4.1.1. Lưu đồ thuật toán.
4.1.1.1 Chế độ bằng tay.
Hình 4.1: Lưu đồ thuật toán chế độ bằng tay
Bắt đầu S Nhấn cấp lưới S Nhấn cấp MP Đ Tắt K2 Tắt Máy phát Đóng contactor lưới Sáng đèn báo 1 Đ Đề máy phát Đề < 3 S Kiểm tra
Nguồn cấp Rơ le kiểm tra
S Đ S Đ Đ Delay 10s+ Tắt K1 Đóng K2, tắt đề MP Báo đèn 2 Ngừng đề Báo lỗi MP Báo ra màn hình S KT nguồn Đ Báo lỗi Báo lỗi Báo ra màn hình
4.1.1.2 Chế độ tự động
Hình 4.2: Lưu đồ thuật toán chế độ tự động
Bắt đầu S KT nguồn lưới Đ Tắt K2 Tắt máy phát Tắt đề MP Đóng K cấp lưới Đề MP Báo lỗi xảy ra KT Đồng hồ S Đ Kiểm tra Máy phát Đ Đề < 3 S Báo đèn 1 Xuất ra màn hình S Đ Delay 30 s Đóng K2 Bật đèn 2 Tắt đề máy phát Ngừng đề. Báo lỗi MP
4.1.2. Lập trình cho hệ thống ATS
4.1.2.1 Phân công vào ra cho hệ thống
Bảng 4.1: Đầu vào – ra của PLC
BẰNG TAY Default tag table Bool %I0.0 TỰ ĐỘNG Default tag table Bool %I0.1 NHẤN CẤP LƯỚI Default tag table Bool %I0.2
NHẤN CẤP MÁY
PHÁT Default tag table Bool %I0.3 RL KT MÁY PHÁT Default tag table Bool %I0.4 RESET Default tag table Bool %I0.5 K CẤP LƯỚI Default tag table Bool %Q0.0 K CẤP MÁY PHÁT Default tag table Bool %Q0.1 RL ĐỀ MÁY PHÁT Default tag table Bool %Q0.2 RL TẮT MÁY PHÁT Default tag table Bool %Q0.3 ĐÈN 1 Default tag table Bool %Q0.4 ĐÈN 2 Default tag table Bool %Q0.5 ĐÈN BÁO LỖI Default tag table Bool %Q0.6 ĐÈN BÁO LƯỚI Default tag table Bool %Q0.7
4.1.2.2 Sử dụng các biến phụ:
Bảng 4.2: Các vùng nhớ trong chương trình
Name Path Data Type Logical Address
System_Byte Default tag table Byte %MB1 FirstScan Default tag table Bool %M1.0 DiagStatusUpdat
e Default tag table Bool %M1.1
AlwaysTRUE Default tag table Bool %M1.2 AlwaysFALSE Default tag table Bool %M1.3
STATUS Default tag table Word %MW10
Clock_Byte Default tag table Byte %MB0 Clock_10Hz Default tag table Bool %M0.0 Clock_5Hz Default tag table Bool %M0.1 Clock_2.5Hz Default tag table Bool %M0.2 Clock_2Hz Default tag table Bool %M0.3 Clock_1.25Hz Default tag table Bool %M0.4 Clock_1Hz Default tag table Bool %M0.5 Clock_0.625Hz Default tag table Bool %M0.6 Clock_0.5Hz Default tag table Bool %M0.7
STATUS MODBUS
MASTER
ĐỀ LẠI Default tag table Bool %M2.0 CẤP LƯỚI
BẰNG TAY Default tag table Bool %M2.1 Tag_1 Default tag table Bool %M2.2 Tag_2 Default tag table Bool %M2.3 Tag_3 Default tag table Bool %M2.4 Tag_4 Default tag table Bool %M2.5 Tag_5 Default tag table Bool %M2.6 Tag_6 Default tag table Bool %M2.7 Tag_7 Default tag table Bool %M3.0 Tag_8 Default tag table Bool %M3.1 Tag_9 Default tag table Bool %M3.2 CÓ LƯỚI Default tag table Bool %M3.3 MẤT LƯỚI Default tag table Bool %M3.4 ĐỀ MP AUTO Default tag table Bool %M3.5 CẤP LƯỚI TỰ
ĐỘNG Default tag table Bool %M3.6
CẤP LƯỚI
AUTO Default tag table Bool %M3.7
TIMER 1 Default tag table Time %MD100 SỐ LẦN ĐỀ Default tag table DWord %MD101 TG ON DINH
MP Default tag table DInt %MD1000
Tag_10 Default tag table Bool %M1.4 LỖI LƯỚI Default tag table Bool %M1.5 Tag_11 Default tag table Bool %M1.6 Tag_12 Default tag table Bool %M1.7 DÒNG TỔNG Default tag table Real %MD102
QUÁ TẢI Default tag table Bool %M4.0 Tag_14 Default tag table Bool %M4.1 TẮT MP Default tag table Bool %M4.2
4.2. Lập trình Modbus RTU
Với truyền thông Modbus RTU với S7-1200 thì trong TIA Portal đã hỗ trợ sẵn cho ta 3 hàm chính dùng để truyền thông đó là:
MB_COMM_LOAD: Dùng để cấu hình cho cổng kết nối vì vậy nó sẽ được khởi động đầu tiên và chỉ chạy 1 lần trong cả quá trình truyền thông. Cái này bắt buộc phải có.
MB_MASTER: Đây là hàm dùng để điều khiển quá trình truyền nhận trên thiết bị Master.
MB_SLAVE: Đây là hàm điều khiển quá trình truyền nhận trên thiết bị Slave
Ví dụ như trong trường hợp này ta sử dụng S7-1200 để đọc dữ liệu từ đồng hồ đo năng lượng Select MFM 383A-C, vì vậy S7-1200 sẽ đóng vai trò làm Master và đồng hồ sẽ đóng vai trò là Slave nên ta cần sử dụng 2 hàm MB_COMM_LOAD và MB_MASTER.
Để đọc được dữ liệu từ đồng hồ về PLC chúng ta cần phải cài đặt các thông số quan trọng sau:
Mạng điện: 3 pha 4 dây, 3 pha 3 dây, 1 pha 2 dây… Tỉ số biến dòng: 600/5 A
Slave Id: 1-255 Tốc độ Baud: 9600 Parity: None
- Lập trình cấu hình cho cổng kết nối:
Hình 4.4: Hàm Modbus Comm Load
Chúng ta cài đặt các thông số cho hàm MB_COMM_LOAD với các thông số như hình 4.2, trong đó:
REQ: Đóng vai trò như là 1 bit enable, nghĩa là khi nó bằng 1 thì hàm sẽ được thực hiện. Mặt khác như đã nói ở trên hàm này chỉ cần thực hiện 1 lần để khởi tạo các thông số truyền thông. Do đó bit REQ chỉ có giá trị bằng 1 trong vòng lặp đầu tiên. Ở đây ta gán bit M1.0 First Scan cho REQ. Do vậy khi bắt đầu chương trình hàm MB_COMM_LOAD sẽ được thực hiện 1 lần duy nhất, các vòng quét sau sẽ không được thực hiện.
PORT: Giá trị của PORT chính là giá trị của thông số Hardware indentifier trong quá trình thiết lập module lúc đầu.
BAUD hay PARITY cũng tương tự các giá trị đã cài đặt cho module.
MB_DB: Chính là địa chỉ của hàm MB_MASTER_DB
Hình 4.5: Hàm Modbus Master
Ta thiết lập các thông số như hình 4.3. Trong đó:
REQ: Là bit enable, khi nó được bật lên thì quá trình truyền thông được thực hiện. Ta chọn Clock = 0,5 Hz => T = 2s: 1s đọc dữ liệu 1 lần
MB_ADDR: Là địa chỉ của Slave, ở đây là đồng hồ MFM383A-C.
MODE: Bit này sẽ được set tùy theo mục đích sử dụng của ta là đọc hay ghi. Cụ thể tham khảo trong tài liệu của S7-1200, như trong trường hợp này ta cần đọc thanh ghi chứa dữ liệu của đồng hồ nên ta chọn mode là 0.
DATA_ADDR: Là địa chỉ tương đối của thanh ghi chứa giá trị cần đọc. Gọi là địa chỉ tương đối vì DATA_ADDR=A+B+C
Trong đó:
A: Là giá trị đầu tiên trong dải địa chỉ của chế độ mà ta chọn. Như hình trên ta thấy cùng là mode 0, 1 hoặc 2 thì có nhiều chế độ khác nhau, để phân biệt chúng với nhau thì ta để ý tới ô cuối cùng nó sẽ có các dải địa chỉ khác nhau. Ví dụ như khi ta chọn mode 0 và nhập vào địa chỉ nằm trong khoảng từ 1 tới 999 thì PLC nó sẽ hiểu là ta chọn chế độ đọc giá trị out put của bit. Như ở đây ta
cần đọc giá trị của 1 thanh ghi nên ta phải nhập địa chỉ nằm trong khoảng từ 30001 tới 39999 (trong hướng dẫn của PLC). Khi đó giá trị A của ta sẽ là 30001
Ở đây ta chọn A = 30001
B: Là giá trị của địa chỉ thực của thanh ghi bắt đầu dữ liệu cần đọc, như Hình 4.4 ở dưới ta thấy địa chỉ chứa thanh ghi bắt đầu là V1N = 0.
C: Là giá trị offset bằng 1.
Từ đó ta tính được giá trị : DATA_ADDR = 30001 + 0 + 1= 30002
DATA_LEN: Độ dài của dữ liệu cần đọc, ở đây ta cần đọc địa chỉ của đồng hồ từ 30000 đến 30060 nên chọn DATA_LEN = 60.
DATA_PTR: Con trỏ chỉ tới địa chỉ lưu dữ liệu. Ở đây ta cần tạo thêm 1 Data Block để lư dữ liệu đọc về. Ta tạo 1 Data Block ở Hình 4.5 với tên là
Hình 4.6: Địa chỉ thanh ghi chứa dữ liệu của đồng hồ
Hình 4.7 Data block chứa dữ liệu đọc được
4.3. Tính toán thông số bảo vệ chất lượng điện năng4.3.1. Quy định chất lượng điện năng 4.3.1. Quy định chất lượng điện năng
Chúng ta có thể hiểu chất lượng điện năng theo một cách chung nhất là chất lượng điện năng là tất cả những vấn đề liên quan đến dòng điện, điện áp mà có thể gây ảnh hưởng đến các thiết bị sử dụng điện.
- Chất lượng điện năng được quy định tại Điều 15 Nghị định 137/2013/NĐ-CP như sau:
Điều 15. Chất lượng điện năng:
Điện áp và tần số cho sử dụng điện phải đảm bảo các tiêu chuẩn sau đây:
Về điện áp: Trong điều kiện bình thường, độ lệch điện áp cho phép trong khoảng ± 5% so với điện áp danh định của lưới điện và được xác định tại vị trí đặt thiết bị đo đếm điện hoặc tại vị trí khác do hai bên thỏa thuận. Đối với lưới điện chưa ổn định sau sự cố, độ lệch điện áp cho phép từ +5% đến -10%.
Về tần số: Trong điều kiện bình thường, độ lệch tần số hệ thống điện cho phép trong phạm vi ± 0,2Hz so với tần số danh định là 50Hz. Đối với lưới điện chưa ổn định sau sự cố đơn lẻ, độ lệch tần số cho phép là ± 0,5Hz.
- Tiêu chuẩn IEEE 519-1992:
Về cân bằng pha: Trong chế độ làm việc bình thường, thành phần thứ tự nghịch của điện áp pha không vượt quá 3 % điện áp tiêu chuẩn đối với cấp điện áp 110 kV hoặc 5 % điện áp tiêu chuẩn đối với cấp điện áp trung áp và hạ áp.
Về tần số: Tần số tiêu chuẩn của hệ thống mạng lưới điện Việt Nam là 50Hz. Trong điều kiện bình thường, dải dao động cho phép là ± 2% so với tần số tiêu chuẩn. Trong điều kiện hệ thống chưa ổn định, dải dao động cho phép là ± 5% so với tần số tiêu chuẩn
4.3.2. Tính toán dải bảo vệ cho hệ thống:
- Đối với điện áp: Điện áp pha ở Việt Nam thường có giá trị bằng 220V. Dựa theo quy định về chất lượng của chính phủ, ta chọn sai số +5% đến -10% cho điện áp. Sử dụng giá trị điện áp pha để tính.
Dải bảo vệ điện áp cho hệ thống :
Sử dụng hàm IN_RANGE để thiết lập dải bảo vệ điện áp
- Đối với tần số: Để phù hợp với môi trường nhà máy, chọn dải dao động của tần số là ± 5% so với tần số tiêu chuẩn để tránh tình trạng bảo vệ quá nhạy gây gián đoạn hệ thống:
Dải bảo vệ tần số cho hệ thống:
Sử dụng hàm so sánh để thiết lập dải bảo vệ tần số:
Hình 4.9: Thiết lập dải bảo vệ tần số
- Cân bằng pha: Chọn theo tiêu chuẩn IEEE với cấp hạ áp.
Độ lệch 3 pha L1, L2, L3 với nhau không quá 19V thì đạt tiêu chuẩn. Sử dụng hàm tính toán trừ để tính độ chênh lệch giữa các pha, sau đó dùng hàm giá trị tuyệt đối Abs để lấy giá trị dương. Sau đó dùng hàm so sánh nhỏ hơn để thiết lập bảo vệ cân bằng pha cho hệ thống.
Hình 4.10: Thiết lập dải bảo vệ lệch pha
4.4. Mô phỏng và chạy hệ thống.
- Chế độ nguồn lưới:
- Chế độ máy phát:
CHƯƠNG 5: ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI
5.1. Đánh giá hệ thống.
5.1.1. Đánh giá phần cứng hệ thống
5.1.1.1 Ưu điểm
- Các thiết bị được chọn đều phù hợp với yêu cầu công suất của hệ thống.
- 2 nguồn điện được sử dụng đảm bảo cho hệ thống luôn có điện khi cần
- Có tích hợp rơ le bảo vệ cho nguồn máy phát giúp hệ thống luôn an toàn trước các sự cố.
- Hệ thống đèn báo giúp người sử dụng biết được trạng thái hoạt động
- Có hệ thống SCADA để giám sát hoạt động của hệ thống, giúp cho việc vận hành dễ dàng hơn.
5.1.1.2 Nhược điểm - Giá thành của hệ thống cao.
- Chưa đánh giá được độ ổn định và chính xác khi vận hành thực tế.
- Chưa tự động hóa được các vấn đề về bảo trì máy phát điện.
5.1.2. Đánh giá phần mềm hệ thống
5.1.2.1 Ưu điểm
- Sử dụng được gần tối đa chức năng làm việc của PLC S7-1200
- Lập trình các lệnh để bảo vệ hệ thống an toàn, có thể dễ dàng thay đổi theo nhu cầu của hệ thống và thiết bị.
- Có bảo vệ máy phát bằng lệnh CTU đếm số lần đề.
- Sử dụng timer đặt thời gian trễ để cho máy phát ổn định nguồn trước khi cấp cho tải và chạy không tải 1 thời gian trước khi tắt.
- Có giao diện WinCC để dễ dàng giám sát hệ thống.
5.1.2.2 Nhược điểm
- Tập lệnh dài và khó hiểu cho người muốn sửa.
- Giao diện giám sát còn chưa tối ưu.
- Thời gian trễ để chuyển nguồn còn chưa hoàn chỉnh do chưa đưa hệ thống vào vận hành thực tế
5.2. Hướng phát triển của đề tài.5.2.1. Phát triển phần cứng 5.2.1. Phát triển phần cứng
- Phát triển thêm màn hình điều khiển cho hệ thống.
- Tự động hóa máy phát điện với các tính năng như kiểm tra nhiệt độ, kiểm tra mức dầu làm mát, chẩn đoán sự cố…
- Tăng công suất thiết kế của hệ thống để sử dụng cho các khu công nghiệp lớn, nhà máy, chung cư…
- Thiết kế thêm phần tủ bảo vệ cho hệ thống giúp vận hành hệ thống an toàn hơn.
- Thêm nguồn dự phòng hoặc thay đổi nguồn dự phòng để phù hợp với yêu cầu của các hệ thống khác nhau.
5.2.2. Phát triển phần mềm
- Giám sát điện năng của hệ thống theo từng tháng qua dữ liệu KWh đọc được, rồi tải lên web sever.
- Phát triển thêm khả năng điều khiển và giảm sát từ xa cho hệ thống qua Internet để có thể điều khiển và giám sát bằng điện thoại, máy tính.
- Có thể phát triển thêm hệ thống tụ bù cos dựa vào dữ liệu công suất phản kháng đo được.
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO: Web
[1] Nguyễn Văn Nguyên, “Comunication Modbus RTU Plc S7-1200”:
https://www.youtube.com/watch?v=C99PUQsp7Sw&list=LL&index=6
[2] An Nguyễn, https://congnghedoluong.com/2020/04/10/modbus-rtu-la-gi/ [3] MBT, https://mbt.com.vn/tin-tuc/tu-ats-la-gi-cau-tao-va-nguyen-ly-hoat-dong-
ĐẠI HỌC DUY TÂN KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
TÊN ĐỀ TÀI: Thiết kế hệ thống điều khiển và giám sát chuyển nguồn
tự động (ATS)
1. Họ và tên sinh viên/ nhóm sinh viên được giao đề tài: Họ và tên: Nguyễn Văn Thành
MSSV: 23211710441 Lớp: K23EDT2 2. Mục tiêu đề tài
Thiết kế hệ thống điều khiển và giám sát chuyển nguồn tự động 3. Nội dung nhiệm vụ
- Tìm hiểu về hệ thống ATS.
- Nắm rõ các thông số điện của hệ thống điện.
- Nắm rõ các loại bảo vệ trong hệ thống điện từ đó thiết kế hệ thống ATS đảm bảo an toàn và tin cậy thông qua các loại bảo vệ đó.
- Mô phỏng hoặc thi công mô hình kiểm nghiệm hệ thống. 4. Kết quả tối thiểu phải có
- Sản phẩm mô phỏng bằng phần mềm hoặc mô hình hệ thống điều khiển và giám sát chuyển nguồn tự động.
- Chương trình điều khiển cho hệ thống.
- Báo cáo đồ án được trình bày hoàn chỉnh theo quy định. Ngày giao đề tài: 25/8/2021
Ngày nộp báo cáo: 30/11/2021.
Sinh viên thực hiện
(Ký và ghi rõ họ tên)
Nguyễn Văn Thành
Đà Nẵng, ngày 25 tháng 8 năm 2021
Giảng viên hướng dẫn
(Ký và ghi rõ họ tên)