Đồ án thiết kế tủ điện ATS sử dụng PLC S7200

Hiện nay với sự phát triển của ngành công nghiệp điện tử đã cho phépchế tạo các hệ vi xử lý liên tiếp, dựa trên cơ sở của bộ vi xử lý, các bộđiêu khiển logic có khả nẳng lập trình được P

LỜI MỞ ĐẦU

Như chúng ta đã biết, điện năng được chuyển tải từ các nhà máyphát điện đến các phụ tải thì cần phải qua các trạm biến áp Việc chuyểntải điện từ lưới đến các hộ dùng điện có thể xảy ra sự cố trên đường dâycung cấp như: Mất pha do đứt dây hoặc bị ngược pha, hoặc điện áp vàdòng điện khác trị số danh định do bị quá tải hoác bị ngắn mạch Các sự

cố này phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như hỏng đường dây cung cấp dothời tiết mưa bão, đổ cây vào đường dây, cũng có thể xảy ra sự cố ở cáctrạm biến áp Hiện tượng mất điện do các sự cố đó không thể xảy ra đốivới các phụ tải đặc biệt, yêu cầu cấp điện liên tục 24/24 giờ như: Bệnhviện, văn phòng chính phủ, hội trường quốc hội, ngân hàng nhà nước, đại

sứ quán, khách sạn cao cấp Do vậy, cần phải có nguồn dự phòng để khixảy ra sự cố nguồn đang được sử dụng thì ta đưa nguồn dự phòng vàophụ tải và cắt nguồn dự phòng ra khỏi lưới Nhưng để giảm thời gian mấtđiện của phụ tải tránh những hậu quả đáng tiếc xảy ra, nguồn điện dựphòng nhất thiết phải đi kèm với thiết bị tự động đổi nguồn A.T.S

(Automatic Transfer Switch) Với đồ án thiết kế bộ tự động chuyển đổi nguồn A.T.S Lưới - Máy phát.

Toàn bộ phần thuyết minh của bản thiết kế này được chia làm 3 chương:

CHƯƠNG 1: Tổng quan về PLC.

CHƯƠNG 2: Phân tích công nghệ và xây dựng mô hình hệ thống CHƯƠNG 3: Tính toán thiết bị điện trong tủ ATS và mô phỏng hệ thống.

Em xin chân thành cảm ơn cô giáo hướng dẫn bộ môn đă nhiệt tìnhhướng dẫn em trong suốt quá trình làm đồ án này

Sinh viên

CHƯƠNG 1: Tổng quan về PLC

1.1 Giới thiệu chung về PLC

PLC viết tắt của Programmable Logic Controlle, là thiết bị điềukhiển lập trình được (khả trình) cho phép thực hiện linh hoạt các thuậttoán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình Người sử dụng

có thể lập trình để thực hiện một loạt trình tự các sự kiện Các sự kiện nàyđược kích hoạt bởi tác nhân kích thích (ngõ vào) tác động vào PLC hoặcqua các hoạt động có trễ như thời gian định thì hay các sự kiện được đếm.Một khi sự kiện được kích hoạt thật sự, nó bật ON hay OFF thiết bị điềukhiển bên ngoài được gọi là thiết bị vật lý Một bộ điều khiển lập trình sẽliên tục “lặp” trong chương trình do “người sử dụng lập ra” chờ tín hiệu ởngõ vào và xuất tín hiệu ở ngõ ra tại các thời điểm đã lập trình

Để khắc phục những nhược điểm của bộ điều khiển dùng dây nối ( bộđiều khiển bằng Relay) người ta đã chế tạo ra bộ PLC nhằm thỏa mãn cácyêu cầu sau :

- Lập trình dể dàng , ngôn ngữ lập trình dể học

- Gọn nhẹ, dể dàng bảo quản , sửa chữa

- Dung lượng bộ nhớ lớn để có thể chứa được những chương trìnhphức tạp

- Hoàn toàn tin cậy trog môi trường công nghiệp

- Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như : máy tính, nốimạng, các Modul mở rộng

- Giá cả có thể cạnh tranh được

Các thiết kế đầu tiên là nhằm thay thế cho các phần cứng Relay dây nối

và các Logic thời gian Tuy nhiên, bên cạnh đó việc đòi hỏi tăng cườngdung lượng nhớ và tính dể dàng cho PLC mà vẫn bảo đảm tốc độ xử lýcũng như giá cả … Chính điều này đã gây ra sự quan tâm sâu sắc đếnviệc sử dụng PLC trong công nghiệp Các tập lệnh nhanh chóng đi từ các

lệnh logic đơn giản đến các lệnh đếm , định thời , thanh ghi dịch … sau

đó là các chức năng làm toán trên các máy lớn … Sự phát triển các máytính dẫn đến các bộ PLC có dung lượng lớn , số lượng I / O nhiều hơn Trong PLC, phần cứng CPU và chương trình là đơn vị cơ bản cho quátrình điều khiển hoặc xử lý hệ thống Chức năng mà bộ điều khiển cầnthực hiện sẽ được xác định bởi một chương trình Chương trình này đượcnạp sẵn vào bộ nhớ của PLC, PLC sẽ thực hiện viêc điều khiển dựa vàochương trình này Như vậy nếu muốn thay đổi hay mở rộng chức năngcủa qui trình công nghệ , ta chỉ cần thay đổi chương trình bên trong bộnhớ của PLC Việc thay đổi hay mở rộng chức năng sẽ được thực hiệnmột cách dể dàng mà không cần một sự can thiệp vật lý nào so với các bộdây nối hay Relay

Hiện nay với sự phát triển của ngành công nghiệp điện tử đã cho phépchế tạo các hệ vi xử lý liên tiếp, dựa trên cơ sở của bộ vi xử lý, các bộđiêu khiển logic có khả nẳng lập trình được (PLC) đã ra đời, cho phépkhắc phục được rất nhiều nhược điểm của các hệ điều khiển liên kết cứngtrước đây, việc dùng PLC đã trở nên rất phổ biến trong công nghiệp tựđộng hoá Có thể liệt kế các ưu điểm chính của việc sử dụng PLC gồm:

- Giảm bớt việc đấu nối dây khi thiết kế hệ thống, giá trị logic của nhiệm

vụ điều khiển được thực hiện trong chương trình thay cho việc đấu nốidây

- Tính mềm dẻo cao trong hệ thống

- Bộ nhớ: Cổng ngắt và đếm tốc độ cao khối vi xử lý trung tâm

- Hệ điều hành Bộ đếm vào – ra Bộ định thời Bộ đếm Bit cơ Cổng vào ra Onboard Quản lý ghép nối Bus của PLC

- Bộ nhớ vào ra:

Hình 1.1 : Nguyên lý chung về cấu trúc của bộ PLC

1.2 CẤU TRÚC, NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA PLC

vị lập trình đơn giản đều có đủ RAM để chứa đựng chương trình dướidạng hoàn thiện hay bổ sung Nếu đơn vị lập trình là đơn vị xách tay,RAM thường là loại CMOS có pin dự phòng, chỉ khi nào chương trình

đã được kiểm tra và sẳn sàng sử dụng thì nó mới truyền sang bộ nhớPLC Đối với các PLC lớn thường lập trình trên máy tính nhằm hổ trợ

cho việc viết, đọc và kiểm tra chương trình Các đơn vị lập trình nối vớiPLC qua cổng RS232, RS422, RS458, …

Đối với PLC cỡ nhỏ các bộ phận thường được kết hợp thành một khối.Cũng có một số hãng thiết kế PLC thành từng mô đun để người sử dụng

có thể lựa chọn cấu hình PLC cho phù hợp mà ít tốn kém nhất, đồng thờiđáp ứng được yêu cầu ứng dụng Một bộ PLC có thể có nhiều mô đunnhưng thành phần cơ bản nhất của phần cứng trong bộ PLC bao giờ cũng

có các khối sau:

Hình 1.2: Sơ đồ cấu trúc phần cứng của bộ lập trình PLC

Dựa vào sơ đồ khối ta thấy PLC gồm có 4 khối chính đó là: Khốinguồn, khối vi xử lý – bộ nhớ, khối đầu vào, khối đầu ra Thông thườngcác tín hiệu xuất nhập đầu ở dạng số (1- 0), còn nếu tín hiệu là dạng liêntục thì ta cần gắn các khối xuất nhập ở dạng liên tục (Analog)

 Mô đun nguồn: (Moudule)

Là khối chức năng dùng để cung cấp nguồn và ổn định điện áp cho PLC

hoạt động Trong công nghiệp người ta thường dùng điện áp 24V một

chiều Tuy nhiên cũng có bộ PLC sử dụng điện áp 220V xoay chiều

 Mô đun CPU (Centrol rocessor Unit module):

Bao gồm bộ vi xử lý và bộ nhớ

 Mô đun nhập: (Input Module)

Tín hiệu vào: Các tín hiệu đầu vào nhận các thông tin điều khiển bênngoài dạng tín hiệu Logic hoặc tín hiệu tương tự Các tín hiệu Lôgic cóthể từ các nút ấn điều khiển các công tắc hành trình, tín hiệu báo động,các tín hiệu của các quy trình công nghệ,…Các tín hiệu tương tự đưa vàocủa PLC có thể là tín hiệu điện áp từ các căn nhiệt để điều chỉnh nhiệt độcho một lò nào đó hoặc tín hiệu từ máy phát tốc, cảm biến

 Mô đun xuất (Output Module):

Trong PLC thì Module xuất cũng hết sức quan trọng không kém modulenhập Nó có thể có 8 hoặc 16 ngõ ra mà trên một Module xuất, do vậyngười sử dụng có thể kết nối nhiều module lại với nhau để được số ngõ raphù hợp Đối với những ứng dụng nhỏ thì cần 16 ngõ ra Những ứngdụng lớn hơn có thể dùng tới 26 hoặc 256 ngõ ra Cũng giống nhưModule nhập thì các ngõ ra của Module xuất là các tiếp điểm của rơle,khả năng chịu tải lớn 220V/1A Nếu muốn khống chế phụ tải công suấtlớn thì thông qua các thiết bị trung gian như: CTT Aptomat Triac…

1.2.1 Nguyên lý hoạt động của PLC

Hình 1.3: Chu kỳ thực hiện vòng quét của CPU trong bộ PLC

Trong quá trình thực hiện chương trình CPU luôn làm việc với bảngảnh ra Tiếp theo của việc quét chương trình là truyền thông nội bộ và tựkiểm tra lỗi Vòng quét được kết thúc bằng giai đoạn chuyển dữ liệu từ bộđệm ảo ra ngoại vi Những trường hợp cần thiết phải cập nhật module rangay trong quá trình thực hiện chương trình Các PLC hiện đại sẽ có sẵncác lệnh để thực hiện điều này Tập lệnh của PLC chứa các lệnh ra trựctiếp đặc biệt, lệnh này sẽ tạm thời dừng hoạt động bình thường củachương trình để cập nhật module ra, sau đó sẽ quay lại thực hiện chươngtrình Thời gian cần thiết để PLC thực hiện được một vòng quét gọi làthời gian vòng quét (Scan time) Thời gian vòng quét không cố định, tức

là không phải vòng quét nào cũng được thực hiện trong một khoảng thờigian như nhau Có vòng quét được thực hiện lâu, có vòng quét được thựchiện nhanh tuỳ thuộc vào số lệnh trong chương trình được thực hiện, vàokhối lượng dữ liệu được truyền thông trong vòng quét đó Một vòng quétchiếm thời gian quét ngắn thì chương trình điều khiển được thực hiệncàng nhanh Nguyên lý hoạt động dựa trên các bộ phận sau :

 Đơn vị xử lý trung tâm

CPU điều khiển các hoạt động bên trong PLC Bộ xử lý sẽ đọc vàkiểm tra chương trình được chứa trong bộ nhớ, sau đó sẽ thực hiện thứ tựtừng lệnh trong chương trình , sẽ đóng hay ngắt các đầu ra Các trạng tháingõ ra ấy được phát tới các thiết bị liên kết để thực thi Và toàn bộ cáchoạt động thực thi đó đều phụ thuộc vào chương trình điều khiển đượcgiữ trong bộ nhớ

Control Bus : Bus điều khiển dùng để truyền các tín hiệu định thì vàđiểu khiển đồng bộ các hoạt động trong PLC

Trong PLC các số liệu được trao đổi giữa bộ vi xử lý và các modulvào ra thông qua Data Bus Address Bus và Data Bus gồm 8 đường, ởcùng thời điểm cho phép truyền 8 bit của 1 byte một cách đồng thời haysong song

Nếu môt modul đầu vào nhận được địa chỉ của nó trên Address Bus ,

nó sẽ chuyển tất cả trạnh thái đầu vào của nó vào Data Bus Nếu một địachỉ byte của 8 đầu ra xuất hiện trên Address Bus, modul đầu ra tương ứng

sẽ nhận được dữ liệu từ Data bus Control Bus sẽ chuyển các tín hiệu điềukhiển vào theo dõi chu trình hoạt động của PLC

Các địa chỉ và số liệu được chuyển lên các Bus tương ứng trong mộtthời gian hạn chế

Hê thống Bus sẽ làm nhiệm vụ trao đổi thông tin giữa CPU, bộ nhớ

và I/O Bên cạch đó, CPU được cung cấp một xung Clock có tần số từ

118 MHZ Xung này quyết định tốc độ hoạt động của PLC và cung cấpcác yếu tố về định thời, đồng hồ của hệ thống

 Bộ nhớ

PLC thường yêu cầu bộ nhớ trong các trường hợp :

Làm bộ định thời cho các kênh trạng thái I/O

Làm bộ đệm trạng thái các chức năng trong PLC như định thời, đếm,ghi các Relay

Mỗi lệnh của chương trình có một vị trí riêng trong bộ nhớ, tất cả mọi

vị trí trong bộ nhớ đều được đánh số, những số này chính là địa chỉ trong

bộ nhớ

Địa chỉ của từng ô nhớ sẽ được trỏ đến bởi một bộ đếm địa chỉ ở bêntrong bộ vi xử lý Bộ vi xử lý sẽ giá trị trong bộ đếm này lên một trướckhi xử lý lệnh tiếp theo Với một địa chỉ mới , nội dung của ô nhớ tươngứng sẽ xuất hiện ở đấu ra, quá trình này được gọi là quá trình đọc

Bộ nhớ bên trong PLC được tạo bỡi các vi mạch bán dẫn, mỗi vi mạchnày có khả năng chứa 2000 ÷ 16000 dòng lệnh , tùy theo loại vi mạch.Trong PLC các bộ nhớ như RAM, EPROM đều được sử dụng

RAM (Random Access Memory ) có thể nạp chương trình, thay đổihay xóa bỏ nội dung bất kỳ lúc nào Nội dung của RAM sẽ bị mất nếunguồn điện nuôi bị mất Để tránh tình trạng này các PLC đều được trang

bị một pin khô, có khả năng cung cấp năng lượng dự trữ cho RAM từ vàitháng đến vài năm Trong thực tế RAM được dùng để khởi tạo và kiểmtra chương trình Khuynh hướng hiện nay dùng CMOSRAM nhờ khảnăng tiêu thụ thấp và tuổi thọ lớn

EPROM (Electrically Programmable Read Only Memory) là bộ nhớ

mà người sử dụng bình thường chỉ có thể đọc chứ không ghi nội dungvào được Nội dung của EPROM không bị mất khi mất nguồn , nó đượcgắn sẵn trong máy , đã được nhà sản xuất nạp và chứa hệ điều hành sẵn.Nếu người sử dụng không muốn mở rộng bộ nhớ thì chỉ dùng thêmEPROM gắn bên trong PLC Trên PG (Programer) có sẵn chổ ghi vàxóa EPROM

Môi trường ghi dữ liệu thứ ba là đĩa cứng hoạc đĩa mềm, được sửdụng trong máy lập trình Đĩa cứng hoăc đĩa mềm có dung lượng lớn nênthường được dùng để lưu những chương trình lớn trong một thời gian dài

Các đường tín hiệu từ bộ cảm biến được nối vào các modul ( các đầuvào của PLC ) , các cơ cấu chấp hành được nối với các modul ra ( cácđầu ra của PLC )

Hầu hết các PLC có điện áp hoạt động bên trong là 5V , tín hiêu xử lý

là 12/24VDC hoặc 100/240VAC

Mỗi đơn vị I / O có duy nhất một địa chỉ, các hiển thị trạng thái củacác kênh I / O được cung cấp bỡi các đèn LED trên PLC , điều này làmcho việc kiểm tra hoạt động nhập xuất trở nên dể dàng và đơn giản

Bộ xử lý đọc và xác định các trạng thái đầu vào (ON,OFF) để thựchiện việc đóng hay ngắt mạch ở đầu ra

1.3 CÁC HOẠT ĐỘNG XỬ LÝ BÊN TRONG PLC

1.3.1 Xử lý chương trình

Khi một chương trình đã được nạp vào bộ nhớ của PLC , các lệnh

sẽ được trong một vùng địa chỉ riêng lẻ trong bộ nhớ

PLC có bộ đếm địa chỉ ở bên trong vi xử lý, vì vậy chương trình ởbên trong bộ nhớ sẽ được bộ vi xử lý thực hiện một cách tuần tự từnglệnh một, từ đầu cho đến cuối chương trình Mỗi lần thực hiện chươngtrình từ đầu đến cuối được gọi là một chu kỳ thực hiện Thời gian thựchiện một chu kỳ tùy thuộc vào tốc độ xử lý của PLC và độ lớn củachương trình Một chu lỳ thực hiện bao gồm ba giai đoạn nối tiếp nhau :

• Đầu tiên, bộ xử lý đọc trạng thái của tất cả đầu vào Phần chương trìnhphục vụ công việc này có sẵn trong PLC và được gọi là hệ điều hành

• Tiếp theo, bộ xử lý sẽ đọc và xử lý tuần tự lệnh một trong chương trình.Trong ghi đọc và xử lý các lệnh, bộ vi xử lý sẽ đọc tín hiệu các đầu vào,thực hiện các phép toán logic và kết quả sau đó sẽ xác định trạng thái củacác đầu ra

• Cuối cùng, bộ vi xử lý sẽ gán các trạng thái mới cho các đầu ra tại cácmodul đầu ra

để chắc chắn rằng chỉ có những tín hiệu hợp lý mới được đọc vào trong

bộ nhớ vi xử lý Các lệnh ngỏ ra được lấy trực tiếp tới các thiết bị Theohoạt động logic của chương trình , khi lệnh OUT được thực hiện thì cácngỏ ra cài lại vào đơn vị I / O, vì thế nên chúng vẫn giữ được trạng tháicho tới khi lần cập nhật kế tiếp

 Chụp ảnh quá trình xuất nhập

Hầu hết các PLC loại lơn có thể có vài trăm I / O, vì thế CPU chỉ cóthể xử lý một lệnh ở một thời điểm Trong suốt quá trình thực thi, trạngthái mỗi ngõ nhập phải được xét đến riêng lẻ nhằm dò tìm các tác độngcủa nó trong chương trình Do chúng ta yêu cầu relay 3ms cho mỗi ngõvào, nên tổng thời gian cho hệ thống lấy mẫu liên tục trở nên rất dài vàtăng theo số ngõ vào

Để làm tăng tốc độ thực thi chương trình, các ngõ I / O được cập nhậttới một vùng đặc biệt trong chương trình Ở đây, vùng RAM đặc biệt nàyđược dùng như một bộ đệm lưu trạng thái các logic điều khiển và cácđơn vị I / O Mỗi ngõ vào ra đều có một địa chỉ I / O RAM này Suốt quátrình copy tất cả các trạng thái vào trong I / O RAM Quá trình này xảy ra

ở một chu kỳ chương trình (từ Start đến End )

Thời gian cập nhật tất cả các ngõ vào ra phụ thuộc vào tổng số I/Ođược copy tiêu biểu là vài ms Thời gian thực thi chương trình phụ thuộcvào chiều dài chương trình điều khiển tương ứng mỗi lệnh mất khoảng

từ 110 s

CHƯƠNG 2: Phân tích công nghệ và xây dựng mô hình hệ thống

2.1 Tổng quan về tủ chuyển đổi nguồn tự động ATS

2.1.1 Giới thiệu chung về hệ thống ATS (Automatic Transfer Switch)

Hiện nay, nhu cầu sử dụng máy phát điện công suất dưới 1000kVAcho các nhà máy, trạm viễn thông, cho các nhà hàng-khách sạn, trụ sởcông ty, siêu thị… là tương đối lớn Khi có sự cố về điện xảy ra ở nguồnlới quốc gia thì tải sẽ được chuyển từ nguồn này sang nguồn khác tạmthời trong thời gian xử lý sự cố Để nhận biết và xử lý sự cố nhanh chóng

và chính xác thì người ta xử dụng bộ chuyển mạch tự động ATS Chínhđây là điều kiện để các kỹ sư trẻ dễ dàng có thể ứng dụng công nghệ caotrong việc thiết kế-chế tạo hệ thống tự động chuyển đổi nguồn điện Trênthực tế, người viết bài này đã tiếp xúc rất nhiều các tủ ATS với ứng dụngPLC, Logo, Contactor … là sản phẩm của các kỹ sư ngành điện-tự độnghóa

Tuy nhiên, sau một thời gian hầu hết ta thấy sản phẩm của mìnhbộc lộ nhiều nhược điểm mà khách hàng không thể chấp nhận được.Trong đó, chủ yếu là xảy ra hiện tượng:

- Không khởi động được máy phát khi điện lưới mất;

- Không TEST được quá trình khởi động máy phát để kiểm tra chất lượng

dự phòng của máy phát điện khi điện lưới đang cung cấp nguồn cho tảiqua tủ ATS Muốn kiểm tra, vẫn phải cắt nguồn điện lưới;

- Không khởi động được máy phát khi chất lượng điện lưới kém như mấtpha chẳng hạn;

- Tuổi thọ các khí cụ điện công suất rất thấp, đặc biệt thường cháy cuộnhút khi dùng contactor, mà nguyên nhân không phải do quá áp.Vậy thì, phải chăng sản phẩm của các bạn trẻ chưa hoàn thiện? Qua khảosát và thực tế tiếp xúc với các kỹ sư trẻ, người viết bài này thấy rằng: Cănnguyên của vấn đề là các kỹ sư trẻ ngành điện-tự động hóa chưa nghiên

cứu kỹ về đối tượng điều khiển của tủ ATS, mà chỉ hiểu một cách đơngiản là: tích hợp tủ ATS sao cho đáp ứng:

- Khởi động máy phát điện và cấp điện từ máy phát cho tải khi điện lướimất;

- Dừng máy phát và cấp điện từ lưới điện cho tải khi có điện lưới trở lại Sau một thời gian sử dụng máy phát điện (do Hãng Denyo-Nhật Bảnchế tạo) và tủ ATS được tích hợp trong nước, Ngân hàng Công thươngViệt Nam quyết định chuyển sang dùng máy phát và tủ ATS đồng bộ doHãng Denyo-Nhật Bản cung cấp để trang bị nguồn điện dự phòng cho cơ

sở mới của đơn vị tại Khu Công nghệ cao Láng-Hòa Lạc từ cuối năm

2008 Từ khi chính thức hoạt động đến 5/2009, luôn xảy ra hiện tượng:

- Không khởi động được máy phát khi điện lưới mất, mà trước đó(khoảng 10 ngày) thì khởi động được Sau khi nạp lại ắc quy bằng bộ nạpngoài thì khởi động được và sau 10 ngày lại xảy ra hiện tượng khôngkhởi động được máy phát

- “Dễ” suy ra rằng: có hiện tượng ắc quy phóng điện do phải đặt máy phátđiện ở chế độ “RUN” với máy phát điện dùng khóa điện kiểu cơ khí, hoặcchế độ “AUTO” với máy phát có màn hình giám sát và các phím điềukhiển Nên“đương nhiên” là thay bộ nạp ắc quy có công suất lớn hơn là

“được” Với cách đặt vấn đề này, thoạt đầu tưởng là ổn, song sau khi thay

bộ nạp ắc quy có công suất lớn hơn (đã tính chọn) thì dẫn đến hiện tượngtuổi thọ ắc quy giảm rõ rệt do luôn có hiện tượng “sôi” trong ắc quy khingười vận hành đưa cần gạt (đóng-cắt nguồn ắc quy”) về vị trí OFF.Sau kiểm tra, nghiên cứu ATS và máy phát điện tại cơ sở này, người viếtbài nhận thấy cần phải bổ sung một tủ ATS (tạm gọi là tủ ATS thứ cấp)kết hợp với tủ ATS đồng bộ với máy phát đã có và đã thực hiện đượcviệc loại bỏ các hiện tượng trên (trong một dịp khác, người viết bài này sẽgiới thiệu nguyên lý hoạt động của tủ ATS thứ cấp này).Vậy bản chất vấn đề là ở chỗ, phải tìm hiểu kỹ đối tượng điều khiển của

ATS (đặc biệt là máy phát điện) để đưa ra đúng và đủ các yêu cầu kỹthuật mà tủ ATS phải đáp ứng Trên cơ sở các yêu cầu đó, mà tích hợpthiết bị điều khiển.

.:: Các yêu cầu kỹ thuật thiết bị điều khiển ATS chất lượng cao phải có:

1 Tự động cắt mạch động lực của nguồn điện lưới và khởi động máyphát điện khi nguồn điện lưới bị lỗi (có thể là mất điện 1pha; 2 pha; 3pha, đảo pha, lệnh pha quá cho phép);

2 Tự động đóng mạch động lực của nguồn điện máy phát cấp điện chotải khi máy phát chạy ổn định;

3 Tự động dừng máy phát, cắt mạch động lực của nguồn điện máy phát

và đóng mạch động lực của nguồn điện lưới để cấp điện cho tải khi nguồnđiện lưới có trở lại và đảm bảo chất lượng;

4 Tự động dừng máy phát điện khi máy phát điện có sự cố, mà haitrường hợp tiêu biểu là áp suất dầu bôi trơn thấp hơn và nhiệt độ nướclàm mát cao hơn cho phép;

5 Phải xuất được các xung điều khiển quá trình khởi động có độ rộngxung phù hợp, cách nhau một khoảng thời gian đủ để ắc quy tự phục hồidung lượng Thời gian khởi động không được quá dài, nếu khởi động lầnthứ nhất không được thì sau một khoảng thời gian thì xuất xung khởiđộng tiếp theo và tối đa nên chỉ là 3 xung khởi động;

6 Đảm bảo có hai chế độ làm việc là “AUTO” và “MAN” Có thể làcông tắc xoay hoặc phím ấn để chọn chế độ làm việc;

7 TEST được quá trình khởi động máy phát điện khi điện lưới vẫn đangcung cấp điện cho tải qua tủ ATS;

8 Bộ nạp ắc quy phải đảm bảo duy trì trạng thái ắc quy đã được nạp đầybằng tự động duy trì dòng nạp nhỏ và đáp ứng các chỉ tiêu khác cho đặcthù máy phát điện

Đây là 8 yêu cầu kỹ thuật cơ bản cần phải có Các yêu cầu này phải đượcthực hiện nhanh, tin cậy (đặc biệt cho yêu cầu 7), đặc biệt khi máy phát là

nguồn điện dự phòng chất lượng cao có tải là nhiều động cơ điện đòi hỏikhi mất điện lưới thì phải cấp điện máy phát trong khoảng thời gian màtốc độ động cơ vẫn còn đạt trên 30% tốc độ định mức Điều này rất hữuích cho cả hệ thống tải và máy phát.

Để giải quyết tốt 8 yêu cầu trên với tính tác động nhanh, thì không gì hơn

là ứng dụng công nghệ kỹ thuật số

Ngoài ra còn cần phải có các yếu cầu về giám sát, đó là:

9 Cảnh báo áp lực dầu bôi trơn thấp hơn và nhiệt độ nước làm mát caohơn cho phép của động cơ dẫn động máy phát điện;

10 Báo lỗi khởi động sau 3 lần khởi động không được;

11 Hiển thị bằng đèn hay số (thập phân) điện áp lưới và điện áp máy phát(có thể là 1 pha hay cả 3 pha, thường với điện máy phát là 1 pha và điệnlưới là 3 pha)

.:: Về mặt định lượng, một số yêu cầu kỹ thuật chất lượng cao trên đượclượng hóa như sau:

Cho khí cụ điện chuyển mạch động lực:

- Khoảng thời gian chuyển nguồn (từ điện lưới sang điện máy phát vàngược lại): 180ms-250ms;

- Khoảng thời gian cắt mạch động lực điện lưới, kể từ thời điểm điện lưới

bị lỗi: 50ms-100ms;

- Khoảng thời gian cắt mạch động lực điện máy phát, kể từ thời điểmđiện lưới có trở lại: 50ms-100ms;

- Khoảng thời gian phục hồi điện: 60ms-110ms;

Khoảng thời gian trên phụ thuộc vào khí cụ điện chuyển mạch động lựclà

contactor thông thường hay bán dẫn Với việc sử dụng chuyển mạchnguồn bán dẫn thì khoảng thời gian nói trên được rút ngắn và tủ ATShoạt động êm ái hơn so với dùng contactor thông thường

Cho thiết bị điều khiển:

- Tốc độ điều khiển: 8 bit Microcontroller;

- Số lần chuyển đổi (đóng/cắt): đạt trên 10.000 lần;

- Tốc độ báo lỗi: 2s-3s;

- Số xung khởi động máy phát điện: 3;

- Thời gian chờ giữa hai lần khởi động (nếu lần khởi động kề trước khôngđược): 10s-13s;

- Độ rộng xung khởi động: 5-8s;

Như vậy:

- Thời gian chạy máy phát không tải: 120s-150s;

- Thời gian chuyển nguồn điện lưới: 1s-3s;

- Thời gian chuyển nguồn điện máy phát (cho 1 lần khởi động được): 6s;

4-Cho thiết bị nạp ắc quy:

- Điện áp nạp 12VDC hay 24VDC với dòng nạp liên tục điều chỉnh được

và tự động duy trì phù hợp với dung lượng cụ thể của ắc quy Để đáp ứngđiều kiện này, phải ứng dụng công nghệ điện tử-nạp chuyển mạch;

- Có hai chế độ nạp tự động và cưỡng bức;

- Bảo vệ quá trình khởi động;

- Trang bị chấu đầu ra, với chức năng nạp bình chết;

- Bảo vệ chống đảo cực;

- Tự động giới hạn dòng nạp khi khởi động động cơ;

- Chất lượng điện áp nạp: gợn sóng thấp;

- Nạp được cân bằng và nổi;

- Tự động ngắt điện khi điện áp ắc quy thấp hay không có điện áp đối ứng

- Úng dụng công nghệ (sử dụng LOGO, PLC,…) kỹ thuật số, lập trình,cài đặt để LOGO hay PLC xuất các tín hiệu điều khiển mình mong muốnđến các khí cụ điện lực thuộc chuyển mạch nguồn động lực và hệ thốngđiều khiển khởi động/dừng máy phát điện.

2.1.2 Chức năng và nguyên lý hoạt động của ATS

Hệ thống tự động chuyển mạch ATS (Automatic Transfer Switch)

là hệ thống duy trì sự hoạt động của tải khi mất điện nhờ chế độ tự độngchuyển đổi nguồn cung cấp từ lưới điện sang máy phát sau khi lưới mấtđiện Tự động Khởi động/Dừng máy phát điện, tự động chuyển giữanguồn Lưới/Máy phát (3 pha và trung tính), đảm bảo cung cấp liên tụccho phụ tải khi điện áp lưới bị mất hoặc không đảm bảo chất lượng Khiđiện áp lưới đảm bảo các giá trị định mức, tủ sẽ tự động đóng phụ tải vớilưới

- Ngoài ra, Tủ chuyển đổi nguồn tự động (ATS) có chức năng bảo vệ khiĐiện Lưới bị sự cố như: mất pha, mất trung tính, thấp áp (tuỳ chỉnh) thờigian chuyển đổi có thể điều chỉnh

a Chức năng

- Cảm biến sự mất nguồn chính

- Khởi động Diesel lai máy phát

- Chuyển tải cho máy phát khi điện áp và tần số đạt tới giá trị định mức

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý đơn giản của hệ thống ATS

- Bảo vệ máy phát , do có thời gian trễ giữa việc cắt MC máy phát vàđóng MC điện lưới nên máy phát được bảo vệ an toàn

- Bảo vệ phụ tải , do nguồn điện lưới được kiểm tra , nếu đảm bảo mớiđóng điện lưới cho tải

- Tự động gửi tín hiệu khởi động máy khi: điện lưới mất hoàn toàn, mấtpha, hoặc điện áp thấp hơn giá trị cho phép (giá trị này có thể điều chỉnhđược)

- Thời gian chuyển đổi sang nguồn máy phát tùy chọn , nhưng >5s , đểđảm bảo điện máy phát đã ổn định

- Khi điện lưới phục hồi, bộ ATS chuyển phụ tải sang nguồn lưới Máy tựđộng tắt sau khi chạy làm mát 1-15 phút

- Có khả năng vận hành tự động hoặc bằng nhân công

- Điều chỉnh được các khoảng thời gian chuyển mạch

+ ATS bao gồm các thiết bị sau:

- 2 công tắc tơ, hoặc 2 áp tomat được điều khiển bằng điện có khả năngđóng cắt dòng điện lớn và có tốc độ nhanh : 1 để đóng cắt nguồn điệnchính (QN), 1 để đóng cắt điện máy phát (QR) Hai thiết bị đóng cắt này

có khoá liên động cả về cơ khí và về điện để tránh đóng đồng thời cả 2nguồn gây ngắn mạch

- Khi có sự cố, PLC phát tín hiệu báo động, đồng thời đưa ra tín hiệuđóng cắt các rơ le đến các contactor để chuyển mạch tải.

- Các mạch cảm biến điện áp, tần số và các mạch điều khiển các công tắc

tơ hoặc áptômat

- Công tắc chọn chế độ hoạt động: Chế độ bằng tay (man); chế độ tự động(Auto) chế độ chờ sẵn sàng (Standby)

- Các đèn báo trạng thái làm việc của ATS

+ Đặc tính thời gian của ATS

A B C D E F G 0

+ DE: Máy phát cấp điện cho tải khi nguồn chính mất điện

+ E: Điện lưới có trở lại

+ F: Tín hiệu từ bộ điều khiển cắt QR, đóng QN Đồng thời gửi tín hiệudừng cho hệ thống điểu khiển Diesel ; tEF = (3 4) '

+ FG: Thời gian chạy không tải của Diesel: Tác dụng giảm nhiệt từ từcho Diesel Tại G có tín hiệu dừng động cơ Diesel; tFG = (4 5)'

2.2.2 Nguyên lý hoạt động của tủ ATS

Thông thường tải được cung cấp từng nguồn bình thường và khi đó ATSđóng vào công tắc nguồn bình thường Khi nguồn lưới chính có sự cố haymất điện lưới, bộ ATS tạo tín hiệu ngắt điện lưới, xuất tín hiệu khởi độngmáy phát, khi máy phát ổn định xuất tín hiệu đóng nguồn điện từ máyphát cấp điện cho tải

Khi có sự cố từ nguồn máy phát, bộ ATS tạo tín hiệu cảnh báo, ngắtnguồn điện từ máy phát và chờ đợi khi sự cố ở máy phát được khắc phụcxong ( tín hiệu hồi tiếp), bộ ATS lại đóng nguồn máy phát cho tải

Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý trên giản đồ thời gian hoạt động của lưới điện

– máy phát khi mất điện sự cố và có điện trở lại

+ Hạn chế của ATS:

ATS chỉ phát hiện được sự cố của các nguồn diện và phát tín hiệu cảnhbáo chứ không khắc phục được sự cố của nguồn điện Nguồn nuôi củaPLC đòi hỏi luôn luôn phải được duy trì cho nên người ta phải dùngnguồn pin hay acquy mà không sử dụng được nguồn điện biến đổi từ phíalưới điện hay máy phát

Hình 2.4 Sơ đồ khối chức năng ATS thường gặp

+ Quy cách chọn tủ ATS

- Phù hợp với công suất máy

- Bảo đảm các yêu cầu về tính năng điều khiển

Hình 2.5 Sơ đồ nguyên lý tổng thể của hệ thống ATS

Sơ đồ khối chức năng mô tả hoạt động hệ thống ATS với máy phát điện

là nguồn điện dự phòng như hình 3.4.Trong đó:

- Mains Panel và Gen Panel là tủ điện đầu ra biến thế hạ áp (thường gọi

là tủ tổng) và tủ đầu cực máy phát (đồng bộ với máy phát), có chức năngđóng cắt (thường là bằng tay) nguồn điện lưới hoặc máy phát trongtrường hợp vận hành hệ thống cung cấp điện bằng tay thuần túy Thiết bịđóng cắt trong hai tủ này có thể là áptômát (3 hoặc 4 Pole) hoặc là máycắt (trong các nhà máy công nghiệp hiện đại, thường sử dụng máy cắt cótích hợp truyền thông để đảm bảo kết nối với hệ DCS hoặc SCADA;

- Mains Contactor và Gen Contactor là hai thiết bị đóng/cắt nguồn có thể

là độc lập (dùng hai contactor điện từ có khóa liên động điện) hoặc đượctích hợp thành một khối (dùng chuyển mạch bán dẫn làm việc trong chế

độ khóa), có chức năng tự động chuyển đổi nguồn điện từ điện lưới sangđiện máy phát và ngược lại Thực tế, nếu dùng chuyển mạch bán dẫn thìrất đắt (thường chỉ có trong các dự án đầu tư đồng bộ của các nhà đầu tưnước ngoài) nên chỉ cần sử dụng contactor điện từ là được;

- Control Unit là khối điều khiển kỹ thuật số, có vai trò quyết định đếnchất lượng tự động chuyển đổi nguồn của hệ thống ATS Khối này có cáctín hiệu vào/ra tương tự và số như sau:

+ Tín hiệu vào Control Unit gồm:

• Điện áp pha ug (t) máy phát điện: có thể là cả 3 pha hoặc 1 pha Thôngthường chỉ cần lấy tín hiệu điện áp 1 pha là đủ vì hiếm có khả năng xảy rahiện tượng lỗi điện áp máy phát trên cáp truyền tải điện năng từ máy pháttới tủ ATS Tuy nhiên, khi cần vẫn có thể phải cho cả tín hiệu 3 pha điện

áp máy phát để loại nguồn máy phát khi có lỗi điện áp máy phát vàchuyển sang nguồn điện máy phát khác chẳng hạn Trường hợp này ít cótrong thực tế, tuy nhiên không phải là không có khi các nhà sản xuất đòihỏi cần chất lượng nguồn điện dự phòng ở cấp độ cao;

• Điện áp pha um(t) lưới điện: bắt buộc phải là 3 pha để đảm bảo nhậnbiết lỗi nguồn điện lưới (mất pha; quá hoặc thấp áp; đảo pha; lệnh pha)không đảm bảo chất lượng nguồn điện cung cấp cho tải (Loading);

• Các tín hiệu: áp lực (dạng công tắc áp lực) Poil dầu nhờn, nhiệt độ(dạng rơle nhiệt) T0C nước làm mát, mức (dạng công tắc mức) nhiên liệuLoil, nhiệt độ môi trường, … của động cơ đốt trong dẫn động máy phát(trong đó không thể thiếu hai tín hiệu áp lực và nhiệt độ nước làm mát làhai tín hiệu quyết định đến Start/Run/Stop động cơ đốt trong, các tín hiệucòn lại có thể có hoặc không tùy thuộc vào yêu cầu kinh tế-kỹ thuật củakhách hàng);

+ Tín hiệu ra Control Unit gồm:

• Các tín hiệu đóng/cắt Mains contactor và Gen Contactor kiểu điện từhoặc mở/khóa các chuyển mạch bán dẫn để tự động (hoặc bằng tay)chuyển đổi nguồn điện cấp cho tải;

• Các tín hiệu thực hiện chuyển đổi trạng thái đóng/cắt các cặp tiếp điểmcủa khối rơle trung gian nhằm thực hiện quá trình: Preheat (sấy động cơtrước khi khởi động) khi nhiệt độ môi trường thấp (mùa đông); Run (cấpnguồn VDC cho các phần tử thuộc hệ thống điện của động cơ để đảm bảođộng cơ sẵn sàng khởi động và chạy sau khởi động); Stop (ngừng cấpđiện VDC để đảm bảo động cơ dừng khi điện lưới có lại hoặc các yếu tốkhác không cho phép động đốt trong hoạt động);

• Tín hiệu timer là tín hiệu khống chế khoảng thời gian máy phát điệnchạy liên tục (thông thường với máy mới thì từ12-15 h, vơi máy cũ thì <10h) Khoảng thời gian này phải được hiệuchỉnh dễ dàng phù hợp với điều kiện vận hành thực tế.

- Inter Rơle Unit là khối rơle trung gian có chức năng: tăng công suất tínhiệu điều khiển; cách ly điện giữa các phần tử chấp hành và khối ControlUnit; nhân tín hiệu điều khiển cho mục đích đưa các mạch điện khác nhaucủa hệ thống điện động cơ cùng hoạt động trong cùng khoảng thời gian

Về bản chất, hệ thống ATS chất lượng cao cho máy phát điện có hệ thốngđiều khiển kiểu cơ khí là hệ thống đáp ứng đầy đủ chức năngPreheat/Run/Start/Stop của khóa điện trên Panel điều khiển máy phát điện

và loại trừ hoàn toàn hiện tượng suy giảm dung lượng ắc quy theo thờigian

Ngoài ra, có thể tạo thêm các mạch điện phục vụ giám sát/cảnh báo cáctrạng thái: lỗi khởi động; áp lực dầu bôi trơn thấp; nhiệt độ nước làm mátcao; dung lượng ắc quy thấp; mức nhiên liệu thấp; tắc lọc gió;… để saocho hoàn toàn điều khiển và giams sát trạng thái hoạt động của máy phátđiện từ hệ thống ATS mà không phải trực tiếp tiếp xúc với máy phát điện.Trong thực tế (rất hãn hữu), xảy ra trường hợp nguồn điện lưới trở thànhnguồn điện dự phòng, nguồn điện máy phát trở thành nguồn điện chính(người viết bài này đã phải thiết kế hệ thống cung cấp điện kiểu này chonhà máy dầu thực vật Cái Lân- T/p Cần Thơ do nhà máy ở trên một cùlao mà lưới điện không đảm bảo chất lượng theo yêu cầu của dây chuyềnsản xuất dầu từ cám gạo) Khi này, cần phải tích hợp hệ thống ATS chấtlượng cao cho 2, hoặc 4 (số lượng là chẵn) máy phát điện luân phiên làmviệc (1 chạy/1 nghỉ hoặc 2 chạy/2 nghỉ kèm hòa đồng bộ,…) theo như sơ

đồ hình 2

Việc tích hợp khối Control Unit và khối thiết lập thời gian máy chạy cho

sơ đồ hình 1 là mấu chốt của hệ thống ATS chất lượng cao Hình 3 giớithiệu các mạch đầu ra sử dụng các rơle thực hiện xuất các tín hiệu ra đápứng các yêu cầu kỹ thuật như đã nêu Ưu điểm của mạch này là tích hợpkhông khó lắm, hoạt động tin cậy, tuổi thọ cao và đặc biệt loại trừ đượchiện tượng suy giảm dung lượng ắc quy theo thời gian

CHƯƠNG 3: Tính toán thiết bị điện trong tủ ATS và mô phỏng hệ

thống

3.1 Phương pháp chọn tủ ATS

- Tủ có tính năng bảo vệ quá tải cho hệ thống cũng như bảo vệ chạm đấtvới mục đính an toàn cho người sử dụng Có đèn tín hiệu chỉ thị trạngthái hoạt động

- Để chế tạo tủ ATS thì có nhiều lựa chọn tùy theo yêu cầu của phụ tải,hoặc của máy phát hoặc của nhà đặt hàng Thông thường với loại máyphát công suất dưới 100KVA thì dùng loại 2 contactors, máy phát côngsuất lớn đến 600KVA dùng MCCB hoặc lớn hơn nữa thì dùng đến máycắt ACB,…

- Theo yêu cầu thiết kế chế tạo tủ ATS cho tải là xưởng chế biến thựcphẩm quy mô nhỏ với máy phát 3 pha công suất 100KVA nên ta lựa chọnphương án dùng 2 contactors có khóa liên động điện Chế độ tự độngđược điều khiển bằng một bộ Logo Vừa đảm bảo các thông số kỹ thuậtyêu cầu vừa đảm bảo tính kinh tế, thẩm mỹ…

3.1.1 Cách thi công với tủ ATS điều khiển bằng PLC

Lợi ích và hiệu quả của hệ thống ATS dùng PLC: hiện nay, các hệ thốngđiều khiển bằng PLC đang dần dần thay thế cho các hệ thống điều khiểnbằng relay, contactor thông thường Hệ thống ATS cũng vậy Ta hãy thử

so sánh ưu, khuyết điểm của hai hệ thống trên:

+ Hệ thống điều khiển thông thường:

- Thô kệch do có quá nhiều dây dẫn và relay trên bảng điều khiển

- Tốn khá nhiều thời gian cho việc thiết kế, lắp đặt

- Tốc độ hoạt động chậm

- Công suất tiêu thụ lớn

- Mỗi lần muốn thay đổi chương trình thì phải lắp đặt lại toàn bộ, tốnnhiều thời gian

- Khó bảo quản và sửa chữa

+ Hệ thống điều khiển bằng PLC:

- Những dây kết nối trong hệ thống giảm được 80% nên nhỏ gọn hơn

- Công suất tiêu thụ ít hơn

- Sự thay đổi các ngõ vào, ra và điều khiển hệ thống trở nên dễ dàng hơnnhờ phần mềm điều khiển bằng máy tính hay trên Console

- Tốc độ hoạt động của hệ thống nhanh hơn

- Bảo trì và sửa chữa dễ dàng

- Độ bền và tin cây vận hành cao

- Giá thành của hệ thống giảm khi số tiếp điểm tăng

- Có thiết bị chống nhiễu

- Ngôn ngữ lập trình dễ hiểu

- Dễ lập trình và có thể lập trình trên máy tính, thích hợp cho việc thựchiện các lệnh tuần tự của nó

- Các modul rời cho phép thay thế hoặc thêm vào khi cần thiết

Do những lý do trên PLC thể hiện rõ ưu điểm của nó so với các thiết bịđiều khiển thông thường khác PLC còn có khả năng thêm vào hay thayđổi các lệnh tùy theo yêu cầu của công nghệ Khi đó ta chỉ cần thay đổichương trình của nó, điều này nói lên tính năng điều khiển khá linh độngcủa PLC Ngày này phần lớn các hệ thống ATS điều dùng PLC Điều nàymang lại lợi ích và hiệu quả rất lớn góp phần vào quá trình tự động hóanhiều quy trình sản xuất

+ Các bước thiết kế một hệ thống điều khiển dùng PLC:

- Xem xét sự khả thi:

Trong trường hợp nào đó việc xem xét về sự khả thi là yêu cầu không thểthiếu cho một quyết định hay một giải phát điều khiển Việc này có thểđược thực hiện thông qua các chuyên gia hay cố vấn bên ngoài Thườnglàm việc với chuyên gia được ưa chuộng hơn vì không có hoặc có rất ít sựràng buộc với các thiết bị chuyên dụng

Phạm vi của lĩnh vực này có thể thay đổi rất nhiều, từ việc đơn giản làđặc tả tính khả thi của yêu cầu cho đến việc phân tích toàn diện mọitrường hợp Mặc dù vậy, việc nghiên cứu tính khả thi của yêu cầu baogồm nhiều lĩnh vực nghiên cứu chuyên ngành sau:

- Tính khả thi về kinh tế

- Tính khả thi về kỹ thuật

- Sự lựa chọn các phương án: nghiên cứu đánh giá các phương án để đưa

ra phương án tối ưu

Để đạt được các yêu cầu đầy đủ, đòi hỏi chúng ta phải biết được nhu cầuhiện tại và tương lại của công ty về tự động hóa máy móc và các hệ thốngcung cấp thông tin Khi chức năng điều khiển được xác địn chính xác thì

hệ thống PLC sẽ được chọn ra thích hợp và phần cứng và chương trìnhđiều khiển

Để thiết kế 1 hệ thống PLC điều khiển cho hoạt động nào đó, ta nên tiếnhành các bước sau đây:

1.Xác định quy trình công nghệ:

Trước tiên, ta phải xác định thiết bị hay hệ thống nào muốn điều khiển vàquy trình công nghệ cần điều khiển tự động Mục đích cuối cùng của bộđiều khiển là điều khiển một hệ thống hoạt động theo một mô hình đãchọn sẵn

Sự vận hành của hệ thống được kiểm tra bới các thiết bị đầu vào Nónhận tín hiệu và gửi tín hiệu đến CPU và xử lý tín hiệu gửi nó đến thiết

bị xuất để điều khiển sự hoạt động của hệ thống như lập trình sẵn trongchương trình

2 Chọn PLC

Hiện nay, trên thị trường có rất nhiều loại PLC với các tính năng ngàycàng được tăng cường nhằm cải thiện hiệu suất và chất lượng Tuy nhiên,hầu hết PLC cùng cỡ thì có các chức năng điều khiển tương đương nhau.Điểm khác nhau quan trọng nhất là ở phương pháp lập trình và ngôn ngữlập trình, cùng với các mức độ về sự hỗ trợ của các nhà sản xuất Sự hỗtrợ từ nhà sản xuất là chủ yếu tố quan trọng khi thực hiện thiết kế một hệthống điều khiển tự động, nhưng thường bị bỏ qua

Tùy thuộc vào nhiệm vụ điều khiển, khách hàng có thể liên hệ trực tiếpvới nhà sản xuất hoặc có thể thông qua nhà thiết kế hệ thống để xây dựngtoàn bộ hệ thống hoặc chỉ một phần

Việc chọn PLC của hãng nào là do sự quen dùng đối với PLC đó và hệthống điều khiển nói chung Đối với những người có kinh nghiệm trongviệc thiết kế và lắp đặt HTĐK thì vấn đề quan trọng là sự vượt trội về kỹthuật và hiệu suất hơn là sự hỗ trợ về thiết kế và lắp đặt hệ thống Đối vớicác người chưa có nhiều kinh nghiệm về PLC và không nắm vững về thịtrường PLC thì cần xem xét các vấn đề sau đây:

- Người dùng có nhận được sự hỗ trợ trong công việc thiết kế

- Tỷ lệ thị trường và lĩnh vực ứng dụng của nhà sản xuât

- Nhà sản xuất có tổ chực các khóa huấn luyện về hệ thống PLC đang sửdụng

- Các tài liệu kèm theo

- Khả năng tương thích giữa các hệ thống tương đương hoặc loại PLCkhác cùng họ

- Phương pháp lập trình có thích hợp với cách điều khiển trong ứng dụng

+ Loại và cỡ PLC

Sự lựa chọn này có thể thực hiện cùng với việc lựa chọn nhà sản xuất.Một số điểm cần xem xét khi chọn loại và cỡ PLC:

- Yêu cầu ngõ vào/ ra cần thiết

- Loại ngõ vào ra

- Dung lượng bộ nhớ

- Tốc độ và khả năng của CPU và tập lệnh

Tất cả các yếu tố trên phụ thuộc lẫn nhau: dung lượng bộ nhớ có ràngbuộc trực tiếp đến số lượng ngõ vào ra cũng như kích thước chương trình

và tốc độ CPU

+ Số lượng ngõ vào/ ra:

Số lượng ngõ vào ra của 1 hệ thống PLC phải có khả năng đáp ứng dù sốđường tín hiệu từ cảm biến cũng như đường điều khiển phần công suấtcho cơ cấu tác động Ngoài ra còn phải quan tâm đến mức điện áp, dòngtải, tần số đáp ứng, nhu cầu mở rộng, chuyên dùng…

Tất cả các thiết bị xuất, nhập bên ngoài đều được kết nối với bộ điềukhiển lập trình Thiết bị nhập là những contactor, cảm biến… Thiết bịxuất là những cuộn dây, valve điện, motor, bộ hiển thị

Sau khi xác định tất cả các thiết bị xuất nhập cần thiết, ta định vị các thiết

bị vào ra tương ứng cho từng ngõ vào, ra trên PKC trước khi viết chươngtrình

+ Dung lượng bộ nhớ

Dung lượng bộ nhớ phụ thuộc vào số lượng ngõ vào ra và đối với loạiPLC có khả năng mở rộng bộ nhớ thì dung lượng có bộ nhớ có thể mởrộng bằng cách gắn hêm hộp bộ nhớ Hơn nữa, ta có thể ước chừng dunglượng bộ nhớ dựa trên mức độ phức tạp của chương trình

Bộ nhớ cần thiết bằng bộ nhớ cho ngõ vào ra + bộ nhớ chương trình + bộnhớ dữ liệu cho các lệnh chuyên dùng + bộ nhớ cho mở rộng và hiệuchỉnh

4 Nạp chương trình vào bộ nhớ:

Bây giờ chúng ta có thể cung cấp nguồn cho bộ điều khiển có lập trìnhthông qua cổng I/O Sau đó nạp chương trình vào bộ nhớ thông qua bộconsole lập trình hay máy tính có chứa phần mềm lập trình hình thang

Nếu được, mô phỏng toàn bộ hoạt động hệ thống để chắc chắn rằngchương trình đã hoạt động tốt Nếu có lỗi chương trình thì tiến hành sửalỗi cho đến khi hoàn thiện.

5 Chạy chương trình:

Trước khi nhấn nút Start, phải chắc chắn rằng các dây dẫn nối các ngỗvào, ra đến các thiết bị nhập xuất đã được nối đúng theo chỉ định Lúc đóPLC mới bắt đầu hoạt động thực sự

3.1.2 Mô tả công nghệ

Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý mạch động lựcmạch chuyển đổi nguồn lưới – máy phát

-Quy trình công nghệ: Chuyển đổi điện áp lưới sang chế độ điện áp máy

phát khi mất điện và ngược lại

Hệ thống điều khiển đóng cắt thông qua cặp contactor K1 và K2

K1: đóng nguồn điện lưới

K2: đóng nguồn máy phát

H1: tín hiệu đề máy phát

H2: tín hiệu dừng máy phát

H3: báo lỗi máy phát không đề được

S1: status: nhận biết trạng thái lưới điện (S1 = 0: có điện hay S1= 1: mấtđiện) vẫn mất điện sau 10s thì phát tín hiệu đề máy phát ( H1), Nếu đề lầnđầu máy phát hoạt động tốt thì tín hiệu feedback = 1, bộ điều khiển sẽkhông phát tín hiệu đề nữa Nếu máy phát chưa hoạt động thì đề tiếp lần

Trễ 510s

Chuyển tải sang Lưới

Trễ 3 ’ 10 ’ để làm Mát máy phát

S

S

Đ

S Đ

- Sơ đồ thuật toán:

Lưu đồ thuật toán của bộ tự dộng đổi nguồn(A.T.S) lưới-máy phát nhưsau: