Tổng quan về ghi chỉ số công tơ điện tử qua mạng viễn thông GSM

Những hiểu biết về hệ thống đọc chỉ số công tơ từ xa và các đặc điểm phần cứng, phần mềm là tiền đề cho việc nghiên cứu giải pháp đọc chỉ số công tơ từ xa thông qua thiết kế modem truyền

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

NGUYỄN THANH TÙNG

TỔNG QUAN VỀ GHI CHỈ SỐ CÔNG TƠ ĐIỆN TỬ QUA MẠNG VIỄN

THÔNG GSM

Chuyên ngành: Công nghệ Thông tin

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN

TS NGUYỄN HỮU ĐỨC

Hà Nội – 2014

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 3

LỜI CAM ĐOAN 4

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 5

ĐẶT VẤN ĐỀ 6

CHƯƠNG I- TỔNG QUAN VỀ GHI CHỈ SỐ CÔNG TƠ, MẠNG GSM VÀ CÔNG NGHỆ GPRS 8

1.1 Khái quát về ghi chỉ số tại Tổng công ty điện lực miền Bắc 8

1.1.1 Sự cần thiết đổi mới công nghệ ghi chỉ số công tơ điện tử 8

1.1.2 Thực trạng 9

1.1.3 Các thành phần chính của hệ thống 13

1.1.4 Giải pháp công nghệ 17

1.2 Khái quát về mạng viễn thông GSM 19

1.2.1 Mô hình tổ chức truyền dẫn mạng viễn thông GSM 20

1.2.2 Thông số kỹ thuật mạng GSM 23

1.3 Dịch vụ cải tiến GPRS - General Packet Radio Service 25

1.3.1 Kiến trúc hệ thống GPRS chung 25

1.3.2 Giao thức TCP và địa chỉ IP 30

1.4 Kết luận chương 1 31

CHƯƠNG II- GIẢI PHÁP ĐỌC CHỈ SỐ CÔNG TƠ TỪ XA 33

2.1 Hệ thống đọc chỉ số công tơ điện tử từ xa 33

2.1.1 Đặt vấn đề 33

2.1.2 Khảo sát chung 34

2.2 Kiến trúc 1 điểm đo của hệ thống 37

2.2.1 Giới thiệu về công tơ điên tử 1pha OMNI 37

2.2.2 Nguyên lý đo chỉ số công tơ 43

2.3 Kết luận chương 2 46

CHƯƠNG III- GIẢI PHÁP XÂY DỰNG PHẦN CỨNG HỆ THỐNG 47

3.1 Hiện thực thiết kế Modem truyền dữ liệu GPRS 47

3.1.1 Nguyên lý ghép nối Modem 47

3.1.2 Giới thiệu vi mạch SIMCOM900 51

3.1.3 Thiết kế modem truyền dữ liệu sử dụng vi mạch SIM900 54

3.2 Hiện thực thiết kế mạch đọc dữ liệu công tơ và giao tiếp dữ liệu modem GSM 66 3.2.1 Nghiên cứu họ vi điều khiển AVR và Atmega128 67

3.3 Lưu đồ thuật toán phần mềm chip thiết kế thiết bị 68

3.4 Ghép nối hoàn thiện thiết bị hệ thống 70

3.5 Kết luận chương 3 71

CHƯƠNG IV- THIẾT KẾ PHẦN MÊM VÀ THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG 72

4.1 Nghiên cứu về chuẩn mã hóa công tơ 72

4.2 Xây dựng chương trình giao tiếp mạng và giải mã dữ liệu 72

4.2.1 Xây dựng chương kết nối TCP/IP và kết nối thiết bị 73

4.2.2 Xây dựng Module giải mã công tơ 75

4.3 Ghép nối và chạy thử hệ thống: 80

4.4 Kết luận chương 4 82

CHƯƠNG V- KẾT LUẬN 84

5.1 Nội dung nghiên cứu 84

5.2 Những khó khăn và hướng giải quyết 84

5.3 Kiến nghị 85

5.4 Định hướng phát triển trong tương lai 85

TÀI LIỆU THAM KHẢO: 87

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên tôi xin dành lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất đến TS Nguyễn

Hữu Đức, người đã giúp đỡ, hướng dẫn và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi từ khi tôi

bắt đầu đến khi tôi hoàn thành luận văn của mình

Và tôi cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong Viện Công nghệ Thông tin, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tận tình giúp đỡ, đào tạo cung cấp cho tôi những kiến thức quý giá và đồng thời cũng hết sức quan tâm, động viên tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu tại Trường

Nhân đây tôi cũng xin cảm ơn các bạn học trong lớp 12ACNTT-PC, đã luôn ở bên tôi, chia sẻ kinh nghiệm, cung cấp tài liêu hữu ích trong suốt quá trình học tập tại Trường

Hà nội, Ngày 10 Tháng 03 Năm 2014

Tác giả luận văn

Nguyễn Thanh Tùng

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan rằng luận văn thạc sĩ kỹ thuật đề tài: “Tổng quan về ghi chỉ số công tơ điện tử qua mạng viễn thông GSM” là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới

sự hướng dẫn của TS Nguyễn Hữu Đức, trung thực và không sao chép của người

khác Trong toàn bộ nội dung của luận văn, các vấn đề nội dung được trình bày đều là những tìm hiểu và nghiên cứu của chính cá nhân tôi hoặc là được tham khảo các nguồn tài liệu đều có nguồn chỉ dẫn rõ ràng và hợp pháp

Hà nội, Ngày 10 Tháng 03 Năm 2014

Tác giả luận văn

Nguyễn Thanh Tùng

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Sơ đồ khối của 1 hệ thống GSM

Hình 1.2: Hệ thống chuyển mạch

Hình 1.3: Phân hệ trạm gốc BSS

Hình 1.4 : cấu trúc GPRS đƣợc phát triển dựa trên mạng GSM

Hình 1.5: Liên kết giữa đầu cuối mạng GPRS và đầu cuối mạng Internet

Hình 2.1 : Sơ đồ hệ thống đọc chỉ số công tơ từ xa qua Modem quay số

Hình 2.2: Sơ đồ đi dây hệ thống đọc chỉ số công tơ từ xa qua Modem quay số Hình 2.3 : Công tơ điện tử 1 pha MONI

Hình 2.4: Sơ đồ mạch công tơ điện tử 1 pha OMNI

Hình 3.1: Chuẩn giao tiếp truyền thông RS232

Hình 3.2: kiểu truyền cân bằng 2 dây

Hình 3.3: tín hiêu trên 2 dây của hệ thống cân bằng

Hình 3.4: Cặp dây xoắn trong RS485

Hình 3.5: Vi mạch SIM900 của hãng SIMCOM

Hình 3.6: Sơ đồ khối Modem GPRS

Hình 3.7: Sơ đồ nguyên lý Modem GPRS

Hình 3.8: Sơ đồ kết nối hệ thống tự động đọc và truyền dữ liệu công tơ điện tử

một pha OMNI từ xa Hình 3.9: Sơ đồ chân của ATmega 128

Hình 3.10: Hệ thống đọc và truyền dữ liệu công tơ điện tử một pha OMNI

ĐẶT VẤN ĐỀ

Hiện nay, ở Tổng công ty Điện lực Miền Bắc việc đo đếm điện năng sử dụng điện vẫn chủ yếu dùng loại thiết bị là công tơ cơ Công tơ cơ hoạt động độc lập không thể tương tác được với các thiết bị khác Do việc thu thập số liệu hoàn toàn thủ công, cần nhiều nhân lực tham gia, chi phí vận hành và chi phí thời gian lớn, việc thu thập thủ công cũng thường gây sai lệch số liệu, gây thất thoát cho ngành điện và ảnh hưởng đến hộ tiêu dùng điện Như vậy hiệu quả quản lý và hiệu quả kinh tế không cao Việc thay thế bằng một hệ thống mới, nhằm nâng cao độ chính xác và hiệu quả kinh tế cũng không thể thực hiện trong thời gian ngắn Như vậy, cần có giải pháp hỗ trợ và cải thiện khâu thu thập chỉ số tiêu thụ điện năng từ các công tơ cơ sang các cong tơ điện tử

Việc giám sát số liệu tổn thất điện năng, sản lượng điện cung cấp, hiệu quả kinh doanh của các cấp quản lý là yêu cầu bức thiết trong tình hình hiện nay vì nhu cầu năng lượng của xã hội ngày càng lớn Do đó, việc tổng hợp dữ liệu báo cáo thống kê tình hình sản xuất điện năng cũng như sản lượng tiêu thụ, tỉ lệ tổn thất kịp thời cho lãnh đạo đơn vị nhằm cân đối nguồn điện và điều hành sản xuất kinh doanh điện là việc làm thực sự cần hơn bao giờ hết

Luận văn được tổ chức thành các chương như sau:

Chương 1: Tổng quan về ghi chỉ số công tơ, mạng GSM và công nghệ GPRS

Khái quát công tác ghi chỉ số công tơ và nêu lên thực trạng cần phải đổi mới công nghệ Chương này cũng đã tổng quan về mạng viễn thông di động GSM sử dụng công nghệ GPRS và giao thức mạng TCP/IP Những hiểu biết này sẽ được sử dụng làm tiền đề cho giải pháp đọc chỉ số công tơ qua mạng GSM

Chương 2: Giải pháp đọc chỉ số công tơ rừ xa

Trình bày chi tiết về giải pháp đọc chỉ số công tơ từ xa Những hiểu biết về hệ thống đọc chỉ số công tơ từ xa và các đặc điểm phần cứng, phần mềm là tiền đề cho việc nghiên cứu giải pháp đọc chỉ số công tơ từ xa thông qua thiết kế modem truyền dữ liệu GPRS

Chương 3: Giải pháp xây dựng phần cứng hệ thống

Thực hiện thiết kế modem GPRS phục vụ cho công tác ghi chỉ số công tơ tự động từ xa Modem này được thiết kế dưới dạng một mô đun có thể lắp thêm vào công

tơ điện tử, thực hiện truyền thông với công tơ qua giao tiếp RS232/485

Modem này cho phép truyền dữ liệu đọc chỉ số công tơ một cách tự động qua mạng GSM Việc thiết kế modem được thực hiện bao gồm cả thiết kế phần cứng Phần cứng của hệ thống cũng đã được thử nghiệm thực tế tại một số công tơ điện tử trên một

số điểm thuộc hệ thống của công ty điện lực Miền Bắc

Chương 4: Thiết kế phần mềm và thử nghiệm hệ thống

Sau khi thiết kế và chế tạo Modem GPRS đã được thử nghiệm tại điểm tại Công

ty Công nghệ thông tin Điện lực Miền Bắc Với thử nghiệm kết nối thành công và phương án hệ thống giao tiếp với người sử dụng được chọn là giao tiếp qua Internet Cách thực hiện này cho phép ta có thể truy cập và cập nhật các thông tin chỉ số công tơ điện tử bất kỳ nơi nào có kết nối Internet để giám sát công tơ khi người truy cập được cấp quyền

Chương 5: Kết luận

Tác giả đưa ra những vấn đề về những kiến nghị và hương phát triển trong tương lai gần của sản phẩm

CHƯƠNG I- TỔNG QUAN VỀ GHI CHỈ SỐ CÔNG TƠ, MẠNG GSM VÀ

CÔNG NGHỆ GPRS

1.1 Khái quát về ghi chỉ số tại Tổng công ty điện lực miền Bắc

1.1.1 Sự cần thiết đổi mới công nghệ ghi chỉ số công tơ điện tử

Công ty Điện lực 1 (Nay là Tổng Công ty Điện lực Miền Bắc NPC) là Tổng Công ty kinh doanh điện năng lớn nhất trong Tập đoàn Điện lực Việt Nam có địa bàn rộng lớn trên phạm vi 27 tỉnh và thành phố Miền Bắc trong đó có nhiều tỉnh miền núi địa bàn phức tạp dân cư thưa thớt, trình độ dân trí chưa cao Tổng công ty quản lý nhiều cấp: Cấp Công ty Điện lực (27 Công ty Điện lực), cấp Điện lực (325 Điện lực) với khoảng 3200 xã phường Thực hiện kế hoạch bán điện đến từng hộ của Tổng công

ty Điện lực Miền Bắc, dự kiến số khách hàng sau khi thực hiện xong dự án xóa bán tổng sẽ tăng từ 2,5 triệu khách hàng lên 6 - 6,5 triệu khách hàng, đây là áp lực lớn nhất đòi hỏi phải đổi mới công nghệ ghi chỉ số mới có thể đáp ứng được tiến độ ghi chỉ số, tính toán hoá đơn và thu tiền điện hàng tháng, đặc biệt là việc nâng cao năng suất lao động do áp dụng các công nghệ ghi chỉ số tiên tiến

Hiện nay, Năng suất lao động bình quân KWH/người của Tổng công ty Điện lực Miền Bắc so với các Tổng công ty Điện lực Miền Nam và Tổng công ty Điện lực Miền Trung còn thấp, một trong những nguyên nhân là công tác ghi chỉ số còn chưa được đổi mới Các Công ty Điện lực vẫn sử dụng phương pháp ghi chỉ số truyền thống

là công nhân đọc chỉ số trên công tơ, rồi ghi vào sổ chuyển về văn phòng công ty và nhập chỉ số, in hoá đơn… Phương pháp này mất rất nhiều thời gian và dễ dẫn đến sai sót do khách quan (đọc nhầm, lộn số…), do chủ quan (thoả thuận với khách hàng…) Mỗi nhân viên ghi chỉ số điện chỉ ghi được khoảng 150 công tơ/người/ngày Ngoài ra, phương pháp ghi truyền thống dễ dẫn đến tiêu cực như dồn chỉ số lấy số tháng trước ghi cho tháng sau, lỗi ghi sai nhiều, nhân viên phải nhập chỉ số vào máy tính để làm

hoá đơn rất tốn thời gian và nhân sự, thời gian từ lúc ghi chỉ số đến lúc lập hoá đơn kéo dài

Việc giám sát số liệu tổn thất điện năng, sản lượng điện cung cấp, hiệu quả kinh doanh của các cấp quản lý là yêu cầu bức thiết trong tình hình hiện nay vì nhu cầu năng lượng của xã hội ngày càng lớn Do đó, việc tổng hợp dữ liệu báo cáo thống kê tình hình sản xuất điện năng cũng như sản lượng tiêu thụ, tỉ lệ tổn thất kịp thời cho lãnh đạo đơn vị nhằm cân đối nguồn điện và điều hành sản xuất kinh doanh điện là việc làm thực sự cần hơn bao giờ hết

Khoa học công nghệ của thế giới và Việt nam đã không ngừng được cải tiến, giá thành thiết bị cầm tay HHU (HandHeldUnit) không ngừng giảm với nhiều tính năng tính toán, lưu trữ và truyền dữ liệu ngày càng nhanh và khả năng xử lý lớn, đặc biệt là công nghệ Internet giúp con người có thể thực hiện được những công việc từ xa giảm chi phí rất nhiều…

Như vậy, để giảm chi phí quản lý, tăng năng xuất lao động đặc biệt là hạn chế sai sót, rút ngắn thời gian ghi chỉ số nhập vào hệ thống máy tính ra hoá đơn thu tiền kịp thời trong điều kiện khách hàng lớn, trên địa bàn rộng đổi mới công tác ghi chỉ số

áp dụng công nghệ mới là vô cùng cần thiết và đòi hỏi cấp bách

1.1.2 Thực trạng

Tổng công ty Điện lực Miền Bắc trong thời gian qua cũng đã triển khai một

số giải pháp đổi mới công tác ghi chỉ số, nhưng những giải pháp này phần lớn mang tính chất thử nghiệm Ngoài giải pháp liên doanh với công ty OMNI (sản suất công tơ điện tử sử dụng đường truyền hữu tuyến cáp theo chuẩn RS485) Những phương pháp ghi chỉ số mà Tổng công ty Điện lực Miền Bắc hiện đang áp dụng có thể mô tả ngắn gọn như sau:

1.1.2.1 Phương pháp thủ công truyền thống

Đây là phương pháp sử dụng chủ yếu (99%) để ghi chỉ số điện trên công tơ

đo đếm điện năng sử dụng của khách hàng theo tháng hoặc theo kỳ ghi chỉ số hiện nay tại Tổng công ty Điện lực Miền Bắc Phương pháp ghi này chủ yếu được đọc bằng mắt

và ghi chép vào số ghi chỉ số, sau đó được nhập vào máy tính để tính tiền điện cho khách hàng Phương pháp này có những đặc điểm sau:

- Do việc đọc và ghi chép theo cách thủ công dễ dẫn đến sai sót (đây là kẽ hở để công nhân ghi chỉ số lợi dụng ghi sai hoặc thoả thuận với khách hàng…)

- Thời gian thu thập lâu, dẫn đến thời gian phát hành hoá đơn và thu tiền điện chậm

- Sau từ 1-2 năm các điện lực lại phải sao lưu sổ ghi chỉ số, mất nhiều thời gian và nhân lực

- Do khoảng thời gian ghi chỉ số giữa công tơ tổng và công tơ các hộ tiêu thụ điện chênh lênh nhau nhiều nên việc tính toán tổn thất của trạm biến áp và các lộ đường dây chưa chính xác

- Phương pháp này có ưu điểm là ít phải đầu tư nhưng lại có nhược điểm là sử dụng nhiều lao động vì vậy năng suất lao động thấp

1.1.2.2 Phương pháp bán tự động sử dụng HHU

Phương pháp này sử dụng một thiết bị cầm tay, tên gọi chung là HHU HHU (HandHeldUnit) là máy tính cầm tay sử dụng CPU 16 hoặc 32bit được thiết kế và lập trình chuyên dụng sử dụng ghi chỉ số công tơ (điện, nước, ga) được các nước phát triển sử dụng từ những năm 80 của thế kỷ trước Cũng như máy tính, HHU đến nay đã được cải tiến nhiều ứng dụng cho nhiều lĩnh vực khác nhau

Khi triển khai HHU trong công tác ghi chỉ số, năng suất lao động được tăng lên đáng kể do không phải nhập chỉ số lại một lần nữa như phương pháp ghi chỉ số truyền thống

Thực hiện chỉ đạo của EVN, từ năm 2004 Công ty Điện lực 1 đã trang bị thiết bị ghi chỉ số cầm tay cho các đơn vị nhằm giảm thời gian và sai sót trong quá trình ghi chỉ số công tơ Tuy nhiên, đến nay nhiều thiết bị đã hỏng hóc xuất hiện nhiều hạn chế do công nghệ cũ (thiết bị sử dụng CPU 16bit, chương trình lập trình nhúng không phổ biến khó chỉnh sửa…) gây khó khăn trong việc triển khai Giá thành cao khoảng 1000USD/1HHU bao gồm cả phần cứng lẫn phần mềm Tình hình triển khai HHU tại các đơn vị cụ thể như sau:

HHU sử dụng tại các điện lực mới chỉ chuyển hình thức nhập chỉ số từ nhân viên vận hành máy tính sang nhân viên ghi chỉ số trong khi đó bàn phím của HHU nhỏ và kích thước màn hình hiển thị nhỏ, do vậy mất nhiều thời gian nhập chỉ số hơn khi nhập bằng chương trình CMIS Đây có lẽ là nguyên nhân chính để các Công ty Điện lực không sử dụng HHU

Để sử dụng tốt HHU người công nhân ghi chỉ số phải được đào tạo quy trình: lấy dữ liệu từ máy tính, vận hành sử dụng chương trình của HHU và sau đó phải chuyển dữ liệu vào máy tính Đây cũng là một cản trở khi triển khai tại các điện lực nhất là điện lực thường xuyên có sự luân chuyên nhân sự Đặc biệt phải có

cơ chế kiểm tra từng công đoạn để giải quyết những trường hợp số liệu bị sai để quy trách nhiệm rõ ràng giữa công nhân vận hành Phần mềm kinh doanh điện năng với công nhân ghi chỉ số bằng HHU Những phân định này đối với ghi chỉ số chuyền thống rất rõ vì còn bút tích

Thiết bị ghi chỉ số chuyên dụng HHU có giá thành cao khoảng trên 1000 USD mỗi khi lỗi phần mềm hoặc thiết bị hỏng thời gian bảo hành và cập nhật lại chương trình rất lâu nên khi gặp sự cố, hỏng hóc các điện lực thường bỏ luôn và quay lại với phương thức truyền thống Do thiết bị này hiện nay không dùng phổ biến trên thế giới và nhà cung cấp cũng không nhiều Những khiếm khuyết trên của HHU trước đây hiện nay đã được khắc phục trên những dòng sản phẩm mới như:

Sử dụng hệ điều hành phổ biến Windows Mobile CE5.0 sử dụng cơ sở dữ liệu SQL và có thể lập trình như máy tính để bàn nên không hạn chế về số lượng khách hàng, giao diện thân thiên với người dùng (chủ động lập trình theo yêu cầu người dùng) Thời gian khắc phục, cập nhật phần mềm mới nhanh hơn Chi phí phần mềm giảm nhiều

1.1.2.3 Phương pháp tự động

Trong những năm qua Tổng công ty điện lực miền Bắc nói riêng và Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) nói chung đã thử nghiệm nhiều giải pháp đọc công tơ từ xa

sử dụng công nghệ quay số (dialup).Các giải pháp thử nghiệm có những đặc điểm sau:

Giải pháp đo xa sử dụng đường truyền quay số có chi phí cao Do sử dụng công nghệ cũ của những năm 90 nên các thiết bị như Modem, DataPort không sản xuất nữa (giá khoảng 400-500USD/1 modem và DitaPort) Đồng thời, trong quá trình triển khai cho thấy thời gian kết nối lâu (do phải quay số) và thường hay bị sét đánh hỏng trong,

có những trường hợp hỏng cả công tơ, nên giải pháp này không thể áp dụng được

Giải pháp sử dụng dịch vụ truyền dữ liệu qua sóng di động GSM khắc phục được tình trạng không bị sét đánh, nhưng do địa điểm lắp đặt công tơ nằm rải rác khắp nơi, trong quá trình kết nối về trung tâm thường qua nhiều tổng đài nên thường xảy ra trường hợp tổng đài loại cũ không hỗ trợ dịch vụ truyền dữ liệu Khi đó giải pháp đôi khi không thể thực hiện được Ngoài ra, thời gian đọc cũng chậm do phải kết nối sau mỗi lần đọc Cả hai giải pháp nói trên đều phải trả chi phí cao do thời gian kết nối dài

và giá cước tương đương giá cước thời gian thoại

Giải pháp sử dụng dịch vụ GPRS khắc phục được thời gian kết nối chậm do đường truyền được kết nối liên tục giữa Modem GSM với máy tính chủ, chi phí phải trả thấp do nhà mạng chỉ tính phí đường truyền tính bằng dung lượng chứ không theo thời gian kết nối Tuy vậy, chương trình kết nối không phổ biến Các chương trình kết nối thường được nhúng và nạp vào Flash ROM trong modem đòi hỏi phải tự viết Mặt

khác, chương trình dùng để đọc dữ liệu thời gian thực thường do nhà cung cấp công tơ hoặc hãng thứ ba xây dựng nên giá thành rất cao, thường tính theo đơn vị công tơ

Để từng bước khắc phục được những nhược điểm của phương pháp ghi chỉ số truyền thống và bán thủ công bằng HHU và nâng cao năng suất lao động, các công ty điện lực đang áp dụng các công nghệ đọc chỉ số công tơ tự động với nhiều giải pháp khác nhau của nhiều hãng trên thế giới

Nhìn chung, các giải pháp nói trên đều dựa trên một trong ba giải pháp truyền số liệu sau đây:

- Truyền số liệu hữu tuyến dựa trên đường điện hạ áp

- Truyền số liệu hữu tuyến sử dụng cáp RS485

- Truyền số liệu qua sóng vô tuyến

1.1.3 Các thành phần chính của hệ thống

Các thành phần chính của hệ thống bao gồm:

1.1.3.1 Công tơ điện và thiết bị ghi nhận chỉ số

Công tơ cơ khí: tận dụng công tơ cơ khí hiện có được tích hợp đầu đọc cảm nhận được vạch đánh dấu trên đĩa từ

Công tơ điện tử: thiết bị ghi nhận chỉ số bằng cách đếm xung điện Công tơ điện tử có ưu điểm là nhỏ gọn, độ chính các cao hơn, có thể lưu trữ được chỉ số nếu được trang bị bộ nhớ, dễ dàng đảm nhận được nhiều nhiệm vụ hơn so với công tơ

cơ

Thiết bị truyền dữ liệu

Về lý thuyết tất cả các dạng truyền dữ liệu đều có thể truyền hai chiều để đảm nhận việc truyền dữ liệu hoặc điều khiển thiết bị đầu cuối

- Thiết bị truyền dữ liệu trên đường đây hạ áp PLC: thường được tích hợp với bộ đọc chỉ số (được gọi chung là RTU), có nhiệm vụ truyền dữ liệu về bộ tập trung Việc sử dụng đường truyền này có thể bị nhiễu do chất lượng lưới điện chưa tốt hoặc do ảnh hưởng của một số thiết bị khác vì vậy cần gắn thêm thiết bị khuếch đại

- Thiết bị thu phát sóng là thiết bị được gắn kèm theo công tơ, có nhiệm vụ truyền

dữ liệu về máy thu (thường là máy tính cầm tay - HHU), máy phát có công suất rất nhỏ, vì vậy phạm vi truyền ngắn (khoảng <100m) Thiết bị này sẽ được kích hoạt khi có tín hiệu gọi từ máy HHU

- Thiết bị truyền dữ liệu trên cáp dữ liệu: thường được tích hợp với bộ đọc chỉ số,

có nhiệm vụ truyền dữ liệu về bộ tập trung chỉ số concentrator thông qua cáp chuẩn RS 485 Hệ thống này yêu cầu cần phải có một đường truyền riêng tới từng công tơ

Đường truyền dữ liệu

Hiện nay có những giải pháp sau đây cho đường truyền dữ liệu:

 Giải pháp sử dụng đường dây tải điện (PLC)

Công nghệ đọc chỉ số công tơ tự động sử dụng đường dây truyền tải điện hạ thế được Tổng công ty Điện lực Miền Bắc triển khai thí điểm từ năm 2003 tại các Công ty Điện lực Hải Dương, Bắc Ninh, Tuyên Quang Giải pháp này sử dụng công nghệ của hãng Unique của Israel (hệ thống có tên là Collectric TM) Hệ thống này đo đếm điện năng tiêu thụ từ các công tơ điện sử dụng hệ thống đường dây điện hạ thế có sẵn để truyền dữ liệu về một thiết bị thu thập và xử lý dữ liệu trung tâm Tín hiệu từ các công

tơ được truyền qua đường dây hạ áp đến bộ tập trung đặt tại trạm biến áp, từ bộ tập trung được truyền về Công ty Điện lực qua đường dây điện thoại và nối với máy tính

để đọc chỉ số một cách tự động theo thời gian thực kết nối với chương trình kinh doanh CMIS để tính toán hoá đơn

Hệ thống này có những đặc điểm sau:

- Các nhân viên không phải đi ghi chỉ số trực tiếp tại các công tơ

- Có thể tận dụng cơ sở hạ tầng sẵn có như công tơ, đường dây hạ thế sẵn có

- Có thể mở rộng thêm thiết bị đầu cuối trong cấu hình trả trước, nhận và truyền

số liệu qua đường dây tải điện khi khách hàng mua thẻ trả trước (tức là đã nạp tiền vào tài khoản của mình), thì thiết bị này sẽ quản lý tài khoản của khách hàng (tự động trừ đi khoản tiền tương ứng với lượng điện mà khách hàng tiêu thụ)

 Giải pháp sử dụng đường hữu tuyến giao tiếp RS485

Một trong những giải pháp đọc chỉ số công tơ từ xa sử dụng đường hữu tuyến RS485 là lắp công tơ OMWH-12-2 do Tổng công ty Điện lực Miền Bắc liên danh với công ty OMNI sản xuất từ tháng 12 năm 2004 Công nghệ này cũng cho phép lắp thêm thiết bị đọc RTU vào công tơ cơ hiện có Thiết bị RTU được lắp trong công tơ đọc trực tiếp bộ số của công tơ theo nguyên tắc đọc cảm biến hồng ngoại biến đổi các số trên bộ

số thành các tập hợp nhị phân lưu giữ trong RAM và truyền dữ liệu đi xa hoặc đọc số lần vạch chuyển động qua mắt đọc

Giải pháp đọc chỉ số công tơ sử dụng đường truyền hữu tuyến chỉ khác hệ thống

sử dụng PLC là các công tơ nối với bộ collector thông qua cáp theo chuẩn RS485 Nhờ

có dây dẫn riêng nên hệ thống này tránh được nhiễu, có khả năng truyền dữ liệu hai chiều tốt Thiết bị RTU trong hệ thống này ít phải làm việc (chỉ làm việc khi có lệnh từ collector) nên có thể tận dụng mạng cáp cho các mục đích khác như viễn thông, truyền hình cáp

Nhược điểm của hệ thống này là phải quản lý thêm một hệ thống dây cáp Khi dây cáp đứt hệ thống không hoạt động được Giá thành lắp thêm RTU vào công tơ cơ tương đối cao (khoảng 15-18USD/1đơn vị)

 Giải pháp sử dụng sóng Radio (RF)

Hiện nay, ở Tổng công ty Điện lực Miền Bắc việc đo đếm điện năng sử dụng điện vẫn chủ yếu dùng loại thiết bị là công tơ cơ Công tơ cơ hoạt động độc lập không thể tương tác được với các thiết bị khác Do việc thu thập số liệu hoàn toàn thủ công, cần nhiều nhân lực tham gia, chi phí vận hành và chi phí thời gian lớn, việc thu thập thủ công cũng thường gây sai lệch số liệu, gây thất thoát cho ngành điện và ảnh hưởng đến hộ tiêu dùng điện Như vậy hiệu quả quản lý và hiệu quả kinh tế không cao Việc thay thế bằng một hệ thống mới, nhằm nâng cao độ chính xác và hiệu quả kinh tế cũng không thể thực hiện trong thời gian ngắn Như vậy, cần có giải pháp hỗ trợ và cải thiện khâu thu thập chỉ số tiêu thụ điện năng từ các công tơ cơ Đây chính là lý do cần có một hệ thống quản lý và thu thập dữ liệu từ công tơ cơ bằng sóng RF Hệ thống này không làm thay đổi cấu trúc, chức năng của hệ thống đang vận hành, mà chỉ bổ sung để tạo nên hiệu quả cao hơn trong khâu thu thập dữ liệu hiện trường Hệ thống đảm bảo

độ tin cậy của dữ liệu thu thập được, giảm thiểu nhân lực và thời gian cho việc đi thu thập dữ liệu Để thực hiện được điều đó hệ thống phải đạt được những điểm sau:

- Thiết bị thu thập dữ liệu trực tiếp có độ ổn định và có độ chính xác cao, chống được những tác động của môi trường, không bị ảnh hưởng bởi những thiết bị lân cận Có thể bảo toàn được dữ liệu trong mọi trạng thái, hạn chế thấp nhất những rủi ro cho dữ liệu

- Việc thu thập dữ liệu phải thực hiện dễ dàng, nhanh chóng, không bị hạn chế bởi phương thức trao đổi dữ liệu, khắc phục được cản trở do địa hình tại vị trí lắp đặt công tơ Khi lắp đặt thêm và đưa vào sử dụng các thiết bị mới không làm thay đổi tính năng, cấu trúc của các thiết bị đang vận hành, không gây ảnh hưởng đến tổ chức quản lý, điều hành chung

 Sử dụng sóng điện thoại di đông GSM

Hiện tại Tổng công ty Điện lực Miền Bắc có khoảng 11,700 công tơ điện tử sử dụng cho các khách hàng lớn và hàng ngàn công tơ đo đếm tại các điểm giao nhận giữa Tổng công ty với các Công ty Điện lực, giữa các Công ty Điện lực với các Điện lực cần được giám sát

Đối với các công tơ điện tử hiện đang sử dụng trên lưới điện gồm Công tơ ABB (ELSTER), Công tơ Landis, Công tơ Actaris … Những công tơ điện tử này đều hỗ trợ đọc dữ liệu từ xa nếu được trang bị MODEM Qua thực tế triển khai tại Tổng công ty Điện lực Miền Bắc cho thấy MODEM DialUp trong quá trình sử dụng bị sét đánh hỏng rất nhiều mặc dù đều đã đươc trang bị chống sét Mặt khác khi sử dụng MODEM DialUp, nếu bị sự cố (đứt dây điện thoại hoặc do khách hàng cắt) thì việc giám sát được chỉ số công tơ sẽ bị gián đoạn

Giải pháp sử dụng dịch vụ di động công nghệ GPRS qua song GSM đề cập đến trong luận văn này sẽ giải quyết được những vấn đề trên Giải pháp này sẽ được trình bày ở phần tiếp theo

1.1.4 Giải pháp công nghệ

1.1.4.1 Mục tiêu ứng dụng công nghệ

Công nghệ ghi tự động chỉ số công tơ mới cần phải phục vụ tốt công tác quản lý sản xuất kinh doanh điện năng, nâng cao năng suất lao động giảm chi phí trong điều kiện khó khăn về vốn hiện nay của ngành điện (phải tập trung ưu tiên đầu tư cho nguồn

và lưới)

Giải pháp công nghệ mới sẽ từng bước nâng cao chất lượng phục vụ khách hàng

sử dụng điện, giảm thiếu sai sót do con người tác động trong quá trình ghi chỉ số Phương pháp ghi chỉ số công tơ với công nghệ tiên tiến hiện đại phải đáp ứng được những tiêu chí sau:

o Tận dụng được cơ sở vật chất kỹ thuật sẵn có của ngành điện

o Có độ tin cậy cao

o Cho phép sử dụng nhiều phương thức thu thập số liệu

o Đơn giản, thiết bị dễ lắp đặt sửa chữa, sử dụng và bảo trì

o Chi phí vận hành và chi phí duy trì thấp

Gắn liền với định hướng hiện đại hoá của ngành Điện lực Việt Nam

Định hướng ứng dụng công nghệ GPRS của mạng GSM

Để đạt được các mục tiêu đã nêu ở trên, giải pháp công nghệ lựa chọn sẽ là ứng dụng công nghệ GPRS của mạng GSM Việc lựa chọn giải pháp công nghệ này xuất phát từ những điểm sau:

- Tận dụng được hệ thống truyền dẫn tốc độ cao, với phạm vi phủ sóng rộng của mạng viễn thông điện lực

- với giải pháp này ngành điện có thể hoàn toàn chủ động trong công tác vận hành

và quản lý thuê bao

- Đảm bảo an toàn về đọc truyền số liệu, hạn chế được tình trạng thiết bị ghi chỉ

số bị do sét đánh

Các yêu cầu nghiên cứu

Dưới đây là các yêu cầu nghiên cứu ứng dụng giải pháp công nghệ GPRS vào phục vụ công tác ghi chỉ số công tơ tự động

1 Phân tích được những lợi thế của việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ đọc chỉ

số công tơ truyền số liệu trên song GSM

2 Tìm hiểu tổng quan công nghệ GPRS nói chung và những đặc điểm, thông số cơ bản của mạng GSM

3 Xây dựng mô hình hệ thống đo xa chỉ số công tơ điện tử trong Tổng công ty Điện lực Miền Bắc

4 Thiết kế mạch và lập trình Modem gọn nhẹ có thể ghép và sử dụng luôn nguồn của công tơ điện tử, có thể đọc nhiều công tơ theo yêu cầu tại một thời điểm và truyền dữ liệu về trung tâm hoặc đọc chỉ số tự động theo yêu cầu quản lý và nạp phần mềm vào Modem để Modem tự động đọc dữ liệu đo đếm chỉ số công

tơ điện tử

5 Xây dựng TCP/IP đảm bảo việc nhận dữ liệu từ công tơ thu thập về và xây dựng ứng dụng trên Server để phục vụ cho công tác quản lý và điều hành lưới điện

1.2 Khái quát về mạng viễn thông GSM

Hệ thống thông tin di động toàn cầu – GSM là tiêu chuẩn phổ biến nhất trong thông tin di động trên thế giới hiện nay Theo tổ chức sáng lập là hiệp hội GSM ước đoán rằng, 80% thị trường di động toàn cầu đang sử dụng công nghệ này, với hơn 3 tỷ người trên hơn 212 quốc gia Sự phổ biến này giúp cho việc chuyển vùng quốc tế giữa các nhà cung cấp dịch vụ di động trở nên dễ dàng, các thuê bao có thể sử dụng dịch vụ

di động ở nhiều nơi trên thế giới

Hình 1.1: Sơ đồ khối của 1 hệ thống GSM

Ngoài cung cấp dịch vụ cuộc gọi thoại, GSM cũng mở rộng các dịch vụ tiện lợi khác cho người sử dụng như tin nhắn ngắn SMS, được hỗ trợ tốt bởi hầu hết các chuẩn

di động khác Các tiêu chuẩn mới sau này ra đời, như General Packet Radio Service – GPRS (năm 1997) và Enhanced Data Rates for GSM Evolution – EDGE (năm 1999), mang lại các dịch vụ giá trị gia tăng phong phú và các mức cước phí hấp dẫn

1.2.1 Mô hình tổ chức truyền dẫn mạng viễn thông GSM

Thành phần:

1 Mạng GSM được chia thành 2 hệ thống:

Hệ thống chuyển mạch (SS - switching system) và hệ thống trạm phát (BSS - base station system) Mỗi hệ thống được xây dựng trên nhiều thiết bị chuyên dụng khác nhau Ngoài ra, giống như các mạng liên lạc khác, GSM cũng được vận hành, bảo trì và quản lý bởi các trung tâm máy tính Hệ thống chuyển mạch chuyên xử lý cuộc gọi và các công việc liên quan đến thuê bao BSS xử lý công việc liên quan đến

truyền phát sóng radio OMC thực hiện nhiệm vụ vận hành và bảo trì mạng, như theo dõi lưu lượng cảnh báo khi cần thiết OMC có quyền truy xuất đến cả SS và BSS

2 Kiến thức dạng địa lý:

Với mọi mạng điện thoại, kiến trúc là nền tảng quan trọng để xây dựng qui trình kết nối cuộc thoại đến đúng đích Với mạng di động thì điều này lại càng quan trọng: do người dùng luôn di chuyển nên kiến trúc phải có khả năng theo dõi được vị trí của thuê bao

3 Ô (cell):

Là đơn vị cơ bản của hệ thống tế bào, được định nghĩa theo vùng phủ sóng của BTS Mỗi ô được cấp một số định danh duy nhất gọi là CGI (Cell Global Identity) Để phủ sóng toàn quốc, người ta cần đến một số lượng rất lớn BTS Để phủ sóng toàn bộ

61 tỉnh thành Mobifone bố trí 358 BTS, Việc bố trí dựa trên một mức độ khai thác của từng khu vực, chỉ riêng khu vực 2 (từ Lâm Đồng trở vào) đã đặt đến gần 300 BTS (chiếm gần một nữa tổng số BTS của mạng); trong tương lai, GPC (công ty quản lý mạng Vinaphone) và VMS (MobiFone) vẫn sẽ tiếp tục lắp đặt thêm BTS để mở rộng

và nâng cấp chất lượng vùng phủ sóng

4 Vùng định vị (LA-Location Area):

Nhiều ô được ghép nhóm và gọi là một LA Trong mạng, vị trí của thuê bao do

LA khu vực của thuê bao nắm giữ Số định danh cho LA được lưu thành thông số LAI (Location Area Identity) ứng với từng thiết bị di động (điện thoại di động) trong VLR Khi thiết bị di chuyển sang ô của LA khác thì bắt buộc phải đăng ký lại vị trí với mạng, nếu dịch chuyển giữa các ô trong cùng một LA thì không phải thực hiện qui trình trên Khi có cuộc gọi đến thiết bị, thông điệp được phát ra (broadcast) toàn bộ

các ô của LA đang quản lý thiết bị

Vùng dịch vụ GSM: Vùng dịch vụ GSM là toàn bộ vùng địa lý mà thuê bao có thể truy nhập vào mạng GSM, và sẽ càng mở rộng khi có thêm nhiều nhà khai thác ký thỏa ước hợp tác với nhau Hiện tại thì vùng dịch vụ GSM đã phủ hàng chục quốc gia, kéo dài từ Ai-xơ-len đến Châu Úc và Nam Phi Chuyển vùng là khả

năng cho phép thuê bao truy nhập mạng của mình từ mạng khác Mô hình mạng di động tế bào có thể được trình bày giữa hai góc độ

7 Băng tần:

Hiện tại mạng GSM đang hoạt động trên 3 băng tần: 900, 1800, 1900MHz Chuẩn GSM ban đầu sử dụng băng tần 900MHz, gọi là phiên bản P-GSM (Primary GSM) Để tăng dung lượng, băng tần dần mở sang 1800 và 1900MHz, gọi là phiên bản mở rộng (E-GSM) Chính vì thế, thị trường đã xuất hiện nhiều loại điện thoại hỗ trợ nhiều băng tần nhằm tạo thuận lợi cho người dùng thường xuyên đi nước ngoài và

tận dụng được hết ưu thế chuyển vùng quốc tế của mạng GSM hiện nay

1.2.2 Thông số kỹ thuật mạng GSM

1.2.2.1 Phân hệ chuyển mạch SS

Hình1.2: Hệ thống chuyển mạch

Gồm có các thành phần: MSC, GMSC, HLR, VLR, AUC, EIR Chức năng của các thành phần:

MSC (Mobile Service Switching Center)

- Chuyển mạch cho mạng, tính cước cuộc gọi

- Điều khiển các cuộc gọi từ các mạng khác như PSTN, ISDN,…

GMSC (Gateway MSC)

- Định tuyến các cuộc gọi từ trong mạng ra ngoài và ngược lại

HLR (Home Location Register) – Bộ định vị thường trú

- Lưu trữ và quản lý thông tin vĩnh viễn của các thuê bao trong mạng GSM, bao gồm: nhận dạng thuê bao, loại dịch vụ, thông tin xác thực

VLR (Visitor Location Register) – Bộ định vị tạm trú

- Là cơ sở dữ liệu chứa tất cả các thông tin tạm thời về các thuê bao đặt tại 1 vùng dịch

vụ MSC

- Kết hợp với MSC tạo thành bộ chuyển mạch MSC/VLR

- Mỗi MSC trong mạng có 1 VLR liên đới nhưng 1 VLR có thể phục vụ nhiều MSC

- Khi MS di chuyển vào vùng MSC mới, nó sẽ bắt đầu quá trình đăng ký MSC có nhiệm vụ thông báo việc đăng ký này và chuyển số xác định vùng dịch vụ MSC cho VLR Nếu MS chưa được đăng ký trước đó, VLR và HLR sẽ trao đổi thông tin để cho phép việc quản lý cuộc gọi thích hợp cho MS đó

- Được kết hợp với HLR và lưu trữ khóa xác nhận cho mỗi thuê bao đã được đăng ký với HLR Khóa này được sử dụng để bảo mật thông tin qua kênh vô tuyến giữa MS với mạng

EIR (Equipment Identify Register)

- Chứa các thông tin xác định thiết bị mobile giúp khóa các cuộc gọi nếu bị mất cắp, giả danh hoặc lỗi mạng

1.2.2.2 Phân hệ trạm gốc BSS

Hình1.3: Phân hệ trạm gốc BSS

Gồm có các thành phần: BSC và BTS

Chức năng của các thành phần:

BSC (Base Station Controller)

- Cấp phát kênh, giáp sát kênh

- Điều khiển công suất phát của các BTS

- Tham gia quá trình chuyển Cell cho thuê bao

BTS (Base Transceiver Station)

- Gồm các thiết bị thu phát vô tuyến, thiết bị xử lý và điều khiển tín hiệu

1.3 Dịch vụ cải tiến GPRS - General Packet Radio Service

1.3.1 Kiến trúc hệ thống GPRS chung

Dịch vụ gói vô tuyến gói chung GPRS (General Packet Radio Service) là một công nghệ mới nhằm cung cấp những dịch vụ gói IP đầu cuối tới đầu cuối qua

mạng GSM, cho phép triển khai và cung cấp những ứng dụng internet vô tuyến cho một số lượng lớn người sử dụng dịch vụ viễn thông di động

GPRS được phát triển dựa trên nền tảng của hệ thống mạng GSM Giải pháp GPRS của Ericsson được thiết kế để đẩy nhanh việc triển khai GPRS mà vẫn giữ cho chi phí đầu vào thấp Các khối chức năng của mạng GSM hiện nay chỉ cần được nâng cấp phần mềm, ngoại trừ BSC (Base Station Center) phải được nâng cấp phần cứng Hai nút mạng mới được giới thiệu, đó là SGSN (Serving GPRS Support Node) và GGSN (Gateway GPRS Support Node) nhằm bổ sung chức năng chuyển mạch gói bên cạnh chức năng chuyển mạch mạch của mạng

Hình 1.4 : cấu trúc GPRS được phát triển dựa trên mạng GSM

SGSN có nhiệm vụ tạo tuyến và quản lí địa chỉ IP SGSN cùng với các

đầu cuối GPRS hình thành các kênh truyền logic cho phép việc truyền nhận các gói IP

GGSN đóng vai trò kết nối các đầu cuối GPRS trong mạng đến các ISP (Internet Service Provider) bên ngoài, hoặc kết nối giữa các mạng GPRS với nhau

Các SGSN và GGSN liên kết với nhau và tạo thành một mạng IP xương sống làm nền tảng cho dịch vụ GPRS

Relay SND

Hình : các lớp protocol của GPRS được tham chiếu triên mô hình OSI

SGSN và GGSN dựa trên đường truyền vô tuyến có sẵn để xây dựng mạng

chuyển mạch gói GPRS dựa trên protocol TCP/IP tương thích với mạng internet thông dụng, cho phép cung cấp cho các thuê bao trong mạng những dịch vụ mới hấp dẫn hơn

Một số đặc điểm của GPRS:

+ Tốc độ dữ liệu: GPRS tận dụng các khe thời gian 9.6 Kbps của mạng GSM

để triển khai dịch vụ, nên tốc độ dữ liệu là rất chậm so với các mạng truyền số liệu

gói khác Tốc độ thực sự phụ thuộc vào số khe thời gian được dùng cho dịch vụ GPRS

+ Phương thức tính cước: dựa vào dữ liệu truyền nhận, không dựa vào thời gian kết nối

1.3.1 Kiến trúc hệ thống GPRS chung

Mô hình kết nối được mô tả trong hình sau:

Hình 1.5: Liên kết giữa đầu cuối mạng GPRS và đầu cuối mạng Internet

Với tính năng kết nối với các hệ thống mạng bên ngoài thông qua GGSN, GPRS cho phép thiết lập một đường truyền từ đầu cuối thuê bao mạng GSM sử dụng

dịch vụ GPRS đến một đầu cuối của các hệ thống mạng khác, qua đó cho phép thiết

kế một hệ thống thu thập dữ liệu rất linh động

Trong các ứng dụng thông thường, việc phân tích, lưu trữ, vận hành dựa trên

dữ liệu thu thập được từ các đầu cuối mạng GPRS sẽ được thực hiện bởi một máy tính, vì đây là các thao tác phức tạp và đòi hỏi nhiều tài nguyên Do đó việc thiết lập một liên kết giữa đầu cuối mạng GPRS và máy tính là cần thiết Với lợi thế về hệ thống cơ sở hạ tầng rộng khắp và khả năng truyền nhận dữ liệu tốc độ cao, đáng tin cậy, phương án tối ưu là liên kết thông qua Internet

Đầu cuối mạng GPRS sẽ truyền nhận dữ liệu với máy tính được kết nối Internet thông qua đường truyền sau: đầu cuối GPRS -> BTS -> SGSN -> Mạng xương sống GPRS -> GGSN -> ISP -> Router -> mạng Local-Area Network -> Máy tính

Dữ liệu sẽ được trao đổi giữa đầu cuối thuê bao GPRS và máy tính thông qua các gói IP, và dựa trên các protocol TCP/UDP Tùy theo khả năng hỗ trợ của đầu cuối thuê bao GPRS có thể sử dụng các protocol ở các lớp ứng dụng cao hơn

Với các mô hình đơn giản, nhu cầu về xử lý dữ liệu không cao, có thể lựa chọn các phương án đơn giản hơn như:

· Sử dụng dịch vụ SMS: không cần thông qua GPRS

· Truyền nhận dữ liệu giữa các đầu cuối GPRS: phương án này hoàn toàn có thể thực hiện

được, tuy nhiên tốc độ dữ liệu khá thấp, và làm tăng chi phí dịch vụ

Với đầu cuối mạng GPRS, có nhiều sản phẩm phù hợp với yêu cầu của hệ thống Điển hình là các modem GSM có hỗ trợ GPRS Thiết bị này được cung cấp bởi nhiều hãng, như Sony Ericsson, Nokia, Wavecom, SIMCOM, … Sản phẩm

của SIMCOM (SIM300, SIM508,SIM900 …) được lựa chọn do các tính năng sau:

· Hỗ trợ GPRS

· Hỗ trợ khả năng truyền nhận dữ liệu TCP/UDP

· Giá thành thấp

· Thiết kế phần cứng đơn giản

· Được điều khiển bằng tập lệnh AT, cho phép điều khiển dễ dàng

1.3.2 Giao thức TCP và địa chỉ IP

Bộ giao thức TCP/IP, (tiếng Anh: Internet protocol suite hoặc IP

suite hoặc TCP/IP protocol suite - bộ giao thức liên mạng), là một bộ cácgiao thức

truyền thông cài đặt chồng giao thức mà Internet và hầu hết các mạng máy tính thương mại đang chạy trên đó Bộ giao thức này được đặt tên theo hai giao thức chính của nó

là TCP (Giao thức Điều khiển Giao vận) và IP (Giao thức Liên mạng) Chúng cũng là

hai giao thức đầu tiên được định nghĩa

Như nhiều bộ giao thức khác, bộ giao thức TCP/IP có thể được coi là một tập hợp các tầng, mỗi tầng giải quyết một tập các vấn đề có liên quan đến việc truyền dữ liệu, và cung cấp cho các giao thức tầng cấp trên một dịch vụ được định nghĩa rõ ràng dựa trên việc sử dụng các dịch vụ của các tầng thấp hơn Về mặt lôgic, các tầng trên gần với người dùng hơn và làm việc với dữ liệu trừu tượng hơn, chúng dựa vào các giao thức tầng cấp dưới để biến đổi dữ liệu thành các dạng mà cuối cùng có thể được truyền đi một cách vật lý

Mô hình OSI miêu tả một tập cố định gồm 7 tầng mà một số nhà sản xuất lựa chọn và nó có thể được so sánh tương đối với bộ giao thức TCP/IP Sự so sánh này có thể gây nhầm lẫn hoặc mang lại sự hiểu biết sâu hơn về bộ giao thức TCP/IP

Giao thức IP là cung cấp khả năng kết nối các mạng con thành liên kết mạng để

truyền dữ liệu, vai trò của IP là vai trò của giao thức tầng mạng trong mô hình OSI Giao thức IP là một giao thức kiểu không liên kết (connectionlees) có nghĩa là không cần có giai đoạn thiết lập liên kết trước khi truyền dữ liệu

Sơ đồ địa chỉ hóa để định danh các trạm (host) trong liên mạng được gọi là địa chỉ IP 32 bits (32 bit IP address) Mỗi giao diện trong 1 máy có hỗ trợ giao thức IP đều phải được gán 1 địa chỉ IP (một máy tính có thể gắn với nhiều mạng do vậy có thể có nhiều địa chỉ IP) Địa chỉ IP gồm 2 phần: địa chỉ mạng (netid) và địa chỉ máy (hostid) Mỗi địa chỉ IP có độ dài 32 bits được tách thành 4 vùng (mỗi vùng 1 byte), có thể biểu thị dưới dạng thập phân, bát phân, thập lục phân hay nhị phân Cách viết phổ biến nhất

là dùng ký pháp thập phân có dấu chấm (dotted decimal notation) để tách các vùng Mục đích của địa chỉ IP là để định danh duy nhất cho một máy tính bất kỳ trên liên mạng

Do tổ chức và độ lớn của các mạng con (subnet) của liên mạng có thể khác nhau, người ta chia các địa chỉ IP thành 5 lớp, ký hiệu là A, B, C, D và E Trong lớp A,

B, C chứa địa chỉ có thể gán được Lớp D dành riêng cho lớp kỹ thuật multicasting Lớp E được dành những ứng dụng trong tương lai

Netid trong địa chỉ mạng dùng để nhận dạng từng mạng riêng biệt Các mạng liên kết phải có địa chỉ mạng (netid) riêng cho mỗi mạng Ở đây các bit đầu tiên của byte đầu tiên được dùng để định danh lớp địa

1.4 Kết luận chương 1

Chương 1 đã khái quát công tác ghi chỉ số công tơ và nêu lên thực trạng cần phải đổi mới công nghệ Chương này cũng đã tổng quan về mạng viễn thông di động GSM sử dụng công nghệ GPRS và giao thức mạng TCP/IP Những hiểu biết này sẽ

được sử dụng làm tiền đề cho giải pháp đọc chỉ số công tơ qua mạng GSM sẽ được trình bày ở những chương tiếp theo

CHƯƠNG II- GIẢI PHÁP ĐỌC CHỈ SỐ CÔNG TƠ TỪ XA

2.1 Hệ thống đọc chỉ số công tơ điện tử từ xa

2.1.1 Đặt vấn đề

Hiện nay, tại Tổng công ty Điện lực Miền Bắc đang sử dụng công tơ điện tử OMNI phiên bản OMWH-12-2 với số lượng lớn Theo thiết kế công tơ OMNI cho phép đọc

dữ liệu từ xa qua Modem quay số

Tuy nhiên hệ thống đọc chỉ số công tơ từ xa qua Modem quay số vẫn tồn tại rất nhiều hạn chế như: Hệ thống cồng kềnh với số lượng lớn Sub DCU và Master DCU, trao đổi tín hiệu qua dây tín hiệu theo chuẩn RS485 phát sinh thêm dây truyền thông trên lưới, khó khăn trong việc lắp đặt, thường xuyên xảy ra trường hợp bị rớt mạng dữ liệu truyền về Server bị rớt hoặc trả về không đầy đủ Đặc biệt hệ thống đã gặp phải hiện tượng sét đánh lan truyền gây hư hỏng các thiết bị truyền thông trong hệ thống (S-DCU,M-DCU,Modem Dialup) nên các hệ thống đọc dữ liệu công tơ OMNI từ xa qua Modem quay số hiện nay đều không sử dụng được Do đó hiện tại các Điện lực vẫn phải đọc chỉ số thủ công tuy nhiên phương thức này cần nhiều thời gian và nhân lực cho việc đọc chỉ số, cũng như không thể đọc chỉ số công tơ khi LCD của công tơ bị

mờ hoặc mất nét

Để khắc phục tất cả những hạn chế kể trên của các phương thức đọc chỉ số cũng như các hệ thống đọc chỉ số hiện đang sử dụng, nhóm nghiên cứu đã tập trung nghiên

cứu, xây dựng “Hệ thống tự động đọc và truyền dữ liệu công tơ điện tử một pha

OMNI từ xa qua RF và Modem GSM” với phương thức truyền dữ liệu không dây,

sử dụng đường truyền qua sóng Radio (RF), kết nối tới Server bằng Modem không dây GSM, điều khiển đọc và truyền dữ liệu bằng “Chương trình tự động đọc và truyền dữ liệu công tơ điện tử 1 pha OMNI”

Hình 2.2: Sơ đồ đi dây hệ thống đọc chỉ số công tơ từ xa qua Modem quay số

Từ sơ đồ kết nối và sơ đồ đi dây ở trên ta có thể thấy các thành phần chính

của hệ thống:

 S-DCU (Bộ quản lý phân tán) thu nhận dữ liệu từ các công tơ kết nối với nó sau

đó truyền về M-DCU (Bộ quản lý tập trung) thông qua mạng cáp thông tin hữu

tuyến RS485 để M-DCU thu nhận và lưu trữ

 M-DCU được lập trình để liên tục cập nhật chỉ số hiện thời của từng công tơ mà

nó quản lý và tự động ghi lại chỉ số cuối cùng của ngày (24h) đối với mỗi công

tơ

 Từ sơ đồ đi dây ( hình 2) ta có thể thấy các công tơ lắp trong một tủ công tơ trên

một cột được nối song song với nhau qua cáp thông tin hữu tuyến RS485 và nối

vào S-DCU Mỗi cột phải có một S-DCU, các DCU của các cột lân cận được

nối với nhau cũng bằng cáp 485 và tập trung về M-DCU

 Trường hợp hệ thống được lắp đặt đầy đủ cả modem, số thuê bao mạng điện thoại công cộng (PSTN) để đọc xa, tại một thời điểm bất kỳ, từ địa điểm bất kỳ, dùng máy tính với phần mềm AMSYS21 truy nhập vào M-DCU để đọc toàn bộ chỉ số công tơ của 40 ngày gần nhất hoặc chỉ số hiện tại của công tơ cũng như kiểm soát tình trạng hoạt động của hệ thống

 Trường hợp không có đường truyền xa, hàng tháng phải dùng máy tính xách tay, đến vị trí lắp đặt M-DCU, dùng cáp RS232 kết nối với M-DCU để lấy một phần hay toàn bộ dữ liệu được lưu trữ trong M-DCU Dữ liệu chỉ số công tơ được xuất ra dưới dạng file cơ sở dữ liệu chuẩn (ACCESS, EXCEL) sau đó được chuyển đổi ghép nối với các chương trình kinh doanh, CMIS để in hoá đơn tiền điện

b Phân tích ưu nhược điểm của hệ thống

a Ưu điểm

 Do kết nối giữa công tơ – DCU – Master DCU là chuẩn hai dây RS485 nên tốc

độ truyền thông tin từ công tơ tới Master DCU là khá cao và ổn định

b Nhược điểm

 Số lượng công tơ kết nối bị hạn chế số lượng do chuẩn truyền thông RS485 ( tối

đa 32 công tơ nối song song đến 1 Sub DCU)

 Để đọc dữ liệu công tơ trên một cột ( tối đa 32 công tơ) phải sử dụng 1 bộ Sub DCU và 1 Master DCU nên chi phí để triển khai là rất cao nếu đọc một số lượng lớn công tơ

 Hệ thống cồng kềnh với mỗi một cột cần một Sub DCU, giữa các cột trao đổi tín hiệu với nhau qua dây tín hiệu theo chuẩn RS485 phát sinh thêm dây trên lưới, khó khăn trong việc lắp đặt cũng như triển khai trên địa bàn rộng,

 Master DCU kết nối đến Server theo phương thức quay số Dial Up với rất nhiều nhược điểm:

Mất thời gian chờ quay số để kết nối đến Server ( 1 đến 2 phỳt cho một phiờn kết nối)

Băng thụng thấp, dễ xảy ra trường hợp nghẽn mạng cụ thể tốc độ kết nối là 57600 Kb/s (Đõy là tốc độ kết nối ổn định của Modem và tương thớch với tốc độ tối đa của đường truyền)

Kết nối Dial Up thường xuyờn xảy ra trường hợp bị rớt mạng, khả năng dữ liệu truyền về Server bị rớt hoặc trả về khụng đầy đủ là rất cao

Khả năng hư hỏng thiết bị trờn diện rộng cao khi một khu vực bị thiờn tai vớ dụ như sột đỏnh lan truyền (đó gặp phải khi thử nghiệm hệ thống đọc dữ liệu cụng tơ qua modem Dial Up trước đõy)

Chi phớ duy trỡ hệ thống cao

Hiện nay cỏc thiết bị để xõy dựng cũng như khắc phục sự cố hệ thống đọc dữ liệu cụng tơ một pha Omni qua modem quay số rất hiếm, nếu tỡm được nguồn cung cấp giỏ thành cũng khỏ cao so với cỏc thiết bị cụng nghệ tiờn tiến hơn

2.2 Kiến trỳc 1 điểm đo của hệ thống

Sơ đồ kết nối của một điểm đo với hệ thống được mụ tả trờn hỡnh

Một điểm đo trong hệ thống đo xa chỉ số cụng tơ điện tử cú thành phần chớnh là một cụng tơ điện tử 1 pha Hiện nay ngành điện đang sử dụng chủ yếu là cụng tơ điện

tử OMWH-12-2 thường gọi là cụng tơ điện tử OMNI Để hiểu được giải phỏp đọc chỉ

số cụng tơ tự động từ xa thực hiện trong đề tài này, ta cần tỡm hiểu cơ chế hoạt động của cụng tơ này

2.2.1 Giới thiệu về cụng tơ điờn tử 1pha OMNI

Công tơ điện tử kỹ thuật số một pha OMWH-12-2 là một công tơ điện tử đo đ-ợc một cách chính xác điện năng hoạt động

Công tơ điện tử kỹ thuật số một pha OMWH-12-2 đ-ợc thiết kế bằng cách sử dụng mạch thống nhất đo điện cụ thể bằng bộ phận điều khiển nhỏ với tới các loại ứng dụng

Công tơ điện tử kỹ thuật số một pha OMWH-12-2 đảm bảo sự chính xác thông qua thời gian sử dụng bằng hiệu quả của mạch điện tiên tiến và ch-ơng trình tính toán Công tơ dựa trên cơ sở kỹ thuật đo l-ờng kỹ thuật số đáng tin cậy Đ-ợc thiết kế một cách bền chắc thể hiện qua vòng sống dài của sản phẩm

Công tơ điện tử kỹ thuật số một pha OMWH-12-2 đ-ợc sản xuất bằng cách sử dụng công nghệ tiên tiến nhất trong nhà máy đ-ợc chứng nhận đạt tiêu chuẩn ISO 9001 Công tơ điện tử kỹ thuật số một pha đ-ợc thủ nghiệm theo tiêu chuẩn IEC

Hình 2.3 : Công tơ điện tử 1 pha MONI