báo cáo điều khiển hệ thống điện công nghiệp mạch điều khiển tuần tự mạch điều khiển thang cuốn và mạch điều khiển hệ thống ats

CX-pro-Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu Cách tiếp cận Báo cáo dựa vào phân tích các ưu điểm và khuyết điểm của các mạch điềukhiển tuần tự, mạch điều khiển thang cuốn và mạch điều

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN ĐIỆN CÔNG NGHIỆP

Lê Võ Anh Tuấn 21142418

Đỗ Nguyễn Đình Toàn 21142403

Tp Hồ Chí Minh, 03/2024.

Giới thiệu Nhóm 15

MỤC LỤC

TRANG

Trang bìa

MỤC LỤC i

LIỆT KÊ HÌNH iv

LIỆT KÊ BẢNG vi

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT vii

MỞ ĐẦU viii

CHƯƠNG 1 ĐIỀU KHIỂN TUẦN TỰ 1

1.1 Yêu cầu thiết kế 1

1.2 Thiết kế mạch động lực 2

1.3 Thiết kế sơ đồ nối dây và mô tả các phần tử liên quan 3

1.3.1 Sơ đồ nối dây 3

1.3.2 Bảng mô tả các phần tử trong mạch 3

1.4 Nguyên lý điều khiển 4

1.4.1 Thiết kế lưu đồ điều khiển 4

1.4.2 Giải thích nguyên lý hoạt động 5

1.5 Xây dựng mô hình mô phỏng 5

Giới thiệu Nhóm 15

1.5.1 Thiết kế giao diện 5

1.5.2 Sơ đồ ladder 6

1.6 Kết quả và nhận xét 7

CHƯƠNG 2 THANG CUỐN 8

2.1 Yêu cầu thiết kế 8

2.2 Thiết kế mạch động lực 8

2.3 Thiết kế sơ đồ nối dây và mô tả các phần tử liên quan 10

2.3.1 Sơ đồ nối dây 10

2.3.2 Bảng mô tả các phần tử trong mạch 10

2.4 Nguyên lý điều khiển 11

2.4.1 Thiết kế lưu đồ điều khiển 11

2.4.2 Giải thích nguyên lý hoạt động 11

2.5 Xây dựng mô hình mô phỏng 12

2.5.1 Thiết kế giao diện 12

2.5.2 Sơ đồ ladder 13

2.6 Kết quả và nhận xét 16

CHƯƠNG 3 ATS 17

3.1 Yêu cầu thiết kế 17

3.2 Thiết kế mạch động lực 18

Giới thiệu Nhóm 15

3.3 Thiết kế sơ đồ nối dây và mô tả các phần tử liên quan 19

3.3.1 Sơ đồ nối dây 19

3.3.2 Bảng mô tả các phần tử trong mạch 19

3.4 Nguyên lý điều khiển 21

3.4.1 Thiết kế lưu đồ điều khiển 21

3.4.2 Giải thích nguyên lý hoạt động 21

3.5 Xây dựng mô hình mô phỏng 22

3.5.1 Thiết kế giao diện 22

3.5.2 Sơ đồ ladder 24

3.6 Kết quả và nhận xét 28

KẾT LUẬN 29

TÀI LIỆU THAM KHẢO 30

Giới thiệu Nhóm 15

LIỆT KÊ HÌNH

TRANG

Hình 1.1 Nguyên lý băng tải tuần tự 1

Hình 1.2 Sơ đồ mạch động lực 2

Hình 1.3 Sơ đồ nối dây 3

Hình 1.4 Lưu đồ điều khiển 4

Hình 1.5 Giao diện mô phỏng điều khiển 5

Hình 1.6 Sơ đồ ladder 6

Hình 2.1 Thang cuốn 8

Hình 2.2 Sơ đồ mạch động lực 9

Hình 2.3 Sơ đồ nối dây 10

Hình 2.4 Lưu đồ điều khiển 11

Hình 2.5 Giao diện mô phỏng điều khiển 12

Hình 2.6 Sơ đồ ladder 15

Hình 3.1 Bộ đóng cắt và chuyển mạch tự động 17

Hình 3.2 Nguyên lý đóng cắt và chuyển mạch theo thời gian của hệ thống 17

Hình 3.3 Sơ đồ mạch động lực 18

Hình 3.5 Lưu đồ điều khiển 21

Giới thiệu Nhóm 15Hình 3.6 Giao diện mô phỏng điều khiển 22Hình 3.7 Sơ đồ ladder 27

Giới thiệu Nhóm 15

LIỆT KÊ BẢNG

TRAN

Bảng 1.1 Bảng mô tả các phần tử trong mạch tuần tự 4

Bảng 2.1 Bảng mô tả các phần tử trong mạch điều điều thang cuốn 11Bảng 3.1 Bảng mô tả các phần tử trong mạch ATS 20

(Moulded Case Circuit Breaker) Cầu dao tự động dạng khối.

(Programmable Logic Controller) thiết bị điều khiển lập trình

Việc nghiên cứu và áp dụng các phương pháp điều khiển tiên tiến vào hệ thống điện

có thể giúp tăng cường hiệu suất năng lượng, giảm thiểu lãng phí, và hỗ trợ cho mụctiêu phát triển bền vững của ngành công nghiệp và xã hội Nghiên cứu về điều khiển

hệ thống điện cũng mở ra cơ hội cho hợp tác với các tổ chức nghiên cứu, doanhnghiệp và cộng đồng khoa học công nghệ Đồng thời, việc tham gia vào nghiên cứunày cũng giúp phát triển kỹ năng nghiên cứu và sự hiểu biết chuyên sâu về lĩnh vựcnày cho cá nhân

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Dựa vào việc mô phỏng mạch trên phần mềm CX-supervisor và gramer, báo cáo này tập trung nghiên cứu điều khiển: mạch điều khiển tuần tự,mạch điều khiển thang cuốn và mạch điều khiển hệ thống ATS

CX-pro-Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

Cách tiếp cận

Báo cáo dựa vào phân tích các ưu điểm và khuyết điểm của các mạch điềukhiển tuần tự, mạch điều khiển thang cuốn và mạch điều khiển hệ thống ATS để đềtài đề xuất giải pháp điều khiển một cách tối ưu và linh hoạt

Giới thiệu Nhóm 15

Lựa chọn phương pháp nghiên cứu

+ Phương pháp phân tích: được thực hiện bằng cách phân tích nguyên lý hoạtđộng của các mạch điều khiển tuần tự, mạch điều khiển thang cuốn và mạch điềukhiển hệ thống ATS giúp cho đề tài có cách tiếp cận tổng quát, khoa học và xácđịnh đúng hướng nghiên cứu

+ Phương pháp mô phỏng: phương pháp điều khiển được kiểm tra trên phầnmềm CX-supervisor và CX-programer để thể hiện tính trực quan và độ tin cậy caotrong miền khảo sát mong muốn

Nội dung của báo cáo

Cấu trúc của đề tài bao gồm 3 chương:

Chương 1: Điều khiển tuần tự

Chương 2: Thang cuốn

Chương 3: ATS

Đóng góp mới về mặt khoa học của báo cáo

Kỹ thuật điều khiển mạch tuần tự tối ưu hóa hoạt động của mạch khởi độngtuần tự để giảm thiểu mức tiêu thụ năng lượng và tăng cường hiệu suất của hệthống Phát triển các mạch khởi động có khả năng tùy chỉnh linh hoạt để phù hợpvới yêu cầu cụ thể của từng ứng dụng và môi trường hoạt động; Kỹ thuật điều khiểnmạch thang cuốn giúp điều khiển thang cuốn một cách hiệu quả và linh hoạt hơn.Tăng cường khả năng phát hiện và chẩn đoán sự cố để giảm thiểu thời gian chết vàthời gian dừng máy; Kỹ thuật điều khiển mạch ATS giúp đảm bảo hệ thống ATShoạt động an toàn và ổn định trong mọi điều kiện

Giới thiệu Nhóm 15

Ý nghĩa thực tiễn

Phương pháp điều khiển mạch tuần tự linh hoạt sẽ giúp giảm thiểu mất điệnnăng trong quá trình khởi động Điều này giúp tiết kiệm năng lượng và giảm chi phívận hành Phương pháp mạch điều khiển thang cuốn cho phép điều chỉnh chế độ tựđộng hoặc thủ công, điều này giúp tiết kiệm năng lượng khi không cần thiết Mạchđiều khiển ATS tự động chuyển đổi giữa nguồn cung cấp điện chính và nguồn dựphòng khi nguồn chính gặp sự cố hoặc mất điện Điều này đảm bảo rằng các thiết bị

và hệ thống quan trọng vẫn hoạt động liên tục mà không bị gián đoạn

Nội dung Nhóm 15

CHƯƠNG 1 ĐIỀU KHIỂN TUẦN TỰ1.1 YÊU CẦU THIẾT KẾ

- Ấn nút ON thì động cơ 1 chạy, sau thời gian 15s thì động cơ 2 chạy cùng động cơ 1 Ấnnút OFF thì động cơ 2 tắt, sau 15s thì động cơ 1 tắt

- Có giao diện điều khiển trực quan, dễ điều khiển và giám sát

Hình 1.1 Nguyên lý băng tải tuần tự

* Ứng dụng

- Thế giới luôn vận hành và thay đổi để ngày càng phát triển để đáp ứng nhu cầu của conngười, phục vụ cho con người Nó giúp cho chúng ta làm việc nhẹ nhàng hơn nhưng vẫnđảm bảo được chất lượng và tốc độ có thể là còn hơn Để có được nhưng thành tựu nhưvậy thì chúng ta đã không ngừng nâng cao hiện đại hoá công nghệ… Một trong công việclàm cho con người chúng ta mất nhiều công sức và thời gian nhất chính là việc vậnchuyển hàng hoá liên tục, yêu cầu phải có nhiều người và phải có mặt liên tục ở nơi vậnchuyển để xử lí việc vận chuyển Chính vì thấy được sự bất cập trong khâu vận chuyểnnhư thế mà chúng ta đã sáng tạo ra mạch tuần tự giúp ta cài được thời gian để rồi từ đóviệc vận chuyển hàng chỉ cần 1 người quan sát phần còn lại thì đã có hệ thống mạch tuần

tự làm hết

- Thêm vào đó thì mạch tuần tự cũng được ứng dung vào khá là nhiều công việc khác như

“ có thể cài thờ gian nhất định để bật lần lượt đèn, máy bơm, quạt… ở các vị trí khác

Nội dung Nhóm 15

nhau mà không cần chúng ta phải đến tận nơi để bật việc này giúp ta tiết kiệm rất nhiềuthời gian để làm các công việc khác

1.2 THIẾT KẾ MẠCH ĐỘNG LỰC

Hình 1.1 Sơ đồ mạch động lực

Nội dung Nhóm 15

1.3 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NỐI DÂY VÀ MÔ TẢ CÁC PHẦN TỬ LIÊN QUAN

1.3.1 Sơ đồ nối dây

Hình 1.2 Sơ đồ nối dây1.3.2 Bảng mô tả các phần tử trong mạch

SYMBOL DESCRIPTION ADDRES S

Tuần tự

MCCB Moulded case circuit breaker MC1 Megnetic contactor 1

MC2 Megnetic contactor 2 OL1 Thermal relay 1 OL2 Thermal relay 2 Q1 coil for MC1 100.00 Q2 coil for MC2 100.03 STOP stop button 0.01 START start button 0.05

Nội dung Nhóm 15

1.4 NGUYÊN LÝ ĐIỀU KHIỂN

1.4.1 Thiết kế lưu đồ điều khiển

Hình 1.3 Lưu đồ điều khiển

1.4.2 Giải thích nguyên lý hoạt động

- Đặt thời gian cho 2 Timer

Nội dung Nhóm 15

- Nếu nút ON chưa được nhấn thì không làm gì, khi nút ON được nhấn thì động cơ 1chạy, đèn báo MOTOR 1 sáng Timer bắt đầu đếm lùi Timer đếm xong thì động cơ 2chạy Trong thời gian Timer 1 đếm nếu nhấn nút OFF thì tắt cả hai động cơ

1.5 XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG

1.5.1 Thiết kế giao diện

Hình 1.4 Giao diện mô phỏng điều khiển

 Nguyên lý hoạt động

Trên màn hình quan sát:

- Tiến hành cài đặt giá trị cho Timer tại Set Timer

- Khi nhấn nút ON thì MOTOR 1 hoạt động (sáng lên), MOTOR2 hoạt động (sáng lên)sau khi Timer đếm xong Trong thời gian Timer đếm nếu nhấn nút OFF thì tắt MOTOR 1

và Timer dừng đếm

Nội dung Nhóm 15

- Khi cả MOTOR 1 và MOTOR 2 đang hoạt động, nhấn nút OFF thì ngay lập tức cả haiMOTOR đều dừng

1.5.2 Sơ đồ ladder

Hình 1.5 Sơ đồ ladder

 CX-Programmer và nguyên lý hoạt động

Theo sơ đồ ladder vẽ ở hình, để khởi động hệ thống băng tải tuần tự:

Nội dung Nhóm 15

- Nhấn nút ON để khởi động động cơ 1 Khi động cơ 1 (MC1) có điện thì tiếp điểmthường mở MC1 đóng lại tự giữ cung cấp điện cho Timer T2 (giá trị đặt trước do ngườidùng cài đặt) Timer T2 đếm lùi đến hết thời gian thì tiếp điểm thường mở T0002 đónglại cung cấp điện cho động cơ 2 (MC2) hoạt động

- Nhấn Nút STOP thì tiếp điểm 0.01 hở ra, ngắt điện dẫn đến MC1 và MC2 dừng hoạtđộng

1.6 KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT

Mạch tuần tự là một phần quan trọng của tự động hóa công nghiệp, giúp tăng cường hiệusuất, an toàn và tiết kiệm chi phí trong quá trình vận hành và bảo trì của các hệ thốngcông nghiệp

Mạch tuần tự có thể được thiết kế và lập trình để phản ánh các yêu cầu cụ thể của từngứng dụng Điều này cho phép các hệ thống tự động hóa linh hoạt và dễ dàng thích ứngvới các thay đổi hoặc cải tiến

Nội dung Nhóm 15

CHƯƠNG 2 THANG CUỐN2.1 YÊU CẦU THIẾT KẾ

- Thang cuốn là một phần quan trọng để đảm bảo hoạt động an toàn và hiệu quả của hệthống Dưới đây là một số yêu cầu điều khiển cần xem xét:

Khởi động và dừng thang cuốn: Đảm bảo thang cuốn khởi động mềm mại và dừng

Bảo vệ an toàn: Điều khiển phải có chức năng ngắt nguồn tức thì khi phát hiện sự

cố hoặc nguy hiểm

Kiểm tra các cảm biến và hệ thống bảo vệ để đảm bảo hoạt động đúng cách

Hình 2.1 Thang cuốn

2.2 THIẾT KẾ MẠCH ĐỘNG LỰC

Nội dung Nhóm 15

Hình 2.6 Sơ đồ mạch động lực

Nội dung Nhóm 15

2.3 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NỐI DÂY VÀ MÔ TẢ CÁC PHẦN TỬ LIÊN QUAN

2.3.1 Sơ đồ nối dây

Hình 2.7 Sơ đồ nối dây2.3.2 Bảng mô tả các phần tử trong mạch

SYMBOL DESCRIPTION ADDRE

SS

ESCALAT

OR MAN_AUTO Manual or auto mode W0.00

ON_OFF Run or stop esca W0.02 ESCA Run escalator 100.01

TIME Current time (h) D12SENSOR Human porximity sensor 0.00 SENSOR

STATUS

W20.0

Nội dung Nhóm 15

AUTO MODE Run in auto mode W100.00

Bảng 2.2 Bảng mô tả các phần tử trong mạch điều điều thang cuốn

2.4 NGUYÊN LÝ ĐIỀU KHIỂN

2.4.1 Thiết kế lưu đồ điều khiển

Hình 2.8 Lưu đồ điều khiển2.4.2 Giải thích nguyên lý hoạt động

- Đặt thời gian khung giờ cao điểm và thời gian thang cuốn chạy tại giờ thấp điểm

- Khi ở chế độ Manual, ta điều khiển thang cuốn chạy bằng Switch ON/OFF

Nội dung Nhóm 15

- Ở chế độ Auto,trong khung giờ cao điểm thang cuốn luôn chạy Ngoài giờ cao điểm,thang cuốn chỉ hoạt động khi có người đi qua cảm biến, và timer đếm đến khi hết thờigian thì tyhang cuốn ngừng Nếu timer đang đếm, có người đi vào thang cuốn thì timer sẽđếm lại từ đầu

2.5 XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG

2.5.1 Thiết kế giao diện

Hình 2.9 Giao diện mô phỏng điều khiển

 Nguyên lý hoạt động

Ở chế độ Manual:

- Vặn Switch Auto/manual sang chế độ Manual

- Khi nhấn nút ON thì thang cuốn hoạt động (đèn báo Escalator_run sáng lên) nhấn nútOFF thì thang cuốn dừng (đèn báo Escalator_run tắt)

Ở chế độ Auto:

Nội dung Nhóm 15

- Chuyển Switch Auto/manual sang chế độ Auto

- Cài đặt giờ cao điểm tại Start timer và End timer

- Cài đặt thời gian thang cuốn chạy khi có người tại giờ thấp điểm

- Khi ở giờ cao điểm thang cuốn tự động chạy (đèn báo Escalator_run sáng lên) Tại giờthấp điểm, thang cuốn ngưng hoạt động (đèn báo Escalator_run tắt), khi ta nhấn nút kíchhoạt cảm biến Sensor ( để mô phỏng khi có người đi qua sẽ kích hoạt Sensor) khi đóthang cuốn hoạt động, đồng thời Timer bắt đầu đếm ngược Khi Timer đếm hết thời gianthì thang cuốn sẽ ngừng Nếu trong thời gian timer đang đếm ngược, mà Sensor đượckích hoạt tiếp thì Timer sẽ đếm lại từ đầu

- Khi khung giờ cao điểm được cài đặt vào buổi tối thì đèn báo Night sẽ sáng

2.5.2 Sơ đồ ladder

Nội dung Nhóm 15

Nội dung Nhóm 15

- Khi trong giờ cao điểm, thời gian thỏa điều kiện của khối so sánh, cuộn Auto mode(W100.00) có điện Tiếp điểm thường hở Auto mode (W100.00) có điện dẫn đến cuộnEsca (100.01) có điện, thang cuốn hoạt động

Ở chế độ Manual: Tiếp điểm thường hở Man_Auto (W0.00) đóng lại, khi vặn SwitchON_OFF sang chế độ ON, tiếp điểm thường hở ON_OFF (W0.02) đóng lại, cuộn Esca(100.01) có điện, thang cuốn hoạt động Nếu văn Switc ON_OFF sang chế độ OFF(W0.02) hở ra Ngắt điện thang cuốn

2.6 KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT

Kết quả đạt được là việc thang cuốn hoạt động ổn định, an toàn và hiệu suất cao

Hệ thống điều khiển đã được triển khai và kiểm tra trên thực tế Đề tài nên tiếp tục nghiêncứu và phát triển để cải thiện hiệu suất và tích hợp các tính năng mới

Nội dung Nhóm 15

CHƯƠNG 3 ATS3.1 YÊU CẦU THIẾT KẾ

- Dùng ATS để chuyển sang mạch dự phòng khi có sự cố về điện, đảm bảo liên tụccung cấp điện

- Khi có điện lại từ nguồn chính dùng ATS để chuyển mạch đáp ứng nhu cầu sửdụng như bình thường

* Ứng dụng: Vận hành đóng cắt khi có sự cố về nguồn trong các hệ thống điện cần có

sự liên tục cung cấp điện

Nội dung Nhóm 15

Hình 3.1 Bộ đóng cắt và chuyển mạch tự động

Hình 3.1 Nguyên lý đóng cắt và chuyển mạch theo thời gian của hệ thống

Nội dung Nhóm 15

3.2 THIẾT KẾ MẠCH ĐỘNG LỰC

Hình 3.3 Sơ đồ mạch động lực

3.3 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NỐI DÂY VÀ MÔ TẢ CÁC PHẦN TỬ LIÊN QUAN

3.3.1 Sơ đồ nối dây

Hình 3.4 Sơ đồ nối dây3.3.2 Bảng mô tả các phần tử trong mạch

SYMBOL DESCRIPTION ADDRE SS

ATS

MAN_AUTO MAN/AUTO SWITCH W30.00 SWCB1 ON/OFF FOR CB 1 W30.01 SWCB2 ON/OFF FOR CB 2 W30.02 RL1 VOLT SENSOR OF RL1 0.03

SL1 VOLT SENSOR OF SL1 0.04 TL1 VOLT SENSOR OF TL1 0.05 RL2 VOLT SENSOR OF RL2 0.06 SL2 VOLT SENSOR OF SL2 0.07 TL2 VOLT SENSOR OF TL2 0.08 INTER1 INTERRUPTED LINE 1 W30.03 INTER2 INTERRUPTED LINE 2 W30.04 CB1 CURCUIT BREAKER 1 100.6 CB2 CURCUIT BREAKER 2 100.7

TS SET_TS (T4 H11*10=D20) H11 TCE SET_TBS (T5 H12*10=D22) H12 TBS SET_TBS (T6 H13*10+D24) H13 TCN SET_TCN (T7 H14*10+D26) H14 TS_DIS DISPLAY TS (D30=T4/10) D30 TCE_DIS DISPLAY TCE (D32=T5/10) D32 TBS_DIS DISPLAY TBS (D34=T6/10) D34 TCN_DIS DISPLAY TCN (D36=T7/10) D36

Bảng 3.1 Bảng mô tả các phần tử trong mạch ATS

3.4 NGUYÊN LÝ ĐIỀU KHIỂN

3.4.1 Thiết kế lưu đồ điều khiển

Hình 3.5 Lưu đồ điều khiển3.4.2 Giải thích nguyên lý hoạt động

- Khi 3 pha S1 S2 S3 hoạt động bình thường thì CB1 đóng, cung cấp điện từ lướiđến tải

- Trong 3 pha S1 S2 S3 mất pha thì đèn MAIN nhấp nháy báo hiệu mất pha bênnhánh lưới; khi 3 pha S4 S5 S6 đủ pha thì Timer TS bắt đầu đếm, khi đếm xong thìCB1 mở ra ngắt nguồn cung cấp từ lưới, TCE bắt đầu đếm, khi đếm xong thì CB2đóng lại cung cấp điện từ nguồn dự phòng cho tải Trong thời gian 1 trong 2 Timer

TS, TCE đếm, nếu lưới có đủ pha trở lại thì CB1 đóng lại để tiếp tục sử dụng nguồnlưới

- Khi 3 pha S1 S2 S3 hoạt động bình thường trở lại, Timer TBS bắt đầu đếm, khiđếm xong thì CB2 mở ra ngắt nguồn cung cấp từ nguồn dự phòng, TCN bắt đầuđếm, khi đếm xong thì CB1 đóng lại cung cấp điện từ lưới cho tải

- Khi đang dùng nguồn lưới mà nguồn dự phòng mất pha thì đèn báo BACKUPnhấp nháy báo hiệu nguồn dự phòng mất pha Sau đó nguồn nếu nguồn lưới mấtpha luôn thì đèn MAIN nhấp nháy báo hiệu nguồn lưới mất pha, vẫn giữ nguyêntrạng thái đóng CB

- Khi đang dùng nguồn dự phòng bị mất pha thì đèn BACKUP nhấp nháy báo hiệumất pha, không chuyển đổi nguồn Khi 3 pha S1 S2 S3 hoạt động bình thường trở lạithì chuyển đổi từ nguồn dự phòng sang nguồn lưới

3.5 XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG

3.5.1 Thiết kế giao diện