Giải pháp tự động thu thập và khai thác số liệu công tơ đo đếm

- Nguyễn Hữu Mạnh GIẢI PHÁP TỰ ĐỘNG THU THẬP VÀ KHAI THÁC SỐ LIỆU CÔNG TƠ ĐO ĐẾM Chuyên ngành: Công nghệ thông tin LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGÀNH CÔNG NGHỆ THÔNG TIN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS.
- 13 CHƯƠNG II – NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP ĐỌC SỐ LIỆU CÔNG TƠ ĐIỆN TỬ.
- Giới thiệu công tơ điện tử.
- Công cụ giao tiếp với công tơ.
- Đọc dữ liệu từ công tơ theo giao thức IEC 62056-21.
- Đọc số liệu từ công tơ A1700 của hãng Elster.
- Đọc dữ liệu từ công tơ theo giao thức IEC 62056/DLMS.
- Đọc dữ liệu từ công tơ ZxD của hãng Landis & Gyr.
- Đọc dữ liệu từ công tơ của nhà sản xuất không công bố giao thức hoặc giao thức riêng.
- 34 3.4 Hệ thống đọc số liệu công tơ.
- Hệ thống thu thập số liệu công tơ đo đếm.
- Hệ thống giám sát và khai thác số liệu công tơ đo đếm.
- Màn hình chức năng lập lịch đọc số liệu công tơ.
- Em xin gửi lời cảm ơn đến Ban lãnh đạo Công ty Cổ phần giải pháp quản lý năng lượng (E-SOLUTIONS) đã tạo điều kiện cho em phát triển dự án “Giải pháp tự động thu thập và khai thác số liệu công tơ đo đếm” thành luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kĩ thuật ở trường Đại học Bách khoa Hà Nội.
- 6 Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt Viết tắt Đầy đủ Ý nghĩa IEC International Electrotechnical Commission Ủy ban kỹ thuật điện quốc tế DLMS/COSEM Device Language Message Specification/COmpanion Specification for Energy Metering Chuẩn giao thức truyền thông với công tơ điện tử HHU Hand Held Unit Thiết bị cầm tay Bd Baudrate Tốc độ truyền tin (Nếu truyền nhị phân thì Baudrate = Bitrate) PMU Power Master Unit Phần mềm chính hãng giao tiếp với công tơ Elster A1700 HDLC High-Level Data Link Control Giao thức liên kết dữ liệu theo bit được định nghĩa bởi OSI LAN Local Area Network Mạng nội bộ WAN Wide Area Network Mạng diện rộng TCP/IP Transmission Control Protocol/Internet Protocol Giao thức truyền tin qua mạng internet GPRS General Packet Radio Service CSDL Cơ sở dữ liệu CMIS Customer Management Information System Hệ thống thông tin quản lý khách hàng ES E-SOLUTIONS Công ty Cổ phần giải pháp quản lý năng lượng TNHH Trách Nhiệm Hữu Hạn 7 Danh mục các bảng Bảng 1: Thống kê các loại công tơ điện tử 3 pha tại Việt Nam.
- 19 Bảng 7: Trình tự giao tiếp với công tơ theo chuẩn IEC 62056-21.
- 13 Hình 2: Trình tự giao tiếp với công tơ theo chuẩn IEC 62056-21.
- 21 Hình 3: Các bước giao tiếp với công tơ theo chuẩn DLMS/COSEM.
- 30 Hình 5: Sơ đồ kết nối và truyền thông nhiều công tơ.
- 31 Hình 6: Sơ đồ kết nối và truyền thông ít công tơ.
- 32 Hình 7: Hình ảnh thực tế kết nối IP modem với công tơ ZxD/Landis & Gyr.
- 44 Hình 14: Giao diện quá trình trao đổi số liệu với công tơ.
- 61 10 MỞ ĐẦU Tại các công ty Điện lực hiện nay, số lượng và chủng loại công tơ điện tử được lắp đặt cho các khách hàng rất nhiều.
- Hàng tháng, nhân viên phải đi từng công tơ để ghi lại chỉ số của các công tơ đó.
- Các công tơ này đều chưa được quản lý và theo dõi kịp thời.
- Qua khảo sát thực tế, cần phải tiến hành nghiên cứu và đưa ra một giải pháp nhằm hỗ trợ, cải thiện ở khâu thu thập chỉ số điện năng từ các công tơ điện tử, từ đó nâng cao hiệu quả kinh tế và quản lý.
- Xuất phát từ thực tế nêu trên, hiện nay trên thế giới và ở việt nam đã bắt đầu xuất hiện hệ thống đọc và truyền dữ liệu công tơ điện tử 3 pha với chức năng cấu hình, quản lý, giám sát các thông số điểm đo từ xa về trung tâm.
- Vì vậy việc nghiên cứu để triển khai hệ thống này có một ý nghĩa thực tiễn cao trong việc thu thập số liệu các công tơ đầu nguồn ranh giới, kiểm tra mức tiêu thụ điện năng của khách hàng, phát hiện được các hành vi gian lận.
- Trên nhu cầu thực tế đó, luận văn “Giải pháp tự động thu thập và khai thác số liệu công tơ đo đếm” được thực hiện, với bố cục gồm các chương chính sau: Chương 1 – Đặt vấn đề Chương 2 – Nghiên cứu phương pháp đọc số liệu công tơ điện tử 11 Chương 3 – Xây dựng giải pháp thu thập số liệu tự động Chương 4 – Kết quả và bàn luận Chương 5 – Kết luận 12 CHƯƠNG I – ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1.
- Cơ sở thực tiễn và hiện trạng Căn cứ vào nhu cầu thu thập số liệu các công tơ điện tử, phục vụ công tác quản lý và kinh doanh điện năng tại các trạm biến áp, các điểm giao nhận điện năng, các khách hàng lớn của các công ty Điện lực.
- Hiện nay, việc đọc số liệu công tơ chủ yếu vẫn là thủ công, đã có một số đơn vị thí điểm áp dụng biện pháp đọc số liệu từ xa bằng cách dùng các phần mềm đi kèm công tơ của nhà sản xuất.
- Nếu cho phép dùng phần mềm này để đọc công tơ thì biện pháp quản lý về mặt tổ chức phải vô cùng chặt chẽ để giám sát sự thiếu trung thực của chính người vận hành do người vận hành có thể có những can thiệp trái phép, cài đặt lại chế độ làm việc của công tơ.
- Chỉ có thể đọc lần lượt từng công tơ, rất khó khăn để áp dụng cho nhu cầu quản lý một số lượng công tơ lớn.
- Phải dùng kết hợp nhiều phần mềm chính hãng khác nhau để đọc các chủng loại công tơ khác nhau (do trên lưới điện có rất nhiều chủng loại công tơ.
- Để triển khai nâng cao chất lượng dịch vụ khách hàng, một hệ thống đọc chỉ số từ xa các công tơ đo đếm vận hành tự động và chính xác sẽ hỗ trợ rất nhiều công tác quản lý, kịp thời phát hiện và xử lý các trường hợp bất thường hoặc sự cố hệ thống đo đếm điện năng, đảm bảo cung ứng điện ổn định, liên tục, an toàn góp phần nâng cao chất lượng dịch vụ khách hàng cho các Công ty Điện lực.
- Hiện tại các Công ty Điện lực chưa áp dụng một hệ thống tự động đọc và kiểm soát từ xa nào cho các công tơ đo đếm sản lượng lớn, do đó việc nghiên cứu và xây dựng một hệ thống như vậy để phục vụ cho công tác quản lý giám sát quá trình tiêu thụ điện tại các Công ty Điện lực trở nên vô cùng cần thiết.
- Phạm vi áp dụng Hệ thống có thể thu thập số liệu đo đếm của các công tơ điện tử 3 pha của khách hàng dân dụng, các khách hàng lớn (công ty, xí nghiệp, xưởng sản xuất), các trạm biến áp, các nhà máy điện và trên toàn lưới điện.
- Hình 1: Phạm vi áp dụng thu thập số liệu đo đếm 14 CHƯƠNG II – NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP ĐỌC SỐ LIỆU CÔNG TƠ ĐIỆN TỬ 2.1.
- Giới thiệu công tơ điện tử Công tơ điện (hay còn gọi là điện kế) là thiết bị dùng để đo lượng điện năng tiêu thụ.
- Có 2 loại công tơ điện: công tơ cơ khí và công tơ điện tử.
- So sánh với công tơ cơ khí, công tơ điện tử có nhiều ưu điểm vượt trội như: Độ chính xác công tơ điện tử đến ± 1%, cao hơn so với công tơ điện cơ.
- cho phép kết nối vào các hệ thống thu thập dữ liệu tự động từ xa qua các mạng truyền dẫn phổ biến như RF, PLC, GSM, GPRS, CDMA, 3G, Wifi… Công tơ điện tử 3 pha thường dùng để đo những nơi tiêu thụ điện lớn (các xí nghiệp, trạm phân phối điện…) Hiện nay, trên lưới điện Việt Nam phổ biến 6 loại công tơ điện tử 3 pha, qua tìm hiểu sơ bộ, có thể phân nhóm công tơ theo chuẩn truyền tin như sau: Bảng 1: Thống kê các loại công tơ điện tử 3 pha tại Việt Nam STT Loại công tơ/Hãng sản xuất Giao thức truyền tin 1 A1700/Elster (Anh) IEC ZxD/Landis & Gyr (Thụy sĩ) IEC 62056/DLMS 3 LZQJ/EMH (Đức) IEC ACE6000/Actaris (Pháp) IEC 62056/DLMS 5 DTS27/Shenzen star (Trung Quốc) Nhà sản xuất không công bố 15 6 Genius/EDMI (Singapore) Nhà sản xuất không công bố Do hiện nay, tỷ lệ công tơ A1700 của hãng Elster chiếm trên 90% tổng số công tơ điện tử 3 pha trên lưới điện Việt Nam nên trong luận văn này, tác giả xin đi sâu vào phương pháp đọc số liệu của công tơ này.
- Tìm hiểu sơ bộ về từng loại công tơ, tính năng, xác định giao thức truyền tin, sử dụng thành thạo các công cụ và phần mềm của nhà sản xuất để cài đặt, đọc dữ liệu từ công tơ.
- Tìm hiểu về các giao thức truyền tin của công tơ được quy định trong bộ tiêu chuẩn IEC 62056 (part IEC 13239, IEC 61334 (part 6, 41) và bộ sách DLMS/COSEM (Green book, Blue book – rất bị hạn chế vì không có tài liệu đầy đủ.
- Sử dụng phần mềm của nhà sản xuất để giao tiếp với công tơ, phân tích giao thức, cách mã hóa và giải mã dữ liệu, đồng thời tham chiếu ngược lại với các tiêu chuẩn mà nhà sản xuất công bố để hiểu rõ hơn giao thức của từng loại công tơ (những điểm phù hợp với tiêu chuẩn và những điểm khác biệt), từ đó có cơ sở để giao tiếp với công tơ bằng các công cụ và phần mềm thử nghiệm.
- Thông số sự kiện (Events log) Là các sự kiện bất thường xảy ra được công tơ ghi nhận và lưu trữ lại trong bộ nhớ (Mất điện áp, có điện, mất điện áp từng pha…) Bảng 6: Các số liệu cần thu thập của Thông số sự kiện STT Thông số Ký hiệu Đơn vị 1 Mã sự kiện EVENT_KEY 2 Thời điểm xảy ra sự kiện EVENT_DATE 2.3.
- Công cụ giao tiếp với công tơ Công cụ sử dụng để giao tiếp, phân tích dữ liệu, truyền nhận dữ liệu với công tơ được sử dụng gồm.
- Phần mềm giao tiếp với công tơ của nhà sản xuất: Power Master Unit hoặc Datalink (đối với công tơ Elster A1700), MAP120 và MAP110 (đối với công tơ Landis & Gyr ZxD), và các phần mềm chuyên dùng với các loại công tơ khác.
- Phần mềm cho phép gửi/nhận dữ liệu qua cổng COM: Comm Operator.
- Đọc dữ liệu từ công tơ theo giao thức IEC .
- Sơ bộ về tiêu chuẩn IEC 62056-21 Tiêu chuẩn IEC 62056-21 mô tả các quy định về phần cứng và giao thức cho việc trao đổi dữ liệu với công tơ (local meter data exchange).
- Các thiết bị trao đổi dữ liệu có thể là máy tính/HHU và công tơ/thiết bị đo (tariff device).
- Các kiểu kết nối vật lý giữa máy tính và công tơ có thể sử dụng kiểu kết nối bằng điện (RS232, RS485 hoặc các bộ chuyển đổi) hoặc kết nối qua cổng quang (chi tiết xem mục 4, trang 11- 18).
- Protocol mode A hỗ trợ chế độ truyền dữ liệu theo 2 chiều (đọc từ công tơ và ghi xuống công tơ), ở tốc độ cố định là 300Bd, việc đọc dữ liệu và lập trình cho công tơ có thể phải qua mức mật khẩu bảo mật.
- Trong các Protocol mode A và D, máy tính/HHU đóng vai trò là master và công tơ đóng vai trò là slave.
- Trong Protocol mode E máy tính đóng vai trò là Client và công tơ đóng vai trò là Server.
- Để có thể giao tiếp được với công tơ tuân theo chuẩn IEC 62056-21, cần phải nắm được.
- Communication mode: Xác định rõ công tơ giao tiếp theo mode nào? Từ đó xác định tốc độ truyền/nhận, các bước giao tiếp, dạng khung bản tin truyền nhận.
- Đọc số liệu từ công tơ A1700 của hãng Elster Theo tài liệu kỹ thuật do hãng Elster công bố, công tơ A1700 tuân theo chuẩn truyền thông IEC 60256-21.
- Dựa trên phân tích bằng phần mềm giao tiếp với công tơ 21 của hãng (Power Master Unit và Datalink), đã xác định được giao thức truyền tin với công tơ được thực hiện theo Protocol mode C.
- Trình tự giao tiếp được quy định cụ thể trong tiêu chuẩn như sau: Hình 2: Trình tự giao tiếp với công tơ theo chuẩn IEC 62056-21 Bảng 7: Trình tự giao tiếp với công tơ theo chuẩn IEC 62056-21 Bước Thao tác theo chuẩn IEC 62056-21 Thực tế giao tiếp với công tơ A1700 0 Thiết lập cổng truyền thông vật lý giữa công tơ và máy tính 1 Máy tính gửi bản tin /?Device address!< LF> xuống công tơ Bản tin gửi.
- /?001! 2 Công tơ gửi về /XXXZ Ident < LF> /GEC Máy tính gửi xác nhận: 0 Z 1 031 4 Công tơ gửi (D1…D1) P0(D363B6C2A939CC24)c 5 Máy tính gửi (D2…D2) Công tơ sẽ gửi lại nếu password là đúng thì quá trình giao tiếp được tiếp tục.
- Tham số P0 mà công tơ gửi lên máy tính (trong bước 4) là một dữ liệu ngẫu nhiên có độ dài 8 byte, dữ liệu ngẫu nhiên này là đầu vào cho hàm tính toán để đưa ra Password (P2) (trong bước 5).
- Hiện chưa xác định được thuật toán của hàm tính password cùng các tham số đầu vào khác (có thể có) cho hàm này nên việc giao tiếp với công tơ A1700 dừng lại ở bước 5.
- Công tơ A1700 chỉ tuân theo IEC 62056-21, trong tiêu chuẩn này không quy định phương thức mã hóa dữ liệu và hệ thống ID của các dữ liệu cần thao tác.
- Do vậy, chưa biết được ID của các dữ liệu và phương thức mã hóa dữ liệu của nhà sản xuất để có thể truy xuất dữ liệu và giải mã dữ liệu được đọc ra từ công tơ.
- Nếu vượt qua được bước bảo mật, các lệnh đọc và ghi dữ liệu vào công tơ được thực hiện theo cú pháp sau.
- Dữ liệu trả về có dạng: (d…d) Trong đó.
- A..A là ID/Adress của dữ liệu cần thao tác - N..N là độ dài của dữ liệu cần đọc - D..D là dữ liệu cần ghi - d...d là dữ liệu công tơ gửi về sau lệnh đọc 23 Để có thể truy xuất được dữ liệu từ công tơ, cần biết được phương thức mã hóa dữ liệu của nhà sản xuất (phần mềm Power Master Unit và Datalink không hỗ trợ việc phân tích dữ liệu), việc phân tích dữ liệu một cách phán đoán không đáng tin cậy và mang nhiều rủi ro.
- Máy tính truyền vào lệnh đo kích thước dữ liệu R1555001(40)c.
- Đọc thông số chỉ số chốt Khối block được tính dựa trên số set muốn lấy và blockcount theo từng loại phiên bản của công tơ COM-> R1543001(40)d.
- Khối block cuối cùng tùy thuộc vào từng phiên bản công tơ R1548001(2E) B0q 2.4.2.3.
- Dữ liệu DateTime R1507001(40)d.
- Lệnh đọc dữ liệu dòng điện hiện thời FF .
- Dữ liệu dòng điện hiện thời 3 pha W1605001(1B2B4B00) [22.
- Truy xuất dữ liệu điện áp 3 pha hiện thời [1] R1606001(1C) [16.
- Truy xuất dữ liệu công suất đang phát của 3 pha và pha tổng [1] R1606001(1C) [16.
- Đọc dữ liệu công suất đang phát .
- Dữ liệu công suất đang phát W1605001(1D2D4D0D)c [22.
- Truy xuất dữ liệu công suất phản kháng hiện thời [1] R1606001(1C) [16.
- Đọc dữ liệu công suất phản kháng .
- Dữ liệu công suất phản kháng tức thời W1605001(1E2E4E0E)c [22.
- Truy xuất dữ liệu công suất biểu kiến [1] R1606001(1C) [16.
- Đọc dữ liệu công suất biểu kiến .
- Khối dữ liệu công suất biểu kiến W c [22.
- Đọc dữ liệu hệ số công suất .
- Khối dữ liệu hệ số công suất W k [22] Truy xuất dữ liệu tần số [1] R1606001(1C) [16.
- Đọc dữ liệu tần số FF .
- Khối dữ liệu tần số W j [22.
- Truy xuất dữ liệu góc pha [1] R1606001(1C) [16.
- Đọc dữ liệu góc pha FF .
- Khối dữ liệu góc pha W c [22.
- Khối dữ liệu thứ tự pha B0q.
- Đọc dữ liệu từ công tơ theo giao thức IEC 62056/DLMS 2.5.1.
- Theo đó, khi thiết lập kênh truyền tin giữa các thiết bị với nhau phải qua 3 bước như sau: 27 Hình 3: Các bước giao tiếp với công tơ theo chuẩn DLMS/COSEM Bước 1: Modelling Bước này thực hiện việc mô hình hóa dữ liệu cho thiết bị đo và các quy tắc để phân loại dữ liệu.
- Đọc dữ liệu từ công tơ ZxD của hãng Landis & Gyr Theo công bố của nhà sản xuất, công tơ ZxD Landis & Gyr tuân theo chuẩn truyền thông IEC 62056/DLMS.
- Dựa trên phân tích bằng phần mềm giao tiếp với công tơ từ hãng, thấy rằng giao thức công tơ sử dụng theo HDLC protocol thông qua mode E.
- Cụ thể: Theo Protocol mode E, thiết bị đọc (máy tính/HHU) đóng vai trò là Client, công tơ đóng vai trò là Master.
- Sau khi thiết lập cổng truyền thông, máy tính gửi bản tin SerialNumber xuống công tơ, công tơ trả lời lại bằng bản tin /XXX\W Ident (XXX là mã của nhà sản xuất, W là thông số cho biết tốc độ truyền thông ở bước tiếp theo, Ident là số Serial của công tơ).
- Để có thể đọc dữ liệu từ công tơ L&G, nhất thiết phải qua 4 bước sau

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt