Ứng dụng vi điều khiển và mạng LoraWan trong hoạt động thu thập thông tin thời tiết

10:44 - 14/09/2021  |  209 lượt xem

Chia sẻ
Giải pháp “Ứng dụng vi điều khiển và mạng LoraWan trong hoạt động thu thập thông tin thời tiết” đặt mục tiêu là hệ thống chương trình hỗ trợ Trung tâm điều khiển (TTĐK) trong việc thu thập, theo dõi, cảnh báo các thông tin tình hình thời tiết cực đoan như tốc độ gió, lượng mưa, độ ẩm, nhiệt độ tại các TBA 110kV trên địa bàn toàn tỉnh để có biện pháp kiểm tra, xử lý kịp thời.
Ứng dụng vi điều khiển và mạng LoraWan trong hoạt động thu thập thông tin thời tiết

Các thành phần chính của hệ thống truyền thông, thu thập dữ liệu

Hiện nay tại Công ty Điện lực Thừa Thiên Huế đã đưa vào vận hành 11 TBA 110kV không người trực. Công tác vận hành, theo dõi, giám sát hoạt động các TBA 110kV thông qua tín hiệu SCADA về Trung tâm điều khiển được đảm bảo qua đường truyền dẫn chính bằng cáp quang có mạch dự phòng theo cơ chế dự phòng bảo vệ (1+1) và kênh truyền dự phòng qua thiết bị 3G. Với hiện trạng các TBA không người trực, các yếu tố thời tiết cực đoan có thể tác động một phần đến công tác QLVH. Để chủ động trong việc đánh giá tình hình phức tạp của thời tiết tại các TBA 110kV trên địa bàn, yêu cầu thu thập các thông tin về diễn biến thời tiết đặt ra là cần thiết.

Thành phần xây dựng nên hệ thống: Hệ thống cảm biến, vi điều khiển thu thập thông tin thời tiết; hệ thống truyền thông; hệ thống thu thập, hiển thị dữ liệu.

Theo đó, đối với phần cảm biến, vi điều khiển thu thập thông tin thời tiết, sẽ bao gồm: các vi điều khiển Arduino Uno R3; cảm biến tốc độ gió (1 vỏ, bộ nhận gió 3 cánh và 1 cáp đầu ra 4 dây, được làm bằng vật liệu hợp kim nhôm. Toàn bộ cảm biến có độ bền cao, chống chịu thời tiết tốt, chống ăn mòn và khả năng chịu nước, đảm bảo sử dụng lâu dài. Cảm biến đưa ra các thông số chính xác về tốc độ gió, từ đó có thể đưa ra được cấp độ của bão); cảm biến độ ẩm và nhiệt độ DHT22 (sử dụng giao tiếp 1 Wire dễ dàng kết nối và giao tiếp với vi điều khiển để thực hiện các ứng dụng đo nhiệt độ, độ ẩm môi trường, cảm biến có chất lượng tốt, kích thước nhỏ gọn, độ bền và độ ổn định cao); cảm biến mưa (được sử dụng để phát hiện nước, sử dụng cảm biến FC-37 hoặc các phiên bản khác như YL-83, được thiết lập bởi hai linh kiện: board điện tử và board thu thu thập các giọt nước).

Các thành phần chính thu thập thông tin thời tiết

Đối với hệ thống truyền thông bao gồm các thiết bị RS485-LN (RS485 to LoRaWAN) có nhiệm vụ chuyển đổi các thiết bị RS485 thành mạng không dây LoRaWAN giúp đơn giản hóa việc cài đặt và giảm chi phí cài đặt/bảo trì. RS485-LN cho phép người dùng giám sát/điều khiển các thiết bị RS485 và đạt phạm vi cực dài. Nó cung cấp giao tiếp trải phổ cực dài và khả năng chống nhiễu cao trong khi giảm thiểu mức tiêu thụ hiện tại; LG01-P (LoRa Gateway):1 kênh nguồn mở cho phép nối mạng LoRa không dây với một mạng IP dựa trên Wifi, Ethernet, 3G hay 4G di động.

Hệ thống thu thập, hiển thị dữ liệu, sẽ cần đến Network Server với chức năng hỗ trợ khai báo cấu hình, kết nối đa điểm đến các Lora Gateway để thu thập dữ liệu từ các thiết bị đầu cuối. Cùng với đó Application Server đóng vai trò cho phép người dùng tạo ra các ứng dụng nhằm khai thác các giá trị thu thập từ các thiết bị đầu cuối từ Network Server.

Lora Network Server và Application Server

Tối ưu quy trình hoạt động

Giải pháp thu thập dữ liệu thông tin thời tiết tận dụng nhiều loại cảm biến hỗ trợ đo các thông số môi trường: nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ gió, mưa... Các thiết bị được thiết kế với đầu ra số, analog (0-5V), hỗ trợ các chuẩn SPI, I2C,.. dễ dàng kết nối với vi điều khiển.

Giải pháp thu thập dữ liệu thông tin thời tiết

Giải pháp ứng dụng mạng LoraWAN dùng để truyền và thu thập dữ liệu từ thiết bị đầu cuối. Kiến trúc mạng LoRaWAN được triển khai theo cấu trúc liên kết hình ngôi sao – ngôi sao (so với cấu trúc liên kết Mesh, ví dụ: Zibgee). Các mạng LoRaWAN được đặt trong cấu trúc liên kết sao có các trạm cơ sở chuyển tiếp dữ liệu giữa các node cảm biến và Network Server. Giao tiếp giữa các node cảm biến và các trạm cơ sở đi qua kênh không dây sử dụng lớp vật lý LoRa, trong khi kết nối giữa các Gateway và máy chủ trung tâm được xử lý qua mạng dựa trên IP. Đồng thời End nodes truyền trực tiếp đến tất cả các Gateway trong phạm vi sử dụng LoRa. Thiết bị Gateway sẽ có nhiệm vụ chuyển tiếp tin nhắn giữa các thiết bị đầu cuối và Network Server trung tâm sử dụng IP.

Tại mỗi TBA 110kV được thiết kế lắp đặt gồm bộ cảm biến thu thập thông tin thời tiết, module vi điều khiển và module chuyển RS485 sang Lora. Các thiết bị này được đặt ngoài trời, tại vị trí thuận lợi để đo đạc các thông tin thời tiết.

Tại tủ thông tin mỗi TBA, đặt thiết bị Lora Gateway kết nối với mạng internet để chuyển tiếp thông tin đến Network Server.
Tại TTĐK, xây dựng hệ thống Nerwork Server và Application Server nhằm thu thập, quản lý tất cả các tín hiệu thu thập được từ các TBA 110kV. Khai báo thông tin người dùng để khai thác cơ sở dữ liệu thu thập được.

Giải pháp kết nối tập trung dữ liệu từ các TBA 110kV

Qua đánh giá về tính khả thi của giải pháp,việc thu thập được thông tin thời tiết chính xác từ các vị trí lắp đặt thiết bị, giúp nhân viên vận hành hệ thống điện có thể chủ động trong công tác phòng chống ngăn ngừa sự cố, cũng như công tác xử lý sự cố, ứng phó với sự thay đổi của thời tiết.

Hoàng Anh

10:44 - 14/09/2021  |  209 lượt xem

Chia sẻ

TIN BÀI ĐỌC NHIỀU