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

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬTTHÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN CÔNG NGHIỆP Nguyễn Ngô Thanh An 21142626 Hoàng Hải Hưng 21142440 Lê Võ Anh Tuấn 21142418 Đỗ Nguyễn Đình Toàn21142403

Tp Hồ Chí Minh, 03/2024.

Trang 2

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

1.1Yêu cầu thiết kế 1

1.2Thiết kế mạch động lực 2

1.3Thiết 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

1.4Nguyên lý điều khiển 4

1.4.1 Thiết kế lưu đồ điều khiển 4

1.4.2 Giải thích nguyên lý hoạt động 5

1.5Xây dựng mô hình mô phỏng 5

Trang 3

Giới thiệu Nhóm 15

1.5.1 Thiết kế giao diện 5

1.5.2 Sơ đồ ladder 6

1.6Kết quả và nhận xét 7

CHƯƠNG 2.THANG CUỐN 8

2.1Yêu cầu thiết kế 8

2.2Thiết kế mạch động lực 8

Trang 4

Trang 5

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

Trang 6

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

Trang 7

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 11 Bảng 3.1 Bảng mô tả các phần tử trong mạch ATS 20

Trang 8

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

(Programmable Logic Controller) thiết bị điều khiển lập trình.

Trang 9

MỞ ĐẦU Tính cần thiết

Hệ thống điện công nghiệp là một phần không thể thiếu trong hầu hết các lĩnh vực công nghiệp, từ sản xuất đến dịch vụ và tiện ích Việc nghiên cứu và phát triển các phương pháp, công nghệ mới trong lĩnh vực này đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện hiệu suất, độ tin cậy và an toàn của hệ thống điện Mục tiêu của đề tài.

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 mục tiêu 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, doanh nghiệp và cộng đồng khoa học công nghệ Đồng thời, việc tham gia vào nghiên cứu này cũng giúp phát triển kỹ năng nghiên cứu và sự hiểu biết chuyên sâu về lĩnh vực này cho cá nhân.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Dựa vào việc mô phỏng mạch trên phần mềm CX-supervisor và CX-pro-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.

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 điều khiển tuần tự, mạch điều khiển thang cuốn và mạch điều khiển hệ thống ATS để đề tài đề xuất giải pháp điều khiển một cách tối ưu và linh hoạt.

Trang 10

Lựa chọn phương pháp nghiên cứu

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

+ Phương pháp mô phỏng: phương pháp điều khiển được kiểm tra trên phần mềm CX-supervisor và CX-programer để thể hiện tính trực quan và độ tin cậy cao trong 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 động tuần tự để giảm thiểu mức tiêu thụ năng lượng và tăng cường hiệu suất của hệ thống Phát triển các mạch khởi động có khả năng tùy chỉnh linh hoạt để phù hợp với yêu cầu cụ thể của từng ứng dụng và môi trường hoạt động; Kỹ thuật điều khiển mạch 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 và thời gian dừng máy; Kỹ thuật điều khiển mạch ATS giúp đảm bảo hệ thống ATS hoạt động an toàn và ổn định trong mọi điều kiện.

Trang 11

Ý nghĩa thực tiễn

Phương pháp điều khiển mạch tuần tự linh hoạt sẽ giúp giảm thiểu mất điện năng trong quá trình khởi động Điều này giúp tiết kiệm năng lượng và giảm chi phí vận hành Phương pháp mạch điều khiển thang cuốn cho phép điều chỉnh chế độ tự động hoặc thủ công, điều này giúp tiết kiệm năng lượng khi không cần thiết Mạch điều khiển ATS tự động chuyển đổi giữa nguồn cung cấp điện chính và nguồn dự phòng 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.

Trang 12

Nội dungNhóm15

CHƯƠNG 1 ĐIỀU KHIỂN TUẦN TỰ 1.1 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 Ấn nút 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 con người, phục vụ cho con người Nó giúp cho chúng ta làm việc nhẹ nhàng hơn nhưng vẫn đảm bảo được chất lượng và tốc độ có thể là còn hơn Để có được nhưng thành tựu như vậy thì chúng ta đã không ngừng nâng cao hiện đại hoá công nghệ… Một trong công việc làm cho con người chúng ta mất nhiều công sức và thời gian nhất chính là việc vận chuyển hàng hoá liên tục, yêu cầu phải có nhiều người và phải có mặt liên tục ở nơi vận chuyển để xử lí việc vận chuyển Chính vì thấy được sự bất cập trong khâu vận chuyển như thế mà chúng ta đã sáng tạo ra mạch tuần tự giúp ta cài được thời gian để rồi từ đó việc 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

Trang 13

Nội dungNhóm15

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

1.2 THIẾT KẾ MẠCH ĐỘNG LỰC

Hình 1.1 Sơ đồ mạch động lực

Trang 14

Nội dungNhóm15

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 dây OL1Thermal relay 1OL2Thermal relay 2

Q1coil for MC1100.00Q2coil for MC2100.03STOPstop button0.01STARTstart button0.05

Trang 15

Nội dungNhóm15

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

Trang 16

Nội dungNhóm15

- Nếu nút ON chưa được nhấn thì không làm gì, khi nút ON được nhấn thì động cơ 1 chạy, đèn báo MOTOR 1 sáng Timer bắt đầu đếm lùi Timer đếm xong thì động cơ 2 chạy 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.

Trang 17

 CX-Programmer và nguyên lý hoạt động

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

Trang 18

Nội dungNhóm15

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

1.6 KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT

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

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

Trang 19

Nội dungNhóm15

CHƯƠNG 2 THANG CUỐN 2.1 YÊU CẦU THIẾT KẾ

- Thang cuốn là một phần quan trọng để đảm bảo hoạt động an toàn và hiệu quả của hệ thống 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 an toàn.

Kiểm tra chức năng dừng khẩn cấp để đảm bảo người sử dụng có thể dừng thang cuốn trong trường hợp cần thiết.

Điều khiển tốc độ và hướng di chuyển: Thang cuốn cần có điều khiển tốc độ linh hoạt để phù hợp với nhu cầu sử dụng Đảm bảo thang cuốn di chuyển đúng hướng (lên hoặc xuống) theo yêu cầu.

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

Trang 20

Nội dungNhóm15

Trang 21

Nội dungNhóm15

Hình 2.7 Sơ đồ nối dây 2.3.2 Bảng mô tả các phần tử trong mạch

SYMBOLDESCRIPTIONADDRESS

OR MAN_AUTO Manual or auto mode W0.00 ON_OFFRun or stop escaW0.02ESCARun escalator100.01

Y Off delay dislay D10 SET

OFFDELAY Set timer of sensor H6 START TIMEStart time (h)H0END TIMEEnd time (h)H1CURRENT

TIME Current time (h) D12 SENSORHuman porximity sensor0.00SENSOR

W20.0

Trang 22

Nội dungNhóm15

AUTO MODERun in auto modeW100.00

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

Hình 2.8 Lưu đồ điều khiển 2.4.2 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

Trang 23

Nội dungNhóm15

- 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 thời gian thì tyhang cuốn ngừng Nếu timer đang đếm, có người đi vào thang cuốn thì timer sẽ đếm lại từ đầu.

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 nút OFF thì thang cuốn dừng (đèn báo Escalator_run tắt).

Ở chế độ Auto:

Trang 24

Nội dungNhóm15

- 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 giờ thấp điểm, thang cuốn ngưng hoạt động (đèn báo Escalator_run tắt), khi ta nhấn nút kích hoạt cảm biến Sensor ( để mô phỏng khi có người đi qua sẽ kích hoạt Sensor) khi đó thang cuốn hoạt động, đồng thời Timer bắt đầu đếm ngược Khi Timer đếm hết thời gian thì thang cuốn sẽ ngừng Nếu trong thời gian timer đang đếm ngược, mà Sensor được kích 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

Trang 25

Nội dungNhóm15

Trang 26

- Khi ngoài giờ cao điểm thì cuộn Auto mode (W100.00) không có điện, đến khi Sensor (0.00) có được kích hoạt khi đó cuộn T1memo có điện, đồng thời Timer T1 bắt đầu đếm ngược, đèn báo Sensor status (W20.00) sáng Tiếp điểm thường hở T1memo (W100.01) đóng lại làm cuộn Esca (100.01) có điện, thang cuốn hoạt động Nếu trong thời gian Timer T1 đang đếm, nếu Sensor được kích hoạt tiếp thì Timer sẽ tiến hành đếm lại từ đầu.

- 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 cuộn Esca (100.01) có điện, thang cuốn hoạt động.

Ở chế độ Manual: Tiếp điểm thường hở Man_Auto (W0.00) đóng lại, khi vặn Switch ON_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 nghiên cứu và phát triển để cải thiện hiệu suất và tích hợp các tính năng mới.

Trang 27

Nội dungNhóm15

CHƯƠNG 3 ATS 3.1 YÊU CẦU THIẾT KẾ

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

- Khi có điện lại từ nguồn chính dùng ATS để chuyển mạch đáp ứng nhu cầu sử dụng 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

Trang 29

Nội dungNhóm15

Trang 30

Hình 3.4 Sơ đồ nối dây

Trang 31

INTER1INTERRUPTED LINE 1W30.03INTER2INTERRUPTED LINE 2W30.04

Trang 32

Bảng 3.1 Bảng mô tả các phần tử trong mạch ATS

Hình 3.5 Lưu đồ điều khiển 3.4.2 Giải thích nguyên lý hoạt động

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

- Trong 3 pha S1 S2 S3 mất pha thì đèn MAIN nhấp nháy báo hiệu mất pha bên nhánh lưới; khi 3 pha S4 S5 S6 đủ pha thì Timer TS bắt đầu đếm, khi đếm xong thì CB1 mở ra ngắt nguồn cung cấp từ lưới, TCE bắt đầu đếm, khi đếm xong thì CB2 đóng 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 nguồn lưới.

Trang 33

- Khi 3 pha S1 S2 S3 hoạt động bình thường trở lại, Timer TBS bắt đầu đếm, khi đếm xong thì CB2 mở ra ngắt nguồn cung cấp từ nguồn dự phòng, TCN bắt đầu đếm, 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 BACKUP nhấp nháy báo hiệu nguồn dự phòng mất pha Sau đó nguồn nếu nguồn lưới mất pha luôn thì đèn MAIN nhấp nháy báo hiệu nguồn lưới mất pha, vẫn giữ nguyên trạng thái đóng CB.

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

Trang 34

Hình 3.6 Giao diện mô phỏng điều khiển  CX-Designer và nguyên lý hoạt động

Trên màn hình quan sát: Có nút AUTO và MAN để chuyển đổi qua lại giữa 2 chế độ

* Chế độ MAN

- Bật CB1 để đóng điện nhánh lưới cung cấp điện cho tải Khi nhánh lưới mất pha thì tắt CB1, bật CB2 để đóng điện nhánh dự phòng cung cấp điện cho tải Khi nhánh lưới có điện trở lại thì tắt CB2, bật CB1 cung cấp điện từ nhánh lưới cho tải như bình thường.

- Không thể bật đồng thời 2 CB, nếu bật đồng thời thì không có nhánh nào cung cấp điện cho tải.

* Chế độ AUTO

- Đặt thời gian cho 4 Timer TS, TCE, TBS, TCN

- Khi 3 pha RL1 SL1 TL1 hoạt động bình thường thì CB1 đóng, cung cấp điện từ lưới đến tải.

- Trong 3 pha RL1 SL1 TL1 mất pha thì đèn MAIN nhấp nháy báo hiệu mất pha bên nhánh lưới; khi 3 pha RL2 SL2 TL2 đủ pha thì Timer TS bắt đầu đếm, khi đếm xong thì CB1 mở ra ngắt nguồn cung cấp từ lưới, TCE bắt đầu đếm, khi đếm xong thì CB2 đóng 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 nguồn lưới.

- Khi 3 pha RL1 SL1 TL1 hoạt động bình thường trở lại, Timer TBS bắt đầu đếm, khi đếm xong thì CB2 mở ra ngắt nguồn cung cấp từ nguồn dự phòng, TCN bắt đầu đếm, 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 BACKUP nhấp nháy báo hiệu nguồn dự phòng mất pha Sau đó nguồn nếu nguồn lưới mất