THIẾT KẾ BỘ ATS DÙNG PLC – ĐỔI NGUỒN TỰ ĐỘNG CHO NHÀ MÁY, XÍ NGHIỆP Bao cao đồ án tốt nghiệp chuyên ngành tự động hóa BKHN (9)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI KHOA ĐIỆN BỘ MƠN TỰ ĐỘNG HỐ CƠNG NGHIỆP ====o0o==== ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HÀ NỘI, 6/2018 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI KHOA ĐIỆN BỘ MƠN TỰ ĐỘNG HỐ CƠNG NGHIỆP ====o0o==== ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ BỘ ATS DÙNG PLC – ĐỔI NGUỒN TỰ ĐỘNG CHO NHÀ MÁY, XÍ NGHIỆP Trưởng mơn : PGS.TS Trần Trọng Minh Giáo viên hướng dẫn : ThS Võ Duy Thành Sinh viên thực : Nguyễn Mạnh Hoàn Lớp : CN ĐK - TĐH 01 K58 MSSV : 20135606 Giáo viên duyệt : HÀ NỘI, 6/2018 Mục lục LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan đồ án tốt nghiệp hoàn toàn em thực dựa sở nghiên cứu lý thuyết, kiến thức, khảo sát thực tế hướng dẫn trực tiếp thầy ThS Võ Duy Thành Các đoạn trích dẫn số liệu sử dụng đồ án dẫn nguồn có tính xác cao hiểu biết em Một lần em xin khẳng định trung thực lời cam kết trên, có chép không hợp lệ hay vi phạm quy chế đào tạo em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm Sinh viên Nguyễn Mạnh Hoàn ii Mục lục MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC HÌNH VẼ v DANH MỤC BẢNG BIỂU .vii LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu chung 1.1.1 Lý lựa chọn đề tài 1.1.2 ATS 1.1.3 Yêu cầu đồ án CHƯƠNG CẤU HÌNH VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ 2.1 Thiết kế mạch lực 2.1.1 Yêu cầu toán 2.1.2 Sơ đồ cấu hình hệ thống 2.1.3 Hệ thống tải cho trước đối tượng 2.1.4 Khối nguồn 10 2.1.5 Khối nguồn dự phòng 13 2.1.6 Khối đóng cắt 17 2.1.7 Khối bảo vệ 21 2.1.8 Khối điều khiển 24 2.2 Thiết kế mạch điều khiển 24 2.2.1 Yêu cầu toán 24 2.2.2 Các thiết bị sử dụng 24 2.2.3 Lựa chọn PLC 28 CHƯƠNG 30 GHÉP NỐI PHẦN CỨNG 30 iii Mục lục 3.1 Sơ đồ tổng quan thực tế 30 3.2 Sơ đồ mạch 32 CHƯƠNG 36 THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN 36 4.1 Thiết kế chương trình 36 4.1.1 Lưu đồ chương trình 36 4.1.2 Phân địa cổng vào 41 CHƯƠNG 43 MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ 43 KẾT LUẬN 52 PHỤ LỤC 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO 54 iv Danh mục hình vẽ DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Sơ đồ tổng quan hệ thống Hình 1.2 Sơ đồ hệ thống tải Hình 2.1 Sơ đồ cấu hình hệ thống Hình 2.2 Máy biến áp 10 Hình 2.3 Máy phát điện Diesel 13 Hình 2.4 Cấu tạo máy phát điện Diesel 14 Hình 2.5 Máy cắt khơng khí ACB 17 Hình 2.6 Sơ đồ chân ACB 20 Hình 2.7 Mặt trước rơ le bảo vệ 22 Hình 2.8 Bảo vệ pha, thứ tự pha 23 Hình 2.9 Bảo vệ cao, thấp áp 23 Hình 2.10 Sơ đồ chân rơ le bảo vệ 23 Hình 2.11 Hình ảnh rơ le điện từ 25 Hình 2.12 Cơng tắc chuyển mạch vị trí 25 Hình 2.13 Nút nhấn ON xanh 26 Hình 2.14 Nút nhấn ON vàng 26 Hình 2.15 Nút nhấn OFF 26 Hình 2.16 Nút dừng khẩn cấp 27 Hình 2.17 Đèn báo hoạt động 27 Hình 2.18 Cịi báo 28 Hình 3.1 Sơ đầu ghép nối mạch động lực 31 v Danh mục hình vẽ Hình 3.2 Sơ đồ đấu nối mạch điều khiển 35 Hình 4.1 Sơ đồ khối lập trình PLC 37 Hình 4.2 Biểu đồ khoảng thời gian có điện lưới cảu yêu cầu công nghệ 38 Hình 4.3 Biểu đồ thời gian điện lưới yêu cầu công nghệ 39 Hình 5.1 Màn hình phần mềm 43 Hình 5.2 Màn hình giả lập PLC 44 Hình 5.3 Màn hình sẵn sàng mơ 44 Hình 5.4 Sau ấn nút Start 45 Hình 5.5 Tín hiệu nguồn lưới ổn định thời gian trễ chạy 46 Hình 5.6 Ngắt ACB máy phát 46 Hình 5.7 Đóng ACB máy biến áp ACB chia mạch 47 Hình 5.8 Tắt máy phát 47 Hình 5.9 Đề máy phát, ngắt ACB máy biến áp điện lưới 48 Hình 5.10 Tín hiệu ngắt ACB máy biến áp 49 Hình 5.11 Khi máy phát chưa sẵn sàng nguồn chưa ổn định 50 Hình 5.12 Đóng ACB máy phát 50 Hình 5.13 Dừng khẩn cấp 51 vi Danh mục bảng biểu DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Bảng thống kê công suất tải Bảng 2.2 Thông số máy biến áp 12 Bảng 2.3 Thông số máy phát điện 16 Bảng 2.4 Phân cổng vào PLC 29 Bảng 4.1 Liệt kê đầu vào 41 vii Lời nói đầu LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, kinh tế nước ta phát triển mạnh mẽ, đời sống nhân dân nâng cao nhanh chóng Nhu cầu điện lĩnh vực công nghiệp, nông nghiệp, dịch vụ sinh hoạt tăng trưởng không ngừng Đặc biệt, công nghiệp khách hàng tiêu thụ điện tiềm lớn Trong tình hình kinh tế thị trường nay, xí nghiệp, tổ hợp sản xuất phải tự hạch toán kinh doanh cạnh tranh liệt chất lượng giá sản phẩm Vì thế, xí nghiệp, doanh nghiệp phải đảm bảo chất lượng hệ thống cung cấp điện Một biện pháp để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện đặt phân tử dự trữ hệ thống điện Để đưa phân tử dự trữ vào làm việc nhanh chóng an tồn người ta thường sử dụng thiết bị tự động đóng dự trữ, hay gọi đổi nguồn tự động (ATS: Automatic transfer switch) Nhận thức ứng dụng thực tiễn, tầm quan trọng xí nghiệp, nhà máy sở để em chọn đề tài đồ án tốt nghiệp “Thiết kệ ATS dùng PLC - đổi nguồn tự động cho nhà máy, xí nghiệp” Em xin gửi đến quý thầy cô Bộ môn Tự động hố cơng nghiệp - Viện Điện lời cảm ơn với trân trọng lòng biết ơn sâu sắc hết lòng bảo, truyền đạt cho em kiến thức vô quý báu, làm sở để em thực tốt đề tài tạo điều kiện thuận lợi để em hồn tất khóa học Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy giáo ThS Võ Duy Thành tận tình hướng dẫn, dạy giúp em hoàn thành tốt đề tài Em xin chân thành cảm ơn! Chương 1: Tổng quan CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu chung 1.1.1 Lý lựa chọn đề tài Ngày nay, kinh tế, công nghiệp đất nước ta ngày phát triển, đời sống nhân dân nâng cao không ngừng Mọi hoạt động sản xuất, thương mại, kinh doanh hay sinh hoạt phụ thuộc tách rời với nguồn điện Hơn cả, điện có ảnh hưởng lớn cơng nghiệp nói chung doanh nghiệp, xí nghiệp, nhà máy nói riêng Điện thực đóng góp phần quan trọng vào lỗ/lãi xí nghiệp Nếu tháng xảy điện - ngày xí nghiệp khơng có lãi, lâu xí nghiệp thua lỗ Chất lượng điện xấu (chủ yếu điện áp thấp) ảnh hưởng lớn đến chất lượng sản phẩm, gây thứ phẩm, phế phẩm, giảm hiệu suất lao động Chất lượng điện áp đặc biệt quan trọng với xí nghiệp may, xí nghiệp hố chất, xí nghiệp chế tạo lắp đặt khí điện tử xác Vì đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện nâng cao chất lượng điện mối quan tâm hàng đầu toán thiết kế cấp điện cho xí nghiệp cơng nghiệp Bên cạnh đó, ngành thương mại, dịch vụ quan tâm đến chất lượng nguồn điện Tóm lại mức điện đảm bảo liên tục cấp điện tuỳ thuộc vào tính chất yêu cầu phụ tải Đối với cơng trình quan trọng cấp quốc gia hội trường Quốc hội, nhà khách Chính phủ, Ngân hàng nhà nước, Đại sứ quán, khu quân sự, sân bay, hải cảng, khách sạn cao cấp phải đảm bảo cấp điện mức độ cao nhất, nghĩa với tình khơng để điện Những đối tượng kinh tế nhà máy, xí nghiệp tổ hợp sản xuất tốt đặt thêm máy phát dự phòng, điện lưới dùng máy điện cấp điện cho phụ tải quan trọng lò luyện, phân xưởng sản xuất Các nguồn điện dự trữ đưa vào hoạt động hiệu ta cần có điều khiển đổi nguồn tự động Chính thế, đề tài “Thiết kệ ATS dùng PLC-bộ đổi nguồn tự động máy phát cho nhà máy, xí nghiệp” thiết thực Chương 4: Thiết kế điều khiển để chế độ dự phịng nguội, có thời gian làm nóng máy 15s sau chờ máy chạy vào chế độ ổn định Khi có tín hiệu ổn định từ rơ le bảo vệ, PLC xuất tín hiệu đóng ACB máy phát, cấp nguồn cho tải phân chia Tổng thời gian delay khơng có điện khoảng 30s Trong trường hợp, điện lưới mà máy phát không đề được, hay máy phát chạy không nguồn ổn định, nóng bất thường, hay lý ko bình thường mà tủ điều khiển máy phát báo về, đó, PLC xuất tín hiệu cảnh báo chuông đèn báo cho người vận hành khắc phục Đối với nút ES – dừng khẩn cấp, trường hợp dùng nút dừng khẩn cấp:  Nguồn điện máy biến áp bị điện gặp cố mà máy phát không đề  Nguồn điện máy biến áp bị điện gặp cố mà máy phát đề chạy không ổn định khơng cấp nguồn có độ tin cậy  Máy phát chạy bất thường: nóng, ồn, v.v  Máy biến áp xảy cố bất thường: ồn, chảy dầu, v.v Khi dùng nút nhấn dừng khẩn cấp, hoạt động PLC ngắt, chế độ AUTO, MAN ngắt khỏi nguồn Và cuộn ngắt ACB máy biến áp, máy phát, chia mạch kích hoạt ngắt nguồn khỏi hệ thống Theo u cầu cơng nghệ ta có địa cho tất đầu vào PLC 40 Chương 4: Thiết kế điều khiển 4.1.2 Phân địa cổng vào Cổng vào phân theo bảng 4.4 sau: Bảng 4.1 Liệt kê đầu vào Cổng vào/ra STT Tên tín hiệu Kí hiệu Địa Vào Tín hiệu Auto Tín hiệu nguồn MBA ổn định Tín hiệu nguồn MP ổn định Tín hiệu MP ổn định Dừng khẩn cấp Tín hiệu ngắt ACB MBA ACB chia mạch 10 Lỗi nguồn MBA Auto Số Ra x X0 x MBA ok x X1 x MP ok x X2 x MP On x X3 x ES x X4 x x X5 x x X6 x x X7 x x Y1 x x Y2 x Ngắt MBA Lỗi MBA Tín hiệu ngắt Ngắt ACB MP MP Đóng ACB MBA Đóng + ACB chia mạch MBA Ngắt ACB MP Số/Tương tự Ngắt MP 41 Tương tự Chương 4: Thiết kế điều khiển 11 Đóng ACB MP 12 Đề máy phát 13 14 15 Đóng x Y3 x Đề MP x Y4 x Cảnh báo CB x Y5 x Ngắt ACB MBA Ngắt x Y6 x x Y7 x MP + ACB chia mạch MBA Tắt máy phát Tắt MP 42 Chương 5: Mơ đánh giá CHƯƠNG MƠ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ Trong trình tự làm việc với PLC nói chung, hay đề tài nói riêng việc mơ đóng vai trị quan trọng, thực tốt yêu cầu tốn chế độ mơ offline việc kiểm tra online đưa vào vận hành thường thường có kết mong đợi Ta thực mô phần mềm GX – Works2, phần mềm có giao diện gần gũi với người dùng, tích hợp phần lập trình mơ chương trình Hình 5.1 Màn hình phần mềm Trong hình trên, giao diện lập trình mơ chương trình ta thiết kế chương Ta thực ấn phím F4 để “Build” lại chương trình nhấn cơng cụ nút “Start/Stop Simulation” để bắt đầu giả lập PLC mô 43 Chương 5: Mô đánh giá Hình 5.2 Màn hình giả lập PLC Sau giả lập PLC, ta có khối PLC với đầu vào tiếp điểm có địa nhớ vùng vào (X***), đầu cuộn Coil có địa nhớ vùng (Y***) Hệ thống sẵn sàng hoạt động chờ chế độ Auto Hình 5.3 Màn hình sẵn sàng mơ Phần mềm cho ta mô trạng thái logic On/Off Trạng thái thay đổi hệ thống sau chế độ Auto (X000) tác động Màn hình hiển thị 44 Chương 5: Mô đánh giá Hình 5.4 Sau ấn nút Start Khi trạng thái Auto kích hoạt, tiếp điểm X000 network0 đóng lại, đầu biến trung gian M0 kích hoạt làm tiếp điểm M0 netwwork1, 5, 15, , 54 (có ghi phần Phụ lục) đóng lại Màn hình chờ tín hiệu báo máy biến áp (X001 X006 X001 đảo với X006 nên tín hiệu khơng trùng nhau)  Trường hợp 1: Nguồn máy biến áp báo ổn định Tiếp điểm báo ổn định (X001) network5 kích hoạt, định thời gian Timer1 (T1 K2400) bắt đầu tạo thời gian trễ theo yêu cầu công nghệ (4 phút) mơ tả chi tiết hình 5.5 45 Chương 5: Mơ đánh giá Hình 5.5 Tín hiệu nguồn lưới ổn định thời gian trễ chạy Khi định thời Timer1 đủ độ trễ, tiếp điểm thường mở T1 Timer1 network15 (điểm số 16) đóng lại, kích hoạt ngắt ACB máy phát (Y002), mơ tả hình 5.6 Hình 5.6 Ngắt ACB máy phát Khi tín hiệu ngắt ACB máy phát kích hoạt (X007) network19 Khi đó, ACB máy biến áp ACB chia mạch kích hoạt (Y001), tiếp điểm Y001 network23 đóng lại bật định thời Timer4 (30s), bắt đầu tạo độ trễ Hình 5.7 mơ tả q trình 46 Chương 5: Mơ đánh giá Hình 5.7 Đóng ACB máy biến áp ACB chia mạch Đủ độ trễ, tiếp điểm T4 network28 (điểm số 29) đóng lại, đầu ngắt máy phát kích hoạt, tắt máy phát (Y007) Hình 5.8 Hình 5.8 Tắt máy phát 47 Chương 5: Mô đánh giá  Trường hợp 2: Khi xảy điện Tín hiệu lỗi nguồn máy biến áp (X006) network10 chuyển đến, tín hiệu nguồn máy biến áp ổn định (X001) bị ngắt khởi động định thời Timer2 tạo độ trễ, đủ độ trễ (ở 5s) tiếp điểm T2 tai network31, 34 (điểm số 32, 35) đóng lại, PLC xuất tín hiệu đề máy (Y004) ngắt ACB máy biến áp ACB chia mạch (Y006), ta có hình 5.9 Hình 5.9 Đề máy phát, ngắt ACB máy biến áp điện lưới Tiếp đó, ngắt xong ACB máy biến áp ACB chia mạch, tín hiệu ngắt (X005) network38 kích hoạt, tắt chế độ ngắt ACB (Y006) network34, đồng thời khởi động định thời Timer3 (độ trễ theo yêu cầu 20s) Ta có hình 5.10 48 Chương 5: Mơ đánh giá Hình 5.10 Tín hiệu ngắt ACB máy biến áp Khi định thời Timer3 tạo đủ độ trễ, hai tín hiệu nguồn máy phát ổn định (X002) tín hiệu máy phát sẵn sàng (X003) network43 khơng có tín hiệu cảnh báo (Y005) network48 bật Tiếp điểm Y005 network49 đóng lại tự giữ tín hiệu để Y005 báo liên tục, network54 (điểm số 55) kích hoạt biến trung gian M1 mở tiếp điểm thường đóng M1 network0 (điểm số 3), ngắt tiếp điểm M0 đầu network hoạt động bị dừng lại, sẵn sàng chờ tín hiệu ổn định khơng ngắt hẳn nên tín hiệu M1 nháy theo chu kỳ quét PLC Ta mơ tả hình 5.11 49 Chương 5: Mơ đánh giá Hình 5.11 Khi máy phát chưa sẵn sàng nguồn chưa ổn định Khi có tín hiệu trên, Timer3 lại tạo lại độ trễ, tiếp điểm T3 lại đóng lại, tín hiệu ổn định thời gian (20s) ACB máy phát đóng (Y003) cấp nguồn máy phát cho tải hình sau: Hình 5.12 Đóng ACB máy phát 50 Chương 5: Mơ đánh giá Khi hoạt động diễn có điều bất thường người vận hành nhấn nút dừng khẩn cấp có tiếp điểm (X004) network0 biến trung gian M0 bị ngắt hoàn toàn, tiếp điểm M0 đầu network ngắt, hoạt động PLC kể thực bị dừng lại Hình 5.13 Dừng khẩn cấp 51 Kết luận KẾT LUẬN Trong thời gian thực đồ án tốt nghiệp này, em thực yêu cầu sau:  Hiểu thêm điều khiển ATS dùng PLC  Thiết kế phần nhỏ trạm biến áp phân phối  Thiết kế tủ điều khiển ATS  Lập trình chương trình ngơn ngữ Ladder cho PLC Tuy nhiên, thời gian thực cịn có số hạn chế:  Về phần thiết kế mạch lực, thời gian vốn kiến thức cịn hạn chế nên chưa tính tốn thiết kế trạm hoàn chỉnh gồm dây dẫn, aptomat bảo vệ thiết bị, tủ tụ bù, hệ thống chống sét,  Về phần thiết kế mạch điều khiển, chưa làm mạch thực tế, thiết bị điện cơng nghiệp có giá thành cao  Các vẽ chưa tiêu chuẩn Phương hướng giải quyết: cần tìm hiểu thêm kiến thức hệ thống cung cấp điện, thiết bị điện công nghiệp, cách vẽ vẽ tiêu chuẩn Mặc dù đạt số kết định, song nhiều yếu tố khách quan, hạn chế lực trình độ thân nên báo cáo đồ án em tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận đóng góp ý kiến từ thầy cô bạn để đồ án hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn.! Hà Nội, ngày 01 tháng 06 năm 2018 Sinh viên thực Nguyễn Mạnh Hoàn 52 Phụ lục PHỤ LỤC Chương trình Ladder cho PLC: 53 Tài liệu tham khảo TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] TS.Trần Quang Khánh, Hệ thống cung cấp điện – Tập 1, Khoa học kĩ thuật, 2005 [2] Ngô Hồng Quang, Sổ tay lựa chọn & tra cứu thiết bị điện từ 0,4 đến 500kV, Khoa học kĩ thuật, 2002 [3] Tăng Văn Bùi – Nguyễn Tiến Dũng, Điều khiển Logic lập trình PLC, Khoa học kĩ thuật, 2011 [4] https://codientu.org/threads/27518/ truy cập lần cuối ngày 31/05/2018 [5] http://webdien.com truy cập lần cuối ngày 01/06/2018 [6] http://vn.mitsubishielectric.com/vi/products/factory-automation/index.page truy cập lần cuối ngày 28/05/2018 [7] https://thietbidienschneider.com truy cập lần cuối ngày 28/05/2018 [8] http://thietbidienmienbac.com.vn/933/may-bien-ap-abb.html truy cập lần cuối ngày 25/05/2018 [9] https://marapco.com/ truy cập lần cuối ngày 25/05/2018 54 ... HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI KHOA ĐIỆN BỘ MƠN TỰ ĐỘNG HỐ CƠNG NGHIỆP ====o0o==== ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ BỘ ATS DÙNG PLC – ĐỔI NGUỒN TỰ ĐỘNG CHO NHÀ MÁY, XÍ NGHIỆP Trưởng môn : PGS.TS Trần Trọng... nguồn tự động (ATS: Automatic transfer switch) Nhận thức ứng dụng thực tiễn, tầm quan trọng xí nghiệp, nhà máy sở để em chọn đề tài đồ án tốt nghiệp “Thiết kệ ATS dùng PLC - đổi nguồn tự động. .. Chức ATS  Tự động cắt mạch động lực nguồn điện lưới khởi động máy phát điện nguồn điện lưới bị lỗi  Tự động đóng mạch động lực nguồn máy phát cấp cho tải máy phát chạy ổn định  Tự động dừng