Điện năng sản xuất ra từ các nhà máy được bán cho các nơi tiêu thụ thông qua các đơn vị kinh doanh điện của công ty điện lực.. Hàng tháng, các nhân viên của đơn vị kinh doanh điện sẽ đế
Trang 1
CONG TRINH DU THI | GIẢI THƯỞNG “SINH VIÊN NGHIÊN CUU KHOA HOC’ ”
NAM 2003
TEN CONG TRINH:
CAI TIEN CONG TO KẾ TRUYEN THONG THÀNH a
CONG TO KE 3 GIÁ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG TÍNH
THUỘC NHÓM NGÀNH:
Trang 2
GIẢI THƯỞNG “SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC ”
NĂM 2003
TÊN CÔNG TRÌNH:
CAI TIEN CONG TO KE TRUYỀN THỐNG THÀNH
CONG TO KE 3 GIA VA XAY DUNG HE THONG TINH
TIEN DIEN TU XA
THUOC NHOM NGANH:
TRƯỜNG BHẦI - KIỂNH
Trang 3
TÓM TẮT
Nước ta đang chuẩn bị hội nhập vào AFTA và chuẩn bị cho việc gia
nhập WTO Vì vậy tính cạnh tranh của các doanh nghiệp sẽ tăng cao vì thế
ngành điện cũng cần có những chuẩn bị để sẵn sàng hội nhập Hiện nay,
ngành điện đang có một cơ cấu tổ chức nhân sự rất cổng kểnh vì vậy chi phí
sản xuất và tiêu thụ điện rất cao Để tài này được thực hiện nhằm đưa ra một
giải pháp để cải tổ lại bộ máy nhân sự của ngành điện để tăng khả năng cạnh
tranh trong quá trình hội nhập
Nội dung của để tài là cải tiến công tơ điện truyền thống thành công tơ
điện 3 giá và tính tiền điện từ xa qua đường dây điện Nội dung cụ thể như
sau:
- Chương 1: Tổng quan
Chương này trình bày tổng quan về hệ thống điện ở Việt nam và thực
trạng của quá trình tính tiền điện hiện tại Từ đó đặt bài toán để cải thiện tình
hình hiện tại
- - Chương 2: Xây dựng hệ thống
Chương này trình bày về hệ thống, nguyên lý làm việc của hệ thống,
giải pháp thực hiện việc cải tiến điện kế truyền thống thành điện kế 3 giá và
hệ thống tính tiền điện từ xa
- Chương 3: Kết luận và hướng phát triển của để tài
Trình bày kết quả, đánh giá và nêu hướng phát triển
Trang 4
641.342
Chương I : TỔNG QUAN
I SƠ LƯỢC VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN Ở VIỆT NAM:
Hệ thống điện ở VIỆT NAM được xem là một trong những hệ thống điện phức tạp trên thế giới (từ sản xuất cũng như trong phân phối cho tiêu dùng ), với nhiễu cấp, nhiều thành phần Vì điện năng ở VIỆT NAM vẫn còn
trong tình trạng nhà nước độc quyền quản lý nên chưa có những bước đột phá
trong cung cách quản lý Nhìn chung hệ thống điện ở VIỆT NAM từ sản
xuất đến tiêu dùng đi theo quá trình sau: |
Điện năng được sản xuất ra từ các nhà máy điện như: thuỷ điện, nhiệt
điện sau đó qua máy biến áp đầu cực để tăng áp lên cấp điện áp 1I0KV
(220 KV) và được truyền tải trên lưới chính để truyền tới nơi tiêu thụ với
khoảng cách xa: Từ các trạm biến áp phân phối điện áp được giảm từ 110KV
(220KV) xuống còn 15KV (22KV) Nguồn điện này cung cấp cho các khu
công nghiệp và qua biến áp 15KV(22KV)/ 0,4 (KV) để cung cấp cho các hộ
tiêu thụ dân dụng (Sơ đồ sản xuất và phân phối điện được minh họa như hình |
1)
Điện năng sản xuất ra từ các nhà máy được bán cho các nơi tiêu thụ
thông qua các đơn vị kinh doanh điện của công ty điện lực Các đơn vị kinh
doanh điện sẽ xây dựng 1 hệ thống phân phối đến từng đơn vị tiêu thụ điện
Hàng tháng, các nhân viên của đơn vị kinh doanh điện sẽ đến từng đơn vị tiêu
thụ để ghi lại điện năng tiêu thụ để trên cơ sở đó, các đơn vị kinh doanh điện
sẽ tính tiền và ¡n ra giấy báo số tiền mà đơn vị tiêu thụ phải nộp Đây là công
việc đòi hỏi các đơn vị kinh doanh điện phải có một số lượng nhân viện khá
lớn để thực hiện Với phương thức kinh doanh như hiện nay sẽ tổn tại một số
bất cập như sau:
- _ Chi phí nhân công của các đơn vị kinh doanh điện là khá lớn
- Dé nay sinh tiêu cực giữa nhân viên ghi điện và các đơn vị tiêu thụ
dẫn đến thất thoát
-_ Trong trường hợp những hộ tiêu thụ không có mặt ở nhà trong giờ
hành chánh thì sẽ rất khó khăn cho nhân viên ghi điện
Trước những vấn để bất cập như vậy, ngành điện đã có rất nhiều nghiên cứu khác nhau để khắc phục như:
- _ Giải pháp điện kế trả tiên trước (Điện lực Đồng Nai)
- - Ghi chỉ số điện kế bằng thiết bi vô tuyến
- _ Hệ thống tính tiển điện từ xa theo công nghệ của Canada
Trang 5
Tuy nhiên những nghiên cứu trên vẫn không thể thực hiện được do giá
thành thiết bị rất cao, chưa giải quyết được hết các bất cập tổn đọng vì những
lý do như sau:
- - Đối với giải pháp điện kế trả tiển trước thì sẽ gây bất tiện cho hộ
tiêu thụ vì khả năng cung cấp điện không liên tục do người sử dụng không kip
nạp thêm tiền vào tài khoản
- _ Trường hợp ghi chỉ số điện kế bằng thiết bị vô tuyến thì vẫn phải có
nhân viên đến từng hộ tiêu thụ để ghi điện vì vậy vẫn cần một lượng nhân
viên rất lớn
- _ Hệ thống tính tiển điện từ xa theo công nghệ nhập từ Canada thì giá
thành thiết bị khá cao (khoảng 150 USD) [Tạp chí tự động hoá] và phải thay
thế toàn bộ điện kế dẫn đến lãng phí khá nhiều
Đặc biệt, ngành điện lực đang hướng tới việc thành lập thị trường điện
cạnh tranh vào khoảng năm 2010 thì những vấn để bất cập phải được giải
quyết triệt để nhằm giảm giá thành để nâng cao tính cạnh tranh
Trước tình hình hiện nay, tôi để nghị biện pháp khắc phục bằng cách
xây dựng điện năng kế 3 giá và tính tiền điện từ xa
II MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI :
Xây dựng hệ thống tính tiền điện từ xa qua đường dây tải điện bằng
cách cải tiến điện năng kế truyền thống thành điện năng kế ba giá, nguyên
tắc cải tiến là lắp đặt thêm vào điện kế một mạch vi xử lý để đếm số vòng
quay của đĩa nhôm, trên cơ sở đó tính điện năng tiêu thụ theo thời gian, cộng
dồn, giám sát tình trạng tiêu thụ điện, lưu trữ, truyền dữ liệu về cho trung tâm
khi có yêu cầu từ trung tâm
Ngoài khả năng tính tiền điện từ xa, hệ thống còn có khả năng giám sát
tình hình tiêu thụ điện năng của các hộ tiêu thụ (Phát hiện hiện tượng gian lận
trong tiêu thụ điện)
II CƠ SỞ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI:
Dựa trên cơ sở tổng hợp những kiến thức đã học về Vi Xử Lý, kỹ thuật
truyền số liệu và mạng máy tính để giải quyết vấn đề đặt ra
Thiết kế, chế thử và chạy thử nghiệm trên mạng điện nội bộ để đánh
Trang 6
110KV 220KV
Trang 7
CHƯƠNG II: XÂY DỰNG HỆ THỐNG
I HE THỐNG TÍNH TIỀN ĐIỆN TỪ XA:
1 Sơ đồ khối của hệ thống:
Sơ đồ khối của hệ thống tính tiền điện từ xa được xây dựng như hình
Trang 8
Hình 3: Sơ đồ hệ thống tính tiền điện từ xa trên đường dây (15, 22 KV)
- - Cuộn dây L trên sơ đổ có nhiệm vụ ngăn chặn không cho tần số tín
hiệu truyền nhận dữ liệu đi vào máy biến áp và phụ tải
- - Dữ liệu được truyền nhận theo cơ chế Request-Reply
- Mach ghép nối có nhiệm vụ cách ly, điều chế và giải điều chế tín
hiệu truyền đi và nhận lại từ máy tính và các trạm (điện kế 3 giá và máy tính
tram)
- May tinh tram cé nhiém vu đọc đữ liệu gửi về từ các điện kế, thống
kê, lưu trữ và gửi về cho máy tính chủ để báo giá tiền cho hộ tiêu thụ
- Điện kế 3 giá được thiết kế để tính điện năng tiêu thụ của đơn vị
tiêu thụ điện theo 3 thời giá trong ngày, lưu trữ trong bộ nhớ và kiểm soát tính
hình tiêu thụ của đơn vị tiêu thụ điện Vào cuối mỗi tháng, điện kế sẽ gửi dữ
liệu về cho máy tính tạm khi có yêu cau Trong trường hợp phát hiện thấy
hiện tượng bất thường trong việc tiêu thụ điện của đơn vị tiêu thụ (Có dòng
mà điện kế không quay), điện kế sẽ báo về cho máy trạm biết để kịp thời xử
lý
2 Hoạt động của hệ thống:
Điện năng tiêu thụ và tình hình tiêu thụ điện ở các đơn vị tiêu thụ điện
được giám sát bởi điện kế Vào cuối mỗi tháng, máy tính trạm sẽ yêu cầu các
điện kế gửi tổng điện năng và điện năng tiêu thụ theo mỗi thời giá về cho
máy tính trạm (Mỗi máy tính trạm được thiết kế để quản lý cho một khu vực
nhỏ, khoảng 150 - 200 hộ tiêu thụ, tương ứng với số lượng hộ tiêu thụ của một
biến áp hạ thế) Khi muốn yêu cầu điện kế nào gửi đữ liệu, máy tính trạm sẽ
gữi địa chỉ của điện kế đó lên lưới (Mỗi điện kế được gán cho một địa chỉ
riêng) điện kế nào nhận được địa chỉ của mình sẽ bắt đầu quá trình truyền dữ
liệu cho đến khi truyền hết, điện kế sẽ báo frame endofdata để báo đã gửi
xong Sau khi đã nhận đầy đủ dữ liệu từ các điện kế, máy tính trạm sẽ tính
tiền tổng số tiền mà hộ tiêu thụ phải trả và gửi lại cho điện kế để thông báo
cho hộ tiêu thụ, đồng thời máy tính trạm sẽ gửi thông tin về các hộ tiêu thụ
cho máy tính chủ (đặt tại đơn vị kinh doanh điện) để in hoá đơn và thông kê
tình hình kinh doanh của đơn vị trong tháng
IIL MACH GHÉP NỐI:
Mạch ghép nối có nhiệm vụ cách ly, điều chế và giải điều chế tín hiệu
truyền trên đường dây điện Sơ đồ mạch như sau:
6
Trang 9
HI ĐIỆN KẾ BA GIÁ:
Điện kế 3 giá được cải tiến từ điện năng kế cảm ứng thông thường bằng cách gắn thêm vào một mạch vi điều khiển dùng để đếm số vòng quay của
đĩa nhôm, trên cơ sở đó tính tổng điện năng tiêu thụ, vì trong mạch có đồng
hồ thời gian thực nên điện năng tiêu thụ sẽ được ghi theo giờ để tính tiền theo
thời giá Sơ đồ nguyên lý như sau:
Trang 10
1 Nguyên lý làm việc của điện kế ba giá:
Mạch vi xử lý sẽ được gắn thêm vào điện kế, số vòng quay của đĩa
nhôm sẽ được đếm dựa vào vạch đen trên đĩa, khi đĩa quay được một vòng,
cảm biến sẽ phát hiện thấy vạch đen và tích lũy một xung (tương ứng với
1/450 KWh), điện năng tiêu thụ sẽ được lưu trữ trong IC DS1307, tổng điện
năng tiêu thụ trong tháng sẽ được reset về không sau khi đã gửi được đữ liệu
về cho trung tâm hệ thống led dùng để hiển thị tổng số tiền điện tiêu thụ tính
đến thời điểm hiện tại và hiển thị số tổng số tiền điện mà hộ tiêu thụ phải trả
trong tháng (do trung tâm gửi xuống)
Để xác định được số vòng quay của đĩa từ trong điện kế,ta dùng cẩm
biến để xác định Sau mỗi vòng quay cắm biến sẽ truyền một xung kích về -
89C51 Sơ đồ mạch cảm biến như sau:
Trang 11
Led phát được phát liên tục cho Led thu ,khi Led thu nhận được tín hiệu
của Led phát, sẽ phân cực cho Q1 dẫn, lúc này
- _ Điện thế ở chân 6 (-) của HA17393 lớn hơn điện thế ở chân 5 (+) thì ngõ ra
chân 7 ở mức thấp đưa vào chân số 2 của 555 cho ra mức 1 (Vec) 6 chan 3
- Ngược lại, nếu Led thu không nhận được tín hiệu của Led phát thì Ql
không được phân cực Lúc này ngỏ ra chân 7 của HAI7393 ở mức cao, nên
ngõ ra chân số 3của IC NE555 ở mức thấp
- Mức thấp của chân số 3 của IC NE555 sẽ tác động vào chân ngắt của của
vi xử lí AT89c51
3 Phát hiện øỉian lận trong tiéu thụ điện:
Để phát hiện tình trạng gian lận trong quá trình tiêu thụ điện ở các hộ
_ tiêu thụ, trong điện kế sẽ gắn thêm một mạch đo dòng điện, mạch đo dòng
điện này có nhiệm vụ phát hiện có dòng điện hay không có dòng điện Khi có dòng điệm mà đãi nhôm không quay thì mạch vi xử lý sẽ thông báo về cho trung tâm biết là hộ tiêu thụ đang gian lận trong tiêu thụ điện
4 Lưu trữ dữ liệu và tạo đồng hồ thời gian thực:
Việc lưu trữ dữ liệu và tạo đồng hồ thời gian thực được thực hiện nhờ
IC DS1307
a Đặc điểm của IC DS1307:
Trang 12
- Đồng hỗ đếm thời gian thực (RTC - Real time clock counts) đếm giây,
phút, giờ, ngày, tháng, ngày trong tuần, ngày trong tháng và năm nhuâần được
bù cho đến năm 2100
- 56-byte RAM tinh cho luu trữ đữ liệu
- - Hai đường truyền giao tiếp nối tiếp
- - Chương trình xuất tín hiệu tại ngõ ra là sóng vuông
- - Tự động chuyển mạch khi mất nguồn
- _ Để cho dao động chạy ít nhất phải tốn 500nA chế độ pin dự phòng -
- _ Nhiệt độ hoạt động từ :-40ˆC to 80”C
b Giới thiệu về DS 1307:
IC đếm thời gian thực DS1307 có công suất thấp, một bộ mã BCD đầy
đủ cho giờ và ngày tháng cùng với 56 byte cia SRAM tinh Dia chi va dữ liệu
được truyền nối tiếp nhờ 2 đường truyền trực tiếp Giờ và lịch cung cấp thông
tin về giây, phút, giờ, ngày, tháng và năm Cuối mỗi tháng thì tự động điều chỉnh ngày của tháng nhỏ hơn 31 ngày, đồng thời tự động điều chỉnh năm nhuần hoặc không nhuần Đồng hồ có thể hoạt động theo chế độ định dạng 24 giờ hoặc 12 giờ kết hợp với AM/PM được chỉ định DS1307 được gắn liền với
mạch cảm biến mất nguồn và tự động chuyển mạch qua nguồn pin dự phòng
—œ Hoạt động của IC DS 1307:
Hoạt động của DS1307 như là một thiết bị phụ trong đường truyền nối tiếp Sự truy cập đạt được bắt đầu khi có điều kiện “START” và cung cấp
thiết bị nhận dang bang mã bởi thanh ghi địa chỉ Thanh ghi đến sau có thể lấy
thông tin liên tục cho đến khi điển kiện dừng “STOP” xảy ra Khi nguồn Vcc
bị giảm xuống dưới mức 1.25xVgạ+ của thiết bị trong ngừng quá trình truy cập
và reset thiết bị đếm địa chỉ Ngõ vào của thiết bị sẽ không được công nhận
khi có dữ liệu sai từ ngõ ra của hệ thống sai số Khi Vcc<Vgạ+ thì thiết
bị chuyển mạch sẽ tự chuyển sang chế độ của nguồn dự phòng Khi nguồn
điện có lại, thiết bị chuyển mạch sẽ tự động chuyển về nguồn Vcc khi nguồn
Vcc >Vgạ+ +0.2V và khi Vcc Vgar*1.25 thì ngõ vào sẽ được tác động : |
Trang 13gợn thư nh mướn ee LOGE G5*8) POWERCOTDOL LÔ TT Tà
| DATE MONTH YEAR 7H SONTROL
“eH RSM
2H Số x S
Bảng đồ địa chỉ RAM và RTC của DS1307 trong hình 5 Thanh ghi của
RTC được tìm thấy từ địa chỉ 00h - 07h Thanh ghi RAM được định địa chỉ từ
08h-3Fh Suốt quá trình truy cập nhiều byte khi địa chỉ đạt tới 3Fh là kết thúc
khoảng trống của RAM nó quay trở lại địa chỉ 00h và bắt đầu vùng nhớ của
clock
e Thời gian và lịch:
Thông tin về thời gian và lịch thu được do đọc được đữ liệu từ các
thanh ghi về thời gian và lịch Thanh ghi RTC được minh hoạ như hình 5 Thời
gian và lịch được thiết lập hoặc cài đặt bởi ghi lên những thanh ghi tương ứng
Nội dung của thanh ghi thời gian và lịch là đạng BCD Bit 7 của thanh ghi Ô là
Bit nữa xung alock(CH) Khi bịt đặc lên [1] thi không cho phép dao động Khi
_ xóa về [0] thì mạch cho phép dao động
1]