Nghiên cứu xây dựng mô hình giám sát thông số thiết bị điện ứng dụng iot

Bài báo cáo này trình bày về thiết kế, thi công hệ thống giám sát năng lượng thông qua IoT dựa vào module do điện năng đa năng PZEM-004T V3. Hệ thống giám sát các thông số dòng điện, điện áp, công suất, hệ số công suất, tần số...và gửi lên mạng internet qua ứng dụng Blynk. Người quản lý có thể truy cập dữ liệu ở bất cứ thời gian nào và bất cứ nơi đâu thông qua các thiết bị laptop, tablet hoặc smartphone được kết nối internet. Mời các bạn tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu xây dựng mô hình giám sát thông số thiết bị điện ứng dụng iot TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MÔ HÌNH GIÁM SÁT THÔNG SỐ THIẾT BỊ ĐIỆN ỨNG DỤNG IOT Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Văn Nghĩa Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Hoài Ngô Minh Hiếu Đỗ Văn Hiếu Nguyễn Quang Huy Lớp: Trang bị điện trong công nghiệp và GTVT K59 Tóm tắt: Bài báo cáo này trình bày về thiết kế, thi công hệ thống giám sát năng lượng thông qua IoT dựa vào module do điện năng đa năng PZEM-004T V3. Hệ thống giám sát các thông số dòng điện, điện áp, công suất, hệ số công suất, tần số...và gửi lên mạng internet qua ứng dụng Blynk. Người quản lý có thể truy cập dữ liệu ở bất cứ thời gian nào và bất cứ nơi đâu thông qua các thiết bị laptop, tablet hoặc smartphone được kết nối internet. Dữ liệu thu thập được có thể sử dụng cho các ứng dụng khác nhau như tính tiền điện và nhà thông minh. Từ khoá: Mô hình giám sát, IoT, Thiết bị điện 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Tiết kiệm năng lượng là một phần quan trọng trong chiến lược phát triển bền vững. Để thực hành tiết kiệm, quản lý năng lượng hiểu quả cần một hệ thống giám sát, thu thập dữ liệu về các thông số điện năng chính xác theo thời gian thực. Giám sát quá trình làm việc của thiết bị điện đảm bảo khả năng hoạt động, phát hiện những vấn đề liên quan đến hiệu suất, sự cố về điện. Nhu cầu giám sát thông số thiết bị điện ngày càng được quan tâm đối với phụ tải của nhà máy, xí nghiệp, hộ gia đình...Mục đích của việc giám sát hoạt động thiết bị điện qua các thông số đo lường nhằm giảm thiểu tổn thất điện năng, tiết kiệm chi phí vận hành, quá trình hoạt động của thiết bị ổn định. Trong nội dung của đề tài, nhóm tác giả tập chung nghiên cứ hai đối tượng thiết bị điện (động cơ và biến tần) được giám sát trong công nghiệp. Các thông số giám sát động Kỷ yếu nghiên cứu khoa học sinh viên năm 2021 67 TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI cơ điện bao gồm điện áp, dòng điện, công suất, hệ số công suất, tần số, nhiệt độ, trạng thái làm việc... Đối với biến tần, các thông số giám sát gồm điện áp, dòng điện, sóng hài... 2. CÁC NỘI DUNG CHÍNH 2.1. Mô hình IoT tổng quát Mô hình IoT tổng quát bao gồm có 4 thành phần chính: Gateway: Gateway là một nút mạng được sử dụng trong viễn thông nhằm kết nối hai mạng có giao thức truyền thông khác nhau có thể giao tiếp được với nhau. Gateway có vai trò xử lý đầu vào và ra của mạng vì tất cả dữ liệu phải đi qua hoặc giao tiếp với gateway trước khi được định tuyến. Internet: là một hệ thống thông tin toàn cầu có thể được truy nhập công cộng gồm các mạng máy tính được liên kết với nhau. Sensor: là cảm biến dùng chuyển tín hiệu tín hiệu vật thể thành tín hiệu dòng điện 4- 20mA. App: là tập hợp các ứng dụng chạy trên nền tảng hệ điều hành Gateway app IoT sensor internet Hình 1. Mô hình IoT tổng quát 2.2. Gateway Chip ESP8266 được phát triển bởi Espressif để cung cấp giải pháp giao tiếp WiFi cho các thiết bị IoT. Điểm đặc biệt của dòng ESP8266 là nó được tích hợp các mạch RF như balun, antenna switches, TX power amplifier và RX filter ngay bên trong chip với kích thước rất nhỏ chỉ 5x5mm nên các board sử dụng ESP8266 không cần kích thước board lớn cũng như không cần nhiều linh kiện xung quanh. Ngoài ra, giá thành của ESP8266 cũng Kỷ yếu nghiên cứu khoa học sinh viên năm 2021 68 TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI rất thấp đủ để hấp dẫn các nhà phát triển sản phẩm IoT. Hiện tại có khá nhiều module khác nhau cho ESP8266 được sản xuất bởi công ty AI-Thinker. Thông số kỹ thuật: MCU: ESP8266EX, vi điều khiển 32bit, tiết kiệm năng lượng Wifi: 2.4GHz, 802.11 b/g/n Tích hợp giao thức TCP/IP Số chân I/O: 11 (tất cả các chân I/O đều có Interrupt/PWM/I2C/One-wire, trừ chân D0) Số chân Analog Input: 1, 10bit (điện áp vào tối đa 3.3V) Hỗ trợ kiết nối với smart phone (IOS và Android) Bộ nhớ Flash: 4MB Tốc độ truyền Serial (Baurate): 115200 (Max) Điện áp hoạt động: 3.3V Hình 2. Mô hình Esp8266 2.3. Sensor pzem004t Hình 3. Mô hình Pzem004t Kỷ yếu nghiên cứu khoa học sinh viên năm 2021 69 TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI Chức năng pzem004t: Đo lường được các thông số điện như: điện áp, dòng điện, công suất hoạt động và điện năng tiêu thụ. Cài đặt ngưỡng báo động bằng phần mềm. Báo động quá tải (khi công suất tiêu thụ của thiết bị điện vượt quá giới hạn mà người sử dụng cài đặt thì module sẽ phát tín hiệu báo động quá tải). Lưu trữ dữ liệu về điện năng tiêu thụ khi tắt nguồn (lưu trữ năng lượng tích lũy trước khi tắt nguồn) và có thể reset điện năng tiêu thụ tích lũy bằng phím cứng trên module. Giao tiếp nối tiếp với vi điều khiển hoặc máy tính qua UART (9600/8N1). Module sử dụng phương pháp đo dòng điện gián tiếp thông qua cuộn dây CT. 2.4. Internet IoT Platform sẽ cho phép khả năng tương tác giữa nhiều công nghệ kết nối: Mạng di động truyền thống: 3G, 4G, 5G, mạng di động LPWA: LTE, mạng không di động LPWA: Lorawan, vệ tinh, Wlan: Wifi, mạng dây Lan, mạng không dây: can, zigbee. Mỗi loại hình kết nối đều có ưu và nhược điểm riêng. 2.5. App Ứng dụng, phần mềm là một thành phần vô cùng quan trọng trong IoT. Phần mềm nhận tín hiệu ,lưu trữ dữ liệu t ...