Phân tích trang bị điện hệ thống điều tiết nước hồ chứa hà động

LỜI MỞ DẦU Ngày ảnh hưởng biến đổi khí hậu tồn cầu gây nhiều tượng thời tiết cực đoan lũ lụt, hạn hán, nhiệt độ trái đất tăng, sóng thần…đã làm ảnh hưởng lớn đến sống người Nước ta nước chịu ảnh hưởng nhiều thiên tai, xây dựng hệ thống thủy lợi quy mô lớn, đại vấn đề cần thiết nước ta Với phát triển khoa học kĩ thuật, chất lượng hệ thống thủy ngày nâng cao đặc biệt khả áp dụng điều khiển lơgic khả trình PLC vào việc tự động hóa điều khiển hệ thống giúp hệ thống điều khiển linh hoạt, nhanh, xác Cơng trình thủy lợi hồ chứa đầm hà động khởi công xây dựng 4/2006 với vốn đầu tư 500 tỷ đồng, cơng trình có ý nghĩa lớn kinh tế xã hội lớn nhân dân huyện Đầm Hà, cơng trình hồn thành đảm bảo cung cấp nước tưới ổn định cho 3485 đất canh tác cung cấp nước thô phục vụ sinh hoạt cho 29000 người dân thuộc xã, thị trấn huyện Đầm Hà Sau em trình bầy đề tài “ Phân tích trang bị điện hệ thống điều tiết nước hồ chứa Hà Động” nội dung gồm chương: Chương 1.Phân tích hệ thống cung cấp điện cho cơng trình điều tiết nước hồ chứa Hà Động Chương Phân tích hệ thống trang bị điện Chương Chương trình điều khiển CHƢƠNG PHÂN TÍCH HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN CHO CƠNG TRÌNH ĐIỀU TIẾT NƢỚC HỒ CHỨA HÀ ĐỘNG 1.1 PHÂN TÍCH NGUỒN VÀ PHỤ TẢI 1.1.1 Giới thiệu chung cơng trình hồ chứa hà động Sáng ngày 26-12, xã Quảng Lợi, huyện Đầm Hà, Bộ Nông nghiệp Phát triển nông thôn (NN&PTNT) tổ chức lễ khánh thành cơng trình thủy lợi Hồ chứa nước Đầm Hà Động Cơng trình thủy lợi Hồ chứa nước Đầm Hà Động khởi công xây dựng ngày 12-4-2006 Tổng vốn đầu tư 500 tỷ đồng, từ nguồn vốn trái phiếu Chính phủ vốn ngân sách địa phương Cơng trình BQL đầu tư xây dựng thủy lợi thi cơng Đây cơng trình cơng trình có ý nghĩa kinh tế - xã hội quan trọng người dân huyện Đầm Hà Công trình hồn thành đảm bảo nguồn nước tưới ổn định cho 3.485 đất canh tác cung cấp nước thô phục vụ sinh hoạt cho 29.000 người dân thuộc xã, 01 thị trấn huyện Đầm Hà số huyện lân cận thuộc Miền Đông tỉnh Các hạng mục thuộc cơng trình đầu mối hồn thành bao gồm: 01 đập chính, 04 đập phụ, 01 đập dâng, cống lấy nước, tràn xả lũ và cơng trình phụ trợ: Đường cơng vụ, nhà quản lý, hệ thống điện… với khối lượng đào đắp gần 1,6 triệu m3 đất đá, xây lắp 47.000 m3 bê tơng gạch đá loại Đập loại đập đất hai khối, chân khay cắm qua tầng cuội sỏi để chống thấm, nước ống khói, bảo vệ mái thượng lưu đập bê tông đúc sẵn, bảo vệ mái hạ trồng cỏ Đỉnh đập cao trừng 64,5m, rộng 6m, dài 244m, chiều cao đập vị trí hồ sâu 31,5m , đỉn đập có tường chắn sóng cao 0.8m Hình1.1: Tồn cảnh hồ đập Hình1.2: Một đập phụ Các đập phụ đập đất nhiều khối Cống lấy nước cao áp, phía thượng lưu hình hộp, phía hạ lưu ống trịn thép bọc bê tông cốt thép, lưu lượng thiết kế qua cống 4,9m3/s điều chỉnh van côn hạ lưu Chiều sâu bể 2,0m, tường cao 0,8m, tường cao 1,4m, sân sau dài 30m.Tràn xả lũ đặt vai trái đập, tràn ngưỡng thực dụng gồm cửa cửa rộng 9m, van cung đóng mở xilanh thủy lực, tiêu bể tường kết Hình1.3: nhìn từ hạ lưu tràn xả lũ Hình1.4: hệ thống pittong thủy lực đóng mở cửa tràn 1.1.2 Cấp điện Tồn nguồn cấp cho cơng trình lấy từ lưới điện 35KV hạ áp qua trạm biến áp 2, trạm 35/0,4KV – 50KV Hình1.5: Sơ đồ cấp điện tổng thể lấy từ trạm biến áp Hình1.6: Sơ đồ cấp điện tổng thể lấy từ trạm biến áp Điện hạ áp từ trạm biến áp qua tủ điện tổng (tủ hạ áp) có nhiệm vụ phân phối điện cho tủ điều khiển động bơm dầu cho cửa van cung, động nâng hạ di chuyển phai, hệ thống chiếu sáng nhà điều hành đường quản lý vận hành, cống lấy nước nhà quản lý chung tâm Toàn phụ tải điện lấy từ trạm biến áp số qua nhà phân phối đặt nhà quản lý chung tâm, phụ tải bao gồm: Hình1.7: Sơ đồ mặt cấp điện tổng thể lấy từ trạm biến áp - Phụ tải động lực: Động bơm dầu động vitme có công suất Pdm = 4,5KW, Idm = 9,5A - Phụ tải chiếu sáng cao áp: Số lượng đèn chiếu sáng cao áp thủy ngân lấy từ trạm biến áp số 25 chiếc, công suất đèn Pdm = 250W, Pcsca = 25*0,25 = 6,25(KW), Icsca = 13(A) - Điện sinh hoạt điện chiếu sáng nhà quản lý chung tâm Tổng điều hòa chiếc, tầng bố trí chia điều pha, đèn chiếu sáng huỳnh quang 220V – 40W 14 chiếc, đèn chiếu sáng sợi đốt 220V – 75W Tổng công suất chiếu sáng tầng 1là: 4870W, tổng công suất tầng là: 4780W, cơng suất tính tốn tòa nhà 9,65KW, Icsca= 18.3A Trạm biến áp số 2: Tương tự trạm biến áp số 1, trạm biến áp số có cơng suất, thơng số cấp điện theo sơ đồ Toàn phụ tải lấy từ trạm biến áp số qua tủ phân phối đặt nhà quản lí vận hành tràn, sau cấp theo phụ tải: Phụ tải động lực: Bao gồm động bơm dầu cho cửa van cung có công suất Pđm= 4,5KW, Iđm= 9,5A Phụ tải chiếu sáng cao áp: Tổng số đèn cao áp thủy ngân lấy từ trạm 13 đèn, công suất đèn Pđm= 250W, Pđèn = 13* 0,25 = 32,5KW, Iđèn=6A Phụ tải sinh hoạt chiếu sáng: Tổng công suất tính tốn Ptt= 3,72KW, Itt= 7,1A Trong số lượng đèn chiếu sáng loại huỳnh quang 220V – 40W 10 chiếc, điều hòa quạt ổ cắm cho thiết bị… Hình1.8: Sơ đồ nguyên lý tủ điện phân phối nhà điều hành tràn 10  Function Block Diagram Hình 3.7: Các kiểu lập trình step Một chương trình viết LAD FBD chuyển sang dạng STL ngược lại khơng, STL có nhiều lệnh khơng có LAD hay FBD 3.1.2.4 Phƣơng pháp lập trình Lập trình tuyến tính (linear programming): kỹ thuật lập trình tuyến tính phương pháp lập trình mà tồn chương trình ứng dụng nằm khối OB1, kỹ thuật có ưu điểm gọn, phù hợp với tốn điều khiển đơn giản, nhiệm vụ Hình 3.8: Các kiểu lập trình STEP7 58 Quy trình thực chương trình điều khiển tuyến tính Do tồn chương trình điều khiển nằm khối OB1, nên khối OB1 gần thường trực nhớ Work memory, trừ trường hợp hệ thống phải xử lí tín hiệu báo ngắt Ngồi khối OB1 vùng nhớ Work memory cịn có miền nhớ địa phương (Local Block) cấp phát cho OB1 khối DB OB1 sử dụng Khi thực khối OB1, hệ điều hành ln cấp Local Block có kích thước mặc định 20 Byte Work memory để OB1 lấy liệu từ hệ điều hành Mặc dù kích thước 20 Byte mặc định, người sử dụng Local Block để sử dụng thêm biến nhớ cho chương trình Tuy nhiên, phải để ý Local Block giải phóng cuối vòng quét cấp lại đầu vịng qt sau nên giá trị có Local Block vòng quét trước bị bắt đầu vịng qt Do tốt nên sử dụng Local Block cho việc lưu trữ biến nháp tạm thời tính tốn vịng qt Phương pháp lập trình có cấu trúc phương pháp lập trình mà tồn chương trình điều khiển chia thành khối FC hay FB, khối có nhiệm vụ riêng quản lí chung từ khối OB Kiểu lập trình phù hợp cho toán điều khiển phức tạp, nhiều nhiệm vụ chi việc sửa chữa, gỡ rối sau PLC S7-300 có khối bản: -Loại khối OB (Oranization Blok): khối tổ chức quản lí -Chương trình điều khiển như: OB1, OB35, OB40 -Loại khối FC (Function): khối chương trình với chức riêng giống khối chương trình hàm FC1, FC2 59 -Loại khối FB (Function Block): loại khối FC đặc biệt có khả trao đổi lượng liệu lớn với khối chương trình khác Các liệu phải tổ chức thành khối liệu riêng Data Block: FB1, FB2 -Loại khối DB (Data Block): khối liệu cần thiết để thực chương trình Một chương trình ứng dụng có nhiều khối DB DB1, DB2 Trong OB1 có lệnh gọi khối chương trình theo thứ tự phù hợp với bàn toán điều khiển đặt Một nhiệm điều khiển chia nhỏ thành nhiều nhiệm vụ cụ thể nữa, khối chương trình gọi từ khối chương trình khác Điều cần ý không khối chương trình lại gọi đến Ngồi ra, có hạn chế ngăn xếp module CPU nên khơng chương trình gọi lồng qua số lần mà module CPU sử dụng cho phép, PLC ự chuyển sang chế độ STOP đặt cờ báo lỗi DB FB OB DB FC DB FB DB FB Hình 3.9: Cấu trúc chương trình cấu trúc OB: Ogranization Block FB: Function Block 60 SFB SFC FC: Function SFB: System Function Block SFC: System Function SDB: System Data Block DB: Data Block Giữa khối mẹ khối có lien kết thể qua việc trao đổi giá trị Khi gọi khối con, khối mẹ cần cho kiện thông qua tham trị đầu vào để khối thực nhiệm vụ Sau thực xong nhiệm vụ, khối phải trả lại cho khối mẹ kết tham trị đầu Hệ điều hành CPU tổ chức việc truyền qua tham trị thông qua Local Block khối Hình 3.10: Thực khối FC10 Như vậy, thực lệnh gọi khối con, hệ điều hành sẽ: - Chuyển khối gọi vùng Local memory Cấp phát cho khối phần nhớ Work memory để làm Local Block Cấu trúc Local Block quy định soạn thảo khối 61 - Truyền tham trị từ khối mẹ cho biến hình thức: In, In - Out Local Block - Sau khối thực xong nhiệm vụ ghi kết dạng tham trị đầu cho biến Out, In - Out Local Block, hệ điều hành chuyển tham trị cho khối mẹ giải phóng khối Local Block khỏi Work memory 3.2 CHƢƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN VAN CUNG 3.2.1 Phân tích tín hiệu vào PLC Theo ngun lí hoạt động can cung số 1, số có ngun lí hoạt động khác van cung hoạt động độc lập với Do van cung có ngun lí hoạt động chương trình điều khiển cung tín hiệu vào PLC cho van cung ta xây dựng chương trình điều khiển cho van cung van số van lại van khác chúng hoạt động độc lập Với hệ thống van cung khóa chuyển mạch A-M có vị trí tương ứng với tiếp điểm Khi khóa chuyển mạch A-M chuyển sang vị trí A tiếp điểm 2,3,4 đóng lại Khi khóa chuyển mạch sang vị trí M tiếp điểm 1,5,6 đóng lại Vì đầu vào PLC nối tới tiếp điểm 2,3,4 khóa chuyển mạch ta lắp đặt CPU phải đưa khoa chuyển mạch vị trí A Khi lắp đặt CPU PLC khóa chuyển mach A-M đưa vị trí A tương ứng tiếp điểm 2,3,4 khóa chuyển mạch A-M đóng lại lúc ta cần điều khiển nút khởi động chuyển khóa chuyển mạch N-H bàn điều khiển để cấp tín hiệu cho đầu vào PLC 62 Bảng 3.1: Các tín hiệu vào/ra theo yêu cầu hệ thống Các tín hiệu vào PLC TT Địa I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 Chức Nút start I0.0 có tín hiệu ta phải ấn nút khởi động cho hệ thống Khóa chuyển mạch N-H vị trí N để cấp tín hiệu cho I0.1 ta phải đưa khóa chuyển mạch N-H vị trí N Khóa chuyển mạch N-H vị trí H để cấp tín hiệu cho I0.1 ta phải đưa khóa chuyển mạch N-H vị trí H Nút dừng toàn hệ thống Khi ta muốn dừng hệ thống ta cần ấn nút dừng D1 điện cấp cho tín hiệu I0.3 Các tín hiệu PLC TT Địa Q0.0 Q0.1 Q0.2 Chức Tín hiệu cấp điện cho rơ-le trung gian R cấp điện cho công-tắtơ K2.2 để cấp điện cho động bơm dầu thủy lực Tín hiệu cấp nguồn cho rơ-le trung gian RN, rơ-le có nhiệm vụ cấp cho cuộn dây van thủy lực Y1A Tín hiệu cấp nguồn cho rơ-le trung gian RH, rơ-le có nhiệm vụ cấp điện cho cuộn dây van thủy lực Y1B 63 Phân tích tín hiệu vào ra: để tín hiệ hoạt động theo yêu cầu hệ thống chưa lắp đặt CPU Ta lập trình hệ thống theo thuật toán chưa lắp đặt CPU tức ban đầu đưa khóa chuyển N-H mạch vị trí N tương ứng với tiếp điểm khóa chuyển mạch N-H sau để khởi động ta ấn nút khởi động M2 lúc có tín hiệu cho rơ-le trung gian cấp điện cho bơm dầu hoạt động Ngược lại ta đưa khóa chuyển mạch N-H vị trí H tương đương với vị trí khóa chuyển mạch N-H sau để khởi động ta ấn nút khởi động M2 lúc có tín hiệ cho rơ-le trung gian cấp điện cho bơm dầu hoạt động 3.2.2 Phƣơng trình điều khiển 3.2.3 Chƣơng trình điều khiển 64 65 3.3 CHƢƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN VAN PHẲNG THƢỢNG LƢU BẰNG VITME 3.3.1 Phân tích tín hiệu vào PLC Với hệ thống van cung khóa chuyển mạch A-M có vị trí tương ứng với tiếp điểm Khi khóa chuyển mạch A-M chuyển sang vị trí A tiếp điểm 2,4 đóng lại Khi khóa chuyển mạch chuyển sang vị trí M tiếp điểm 1,3 đóng lại Vì đầu vào PLC nối tới tiếp điểm 2,4 khóa chuyển mạch ta lắp đặt CPU ta phải đưa khóa chuyển mạch vị trí A Khi lắp đặt CPU PLC khóa chuyển mạch A-M đưa vị trí A tương ứng với tiếp điểm 2,4 khóa chuyển mạch A-M đóng lại lúc ta cẩn điều khiển nút khởi động khóa chuyển mạch N-H bàn điều khiển Bảng 3.2: Các tín hiệu vào/ra theo yêu cầu hệ thống Các tín hiệu vào PLC TT Địa Chức I0.0 I0.1 I0.2 Tương ưng với nút H I0.0 có tín hiệu vào ta phải ấn nút H cho hệ thống Tương ứng với nút N I0.0 có tín hiệu ta phải ấn nút N cho hệ thống Nút dừng toàn hệ thống Khi ta muốn dừng hệ thống ta cần ấn nút dừng D điện cấp cho tín hiệu I0.2 66 Các tín hiệu PLC TT Địa Chức Q0.0 Tín hiệu cấp điện cho rơ-le trung gian RG1 Q0.1 Tín hiệu cấp nguồn cho rơ-le trung gian RG2 3.2.2 Phƣơng trình điều khiển 3.3.3 Chƣơng trình điều khiển 67 3.4 CHƢƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN VAN CƠN HẠ LƢU BẰNG THỦY LỰC 3.4.1 Phân tích tín hiệu vào PLC Với hệ thống van khóa chuyển mạch A-M có vị trí tương ứng với tiếp điểm Khi khóa chuyển mạch A-M chuyển sang vị trí A tiếp điểm 2,3,4 đóng lại Khi khóa chuyển mạch chuyển sang vị trí M tiếp điểm 1,5,6 đóng lại Vì đầu vào PLC nối tới tiếp điểm 2,3,4 khóa chuyển mạch ta lắp đặt CPU ta phải đưa khóa chuyển mạch vị trí A Khi lắp đặt CPU PLC khóa chuyển mạch A-M đưa vị trí A tương ứng với tiếp điểm 2,3,4 khóa chuyển mạch A-M đóng lại lúc ta cẩn điều khiển nút khởi động khóa chuyển mạch N-H bàn điều khiển Bảng 3.3: Các tín hiệu vào/ra theo yêu cầu hệ thống Các tín hiệu vào PLC TT Địa Chức I0.0 Nút start I0.0 có tín hiệu ta phải ấn nút khởi động cho 68 hệ thống I0.1 I0.2 I0.3 Khóa chuyển mạch N-H vị trí N để cấp tín hiệu cho I0.1 ta phải đưa khóa chuyển mạch N-H vị trí N Khóa chuyển mạch N-H vị trí H để cấp tín hiệu cho I0.1 ta phải đưa khóa chuyển mạch N-H vị trí H Nút dừng tồn hệ thống Khi ta muốn dừng hệ thống ta cần ấn nút dừng D1 điện cấp cho tín hiệu I0.3 Các tín hiệu PLC TT Địa Chức Q0.0 Q0.1 Q0.2 Tín hiệu cấp điện cho rơ-le trung gian R cấp điện cho công-tắnơ K2.2 để cấp điện cho động bơm dầu thủy lực Tín hiệu cấp nguồn cho rơ-le trung gian RN, rơ-le có nhiệm vụ cấp cho cuộn dây van thủy lực Y1A Tín hiệu cấp nguồn cho rơ-le trung gian RH, rơ-le có nhiệm vụ cấp điện cho cuộn dây van thủy lực Y1B Phân tích tín hiệu vào ra: để tín hiệ hoạt động theo yêu cầu hệ thống chưa lắp đặt CPU Ta lập trình hệ thống theo thuật toán chưa lắp đặt CPU tức ban đầu đưa khóa chuyển N-H mạch vị trí N tương ứng với tiếp điểm khóa chuyển mạch N-H sau để khởi động ta ấn nút khởi động M2 lúc có tín hiệu cho rơ-le trung gian cấp điện 69 cho bơm dầu hoạt động Ngược lại ta đưa khóa chuyển mạch N-H vị trí H tương đương với vị trí khóa chuyển mạch N-H sau để khởi động ta ấn nút khởi động M2 lúc có tín hiệ cho rơ-le trung gian cấp điện cho bơm dầu hoạt động 3.4.2 Phƣơng trình điều khiển 3.3.4 Chƣơng trình điều khiển 70 71 KẾT LUẬN Sau gần tháng nghiên cứu đồ án tốt nghiệp với nhiệm vụ “Phân tích trang bị điện hệ thống điều tiết nước hồ chứa Hà Động” với giúp đỡ tận tình thầy giáo Đặng Hồng Hải, thầy cô khoa điện, bạn lớp em hoàn thành đồ án với nội dung sau: - Phân tích cung cấp điện cho cơng trình - Phân tích trang bị điện cho hệ thống - Chương trình điều khiển cho hệ thống Qua trình làm đồ án giúp em hiểu biết thêm kiến thức cung cấp điện, trang bị điện, kỹ thuật vẽ auto cad kiến thức điều khiển logic khả trình (PLC s7-300), khơng nhiều điều kiện tốt giúp em kiến thức làm tiền đề cho công việc sau trường áp dụng vào thực tế Em gửi lời cảm ơn đến thầy cô giáo khoa điện bạn lớp đặc biệt thầy giáo Đặng Hồng Hải tận tình giúp đỡ, hướng dẫn em suốt trình làm đồ án, kiến thức hạn hẹp đồ án hồn thành khơng tránh khỏi thiếu sót em mong đóng góp ý kiến thầy giáo để đồ án hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn ! Hải Phòng, ngày 7/11/2012 Sinh viên thực Bùi Văn Thanh 72