Nghiên cứu, thiết kế thiết bị thông minh giám sát nguồn điện

TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ HÀNG HẢI Số - 62 (04/2020) 
JOURNAL OF MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY (ISSN: 1859-316X) JMST 
47 
NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ THIẾT BỊ THÔNG MINH 
GIÁM SÁT NGUỒN ĐIỆN 
RESEARCH, DESIGNING SMART DEVICES TO MONITORING POWER 
SUPPLY 
ĐOÀN HỮU KHÁNH*, ĐINH ANH TUẤN, LÊ VĂN TÂM 
Khoa Điện - Điện tử, Trường Đại học Hàng hải Việt Nam 
Email liên hệ: khanhdh.ddt @vimaru.edu.vn 
1. Đặt vấn đề 
Hiện nay việc kiểm tra và giám sát năng lượng 
đang trở thành một lĩnh vực được quan tâm trên mọi 
phương diện của xã hội. Việc kiểm tra và giám sát 
năng lượng tiêu thụ nhằm đánh giá thực trạng hoạt 
động, tiêu thụ năng lượng trong nhà máy, từ đó xác 
định được những khu vực và thời gian sử dụng điện ở 
các khung giờ khác nhau để đưa ra các giải pháp tiêu 
thụ năng lượng hiệu quả hơn, việc giám sát lượng điện 
năng tiêu thụ giúp người sử dụng, doanh nghiệp xác 
định được khuynh hướng tiêu thụ và tiết kiệm năng 
lượng một cách hiệu quả nhất. 
Hiện nay các thiết bị giám sát nguồn điện trên thị 
trường hiện nay chủ yếu là các hệ thống SCADA và 
đồng hồ đa giá. Tuy nhiên các thiết bị này có giá thành 
cao, chưa thực sự dễ dàng và thuận tiện cho người sử 
dụng. Để giải quyết được vấn đề trên việc xây dựng 
một thiết bị thông minh, kết cấu đơn giản, có giá thành 
rẻ và có khả năng giám sát từ xa, tại mọi vị trí, có khả 
năng lưu lại các nhật ký và các lịch sử báo động, tiêu 
thụ điện là cần thiết và có ý nghĩa thực tiễn. 
2. Giới thiệu một số thiết bị giám sát nguồn 
điện phổ biến hiện nay 
Trên thị trường hiện nay có một số thiết bị giám 
sát điện năng, nổi bật trong số đó là hai hệ thống của 
hãng ECAPPRO và ATPro được trình bày dưới đây. 
2.1. Thiết bị giám sát điện năng hãng 
ECAPPRO 
Hệ thống này có màn hình chỉ thị như trong Hình 
1. Chức năng của hệ thống này giúp quản lý và giám 
sát toàn bộ hệ thống điện của tòa nhà hay khu công 
nghiệp giúp nâng cao hiệu quả công trình, hiện đại hoá, 
tiết kiệm điện năng tiêu thụ, bảo vệ môi trường. 
Hệ thống thực hiện việc giám sát hệ thống điện qua 
thiết bị theo dõi các thông số kỹ thuật chính của nguồn 
điện như: kW; kVA; kVAr,... Đây là những thông số 
cần được giám sát chặt chẽ vì có ảnh hưởng rất lớn tới 
việc vận hành tất cả thiết bị sử dụng điện của tòa nhà 
hay công nghiệp. Quản lý tốt các tham số này đồng 
Tóm tắt 
Bài báo này trình bày việc xây dựng một thiết 
bị thông minh để giám sát nguồn điện trong 
các nhà xưởng, tòa nhà hay trong công nghiệp. 
Thiết bị được chế tạo được giám sát chính bởi 
một màn hình cảm ứng 7 Inch được thiết kế 
một giao diện giám sát trực quan có độ phân 
giải cao, bộ nhớ lớn, có khả năng lưu trữ các 
nhật ký, lịch sử báo động, với thời gian dài. 
Ngoài ra, màn hình này còn đóng vai trò là 1 
VNC Server. Bằng việc thiết lập các cài đặt 
trong quá trình thiết kế màn hình và các cài 
đặt cho modem internet, người sử dụng có thể 
giám sát, điều khiển hết sức tiện lợi từ bất cứ 
nơi nào có mạng 3G hay Wifi chỉ cần sử dụng 
một điện thoại di động được cài đặt hệ điều 
hành Android hay IOS. 
Từ khóa: Thiết bị thông minh, màn hình cảm 
ứng, giám sát nguồn điện, VNC Server. 
Abstract 
This article presents the designing of a smart 
device to monitor power supply in workshops, 
buildings or factories. The smart device is built 
to be monitored primarily by a 7-inch touch 
screen designed with an intuitive monitoring 
interface with high resolution, large memory, 
capable of operating logs, alarm history,... for a 
long time. In addition, this screen also acts as a 
VNC Server. By setting up during designing 
period and internet modem settings, users can 
monitor and control from anywhere with 3G or 
Wifi network just by using a mobile phone with 
Android or IOS platform. 
Keywords: Smart devices, touch screen, 
monitoring power, VNC Server. 
TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ HÀNG HẢI Số - 62 (04/2020) 
JOURNAL OF MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY (ISSN: 1859-316X) 
JMST 
48 
nghĩa với việc giảm chi phí vận hành của tòa nhà, 
nâng cao hiệu quả sử dụng thiết bị. 
Hình 1. Màn hình chỉ thị của thiết bị giám sát điện năng 
hãng ECAPPRO 
Hình 2. Màn hình chỉ thị của thiết bị giám sát 
nguồn điện hãng ATPro 
Các tham số đều được đo bằng bộ đo đếm điện 
năng kỹ thuật số nối mạng, thể hiện thông số trên 
màn hình máy tính, lưu trữ dữ liệu và giám sát từ xa 
qua mạng Internet. Phần mềm web được nhúng trong 
thiết bị cho phép người quản lý có thể xem các tham 
số được thể hiện trực quan với nhiều hình thức như 
thể hiện dạng đồng hồ số điện, dạng bảng số liệu, 
dạng đồ thị thời gian. Người sử dụng có thể chiết xuất 
các cơ sở dữ liệu theo ngày, tháng năm. 
Hệ thống giám sát này có một máy tính đóng vai 
trò là một Web Server để cho các thiết bị khác truy 
cập. Một hệ thống như thế này sẽ tiện lợi cho việc 
giám sát bởi nhiều thiết bị khác nhau, khả năng lưu 
trữ lớn. Tuy nhiên kết cấu hệ thống này khá phức tạp 
so với các hệ thống khác và tốn nhiều chi phí ban 
đầu cũng như chi phí để vận hành hệ thống. 
2.2. Hệ thống giám sát quản lý năng lượng của 
hãng ATPro 
Hệ thống giám sát quản lý năng lượng của công ty 
ATPro Corp có màn hình chỉ thị như trong Hình 2. Hệ 
thống này có một số tính năng chính như sau: 
- Người quản lý có thể nắm được thời gian máy nổ 
cần phải chạy nhằm đáp ứng nhu cầu sử dụng điện của 
doanh nghiệp một cách kịp thời. 
- Thông qua thông tin nhận về mà người dùng có 
thể phân biệt được nguồn nào là do máy phát và nguồn 
nào là điện lưới. 
- Mọi dữ liệu gửi về cho người quản lý sẽ được gửi 
qua các tin nhắn SMS. 
- Thiết bị này cho phép người dùng có thể kiểm 
soát được thời gian mất điện một cách chính xác. 
Hệ thống này sẽ cần ít nhất một máy tính chạy liên 
tục để giám sát và lưu trữ dữ liệu, nếu máy tính này bị 
sự cố thì toàn bộ hệ thống sẽ ngừng hoạt động và có 
thể mất dữ liệu. 
3. Thiết kế thiết bị thông minh giám sát 
nguồn điện 
3.1. Xây dựng sơ đồ cấu trúc 
Nhóm tác giả xây dựng cấu trúc của một thiết bị 
giám sát nguồn điện đơn giản và gọn nhẹ hơn 2 hệ thống 
nêu trên nhưng đáp ứng được các yêu cầu đặt ra như 
Hình 3. Thiết bị này có các thành phần cụ thể như sau: 
- Các phụ tải gồm các thiết bị điện khác nhau cần 
quản lý giám sát; 
- BD, BA: Là các máy biến dòng và các máy biến 
điện áp để chuyển đổi tín hiệu dòng điện và điện áp 
thành dạng tín hiệu chuẩn cho đồng hồ đa năng; 
- MFM-384: Các đồng hồ đo đa năng của hãng 
Selec. Những chiếc đồng hồ này nhận tín hiệu dòng 
điện và điện áp của phụ tải gửi về từ BD và BA, từ đó 
nó có thể tính toán được công suất, hệ số cos fi, số kW 
điện tiêu thụ theo thời gian và hiển thị chúng trên màn 
hình LCD [2]. Ngoài ra mỗi thiết bị này còn hỗ trợ 
một cổng truyền thông RS485 với giao thức Modbus 
rất thông dụng để truyền thông với các thiết bị khác [3]. 
- Màn hình cảm ứng - HMI: Nhóm tác giả lựa chọn 
màn hình cảm ứng là màn hình DOP-107EG của hãng 
Delta. Màn hình này sẽ đọc các giá trị mong muốn đã 
được đo về, tính toán và gia công bởi các đồng hồ đa 
năng MFM-384 rồi hiển thị chúng trên các giao diện 
để tương tác với người sử dụng. Màn hình này ngoài 
ra còn có khả năng lưu lại các nhật ký hoạt động, biểu 
đồ sử dụng số điện, lịch sử báo động và rất nhiều các 
tính năng khác nữa. Hơn nữa, DOP-107EG còn được 
nhóm tác giả cài đặt đóng vai trò là 1 VNC Server, nó 
sẽ cho phép các VNC Clients có thể giám sát từ xa và 
làm tất cả các thao tác như đang sử dụng màn hình đó 
bằng các thiết bị như điện thoại, máy tính bảng, 
laptop, một cách dễ dàng chỉ cần 1 kết nối 3G, 4G 
hoặc Wifi. 
49 
TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ HÀNG HẢI Số - 62 (04/2020) 
JOURNAL OF MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY (ISSN: 1859-316X) JMST 
- Modem internet: modem này được kết nối với 1 
mạng internet, được nhóm tác giả cài đặt mở cổng (mở 
port) tương ứng với một VNC Server giúp cho các 
VNC Clients (điện thoại, máy tính bảng, laptop, cài 
đặt phần mềm này) có thể dễ dàng truy cập tới mà vẫn 
đảm bảo tính bảo mật và an toàn dữ liệu; 
- Các thiết bị như điện thoại, máy tính bảng hay 
laptop chỉ cần cài đặt 1 ứng dụng VNC Client bất kỳ là 
có thể tiến hành giám sát từ xa thuận tiện và nhanh chóng 
với kết nối 3G,4G đã rất phổ biến như hiện nay [1]. 
3.2. Thiết kế, đấu nối thiết bị thông minh giám 
sát nguồn điện 
Thiết bị được thiết kế có mặt ngoài và mặt trong như 
Hình 4 và Hình 5. Mặt ngoài là màn hình cảm ứng HMI, 
bên trong có các khối như khối nguồn (đổi nguồn từ 
220VAC 24VDC), khối biến dòng, đồng hồ đa năng 
MFM-384,
3.3. Thiết kế giao diện giám sát và điều khiển 
Giao diện giám sát và điều khiển được thiết kế bằng 
phần mềm DOPSoft 4.00.06 của hãng Delta. Hình 6 là 
giao diện được nhóm tác giả thiết kế thử nghiệm cho 1 
tòa nhà 5 tầng, sử dụng điện theo bảng phí điện sinh 
hoạt của EVN cuối năm 2019. Với 6 bậc giá khác nhau 
áp dụng cho các ngưỡng cụ thể. Số tiền được tính theo 
đơn vị VNĐ. Trong tương lai có thể giá điện sẽ thay 
đổi tăng hoặc giảm so với các mức giá này, lúc này 
người sử dụng có thể nhập trực tiếp đơn giá vào các ô 
đơn giá tương ứng, thiết bị được lập trình sẽ thay đổi 
việc tính toán theo những dữ liệu được nhập mới từ 
người dùng. Ngôn ngữ lập trình chính được sử dụng ở 
đây là ngôn ngữ lập trình Macro có giao diện được minh 
họa như Hình 8. 
Các giá trị hiển thị như Điện áp nguồn, Dòng 
điện tải, Công suất, Công suất cực đại được lập 
Hình 3. Sơ đồ cấu trúc của thiết bị đã thiết kế 
 Hình 4. Mặt ngoài thiết bị Hình 5. Bố trí bên trong thiết bị 
TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ HÀNG HẢI Số - 62 (04/2020) 
JOURNAL OF MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY (ISSN: 1859-316X) 
JMST 
50 
trình đọc về từ đồng hồ đa năng theo các địa chỉ 
modbus (Hình 7) đã được định nghĩa sẵn từ hãng. 
Số tiền điện tiêu thụ của từng tháng sẽ được tác 
giả tính toán dựa trên số điện năng tiêu thụ và đơn giá 
tiền điện tại thời điểm đó theo tập đoàn điện lực Việt 
Nam EVN. 
Ngoài giao diện chính, người sử dụng có thể theo 
dõi lịch sử tiêu thụ số điện bằng cách xem lại màn hình 
LỊCH SỬ TIÊU THỤ ĐIỆN ghi lại chi tiết quá trình 
sử dụng điện được lưu trữ trong USB hoặc thẻ nhớ 
một thời gian dài (Hình 9). Giao diện màn hình này sẽ 
hiển thị thời gian, ngày tháng và số điện cụ thể. Hơn 
thế nữa, người sử dụng cũng có thể truy xuất file dữ 
liệu này từ máy tính bởi vì nó đã được cài đặt để hoạt 
động như một FTP Server hoặc người sử dụng cũng có 
thể kết nối màn hình này với máy in để in ra kết quả. 
Hình 6. Giao diện đã thiết kế cho màn hình cảm ứng 
Hình 7. Bảng địa chỉ Modbus của đồng hồ đa năng 
MFM384-RC 
Hình 8. Một đoạn chương trình Macro 
Hình 9. Màn hình ghi lại lịch sử tiêu thụ điện 
3.4. Giám sát và điều khiển từ xa thiết bị 
Ngoài những tính năng kể trên, thiết bị này còn được 
lập trình và thiết kế để các thiết bị khác như điện thoại, 
máy tính bảng hay laptop có thể truy cập từ xa ở bất 
cứ đâu chỉ bằng sóng 3G, 4G hay Wifi một cách dễ 
dàng [4]. 
Hình 10. Cài đặt mở cổng (Port Forwarding) 
cho màn hình HMI 
Hình 11. Giám sát và điều khiển từ xa bằng điện thoại qua 
sóng 3G 
51 
TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ HÀNG HẢI Số - 62 (04/2020) 
JOURNAL OF MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY (ISSN: 1859-316X) JMST 
Có rất nhiều phương pháp để thực hiện điều đó, từ 
đơn giản đến phức tạp. Để hệ thống có kết cấu đơn 
giản, gọn nhẹ, giá thành phải chăng mà vẫn phải hoạt 
động tin cậy tác giả thiết kế thiết bị này đóng vai trò 
như một VNC Server. Các thiết bị muốn giám sát, điều 
khiển từ xa chỉ việc cài đặt một ứng dụng VNC Client 
là có thể dễ dàng quản lý được thiết bị của mình. 
Hình 10 là giao diện khi tác giả thực hiện mở cổng 
cho màn hình HMI để các thiết bị từ các vị trí bất kỳ 
có thể truy cập để giám sát và điều khiển thông qua 
mạng internet. 
Sau khi mở cổng và thiết lập các cài đặt cần thiết 
khác, người sử dụng có thể truy cập từ xa thông qua 
điện thoại thông minh như quá trình tác giả đang thử 
nghiệm như Hình 11. 
4. Kết luận 
Nhóm tác giả sau một thời gian nghiên cứu đã xây 
dựng được hoàn thiện một thiết bị thông minh giám 
sát nguồn điện, thiết bị có kết cấu đơn giản, dễ dàng 
thao tác, lắp đặt. Thiết bị đã đáp ứng cơ bản được các 
nhiệm vụ và yêu cầu đặt ra: 
- Xây dựng thành công thiết bị thử nghiệm; 
- Thiết bị hoạt động chính xác, tin cậy với sai số 
thấp; 
- Các thiết bị khác có thể dễ dàng truy cập để giám 
sát và có thể thực hiện điều khiển các thiết bị từ xa khi 
có các yêu cầu từ khách hàng trong tương lai. 
Thiết bị này nếu được đầu tư và phát triển đúng 
hướng hoàn toàn có khả năng thương mại hóa trong 
tương lai do tính ứng dụng và thực tiễn cao khi mà 
ngày nay nhu cầu về giám sát, điều khiển từ xa đang 
ngày tăng cao. 
Bài báo cũng chính là một phần kết quả nghiên cứu 
của nhóm tác giả trong đề tài nghiên cứu khoa học cấp 
Trường năm 2019-2020: “Nghiên cứu, thiết kế thiết bị 
thông minh giám sát nguồn điện”. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1] Đinh Anh Tuấn, Hệ thống điều khiển giám sát và 
thu thập dữ liệu SCADA, NXB Hàng Hải, 2017 
[2] Đoàn Hữu Khánh, Hoàng Đức Tuấn, Đinh Anh 
Tuấn, Nghiên cứu, thiết kế thiết bị giám sát điện 
áp, dòng điện đa năng, Tạp chí Khoa học Công 
nghệ Hàng Hải, 2019. 
[3] TS. Lê Ngọc Bích, KS. Phạm Quang Huy, Mạng 
Truyền Thông Công Nghiệp Scada Lý Thuyết - 
Thực Hành, NXB Thanh niên, 2019. 
[4] A.Subba Rao, Sri VidyaGarige, IOT Based Smart 
Energy Meter Billing Monitoring and Controlling 
the Loads, International. Journal of Innovative 
Technology and Exploring Engineering (IJITEE), 
2019. 
 Ngày nhận bài: 04/03/2020 
Ngày nhận bản sửa: 19/03/2020 
Ngày duyệt đăng: 23/03/2020