CHƯƠNG III : XÂY DỰNG BÀI TOÁN ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT
3.3. Chương trình điều khiển bằng PLC
3.3.1. Xác định đầu vào/ra
Sau khi xây dựng được thuật toán điều khiển ta sẽ tiến hành xác định các biến vào/ra để thuận tiện cho việc lập trình trong PLC
3.3.1.1. Input
Bảng 3. 1 Bảng địa chỉ các biến vào
Name Path Data Type Logical Address HMI Visible HMI Accessible HMI Writeable 1 I_KD_HT Inpu
t Bool %I0.0 True True True 2
R2 Inpu
3
R5 Inpu
t Bool %I0.6 True True True 4
R1 Inpu
t Bool %I0.4 True True True 5 I_Xu ly SC
MF
Inpu
t Bool %I0.3 True True True 6 I_DungdeM
F
Inpu
t Bool %I0.2 True True True
3.3.1.2. Output
Bảng 3. 2 Bảng địa chỉ các biến ra
Name Path Data Type Logical Address HMI Visible HMI Accessible HMI Writeable 1 De MF Output Bool %Q0.4 True True True 2 contactor
K2 Output Bool %Q0.1 True True True 3 MF su co Output Bool %Q0.5 True True True 4 contactor
K1 Output Bool %Q0.0 True True True 5 Su co
dien ap Output Bool %Q0.2 True True True 6 HT_chay Output Bool %M9.1 True True True 7 Chay MF Output Bool %Q0.3 True True True
3.3.1.3. Bảng các biến liên quan đến cài đặt thời gian
Bảng 3. 3 Bảng địa chỉ các biến thời gian
Name Path Data Typ e Logical Address HMI Visible HMI Accessible HMI Writeable 1 Set_T1 time Tim
e
%MD10
0 True True True 2 Temp_time_1 time Tim
e
%MD10
4 True True True 3 Out_T1 time Tim
e
%MD10
4 Set_T2 time Tim e
%MD11
6 True True True 5 Temp_T2 time Tim
e
%MD12
0 True True True 6 Out_T2 time Tim
e
%MD12
4 True True True 7 Set_T3 time Tim
e
%MD12
8 True True True 8 Temp_T3 time Tim
e
%MD13
2 True True True 9 Out_T3 time Tim
e
%MD13
6 True True True 10 Set_T4 time Tim
e
%MD14
0 True True True 11 Temp_T4 time Tim
e
%MD14
4 True True True 12 Out_T4 time Tim
e
%MD14
8 True True True
3.3.1.4. Bảng các biến phụ Bảng 3. 4 Bảng địa chỉ các biến phụ Name Data Type Logical Address HMI Visible HMI Accessible HMI Writeable 1 MP dien luoi Int %IW64 True True True 2 MP dien MF Int %IW66 True True True 3 Thao tac tay Bool %M0.0 True True True 4 Tu dong Bool %M0.1 True True True 5 CM_MFL Bool %M0.2 True True True 6 Dung MF Bool %M0.3 True True True 7 Xu ly SC MF Bool %M0.4 True True True 8 de MF TC Bool %M0.5 True True True 9 Dung de MF Bool %M0.6 True True True
0 1
1 Luoi phuc hoi Bool %M1.0 True True True 1
2 CM_LMF Bool %M1.1 True True True 1
3 Qua T1 Bool %M1.2 True True True 1
4 Qua T2 Bool %M1.3 True True True 1
5 KD_HT Bool %M1.4 True True True 1
6 Dung_HT Bool %M1.5 True True True 1
7 Temp_3 Bool %M1.6 True True True 1
8 temp_2 Bool %M1.7 True True True 1
9 Luoi Bool %M10.0 True True True 2
0 chayMF Bool %M10.1 True True True 2
1 mayPhat Bool %M10.2 True True True 2
2 tai chinh Bool %M10.6 True True True 2
3 Tag_3 Bool %M100.0 True True True 2
4 Tag_10 Bool %M100.1 True True True 2
5 Tag_11 Bool %M100.2 True True True 2
2
7 De MF bang tay Bool %M8.1 True True True 2
8 Chuyen mach LMF Bool %M8.2 True True True 2
9 Chuyen mach MFL Bool %M8.3 True True True 3
0 Dung MF bang tay Bool %M8.4 True True True 3
1 Qua T3 Bool %M8.5 True True True 3
2 Qua T4 Bool %M8.6 True True True 3
3 Khong hien thi MH Bool %M8.7 True True True 3
4 tai Bool %M9.0 True True True 3
5 Tag_7 Time %MD112 True True True 3
6 Tag_6 Time %MD1120 True True True 3
7 Tag_5 Int
%MW100
0 True True True 3
8 Tag_2 Int %MW150 True True True 3
9 dien ap luoi ra Int %MW2 True True True 4
0 Lan de Int %MW4 True True True 4
1 dien ap may phat ra Int %MW6 True True True 4
2 Tag_1 Int %MW64 True True True 4
3.3.2.1. Giới thiệu khối hàm FC
Hàm chức năng FC là khối logic có các biến In, Out, In/Out do chương trình gọi cung cấp cho hàm, ngồi ra cịn có biến Temp sử dụng nội bộ (cục bộ), tuy nhiên không bắt buộc phải dùng hết tất cả các biến này. Hàm FC khơng có bộ nhớ nội nên dữ liệu mất đi khi ra khỏi khối, cũng như khơng có khối dữ liệu Instance DB giống như khối hàm chức năng FB.
3.3.2.2. Chương trình phản hồi tín hiệu chế độ bằng tay FC1
Để có thể hiển thị được trạng thái của hoạt động của hệ thống ở chế độ relay, ta sẽ tiến hành viết chương trình con FC1 để trả về tín hiệu trạng thái của các relay quang trọng.
3.3.2.3. Chương trình cài đặt thời gian giới hạn FC2
Để có thể khống chế việc đặt các giá trị thời gian trong chế độ auto điều khiển bằng PLC là đúng trong khoảng giới hạn chấp nhận được của hệ thống, ta sẽ viết chương trình con FC2.
Khi mà đặt các giá trị thời gian t1, t2, t3, t4 nằm ngồi khoảng thời gian quy định thì sẽ khơng hiển thị màn hình điều khiển chế độ auto. Khi đó ta chỉ có thể quan sát được trạng thái làm việc tổng quan của hệ thống chứ không thể tham gia vào cài đặt trên màn hình giám sát được.
3.3.2.4. Chương trình đọc tín hiệu Analog kiểm tra chất lượng điện áp FC3
Để tiện lợi trong việc đọc giá trị analog đưa về PLC ta sẽ viết chương trình con FC3 để có thể thuận lợi trong việc gọi khối hàm đọc giá trị analog vào. Với giá trị vào sẽ là điện áp có giá trị trong khoảng (0 – 10V) tương đương với khoảng từ (0 – 500V) hiển thị ra ngồi màn hình giám sát. Giá trị Min – Max (0 – 27648) là giá trị quy định của hãng Siemens khi ta làm việc với các chương trình liên quan đến dữ liệu analog.
3.3.2.5. Chương trình chính OB1
Chương trình chính xem phụ lục 3.
3.4. Thiết kế giao diện bằng phần mềm WinCC Advanced
3.4.1. Cấu hình thiết bị
Để có thể thiết kế giao diện hiển thị tiến trình hoạt động của hệ thống bằng phần mềm WinCC Advanced ta sẽ tiến hành cấu hình thiết bị và tạo liên kết giữa PLC và phần mềm WinCC Advanced.
Bước 1: Chọn WinCC RT Advanced
Hình 3. 1 Tiến hành cấu hình ban đầu cho WinCC RT Advanced
Để có thể lấy được cổng ethernet tạo kết nối với PLC ta sẽ tiến hành bước 2 lấy IE general ra từ mục PROFINET/Ethernet.
Bước 2: Lấy ra IE general
Hình 3. 2 Lấy ra IE general để có thể thiết lập kết nối PLC với PC System
Bước 3: Tạo kết nối giữa PLC với PC System
Hình 3. 3 Tạo kết nối giữa PLC với PC System
3.4.2. Thiết kế giao diện điều khiển màn hình chính
Trước tiên ta sẽ thiết kế màn hình hiển thị ban đầu để giới thiệu về đề tài đồ án tốt nghiệp “Nghiên cứu thiết kế mơ hình hệ thống ATS lưới máy phát sử dụng PLC S7-1200” và thông tin ban đầu của đề tài.
3.4.3. Thiết kế giao diện màn hình chế độ bằng tay
Ở trong màn hình chế độ bằng tay thì sẽ hiển thì kết quả chạy của mạch relay sẽ được phản hồi vào các chân input của PLC để rồi tiến hành hiển thị lên trên màn hình giám sát cho nhân viên vận hành dễ dàng nắm được tình hình hoạt động mà khơng cần phải đi đến trực tiếp hiện trường.
Hình 3. 5 Giao diện màn hình giám sát chế độ bằng tay
3.4.4. Thiết kế giao diện màn hình chế độ tự động
Ở màn hình giao diện chế độ tự động thì sẽ hiển thị bảng báo cáo tình hình làm việc của hệ thống (sẽ báo cáo các sự cố về nguồn điện lưới, máy phát, sự cố máy phát). Đồng thời đây cũng là màn hình tổng quan hoạt động của hệ thống ở chế độ làm việc tự động.
Hình 3. 6 Giao diện màn hình chính của chế độ auto
3.4.5. Thiết kế giao diện màn hình cài đặt thời gian
Ở màn hình giao diện cài đặt thời gian thì ta sẽ tiến hành cài đặt các khoảng thời gian chính của hệ thống chuyển đổi nguồn tự động ATS Lưới-Máy phát. Các thời gian có thể cài đặt được bao gồm:
+ Thời gian T1 là khoảng thời gian để hệ thống phát hiện xem liệu sự cố về nguồn điện có phải là sự cố thật hay không.
+ Thời gian T2 để tính thời gian chuyển mạch từ nguồn lưới sang nguồn máy phát sau khi máy phát đã khởi động xong và chất lượng điện áp của máy phát đáp ứng được yêu cầu.
+ Thời gian T3 để xác định việc phục hồi của lưới điện đã đảm bảo chưa để tiến hành chuyển mạch cho tải từ nguồn máy phát quay trở lại nguồn lưới.
+ Thời gian T4 là thời gian để làm mát, cho máy phát chạy không tải sau khi tải đã được chuyển cho nguồn lưới chính.
Khi mà giá trị của T1, T2, T3, T4 được cài đặt đúng trong khoảng đặt trước thì mới có thể chuyển sang màn hình hiển thị chi tiết của chế độ tự động.
Hình 3. 7 Giao diện màn hình cài đặt thời gian chế độ auto
3.4.6. Thiết kế giao diện màn hình hiển thị chi tiết chế độ tự động
Ở màn hình hiển thị chi tiết chế độ tự động sẽ hiển thị cụ thể giá trị điện áp nguồn lưới, nguồn máy phát, giá trị thời gian thực tế đang chạy của T1, T2, T3, T4. Trạng thái hoạt động của hệ thống, trạng thái làm việc của máy phát, tải đang chạy với nguồn điện lưới hay máy phát.
CHƯƠNG IV: XÂY DỰNG BÀI THÍ NGHIỆM ỨNG DỤNG MƠHÌNH HÌNH
4.1. Đặt vấn đề
Thí nghiệm là cầu nối giữa lý thuyết và thực tiễn. Song song với các tiết học lý thuyết trên lớp thì các buổi thí nghiệp thực hành là rất quan trọng trong học tập đặc biệt đối với các mơn học kỹ thuật.
Mục đích của đồ án tốt nghiệp “Nghiên cứu thiết kế mơ hình hệ thống ATS lưới máy phát sử dụng PLC S7-1200” là gắn kết mơ hình thiết kế với mục tiêu đào tạo của khoa.
4.2. Bài thí nghiệm 1
4.2.1. Mục đích
Hiểu được trang thiết bị điện và nguyên lý làm việc của mạch điện của bộ tự động chuyển đổi nguồn tự động ATS.
Làm quen được với các thiết bị phần cứng có trong mơ hình thực tế.
Lắp ráp và đấu được mạch điện bộ chuyển nguồn tự động ATS ở chế độ điều khiển bằng relay.
4.2.2. Mơ hình phần cứng
Bảng 4. 1 Thống kê thiết bị
STT Thiết bị, dụng cụ Số lượng Ghi chú 1 Panel gắn thiết bị 1 bộ
2 Aptomat 2 cực 10A 2 chiếc 3 Cầu chì 2 chiếc 4 Contactor 16A 3 chiếc 5 Nút nhấn 3 chiếc 6 Relay trung gian 220VAC và đế 14 chân 5 bộ 7 Đèn báo 4 chiếc 8 Relay thời gian AH3-3 và đế 8 chân 2 bộ 9 Relay trung gian 24VDC và đế 14 chân 6 bộ 10 Relay bảo vệ điện áp TOMZN 1 chiếc 11 PLC S7 – 1200 CPU 1212C DC/DC/DC 1 chiếc 12 Máng dây 25x25 4 thanh 13 Chuyển mạch 3 vị trí 1 chiếc 14 Bộ chuyển đổi nguồn 220VAC/24VDC 1 bộ 15 Chiết áp 10k 2 chiếc 16 Module nguồn hạ áp 3A LM2596 1 chiếc 17 Dây dẫn, kìm bấm cốt, tua vít, ... 1 bộ
4.2.3. Phát biểu bài tốn
Khi ở chế độ hoạt động bình thường, sau khoảng thời gian để relay bảo vệ RU khởi động xong thì relay R5 sẽ được cấp nguồn điện thì cũng sẽ làm relay R4 cũng được cấp nguồn làm cho contactor K1, K2 hút cấp nguồn cho toàn bộ tải của hệ thống.
Khi có sự cố của lưới điện (quá áp, thấp áp, quá dòng, ...) relay bảo vệ làm R5 mất nguồn làm cho relay R4 mất nguồn cắt nguồn cấp cho contactor K1, K2. Khi đó ta nhấn nút S1 để báo có sự cố thì relay trung gian R1 và relay thời gian TG1 sẽ tác động, tiếp điểm thường mở đóng chậm của relay thời gian TG1 sẽ đóng lại cấp điện cho relay trung gian R2, tiếp điểm thường mở của relay R2 sẽ đóng lại cấp nguồn cho contactor K3. Tiếp điểm chính của contactor K3 đóng lại cấp nguồn cho tải chính.
Khi lưới phục hồi thì relay R5 sẽ hút trở lại, relay R4 hút cấp nguồn cho K1, K2 động thời ngắt relay R2 làm cho contactor K3 nhả và cấp nguồn cho relay thời gian TG2. Sau một thời gian tiếp điểm thường mở đóng chậm của relay thời gian TG2 đóng lại làm R3 hút để ngắt R1.
4.2.4. Lưu đồ thuật toán
Lưu đồ hoạt động mạch relay xem phụ lục 1.
4.2.5. Sơ đồ thực hành
Ta có sơ đồ đấu dây mạch động lực hình 4.2 và sơ đồ đấu dây mạch điều khiển hình 4.3 để tiến hành thực hành đấu dây
Hình 4. 2 Sơ đồ mạch động lực
Hình 4. 3 Sơ đồ thực hành lắp mạch điều khiển bằng relay
Bước 1: Tìm hiểu cấu tạo thực tế về thơng số kỹ thuật cơ bản của thiết bị sử dụng trong mạch.
Bước 2: Gá lắp thiết bị trên panel như hình và đấu mạch điện theo sơ đồ thực hành ở mục 4.2.5.
- Đấu mạch động lực
- Đấu mạch điều khiển relay
Bước 3: Kiểm tra nguội theo các bước (kiểm tra thông mạch) - Kiểm tra mạch động lực
- Kiểm tra mạch điều khiển Bước 4: Hoạt động thử
4.3. Bài thí nghiệm 2
4.3.1. Mục đích
Hiểu được trang thiết bị điện và nguyên lý làm việc của mạch điện của bộ tự động chuyển đổi nguồn tự động ATS.
Ở trong bài thí nghiệm số 2 chúng ta sẽ lắp mạch điều khiển sử dụng PLC S7 – 1200.
Lắp ráp và đấu được hoàn thiện được mạch điện bộ chuyển nguồn tự động ATS cả chế độ tự động bằng PLC và chế độ điều khiển bằng relay.
4.3.2. Phát biểu bài tốn
Khi lưới có sự cố về nguồn lưới chính Ul > 418 (V) hoặc Ul < 323 (V) trong khoảng thời gian lớn hơn thời gian tạo trễ t1 (khoảng 5s) khoảng thời gian từ khi có sự cố để đảm bảo rằng sự cố nguồn lưới có sự cố thật sự hay chỉ là thống qua. Sau đó nguồn điện cung cấp đến tải sẽ tạm thời bị gián đoạn.
Khi sự cố là sự cố thật sự chương trình trong PLC sẽ tiến hành khởi động máy phát, việc khởi động máy phát có các đặc điểm sau đây:
+ Nếu khởi động 1 lần khơng thành cơng nó lại trở về trạng thái ban đầu, khi đó cần cho máy nghỉ khoảng (10s – 20s) cho ắc quy phục hồi mới có thể khởi động lại.
+ Nếu khởi động 3 lần không thành công lúc đó thiết bị sẽ tự động khóa lại khơng khởi động nữa.
Sau khi máy phát đã được khởi động thành công và điện áp máy phát đạt đến giá trị ổn định Umf > 323 (V) và Umf < 418 (V) thì lúc đó bộ so sánh sẽ tính khoảng thời gian t2 (20s – 25s), sau đó thực hiện việc cấp tín hiệu điều khiển cho bộ chuyển mạch chuyển tải sang nguồn dự phòng.
Khi lưới điện phục hồi trở lại, bộ định thời sẽ tính thời gian t3 (khoảng 20s – 30s) để đảm bảo chắc chắn rằng lưới đã phục hồi và ổn định trở lại. Sau đó PLC sẽ cấp tín hiệu để bộ chuyển mạch tiến hành chuyển nguồn cho tải từ nguồn máy phát dự phịng sang cho nguồn lưới chính.
Sau khi chuyển tải trở lại lưới, timer của PLC tính thời gian t4 (khoảng 300s) cho máy phát chạy không tải để làm mát máy phát, sau thời gian t4 ATS cho lệnh máy phát dừng. Nếu trong khoảng thời gian t4 mà nguồn lưới có vấn đề thì PLC có thể chuyển tải ngay lập tức từ nguồn lưới sang nguồn máy phát mà không cần quay lại trạng thái đề máy phát.
4.3.3. Thống kê biến trong chương trình
4.3.3.1. Input
Bảng 4. 2 Bảng địa chỉ các biến vào
Name Path Data Type Logical Address HMI Visible HMI Accessible HMI Writeable 1 I_KD_HT Input Bool %I0.0 True True True 2 R2 Input Bool %I0.5 True True True 3 R5 Input Bool %I0.6 True True True 4 R1 Input Bool %I0.4 True True True 5 I_Xu ly SC
MF Input Bool %I0.3 True True True 6 I_DungdeM
F Input Bool %I0.2 True True True
4.3.3.2. Output