điện trong phũng thớ nghiệm
Do thực tế khụng cú điều kiện thực nghiệm đối với cỏc trạm phỏt điện diesel hay trạm phỏt thủy điện nhỏ, nờn để xõy dựng mụ hỡnh thực thực nghiệm của đề tài sử dụng tổ hợp “ iến tần – Động cơ – Mỏy phỏt” cú trong phũng thớ nghiệm để thay thế cho việc kiểm tra tớnh thực nghiệm của kết quả đề tài.
Cỏc bước tiến hành thực nghiệm gồm: + Chọn thiết bị để xõy dựng tổ hợp + Ghộp nối cỏc thiết bị trong tổ hợp
+ Tiến hành kiểm tra và đưa hệ thống vào chạy thư nghiệm + Ghi nhận và đỏnh giỏ kết quả thực nghiệm của đề tài + ỏo cỏo kết quả đạt được
1.1 Sơ đồ nguyờn lý modun hũa đồng bộ hai tổ mỏy phỏt điện trong phũng thớ nghiệm thớ nghiệm
PLC S7-300 R1 R2 R3 R4 R5 Q0.4 Q0.3 Q0.2 Q0.1 2M Q0.0 8 7 6 5 4 3 8 7 6 5 4 3 8 7 6 5 4 3 8 7 6 5 4 3 8 7 6 5 4 3 20 16 20 18 O C B A ~ 3 pha 220 +24V- W V U BT2 L/L1 N/L2 L3 6 5 W V U BT1 L/L1 N/L2 L3 6 5 ĐC2 MF2 ĐC1 MF1 E E 3 4 3 4 PQW 752 PQW 754 I0.0 I0.3 Kờnh 0 Kờnh 1 28 28 K1 K2 Brown Blue Black Brown Blue Black 2L+ AVR Input Output AVR Input Output PQW 756 PQW 758 TRỤC MF2 TRỤC MF1 1 3 4 P1 P2 P3 N 6V 12V 1 3 4 P1 P2 P3 N 6V 12V ~ 220 V ~ 220 V KT KT * * UMF1 UMF2 CL+ - UMF2 3 4 10V PIW 754 CL+ - UMF1 3 4 10V PIW 752
Hỡnh 4-1 : Sơ đồ nguyờn lý mụ đun hũa đồng hai tổ mỏy phỏt điện trong phũng thớ nghiệm
Phõn tớch sơ đồ : Sơ đồ hỡnh 4-1 được xõy dựng dựa trờn cỏc thuật toỏn được đưa ra ở chương 3. Với cỏc khối và nhiệm vụ của từng khối đó được trỡnh bày cụ thể ở chương 2 và chương 3.
1.2. Mụ hỡnh hỡnh thực tế bệ thớ nghiệm
Hỡnh 4-2 : Mụ hỡnh hỡnh thực tế bệ thớ nghiệm tự động hũa phỏt và cung cấp điện
Trong mụ hỡnh trờn gồm cỏc thiết bị sau.
STT Tờn thiết bị lƣợng Số Chức năng
1 Mỏy tớnh PC 01 Điều khiển giỏm sỏt
2 Module nguồn 01 Cấp nguụn cho PLC, cỏc module tớn hiệu
3 CPU 01 Cú chức năng truyền thụng
4 Module vào số (DI) 01 Phản hối tớn hiệu
5 Module ra số (DO) 01 Điều khiển cấp điện cho biến tần 6,7 Contactor 02 Cấp nguồn cho biến tần
10,11 Động cơ xoay chiều
khụng đồng bộ 3 pha 02 Thiết bị chấp hành
12,13 Encoder 02 Đo tốc độ trờn trục động cơ 14 Mỏy phỏt điện 02 Tạo ra điện năng
15 ộ nguồn một chiều 02 Cấp nguồn kớch từ mỏy phỏt 16 Vụn kế + Chuyển
mạch 02 Đo điện ỏp
17 Ampe kế xoay chiều 06 Đo dũng điện tải 18 Vụn kế một chiều 02 Đo điện ỏp kớch từ 19 Ampe kế một chiều 02 Đo dũng kớch từ 20 Đồng hồ cosφ 02 Đo hệ số cụng suất tải 21 Đồng hồ cụng suất
tỏc dụng P Đo cụng suất tỏc dụng
22 Đồng hồ cụng suất
phản khỏng Q Đo cụng suất phản khỏng 23 iến dũng Ti Đo dũng điện và cụng suất 24 Khởi động từ 02 Đúng cắt tải mỏy phỏt 25 Card thu thập dữ liệu Đo cỏc tham số mỏy phỏt
1. Module nguồn
Module nguồn (PS) thưc hiện vai trũ cấp nguồn cho CPU, cỏc module tớn hiệu do vậy tựy theo số lượng cỏc module tớn hiệu cần cấp nguồn nhiều hay ớt mà ta lựa chọn module nguồn cho phự hợp. Với yờu cầu của phần cứng hệ thống như trờn ta lựa chọn module nguồn là PS 307 5A.
2. Module CPU
Do yờu cầu cần thiết của hệ thống truyền động như thiết lập truyền thụng, đọc tớn hiệu phản hồi tốc độ từ Encoder là tớn hiệu xung tốc độ cao, xõy dựng thuật toỏn điều khiển bỏm và điều khiển vũng kớn.., do vậy cần chọn module CPU cú khả
năng đỏp ứng được cỏc yờu cầu trờn. Module CPU được chọn là PLC S7-300 - CPU 314C-2DP (6ES7 314-6CG03-0A 0) với những đặc trưng chủ yếu như sau:
- Số mdule mở rộng cú thể kết nối với CPU là 32
- Trờn CPU cú hai cổng truyền thụng là MPI và PROFI US-DP do đú rất thuận lợi khi thiết lập mạng.
- Cú 4 kờnh đọc xung và đếm tần số cao với tần số cho phộp lờn đến 60KHz. - Cú 4 đầu ra xung tốc độ cao (2,5KHz)
- Khả năng truyền thụng: cú thể truyền thụng với cỏc thiết bị cú thể lập trỡnh OP, cỏc thiết bị PLCs dũng S5 và theo chuẩn truyền thụng MPI, Profibus
- Điện ỏp định mức 24VDC (từ 20,4 đến 28,8V).
Với cỏc chức năng như trờn, CPU 314C- 2DP cú thể đỏp ứng được cỏc yờu cầu điều khiển mà hệ thống truyền động yờu cầu.
3. Module đầu vào số DI (Digital input)
Là module mở rộng cỏc cổng vào số. Số cỏc cổng vào số mở rộng cú thể là 8, 16 hay 32 tuỳ thuộc vào từng loại module. Module được chọn là 6ES7 321- 1BH02- 0AA0 là module cú 16 đầu vào số 24V.
4. Module đầu ra số DO (Digital output)
Là module mở rộng cỏc cổng ra số. Số cỏc cổng ra số mở rộng cú thể là 8, 16 hay 32 tuỳ thuộc vào từng loại module. Module được chọn là 6ES7 322-1BH01- 0AA0, cú 16 đầu ra số 24V/0,5A
5. Xử lý tớn hiệu phản hồi từ Encoder
Tớn hiệu phản hồi về từ Encoder là tớn hiệu xung với tốc độ cao tựy thuộc vào độ phõn giải của Encoder, do vậy việc sử lý tớn hiệu xung với tốc độ cao cần phải thụng qua cỏc Module đọc xung tốc độ cao hoặc dựng cỏc CPU cú tớch hợp sẵn cỏc đầu I/O cú khả năng đọc xung tốc độ cao như CPU 312C, 313C, 314C. Trong trường hợp ta chọn CPU 314C-2DP thỡ CPU đó cú tớch hợp sẵn cỏc đầu vào đọc xung tốc độ cao. Để cú thể sử dụng tớnh năng đọc xung tốc độ cao trờn CPU 314C- 2DP thỡ ta cần khai bỏo phần cứng cho CPU và lựa chọn số kờnh cần sử dụng khi khai bỏo phần cứng. Với CPU trờn cỏc đầu vào đọc xung tốc độ cao được mặc định
STT Đầu vào Chức năng
1 I0.0 Chõn xung vào của kờnh 0
2 I0.1 Chõn điều khiển đếm lờn, xuống để xỏc định chiều quay động cơ của kờnh 0
3 I0.2 Chõn điều khiển đếm ngoài của kờnh 0 4 I0.3 Chõn xung vào của kờnh 1
5 I0.4 Chõn điều khiển đếm lờn, xuống để xỏc định chiều quay động cơ của kờnh 1
6 I0.5 Chõn điều khiển đếm ngoài của kờnh 1 7 I0.6 Chõn xung vào của kờnh 2
8 I0.7 Chõn điều khiển đếm lờn, xuống để xỏc định chiều quay động cơ của kờnh 2
10 I1.0 Chõn điều khiển đếm ngoài của kờnh 2 11 I1.1 Chõn xung vào của kờnh 3
12 I1.2 Chõn điều khiển đếm lờn, xuống để xỏc định chiều quay động cơ của kờnh 3
13 I1.3 Chõn điều khiển đếm ngoài của kờnh 3 14 I1.4 Chõn chốt giỏ trị đếm kờnh 0
15 I1.5 Chõn chốt giỏ trị đếm kờnh 1 16 I1.6 Chõn chốt giỏ trị đếm kờnh 2 17 1.7 Chõn chốt giỏ trị đếm kờnh 3
6. iến tần MM440
MM440 là một trong những họ biến tần mạnh mẽ nhất trong cỏc họ biến tần tiờu chuẩn. Cú khả năng điều khiển vectơ cho tốc độ và mụmen hay điều khiển vũng kớn bằng bộ điều khiển PID cú sẵn mang lại kết quả điều khiển với độ chớnh xỏc cao. Ngoài ra nú cũn cú một loạt cỏc khối cú sẵn lập trỡnh tự do cung cấp cho người dựng khả năng linh hoạt trong ứng dụng thực tế.
a.Cụng suất định mức:
- Cụng suất từ 0.37 KW đến 200 Kw đối với điện ỏp vào 3 pha AC 380V - 480V.
- Cụng suất từ 0.12Kw đến 3.0kw đối với điện ỏp vào 1 pha 200V - 240V. - Cụng suất từ 0.12kw đến 45.0kw đối với điện ỏp vào 3 pha 200V - 240V.
b.Điện ỏp định mức ngừ ra:
- 3 pha 220VAC hoặc 380VAC tuỳ theo chon mó hàng. Tần số ngừ ra từ 0Hz đến 650Hz.
c.Cỏc đầu đấu nối vào và ra:
- 6 đầu vào số - 2 đầu vào tương tự - 3 đầu ra rơle - 2 đầu ra tương tự - 1 cổng RS485
- 15 cấp tần số cố định
- Cú tớch hợp bộ điều khiển PID
- Cú chức năng hóm DC, hóm tổ hợp và hóm bằng điện trở hay hảm động năng.
- Phương phỏp điều khiển:
V/f tuyến tớnh, V/f bỡnh phương, V/f đa điểm, Điều khiển dũng từ thụng, Điều khiển vector, Điều khiển Momen.
- Chức năng bảo vệ:
Quỏ tải, thấp ỏp, quỏ ỏp, chạm đất, ngắn mạch, quỏ nhiệt động cơ, quỏ nhiệt biến tần…
- Cỏc tuỳ chọn khỏc như: ảng điều khiển OP, AOP, bộ phụ kiện lắp OP trờn cỏnh tủ, bộ ghộp nối PC, đ a CD cài đặt, modul profibus, bộ lọc đầu vào, bộ lọc đầu ra, đặc biệt là cú thể gắn modul encoder …
* Ứng dụng:
7. Cỏp truyền thụng Profibus 6XV1830-0EH10
- Dựng cho mạng profibus.
- Khỏng nhiễu tốt nhờ lớp bọc kộp.
- Cỏp mạng tiờu chuẩn được thiết kế đặc biệt để lắp rỏp
- Hai lừi, cú vỏ bọc kim.
8. Đầu nối mạng profibus 6ES7972-0BA12-0XA0
- ộ nối RS 485 với gúc ra cỏp 900
.
- Được dựng để nối cỏc trạm Profibus với cỏp mạng profibus.
- Cú tớch hợp sẵn cỏc điện trở phự hợp.
- Đầu cuối kiểu ốc vớt, tốc độ truyền tối đa 12Mbit/s 9. Encoder
Encoder được sử dụng là loại E40H10-1024-3-N-24. Cỏc tham số kỹ thuật như sau: Độ phõn giải: 1024xung/ vũng; pha ra tạo xung bự: A, , Z; ngừ ra: NPN; Nguồn cung cấp: 5VDC, 12- 24VDC
2. Xõy dựng chƣơng trỡnh phần mềm điều khiển – giỏm sỏt bệ thớ nghiệm tự động húa phỏt và cung cấp điện
2.1 Xõy dựng chƣơng trỡnh điều khiển trờn Step 7
Thiết bị hũa đồng bộ ứng dụng PLC là thiết bị điều khiển tự động hũa đồng bộ chớnh xỏc. Sơ đồ khối chức năng của thiết bị hũa đồng bộ chớnh xỏc khi ứng dụng PLC như hỡnh vẽ sau:
Để điều khiển hũa đồng bộ tự động, phải thực hiện cỏc thuật toỏn điều khiển. a. Thuật toỏn điều chỉnh điện ỏp phỏt ra của mỏy phỏt điện
U<U Đúng F1 ĐCKT F1 U1 S Đ U<U’ Đúng F2 ĐCKT F2 Đ S
Lưu đồ thuật toỏn kiểm tra điện ỏp sai lệch
Trong đú:
∆U – Sai lệch điện ỏp cho phộp của tổ mỏy phỏt 1
∆U’ – Sai lệch điện ỏp cho phộp của tổ mỏy phỏt 1 và tổ mỏy phỏt 2 khi đưa vào hoà đồng bộ.
∆U, ∆U’ – Là cỏc giỏ trị khai bỏo trong chương trỡnh điều khiển. b. Thuật toỏn điều chỉnh tần số dũng điện phỏt ra
f<f Đúng F1 ĐCTĐ F1 f1 S Đ f<f’ Đúng F2 ĐCTĐ F2 S Đ f2
Lưu đồ thuật toỏn kiểm tra tần số
Trong đú:
∆f – Sai lệch tần số cho phộp của tổ mỏy phỏt 1
∆f’ – Sai lệch tần số cho phộp của tổ mỏy phỏt 1 và tổ mỏy phỏt 2 khi đưa vào hoà đồng bộ.
∆f, ∆f’ – Là cỏc giỏ trị khai bỏo trong chương trỡnh điều khiển. c. Thuật toỏn hoà đồng bộ hai mỏy phỏt điện làm việc song song
Lưu đồ thuật toỏn thực hiện hũa đồng bộ hai trạm phỏt điện
Chương trỡnh điều khiển lập gồm chương trỡnh chớnh và cỏc chương trỡnh con. a. ảng địa chỉ & SO SÁNH U1=U2 ? U<U Đ Us<U ĐO U1,U2 ĐểNG A 1 ĐIỀU CHỈNH TĂNG HOẶC GIẢM U2 SO SÁNH f1=f2 ? f<f ĐO f1,f2 ĐIỀU CHỈNH TĂNG HOẶC GIẢM n2 ĐểNG A 2 ĐO Q=Q1-Q2 Q>Q ? ĐIỀU CHỈNH GIẢM Ikt1 TĂNG Ikt2 ĐO P=P1-P2 P>P ? TĂNG NL MÁY 1 GIẢM NL MÁY 2 Đ S Đ
b. Code lập trỡnh
TRUNG TÂM ĐIỀU KHIỂN (Chương trỡnh ĐK giỏm sỏt) TRẠM PLC TRẠM PHÁT ĐIỆN 1 TRẠM PHÁT ĐIỆN 2 MODULE MỞ RỘNG
2.2 Xõy dựng chƣơng trỡnh giỏm sỏt trờn WINCC V7.0 SP2
Điều khiển giỏm sỏt và thu thập dữ liệu (SCADA) là một phần khụng thể thiếu được trong một hệ thống tự động húa hiện đại. Từ những năm gần đõy, sự tiến bộ của truyền thụng cụng nghiệp và cụng nghệ phần mềm đó thực sự đem lại nhiều khả năng mới, giải phỏp mới. Nếu như trước đõy tại cỏc trạm phỏt điện cú rất nhiều cỏc panel điều khiển với kớch thước rất lớn, cựng với đú là rất nhiều cỏc cụng tắc, đốn bỏo, đồng hồ,…và cần rất nhiều cỏn bộ kỹ thuật luõn phiờn theo dừi giỏm sỏt cỏc thụng số, cỏc sự cố của trạm phỏt điện. Đến nay với giải phỏp dựng hệ SCADA, ta chỉ cần dựng tay tỏc động vào “chuột” thỡ cỏc thụng số ở vựng nào muốn theo dừi sẽ hiện lờn. Đồng thời cũng bằng tỏc động vào “chuột” ta cú thể điều khiển cỏc đối tượng tại trạm phỏt điện, xử lý sự cố,…. Phần mềm ứng dụng để giỏm sỏt, điều khiển và thu thập dữ liệu của hệ thống tự động húa trạm phỏt điện là phần mềm WinCC (Windows Control Center), kết hợp với bộ điều khiển lập trỡnh PLC (Programmable Logic Controller).
Quỏ trỡnh tự động hũa hai tổ mỏy diễn ra như sau: Tự động xỏc lập điện ỏp định mức, tần số định mức của hai mỏy. Khi đúng điện, mỏy nào xỏc lập giỏ trị điện ỏp
theo. Để điều khiển hũa đồng bộ tự động, phải thực hiện cỏc thuật toỏn điều khiển. Chương trỡnh điều khiển gồm cỏc chương trỡnh sau:
+ Chương trỡnh cõn bằng tần số + Chương trỡnh cõn bằng điện ỏp
+ Chương trỡnh xỏc định thời điểm hũa đồng bộ
Quỏ trỡnh được điều khiển tự động và giỏm sỏt thụng qua mỏy tớnh. Giao diện truyền thụng đó được sau dựng như sau :
a. Tag truyền thụng trong WinCC
Hỡnh 4-3 : Giao diện khởi động điều khiển - giỏm sỏt bệ thớ nghiệm tự động húa phỏt và cung cấp điện
Hỡnh 4-5 : Giao diện điều khiển mỏy phỏt 1
Hỡnh 4-6 : Giao diện điều khiển mỏy phỏt 2
TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Tự động húa với Simatic S7-300.
Nguyễn Doón Phước Phan Xuõn Minh. Vũ Văn Hà
2. PLC S7-300 cơ bản và nõng cao.
Nguyễn Doón Phước Phan Xuõn Minh.
3. Mạng truyền thụng cụng nghiệp
Hoàng Minh Sơn.
4. Tự động húa trong cụng nghiệp với WinCC
Trần Thu Hà.
5. S7-300 Programmable Controller Installation and Hardware. 6. STEP7 Program Design.
7. WinCC V3.0 Windows Control Center_Getting Started.
8. WinCC V3.0 Control Center + Channels + User Administrator. 9. WinCC V3.0 Graphics Designer + Global Scripts.
10. WinCC V3.0 Tag Logging + Alarm Logging + Text Library + Report Designer.
Hà Nội,ngày 27 thỏng 8 năm 2010
CHỦ NHIỆM BỘ M N NGƢỜI LẬP ĐỀ CƢƠNG
(Ký, ghi rừ họ tờn) (Ký, ghi rừ họ tờn)
TS. Chu Anh Mỡ Nguyễn Hữu Thịnh
CHỦ NHIỆM KHOA GIÁO VIấN HƢỚNG DẪN (Ký, ghi rừ họ tờn) (Ký, ghi rừ họ tờn)
MỤC LỤC
CHƢƠNG 1. KHÁI QUÁT CHUNG VỀ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HểA TRấN
TRẠM PHÁT ĐIỆN ... 1
1. Cơ sở khoa học ... 1
2. Tớnh thực tiễn ... 2
3. Yờu cầu chung ... 3
4. Cỏc tham số và hệ thống tự động hoỏ trờn trạm phỏt điện ... 3
5. Cỏc hệ thống chức năng con tự động điều khiển độc lập trờn hệ thống tự động hoỏ trạm phỏt điện ... 4
6. Cấu trỳc chung của một hệ tự động hoỏ trờn trạm phỏt điện ... 5
7. Hệ thống cảm biến và cỏc thiết bị thu thập thụng tin trong hệ thống tự động hoỏ trờn trạm phỏt điện ... 8
CHƢƠNG 2. GIỚI THIỆU CÁC BÀI TOÁN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG HểA KHI HAI TRẠM MÁY PHÁT ĐIỆN LÀM VIỆC SONG SONG ... 10
1. Tự động ổn định điện ỏp phỏt ra của cỏc mỏy phỏt điện ... 10