CHƢƠNG 2 : GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG
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 Thơng số kỹ thuật Thông số kỹ thuật
Bảng 3.6. Thông số kỹ thuật UPS BLUEGATE 4KVA
Tên thông 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
Thơng tin đầu vào
Điện áp vào 220-400 VAC
Dải tần số 50 hoặc 60 Hz, ±5 Hz
Suy hao dịng vào <5%
Hệ số cơng suất đầu vào >0.99
Dòng 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:
Công 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 thơng 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 cơng 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 Thơng 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
Điện áp (V) 220
Nhiên liệu Xăng
Kiểu khởi động Đề nổ
Kích thước (DxRxC) (mm) 708x548x493
Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mơ hình tủ điện cấp nguồn tự động, điều khiển cho hệ thống chữa cháy
3.3.4. Giản đồ thời gian
3.3.4.1. Chế độ tự động
Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mơ hình tủ điện cấp nguồn tự động, điều khiển cho hệ thống chữa cháy
3.3.5. Lưu đồ thuật toán
3.3.5.1. Chế độ tự động
Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mơ hình tủ điện cấp nguồn tự động, điều khiển cho hệ thống chữa cháy
3.4. Hệ thống chữa cháy
3.4.1. Quy trình cơng nghệ
Hệ thống robot chữa cháy sử dụng hai động cơ servo với độ chính sát cao, dễ đàng điều khiển, vận hành.
Sử dụng camera giám sát hình ảnh từ xa tại hiện trường. Hệ thống được điều khiển và giám sát từ xa qua internet.
3.4.2. Tổng quan về hệ thống
Giới thiệu về hệ thống chữa cháy
Hệ thống chữa cháy này (xem hình 3.11) sử dụng một cảm biến báo cháy, khi có hoả hoạn xảy ra hệ thống lập tức bật bơm để bơm nước để dập lửa và cịn có chức năng đưa ra cảnh báo khi có hoả hoạn sảy ra bằng cịi báo, người giám sát có thể theo giỏi được tình trạng của đám cháy thông qua camera, dữ liệu hình ảnh từ camera sẽ được truyền đến màn hình giám sát qua web server. Tại đây người giám sát có thể theo giõi, điều khiển vòi nước chữa cháy bằng các thao tác trên màn hình để dập tắt đám cháy một cách nhanh chóng mà khơng cần sự có mặt của con người tại hiện trường. Các thành phần chính
Thiết bị điều khiển PLC S7-1200 Thiết bị chuyển mạch Rơle 2 động cơ bơm 2 động cơ servo Qui trình hoạt động
Khi có hoả hoạn xảy ra
Cảm biến phát hiện lửa sẽ gửi tín hiệu đến thiết bị điều khiển
Thiết bị điều khiển sẽ điều khiển bật bơm, đồng thời bật còi cảnh báo Camera sẽ gửi hình ảnh đám cháy đến trung tâm giám sát qua web server Người vận hành sẽ tiến hành điều khiển vòi nước chữa cháy để dập lửa
Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mơ hình tủ điện cấp nguồn tự động, điều khiển cho hệ thống chữa cháy
3.4.4. Lưu đồ thuật tốn
Hình 3.12. Lưu đồ thuật tốn của hệ thống chữa cháy
3.5. Giao diện dám sát qua web server
3.5.1. Tổng quan về web server
Web Server là máy chủ có dung lượng lớn, tốc độ cao, được dùng để lưu trữ thông tin như một ngân hàng dữ liệu, chứa những website đã được thiết kế cùng với những thông tin liên quan khác (các mã Script, các chương trình và các file Multimedia).[6]
Web Server có khả năng gửi đến máy khách những trang Web thông qua môi trường Internet qua gia thức HTTP, giao thức được thiết kế gửi các file đến trình duyệt Web (Web Browser), và các giao thức khác.[6]
Cách thức hoạt động của một web server (xem hình 3.14)
Người dùng Internet sẽ truy cập một website bất kỳ thơng qua một trình dut web được cài trên máy tính hoặc thiết bị di động.[6]
Lúc này, trình duyệt web mà bạn đang sử dụng (Chrome, Cốc Cốc, Firefox …) sẽ nhận yêu cầu đó và chuyển đổi từ địa chỉ tên miền sang địa chỉ IP kèm theo tên miền đó. Việc truy xuất thơng tin IP này sẽ thông qua các máy chủ DNS. Sau đó trình duyệt sẽ thơng qua giao thức HTTP gửi yêu cầu đến Web server báo là có một người dùng đang cần truy xuất thông tin tại địa chỉ này. Và nó yêu cầu máy chủ hãy trả về kết quả cho người dùng.[6]
Khi nhận được yêu cầu từ trình duyệt, máy chủ web sẽ kiểm tra lại trong hệ thống xem có tài nguyên nào liên quan đến địa chỉ mà người dùng đang cần tìm hay khơng. Trường hợp có nó sẽ trả lại thơng tin qua giao thức HTTP đến trình duyệt web để hiển thị cho người dùng. Cịn nếu khơng thì nó sẽ xuất hiện các thơng báo lỗi hoặc nội dung khơng tìm thấy. Cứ như vậy quy trình này được lặp đi lặp lại.[6]
3.5.2. Tổng quan về giao diện dám sát web server của hệ thống
Giao diện giám sát các thông số điện năng của hệ thống Điện áp
Dịng điện Hệ số cơng suất Công suất Tần số…
Giao diện điều khiển và giám sát hệ thống tủ điện cấp nguồn tự động Giao điện điều khiển và giám sát hệ thống chữa cháy
3.5.3. Thiết kế một Web Server trên PLC S7-1200
Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mơ hình tủ điện cấp nguồn tự động, điều khiển cho hệ thống chữa cháy
Tia Portal (xem hình 3.15) là một phần mềm tổng hợp của nhiều phần mềm điều hành quản lý tự động hóa, vận hành điện của hệ thống. Có thể hiểu, TIA Portal là phần mềm tự động hóa đầu tiên, có sử dụng chung 1 mơi trường/ nền tảng để thực hiện các tác vụ, điều khiển hệ thống.[4]
Tia Portal - Tích hợp tự động tồn diện là phần mềm cơ sở cho tất cả các phần mềm khác phát triển: Lập trình, tích hợp cấu hình thiết bị trong dải sản phẩm. Đặt điểm Tia Portal cho phép các phần mềm chia sẻ cùng 1 cơ sở dữ liệu, tạo nên tính thống nhất, toàn vẹn cho hệ thống ứng dụng quản lý, vận hành. [4]
Tia Portal tạo môi trường dễ dàng để lập trình thực hiện các thao tác: - Thiết kế giao diện kéo nhã thông tin dễ dàng, với ngôn ngữ hỗ trợ đa dạng. - Quản lý phân quyền User, Code, Project tổng quát.
- Thực hiện go online và Diagnostic cho tất cả các thiết bị trong project để xác định bệnh, lỗi hệ thống.
- Tích hợp mô phỏng hệ thống.
- Dễ dàng thiết lập cấu hình và liên kết giữa các thiết bị Siemens.
- Hiện tại phần mềm Tia Portal có nhiều phiên bản như Tia Portal V14,Tia Portal V15, Tia Portal V16 và mới nhất là Tia Portal V17.
Tia Portal là thuật ngữ quen thuộc được ứng dụng trong các lĩnh vực tự động hóa, tích hợp nhiều phần mềm phổ thơng khác như: HMI, PLC, Inverter của Siemens. Phần mềm Tia Portal có những ưu và nhược điểm trong vận hành hệ thống tự động hóa.[4]
3.5.3.2. Cấu hình phần cứng
Bƣớc 1: Kết nối dây dẫn phần cứng (xem hình 3.16)
Hình 3.15. Kết nối phần cứng giữa PLC và PC Cáp kết nối ta dùng cáp Ethernet RJ45 (xem hình 3.17) Cáp kết nối ta dùng cáp Ethernet RJ45 (xem hình 3.17)
Hình 3.16. Cáp Ethernet RJ45
Cáp Ethernet là một trong các dạng cáp mạng phổ biến nhất được sử dụng cho các mạng dây. Cáp Ethernet kết nối thiết bị với nhau trong mạng cục bộ như máy tính, router và thiết bị chuyển mạch. Đây là dây cáp vật lý, chúng có những hạn chế về khoảng cách có thể kéo dài, vận chuyển tín hiệu và độ bền. Đây là một trong những lý do có nhiều loại cáp Ethernet khác nhau để thực hiện các nhiệm vụ nhất định trong các tình huống cụ thể.[5]
Bƣớc 2: Cấu hình địa chỉ IP cho PLC (xem hình 3.18)
Khởi động phần mềm Tia Portal > Tạo một Project mới > vào mục Device configuration > click chuột phải vào cổng Profinet chọn properties > vào mục Ethernet addresses > ta đặt địa chỉ IP của PLC là 192.168.1.101 > tick chọn Use router
Hình 3.17. Cấu hình địa chỉ IP cho PLC
Bƣớc 3: Khai báo địa chỉ IP cho máy tính (xem hình 3.19)
Ở màn hình của máy tính, ta vào setting > Ethernet > change adapter options > click chuột phải vào biểu tượng Ethernet > chọn Properties
Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mơ hình tủ điện cấp nguồn tự động, điều khiển cho hệ thống chữa cháy
Hình 3.18. Các bước khai báo địa chỉ IP cho máy tính
Ta click chuột vào Internet Protocol Version 4(TCP/Ipv4) (xem hình 3.20)
Hình 3.19. Các bước khai báo địa chỉ IP cho máy tính Ta khai báo địa chỉ IP cho máy tính là 192.168.1.10 (xem hình 3.21) Ta khai báo địa chỉ IP cho máy tính là 192.168.1.10 (xem hình 3.21)
Hình 3.20. Khai báo địa chỉ IP cho máy tính
Bƣớc 4: Cấu hình web server trên Tia Portal (xem hình 3.22)
Vào mục Device configuration > click chuột phải chọn properties > Web server > activate web server on all module of this device
Hình 3.21. Các bước cấu hình webserver trên tia portal Vào thẻ user management > chọn như ảnh bên dưới (xem hình 3.23) Vào thẻ user management > chọn như ảnh bên dưới (xem hình 3.23)