2.4.2.2. Cấu tạo
Nút nhấn khẩn cấp lắp ghép gồm ba bộ phận rời ghép lại với nhau (xem hình 2.23), đầu nút được thiết kế cho lỗ phi 22, ngoài ra cịn có vịng chuyển đổi khi sử dụng cho lỗ phi 25 mm và phi 30 mm. Ngoài ra đầu nút được thiết kế kín nước đạt tiêu chuẩn IP65, đủ để sử dụng trong mơi trường có nước thường xun rơi vào.[3]
Cụm tiếp điểm được trang bị hai tiếp điểm thường đóng và thường mở, ngồi ra ta cũng có thể chọn 2 NO, 2 NC, 1NO, 1NC, nếu còn nhu cầu nhiêu hơn thì có thể gắn thêm cụm tiếp điểm khác bao nhiêu cũng được. Sử dụng điện áp lên đến 500VAC.[3]
Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mơ hình tủ điện cấp nguồn tự động, điều khiển cho hệ thống chữa cháy
2.5. Thiết bị đo
2.5.1. Biến đòng
2.5.1.1. Tổng quan về biến dịng
Máy biến dịng (xem hình 2.24) hay cịn gọi tắt là biến dịng ( tên tiếng Anh là: Current Transformer kí hiệu máy biến dịng CT).
Biến dịng là một thiết bị đo dòng điện gián tiếp đi qua nguồn cung cấp cho tải hoặc dây động lực của tải. Nói dễ hiểu hơn, biến dịng là dịng điện được biến đổi, từ thấp lên cao hoặc từ cao xuống thấp, từ dịng AC sang DC.[1]
Chức năng chính của biến dòng là giám sát nguồn điện cấp vào cho tải đến từng thiết bị. Máy biến dịng giúp đưa tín hiệu đến các đồng hồ hiển thị dịng điện loại cơ để hiển thị kim hay truyền tín hiệu điện về trung tâm điều khiển thông qua các bộ chuyển đổi tín hiệu là 0-5A hoặc 0-10A.[1]
Hình 2.19. Hình ảnh một số loại biến dịng phổ biến
2.5.1.2. Cấu tạo
Biến dịng là thiết bị có cấu tạo gồm nhiều vịng dây được quấn trên một khung sắt từ. Khác với máy đo hiệu điện thế hay máy biến áp nguồn truyền thống. Máy biến dịng có cấu tạo gồm một hoặc một số ít vịng dây.[1] Xem hình (2.25)
Máy biến dịng bao gồm các phần chính sau đây: - Primary Current: Dịng điện sơ cấp.
- Secondary Winding: Cuộn dây thứ cấp. - Hollow Core: Lõi rỗng.
- Ammeter : Đồng hồ đo dòng.
2.5.1.3. Nguyên lý hoạt động
Biến dòng hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ (xem hình 2.26). Khi dịng điện xoay chiều chạy qua 1 dây dẫn, thì xung quanh nó sẽ xuất hiện 1 điện trường có thể cảm ứng lên cuộn dây và có dịng điện trong đó. Tỉ lệ dịng điện này dựa vào số vòng dây được cuốn trong cuộn dây biến dịng.[1]
Hình 2.21. Ngun lý hoạt động của biến dịng
2.5.1.4. Thơng số kỹ thuật
Bảng 2.5. Thơng số kỹ thuật của CT Andeli MSQ-30 200/5A
Tên thông số Đặt tính
Mã sản phẩm: MSQ-30 30/5A
Kích thước lỗ: 30 mm
Đầu vào: 0-30A
Đầu ra: 0-5A
Cấp chính xác: class 1
2.5.2. Đồng hồ selec
2.5.2.1. Tổng quan về đồng hồ selec
Đây là một thiết bị đo đa năng, nó có thể đo được dịng điện, điện áp, tần số, hệ số công suất …trong cùng một thiết bị. Xem hình (2.28)
Một số ưu điểm nổi bật của đồng hồ selec như kích thước nhỏ gọn 96mm x 96mm, tính năng cao, có cổng truyền thơng RS485.
Đồng hồ selec được ứng dụng rất nhiều trong ngành tự động hoá, đặt biệt là trong lĩnh vực thi công lắp đặt tủ điện.
Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mơ hình tủ điện cấp nguồn tự động, điều khiển cho hệ thống chữa cháy
Hình 2.22. Đồng hồ selec MFM384
2.5.2.3. Thông số kỹ thuật
Bảng 2.6. Thông số kỹ thuật của đồng hồ selec MFM384
Tên thơng số Đặt tính
Kích thước: W96xH96 (1/4 DIN)
Hiển thị: LCD, 4 dòng – 4 số (hiển thị 8 chữ số
với phần năng lượng)
Nguồn cấp: 100 ~ 240V AC
18 ~ 28V AC (50 / 60Hz) 18 ~ 42VDC
Mạch đấu nối: 3 pha – 4 dây/3 dây
2 pha – 3 dây 1 pha – 2 dây
Ngõ vào Điện áp: 11 ~ 300V AC (L-N)
19 ~ 519V AC (L-L)
Tần số: 45-65 Hz
Dòng điện: 5A AC (tối thiểu 11mA, tối đa 6A)
Ngõ ra: Xung áp (dùng nguồn bên ngồi) tối đa
24VDC/dịng tối đa 100mA Độ phân giải: Đối với công suất tiêu thụ:0.1,1
kWh/xung (tùy thuộc tỷ số của biến dòng) Đối với điện áp, dịng điện, cơng suất: tự động điều chỉnh Đối với PF: 0.001 Bộ nhớ Duy trì 10 năm Độ chính xác: Điện áp (L-N / L-L) Dòng điện: ±0.5% PF: ±0.01 Tần số: ±0.1% (V>20V L-N, V>35V L- L)
Công suất (kW, kVA, kVAr): 1% Năng lượng: Cấp 1
Phụ kiện (mua riêng) tín hiệu RS485- 232), phần mềm giám sát năng lượng EN-VIEW
Biến dòng, biến áp, AC-RS485-RS232- ISO (bộ chuyển đổi
2.6. Thiết bị cấp nguồn
Bộ lưu điện tự động UPS
Tổng quan về bộ lưu điện tự động UPS
UPS (xem hình 2.29) là viết tắt của cụm từ Tiếng Anh Uninterruptible Power Supply, được hiểu đơn giản là bộ lưu trữ điện dự phòng, nguồn cung cấp điện năng trong một khoảng thời gian tương ứng với công suất thiết kế nhằm duy trì hoạt động của mọi thiết bị điện khi điện lưới gặp sự cố.[11]
Hình 2.23. Bộ lưu điện tự động UPS Nguyên lý hoạt động Nguyên lý hoạt động
Nguyên lý hoạt động (xem hình 2.30) của bộ lưu điện là phụ thuộc vào ắc quy tích điện bên trong: Chuyển điện từ ắc quy sang nguồn điện dân dụng khi nguồn điện cung cấp ngõ vào cho UPS bị mất.[11]
Bên trong UPS gồm 1 hoặc nhiều ắc quy dùng để tích năng lượng điện. Sử dụng một bo mạch có chức năng biến đổi điện một chiều thành điện xoay chiều, và dòng điện xoay chiều này giao động tần số và điện áp phù hợp với yêu cầu sử dụng - tức là 220Vac 50Hz hoặc 110Vac 60Hz.[11]
Hình 2.24. Nguyên lý hoạt động của bộ UPS Cấu tạo Cấu tạo
Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mơ hình tủ điện cấp nguồn tự động, điều khiển cho hệ thống chữa cháy
Công tắc chuyển đổi Công tắc bảo vệ
Mạch biến áp (Biến áp cơ) Bộ biến đổi
Bộ sạc
2.7. Bộ switch mạng
Tổng quan về bộ switch mạng
Switch (xem hình 2.31)hay cịn gọi là thiết bị chuyển mạch đây là một thiết bị tối quan trọng trong mạng, dùng để kết nối các đoạn mạng với nhau theo mơ hình hình sao (Star). Trong mơ hình này, switch đóng vai trò trung tâm và tất cả các thiết bị vệ tinh khác kể cả máy tính đều được kết nối về đây, từ đó định tuyến tạo đường nối tạm trung chuyển dữ liệu đi.[5]
Hình 2.25. Bộ switch mạng Chức năng Chức năng
Switch đóng vai trị quan trọng khơng thể thiếu trong hệ thống mạng, đặt biệt là hệ thống mạng lớn, phục vụ nhiều thiết bị truy cập. Mạng LAN muốn hoạt động ổn định, hiệu suất cao bắt buộc cần trang bị một thiết bị chuyển mạch Switch thông minh và ưu việt với những khả năng như:
Làm cho các host có thể hoạt động ở chế độ song cơng (có thể đọc – ghi, nghe – nói) cùng lúc.
Làm cho các host có thể hoạt động ở chế độ song cơng (có thể đọc – ghi, nghe – nói) cùng lúc.
Switch chỉ thiết lập một mạch ảo giữa hai cổng tương ứng mà không làm ảnh hưởng đến lưu thông trên các cổng khác
Switch quyết định chuyển frame dựa trên địa chỉ MAC, do đó nó được xếp vào thiết bị Lớp 2. Chính nhờ Switch có khả năng lựa chọn đường dẫn để quyết định chuyển frame nên mạng LAN có thể hoạt động hiệu quả hơn. Hơn thế có thể giảm tỷ lệ lỗi trong frame.
Các thiết bị được kết nối gián tiếp thông qua các port của Switch. Switch nhận biết máy nào kết nối với cổng của nó bằng cách học địa chỉ MAC nguồn trong frame mà nó nhận được. Khơng cần phải chia sẻ băng thông. Các port của Switch sẽ quyết
định băng thơng truyền đi như thế nào. Vì vậy có thể giới hạn lưu lượng truyền đi ở một mức ngưỡng nào đó.
Một Switch hoạt động như một bộ điều khiển, cho phép các thiết bị nối mạng có thể 'nói chuyện" với nhau một cách hiệu quả. Qua đó giúp phân bổ nguồn lực, tăng cường tiết kiệm tiền của doanh nghiệp và tăng năng suất của nhân viên.
Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mơ hình tủ điện cấp nguồn tự động, điều khiển cho hệ thống chữa cháy
CHƢƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG
3.1. Sơ đồ khối
Hình 3.1. Sơ đồ khối của hệ thống
3.2. Bảng phân công đầu vào ra
3.2.1. Bảng phân công đầu vào Logo
Bảng 3.1. Bảng phân công đầu vào cho Logo
STT Tên Kiểu dữ liệu Địa chỉ
1 Bằng tay Bool I1
2 Tự động Bool I2
3 Tín hiệu lưới Bool I3
4 Tín hiệu máy
phát Bool I4
5 Start máy phát Bool I5
6 Start lưới Bool I6
7 Reset lỗi Bool I7
3.2.2. Bảng phân công đầu ra Logo
Bảng 3.2. Bảng phân công đầu ra cho Logo
STT Tên Kiểu dữ liệu Địa chỉ
1 Lưới Bool Q1
2 Máy phát Bool Q2
3 Đề máy phát Bool Q3
3.2.3. Bảng phân công đầu vào PLC
Bảng 3.3. Bảng phân công đầu vào cho PLC
STT Tên Kiểu dữ liệu Địa chỉ
1 Tinhieutai Bool I0.0
3.2.4. Bảng phân công đầu ra PLC
Bảng 3.4. Bảng phân công đầu ra cho PLC
STT Tên Kiểu dữ liệu Địa chỉ
1 Bom1 Bool Q0.3 2 Denloi Bool Q0.4 3 Bom2 Bool Q0.5 4 servo 1 Word QW1000 5 servo 2 Word QW1002 3.3. Hệ thống tủ điện cấp nguồn tự dộng 3.3.1. Quy trình cơng nghệ
Hệ thống 3 nguồn: điện lưới, điện máy phát, nguồn điện dự phòng UPS, khi mất điện lưới, hệ thống sẽ tự động chuyển đổi nguồn qua nguồn dự phòng.
Bộ lưu điện tư động UPS sẽ được sử dụng trong lúc nguồn máy phát và nguồn lưới gặp sự cố.
Sử dụng đồng hồ đo điện năng Selec để giám sát các thông số của điện năng như điện áp, dòng điện, … và dữ liệu này sẽ được truyền đi qua chuẩn giao tiếp Modbus RTU.
3.3.2. Tổng quan về hệ thống
3.3.2.1. Giới thiệu về tủ điện cấp nguồn tự động
Tủ điện cấp nguồn tự động này sẽ có chức năng tự động chuyển nguồn điện sang nguồn điện dự phịng ở máy phát điện khi có những sự cố xảy ra với nguồn điện lưới chính. Trong q trình chuyển mạch từ nguồn điện lưới sang nguồn điện máy phát, để tránh tình trạng dán đoạn điện áp, nhóm đã sử dụng bộ lưu điện tự động UPS để cấp nguồn xuyên suốt cho tải. Mục đích của tủ điện cấp nguồn tự động này là đảm bảo ln có đủ nguồn điện cần thiết cho hệ thống chữa cháy, ví dụ như các bơm cao áp…
Các thành phần chính Thiết bị điều khiển
PLC S7-1200
PLC LOGO! Siemens Các thiết bị chuyển mạch
Rơle
Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mơ hình tủ điện cấp nguồn tự động, điều khiển cho hệ thống chữa cháy
Bộ lưu điện tự động UPS
Các nút nhấn, công tắc, đồng hồ hiển thị
3.3.2.2. Quy trình hoạt động
- Khi có sự cố xảy ra với nguồn điện lưới (mất điện lưới)
- Thiết bị điều khiển xuất tín hiệu đề máy phát (đèn đề máy phát sáng) - Đợi cho nguồn điện máy phát ổn định (đèn máy phát sáng)
- Thiết bị điều khiển xuất tín hiệu đóng contactor nguồn điện máy phát - Thiết bị điều khiển xuất tín hiệu ngắt contactor nguồn điện lưới - Trong trường hợp máy phát bị lỗi:
- Thiết bị điều khiển xuất tín hiệu đề máy phát quá 3 lần mà máy phát khơng hoạt động thì thiết bị điều khiển sẽ xuất tín hiệu báo lỗi máy phát (đèn báo lỗi sáng) - Khi sự cố đã được khắc phục, người vận hành sẽ nhấn nút reset trên bảng điều
khiển, thiết bị điều khiển sẽ tiếp tục xuất tín hiệu đề máy phát - Máy phát hoạt động, (nếu máy phát cịn lỗi thì lặp lại quá trình trên) - Thiết bị điều khiển xuất tín hiệu đóng contactor nguồn điện máy phát - Thiết bị điều khiển xuất tín hiệu ngắt contactor nguồn điện lưới Xem hình (3.2)
Hình 3.2. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống
3.3.3. Tính chọn thiết bị
Các thông số giả định ban đầu:
2 động cơ bơm 1 pha 220V, 2KW (2000W) 2 động cơ servo AC 220V, 50W
Các phụ tải khác 100W COS = 0.8
Tổng công suất của tải là:
(3.1)
Tính chọn CB tổng Ta có : Ptổng = 4200W (3.2) Dòng điện định mức qua CB là: (3.3) (3.4)
Vậy ta chọn được CB tổng phù hợp có dịng điện danh định là 25A (xem hình3.3)
Hình 3.3. MCB Vanlock 2P-25A Thông số kỹ thuật Thông số kỹ thuật
Bảng 3.5. Thông số kỹ thuật của MCB Vanlock 2P-25A
Tên thơng số Đặt tính Mã sản phẩm: PS45N 2P 25A Dòng sản phẩm: MCB PS45N Số cực: 2P Dòng định mức: 25A Dòng cắt ngắn mạch: 4.5kA
Chức năng: Dùng để kiểm soát,Bảo vệ quá tải và ngắn mạch
Ứng dụng: Dùng trong mạng lưới điện dân
dụng và công nghiệp
Tiêu chuẩn: IEC 60898
Xuất xứ: Vanlock
Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mơ hình tủ điện cấp nguồn tự động, điều khiển cho hệ thống chữa cháy
Tính chọn UPS online (Uniterruptible Power Supply) dựa theo công suất tải thực tế của hệ thống thiết bị, đảm bảo cung cấp nguồn ổn định và liên tục cho hệ thống hoạt động hiệu quả.
1KW =0.8 KVA
Ta có Ptổng =4200 W = 4.2KW = 3.36KVA
Vậy ta có thể chọn được UPS phù hợp với cơng suất là 4KVA (xem hình 3.4)
Hình 3.4. UPS BLUEGATE 4KVA Thông số kỹ thuật Thông số kỹ thuật
Bảng 3.6. Thông số kỹ thuật UPS BLUEGATE 4KVA
Tên thơng số Đặt tính
Cơng suất 4KVA
Mức hiệu dụng Lên tới 97%
Tản nhiệt 371W/1266 BTU/hr. tại 100% tải
Làm mát Quạt làm mát
Tiếng ồn, hoạt động bình thường <60 dBA
Thông tin đầu vào
Điện áp vào 220-400 VAC
Dải tần số 50 hoặc 60 Hz, ±5 Hz
Suy hao dòng vào <5%
Hệ số cơng suất đầu vào >0.99
Dịng vào Phụ thuộc tải
Nguồn nối tắt Giống đầu vào
Tương thích với máy phát Tốc độ quay đồng bộ nhanh để vận hành máy phát được tối ưu
Thông tin đầu ra
Điện áp ra 220 VAC
Tần số điện áp ra (danh định) 50 HZ
Dải hệ số công suất của tải Trễ: 0.8 Tính tốn dung lượng Acqui cho UPS 4KVA
Ta có cơng thức tính dung lượng ắc quy:
(3.5)
Ý nghĩa các thông số như sau:
T: Thời gian cần có điện của hệ thống để hoạt động W: Tổng lượng công suất tiêu thụ của hệ thống tải. V: Hiệu điện thế bình ắc quy ( số lượng bình x 12 Vol) Pf: Hệ số năng suất của bộ lưu điện
Thơng số tính tốn:
Cơng suất thực tế nguồn tải W: 4200 W
Chọn cơng suất kích điện tính tốn (1,5 lần thực tế): 6300 W Hệ số năng suất của bộ lưu điện: pf=0,8
Thời gian lưu điên T: 1h Dung lượng ăc quy tổng là:
(3.6)
Vậy ta chọn loại ắc quy 12V 180Ah : 4 bình (xem hình 3.5)
Hình 3.5. Acqui dongnai 12V 180Ah Thông số kỹ thuật Thông số kỹ thuật
Bảng 3.7 Thông số kỹ thuật của Acqui dongnai 12V 180Ah
Tên thông số Đặt tính
Tên sản phẩm Bình ắc quy Đồng Nai N200S (12V- 180Ah)
Mã sản phẩm N200S
Kiểu ắc quy Ắc quy nước
Điện áp 12V
Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mơ hình tủ điện cấp nguồn tự động, điều khiển cho hệ thống chữa cháy
Trọng lượng 30.69 Kg
Kích thước 508 x 222 x 208mm (Dài x Rộng x Cao)
Vị trí cọc R
Số tấm cực/hộc 29
ICC 850
Rr e 330
Tính chọn máy phát điện
Ta có tổng cơng suất của tải là Ptổng = 4200 w
Máy phát điện phù hợp sẽ có cơng suất lớn hơn (10%-25%) tổng công suất của tải
Công suất máy phát điện là:
(2.4)
Vậy ta sẽ chọn máy phát điện có cơng suất là: 5300 W
Hình 3.6. Máy phát điện ELEMAX SH5300EX Thông số kỹ thuật Thông số kỹ thuật
Bảng 3.8 Thông số kỹ thuật máy phát điện ELEMAX SH5300EX
Tên thơng số Đặt tính
Model SH5300EX
Động cơ Honda GX270
Vòng tua (vòng / phút) 3000
Đầu phát Sawafuji
Bảng điều khiển Sawafuji
Công suất liên tục (kVA) 4.5 Cơng suất dự phịng (kVA) 5