Thiết kế mô đun điều khiển máy lọc dầu của máy biến áp lực tích hợp chức năng giám sát từ xa

b Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu Mục đích nghiên cứu của luận văn là thiết kế mô đun nhúng nhỏ gọn có đầy đủ chức năng điều khiển và giám sát từ xa cho h

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Anhquoctrinh56@gmail.com

HÀ N ỘI - 2020

Chữ ký của GVHD

Lời cảm ơn

Đầu tiên, Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo PGS TS Hoàng Sỹ Hồng, người hướng dẫn trực tiếp em thực hiện đề tài này Thầy đã có những định hướng, hướng dẫn, chỉ bảo và trao đổi với em trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu tại trường Đại học Bách khoa Hà Nội, cũng như trong suốt thời gian

em thực hiện luận văn tốt nghiệp của mình Em xin chân thành cảm ơn các thầy,

cô giáo đã trực tiếp giảng dạy và trau dồi cho em những kiến thức quý giá trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu tại trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Em cũng xin chân thành gửi lời cám ơn sâu sắc đến TS Hoàng Ngọc Nhân, Viện nghiên cứu về Điện tử-Tin học-Tự động hóa- Bộ Công Thương đã giúp đỡ em tiếp cận các nguồn tài liệu về công nghệ và các loại máy lọc dầu hiện nay trong thị trường Việt Nam

Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Viện Điện, Chuyên ngành Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hoá và các thầy cô Bộ môn Đo lường và Điều khiển đã tạo điều kiện thuận lợi giúp em hoàn thiện luận văn này

sử dụng phải được lọc để tách nước, khí gas, tăng điện áp đánh thủng…đảm

bảo rằng các thông số của dầu đáp ứng tốt cho máy biến áp Với xu hướng phát triển công nghệ thế giới, các hệ thống giám sát được tích hợp thêm các

chức năng như giám sát, điều khiển qua giao diện người – máy từ xa nhằm nắm bắt được các sự cố tức thời, đảm bảo khoảng cách an toàn và linh hoạt

Gần gũi với công việc đang làm, có cơ hội thuận lợi để tiếp cận và tìm hiểu các loại máy lọc dầu biến áp trong các trạm điện

b) Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu Mục đích nghiên cứu của luận văn là thiết kế mô đun nhúng nhỏ gọn có đầy đủ chức năng điều khiển và giám sát từ xa cho hệ thống máy lọc dầu máy biến áp trong các trạm điện tại Việt Nam

c) Tóm tắt cô đọng các nội dung chính và đóng góp mới của tác giả

Thời đại công nghệ tiên tiến hiện nay, một số máy lọc dầu vẫn còn sử dụng công nghệ cũ chưa có tính tự động hóa cao, chức năng giám sát quá

trình lọc dầu còn lạc hậu Tác giả đã cải tiến một hệ thống điều khiển quá trình khép kín: có các cảm biến để giám sát quá trình hoạt động, có các van đóng cắt cũng như điều chỉnh lưu lượng dầu để quá trình hoạt động được tốt

ưu nhất Trung tâm điều khiển được gói gọn trong một mô đun điều khiển

nhỏ gọn và kinh tế, được tích hợp chức năng truyền thông không dây wifi giúp người vận hành có thể điều khiển và giám sát từ xa qua internet d) Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu thiết kế một bộ điều khiển và truyền thông qua wifi, cài đặt được các tham số điều khiển và giám sát bám sát thực tế

vận hành của hệ thống hiện hữu và mô phỏng lại để thực hiện điều chỉnh tối

ưu Dựa trên các tài liệu kỹ thuật và quy trình vận hành thực tế của máy lọc dầu để hiểu được công nghệ từ đó xây dựng được thuật toán điều khiển; thiết kế và nâng cấp bộ điều khiển cho máy lọc dầu

e) Kết luận

Luận văn cơ bản đã đáp ứng được các yêu cầu đặt ra bạn đầu Các thiết

kế và mô phỏng được thực hiện thành công chạy đúng với bài toán đặt ra

Từ các nghiên cứu trong luận văn này cho thấy việc ứng dụng công nghệ và

áp dụng cho hệ thống máy lọc dầu máy biến áp là hoàn toàn khả thi, mang

lại giá trị kinh tế và hiệu quả kĩ thuật cao Phương pháp điều khiển giám sát

tự động và từ xa mang lại hiệu suất cao và an toàn hơn rất nhiều so với vận hành thủ công

Học viên thực hiện

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 KHÁI QUÁT VỀ MÁY LỌC DẦU 1

1.1 Khái quát về máy lọc dầu 1

1.2 Sơ đồ công nghệ của máy lọc dầu máy biến áp tiêu biểu 6

1.3 Kết luận chương 11

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MÁY LỌC DẦU 13

2.1 Các thiêt bị chính đang lắp trong máy lọc dầu 13

Bơm dầu vào, bơm dầu ra 13

02 Bơm chân không SV 300B 14

Cụm gia nhiệt 14

2.2 Lựa chọn thiết bị cho bộ điều khiển máy lọc dầu MAS 4000 15

Cảm biến nhiệt độ PT100 và IC MAX31865 15

Cảm biến lưu lượng dòng chảy 17

Cảm biến mức thấp, mức cao CR30 – 13DP 18

Cảm biến bọt VP03EP 19

Van điện từ xả bọt UNID 20

2.3 Thiết kế phần cứng 21

Tổng quan hệ thống điều khiển máy lọc dầu 21

Thiết kế mạch điều khiển nhúng 21

Danh sách tín hiệu vào/ra của MCU 22

Khối nguồn 23

Khối tín hiệu vào (Input) 24

Khối vi điều khiển trung tâm (MCU) 25

Khối truyền thông Wi-fi 26

Khối tín hiệu ra (Ouput) 30

Thiết kế mạch in cho hệ thống 33

2.4 Thiết kế phần mềm cho hệ thống 34

Yêu cầu của chương trình 34

Nguyên lý làm việc 34

Thiết kế phần mềm nhúng cho MCU 35

Thiết kế phần mềm nhúng cho ESP8266 12E 37

Xây dựng bản tin giao tiếp cho hệ thống 40

2.5 Truyền nhận dữ liệu đám mây MQTT CLOUD 41

2.6 Kết luận chương 42

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 43

3.1 Giao diện chọn chế độ 43

3.2 Giao diện hệ điều khiển máy lọc dầu máy biến áp lực 44

Chế độ điều khiển bằng tay 44

Chế độ điều khiển tự động 50

Các cảnh báo của hệ thống 54

3.3 Kết luận chương 55

Kết quả thiết kế mô đun nhúng 55

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 57

TÀI LIỆU THAM KHẢO 58

PH Ụ LỤC 60

1 Sơ đồ mạch lực hệ thống điều khiển máy lọc dầu MAS 4000 60

2 L ập trình điều khiển quá trình lọc dầu của MCU 68

3 Lập trình điều khiển khối truyền thông ESP8266 72

4 Chương trình ngắt khi nhận được bản tin UART 74

DANH M ỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Máy biến áp dầu trong thực tế 1

Hình 1.2 Công tác lọc dầu thực tế tại trạm biến áp [2] 2

Hình 1.3 Quy trình lọc dầu cơ bản 2

Hình 1.4 Mô hình máy lọc dầu kết nối với máy biến áp [3] 4

Hình 1.5 Máy lọc dầu MAS4000-TEC 5

Hình 1.6 Sơ đồ công nghệ máy lọc dầu MAXEI [4] 6

Hình 1.7 Máy lọc dầu MAXEI [5] 7

Hình 1.8 Sơ đồ công nghệ của máy lọc dầu KATO – KLVC [1] 7

Hình 1.9 Máy lọc dầu KATO - KLVC [6] 8

Hình 1.10 Sơ đồ công nghệ máy lọc dầu Globecore [7] 9

Hình 1.11 máy lọc dầu Globecore [1] 10

Hình 2.1 Máy bơm dầu Speck ASK 2001 [1] 13

Hình 2.2 Máy bơm chân không SV 300B [1] 14

Hình 2.3 Bộ điều khiển nhiệt độ E5CC – OMRON [1] 15

Hình 2.4 Cấu tạo cảm biến PT100 [8] 16

Hình 2.5 Kết nối đầu ra cho PT100 16

Hình 2.6 Mạch chuyển đổi tín hiệu RTD sang tín hiệu số MAX31865 17

Hình 2.7 Cảm biến lưu lượng dòng chảy 17

Hình 2.8 Cảm biến mức CR30-13DP [9] 18

Hình 2.9 Tín hiệu đầu ra của CR30- 15DP 19

Hình 2.10 Mã cảm biến VP03EP 19

Hình 2.11 Van điện từ UNID 20

Hình 2.12 Sơ đồ kết nối tổng quan hệ thống điều khiển máy lọc dầu 21

Hình 2.13 Sơ đồ khối phần cứng 22

Hình 2.14 Sơ đồ nguyên lý khối nguồn 23

Hình 2.15 Sơ đồ khối đầu vào input 24

Hình 2.16 Kết nối giữa PT100, Digital MAX31865 và MCU 25

Hình 2.17 Hình ảnh thực tế vi điều khiển STM32F103C8T6 25

Hình 2.18 Sơ đồ chân vi điều khiển STM32F103C8T6 26

Hình 2.19 Mô đun ESP8266 12E 27

Hình 2.20 Sơ đồ chân mô đun ESP8266 [12] 28

Hình 2.21 Khối mô đun wifi ESP8266 28

Hình 2.22 Nguyên lý “Smart config” của ESP8266 29

Hình 2.23 Hiện tượng dội phím thường gặp 29

Hình 2.24 Thiết kế mạch reset chống dội phím 30

Hình 2.25 Cấu tạo bên trong của ULN 2803 31

Hình 2.26 Sơ đồ chân output đi qua ULN2803 31

Hình 2.27 Sơ đồ khối đầu ra Ouput 32

Hình 2.28 Thiết kế mạch in 2 lớp dạng 2D 33

Hình 2.29 Thiết kế mạch in dạng 3D 33

Hình 2.30 Lưu đồ thuật toán chương trình điều khiển 35

Hình 2.31 Quá trình xử lý và truyền nhận dữ liệu của MCU 36

Hình 2.32 Đặc trưng của smartconfig của ESP8266 12E 38

Hình 2.33 Khung bản tin UDP mà ứng dụng ESP Touch gửi đi 38

Hình 2.34 Cài đặt mật khẩu wifi cho esp bằng ứng dụng Esptouch 38

Hình 2.35 Lưu đồ thuật toán cho ESP8266 39

Hình 2.36 Bản tin JSON gửi từ ESP8266 lên MQTT Cloud 40

Hình 2.37 Sơ đồ truyền tin của hệ thống điều khiển 41

Hình 3.1 Khung giao diện Panel MQTT Configuaration 43

Hình 3.2 Khung giao diện Control Panel 43

Hình 3.3 Khung giao diện System Alarm 43

Hình 3.4 Khung giao diện System Status 43

Hình 3.5 Cấu hình kết nối tới MQTT Cloud 44

Hình 3.6 Thông báo kết nối tới cloud thành công 44

Hình 3.7 Bản tin được hồi đáp khi kết nối thành công 44

Hình 3.8 Khởi động hệ thống ở chế độ MANUAL 45

Hình 3.9 Trạng thái của hệ thống ở chế độ MANUAL 45

Hình 3.10 Khởi động bộ Cooler và bơm chân không Vac 46

Hình 3.11 Khởi động bơm chân không Root 46

Hình 3.12 Khởi động bơm dầu vào 47

Hình 3.13 Khởi động một bộ gia nhiệt 47

Hình 3.14 Khởi động 2 bộ gia nhiệt 48

Hình 3.15 Khởi động bơm 2 để hút dầu ra 48

Hình 3.16 Ngắt bơm dầu vào khi cảm biến mức cao tác động 49

Hình 3.17 Cả 2 bơm hoạt động khi mức dầu ổn định 49

Hình 3.18 Ngắt bơm dầu ra nếu cảm biến mức thấp không tích cực 50

Hình 3.19 Kích hoạt van xả bọt khí VE 50

Hình 3.20 Khởi động hệ thống ở chế độ Auto 51

Hình 3.21 Bộ gia nhiệt hoạt động 51

Hình 3.22 Bơm dầu ra hoạt động 52

Hình 3.23 Ngắt bơm dầu vào khi cảm biến mức cao tác động 52

Hình 3.24 Bơm dầu vào hoạt động trở lại 53

Hình 3.25 Ngắt bơm dầu ra khi mức dầu dưới mức thấp 53

Hình 3.26 Van điện tử VE hoạt động 53

Hình 3.27 Cảnh báo mức cao 54

Hình 3.28 Cảnh báo quá nhiệt 54

Hình 3.29 Cảnh báo thay phin lọc 55

Hình 3.30 Hình ảnh mô đun thực tế 56

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Đặc tính kỹ thuật của dầu cách điện máy biến áp 3

Bảng 1.2 Tiêu chuẩn của dầu sau khi lọc 8

Bảng 2.1 Các thông số của máy bơm chân không SV 300B 14

Bảng 2.2 Thông số kỹ thuật cảm biến bọt 19

Bảng 2.3 Danh sách tín hiệu vào/ra của MCU 22

DANH MỤC THUẬT NGỮ VÀ CÁC TỪ VIẾT TẮT

Ch ữ cái viết tắt/ ký

PLC Bộ điều khiển logic khả trình

CHƯƠNG 1 KHÁI QUÁT VỀ MÁY LỌC DẦU

1.1 Khái quát về máy lọc dầu

Trong hệ thống truyền tải điện, máy biến áp là một thiết bị rất quan trọng (hình.1.1) Khi xảy ra sự cố có thể ảnh hưởng đến việc sử dụng điện của cả một khu vực Vì vậy, việc đảm bảo trạng thái làm việc ổn định của máy biến áp là vô vùng quan trọng Môi trường dầu bên trong máy biến áp đóng vai trò quan trọng vừa làm tăng độ bền cách điện, vừa hỗ trợ làm mát các cuộn dây Nhưng đi kèm với đó, thì dầu bên trong máy biến áp lại rất dễ bị mất và giảm thông số tiêu chuẩn an toàn khi sử dụng trong thời gian dài Lúc này, việc thay hoàn toàn dầu trong máy biến áp tốn rất nhiều chi phí và nếu liên tục sử dụng thì đây cũng không phải một giải pháp tối ưu [1]

Hình 1.1 Máy bi ến áp dầu trong thực tế

Giải pháp hiệu quả hơn là tái sử dụng lại dầu máy biến áp đã qua sử dụng sau khi được loại bỏ cặn bẩn, hơi nước và các khí hoà tan, giúp tiết kiệm nhiều

về chi phí và chất lượng dầu sau khi tái chế vẫn đáp ứng được các thông số an toàn và tiêu chuẩn kỹ thuật theo quy định Máy lọc dầu là một hệ thống thực hiện quá trình lọc những thành phần không cần thiết ảnh hưởng tới chất lượng của

dầu, đạt được những tiêu chuẩn cần thiết cho dầu (hình 1.2) Cơ cấu về các sản phẩm dầu phải đáp ứng được nhu cầu của thị trường, đảm bảo về chất lượng của

dầu theo tiêu chuẩn chất lượng đã quy định để sử dụng cho các thiết bị trong các nhà máy, khu công nghiệp như: máy biến áp, turbin, … Mục đích của máy lọc

dầu là loại bỏ các tạp chất như nước, các cặn bẩn, khí hòa tan, …có trong dầu để đảm bảo quá trình vận hành tốt nhất cho thiết bị

Hình 1.2 Công tác lọc dầu thực tế tại trạm biến áp [2]

Các tính chất của dầu trước khi được xử lý, lọc:

- Dầu trước khi lọc có chứa nhiều các cặn bẩn, không đạt tiêu chuẩn về

độ nhớt và điện áp đánh thủng

- Trong dầu có chứa hàm lượng nước và các khí hòa tan gây ảnh hưởng

nhất định đến chất lượng của dầu làm cho quá trình hoạt động của các thiết bị không được an toàn, không hoạt động được với công suất tốt

nhất

- Trong dầu chưa được xử lý có thể chứa các hợp chất lưu (như H2S, ) Những hợp chất lưu huỳnh này sẽ tác dụng với kim loại có trong

dầu đặc biệt đối với đồng (Cu) gây ra sự ăn mòn

Quy trình của một máy lọc dầu cơ bản (hình 1.3):

Hình 1.3 Quy trình lọc dầu cơ bản

Dầu được hút từ máy biến áp rồi đưa đến bộ gia nhiệt (làm nóng dầu) Trong bộ gia nhiệt dầu được làm nóng lên đến nhiệt độ quy định từ 500C đến

700C (tùy từng loại máy, hãng sản xuất) Sau đó được đưa vào bình chân không bằng đầu phun sương (hoặc các yếu tố phân tán) để tạo tối đa sự tiếp xúc của dầu

với chân không trong bình Nước trong dầu sẽ bốc hơi và được hút vào bình ngưng để chuyển đổi nước từ thể hơi sang thể lỏng rồi được bơm vào bình chứa

Dầu sau khi được khử nước sẽ được đưa ra bằng bơm xả Dầu sẽ được đưa qua

bộ lọc hạt có hiệu suất cao và được đưa trở lại hệ thống cần sử dụng

Có thể phân loại máy lọc dầu theo chức năng hoặc theo đối tượng ứng dụng trong đó theo chức năng có: Máy lọc dầu ly tâm: lọc cặn; Phin lọc: lọc cặn; Hấp thụ nước: làm lượng nước có trong dầu giảm, theo đối tượng có: Máy lọc dầu máy biến áp; Máy lọc dầu Turbin [1]

Trong nghiên cứu này học viên sẽ nghiên cứu về máy lọc dầu theo đối tượng: máy lọc dầu cho máy biến áp lực

T ại sao phải lọc dầu cho máy biến áp?

- Dầu trước khi lọc có chứa hàm lượng cao các chất khí hòa tan như: H2,

CO, CO2, O2, N2, CH4, CH2, C2H2, C2H6 Trong quá trình hoạt động của máy

biến áp, các chất này có trong dầu sẽ tạo ra phản ứng hóa học dẫn đến sự cố nghiêm trọng trong máy biến áp (phóng điện cục bộ, hồ quang và tăng nhiệt cục

bộ)

- Đo hàm lượng nước, acid, độ nhiễm bẩn và cường độ điện trường đánh

thủng của dầu, để đưa ra tình trạng tổng quan của dầu và các bộ phận của máy

biến áp bên trong dầu Chất lượng của dầu đóng vai trò quan trọng trong việc ngăn ngừa sự xuống cấp của dầu cách điện và kéo dài tuổi thọ máy biến áp

- Dầu sử dụng trong máy biến áp thường là dầu khoáng Trong dầu có thể chứa các hợp chất của S (lưu huỳnh), phần lớn sẽ bị loại bỏ trong quá trình tinh

chế Tuy nhiên vẫn còn sót lại lượng rất nhỏ Những hợp chất lưu huỳnh này sẽ tác dụng với kim loại có trong dầu đặc biệt đối với đồng, gây ra sự ăn mòn giấy cách điện và ăn mòn thanh đồng (cuộn dây) trong máy biến áp

Dầu sử dụng cho máy biến áp phải đáp ứng được những yêu cầu sau:

Bảng 1.1 Đặc tính kỹ thuật của dầu cách điện máy biến áp

- Dầu cho máy biến áp thường có thời gian sử dụng kéo dài nhờ khả năng

chống oxi hóa, chống lại sự hình thành cặn, độ ổn định nhiệt độ tốt giúp cho dầu tăng khả năng chịu tải trọng nhiệt cao giúp tiết kiệm chi phí bảo dưỡng

- Có tính cách điện cao

- Độ nhớt thấp giúp giải nhiệt tốt

- Khả năng chống oxy hóa tốt -> kéo dài tuổi thọ dầu

- Điểm chớp cháy cao nên tránh được nguy cơ cháy nổ

- Khả năng tách nhũ tốt, đảm bảo tách nước hoàn toàn trong trường hợp dầu

về chất lượng cũng như độ an toàn của dầu khi sử dụng cho máy biến áp Cùng

với hàng loạt các quy trình, công nghệ lọc và xử lý dầu hiện đại để cho ra một

sản phẩm dầu tốt nhất

Mô hình máy lọc dầu kết nối trực tiếp với máy biến áp như hình 1.4 Quá trình lọc được lặp đi lặp lại cho đến khi dầu đạt được tiêu chuẩn sử dụng trong máy biến áp Để đạt được thông số theo yêu cầu của dầu sử dụng cho máy biến

áp, máy lọc dầu phải được nối với máy biến áp và lọc theo hình thức đối lưu

Hình 1.4 Mô hình máy lọc dầu kết nối với máy biến áp [3]

Ví dụ: Máy lọc dầu online MAS4000 – TEC:

- Tính năng: Lọc dầu khi máy biến áp vẫn hoạt động bình thường

- Thông số kỹ thuật:

+ Công nghệ TEC

+ Lưu lượng có thể thay đổi từ 2000 – 4000 l/giờ lọc online và từ 1000 –

4000 l/giờ offline

+ Công suất gia nhiệt: 64 kW

Hình 1.5 Máy l ọc dầu MAS4000-TEC

+ Tốc độ tăng nhiệt ở lưu lượng biểu kiến: 270C

+ Công suất tổng: 74kW

+ Phin lọc: Luôn đạt 95 %

+ Đo áp suất chân không bằng cảm biến pirani

+ Lưu lượng bơm chân không 180 m3/giờ

+ Có hệ thống ống nối với máy biến áp, hệ thống van, các cảm biến đo lường, điều khiển, cảnh báo, kiểu ống nối Guillemin DN40

+ Một bình khử khí an toàn để bảo vệ máy biến áp

+ Ba van cách ly (cao, thấp và truyền qua) và phụ kiện nối với MBA + Kiểm soát liên tục nhiệt độ của dầu vào trước khử khí

+ Kiểm soát liên tục việc quá áp trong hệ thống đường ống bởi bộ điều khiển áp suất, van giảm áp

+ Đo lưu lượng dầu vào kết hợp với van tỷ lệ trước khi dầu đi vào bình

khử khí để đảm bảo dầu vào một cách liên tục điều khiển bằng PLC

+ Liên tục giám sát mức dầu trong bình chứa của máy biến áp để bảo vệ máy biến áp

+ Tự động điều chỉnh bọt khí trong bình tách khí

+ Điều khiển từ xa của các bộ lọc khi bị tắc nghẽn với cảm biến chênh áp + Triệt tiêu hoàn toàn khí tự do và bọt khí tại đầu ra của máy lọc dầu + Kiểm soát chân không với bộ đo chân không và áp kế

+ Có máy khí nén độc lập

+ Có kính để giám sát dòng chảy dầu tại đầu ra máy

+ Khởi động tuần tự và tự khởi động lại quá trình lọc

+ Có bình tách hơi nước và khí

+ Có bình tách khí độc lập nhằm bỏ khí còn lại trong dầu trước khi đưa vào máy biến áp [1]

1.2 S ơ đồ công nghệ của máy lọc dầu máy biến áp tiêu biểu

Hiện nay trên thế giới đã có các hãng sản xuất máy lọc dầu cho máy biến áp như MAXEI (Pháp), KATO (Nhật), Globecore (Ukaine) đều có bán trên thị trường Mỗi hãng đều có các đặc điểm và công nghệ khác nhau nhưng đều theo một quy trình lọc dầu nhất định

Sơ đồ công nghệ của máy lọc dầu Maxei như hình 1.6 và hình ảnh thực tế của máy lọc dầu Maxei hình 1.7

Hình 1.6 Sơ đồ công nghệ máy lọc dầu MAXEI [4]

Dầu sẽ được tách các cặn bẩn bởi các phin lọc thô và phin lọc tình, mắt lọc càng bé thì chất lượng dầu càng tốt, tuy nhiên nó sẽ ảnh hưởng đến lưu lượng của

dầu Thông thường bộ lọc thô là các lưới lọc, và bộ lọc tinh với kích thước mắt

lọc 1µm

Để tách khí và hơi nước trong dầu, ta dùng công nghệ chân không, dầu sẽ được gia nhiệt, theo các nghiên cứu và thực tiễn thì nhiệt độ gia nhiệt nên ở 700C

Nếu nhiệt độ tăng thêm thì việc tách nước và khí hòa tan trong dầu nhanh hơn, tuy nhiên dầu dễ bị lão hóa Nếu nhiệt độ thấp thì việc tách nước và khí hòa sẽ

chậm hơn, dầu khó đạt được các thông số yêu cầu Dầu được làm nóng sẽ được dẫn vào buồng chân không dưới dạng đầu phun sương Khí hòa tan và hơi nước

sẽ được tách ra đi theo đường hút chân không ra ngoài Dầu sau khi lọc được đưa

ra ngoài qua hệ thống bơm dầu ra Quá trình lọc được thực hiện một cách tuần hoàn, đến khi dầu sau khi lọc đạt được các thông số như yêu cầu

Hình 1.7 Máy l ọc dầu MAXEI [5]

 Sơ đồ công nghệ máy lọc dầu Kato (hình 1.8):

Hình 1.8 Sơ đồ công nghệ của máy lọc dầu KATO – KLVC [1]

Máy lọc dầu chân không KATO có sẵn trong 4 mô hình cơ bản: KLV-LAX, KLVC-AX, KLVC-AX-I, và KLVC-AX-II với công suất lọc từ 500 l/giờ đến

20000 l/giờ

Ứng dụng: Máy biến áp (dầu cách điện), máy bơm chân không, máy nén, các bộ phận thủy lực, dầu silicon, dầu tuabin

Các tính năng tiêu chuẩn:

- Bộ gia nhiệt mật độ thấp

- Hệ thống chân không đơn hoặc hai giai đoạn với động cơ làm mát

bằng quạt tuần hoàn kín (TEFC)

- Buồng chân không với thiết kế hiệu quả với diện tích bay hơi lớn

- Các thiết bị cảm biến bảo vệ hệ thống

- Báo động áp suất cao

- Mức dầu cao báo động trong buồng chân không

- Mức độ bọt cao báo động trong buồng chân không

Hình 1.9 Máy lọc dầu KATO - KLVC [6]

Tiêu chuẩn của dầu biến áp sau khi lọc theo hãng KATO:

Ban dầu Kết quả sau 1 lần lọc Kết quả sau 3 lần lọc (No

Máy lọc dầu chân không KATO sử dụng để tinh chế dầu cách điện hoặc

thủy lực hoặc cho bất kỳ ứng dụng nào đòi hỏi mức độ thanh lọc cao

đầu vào, sau đó đi qua bộ lọc, bộ gia nhiệt, bộ lọc thô Bộ gia nhiệt có nhiệm vụ làm nóng dầu, dầu được làm nóng đến nhiệt độ từ 300C đến 500C Sau đó đi vào

buồng chân không Vì dầu chưa xử lý đang trong quá trình hút chân không trong quá trình này, áp suất tuyệt đối giảm, dẫn đến nhiệt độ sôi thấp hơn đáng kể đối

với các loại dầu chưa xử lý Khi dầu được làm nóng đến nhiệt độ quy định thì dầu sẽ được truyền qua màng mỏng chứa các nguyên tố khử khí Điều này cho phép nó tiếp xúc tối đa với chân không để mất nước và khử khí Bơm chân không hút ẩm và khí hòa tan dưới dạng hơi Dầu sau khi được xử lý được bơm từ buồng chân không qua bộ lọc tinh và đến van đầu ra

Hình 1.10 Sơ đồ công nghệ máy lọc dầu Globecore [7]

Máy lọc dầu chân không Globecore có công suất lọc tối đa là 4000 l/giờ

Độ ồn từ máy phát ra dưới 80 dB Dầu sau khi lọc qua máy lọc dầu chân không Globecore:

- Khử nước có trong dầu: Từ 100 ppm xuống 10 ppm và từ 50 ppm xuống 5 ppm sau 1 lần lọc và xuống 3 ppm sau 3 lần lọc

- Giảm hàm lượng khí từ bão hòa hoàn toàn với không khí (10 đến 12% thể tích) xuống dưới 0,1 %

- Độ tinh lọc: 5um

- Điện áp đánh thủng: trên 70 kV

Nguyên lý ho ạt động: Máy lọc dầu hoạt động theo các chế độ sau: Gia nhi ệt cho dầu và lọc: Dầu đi vào qua hệ thống van K1, lưới lọc PF,

van K10 và được bơm vào bởi máy bơm dầu P1 rồi đi vào bộ gia nhiệt MN, bộ

lọc F1, van K2, K5 rồi đi tới hệ thống đầu ra

Quá trình làm nóng và làm s ạch dầu: Sau khi dầu được đưa vào qua hệ

thống các van sẽ đi đến bộ gia nhiệt MN Trong bộ gia nhiệt, nhiệt độ của dầu từ

500C đến 600C và được tinh chế (làm sạch) các tạp chất cơ học Sau đó dầu đi qua van K3 để vào bình chân không Chân không trong bình chứa được tạo ra bởi bơm hút chân không VP, được duy trì bởi van K11 và được điều khiển bằng máy

đo chân không VM Không khí được cung cấp vào trong bình chứa qua bộ lọc

ẩm FV, sự tăng lên của không khí mang theo khí và hơi nước từ bề mặt dầu, theo cách này dầu được sấy khô Dầu sau khi được xử lý trong bình chân không, được đưa trở lại bằng bơm dầu P2 qua van K8, K9, bộ lọc dầu F2, van K5 và đi vào bình chứa dầu sạch Chân không trong bình chứa được tạo ra bởi bơm chân không VP1 và được duy trì ở 0,8 bar trong suốt quá trình hoạt động

Hút chân không cho máy biến áp để trong quá trình hoạt động không làm cho

dầu bị ẩm và loại bỏ các cặn bẩn có trong không khí

Hình 1.11 máy l ọc dầu Globecore [1]

Đánh giá công nghệ hiện hữu của các loại máy lọc dầu và phương án cải

ti ến:

Lo ại máy

Máy lọc

dầu Maxei - Điều khiển bằng nút bấm và công tắc trên tủ, giám sát qua

đồng hồ cơ đo áp suất, lưu

lượng, đèn báo

- Hệ thống điều khiển lạc hậu,

không có màn hình HMI

Công nghệ điều khiển của các

loại máy lọc dầu phổ biến tại Việt Nam của các hãng Maxei, KATO, Globecore còn đơn giản

và lạc hậu, chưa có tính tự động hoá cao

Áp dụng các công nghệ mới

hiện nay, học viên cải tiến hệ

thống điều khiển của máy lọc

dầu như sau:

- Thiết kế mô đun nhúng đầy đủ

chức năng điều khiển giám sát

với giá thành rẻ và nhỏ gọn

- Thiết kế giao diện HMI trực quan giúp người vận hành dễ dàng thao tác và kiểm soát máy

- Thiết kế chức năng truyền thông từ xa, người vận hành

có thể giám sát từ xa không dây, đảm bảo khoảng cách an toàn và linh hoạt

Máy lọc

dầu

KATO

- Điều khiển bằng nút bấm và

công tắc trên tủ, giám sát qua

đồng hồ cơ đo áp suất, lưu

công tắc trên tủ, giám sát qua

đồng hồ cơ đo áp suất, lưu

Hiện tại, đề tài nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển cho máy lọc dầu máy biến áp, đã có tác giả Trần Xuân Ngọc nghiên cứu và phát triển, với luận văn thạc sỹ khoa học: Nghiên cứu, cải tiến hệ thống điều khiển cho máy lọc dầu máy biến áp lực năm 2020 Tác gỉa đã thiết kế hệ thống điều khiển lọc dầu sử

dụng PLC S7-1200

Tác giả Trần Xuân Ngọc sử dụng PLC S7-1200 trong hệ thống điều khiển giúp đảm bảo hệ thống điều khiển hoạt động ổn định hơn, nhưng dẫn tới gia tăng chi phí sản xuất ra bộ điều khiển Để tặng tính cạnh tranh về mặt kinh tế, học viên lựa chọn thiết kế mô đun nhúng nhỏ gọn để điều khiển quá trình lọc dầu,

vừa linh hoạt trong việc mở rộng vừa giảm chi phí sản xuất ra bộ điều khiển

Ngoài ra, căn cứ theo nhu cầu thực tế trong công tác lọc dầu định kỳ cho máy biến áp, thời gian lọc dầu cho máy biến áp có thể kéo dài cả ngày, việc giám sát trực tiếp tại máy lọc dầu gặp hạn chế khi thời tiết xấu như mưa gió, giông bão làm phát sinh thêm nhân lực chỉ để giám sát máy hoạt động

Học viên đã nghiên cứu và thiết kế thêm chức năng giám sát xa vào mô đun điều khiển, giúp người vận hành có thể giám sát máy hoạt động từ trung tâm điều khiển và các nơi khác Việc tích hợp tính năng giám sát xa giúp tiết kiệm hơn về nhân lực, theo đó giảm chi phí vận hành Tăng cường mức độ an toàn và linh hoạt khi nhiều người có thể cùng giám sát khi đang ở nhiều vị trí làm việc khác nhau

Với định hướng phát triển của Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) là chuyển dần các trạm biến áp có người trực thành trạm biến áp không người trực; nhiều trạm biến áp được điều khiển giám sát từ xa chỉ qua một Trung tâm điều khiển xa Càng khẳng định rằng, việc tích hợp chức năng điều khiển giám sát xa cho máy lọc dầu là điều cần thiết

Phần thiết kế mô đun điều khiển và giao diện giám sát không dây từ xa cho máy lọc dầu sẽ được trình bày ở các chương tiếp theo của luận văn này

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MÁY LỌC DẦU

Trong khuôn khổ nghiên cứu của luận văn Được sự giới thiệu và hướng dẫn

trực tiếp của PGS Hoàng Sỹ Hồng, học viên đã có điều kiện tiếp cận và nghiên

cứu về loại máy lọc dầu phổ biến tại Việt Nam là MAS 4000 của hãng MAXEI Trong luận văn này, học viên sẽ tìm hiểu lựa chọn máy lọc dầu MAS

ARRAS-4000 làm đối tượng nghiên cứu và thiết kế mô đun điều khiển, tích hợp chức năng giám sát từ xa nhằm nâng cấp hoạt động cho chúng

MAS 4000 được thiết kế để xử lý và lọc các loại dầu: dầu cách điện, dầu bôi trơn, dầu thủy lực Với công suất lọc lên đến 4000 lít/giờ MAS 4000 được ứng

dụng rộng rãi trong sửa chữa, lắp đặt, vận hành, bảo trì, bảo dưỡng các loại máy

biến áp, các loại động cơ

Hệ thống điều khiển lọc dầu của MAS 4000 hiện đã lạc hậu, người vận hành điều khiển bằng cách bật tắt các nút ấn trên tủ để đóng cắt các rơ le và cuộn hút Học viên đã tìm hiểu các thiết bị đang được lắp trong máy lọc dầu hiện hữu

và đưa ra phưng án tận dụng lại các thiết bị cũ, lắp thêm các thiết bị mới, chi tiết

được trình bày cụ thể tại “mục 2.1 Các thiêt bị đang lắp trong máy lọc dầu” và

“m ục 2.2 Lựa chọn thiết bị cho bộ điều khiển” dưới đây

2.1 Các thiêt b ị chính đang lắp trong máy lọc dầu

Máy lọc dầu MAS 4000 đang được lắp các thiết bị chính gồm:

- 02 Cụm gia nhiệt (mỗi bộ 32 kW)

- Bơm dầu vào (2,2 kW – 3 pha)

- Bơm dầu ra (3 kW – 3 pha)

- Bơm chân không 1 (2.2 kW)

- Bơm chân không 2 (1,1 kW)

Sơ đồ mạch lực của máy lọc dầu thể hiện tại “Mục 1: Sơ đồ mạch lực hệ

th ống điều khiển máy lọc dầu MAS 4000” - trang 60 của Phụ lục

Bơm dầu vào, bơm dầu ra

Hình 2.1 Máy bơm dầu Speck ASK 2001 [1]

- Tốc độ dòng tối đa là 2,5 m3/giờ

- Hiệu suất động cơ: 0,37 – 4 kW

- Thích hợp cho việc phân phối khí / tự mồi

- Thích hợp cho chất lỏng không có chất gây ô nhiễm và không có hạt rắn

- Dải nhiệt độ hoạt động từ -1000C đến 3500C

Hệ thống mô đun :

- Máy bơm đa tầng nằm ngang

- Có sẵn trong nhiều loại vật liệu với các thành phần từ gang đúc bằng thép không gỉ, đồng và gang đúc

- Thiết kế với then cài cơ khí và khớp nối

02 Bơm chân không SV 300B

Hình 2.2 Máy bơm chân không SV 300B [1]

Bảng 2.1 Các thông số của máy bơm chân không SV 300B

Trong cụm gia nhiệt, bộ điều khiển nhiệt độ là quan trọng nhất bởi nhiệt độ

của dầu quyết định phần lớn đến chất lượng của dầu ra Các máy lọc dầu MAS4000 hầu hết đang sử dụng 02 bộ điều khiển nhiệt độ E5CC – OMRON,

cảm biến PT100 được sử dụng để đo nhiệt độ trong đường ống sau khi gia nhiệt

và gửi tín hiệu điện trở về bộ điều khiển

Máy lọc dầu MAS4000 đang sử dụng 2 bộ gia nhiệt bởi vì:

- Khi máy lọc dầu hoạt động lọc với một lượng dầu ít thì chỉ cần 1 bộ gia nhiệt là đủ Nhưng khi phải lọc với một lượng dầu lớn thì 1 bộ gia nhiệt sẽ không đủ công suất để làm nóng dầu một nhiệt độ nhất định

- Khi dùng một bộ gia nhiệt với lưu lượng lớn dầu sẽ không làm nóng lên được nhiệt độ tiêu chuẩn dẫn đến chất lượng của dầu kém, không

an toàn

Hình 2.3 Bộ điều khiển nhiệt độ E5CC – OMRON [1]

- Nguồn cấp: 100 đến 240 VAC, 50/60 Hz

- Ngõ vào: PT 100, Can K, tương tự

- Phương pháp điều khiển: Đóng/mở hoặc PID

- Ngõ ra điều khiển 1: 12 VDC ± 20 %, dòng tải tối đa 21 mA, có bảo vệ

ngắn mạch

- Ngõ ra điều khiển 2: không

- Ngõ ra alarm: 2 tiếp điểm thưởng mở 3A-250 VAC

Các đồng hồ điều khiển nhiệt độ E5CC – OMRON đang được lắp không có giao thức truyền thông (Theo tài liệu kỹ thuật của hãng, đồng hồ có ngõ ra giao

tiếp 4-20mA, nhưng nằm trong phần option, nếu không lựa chọn khi mua, hãng

sẽ không tích hợp các option này Hiện các đồng hồ đang được lắp trên MAS4000 không được trang bị option này) Do đó, học viên đã thiết kế thêm

mạch đo nhiệt độ của dầu khi lọc, có thể gửi tín hiệu lên cho MCU

2.2 L ựa chọn thiết bị cho bộ điều khiển máy lọc dầu MAS 4000

Cảm biến nhiệt độ PT100 và IC MAX31865

Như đã trình bày tại mục 2.1, Do đồng hồ điều khiển nhiệt độ hiện hữu không có giao thức truyền thông, học viên đã thiết kế thêm 01 cảm biến PT100, dùng IC MAX31865 để đọc giá trị điện trở từ PT100 và gửi về MCU qua giao

thức SPI, chi tiết phần cứng như sau:

 C ảm biến PT100:

Cảm biến nhiệt độ PT 100 dùng để đo tất cả các ứng dụng đo nhiệt độ trong công nghiệp có dãy đo – 2000C đến 8500C Với vật liệu làm bằng Platinum chịu được nhiệt độ cao và thời gian đáp ứng nhanh

PT100 là thiết bị phát hiện nhiệt độ, đầu ra là tín hiệu điện trở

- PT: viết tắt của vật liệu Platinum

- 100: khi nhiệt độ là 0°C thì có giá trị điện trở là 100Ω

Hình 2.4 Cấu tạo cảm biến PT100 [8]

Hình 2.5 Kết nối đầu ra cho PT100

Đối với tín hiệu điện trở từ cảm biến nhiệt độ PT100, học viên sử dụng mô đun chuyển đổi tín hiệu RTD sang tín hiệu số MAX31865 (hình 2.6) Đây là IC được sử dụng để khuếch đại và chuyển tín hiệu từ các loại cảm biến Platium như PT100/PT1000 sang Tín hiệu số với chuẩn giao tiếp SPI có thể dễ dàng giao tiếp với vi điều khiển

Hình 2.6 Mạch chuyển đổi tín hiệu RTD sang tín hiệu số MAX31865

Thông số kỹ thuật của mạch chuyển đổi MAX31865:

- Điện áp sử dụng: 3~5VDC

- Điện áp giao tiếp: 3~5VDC

- Chuẩn giao tiếp: SPI

- Sử dụng cho các loại cảm biến RTD: PT100/PT1000

- Kích thước: 28 x 26mm

Cảm biến lưu lượng dòng chảy

quạt, khi có dòng nước chảy qua làm cho cánh quạt quay, cảm biến hall sẽ đưa ra tín hiệu xung, dựa vào tần số của xung đưa ra ta có thể xác định được tốc độ dòng chảy

Hình 2.7 Cảm biến lưu lượng dòng chảy

- Cân nặng: 43g

- Đường kính ren ngoài: 20mm, Đường kính ống trong: 10mm

Sơ đồ chân:

- Black (Đen): Nối đất

- Red (Đỏ): Nguồn cấp chân VCC

- Yellow (Vàng): Tín hiệu ra

- Tần số tín hiệu đầu ra: F=7.5xQ (lít/phút)

Trong đó:

Q: Lưu lượng nước; F: Tần số tín hiệu đầu ra (Hz); 7.5: Hằng số

VD: 1 lít nước sẽ có công thức: 1x7.5x60 = 450 xung trong 1 giây

Cảm biến tiệm cận điện dung CR30-15DP không đòi hỏi đối tượng là kim

loại, đối tượng phát hiện có thể là chất lỏng, vật liệu phi kim, thủy tinh, nhựa

- Tốc độ chuyển mạch tương đối nhanh, có thể phát hiện các đối tượng kích thước nhỏ, phạm vi cảm nhận lớn

- Tuổi thọ cảm biến Autonics CR30-15DP dài và độ tin cậy cao

- Có mạch bảo vệ nối ngược cực nguồn, quá áp

- Dễ dàng điều chỉnh khoảng cách phát hiện với biến trở điều chỉnh độ

nhạy bên trong

- Dễ dàng để điều khiển mức và vị trí

- Không để dầu tràn vào bên trong cảm biến

Cảm biến tiệm cận điện dung Autonics CR30-15DP: Là thiết bị cao cấp của hãng Autonics dùng để phát hiện vật không cần tiếp xúc với tốc đô nhanh, trong môi trường khắc nghiệt, cần thiết trong sản xuất công nghiệp và tự động hóa Thông số kỹ thuật:

- Mã sản phẩm: CR30-15DP

- Chiều dài: 30 mm

Loại VP03 với lớp vỏ Polime-12 sử dụng được trong nhiều loại dung môi Loại này xuất ra Output tín hiệu ON khi cảm biến trong lòng chất lỏng

Độ chính xác cảm biến

-mực nước chênh lệch

-theo chiều ngang: ±5mm -theo chiều dọc: ± 2.5mm Ánh sáng xung quanh 0-100 lux

Van điện từ xả bọt UNID

Khi dầu chảy vào bình chân không, xuất hiện nhiều bọt váng nổi trên bề

mặt dầu Khi bọt nổi lên quá nhiều van điện từ sẽ được mở để hút bọt ra ngoài

Loại van điện từ được sử dụng là loại van được dùng cho các hệ thống nước nóng, dầu biến áp, dầu bôi trơn, chống ăn mòn, hệ thống khí hoặc hơi có nhiệt độ cao Chúng có thể làm việc ở môi trường nhiệt độ 180oC trong khoảng thời gian

Tổng quan hệ thống điều khiển máy lọc dầu

MCU sẽ thu thập tín hiệu từ các cảm biến nhiệt độ PT100 – MAX31865, cảm biến lưu lượng, cảm biến mức, cảm biến bọt, sau đó gửi các dữ liệu này tới

mô đun Wifi, mô đun Wifi chuyển tiếp lên trung tâm dữ liệu đám mây MQTT cloud Máy tính chạy giao diện HMI được kết nối tới MQTT cloud, lấy thông tin

dữ liệu trên cloud và hiển thị lên màn hình HMI Khi thực hiện lệnh điều khiển trên HMI, Lệnh từ giao diện HMI được gửi tới MQTT cloud Mô đun wifi sẽ kết nối tới MQTT cloud và lấy các bản tin này về gửi tới MCU để thực thi lệnh điều khiển đóng/cắt các thiêt bị

Sơ đồ kết nối tổng quan hệ thống điều khiển máy lọc dầu được thể hiện như hình dưới:

Hình 2.12 Sơ đồ kết nối tổng quan hệ thống điều khiển máy lọc dầu

Thiết kế mạch điều khiển nhúng

Tổng quan thiết kế của mạch (hình 2.13):

• 5 tín hiệu đầu vào, 1 đầu vào thông qua giao tiếp SPI, 8 tín hiệu đầu

ra

• Các đầu vào và đầu ra được cách ly qua các Opto (cách ly quang)

• Sử dụng mạch đệm dòng để đảm bảo dòng cho các đầu ra điều khiển

• Truyền thông không dây qua wifi

Hình 2.13 Sơ đồ khối phần cứng

Danh sách tín hiệu vào/ra của MCU

MCU thu thập các tín hiệu đầu vào từ các cảm biến bọt, mức, lưu lượng, nhiệt

độ và xuất tín hiệu đầu ra điều khiển bơm dầu vào, bơm dầu ra, 02 bơm chân

không, 02 bộ gia nhiệt, bộ làm lạnh và van điện từ xả bọt Cụ thể các đầu vào/ra

được thể hiện như bảng dưới đây:

Bảng 2.3 Danh sách tín hiệu vào/ra của MCU

Commented [TAQ1]: Thầy Long: Hình 2.13 trang 22 trình bày

tiếng anh - việt lẫn lộn

Cảm biến nhiệt độ PA4, PA5, PA6, PA7 (SPI) TE

Đầu ra

dụng mắc nối tiếp với mỗi điện trở hạn dòng để dễ dàng quan sát trạng thái hoạt động của nguồn

Hình 2.14 Sơ đồ nguyên lý khối nguồn

Khối tín hiệu vào (Input)

Tín hiệu đầu vào từ các cảm biến mức thấp, mức cáo, cảm biến báo bọt (ON/OFF), tín hiệu xung từ cảm biến lưu lượng được đưa vào các Opto (cách ly quang), mục đích để cách ly điện áp giữa mạch đầu vào có diện áp cao và các

mạch logic có điện áp thấp, chống nhiễu cho các thiết bị đo lường cũng như sử

dụng để truyền tín hiệu giữa các mạch điện áp và trở kháng khác nhau

Thông số kỹ thuật của Opto (cách ly quang) EL817:

- Dòng qua Collector khi hoạt động ổn định: 20mA (max=50mA)

- Điện áp Collector-Emitter max: 35V

- Điện áp Emitter-Collector max: 6V

- Điện áp rơi trên transistor: 0.1V-0.2V

- Tiêu hao công suất trên transistor: 150mW

- Thời gian đáp ứng: 3-4 micro giây

Các cảm biến mức của hệ thống được cấp nguồn từ nguồn nuôi VDC 24V, tín hiệu đưa vào mạch điều khiển được cách ly qua các Opto (cách ly quang), qua các điện trở hạn dòng và đèn Led hiển thị trạng thái của đầu vào, tín hiệu từ đầu vào này sau khi qua Opto (cách ly quang) sẽ là dạng tín hiệu tích cực thấp và được nối đến khối tín hiệu đầu vào (input) của vi điều khiển

Hình 2.15 Sơ đồ khối đầu vào input

Đối với đầu vào nhiệt độ lấy từ cảm biến PT100, chúng ta sẽ đấu 3 dây tín

Hình 2.16 K ết nối giữa PT100, MAX31865 và MCU

Khối vi điều khiển trung tâm (MCU)

Khối xử lý trung tâm là 1 IC khả trình có thể thực hiện thuật toán chương trình cài đặt sẵn, cụ thể ở đây là một vi xử lý Các ngoại vi cần được sử dụng để thực hiện được các chức năng của hệ thống đặt ra ban đầu như sau:

Một bộ UART phục vụ cho giao tiếp với mô đun wifi ESP8266, 2 bộ Timer

phục vụ cho việc quan sát đối tượng trong thời gian nhất định mà vi xử lý vẫn có

thể thực hiện được các chương trình khác và đọc xung từ cảm biến lưu lượng, 1

bộ SPI giao tiếp mô đun cảm biến nhiệt độ, 1 bộ Watchdog nhằm giúp chống treo

vi điều khiển từ đó giúp hệ thống hoạt động ổn định hơn

Từ các yêu cầu về ngoại vi như trên, em lựa chọn vi điều khiển STM32f103c8t6 lõi ARM 32bits của hãng ST electronics, đây là một dòng vi điều khiển thông dụng bởi hoạt động ổn định và giá thành không quá cao và ngoại vi đa dạng Dưới đây là thông số chi tiết: [12]

- Lõi: ARM 32 bits Cortex-M3

- Giao diện kết nối: 2xI2C, 3xUSART,

2xSPI, CAN, USB 2.0

- Kiểu chân: LQFP48

- Watchdog: WWDG

th ực tế vi điều khiển STM32F103C8T6

Hình 2.18 Sơ đồ chân vi điều khiển STM32F103C8T6

Khối truyền thông Wi-fi

Khối truyền thông Wifi giúp cho bộ điều khiển trung tâm nhận lệnh điều khiển từ ứng dụng trên điện thoại thông minh thông qua Internet Khối này bao

gồm một mô đun Wifi ESP8266 12E (hình 2.19) ESP8266 là một vi xử lý được thiết kế bởi Espressif System Đặc điểm nổi bật của ESP8266 là tích hợp sẵn wifi, được sử dụng phổ biến trong các ứng dụng liên quan tới IoT (Internet of Things) [13]

Hình 2.19 Mô đun ESP8266 12E

Thông số kỹ thuật của mô đun ESP8266 12E:

- Hỗ trợ chuẩn 802.11 b/g/n

- Wi-Fi 2.4 GHz, hỗ trợ WPA/WPA2

- Chuẩn điện áp hoạt động: 3.3V

- Chuẩn giao tiếp nối tiếp UART với tốc độ truyền lên đến 115200

- Có 3 chế độ hoạt động: Máy trạm, Điểm phát wifi hoặc cả hai

- Hỗ trợ các chuẩn bảo mật như: OPEN, WEP, WPA_PSK, WPA2_PSK, WPA_WPA2_PSK

- Hỗ trợ cả 2 giao tiếp TCP và UDP

- Làm việc như các máy chủ có thể kết nối với 5 máy con

Chức năng các chân mô đun ESP8266 12W:

- Nguồn cấp (VCC): 3.3V lên đến 300mA

- GND: Nối đất

- Tx: Chân Tx của giao thức UART, kết nối đến chân Rx của vi điều khiển

- Rx: Chân Rx của giao thức UART, kết nối đến chân Tx của vi điều khiển

- RST: chân reset, kéo xuống mức thấp để khởi động lại IC

- CH_PD: Kích hoạt IC, sử dụng cho ‘Flash Boot’ và cập nhật lại mô đun

- GPIO0: kéo xuống thấp cho chế độ cập nhật

- GPIO2: không sử dụng

Hình 2.20 Sơ đồ chân mô đun ESP8266 [12]

Trong ứng dụng này, để thuận tiện cho quá trình giao tiếp giữa ứng dụng điều khiển và bộ điều khiển trung tâm, em sẽ không sử dụng mã nguồn có sẵn

của nhà sản xuất cung cấp để giao tiếp qua tập lệnh AT mà lập trình lại mã nguồn cho ESP8266 bằng phần mềm Arduino IDE

Hình 2.21 là sơ đồ nguyên lý kết nối các chân của mô đun ESP8266 sử

dụng trong thiết bị

Hình 2.21 Kh ối mô đun wifi ESP8266