Thiết kế thi công mô hình tủ a t s dùng PLC, HMI

1 3 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ THI CÔNG MÔ HÌNH TỦ A T S DÙNG PLC, HMI Ngành Kỹ Thuật Điện Giảng Viên Hướng Dẫn ThS Huỳnh Phát Huy Sinh viên thực hiện MSSV Lớp Lê Quốc Huy 1815021002 18HDCB1 Hồ Kiếm Bình 1815021001 18HDCB1 Nguyễn Minh Thanh 1915780007 19HDCA1 TP Hồ Chí Minh, 2021 ii LỜI CẢM ƠN Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, chúng em đã nhận được nhiều sự giúp đỡ, đóng góp ý kiến và chỉ bảo nhiệt tình của thầy cô, gia đình và bạ.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ THI CƠNG MƠ HÌNH TỦ A.T.S DÙNG PLC, HMI Ngành: Kỹ Thuật Điện Giảng Viên Hướng Dẫn: ThS Huỳnh Phát Huy Sinh viên thực hiện: MSSV: Lớp: Lê Quốc Huy 1815021002 18HDCB1 Hồ Kiếm Bình 1815021001 18HDCB1 Nguyễn Minh Thanh 1915780007 19HDCA1 TP Hồ Chí Minh, 2021 LỜI CẢM ƠN Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, chúng em nhận nhiều giúp đỡ, đóng góp ý kiến bảo nhiệt tình thầy cơ, gia đình bạn bè Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến ThS Huỳnh Phát Huy, giảng viên ngành Kỹ Thuật Điện Trường Đại Học Công Nghệ TP.HCM-HUTECH người tận tình hướng dẫn, bảo chúng em suốt trình làm đồ án Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo Trường Đại Học Cơng Nghệ TP.HCM-HUTECH nói chung, thầy mơn ngành Kỹ Thuật Điện nói riêng dạy dỗ cho chúng em kiến thức môn đại cương môn chuyên ngành, giúp chúng em có sở lý thuyết vững vàng tạo điều kiện giúp đỡ chúng em suốt trình học tập Cuối cùng, chúng em xin chân thành cảm ơn gia đình bạn bè, ln tạo điều kiện, quan tâm, giúp đỡ, động viên chúng em suốt q trình học tập hồn thành đồ án tốt nghiệp ii MỤC LỤC PHIẾU ĐĂNG KÝ TÊN ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TN PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TN TRANG LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC BẢNG BIỂU vi DANH MỤC HÌNH ẢNH .vii LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Automatic Tranfer Swich (ATS) 1.2 Phân Loại Tủ ATS 1.3 Cách Lựa Chọn Tủ 1.4 Nguyên Lý Hoạt Động CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN THIẾT BỊ CHÍNH 2.1 Bộ Lập Trình PLC 2.1.1 Khái quát 2.1.2 Vai trò 2.2 Giao Diện HMI 2.2.1 Khái quát 2.2.2 Vai trò 2.3 Contactor 10 2.3.1 Khái quát 10 2.3.2 Phân loại 10 2.3.3 Cấu tạo 11 iii 2.3.4 Các yêu cầu 11 2.3.5 Nguyên lý hoạt động 13 2.4 Aptomat 14 2.4.1 Khái quát 14 2.4.2 Phân loại 15 2.4.3 Cấu tạo 16 2.4.4 Các yêu cầu 17 2.4.5 Nguyên lý hoạt động 18 CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP LỰA CHỌN 20 3.1 Chọn Dây Dẫn 20 3.1.1 Tổng quan 20 3.1.2 Các phương pháp lựa chọn 20 3.1.3 Lựa chọn tiết diện dây dẫn theo tiêu chuẩn IEC 21 3.2 Thiết Bị Bảo Vệ 23 3.2.1 Tổng quan 23 3.2.2 Các dạng 24 3.2.3 Điều kiện lựa chọn 24 3.3 Chương Trình PLC 26 3.3.1 Chương trình GX Works2 26 3.3.2 Các chân tín hiệu 28 3.3.3 Nguyên lý hoạt động 29 3.4 Giao Diện HMI 30 3.4.1 Giao diện GT Designer3 30 3.4.2 Khai báo địa 33 3.4.3 Nguyên lý hoạt động 34 CHƯƠNG 4: QUY TRÌNH THIẾT KẾ MƠ HÌNH 35 4.1 Vẽ Thiết Kế Mơ Hình Tủ ATS 38 iv 4.2 Lên Danh Sách Vật Tư Thiết Bị 39 4.3 Mua Vật Tư Thiết Bị Cần Thiết 41 4.4 Chuẩn Bị Đấu Nối Thiết Bị 43 CHƯƠNG 5: THI CÔNG VÀ CHẠY THỬ 46 5.1 Thi Cơng Mơ Hình Theo Bản Vẽ Thiết Kế 46 5.2 Tiến Hành Thi Cơng Mơ Hình Tủ ATS 49 5.3 Giả Lập PLC Và HMI Để Chạy Thử 50 5.4 Điều Khiển Mô Phỏng Trạng Thái 54 CHƯƠNG 6: ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 67 6.1 Kết Quả Đạt Được 67 6.2 Những Ưu Điểm 67 6.3 Các Nhược Điểm 67 6.4 Hướng Phát Triển 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO 69 PHỤ LỤC 70 A Bản Vẽ Thiết Kế Bố Trí 70 B Bản Vẽ Nguyên Lý Mạch Động Lực 70 C Bản Vẽ Nguyên Lý Mạch Điều Khiển 70 D Chương Trình PLC 70 v DANH MỤC BẢNG BIỂU BẢNG TRANG Bảng 3.1 IEC 60439-1 21 Bảng 3.2 Thông số CB bảo vệ 26 Bảng 4.1 Kế hoạch thực đồ án 35 Bảng 4.2 Danh sách thiết bị tủ ATS 40 Bảng 4.3 Dự trù thiết bị thi công 44 vi DANH MỤC HÌNH ẢNH HÌNH TRANG Hình 1.1 Các thành phần Hình 1.2 Mơ hình nhiệm vụ Hình 1.3 Mơ hình hoạt động Hình 2.1 PLC mitsubishi (FX3U-16MR/ES) Hình 2.2 HMI mitsubishi (GOT1000-GT1455/QTBD) Hình 2.3 Contactor (3P) 10 Hình 2.4 Các sơ đồ truyền động Contactor điện xoay chiều 14 Hình 2.5 Aptomat (3P) 15 Hình 2.6 Sơ đồ Aptomat dòng điện cực đại 18 Hình 2.7 Sơ đồ Aptomat điện áp thấp 19 Hình 3.1 Cáp động lực (XLPE/PVC/1 Lõi) 23 Hình 3.2 Dây tính hiệu (PF/1 Lõi) 23 Hình 3.3 Chương trình PLC (1) 26 Hình 3.4 Chương trình PLC (2) 27 Hình 3.5 Chương trình PLC (3) 27 Hình 3.6 Chương trình PLC (4) 28 Hình 3.7 Chương trình PLC (5) 28 Hình 3.8 Giao diện HMI (1) 31 Hình 3.9 Giao diện HMI (2) 31 Hình 3.10 Giao diện HMI (3) 32 Hình 3.11 Giao diện HMI (4) 32 Hình 3.12 Giao diện HMI (5) 33 Hình 4.1 Biểu đồ phân bố nhân cơng theo thời gian 37 Hình 4.2 Bản vẽ thiết kế bố trí 38 vii Hình 4.3 Bản vẽ nguyên lý mạch động lực 39 Hình 4.4 Bản vẽ nguyên lý mạch điều khiển 39 Hình 4.5 Một số loại thiết bị điện 43 Hình 4.6 Cơng tác chuẩn bị thi công 45 Hình 5.1 Bản vẽ thiết kế bố trí 46 Hình 5.2 Bản vẽ nguyên lý mạch động lực 47 Hình 5.3 Bản vẽ nguyên lý mạch điều khiển 48 Hình 5.4 Thiết bị cho tủ mơ hình 49 Hình 5.5 Thi cơng mơ hình tủ ATS 50 Hình 5.6 Chạy giả lập PLC (1) 51 Hình 5.7 Chạy giả lập PLC (2) 51 Hình 5.8 Chạy giả lập PLC (3) 52 Hình 5.9 Chạy mơ HMI (1) 52 Hình 5.10 Chạy mơ HMI (2) 53 Hình 5.11 Chạy mô HMI (3) 53 Hình 5.12 Cài đặt thông số MX OPC Configurator (1) 54 Hình 5.13 Cài đặt thơng số MX OPC Configurator (2) 54 Hình 5.14 Cài đặt thơng số MX OPC Configurator (3) 55 Hình 5.15 Cài đặt thông số MX OPC Configurator (4) 55 Hình 5.16 Cài đặt thơng số MX OPC Configurator (5) 56 Hình 5.17 Cài đặt thơng số MX OPC Configurator (6) 56 Hình 5.18 Cài đặt thông số MX OPC Configurator (7) 57 Hình 5.19 Cài đặt thông số MX OPC Configurator (8) 57 Hình 5.20 Thiết kế mơ hình tủ ATS (9) 58 Hình 5.21 Cài đặt mơ tủ ATS (10) 58 Hình 5.22 Cài đặt mơ tủ ATS (11) 59 Hình 5.23 Cài đặt mô tủ ATS (12) 59 viii Hình 5.24 Cài đặt mô tủ ATS (13) 60 Hình 5.25 Điều khiển AUTO có nguồn, lưới (TRAN) máy phát (GEN) (1)61 Hình 5.26 Điều khiển AUTO nguồn lưới (TRAN) (2) 62 Hình 5.27 Điều khiển AUTO nguồn lưới (TRAN) (3) 62 Hình 5.28 Điều khiển AUTO nguồn lưới (TRAN) máy phát (GEN) lỗi (4) 63 Hình 5.29 Điều khiển AUTO có lại nguồn lưới (TRAN) (5) 63 Hình 5.30 Điều khiển AUTO có lại nguồn lưới (TRAN) (6) 64 Hình 5.31 Điều khiển MAN có nguồn lưới (TRAN) (7) 64 Hình 5.32 Điều khiển MAN có nguồn lưới (TRAN) (8) 65 Hình 5.33 Điều khiển MAN có nguồn máy phát (GEN) (9) 65 Hình 5.34 Điều khiển MAN có nguồn máy phát (GEN) (10) 66 ix LỜI MỞ ĐẦU Như biết, điện chuyển tải từ nhà máy phát điện đến phụ tải cần phải qua trạm biến áp Việc chuyển tải điện từ lưới đến hộ dùng điện xảy cố đường dây cung cấp như: Mất pha đứt dây bị ngược pha, điện áp dòng điện khác trị số danh định bị tải bị ngắn mạch Các cố phụ thuộc vào nhiều yếu tố hỏng đường dây cung cấp thời tiết mưa bão, đổ vào đường dây, xảy cố trạm biến áp Hiện tượng điện cố xảy phụ tải đặc biệt, yêu cầu cấp điện liên tục 24/24 như: Bệnh viện, văn phịng phủ, hội trường quốc hội, ngân hàng nhà nước, đại sứ quán, khách sạn cao cấp Do vậy, cần phải có nguồn dự phịng để xảy cố nguồn sử dụng ta đưa nguồn dự phịng vào phụ tải cắt nguồn dự phòng khỏi lưới Nhưng để giảm thời gian điện phụ tải tránh hậu đáng tiếc xảy ra, nguồn điện dự phòng thiết phải kèm với tủ tự động đổi nguồn ATS (Automatic Transfer Switch) Trên thực tế, có nhiều tủ ATS với ứng dụng PLC, Logo, Contactor,… tùy theo cầu khác phụ tải điện mà ta sử dụng cách phù hợp Với đồ án tốt nghiệp “THIẾT KẾ THI CƠNG MƠ HÌNH TỦ A.T.S DÙNG PLC, HMI” giúp ta hiểu thêm nguyên lý hoạt động tủ ATS thiết bị PLC, HMI khí cụ điện khác Toàn phần nội dung đồ án chia làm chương: CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU Nêu lên khái niệm, phân loại, cách lựa chọn, đồng thời với nguyên lý hoạt động tủ ATS CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN THIẾT BỊ CHÍNH - Khi nguồn lưới (TRAN) → đề máy phát không thành công → báo Fault máy phát - Khi có lại nguồn lưới (TRAN) → Stop máy phát → Start nguồn lưới (TRAN) ❖ Chế độ MAN - Khi có nguồn lưới (TRAN) → nhấn nút START-TRAN → Start nguồn lưới (TRAN) - Khi có nguồn lưới (TRAN) → nhấn nút STOP-TRAN → Stop nguồn lưới (TRAN) - Khi có nguồn máy phát (GEN) → nhấn nút START-GEN → Start nguồn máy phát (GEN) - Khi có nguồn máy phát (GEN) → nhấn nút STOP-GEN → Stop nguồn máy phát (GEN) Hình 5.25 Điều khiển AUTO có nguồn, lưới (TRAN) máy phát (GEN) (1) 61 Hình 5.26 Điều khiển AUTO nguồn lưới (TRAN) (2) Hình 5.27 Điều khiển AUTO nguồn lưới (TRAN) (3) 62 Hình 5.28 Điều khiển AUTO nguồn lưới (TRAN) máy phát (GEN) lỗi (4) Hình 5.29 Điều khiển AUTO có lại nguồn lưới (TRAN) (5) 63 Hình 5.30 Điều khiển AUTO có lại nguồn lưới (TRAN) (6) Hình 5.31 Điều khiển MAN có nguồn lưới (TRAN) (7) 64 Hình 5.32 Điều khiển MAN có nguồn lưới (TRAN) (8) Hình 5.33 Điều khiển MAN có nguồn máy phát (GEN) (9) 65 Hình 5.34 Điều khiển MAN có nguồn máy phát (GEN) (10) 66 CHƯƠNG 6: ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ Tổng kết lại kết đạt trình nghiên cứu đề tài “THIẾT KẾ THI CƠNG MƠ HÌNH TỦ A.T.S DÙNG PLC, HMI” Những ưu điểm cần giữ gìn hay phát huy nhược điểm cần cải thiện hay tránh gặp phải Hướng phát triển sau cho đề tài 6.1 Kết Quả Đạt Được - Tìm hiểu tủ ATS, ứng dụng vai trị đời sống thực tế Hiểu cấu trúc nguyên lý làm việc - Kết hợp ứng dụng PLC vào tủ ATS để đưa chương trình hợp lý - Ứng dụng phần mềm bổ trợ để chạy mô Factory IO v2.4.3, GT Designer 3, - Có thể tính tốn thiết bị bảo vệ dựa vào phụ tải cho trước để tìm lựa chọn tủ ATS thích hợp 6.2 Những Ưu Điểm - Tủ ATS hoạt động tốt phù hợp yêu cầu đặt - Có cấu gọn nhẹ, đơn giản, dễ sử dụng có tích hợp sẵn chức (như khởi động máy phát,…) - Dễ dàng thay gặp cố bảo dưỡng - Dễ dàng kết nối với hệ thống quản lý cấp cao 6.3 Các Nhược Điểm - Không áp dụng trường hợp phức tạp - Chương trình mơ hết trạng thái vốn có tủ ATS 6.4 Hướng Phát Triển 67 - Dựa vào ưu điểm dễ kết nối với hệ thống cấp cao nên kết hợp phát triển giám sát điều khiển từ xa thông qua SCADA - Mở rộng ứng dụng tủ ATS vào trường hợp phức tạp để hệ thống ngày hoàn thiện 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lê Thành Bắc (2003) Cơng tắc tơ-khởi động từ-cầu chảy-áptơmát, Giáo trình thiết bị điện, Lê Thành Bắc, NXB Khoa Học Và Kỹ Thuật Hà Nội, Hà Nội, 91-101 [2] Đào Duy Khương, Trần Thị Thu Thủy, Võ Thị Ánh Tuyết, Lê Hoàng Vinh (2006) Giáo trình mơn học PLC mitsubishi programmable controller, Đại Học Cơng Nghiệp TP.HCM, TP.HCM [3] Lê Ngọc Bích, Phạm Quang Huy (2017) Điều khiển lập trình tạo giao diện HMI với wincc flexible, NXB Thanh Niên, Hà Nội [4] Phan Thị Thanh Bình (2020) Chọn dây, Tính ngắn mạch chọn CB, Hướng dẫn đồ án môn học thiết kế cung cấp điện, Phan Thị Thanh Bình, Dương Lan Hương, Nguyễn Thị Hoàng Liên, Phan Thị Thu Vân, NXB Đại Học Quốc Gia TP.HCM, TP.HCM, 24-28, 29-31 [5] Schneider Electric (2018) Xác định kích cỡ bảo vệ dây dẫn, Thiết bị đóng cắt hạ áp: chức & chọn, Hướng dẫn thiết kế lắp đặt điện theo tiêu chuẩn quốc tế iec, Schneider Electric, NXB Khoa Học Và Kỹ Thuật Hà Nội, Hà Nội, G2-G46, H2-H11 [6] Bộ Xây Dựng (2014) Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia hệ thống điện nhà nhà công cộng, 12, 72 69 PHỤ LỤC A Bản Vẽ Thiết Kế Bố Trí B Bản Vẽ Nguyên Lý Mạch Động Lực C Bản Vẽ Nguyên Lý Mạch Điều Khiển D Chương Trình PLC 70 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ TP.HCM THIẾT KẾ THI CƠNG MƠ HÌNH TỦ A.T.S DÙNG PLC, HMI INCOMING MAIN PHASE INDICATOR L1 L2 GVHD Th.S Huỳnh Phát Huy SVTH Nguyễn Minh Thanh Lê Quốc Huy Hồ Kiếm Bình INCOMING GEN PHASE INDICATOR L3 L1 VOLT L2 L3 AMPE PLC HMI F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F9 F10 MAN AUTO FE TRANSFORMER STOP RUN FE FE FE FE FE FE FE FE GENERATOR FAULT STOP RUN FAULT MCT MCT MCT GEN SET SELECTOR SW AUTO-OFF-MAN FE STOP 25~40A OFF - ON 25~40A 25~40A 25~40A 25~40A 25~40A 25~40A 25~40A 25~40A 25~40A 25~40A 25~40A MCCB MAIN 3P-400A CONTACTOR MAIN 3P-400A R0.M R1 Y0.M Y1 B0.M B1 N N OL 2A 2A 2A MCCB MAIN 3P-400A R Y R Y B B N EVR 2A R MCCB GEN 3P-400A CONTACTOR GEN 3P-400A R0.G R2 Y0.G Y2 B0.G B2 N N OL T B EVR N 10 12 VOLTMETER RS RN V1 Y S 2A ST SN TR TN 2A 2A 2A R 2A V V2 E R S T 11 10 AMMETER R T 11 A1 S A A2 L 24V 0V 2A EPO TRAN STOP TRAN GEN GEN R1 START OFF SW1 AUTO L STOP START R2 STOP 10 10 SW2 MAN N S/S 0V 24V X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 10 10 EVR1 PLC: FX3U-16MR/ES INPUT/OUTPUT: DI/ 8DO 10 EVR2 OL1 95 10 R5 53 Y0 13 R3 Y1 13 R4 14 Y2 Y3 13 R5 13 R6 14 Y4 13 R7 14 14 Y5 13 R8 14 NC Y6 Y7 96 man tran gen fault đề đề gen 13 13 R1 14 stop gen CHÚ THÍCH R9 10 : Thường Đóng Rơle : Cuộn Dây Rơle : Thường Hở Rơle : Cuộn Dây Contactor R8 10 OFF ON K1 R1 53 13 K2 K2 R2 10 R7 6 14 54 14 54 A1 AUTO MAN RUN STOP FAULT RUN STOP FAULT A2 GREEN GREEN GREEN RED YELLOW GREEN RED YELLOW K1 54 54 13 R2 14 A1 K1 14 K2 A2 N auto 53 13 K1 R9 14 NC 96 10 R4 53 K2 VOLTAGE: 100-240 VAC R3 OL2 95 10 R6 tran gen tran có điện có điện gen auto man run stop main main fault main run gen stop gen fault gen ... su? ?t biểu kiến t? ?nh t? ??n cho t? ?? ATS SttATS = 250 (kVA) + Dịng điện t? ?nh t? ??n cho t? ?? ATS IttATS = SttATS √3 × Uđm = 250 √3 × 0,38 = 379,83 (A) + Với: SttATS : công su? ?t biểu kiến t? ?nh t? ??n t? ?? ATS... MƠ HÌNH Vẽ thi? ? ?t kế, lên danh s? ?ch thi? ? ?t bị mua thi? ? ?t bị cần thi? ? ?t, thực công t? ?c chuẩn bị đấu nối theo thi? ? ?t kế CHƯƠNG 5: THI CƠNG VÀ CHẠY THỬ Thi cơng mơ hình t? ?? ATS Kiểm tra k? ?t nối phần cứng,... Mua v? ?t tư, thi? ? ?t bị thi công Đấu nối thi? ? ?t bị t? ?? Chạy Thử Nạp chương trình PLC, HMI Chạy thử mơ hình t? ?? ATS Đánh Giá Ưu điểm, nhược điểm Hướng ph? ?t triển 28 days 10 days days days 10 days days