUỐC HÙNG

Tên đề tài: “Thiết kế robot tự hành điều khiển xa phục vụ công tác giám sát vận

hành trạm biến áp 110kV không người trực, ứng dụng tại Công ty Điện lực Thừa Thiên Huế”.

Sinh viên thực hiện: Huỳnh Quốc Hùng

Hiện nay nhu cầu sử dụng điện để đáp ứng sự phát triển của nền kinh tế và phục

vụ đời sống ngày càng tăng Để góp phần giảm thiểu những thiệt hại lớn về kinh tế domất điện, việc kiểm tra thường xuyên các thiết bị đường dây và trạm biến áp nhằm pháthiện nguy cơ sớm nhất có thể để lên kế hoạch bảo trì vô cùng quan trọng Đây là yêucầu thiết yếu của hệ thống điện hiện đại và lưới điện thông minh Sự an toàn và hoạtđộng ổn định của các thiết bị trạm biến áp đóng một vai trò quan trọng trong toàn bộ hệthống điện Các phương án giám sát phổ biến hiện nay có một vài nhược điểm sau: đòihỏi nhiều nhân lực (các trạm bán tự động), chi phí lắp đặt cao nhưng tính linh hoạt củathiết bị giám sát không cao (các trạm không người trực sử dụng camera giám sát cốđịnh hoặc trượt trên thanh ray)

Như vậy, để khắc phục các nhược điểm đã phân tích ở trên, nhóm sinh viên đềxuất phương án sử dụng Robot tự hành để giám sát, quan sát trạng thái các thiết bịcũng như thu thập số liệu Robot có khả năng di chuyển tự do linh hoạt từ đó mở rộngphạm vi giám sát Ngoài ra, Robot cần tích hợp thêm một số chức năng như phát hiện

âm thanh bất thường từ thiết bị, cảnh báo nhiệt độ, độ ẩm, khả năng tương tác, điềukhiển bằng tay từ trung tâm điều khiển, …

Trên cở sở đề xuất, sinh viên thực hiện xây dựng được mô hình Mobile Robotmang camera giám sát thu thập dữ liệu, đưa ra cảnh báo cho các thiết bị trong trạmbiến áp, lưu trữ và truy xuất dữ liệu giám sát của robot Kiểm nghiệm khả năng hoạtđộng trong thực tế, đánh giá tính hiệu quả của đề tài

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

KHOA ĐIỆN

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

1 Phạm Văn Phú - Khảo sát, tìm hiểu các trạm biến áp 110kV trên địa

bản tỉnh Thừa Thiên Huế

2 Nguyễn Thiện Tân - Thu thập và nghiên cứu các tài liệu, các bài báo khoa

học trong và ngoài nước liên quan đến robot tự hành

- Tính toán lựa chọn linh kiện

TT Họ tên sinh viên Nội dung

- Thiết kế mô hình cơ khí robot trên SolidWorks

1 Phạm Văn Phú - Xây dựng mô hình động học cho robot

- Mô phỏng kiểm nghiệm động học trên Matlab

2 Nguyễn Thiện Tân - Nghiên cứu thiết kế mạch điều khiển

3 Huỳnh Quốc Hùng - Nghiên cứu giải pháp truyền thông, trao đổi dữ liệu

cho robot

5 Các bản vẽ, đồ thị (ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ):

a Phần chung:

1 Nguyễn Thiên Tân

- Sơ đồ điện (A3)

b Phần riêng:

1 Phạm Văn Phú - Mô hình cơ khí robot (3D Solidworks)

2 Nguyễn Thiện Tân

TS Giáp Quang Huy

Trong suốt quá trình học tập tại Trường Đại Học Bách Khoa - Đại học Đà Nẵng,chúng em đã được các thầy cô giáo tận tình truyền đạt những kiến thức, kinh nghiệmquý giá trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu cũng như trong quá trình thực hiện

đề tài Với lòng biết ơn sâu sắc, nhóm em xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô KhoaĐiện, Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng Riêng với đồ án tốt nghiệp nàychúng em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới thầy PGS.TS Lê Tiến Dũng, là giảngviên hướng dẫn của nhóm, đã tận tình chỉ bảo cũng như tạo điều kiện thuận lợi giúpchúng em trong suốt quá trình làm đồ án

Nhóm cũng xin gửi lời cảm ơn đến anh Cao Huy Đỗ và Công ty Điện Lực ThừaThiên Huế đã tạo điều kiện thuận lợi, hướng dẫn tận tình để nhóm tiếp cận thực tế làmviệc tại công ty

Trong quá trình thực hiện, các nghiên cứu của đề tài đã được nhóm tổng hợp viếtthành các bài báo trình bày tại 02 hội nghị: “Hội nghị sinh viên NCKH Student Forum2021” và “Hội nghị Sinh viên NCKH Khoa Điện năm học 2021-2022”

Chúng em đã cố gắng để hoàn thiện đề tài một cách tốt nhất có thể, xong khôngthể tránh khỏi những thiếu sót vì lượng kiến thức cũng như kinh nghiệm làm việc thực

tế còn hạn chế Rất mong nhận được sự chỉ bảo và góp ý của các thầy cô cũng như cácanh kỹ sư tại công ty để có thể hoàn thiện đồ án một cách tốt hơn

SINH VIÊN THỰC HIỆN

HUỲNH QUỐC HÙNG

Nhóm xin cam đoan đề tài: “Thiết kế Robot tự hành điều khiển xa phục vụ côngtác giám sát vận hành trạm biến áp 110kV không người trực, ứng dụng tại Công tyĐiện lực Thừa Thiên Huế” là kết quả quá trình nghiên cứu thực hiện dưới sự hướngdẫn của Thầy PGS TS Lê Tiến Dũng và anh Cao Huy Đỗ Nội dung lý thuyết có sửdụng một số tài liệu tham khảo đã được trích dẫn nguồn, chú thích rõ ràng và đượctrình bày trong phần tài liệu tham khảo Ngoài ra không có bất cứ sự sao chép củangười khác Các số liệu, chương trình phần mềm mô phỏng và những kết quả trình bàytrong báo cáo là hoàn toàn trung thực Nhóm xin hoàn toàn chịu trách nhiệm trước bộmôn, khoa và nhà trường về sự cam đoan này.

SINH VIÊN THỰC HIỆN

HUỲNH QUỐC HÙNG

MỤC LỤC iii

DANH SÁCH HÌNH ẢNH vi

DANH SÁCH CÁC BẢNG viii

DANH SÁCH KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT ix

MỞ ĐẦU 1

TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 3

1.1 GIỚI THIỆU 3

1.2 TỔNG QUAN VỀ TRẠM BIẾN ÁP TẠI PC THỪA THIÊN HUẾ 3

1.2.1 Tình hình tự động hóa trạm biến áp 3

1.2.2 Đánh giá hệ thống vận hành hiện tại 4

1.3 TÌNH HÌNH ỨNG DỤNG ROBOT TRONG TRẠM TỰ ĐỘNG HÓA 5

1.3.1 Ngoài nước 5

1.3.2 Trong nước 6

1.3.3 Phân tích đánh giá các giải pháp giám sát hiện có 8

1.4 GIẢI PHÁP CỦA ĐỀ TÀI 8

1.4.1 Mục tiêu đề tài 8

1.4.2 Đóng góp dự kiến đạt được 9

1.5 KẾT LUẬN 9

QUY TRÌNH THAO TÁC, KIỂM TRA, GIÁM SÁT CÁC THIẾT BỊ TRONG TRẠM BIẾN ÁP 110KV 10

2.1 GIỚI THIỆU 10

2.2 TÌM HIỂU MÔ HÌNH TRẠM BIẾN ÁP 110KV PHÚ BÀI 10

2.2.1 Các kết cấu lắp đặt và bố trí thiết bị trạm biến áp 110kV Phú Bài 11

2.2.2 Một số sự cố xảy ra trong trạm biến áp 110kV 14

2.2.3 Hệ thống Camera giám sát, cảnh báo xâm nhập, báo cháy và hệ thống điều khiển bảo vệ trong trạm biến áp 110kV Phú Bài 15

BỊ TRONG TRẠM 110KV 18

2.4 KẾT LUẬN 18

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ ROBOT TỰ HÀNH PHỤC VỤ GIÁM SÁT TRẠM BIẾN ÁP 110KV 19

3.1 GIỚI THIỆU 19

3.2 CƠ SỞ THIẾT KẾ 19

3.2.1 Yêu cầu thiết kế 19

3.2.2 Lựa chọn phương án thiết kế 20

3.3 THIẾT KẾ CƠ KHÍ 20

3.3.1 Bản vẽ 2D của thiết kế 20

3.3.2 Bản vẽ 3D của thiết kế 21

3.3.3 Động học của robot 22

3.3.4 Động lực học của robot 25

3.4 THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN 26

3.4.1 Vi điều khiển STM32F439VIT6 28

3.4.2 Camera 29

3.4.3 Module định vị GPS 30

3.4.4 Module ZED-F9P RTK GNSS 30

3.4.5 Module cảm biến siêu âm 31

3.4.6 Module cảm biến 10DOF (Gia tốc kế, Con quay hồi chuyển, La bàn điện tử, Áp suất) 32

3.4.7 Module BTS7960 điều khiển động cơ 43A 33

3.4.8 Động cơ 34

3.4.9 Module Router Wifi 34

3.4.10 Bo mạch giảm áp DC-DC Buck Mini 3A V2 35

3.4.11 Máy tính PC Mini NUC INTEL BOXNUC7CJYH2 R4S120 36

3.5 MẠCH ĐIỀU KHIỂN 36

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP ĐỊNH VỊ DẪN ĐƯỜNG VÀ TRUYỀN

THÔNG DỮ LIỆU CHO ROBOT 38

4.1 GIỚI THIỆU 38

4.2 PHẦN MỀM LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 38

4.3 GIẢI PHÁP ĐỊNH VỊ VÀ DẪN ĐƯỜNG 40

4.3.1 Hệ thống dẫn đường quán tính INS 40

4.3.2 Hệ thống định vị toàn cầu GPS 42

4.3.3 Hệ thống định vị dẫn đường tích hợp GPS/INS 43

4.4 XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN VÀ THU THẬP DỮ LIỆU, THIẾT KẾ GIẢI PHÁP TRUYỀN THÔNG 45

4.4.1 Xây dựng mô hình điều khiển và thu thập dữ liệu 45

4.4.2 Xây dựng đường truyền dữ liệu, tín hiệu điều khiển 47

4.5 KẾT LUẬN 48

MÔ PHỎNG KIỂM NGHIỆM 49

5.1 KIỂM NGHIỆM ĐỘNG HỌC 49

5.1.1 Mô hình mô phỏng kiểm nghiệm 49

5.1.2 Kết quả mô phỏng 50

5.2 KẾT LUẬN 54

KẾT LUẬN CHUNG 55

TÀI LIỆU THAM KHẢO 56

PHỤ LỤC 57

Hình 1.1 Robot Big Mouse 5

Hình 1.2 Một số Robot tự hành trạm biến áp trong thực tế 6

Hình 1.3 Robot giám sát tại trạm biến áp 110kV Hội An 7

Hình 1.4 Camera trượt giám sát các thiết bị 7

Hình 2.1 Mặt bằng bố trí thiết bị TBA 110kV ở Phú bài 12

Hình 2.2 Mặt bằng, mặt bên và mặt đứng phòng điều khiển TBA 110kV 13

Hình 2.3 Camera trượt giám sát các thiết bị 15

Hình 3.1 Mô phỏng 2D thiết kế cơ khí của mô hình Robot 20

Hình 3.2 Hệ thống bánh đai của mô hình Robot 21

Hình 3.3 Mô phỏng 3D thiết kế cơ khí của mô hình Robot 21

Hình 3.4 Đồ thi mô tả hướng và vị trí của Mobile Robot 22

Hình 3.5 Mô hình hình học của Robot 22

Hình 3.6 Mô hình hình học của Robot 24

Hình 3.7 Sơ đồ tổng quan phần cứng của robot 27

Hình 3.8 Hình ảnh thực tế của MCU STM32F439VIT6 28

Hình 3.9 Camera zoom và Camera nhiệt 29

Hình 3.10 Hình ảnh module định vị GPS 30

Hình 3.11 Hình ảnh thực tế và sơ đồ nối dây cảm biến 32

Hình 3.12 Module DFRobot 10DOF 33

Hình 3.13 Module BTS7960 điều khiển động cơ 43A 33

Hình 3.14 Động cơ DC RS550 34

Hình 3.15 Router Wifi 35

Hình 3.16 Bo mạch giảm áp DC-DC Buck Mini 3A 35

Hình 3.17 PC Mini NUC INTEL BOXNUC7CJYH2 36

Hình 3.18 Cấu trúc mạch điều khiển 37

Hình 4.1 Giao diện chính của phần mềm STM32CubeIDE 39

Hình 4.2 Giao diện chính của phần mềm STM32CubeIDE 39

Hình 4.4 Cấu trúc GPS/INS vòng mở 43

Hình 4.5 Cấu trúc GPS/INS vòng kín 44

Hình 4.6 Cấu trúc tích hợp GPS/INS vòng kín 44

Hình 4.7 Mô hình điều khiển và thu thập dữ liệu của Robot 46

Hình 4.8 Giao tiếp giữa vi điều khiển và thiết bị ngoại vi 47

Hình 5.1 Sơ đồ khối mô hình kiểm nghiệm động học 49

Hình 5.2 Mô hình mô phỏng động học trong Simulink 50

Hình 5.3 Kết quả mô phỏng chuyển động thẳng 51

Hình 5.4 Kết quả mô phỏng quỹ đạo thẳng về vị trí và hướng 51

Hình 5.5 Kết quả đáp ứng vận tốc của robot 52

Hình 5.6 Quỹ đạo mong muốn 52

Hình 5.7 Kết quả mô phỏng quỹ đạo tròn 53

Hình 5.8 Kết quả mô phỏng các giá trị về vị trí và hướng 53

Hình 5.9 Đáp ứng về vận tốc của hệ thống 54

Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật của MCU STM32F4VIT6 28

Bảng 3.2 Thông số kĩ thuật Camera nhiệt 29

Bảng 3.3 Thông số kĩ thuật Camera zoom 30

Bảng3.4 Thông số kỹ thuật của module ZED-F9P 31

Bảng 3.5 Bảng thông số kỹ thuật của DFRobot A02YYUW 32

Bảng3.6 Bảng thông số kỹ thuật của DFRobot 10DOF 32

Bảng 3.7 Bảng thông số kỹ thuật của module BTS7960 33

Bảng 3.8 Bảng thông số kỹ thuật của động cơ 34

Bảng 3.9 Bảng thông số kỹ thuật của Router Wifi 34

Bảng 3.10 Bảng thông số kỹ thuật của bo mạch DC-DC Buck Mini 3A 35

Bảng 3.11 Bảng thông số kỹ thuật PC Mini NUC INTEL BOXNUC7CJYH2 36

Bảng 4.1 Một số lỗi gây ra bởi cảm biến quán tính 42

b R α β ρ ϕ G a ω, ̇

τ (N)

v,

q

p

SCADA Supervisory Control and Data Acquisition

DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU

Vector vị trí Biến tổng quátVéc tơ vận tốc tuyến tínhVéc tơ momen

Véc tơ vận tốc góc Hướng của WMR Trọng tâm thân robot 12 Chiều rộng thân xe

Khoảng cách từ G đến trục bánh xeBán kính cong tức thời

Góc lệch giữa vector khoảng cách và vector hướngGóc hướng của robot tại điểm đích

Khoảng cách từ vị trí hiện tại tới vị trí đích của robot

ix

MỞ ĐẦU

TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Hiện nay nhu cầu sử dụng điện để đáp ứng sự phát triển của nền kinh tế và phục

vụ đời sống ngày càng tăng Để góp phần giảm thiểu những thiệt hại lớn về kinh tế domất điện, việc kiểm tra thường xuyên các thiết bị đường dây và trạm biến áp nhằm pháthiện nguy cơ sớm nhất có thể để lên kế hoạch bảo trì vô cùng quan trọng Đây là yêucầu thiết yếu của hệ thống điện hiện đại và lưới điện thông minh Sự an toàn và hoạtđộng ổn định của các thiết bị trạm biến áp đóng một vai trò quan trọng trong toàn bộ hệthống điện Các phương án giám sát phổ biến hiện nay có các nhược điểm sau:

o Tại các trạm biến áp được trang bị hệ thống camera cố định, lắp đặt tại nhiều vị

trí khác nhau, thiết bị có góc quan sát bị giới hạn

o Với số lượng camera lớn, đòi hỏi dung lượng đường truyền dữ liệu từ trạm đếntrung tâm điều khiển phải đủ lớn

o Một số hiện tượng bất thường tại trạm biến áp: nhiệt độ, độ ẩm môi trường vậnhành cao, rò rỉ, phóng điện tại các tủ bảng, … chỉ được phát hiện khi nhân viên

đến trạm để kiểm tra định kỳ

Để khắc phục các nhược điểm đã phân tích ở trên, nhóm sinh viên đề xuấtphương án sử dụng robot tự hành để giám sát, quan sát trạng thái các thiết bị cũng nhưthu thập dữ liệu Robot có khả năng di chuyển tự do linh hoạt từ đó mở rộng phạm vigiám sát Ngoài ra, robot có tích hợp thêm một số chức năng như phát hiện âm thanhbất thường từ thiết bị, cảnh báo nhiệt độ, độ ẩm, khả năng tương tác, điều khiển bằngtay từ trung tâm điều khiển

MỤC TIÊU ĐỀ TÀI

Ứng dụng robot có gắn camera và bảng điều khiển có khả năng vận hành tự độnghoặc điều khiển xa Mô hình robot được chọn lựa để ứng dụng phục vụ trong đề tài cókhả năng xác định và di chuyển đến vị trí phù hợp trên toàn bộ mặt bằng trạm để cungcấp dữ liệu hình ảnh chính xác, rõ ràng về trung tâm điều khiển robot được trang bịcác cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, âm thanh, chống va chạm

CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

- Đầu tiên, khảo sát các trạm biến áp 110kV trên địa bản tỉnh Thừa Thiên Huế, xác định các đối tượng cần giám sát, các vị trí robot có thể di chuyển đến

- Khảo sát sơ đồ mặt bằng, các lối vào ra và bố trí thiết bị trong trạm biến áp

- Từ các kết quả khảo sát thực tế kết hợp với các yêu cầu đặt ra, nhóm thực hiện

đề tài sẽ nghiên cứu các thông số chi tiết cho robot và lựa chọn các thiết bị phụ trợ, từ đó

đề ra phương án thiết kế phần cơ khí, phần điều khiển, thu thập dữ liệu cho robot

- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: thu thập và nghiên cứu các tài liệu, các bàibáo khoa học trong và ngoài nước liên quan đến robot tự hành, robot camera; giải phápđịnh vị vị trí, truyền dữ liệu

- Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: nghiên cứu mô hình vận hành trạmbiến áp không người trực; nghiên cứu điều khiển robot tự hành; xây dựng phần mềmgiám sát, điều khiển và thu thập dữ liệu

- Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm mô hình robot

- Xem xét ứng dụng các phương pháp điều khiển phù hợp cho robot

- Kiểm chứng, đánh giá thực nghiệm vận hành của robot tại các trạm biến áp

CẤU TRÚC CỦA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

- Chương 1: Tổng quan đề tài

- Chương 2: Quy trình thao tác, kiểm tra, giám sát các thiết bị trong TBA 110kV

- Chương 3: Nghiên cứu thiết kế robot tự hành phục vụ giám sát TBA1 10kV

- Chương 4: Nghiên cứu giải pháp định vị dẫn đường và truyền thông dữ liệu cho Robot

- Chương 5: Mô phỏng kiểm nghiệm

Sinh viên thực hiện: Huỳnh Quốc Hùng Hướng dẫn: PGS.TS Lê Tiến Dũng 2

TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

Với yêu cầu nâng cao năng lực tự động hóa lưới điện, trong những năm qua cácđơn vị trực thuộc ngành điện đã tích cực nghiên cứu, ứng dụng nhiều công nghệ khácnhau cho hệ thống tự động hóa các trạm biến áp Giải pháp ứng dụng robot tự hànhphục vụ trong công tác vận hành giám sát tại các TBA KNT ở nước ta cũng đang rấtđược quan tâm Robot di động được sử dụng trong nhiều lĩnh vực nhờ khả năng chuyểnđộng linh hoạt, thông minh mà không có tác động của con người Đặc biệt, nó có thểthay thế con người trong các nhiệm vụ nguy hiểm như: tìm kiếm vật liệu nổ, vậnchuyển hàng hóa trong môi trường độc hại, giám sát an ninh…

Trong chương 1 này sẽ giới thiệu tổng quan về tự động hóa trạm ở nước ta cũngnhư tình hình phát triển, ứng dụng robot vào các trạm biến áp ở trong và ngoài nước

1.2.1 Tình hình tự động hóa trạm biến áp

Thực hiện chủ trương của EVN về việc nâng cao năng lực tự động hóa lưới điện,hiện nay hầu hết các trạm biến áp trên lưới đã được chuyển đổi theo hướng quản lý và vậnhành theo nhóm từ các trung tâm điều khiển và không cần nhân viên vận hành tại từngtrạm Trạm biến áp KNT đóng vai trò là các điểm kết nối cơ sở dến các trung tâm điềukhiển từ xa, thông qua đề án “Phát triển lưới điện thông mình tại Việt Nam” do Thủ tướngChính phủ phê duyệt, ngành điện đặt mục tiêu đến năm 2021, 100% Trạm biến áp 110kVđược điều khiển từ xa và vận hành theo mô hình trạm biến áp KNT Việc nâng cấp cáctrạm và vận hành KNT đã giúp nâng cao năng lực vận hành bằng các hệ thống máy tínhtích hợp từ đó giảm đáng kể chi phí vận hành Các trạm biến áp cần được tập trung vàomột hoặc nhiều trung tâm để dễ dàng theo dõi, quản lý vận hành, điều độ công suất tronglưới điện truyền tải, phân phối và giảm các lỗi thao tác do vận hành gây ra

Trên cơ sở tiếp cận nhanh chóng các thành tựu của cuộc cách mạng công nghiệp4.0, tính đến nay PC Thừa Thiên Huế đã đưa vào vận hành an toàn, ổn định và hiệu quả11/11 TBA 110kV không người trực trên địa bàn tỉnh Hoàn thành việc nâng cấp, trang

bị hệ thống công nghệ hiện đại cho phép Trung tâm điều khiển hệ thống điện (TTĐK)thu thập dữ liệu và vận hành, điều khiển xa đối với hệ thống các thiết bị chính trong

1.2.2 Đánh giá hệ thống vận hành hiện tại

Tại PC Thừa Thiên Huế khi các trạm biến áp KNT và trung tâm điều khiển được đưa vào vận hành đã mang lại những lợi ích:

o Giảm nhân sự, chi phí vận hành và chi phí đầu tư

o Giảm thời gian mất điện

o Giảm tổn thất điện năng

o Nâng cao chất lượng điện năng

o Bảo trì tốt hơn, vận hành tối ưu và hạn chế được tai nạn lao động

o Quản lý thông tin được tốt hơn

o Hệ thống camera cố định không thể quan sát được chi tiết tình trạng thiết bị:

cờ trạng thái, đèn tín hiệu, thông số hiển thị trên các thiết bị đo hoặc bảo vệ

o Với số lượng camera lớn, đòi hỏi dung lượng đường truyền dữ liệu từ trạm

đến trung tâm điều khiển phải đủ lớn, tuy nhiên hiện nay các kênh truyềndẫn từ các trạm 110kV về trung tâm chỉ đáp ứng tốc độ dưới 10mb/s, việctruyền dữ liệu hình ảnh của nhiều camera, độ phân giải cao sẽ hạn chế

o Việc trao đổi thông tin giữa nhân viên vận hành tại trạm và nhân viên tại trungtâm điều khiển được thực hiện qua điện thoại, không có tính tương tác, gây khó khăn trongcông tác theo dõi thực hiện lệnh công tác, đặc biệt trong việc

hướng dẫn xử lý sự cố thiết bị

o Một số hiện tượng bất thường tại trạm biến áp: nhiệt độ, độ ẩm môi trườngvận hành cao, rò rỉ, phóng điện tại các tủ bảng, chỉ được phát hiện khi nhân viên đếntrạm để kiểm tra định kỳ

1.3 TÌNH HÌNH ỨNG DỤNG ROBOT TRONG TRẠM TỰ ĐỘNG HÓA

1.3.1 Ngoài nước

Trong những năm 1980, các ấn phẩm đầu tiên về robot di động được ứng dụngcho các trạm biến áp ra đời, một trong số đó mô tả một robot tuần tra được phát triểnbởi Chubu Electric Power [1] Robot di động này được trang bị camera hồng ngoại,camera màu, máy dò xung nhịp bất thường Nó sử dụng nguồn năng lượng từ pin, hoạtđộng trong 2.5 giờ và có thể được sạc lại ở trạm nạp điện trong trạm biến áp Sau đó,các nhóm nghiên cứu người Mỹ, Nhật Bản và các nước khác đã nghiên cứu về robotkiểm tra trạm biến áp và đã đạt được nhiều kết quả nghiên cứu có giá trị Robot BigMouse phát triển Công ty Điện lực Shikoku Nhật Bản là một ví dụ điển hình

Hình 1.1 Robot Big Mouse

Từ năm 2002, robot kiểm tra trạm biến áp cũng đã được thực hiện bởi Tập đoàn lướiđiện Trung Quốc đã được phát triển thành công Đến năm 2010, với sự phát triển của xãhội, sự già hóa dân số ngày càng nghiêm trọng dẫn đến chi phí nguồn nhân lực liên tụctăng Nhu cầu về sử dụng robot thay thế nhân lực cũng từ đó trở nên cấp bách, do đó rấtnhiều tổ chức nghiên cứu khoa học đã phát triển nhiều loại robot kiểm tra khác nhau Đếnthời điểm hiện tại nhiều robot thông minh để kiểm tra trong trạm biến áp được nghiên cứuphát triển ngày càng hiện đại và sử dụng công nghệ kỹ thuật tiên tiến mang lại độ tin cậytrong công tác giám sát Có thể kể đến: robot FPL của hãng Black PR Wire, robot củahãng Xinhengjia, robot của hãng Huanzheng, Robot S3.2 của SMP,

Hình 1.2 Một số Robot tự hành trạm biến áp trong thực tế Source:

-

https://www.xinhengjiarobotics.com/intelligent-robotic-system-for-substation-inspection

- substation.html

Hình 1.3 Robot giám sát tại trạm biến áp 110kV Hội An

Tại trạm biến 110kV Phú Bài, robot mang camera di chuyển trên các thanh raycũng được lắp đặt trong phòng điều khiển tại trạm Robot sử dụng để giam sát hệ thốngcác thiết bị bảo vệ, máy cắt được lặp đặt tại các tủ điện trong nhà

Hình 1.4 Camera trượt giám sát các thiết bị

1.3.3 Phân tích đánh giá các giải pháp giám sát hiện có

Phân tích ưu nhược điểm của các giải pháp sử dụng robot giám sát thiết bị

tại trạm biến áp 110 kV KNT trong và ngoài nước

Có nhiều hảng sản xuất và lắp Chi phí để mua một robotđặt robot camera phục vụ giám trên thị trường rất lớn, từ

nhiều mẫu mã khác nhau

Các robot dễ dàng sử dụng, cótính tin cậy cao

Thu thập được hình ảnh về Hạn chế về khả năng ditrạng thái các dao cách ly, máy chuyển khi sử dụng hệ thốngcắt, giám sát các thông tin đo dẫn hướng đến những vị trí

trong cơ sở dữ liệu đưa về bị hạn chế

trung tâm, các thiết bị trạm từ Sự phức tạp và tốn thêm chicác góc độ khác nhau và truyền phí khi xây dựng các thanh

về trung tâm điều khiển dẫn để robot di chuyển

o Ứng dụng robot có gắn camera có khả năng tự hành hoặc điều khiển xa

o Mô hình Robot được chọn lựa để ứng dụng phục vụ trong đề tài có khả năngxác định và đi chuyển đến vị trí phù hợp trên toàn bộ mặt bằng trạm để cung cấp dữ liệuhình ảnh chính xác, rõ ràng về trung tâm điều khiển

o Robot được trang bị hệ thống các cảm biến giám sát các thông số môi trường như nhiệt độ, độ ẩm, âm thanh và cảm biến tiệm cận chống va chạm

1.4.2 Đóng góp dự kiến đạt được

Đây là một đề tài hay và mới, có rất nhiều hướng phát triển, có tính thực tế cao.Nhóm hy vọng sau khi hoàn thiện đề tài sẽ mang lại những đóng góp sau:

o Xây dựng được mô hình robot tự hành mang camera giám sát trạng thái các thiết

bị trong trạm, thu thập thông số môi trường

o Mô hình robot của đề tài có thể áp dụng trong các trạm biến áp tự động hóa

KNT, giải quyết được những vấn đề tồn đọng đã phân tích tại mục 1.2, 1.3.

o Sản phẩm của nghiên cứu góp phần nâng cao mức độ tin cậy công tác giám sát

vận hành tại các trạm tự động

o Các dữ liệu thu thập của robot được lưu trữ và có thể truy xuất sử dụng

o Kết quả nghiên cứu có thể được sử dụng làm tài liệu tham khảo cho các nghiêncứu có liên quan

Chương 1 trình bày về tình hình tự động hóa các trạm biến áp tại PC Thừa ThiênHuế, những lợi ích của việc đưa vào vận hành trạm biến áp 110 kV KNT và những khókhăn tồn đọng trong công tác quản lý giám sát cũng được chỉ ra Qua việc phân tíchtình hình phát triển và áp dụng robot tự hành trong các trạm biến áp trong và ngoàinước để từ đó đề ra mục tiêu mà đề tài cần thực hiện

QUY TRÌNH THAO TÁC, KIỂM TRA, GIÁM SÁT CÁC THIẾT BỊ TRONG TRẠM BIẾN ÁP 110KV

2.2 TÌM HIỂU MÔ HÌNH TRẠM BIẾN ÁP 110KV PHÚ BÀI

Trạm biến áp không người trực đóng vai trò là các điểm kết nối cơ sở đến cáctrung tâm điều khiển xa Trạm biến áp không người trực được trang bị các thiết bị điềukhiển và bảo vệ có tính tự động hóa cao như hệ thống điều khiển máy tính tự chuẩnđoán, khả năng thao tác đóng mở thiết bị một ngăn lộ hoặc toàn trạm trên một lệnh duynhất, các hệ thống giám sát hình ảnh và giám sát an ninh liên tục, hệ thống quan sátnhiệt cho các thiết bị, cảm biến nhiệt cho đóng mở chiếu sáng tự dùng Các trạm biến

áp không người trực và các trung tâm điều khiển xa hình thành một hệ thống vận hành

hệ thống điện tập trung và thống nhất

Mỗi trạm biến áp đều có những đặc điểm cấu tạo khác nhau, tuy nhiên tất cả cáctrạm biến áp đều gồm những bộ phận sau:

• Hệ thống thanh cái, dao cách ly, dao nối đất

• Máy biến dòng và máy biến điện áp

• Hệ thống chống sét nối đất

• Hệ thống điện tự dùng

• Khu vực điều hành và phân phối

2.2.1 Các kết cấu lắp đặt và bố trí thiết bị trạm biến áp 110kV Phú Bài

Trong trạm biến áp 110kV Phú Bài gồm: 02 MBA 110/22kV với công suất trạm T1

là 40MVA và công suất trạm T2 là 25MVA Trạm nằm trên địa bàn thị xã Hương Thủy,tỉnh Thừa Thiên Huế, được đưa vào vận hành năm 2003 cấp điện cho phụ tải khu côngnghiệp Phú Bài và một phần địa bàn thị xã Hương Thủy, Phú Vang Sản lượng trung bình1.300.000 kWh/ngày chiếm gần ¼ sản lượng toàn tỉnh thừa Thiên Huế Trạm được đặt tạikhu vực ngoài trời, nơi cách xa khu dân cư, bằng phẳng, ít khói bụi

Bên cạnh đó, sẽ có một nhà điều khiển được bố trí bên cạnh để kiểm tra giám sátcác thiết bị bên trong trạm và xử lí sự cố kịp thời Bên trong nhà điều khiển bao gồmnhiều phòng với từng chức năng khác nhau:

Hình 2.1 Mặt bằng bố trí thiết bị TBA 110kV ở Phú bài

Hình 2.2 Mặt bằng, mặt bên và mặt đứng phòng điều khiển TBA 110kV

2.2.2 Một số sự cố xảy ra trong trạm biến áp 110kV

Trong quá trình hoạt động liên tục trong khoảng thời gian dài, các thiết bị trong trạm

sẽ khó mà tránh khỏi những sự cố nhất định, có những sự cố nhỏ không ảnh hưởng đếnquá trình hoạt động trong trạm, nhưng đôi khi cũng có các sự cố lớn gây hỏng, nặng hơngây nguy hiểm đến mọi người xung quanh Một số sự cố thường gặp bao gồm:

o Hư hỏng đường dây trục chính điện áp 110kV, hư hỏng các tủ, bảng điện bảo

vệ hay một hoặc nhiều phân đoạn thanh cái 110kV cần nhiều thời gian để khôi phục lạihoạt động

o Sự cố máy biến áp ngắn mạch giữa các pha trong máy biến áp đây là sự cố xảy

ra khi mạch điện giữa các pha của máy bị ngắn không đều nhau khiến dòng điện gặp trụctrặc khi lưu thông Tuy trường hợp ngắn mạch ở máy biến áp ba pha rất ít khi xảy ra,song nếu mắc phải hậu quả sẽ gây cháy nổ trạm biến áp

o Hiện tượng các pha của cuộn dây bị đứt mạch Trong quá trình sử dụng trạmbiến áp thời gian dài, dưới tác dụng của thiên nhiên và lực cơ học mà các mối nối giữacác cuộn dây dễ dàng bị hư hại, điều này dễ dàng gây ra hiện tượng hồ quang điện, tạo ratia lửa điện và gây nóng do quá tải cho đường dây tải điện dẫn đến phát sinh cháy nổ trạmbiến áp

o Hiện tượng chảy dầu: Chảy dầu là dấu hiệu cảnh báo rằng, trạm biến áp của bạn

đang rơi vào tình trạng cần bảo trì, việc này có thể do nhiều lý do gây ra như đãquá lâu chưa bảo trì trạm, lượng nhớt trong máy đã quá cũ mà vẫn chưa thay đổi,hay bụi bẩn bám vào các bộ phận trạm gây ra hư hỏng, nứt nẻ các bộ phận trạm

o Ngoài ra, sự cố xảy ra do tác động ngoài ý muốn như mưa lớn thường đi kèmgiông gió và sấm sét, cả 2 yếu tố này đều gây ra hiện tượng cháy nổ trạm biến

áp khá thường xuyên tại khắp nơi trên thế giới Còn đối với những ngày nắngnóng, nhiệt độ tăng cao, khiến cho nhiệt độ trong máy trạm cũng tăng cao dễ dẫnđến quá tải trạm biến áp Lúc này, trạm cần được ngắt điện để nghỉ ngơi trở về lại với hiệu suất ban đầu

Vì vậy cần đưa ra các giải pháp để khác phục sự cố cũng như đưa ra các phươngpháp bảo vệ các thiết bị trong trạm Giám sát, đề phòng sự cố xảy ra đối với các thiết bịtrong trạm biến áp110kV để đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định và tin cậy

2.2.3 Hệ thống Camera giám sát, cảnh báo xâm nhập, báo cháy và hệ thống điều

khiển bảo vệ trong trạm biến áp 110kV Phú Bài

2.2.3.1 Hệ thống Camera giám sát

Hệ thống Camera được thiết kế cung cấp khả năng quan sát các thiết bị chính vàquan sát tổng thể trạm, đồng thời phối hợp với hệ thống cảnh báo xâm nhập để thựchiện chức năng giám sát an ninh trạm

Trong năm 2016, trạm biến áp 110kV Phú Bài đã được nâng cấp cải tạo để đưavào hành vận hành không người trực [3] Đã trang bị đáp ứng đầy đủ hệ thống Cameragiám sát bảo vệ như hệ thống Camera cố định và Camera trượt sử dụng giải phápCamera IP (Network Camera) được thiết kế để có khả năng quan sát, thấy được rõ vàchính xác vị trí cũng như trạng thái các thiết bị chính (máy cắt, dao cách ly, máy biến

áp, ) hiển thị hình ảnh trên bất cứ máy tính nào theo giao thức mạng thông qua phầnmềm quản lý hình ảnh chuyên dụng hoặc trình duyệt web dễ dàng vận hành hệ thống

do trung tâm giám sát và lưu trữ tập trung tại một điểm

Các Camera có tốc độ ghi và chất lượng hình ảnh cao đạt chuẩn HD và có khảnăng quan sát được vào ban đêm Hệ thống Camera có tích hợp chức năng phân tíchhình ảnh, cảnh báo sự kiện tạo thành một hệ quan sát hiệu quả, thông minh và thốngnhất giúp vận hành tại TBA an toàn chính xác, đạt độ ổn định và tin cậy cao, giảm chiphí vận hành, bảo trì sửa chữa

Hình 2.3 Camera trượt giám sát các thiết bị

2.2.3.2 Hệ thống cảnh báo xâm nhập

Hệ thống kiểm soát vào ra có khả năng phát hiện và báo động khi có xâm nhậpđược liên kết với hệ thống Camera để tự động quan sát vùng báo đột nhập, đồng thờiliên kết với hệ thống SCADA để cung cấp thông tin giám sát từ xa

Tất cả cửa ra vào có đều được lắp đặt tiếp điểm cảnh báo cửa mở dạng từ có độnhậy cao Các lối vào chính được giám sát bằng đầu quét hồng ngoại, có khả năng pháthiện xâm nhập từ bên ngoài

Hệ thống kiểm soát xâm nhập được quản lý tập trung bằng thiết bị giám sát trungtâm (Access Control Unit) [3] Thiết bị giám sát trung tâm kết nối và nhận tín hiệucảnh báo từ các thiết bị giám sát xâm nhập (tiếp điểm cửa, đầu quét hồng ngoại), phânbiệt được các vùng cảnh báo, phát tín hiệu cảnh báo bằng chuông đèn, gửi tí hiệu cảnhbáo qua hệ thống mạng Ethernet, đồng thời cung cấp tiếp điểm cảnh báo đầu ra để gửitín hiệu lên hệ thống SCADA

Thiết bị giám sát trung tâm có khả năng kết nối mạng Ethernet, cho phép cấu hình

và kiểm soát dữ liệu giám sát qua giao diện web server, hoặc phần mềm quản lý và cấuhình có bản quyền được cấp kèm theo

2.2.3.3 Hệ thống báo cháy

Hệ thống báo cháy tự động sử dụng giải pháp thiết bị báo cháy, báo khói theokiểu địa chỉ (Addressable fire alarm system) [3], có khả năng cung cấp chính xác thôngtin vị trí nguồn nhiệt, nguồn khói, thông báo địa chỉ của từng đầu báo cháy Thiết bị tậptrung báo cháy cung cấp các kênh tín hiệu cảnh báo đầu ra (alarm output) để kết nốivới hệ thống giám sát tại TTĐK PC Huế Hệ thống báo cháy tự động hoạt động trên 3trạng thái khi làm việc:

o Trạng thái thường trực (Khi không có cháy) o Trạng thái báo cháy

o Trạng thái sự cố

Bình thường toàn bộ hệ thống sẽ ở chế độ thường trực Khi ở trạng thái báo cháythì sẽ tín hiệu kiểm tra sự làm việc đến các thiết bị trong hệ thống đồng thời các đầubáo cháy địa chỉ cũng có tín hiệu hồi đáp về trung tâm

Trong chế độ giám sát nếu trung tâm nhận được tín hiệu báo lỗi hoặc không nhậnđược tín hiệu hồi đáp từ các thiết bị thì trung tâm sẽ chuyển sang chế độ sự cố

Sinh viên thực hiện: Huỳnh Quốc Hùng Hướng dẫn: PGS.TS Lê Tiến Dũng 16

Trong trường hợp cháy xảy ra ở các khu vực bảo vệ, các yếu tố môi trường sựcháy (nhiệt độ, khói) thay đổi sẽ tác động lên các đầu báo cháy Khi các yếu tố này đạttới ngưỡng làm việc thì các đầu báo cháy sẽ làm việc tạo ra tín hiệu truyền về trungtâm báo cháy Tại trung tâm báo cháy sẽ diễn ra các hoạt động xử lý tín hiệu truyền vềTrung tâm điều khiển tại công ty Điện lực Thừa Thiên Huế (TTDK PC Huế) để đưa ratín hiệu thông báo khu vực xảy ra cháy, đồng thời tín hiệu chuông báo, đèn cháy tạiTBA sẽ hoạt động để cảnh báo có sự cố cháy xảy ra.

Thiết bị báo cháy sử dụng: Đầu báo cháy khói và đầu báo cháy nhiệt

o Đầu báo cháy khói (Smoke detector): Các đầu báo này chủ yếu phát hiện ra sự

gia tăng nồng độ khói ở trong khu vực bảo vệ

o Đầu báo cháy nhiệt (Heat detector): Các đầu báo cháy nhiệt chủ yếu phát hiện

ra sự thay đổi nhiệt độ ở trong khu vực bảo vệ

Đầu báo cháy là thiết bị cảm biến nhạy cảm với sự thay đổi của các yếu tố môitrường khi cháy như: nhiệt độ, nồng độ khói để tạo ra các tín hiệu truyền về trung tâmkhi giá trị của các yếu tố môi trường đạt một giá trị nhất định

2.2.3.4 Hệ thống bảo vệ điều khiển

Đối với giải pháp tự động hóa trạm thì tại trạm biến áp 110KV đa phần sử dụng cápđiều khiển làm chức năng điều khiển, liên động và phối hợp bảo vệ Các thiết bị thông quacác bộ điều khiển RTU với tính năng của các cổng I/O đơn giản Các xuất tuyến 22kV cấpđiện cho các cụm phụ tải quan trong như khu công nghiệp Phú bài, sân bay và một số xuấttuyến cấp tải dân sinh có số lương khách hàng rất lớn (như XT 472 cấp điện 16.634 kháchhàng) Hệ thống rơle bảo vệ hỗ trợ giao thức truyền thông chuẩn serial (IEC103,MODBUS, và hiện nay đã hộ trợ giao thức truyền thông tiêu chuẩn IEC 61850, tiêu chuẩnIEC 61870-5-101) [3] nhằm cho việc truy suất dữ liệu sự cố từ xa và dữ liệu về TTĐK PCHuế giúp cho người vận hành đưa ra quyết định đóng lại hay không thông qua màn hìnhHMI (Human Machine Interface) và cũng như giám sát tình trạng cũng như trạng tháilogic đóng cắt của các thiết bị trong trạm biến áp đảm bảo cho việc vận hành an toàn và tincậy Ngoài ra các thiết bị hỗ trợ nhiều giao diện kết nối, các giao diện theo chuẩn serial(RS232/RS422/RS485) và Ethernet (RJ45 hoặc cáp quang) có khả năng tương thích vớicác giao diện kết nối của hầu hết cái loại rơle trong trạm

2.3 CÁC QUY TRÌNH KIỂM TRA, GIÁM SÁT VÀ THAO TÁC CÁC THIẾT

BỊ TRONG TRẠM 110KV

Đối với trạm biến áp 110kV việc vận hành quy trình giám sát quản lý sẽ dựa trêncác tiêu chuẩn đã được ban hành của Bộ Công Thương phù hợp cho trạm biến áp110kV bán người trực và tiến tới không người trực theo lộ trình 2020 đã được Thủtướng Chính phủ phê duyệt

Luật Điện lực số 28/2004/QH11 của Quốc hội nước Cộng hoà xã hội chủ nghĩaViệt Nam và Luật số 24/2012/QH13 về Luật sửa đổi, bổ sung một số điều của Luậtđiện lực, được Quốc hội khóa X thông qua ngày 20 tháng 11 năm 2012

Quy phạm trang bị điện ban hành theo Quyết định số 19/2006/QĐ-BCN ngày11/7/2006 của Bộ trưởng Bộ Công nghiệp (nay là Bộ Công Thương)

[1] Thông tư số 40/TT-BCT của Bộ Công thương ngày 31/12/2009 Quy định Quychuẩn kỹ thuật quốc gia về kỹ thuật điện

[2] Thông tư số 40/2014/TT-BCT ngày 05/11/2014 của Bộ Công thương Quy định quy trình điều độ hệ thống điện quốc gia

[3] Thông tư số 28/2014/TT-BCT ngày 15/9/2014 của Bộ Công thương Quy định quy trình xử lý sự cố trong hệ thống điện quốc gia

[4] Thông tư số 44/2014/TT-BCT ngày 28/11/2014 của Bộ Công thương Quy định quy trình thao tác trong hệ thống điện quốc gia

Các quy trình trên áp dụng cho công tác quản lý vận hành, kiểm tra, bảo tri và sửachữa các trạm biến áp 110kV không người trực nhằm giúp cho quá trình vận hànhđược ổn định và tin cậy

Nội dung chương 2 đã trình bày các kết cấu xây dựng mặt bằng bố trí lắp đặt thiết

bị trong trạm biến áp 110kV, qua đó trình bày giải pháp tự động hóa và hệ thống bảo

vệ trong trạm cũng như các thông tư quy định quy trình kiểm tra, giám sát các thiết bịtrong trạm biến áp 110kV không người trực Từ đó làm cơ sở để đánh giá tổng quan vànghiên cứu cho các chương tiếp theo

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ ROBOT TỰ HÀNH PHỤC VỤ

GIÁM SÁT TRẠM BIẾN ÁP 110KV

Qua nội dung trình bày trong chương 2, nhận thấy rằng các trạm biến áp tại ThừaThiên Huế mặc dù đã được tự động hóa nhưng vẫn phải đảm bảo số lượng công nhântrực vận hành Một số trạm biến áp được lắp đặt hệ thống camera, nhưng các cameranày có khả năng giám sát còn hạn chế Để giám sát tổng thể toàn bộ trạm biến áp cũngnhư các thiết bị cần thiết quan sát (dao cách ly, máy biến áp, máy cắt và các thông số

đo lường ngoài trời cũng như nhiệt độ của các thiết bị này) cần phải lắp đặt thêm nhiềucamera Việc lắp nhiều camera này sẽ gây khó khăn cho vị trí lắp đặt, chi phí đầu tư,bảo dưỡng cũng như đường truyền (hình ảnh) về trung tâm giám sát

Như vậy, để khắc phục các nhược điểm đã phân tích ở trên, nhóm đề xuất sửdụng robot tự hành trong các công việc giám sát này Trong chương 3, nhóm sinh viêntrình bày về đề xuất trong việc thiết kế phần cứng cho mô hình robot

3.2.1 Yêu cầu thiết kế

Từ những vướng mắc trong công tác giám vận hành các trạm biến áp 110kVkhông người trực và những tiến bộ khoa học công nghệ trong Robot tự hành, nhóm đặt

ra mục tiêu thiết kế Robot đạt được các yêu cầu như sau:

• Mô hình Robot được lựa chọn để ứng dụng trong đề tài có khả năng di chuyển linh hoạt qua nhiều loại địa hình khác nhau cả trong nhà và ngoài trời

• Robot được vừa có thể quan sát trạng thái hoạt động, thông số của thiết bị vừa

có thể giám sát được nhiệt độ thiết bị

• Robot giám sát đo được nhiệt độ và độ ẩm của môi trường làm việc

• Mô hình Robot cho phép điều khiển chuyển động thông qua thiết bị điều khiểncầm tay hoặc tự hành thông qua khả năng định vị xác định vị trí và di chuyển đến vị tríyêu cầu trên toàn bộ mặt bằng trạm để cung cấp dữ liệu hình ảnh chính xác, rõ ràng vềtrung tâm điều khiển

3.2.2 Lựa chọn phương án thiết kế

Với mục tiêu đạt được các yêu cầu thiết kế đã nêu trong mục 3.2.1, cùng với đó là

kết quả khảo sát thực tế đối tượng giám sát, nhóm đưa ra phương án thiết kế mô hìnhMobile Robot cụ thể như sau:

• Robot sử dụng hệ thống bánh đai xích cho khả năng di chuyển linh hoạt trên nhiều địa hình khác nhau

• Trên thân robot được trang bị tích hợp 2 camera: camera thường và camera nhiệt

• Có trang bị thêm các cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, âm thanh, chống va chạm

• Trang bị thiết bị điều khiển cầm tay, thiết bị định vị GPS, Router Wifi phục vụ cho khả năng điều khiển từ xa

Cấu trúc cơ khí của robot có thể được được tách thành ba phần chính: hệ thống

giám sát, phần thân và hệ thống bánh dẫn động hình 3.2 Các kích thước chính của của

mô hình: Chiều dài L = 500mm, chiều rộng W = 300mm, chiều cao H = 350mm

Hình 3.2 Hệ thống bánh đai của mô hình

Robot 3.3.2 Bản vẽ 3D của thiết kế

Nhóm tiến hành xây dựng thiết kế 3D của Robot trên phần mềm SolidWorks Mô

hình cụ thể của robot thể hiện dưới Hình 3.3.

Hình 3.3 Mô phỏng 3D thiết kế cơ khí của mô hình Robot

3.3.3 Động học của robot

Robot di động có hướng và vị trí được biểu diễn trên hệ tọa độ Descartes { } thể hiện trong Hình 3.2 Hệ tọa độ

cục bộ gắn trên thân robot là { }, mặt trước robot là trục x, góc giữa trục x, y là ϕ Hoạt động của robot dựa trên sự chênh lệch tốc độ quay giữa hai bánh xe làm robot chuyển động theo một cung tròn có tâm nằm trên trục bánh xe.

Hình 3.4 Đồ thi mô tả hướng và vị trí của Mobile Robot

Hình 3.5 Mô hình hình học của Robot

Sinh viên thực hiện: Huỳnh Quốc Hùng Hướng dẫn: PGS.TS Lê Tiến Dũng 22

KS Cao Huy Đỗ

Các thông số hình học và động học của robot này [4] được hiển thị trong Hình

3.2 vectơ tư thế (vị trí / hướng) và vector vận tốc của WMR là tương ứng:

= [ ]

̇ , ̇= [ ̇ ̇ ]

Vị trí góc và tốc độ của bánh xe bên trái và phải tương ứng là { , ̇} , { , ̇ }

Các giả thuyết đặt ra:

• Bánh xe lăn mà không bị trượt

• Trục dẫn hướng (lái) của robot vuông góc với mặt phẳng Oxy

Gọi và lần lượt là vận tốc dài của bánh trái và bánh phải, vận tốc của tâm bánh xe