Báo cáo cuối kỳ dkhtd

Thang cuốn là một hệ thống vận chuyển tự động giúp người di chuyển giữa các tầng của tòa nhà mà không cần bước đi. Nó bao gồm các bậc thang di động và tay vịn, hoạt động liên tục và an toàn cho người sử dụng. Tuy nhiên, để đảm bảo an toàn và hiệu quả hoạt động của thang cuốn, việc sử dụng hệ thống điều khiển là vô cùng quan trọng.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCMKHOA CHÍNH ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

BÁO CÁO CUỐI KỲ

MÔN HỌC: ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ĐIỆN CÔNG NGHIỆP

GVHD:TS.Trần Quang Thọ

SVTH: NHÓM 12

HỌ & TÊN MSSV

Nguyễn Thành Đạt 21142252Trần Thành Được 21142631Thái Thị Huỳnh Như 21142649Đinh Minh Thành 21142372Trần Minh Thắng 19142380

Tp Hồ Chí Minh, tháng 5 năm 2024

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: KHỞI ĐỘNG TUẦN TỰ1.1 Yêu cầu thiết kế

Mạch điều khiển tuần tự là mạch điện được ứng dụng trong các hệ thống cóthời gian vận hành liên tục, không được phép gián đoạn và được khởi động theo thứtự các động cơ như: hệ thống băng tải, hệ thống bơm nước, hệ thống chiếu sáng, …

1.2 Thiết kế mạch động lực

Hình 1.1: Mạch động lực tuần tự

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

1.3.1 Sơ đồ nối dây

Hình 1.2: Sơ đồ nối dây của mạch

1.4 Nguyên lí điều khiển

1.4.1 Thiết kế lưu đồ điều khiển

Hình 1.3: Lưu đồ điều khiển

1.4.2 Giải thích nguyên lí hoạt động

- Khi nhấn Start: MC1 có điện -> động cơ 1 chạy Timer đếm xuống, saukhoảng thời gian (10s), MC2 có điện -> động cơ 2 chạy.

- Khi nhấn Stop: MC1 và MC2 mất điện -> 2 động cơ dừng.

1.5 Xây dựng mô hình mô phỏng

1.5.1 Thiết kế giao diện

Hình 1.4: Giao diện mạch tuần tự

1.5.2 Sơ đồ ladder

Hình 1.5: Sơ đồ ladder

1.6 Kết quả và nhận xét

Tóm lại, mạch điều khiển tuần tự là một phần quan trọng của hệ thống tự độnghóa và có thể được tùy chỉnh để phù hợp với nhiều ứng dụng khác nhau đã đề xuấttheo yêu cầu trên.

CHƯƠNG 2: THANG CUỐN

2.1 Giới thiệu

Thang cuốn là một hệ thống vận chuyển tự động giúp người di chuyển giữa cáctầng của tòa nhà mà không cần bước đi Nó bao gồm các bậc thang di động và tayvịn, hoạt động liên tục và an toàn cho người sử dụng Tuy nhiên, để đảm bảo an toànvà hiệu quả hoạt động của thang cuốn, việc sử dụng hệ thống điều khiển là vô cùngquan trọng.

2.2 Một số ứng dụng tiêu biểu

Thang cuốn được sử dụng rộng rãi trong cuộc sống nhằm phục vụ cho mọingười ở những nơi công cộng đông người Dưới đây là một số nơi người ta ứng dụngthang cuốn vào trong thực tiễn và đời sống:

+ Trong trung tâm thương mại và siêu thị: Thang cuốn là phương tiện dichuyển thuận tiện và nhanh chóng để người mua có thể di chuyển giữa các tầngtrong các trung tâm mua sắm lớn mà không cần phải leo cầu thang.

+ Trong ga tàu điện ngầm và sân bay: Thang cuốn được sử dụng rộng rãi đểchuyển động hành khách từ tầng trên xuống tầng dưới hoặc ngược lại trong các gatàu điện ngầm và sân bay, giúp tiết kiệm thời gian và nâng cao sự thuận tiện.

+ Trong các cơ sở y tế và trường học: Thang cuốn có thể được sử dụng đểchuyển các bệnh nhân hoặc các học sinh từ tầng này sang tầng khác trong các bệnhviện và trường học lớn để thuận tiện cho việc di chuyển.

2.3 Yêu cầu điều khiển

2.3.1 Tính năng

Thang cuốn có 2 chế độ hoạt động gồm chế độ tay và chế độ tự động Tuỳthuộc vào thời gian sử dụng và mật độ người trong khoảng thời gian đó, chúng ta sẽvận hành thang cuốn một cách hợp lý.

+ Chế độ tay: Chế độ tay được vận hành và sử dụng khi chế độ tự động gặptrục trặc hoặc có sự cố xảy ra với thang cuốn Lúc này chúng ta sẽ sử dụng chế độbằng tay để vận hành hoặc dừng thang cuốn trong các trường hợp khẩn cấp.

+ Chế độ tự động trong hoặc ngoài giờ cao điểm: Chế độ tự động dùng để vậnhành chính trong thang cuốn Bằng cách điều chỉnh thời gian hoạt động của hệ thốngthang cuốn, chúng ta sẽ cài đặt chế độ tự động trong thang cuốn Ngoài ra, khi hoạtđộng ngoài giờ cao điểm, người ta sẽ cho thang cuốn tạm ngưng hoạt động và cài đặtthêm cảm ứng (sensor) khi có người sử dụng thang cuốn Lúc này thang cuốn sẽ hoạtđộng trong khoảng thời gian ngắn nhất định nhằm mục đích tiết kiệm điện.

2.3.2 Bảng mô tả các phần tử trong mạch

Bảng 2.1: Mô tả các phần tử trong mạch

ST

2.4 Sơ đồ nguyên lý

2.4.1 Mạch động lực

Hình 2.1: Sơ đồ động lực mạch thang cuốn

2.4.2 Sơ đồ nối dây

Hình 2.2 Sơ đồ nối dây thang cuốn

2.5 Nguyên lý hoạt động

- Chế độ bằng tay( RUN/STOP): dùng để vận hành thang cuốn theo cách truyềnthống bằng tay

+ Ở chế độ OFF: thang cuốn không hoạt động

+ Ở chế độ ON: lúc này đèn báo ESC_running sẽ sáng, thể hiện rằng thang cuốn dangở chế độ hoạt động

- Ở chế độ tự động( AUT/MAN): thang cuốn được vận hành bởi hệ thống.+ MANUAL(chế độ bằng tay): lúc này thang cuốn sẽ hoạt động bởi công tắcRUN/STOP Lúc này đèn ở ESC_RUNNING sẽ tắt thể hiện rằng thang cuốn khônghoạt động.

+ AUTO(chế độ tự động):lúc này thang cuốn sẽ hoạt động bởi hệ thống hoặc máytính Lúc này đèn ở ESC_RUNNING sẽ sáng thể hiện rằng thang cuốn đang hoạtđộng.

+ START TIME(H): thời gian bắt đầu hoạt động tại giờ cao điểm của thang cuốn ởchế độ tự động.

+ CURRENT TIME(H): thời gian hoạt động hiện tại của thang cuốn

+ END TIME(H): thời gian kết thúc hoạt động tại giờ cao điểm của thang cuốn ở chếđộ tự động.

- Khi thời gian hoạt động hiện tại của thang cuốn (CURRENT TIME) qua thờigian cao điểm, lúc này thang cuốn sẽ tạm ngưng và chỉ hoạt động khi có cảm biến(SENSOR) báo có người đi qua.Lúc này đèn báo ở cảm biến sẽ sáng thể hiện cóngười đi qua.

+ SENSOR: công tắc on/off thể hiện cho việc có người sử dụng thang cuốn Khi côngtắc ON, đèn của SENSOR sẽ sáng Khi công tắc OFF, đèn của SENSOR sẽ tắt

+ SET TIME(S): thời gian mà người điều khiển chỉnh để thang cuốn hoạt động khi cótín hiệu khi cảm biến SENSOR tắt

+ TIMER(S): lúc này timer sẽ bắt đầu đếm lùi thời gian từ SET TIME(S).

- Khi TIMER(S) dếm về 0, lúc này thang cuốn sẽ ngưng hoạt động Đèn báocủa thang cuốn cũng sẽ tắt.

+ Đèn báo đêm (NIGHT) sẽ sáng khi thời gian hoạt động hiện tại của thang cuốn vàobuổi tối.

2.6 Lưu đồ

Hình 2.3: Lưu đồ thang cuốn

2.7 Chương trình

2.7.1 Giao diện

Hình 2.4: Giao diện mạch thang cuốn

2.7.2 Sơ đồ ladder

Hình 2.5: Sơ đồ ladder thang cuốn

Hình 2.6: Sơ đồ ladder thang cuốn

2.8 Nhận xét

Qua bài học về điều khiển và vận hành thang cuốn trên progammer và supervisor, chúng ta hiểu được cấu trúc của một hệ thống thang cuốn Đồng thời cóthêm kiến thức về việc vận dụng các ứng dụng để mô phỏng hệ thống thang cuốntrong thực tế

cx-CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG ATS3.1 Yêu cầu thiết kế

Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lí hệ thống ATS

Hệ thống ATS (Automatic Transfer Switch) là một hệ thống chuyển đổi tựđộng giữa nguồn điện chính và nguồn điện dự phòng khi nguồn điện chính bị mấtđiện Hệ thống này bao gồm một bộ chuyển đổi tự động, một số cảm biến để pháthiện các trường hợp như mất pha, mất điện, đảo pha, và một bộ điều khiển PLC đểđiều khiển việc chuyển đổi nguồn điện Khi nguồn điện chính bị mất điện hoặc cóvấn đề, hệ thống ATS sẽ tự động chuyển đổi sang nguồn điện dự phòng trong thờigian ngắn nhất để đảm bảo hệ thống được cung cấp điện liên tục và ổn định

Hình 3.3: Sơ đồ nối dây

3.3 Sơ đồ nguyên lý điều khiển

3.3.1 Thiết kế lưu đồ điều khiển

Hình 3.4: Lưu đồ điều khiển

3.3.2 Giải thích nguyên lý hoạt động

Nguyên lý hoạt động của hệ thống ATS có 2 chế độ hoạt động:

- Trường hợp hoạt động ở chế độ manual (bằng tay): Để hoạt động ở chế độngmanual thì công tắc MAN/AUTO phải gạc qua vị trí MAN

+ Khi bật công tắc SWCB1, điện được cấp cho cuộn dây CB1, contactor CB1 ởmạch động lực sẽ đóng cấp điện từ GIRD cho tải, thường đóng của CB1 ở phía nútnhấn CB2 sẽ mở ra Lúc này khi công tắc SWCB1 vẫn còn bật, mà bật công tắcSWCB2, thì thường đóng của công tắc SWCB2 ở phía SWCB1 mở ra, khi đó cuộndây CB1 mất điện, contactor CB1 ngắt nguồn GIRD , ngừng cấp nguồn cho tải Lúcnày để cấp nguồn cho tải phải bắt buộc tắt 1 trong 2 công tắc, tắt SWCB1 thì cấpnguồn GEN cho tải, tắt SWCB2 thì cấp nguồn GIRD cho tải.

+ Khi bật công tắc SWCB2 thì giống như bật SWCB1 nhưng ngược lại.

- Trường hợp hoạt động ở chế độ auto(tự động): Để hoạt động ở chế độ auto, thì côngtắc MAIN/AUTO phải gạc qua vị trí AUTO.

+ PLC được thiết đặt thời gian mặc định ban đầu, khi cấp điện, các giá trịnày được nạp vào bộ nhớ của PLC có địa chỉ D20( lưu trữ thời gian TS), D22( lưutrữ thời gian TCE), D24( lưu trữ thời gian TBS), D26( lưu trữ thời gian TCN) Cácgiá trị này được đem nhân cho 10 và lần lượt được đưa vào bộ nhớ có địa chỉ vàH11, H12, H13, H14 làm giá trị đếm ngược cho Timer 4, Timer 5, Timer 6 vàTimer 7(do Timer được sử dụng có độ chia là 100ms).

+ Giả sử tải đang được cấp nguồn từ GIRD, khi này GIRD xảy ra sự cố mấtđiện, cảm biến điện áp của GIRD sẽ gửi tín hiệu về PLC, PLC nhận được tín hiệunày, nếu nguồn điện phía GEN ổn định thì PLC sẽ kích hoạt timer 4 đếm, nếu trongkhoảng thời gian đếm TS mà phía GIRD có điện trở lại thì lập tức reset lại timer tảitiếp tục được cấp cấp điện từ GIRD, còn nếu timer 4 đếm hết thời gian TS thì sẽngắt, cắt tải khỏi nguồn GIRD Sau khi ngắt thì PLC kích hoạt timer 5, và chờ timer5 đếm hết thời gian TCE thì cấp điện cho cuộn dây CB2, contactor CB2 đóng cấpđiện từ nguồn GEN cho tải.

+ Sau khi nguồn GIRD đã ổn định trở lại thì PLC sẽ kích hoạt timer 6, saukhi timer 6 đếm hết thời gian TBS thì ngắt điện cho cuộn dây CB2, cuộn CB2 mấtđiện, cắt tải ra khỏi nguồn GEN Sau khi CB2 ngắt, PLC kích hoạt timer 7, sau khitimer 7 đếm hết thời gian thì cấp điện cho cuộn CB1, contactor CB1 đóng, cấp điệntừ GIRD cho tải.

+ Nếu trường hợp ở cả 2 phía GIRD và GEN mất điện hoặc xảy ra sự cố nhưthấp áp, quá áp, thì mạch sẽ không tự động chuyển.

3.4 Xây dựng mô hình mô phỏng

3.4.1 Bảng mô tả các phần tử trong mạch

3.4.2 Thiết kế giao diện

Hình 3.5: Giao diện điều khiển

3.4.3 Sơ đồ ladder

Hình 3.6: Sơ đồ ladder

CHƯƠNG 4: ĐIỀU KHIỂN MÁY PHÁT ĐỒNG BỘ

4.1 Khái niệm

Máy phát điện đông bộ là loại máy điện có tốc độ quay của rô to bằng tốc độtrường quay Hầu hết các máy điện hoạt động như máy phát tần số 50Hz hoặc60Hz Máy phát điện đồng bộ có thể hoạt động như động cơ đồng bộ công suấtlớn Máy điện còn được dùng làm máy bù đồng bộ nhằm cải thiện hệ số công suấtcủa lưới điện trong một xí nghiệp hay nhà máy nào đó.

4.2 Lý do

- Sẵn sàng cung cấp điện: Tổ máy phát điện được tạo ra nhằm để đáp ứng kịp thờinhu cầu về điện cho người dùng Các vấn đề sự cố sẽ không quá nghiêm trọng Bởivì đã có máy phát điện tự động khởi động cung cấp nguồn dự phòng.

- Loại bỏ những tổn thất: Dựa vào tổ máy phát điện dự phòng doanh nghiệp sẽ hạnchế phần nào những tổn thất về thời gian, năng suất do mất điện gây ra Nếu khôngcó máy phát điện dự phòng chắc hẳn sẽ ảnh hưởng đến hoạt động sản xuất.

- Có thể di chuyển đến nhiều nơi: Các tổ máy phát điện cho phép bạn cung cấpđiện ở những khu vực khó khăn, thiếu mạng lưới điện Do đó có thể loại bỏ nhữngtrở ngại tiến hành các dự án và góp phần vào sự phát triển ở các vùng sâu, vùng xahoặc vùng khó khăn.

- Bảo vệ thiết bị: Hậu quả của việc mất điện gây nên vượt ra ngoài vấn đề năngsuất đơn thuần Việc mất điện đột ngột có thể gây ra những hư hỏng nghiêm trọngcho các thiết bị máy móc của chúng ta Đây là điều chúng ta có thể tránh được nếucó nguồn dự phòng hoạt động lâu dài, an toàn mang lại lợi ích lớn trong công việc.

4.3 Yêu cầu công nghệ và thiết kế

- Độ tin cậy cao: Máy phát đồng bộ phải có khả năng hoạt động ổn định trong mọiđiều kiện, ngay cả trong trường hợp của mất điện từ lưới điện ngoại vi.

- Độ chính xác và đồng bộ hóa: Đặc tính chính của máy phát đồng bộ là đảm bảorằng tần số và pha của dòng điện tạo ra phải đồng bộ với lưới điện chính.

- Kiểm soát tải và phân phối tải: Máy phát đồng bộ phải có khả năng điều chỉnhcông suất đầu ra để duy trì tải cân đối trên hệ thống điện.

- Bảo vệ và kiểm soát: Phải có các cơ chế bảo vệ và kiểm soát tự động để ngănchặn các vấn đề như quá tải, ngắn mạch và mất đồng bộ.

- Hiệu suất cao và tiết kiệm năng lượng: Máy phát đồng bộ cần được thiết kế để tốiưu hóa hiệu suất vận hành và tiết kiệm năng lượng.

- Dễ bảo trì và sửa chữa: Thiết kế cần tối ưu hóa để dễ dàng tiến hành bảo trì vàsửa chữa khi cần thiết, giảm thiểu thời gian ngừng hoạt động.

- Tuân thủ các tiêu chuẩn an toàn và môi trường: Phải đảm bảo rằng thiết kế tuânthủ các tiêu chuẩn an toàn và môi trường, bao gồm cả việc giảm tiếng ồn và khíthải.

- Tương thích và kết nối: Máy phát đồng bộ cần được thiết kế để dễ dàng tích hợpvào hệ thống điện tổng thể và tương thích với các thiết bị và giao thức giao tiếpkhác.

4.4 Nguyên lý làm việc

Nguyên lý hoạt động của máy phát điện dựa trên nguyên lý chuyển đổi nănglượng cơ sang năng lượng điện Máy phát điện thường sử dụng động cơ đốt tronghoặc động cơ diesel để tạo ra sự xoay tròn của rotor Rotor sẽ quay trong khônggian được bao quanh bởi cuộn dây có trục trung tâm (stator).

Khi rotor quay, nó tạo ra một dòng điện xoay chiều (AC) trong cuộn dây củastator Sự thay đổi liên tục của chiều xoay của rotor sẽ tạo ra một dòng điện xoaychiều với tần số và điện áp ổn định Điện áp và tần số này phụ thuộc vào tốc độquay của rotor và số cặp nam châm trên rotor.

Để điều chỉnh điện áp và tần số, máy phát điện sử dụng bộ điều khiển điệnáp (AVR) và bộ điều khiển tốc độ động cơ Bộ điều khiển điện áp giám sát và điềuchỉnh điện áp đầu ra của máy phát điện bằng cách điều chỉnh lực đẩy từ nam châmtrên rotor Bộ điều khiển tốc độ động cơ giám sát tốc độ quay của động cơ và điềuchỉnh điện áp đầu ra của máy phát điện để giữ cho tần số đầu ra ổn định.

Hình 4.1:Mô hình điều khiển

4.5 Mô hình quản lý máy phát và mô hình toán

4.2: Mô phỏng trên matlab

4.6 Công thức tính toán

Công suất máy phát được tính bằng công thức:

Pgen=Vgen∗ Vg∗sin θXgen

Vì Xgen lớn hơn nhiều so với Rgen nên ta bỏ qua Rgen.

=> Từ công thức trên ta thấy các đại lượng V và trở X không đổi vì vậy để điều khiển công suất của máy phát ta điều khiển góc θ Tức là ta sẽ đi điều khiển góc kích từ Hay nói cách khác điều khiển máy phát là điều khiển góc kích từ.

4.7 Mô phỏng trên matlab

Hình 4.3: Sơ đồ mô phỏng trên matlab

Hình 4.4: Thông số máy điện

Máy điện hoạt động ở chế độ độc lập swing, với thông số S=250(kVA), f=50(Hz), V=400(V), với tốc độ quay 1500 (vòng/phút).

Hình 4.5: Tần số và điện áp ngõ ra

Hình 4.6: Dạng sóng tần số

Hình 4.7: Dạng sóng điện áp

Hình 4.8: Dạng sóng công suất tác dụng

Hình 4.9: Dạng sóng công suất phản kháng

4.7 Nhận xét

 Ưu điểm:

+ Đồng bộ hóa độ chính xác cao: Máy phát đồng bộ có khả năng duy trì tần số vàpha đúng đắn so với lưới điện, đảm bảo tính ổn định và an toàn của hệ thống điện.+Tính linh hoạt và điều chỉnh công suất: Có thể điều chỉnh công suất đầu ra củamáy phát đồng bộ để đáp ứng nhu cầu thay đổi của hệ thống điện.

+Tính tin cậy cao: Máy phát đồng bộ thường được thiết kế để hoạt động liên tụctrong thời gian dài mà không gặp sự cố, đảm bảo khả năng cung cấp điện ổn địnhcho các ứng dụng quan trọng.

+Bảo vệ hệ thống điện: Các máy phát đồng bộ thường có các chức năng bảo vệtích hợp để ngăn chặn và giảm thiểu các vấn đề như quá tải, ngắn mạch và mấtđồng bộ.

+Dễ bảo trì và sửa chữa: Thiết kế của máy phát đồng bộ thường được tối ưu hóa đểdễ dàng tiến hành bảo trì và sửa chữa, giảm thiểu thời gian ngừng hoạt động vàtăng khả năng hoạt động liên tục của hệ thống.

+ Khả năng ảnh hưởng đến môi trường: Một số loại máy phát đồng bộ có thể tạo ratiếng ồn và khí thải gây ô nhiễm môi trường, đặc biệt khi hoạt động trong môitrường đóng.

+ Phức tạp trong vận hành và cài đặt ban đầu: Việc cài đặt và vận hành máy phátđồng bộ đòi hỏi kiến thức chuyên môn và kỹ thuật cao, đôi khi cần sự hỗ trợ từ cácchuyên gia.

+ Rủi ro mất đồng bộ: Trong trường hợp máy phát đồng bộ mất đồng bộ với lướiđiện chính, có thể xảy ra các vấn đề nghiêm trọng như mất điện toàn bộ hệ thốnghoặc hỏng hóc các thiết bị kết nối.