Ứng dụng truyền thông không dây LoRa trong phân tích và quản lý dữ liệu năng lượng nhà máy thông minh

1. Giới thiệu về công nghệ LoRa

LoRa, tên đầy đủ của Long Range, là một trong những công nghệ truyền thông mạng diện rộng công suất thấp (LPWAN, Low Power Wide Area Network). Nó sử dụng công nghệ điều chế phổ trải rộng tiên tiến và sơ đồ codec để tăng ngân sách liên kết và hiệu suất chống nhiễu tốt hơn. Ngân sách liên kết của LoRa lên tới 157 dB cho phép khoảng cách truyền thông đạt tới hơn 15 km (tùy thuộc vào môi trường). Nó không chỉ duy trì cùng các đặc điểm tiêu thụ điện năng thấp như điều chế FSK mà còn tăng đáng kể khoảng cách truyền thông, đồng thời cải thiện hiệu quả mạng và loại bỏ nhiễu, nghĩa là các thiết bị đầu cuối có trình tự lan truyền khác nhau sẽ không gây nhiễu lẫn nhau ngay cả khi chúng sử dụng cùng một tần số để truyền cùng một lúc và có độ ổn định tốt hơn chống lại fading sâu truyền thông và dịch chuyển tần số Doppler.

Hiện nay, LoRa chủ yếu hoạt động ở các băng tần miễn phí trên toàn thế giới, bao gồm 433, 868,

915 MHz, v.v. Bài viết này sử dụng mô-đun LoRa trong băng tần 433 MHz, với khoảng cách kênh là 2 MHz, bán song công và truyền mã hóa trong suốt để đảm bảo an toàn truyền dữ liệu. Nó có các đặc điểm là khoảng cách xa, tiêu thụ điện năng thấp, nhiều nút và chi phí thấp, và phù hợp để xây dựng các thiết bị được phân phối rộng rãi và tách biệt rộng rãi. Mạng truyền thông có khoảng cách xa, khả năng chống nhiễu và tiêu thụ điện năng thấp. Băng tần này thuộc băng tần không cần giấy phép ISM và không cần phải trả phí cho nhà điều hành. Có ít nhiễu hơn trong băng tần này và LoRa có thể hỗ trợ tốt cho truyền thông trong băng tần này.

2. Tình hình tại chỗ

Hiện nay, các đồng hồ đo điện năng đa chức năng trong tủ chuyển mạch trung thế tại mỗi phòng điện của nhà máy xi măng, các đồng hồ đo điện năng đa chức năng trong tủ chuyển mạch trung thế hạ áp chính và các đồng hồ đo điện năng đa chức năng trong tủ đo, cũng như mức dầu, nhiệt độ cuộn dây và các thiết bị khác của máy biến áp đều được sử dụng. Các tín hiệu, do nhiều yếu tố như quy hoạch thiết kế, phân phối rộng rãi các thiết bị và vị trí cụ thể của các thiết bị, vẫn chưa được kết nối với hệ thống DCS để giám sát toàn diện và quản lý tập trung. Việc đọc công tơ thủ công của từng đồng hồ đo điện năng và kiểm tra thủ công các máy biến áp điện không chỉ kém hiệu quả mà còn có tỷ lệ lỗi cao.

Cao, nhu cầu về nhân viên lớn và khối lượng công việc lớn. Tự động hóa và trí thông minh tích hợp của các nhà máy thông minh cũng yêu cầu tích hợp các thông số vận hành của các thiết bị đo lường này vào hệ thống DCS để giám sát hoạt động nhằm đạt được thu thập, giám sát và tải lên tự động tập trung, cung cấp phân tích và quản lý dữ liệu năng lượng theo thời gian thực, truy cập dữ liệu năng lượng lịch sử và thiết bị cho các nhà máy thông minh. Giám sát trực tuyến theo thời gian thực cung cấp các nguồn dữ liệu.

Thiết bị đo lường thông minh như đồng hồ đo năng lượng điện đa chức năng và chỉ báo nhiệt độ từ xa của máy biến áp thường có giao diện truyền thông EIA-485. Bài viết này thiết kế một hệ thống giám sát dữ liệu từ xa dựa trên mạng ad hoc truyền thông không dây LoRa, sử dụng công nghệ Internet vạn vật truyền thông không dây LoRa, sử dụng không dây LoRa và bus 485 để tạo thành thiết bị kết nối lớp vật lý mạng và Modbus-RTU là lớp liên kết dữ liệu và lớp ứng dụng. Giao thức truyền thông cho phép truyền thông đường dài giữa nhiều thiết bị và dụng cụ thông minh khác nhau. Thông qua mạng này, việc thu thập và tải lên tự động theo thời gian thực các tín hiệu thiết bị như đồng hồ đo năng lượng điện đa chức năng, đồng hồ đo năng lượng điện đa chức năng cổng có độ chính xác cao, nhiệt độ bề mặt dầu máy biến áp trong các phòng điện khác nhau và tủ điện trung thế hạ áp chính tại công trường dự án được thực hiện, hiện thực hóa sự tích hợp giữa hệ thống DCS và nhà máy thông minh. Khả năng thu thập và giám sát dữ liệu tập trung của các thiết bị này.

Giải pháp mạng truyền thông không dây Acrel Lora