Đề tài Mô hình tự động đóng máy phát dự phòng

Lời nói đầu Ngày nay, nền kinh tế nước ta đang phát triển rất mạnh mẽ, đời sống nhân dân được nâng cao nhanh chóng. Nhu cầu điện năng trong các lĩnh vực công nghiệp, nông nghiệp, dịch vụ, sinh hoạt tăng trưởng không ngừng. Cùng với sự phát triển đất nước thì Công nghiệp hoá, Hiện đại hóalà một trong những chủ trương hàng đầu của Đảng và nhà nước ta. Với yêu cầu này thì việc tự động hoá các quá trình trong sản xuất là ưu tiên hàng đầu để thúc đẩy sự phát triển của nền Kinh tế, Giáo Dục, Quốc Phòng… Trong các ngành đang được chú trọng để phát triển nền công nghiệp thì ngành điện lực là mét trong những ngành then chốt của hệ thèng công nghiệp hiện đại. Do đó hệ thông cung cấp điện ngày càng được cải tiến để đảm bảo đuợc những yêu cầu cấp điện của từng loại khách hàng. Trong các yêu cầu về hệ thống cung cấp điện thì yêu cầu về mức độ đảm bảo liên tục cấp điện là một trong những yêu cầu hàng đầu. Một số xí nghiệp do yêu cầu mất diện không được quá lâu, ví dụ như xí nghiệp bánh kẹo, nếu mất điện quá 3 phót, dây chuyền nướng bánh sẽ bị cháy toàn bộ mẻ bánh trong lò, gây thiệt hại về kinh tế. Xí nghiệp gạch dùng lò tuynen nếu mất điện các con lăn không chuyển động sẽ bị háng, xí nghiệp rượu nếu mất điện quá lâu, các máy dung ngưng làm việc, quá trình lên men kém ảnh hưởng đến cấht lượng rượu, Lò nung thép trong các xí nghiệp cơ khí nếu mất điện quá dẫn đến háng mẻ thép đang nung… Do những đòi hỏi trên việc tự động hoá nguồn điện điêzen là yêu cầu cần thiết. Trên cơ sở những kiến thức đã được học em xin trình bày đồ án tốt nghiệp với đề tài : Mô hình tự động đóng máy phát dự phòng . Sử dụng bộ điều khiển có lập trình PLC. Em xin chân thành cảm ơn Thầy giáo Hà Tất Thắng và các thầy cô giáo trong bộ môn tù động hoá trong XNCN đã tận tình hướng dẫn em hoàn thành đồ án tôt nghiệp này. Hà nội, ngày…… tháng…… năm…… Sinh viên Đỗ Mạnh Dũng Phần I: HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN XÍ NGHIỆP CÔNG NGHIỆP Chương I: NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ HỆ THỐNG CẤP ĐIỆN I-1 : Đặc điểm của quá trình sản xuất và phân phối điện năng Điện năng là dạng năng lượng có nhiều ưu điểm nh­ dễ dàng chuyển thành các dạng năng lượng khác, dÔ truyền tải và phân phối. Chính vì vậy điện năng được sử dụng rộng rãi trong mọi hoạt động lĩnh vực của con người. Quá trình sản xuất điện năng là quá trình từ. Đặc điểm cuả qúa trình này là rất nhanh. Vì vậy để đảm bảo quá trình sản xuất được an toàn, tin cậy đảm bảo chất lượng điện phải áp dụng nhiều biện pháp đồng bộ như: thông tin, đo lường, bảo vệ, tự động hoá… Điện năng là ngồn năng lượng chính của nghành công nghiệp là điều kiện quan trọng để phát triển các đô thị … vì vậy kế hoạch phát triển kinh tế thì phải phát triển điện năng. Hiện nay có nhiều phương pháp sản xuất điện năng từ các dạng năng lượng khác nhau nh­: nhiệt năng, thuỷ năng, năng lượng hạt nhân … I-2 Đặc điểm của hộ tiêu thụ điện Hộ tiêu thụ điên là thành phần quan trọng của hệ thống cung cấp điện. Tuỳ theo mức độ quan trọng mà hộ tiêu thụ được phân làm ba loại. 1.Hé tiêu thụ loại 1: Là hộ tiêu thụ mà khi ngõng cung cấp điện sẽ dẫn đến nguy hiểm tính mạng con người, gây thiệt hại lớn vÒ kinh tế(nh­ háng máy móc, thiết bị gây ra hàng loạt phế phẩm ), ảnh hưởng đến chính trị , Quốc phòng… Có thể lấy ví dụ các hộ tiêu thụ loại một nhà máy hoá chất bến cảng, văn phòng chính phủ, Quốc hội, phòng mổ bệnh viện, lò luyện thép, hệ thống ra đa quân sự, trung tâm máy tính… Đối với hộ tiêu thụ loại 1 phải được cung cấp Ýt nhất từ hai nguồn độc lập hoặc phải có nguồn dự phòng nóng. 2. Hộ tiêu thụ loại 2: Là hộ tiêu thụ mà khi ngừng cấp điện sẽ gây ra thiệt hại lớn về kinh tế háng hóc một số bộ phận máy móc , thiết bị gâp ra phế phẩm ngừng trệ sản xuất. Ví dụ các hộ tiêu thụ loại 2 nh­ nhà máy cơ khí , nhà máy thực phÈm, khách sạn lớn, trạm bơm tưới tiêu… Cung cấp điện cho hộ loại 2 thường có thêm nguồn dự phòng. Nhưng phải so sánh giữa vốn đầu tư cho nguồn dự phòng và hiệu qủa kinh tế do không bị ngừng cung cấp điện. 3. Hộ tiêu thụ loại 3: là những hộ tiêu thụ còn lại nh­ khu dân cư, trường học, phân xưởng phụ, nhà kho cuả các nhà máy… Đối với các hộ tiêu thụ loại 3 cho phép mất điện trong một thời gian ngắn, để sửa chữa khắc phục các sự cố. Trong thực tế tuỳ theo tầm quan trọng của hộ tiêu thụ được xét với các hộ còn lại. Mặt khác trong một nhà máy, một khu dân cư… có nhiều hộ tiêu thụ nằm xen kẽ nhau, vì vậy hệ thống cung cấp điện phải đảm bảo việc cung cấp điện được an toàn, tin cậy và linh hoạt I-3 Những yêu cầu khi thiết kế cung cấp điện. 1. Độ tin cậy cấp điện. Mức độ đảm bảo liên tục cÊp điện tuỳ thuộc vào tính chất yêu cầu của phụ tải. Đối với các họ loaị 1 phải đảm bảo liên tục cấp điện ở mức cao nhất, nghĩa là trong bất kì tinh huống nào cũng không để mất điện Những đối tượng nhà máy, xí nghiệp, tổ hợp sản xuất tốt nhất là đặt máy dự phòng, khi mất điện sẽ dùng máy phát cấp điện cho những phụ tải quan trong nh­ lò, phân xưởng sản xuất chính… Khách sạn cũng nên đặt máy dự phòng. 2. Chất lượng điện. Chất lượng điện được đánh giá qua 2 chỉ tiêu là tần số và điện áp. Chỉ tiêu tần số do cơ quan điều chỉnh hệ thống điện quốc gia điều chỉnh chỉ những hộ tiêu thụ lớn (hàng chục MW chở lên) mới quan tâm đến chế độ vận hành của mình sao cho hợp lý để góp phần ổn định tần số của hệ thống điện. Vì vậy việc thiết kế cung cấp điện thường chỉ quan tâm bảo đảm chất lượng điện áp. Nói chung điện áp ở lưới chung áp và hạ áp cho phép dao động quanh giá trị 5% điện áp định mức. Đối với những phụ tải có yêu cầu cao về chất lượng điện nh­ nhà máy hoá chất, điện tử, cơ khí chính xác… điện áp chỉ cho phép dao động trong khoảng 2,5% điện áp định mức. 3. An toàn cấp điện. Hệ thống cung cấp điện phải được vận hành an toàn đối với người và thiết bị. Muốn đạt được yêu cầu đó, người thiết kế phải chon sơ đồ cung cấp hợp lý, rõ ràng, mạch lạc để tránh nhầm lẫn trong vận hành. Các thiết bị phải đúng chủng loại đúng công suất. Công việc vận hành, quản lý hệ thống điện phải tuyệt đối chấp hành những quy định về an toàn điện. 4. Kinh tế. Trong quá trình thiết kế hệ thống cung cấp điện thường có nhiều phương án, vì vậy ta phải tiến hành so sánh các phương án để vừa đảm bảo được các chỉ tiêu kĩ thuật vừa đảm bảo về kinh tế. Nh­ cấp điện cho một xí nghiệp có nên đặt máy phát dự phòng hay không, dẫn điện bằng dây trên không hay dây cáp… Phương án kinh tế không phải là phương án có đầu tư Ýt nhất mà là phương án tổng hoà của 2 đại lượng vốn đầu tư và chi phí vận hành sao cho thời hạn thu hồi vốn đầu tư sớm nhất. Phương án lùa chọn phải là phương án tối ưu. Chương II:THIẾT KẾ CẤP ĐIỆN CHO MỘT XƯỞNG SỬA CHỮA CƠ KHÍ II-1: Nội dung bản thiết kế 1 Xác định phụ tải tính toán xưởng 2. Vạch sơ đồ cấp điện 3. Lùa chọn và kiểm tra các phần tử trên sơ đồ. 4. Tính toán chiếu sáng phân xưởng 5. Tính toán công suất phản kháng, nâng cao hệ số công suất Bảng các thiết bị của phân xưởn Sè thứ tự Tên máy Số lượng Loại Công suất KW Bộ phận máy 1 Máy cưa kiểu đại 1 8351 1 2 Khoan bàn 2 NC12A 0.65 5 Máy mài thô 1 PA427 2.8 6 Máy khoan đứng 1 2A125 4.5 7 Máy bào ngang 1 736 4.5 8 Máy xọc 1 7A420 2.8 9 Máy mài tròn vạn năng 1 3A130 4.5 10 Máy phay răng 1 5D32t 4.5 11 Máy phay vạn năng 1 5M82 7 12 Máy tiện ren 1 1A62 8.1 13 Máy tiện ren 1 IX62 10 14 Máy tiện ren 1 123 14 15 Máy tiện ren 1 1616 4.5 16 Máy tiện ren 1 1D63A 10 17 Máy tiẹn ren 1 136A 20 BỘ PHẬN LẮP RÁP 18 Máy khoan đứng 1 2118 0.85 19 Cầu trục 1 XH204 24.2 22 Máy khoan bàn 1 HC12A 0.85 26 Bể dầu tăng nhiệt 1 8.5 27 Máy cạo 1 1 30 Máy mài thô 1 3M634 2.8 BỘ PHẬN HÀN HƠI 31 Máy ren cắt liên hợp 1 HB31 1.7 33 Máy mài phá 1 3M634 2.8 34 Quạt lò rèn 1 1.5 38 Máy khoan đứng 1 2118 0.85 BỘ PHẬN SỬA CHỮA ĐIỆN 41 Bể ngâm dung dịch kiềm 1 3 42 Bể ngâm nước nóng 1 4 43 Máy cuốn dây 1 1.2 47 Máy cuốn dây 1 1 48 Bể ngâm có tăng nhiệt 1 4 49 Tủ sấy 1 3 50 Máy khoan bàn 1 0.65 52 Máy mài thô 1 HC12A 2.8 53 Bàn thử nghiệm thiết bị điện 1 3M634 7 BỘ PHẬN ĐÚC ĐỒNG 1 55 Bể khử dầu mỏ 1 4 56 Lò điện để luyện khuôn 1 3 57 Lò diện để nấu chảy babit 1 10 58 Lò điện mạ thiếc 1 3.3 60 Quạt lò đúc đồng 1 1.5 62 Máy khoan bàn 1 NC12A 0.65 64 Máy uốn các tấm mỏng 1 C237 1.7 65 Máy rài phá 1 3A634 2.8 66 Máy hàn điểm 1 MTP 25KVA 69 chỉnh lưu salenium 1 BCA5M 0.6 II-2: Thiết kế cấp điện II-2-1. Xác định phụ tải tính toán của phân xưởng Căn cứ vào vị trí, công suất của máy móc, công cụ, bố trí trên mặt bằng phân xưởng quyết định phân làm 5 nhóm phụ tải Ở đây ta có thể xác định phụ tải tính toán theo công suất trung bình vầ hệ số cực đại.Tra bảng với nhóm cơ khí ta có: Ksd =0,16; cosj=0,6 1. Phụ tải tính toán theo công suất trung bình Với một động cơ : Ptt = Pđm Với nhóm động cơ n3: Ptt= Pđmi Với nhóm động cơ n4: Ptt=Kmax.KsdPđmi Ksd: hệ số sử dụng của nhóm thiết bị (tra sổ tay) Kmax: hệ số cực đại , tra đồ thị hoặc tra bảng theo hai đại lượng Ksd và nhq Nhq :số thiết bị dùng hiệu quả - Trình tù xác dịnh nhq như sau : + Xác định n1 - Sè thiết bị có công suât lớn hơn hay bằng một nửa công suất của thiết bị có công suất lớn nhất + Xác định P1 - Công suất của thiết trên : P1= Pđmi + Xác định n*=; P* = ; PS = Pđmi Trong đó : n-là tổng số thiết bị trong nhóm PS- là công suất của nhóm + Từ n* , P* tra bảng được n*hq  + Xác định nhq : nhq = n. n*hq Tra bảng Kmax chỉ bắt đầu từ nhq= 4 trở lên. Khi nhq<4 phụ tải tính toán theo công thức: Ptt= Kti.Pđmi Trong đó : Kti - là hệ số tải, có thể láy gần đúng nh­ sau: Kti = 0,9 với thiết bị làm việc ở chế độ dài hạn Kti = 0,75 với thiêt bị làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại - Nếu trong nhóm có thiết bị làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại thì phải quy đổi về chế độ dài hạn trước khi xác định nhq Pqđ = Pđm Kđ%- hệ số đóng điện phần trăm - Còng phải quy đổi công suất 3 pha về các thiết bị dùng điện 1 pha Thiết bị đấu vào điên áp pha Pqđ = 3 Pđm Thiết bị đấu vào điện áp dây Pqđ = Pđm Phụ tải chiếu sáng tính theo công thức Pcs = P0 . S Trong đó : Pcs - là công suất chiếu sáng P0 - công suất chiếu sáng trên một đơn vị diện tích (W/m2) S- là diện tích cần được chiếu sáng - Phô tải tính toán của toàn phân xưởng có n nhóm thiết bị : Pttpx = Kđt. Qttpx = Kđt. Sttpx = Kđt. Trong đó : Pttpx- là công suất tính toán toàn phân xưởng Qttpx- là công suất phản kháng tính toán toàn phân xưởng Sttpx- là công suất tính toán toàn phần của phân xưởng Kđt – hệ số cồng thời cuẩ phân xưởng 2. Tính toán phụ tải của từng nhóm phụ tải trong phân xưởng a) Phụ tải tính toán nhóm mét Số liệu tính toán nhóm 1 Thứ tù Tên thiết bị Số lượng Ký hiệu trên mặt bằng Pđm, (KW) Iđm, (A) 1 Máy cưa dài 1 1 1 2,53 2 Máy khoan bàn 2 2 2. 0,65 2.1,65 5 Máy mài thô 1 5 2,3 5,82 6 Máy khoan đứng 1 6 4,5 11,39 7 Máy bào ngang 1 7 4,5 11,39 8 Máy xọc 1 8 2,8 7,09 Ta có : n=7, n1= 4 n* = = = 0,57 P*= = Tra bảng được nhq= 0,69´ 7 Tra bảng với Ksd= 0,16 ; nhq = 5 ta được Kmax= 2,87 Phụ tải tính toán của nhóm 1: Ptt= Kmax . KsdPđmi = 2,87.1,33.16,4 = 7,53(KW) Qtt = Ptt . tgj = 7,53. 1,33=10,04 (KVAr) Stt = (KVA) b) Phụ tải tính toán nhóm 2 TT Tên thiết bị Số lượng Ký hiệu Pđm, (KW) Idm,A 1 Máy mài tròn vạn năng 1 9 4,5 11,39 2 Máy phay vạn năng 1 10 4,5 11,39 3 Máy phay vạn năng 1 11 7 17,7 4 Máy tiện ren 1 12 8,1 20,5 5 Máy tiện ren 1 13 10 25,32 6 Máy tiện ren 1 14 14 35,5 7 Máy tiện ren 1 15 4,5 11,39 8 Máy tiện ren 1 16 10 25,32 9 Máy tiện đứng 1 18 0,85 2,152 Tổng 9 63,45 160,662 Ta có: n=9,n1=5 n*= P*= Với n* và P* tra bảng ta có n*hq=0,82 nhq=n*hq.n=0,82.9=7 Tra bảng với Ksd=0,16 và nhq=7 được Kmax=2,48 Phụ tải tính toán nhóm 2: Ptt=Kmax.Ksd.Pđmi =2,48.0,16.63,45=25,18(KW) Qtt=ptt.tgj=25,18.1,33=33,57(KVA) Stt===41,96(KVA) C, Phụ tải tính toán nhóm 3: Tên thiết bị Số lượng kí hiệu PdmKw Idm,A Máy tiện ren 1 17 20 50,64 Cầu trục 1 19 24,2 61,28 Máy khoan bàn 1 22 0,85 2,152 Bể dầu tăng nhiệt 1 26 2,5 6,33 Máy cạo 1 27 1 2,53 Máy mài thô 1 30 1,7 7,09 Máy nén cắt liên hợp 1 31 1,7 4,305 Máy mài phá 1 33 2,8 7,09 Quạt lò rèn 1 34 1,5 3,987 Máy khoan đứng 1 38 0,85 2,152 Tổng 10 58,2 Ta có:n=10,n1=2 n*===0,2 P*===0,76 Từ n* và P* tra bảng ta được n*hd=0,33 nhq=0,33.10=3,34 Tra bảng với Ksd=0,16,nhq=4Kmax=2,48 Ptt=Kmax.Ksd.Pđmi =2,48.0,16.58,2=23,1(KW) Qtt=Ptt.tgj =23,1.1,33=30,08(KVAr) Stt= D,Phụ tải tính toán nhóm 4: Tên thiết bị Số lượng vị trí Pdm,(KW) Idm(A) Bể ngâm dng dịch kiềm 1 41 3 7,6 Bể ngâm nước nóng 1 42 4 10,13 Máy cuốn giấy 1 46 1,2 3,04 Máy cuốn giấy 1 47 1 2,53 Bể ngâm có tăng nhiệt 1 48 4 10,13 Tủ sấy 1 49 3 7,6 Máy khoan bàn 1 50 0,65 1,65 Máy mài thô 1 52 5,8 7,09 Bàn thử nghiệmTBD 1 53 7 17,73 Tổng 10 27,52 69,02 n=10,n1=3n*==0,3 P*==0,55 Từ n* và P* tra bảng được n*hq =0,73 nhq =0,73.10=7,37 Từ nhq =7,Ksd=0,16tra bảng được Kmax=2,48 Ptt=Kmax.Ksd.Pđmi =2,48.0,16.27,25=10,81(KW) Qtt=Ptt.tgj =10,81.1,33=14,38(KVA) E,Phụ tải tính toán nhóm 5 Tên thiết bị Số lượng vị trí Pđm,(KW) Iđm(A) Bể khử dầu mỡ 1 55 4 10,13 Lò điện luyện khuôn 1 56 3 7,6 Lò nấu chảy babit 1 56 10 25,32 Lò điện mạ thiếc 1 58 3,5 6,33 Quạt lò đúc đồng 1 60 1,5 3,8 Máy khoan bàn 1 62 0,65 1,65 Máy uốn các tấm máng 1 64 1,7 4,305 Máy mài phá 1 65 2,8 7,09 Máy hàn điểm 1 66 13 32,92 Tổng 9 40,15 99,15 n=9,n1=2n*= P*= Tra bảng n*hq = 0,54 nhq = 0,54.9 5 Với nhq =5 ;Ksd = 0,16tra bảng được Kmax=2,87 Ptt = Kmax.Ksd.pđmi = 2,87.0,16.40,15=18,44(KW) Qtt = Ptt.tgj = 18,44.1,33 = 24,53(KVAr) Stt = 3,Phô tải tính toán phân xưởng + Công suất tính toán của xưởng: Px= Kđt = 0,85(7,53+25,18+23,1+10,8+18,44) =85,05 (KW) + Công suất phản kháng của xưởng: Qx= Px.tgj = 85,05.1,33 = 113 (KVAr) 4,Phô tải chiếu sáng của xưởng + lấy suất chiếu sáng chung cho xưởng là Po=12W/m2 Pcs= Po.S =12(50.20) = 12 (KW) Vì chiếu sáng dùng bóng toả nhiệt nên cosj = 1®Qcs=0 5,Phô tải toàn phần của xưởng Sx= = = 148,92 (KVA) II-2-2. Sơ đồ cấp điện II-2-2. Sơ đồ cấp điện \ II-2-3. Lùa chọn các phần tử trong hệ thống cấp điện của xưởng II-2-3-1. Lùa chọn máy biến áp Trong sơ đồ cấp điện máy biến áp có vai trò rất quan trọng làm nhiệm vụ biến đổi điện áp và truyền tải công suất. Trong phân xưởng ta đặt một máy biến áp nên ta chon máy biến áp có dung lượng : SđmB ³ Sttx Vì vậy dung lượng của máy biến áp là: SđmB ³ 148,92 (KVA) Chọn máy biên áp có dung lượng: SđmB = 160 (KVA) II-2-3-2. Lùa chọn máy cắt điện Máy cắt điện là thiết bị đóng cắt mạch điện cao áp (trên 1000V). Ngoài chức năng đóng cắt mạch điện phụ tải phục vụ cho công tác vận hành, máy cắt còn có chức năng cắt dòng ngắn mạch để bảo vệ các phần tử của hệ thống điện. Máy cắt phụ tải bao gồm dao cắt phụ tải dùng kết hợp với cầu chì, trong đó dao cắt phụ tải dùng để đóng cắt dòng phụ tải còn cầu chì để cắt dòng ngắn mạch * Các điều kiện chọn và kiểm tra máy cắt : - Điện áp định mức (KV): UđmMC ³ UđmLĐ - Dòng điện định mức(A): IđmMC ³ Icb - Dòng cắt định mức : Icđm ³ I”n - Công suất định mức : SCđm ³ S”N - Dòng điện ổn định định mức : Iôđ đm ³ Ixk - Dòng điện ổn định nhiệt: Iôđ đm ³ I¥ Trong đó: UđmMC : Điện áp định mức của máy cắt UđmLĐ: điện áp định mức của lưới điện IđmMC : Dòng điện định mức của máy Icb : Dòng điện cưỡng bức, nghĩa là dòng điện lớn nhất đi qua máy cắt I”n: Dòng ngắn mạch siêu quá độ I¥ : Dòng ngắn mạch vô công Ixk : Dòng điện xung kích, là trị số tức thời lớn nhất của dòng ngắn mạch ; Ixk = 1,8IN S” : Công suất ngắn mạch tqđ : thời gian quy đổi tnhđm :thời gian ổn định nhiệt định mức II-2-3-3: Lùa chọ áptômát Áptômát là thiết bị đóng cắt hạ áp có chức năng bảo vệ quá tải và ngắn mạch. Có ưu điểm là khả năng làm việc chắc chắn, tin cậy, an toàn, đóng cắt đồng thời 3 pha và có khả năng tự động hoá cao nên áptômát mặc dù có gái trị đắt hơn vẫn ngày càng được sử dụng rộng rãi trong lưới điện hạ áp công nghiệp. Áptômát có nhiều loại: 1 pha, 2 pha, 3 pha,ngoài ra còn có áptômát chống giật… Áptômát được chọn theo 3 điều kiện: UđmA ³ UđmLĐ IđmA ³ Itt IcđmA ³ IN Trong hệ thống cấp điện của xưởng ta chọn : - Áptômát đầu nguồn đặt tại trạm biến áp loại A3140 có Uđm =500V, Iđm = 300A, Igh cắt = 25 (kA) - Áptômát đặt tại tủ phân phối (PP) nh­ đặt tại đầu nguồn, loại A3140 - 6 nhánh ra của tủ PP chọn áptômát loại A3120 có Uđm = 500V, IđmA = 100A, Igh cắt = 15(kA) II-2-3-4 Lùa chọn cầu chì Cầu chì là một phần tử trong hệ thống cung cấp điện có tác dụng cắt đứt mạch điện khi có dòng điện vượt quá trị sè cho phép đi qua. Vì thế chức năng của cầu chì là bảo vệ ngắn mạch và quá tải Năm nhóm phụ tải được cấp điện từ 5 tủ động lực. Các tủ động lực đều chọn tủ do Liên Xô chế tạo. Đầu vào cầu dao- cầu chì 400A, 8 đầu ra 100A Lùa chọn cầu chì bảo vệ cho tủ động lực Cầu chì nhánh cấp điện cho một động cơ chọn theo hai điều kiện: Idc ³ IđmĐ Idc ³ Trong đó: Imm: dòng điện mở máy Kmm : hệ số mở máy của động cơ, ở đây lâý Kmm = 5 a : hệ số của động cơ, ở đây lấy a= 2,5 Cầu chì nhánh cấp cho 2,3 động cơ chọn theo 2 điều kiện: Idc ³ IđmĐi Idc ³ Cầu chì tổng bảo vệ cho cả nhóm động cơ được chọn theo 3 điều kiện: Idc ³ Itt nhóm Idc ³ Điều kiện thứ 3 là điều kiện chọn lọc: Idc của cầu chì tổng phải lớn hơn Ýt nhất là gấp 2 so với Idc của cầu chì nhánh lớn nhất Chọn cầu chì bảo vệ cho ĐL-1 - Cầu chì bảo vệ máy cưa kiểu đại Idc ³ Iđm =2,35A Idc ³ (A) Chọn Idc = 30A - Cầu chì bảo vệ máy khoan bàn 0,65KW Idc ³ Iđm = 1,65A Idc (A) Chọn Idc = 30A -Cầu chì bảo vệ máy mài thô2,3KW Idc ³ Iđm = 5,82(A) Idc (A) Chọn Idc = 30A - Cầu chì bảo vệ máy khoan đứng 4,5KW Idc ³ Iđm = 11,39 (A) Idc (A) Chọn Idc = 30A - Cầu chì bảo vệ máy bào ngang 4,5 KW Idc ³ Iđm = 11,39 (A) Idc = (A) Chọn Idc = 30A - Cầu chì bảo vệ máy xọc 2,8 KW Idc ³ Iđm = 7,09 (A) Idc = (A) Chọn Idc = 30A - Cầu chì tổng ĐL1: Idc ³ Itt nhóm = 19,09 Idc Chọn Idc = 200A b) Chọn cầu chì bảo vệ tủ ĐL2: -Cầu chì bảo vệ máy tròn vạn năng 4,5KW Idc ³ Iđm =11,39(A) Idc = Chọn Idc =40(A) - Cầu chì bảo vệ máy phay răng 4,5KW Idc ³ Iđm =11,39(A) Idc Chọn Idc = 40(A) - Cầu chì bảo vệ máy phay vạn năng 7KW Idc ³ Iđm =17,7(A) Idc Chọn Idc = 50(A) - Cầu chì bảo vệ máy tiện ren 8,1KW Idc ³ Iđm =20,5(A) Idc Chọn Idc =60(A) - Cầu chì bảo vệ máy tiện ren 10 KW Idc ³ Iđm =25,32(A) Idc Chọn Idc =60(A) - Cầu chì bảo vệ máy tiện ren 14KW Idc ³ Iđm =35,5(A) Idc Chọn Idc =100(A) - Cầu chì bảo vệ máy tiện ren 4,5KW Idc ³ Iđm =11,39(A) Idc Chọn Idc =30(A) - Cầu chì bảo vệ máy tiện ren10 KW Idc ³ Iđm = 25,32 (A) Idc Chọn Idc = 60A - Cầu chì bảo vệ máy khoan đứng 0,85 KW Idc ³ Iđm = 2,152 (A) Idc Chọn dây chảy có Idc = 30 (A) ® Cầu chì bảo vệ tủ ĐL2 Idc ³ IttĐL2 = 63,75 (A) Idc Chọn dây chảy có Idc = 200(A) Chọn cầu chì bảo vệ tủ ĐL3 - Cầu chì bảo vệ máy tiện ren 20 KW Idc ³ Iđm = 50,64 (A) Idc Chọn dây chảy có Idc = 150 (A) - Cầu chì bảo vệ máy Cẩu trục 24,2KW Idc ³ Iđm = 61,28 (A) Idc Chọn dây chảy có Idc = 150 (A) - Cầu chì bảo vệ máy khoan bàn 0,85 KW Idc ³ Iđm = 2.152 (A) Idc Chọn dây chảy có Idc = 30 (A) - Cầu chì bảo vệ bể dầu tăng nhiệt 2,5 KW Idc ³ Iđm = 6,33 (A) Idc Chọn dây chảy có Idc = 30 (A) - Cầu chì bảo vệ máy cạo 1KW Idc ³ Iđm = 2,53 (A) Idc Chọn dây chảy có Idc = 30 (A) - Cầu chì bảo vệ máy mài thô 2,8 KW Idc ³ Iđm = 7,09 (A) Idc Chọn dây chảy có Idc = 30 (A) - Cầu chì bảo vệ máy nén cắt liên hợp 1,7KW Idc ³ Iđm = 4.305 (A) Idc Chọn dây chảy có Idc = 30 (A) - Cầu chì bảo vệ máy mài phá 2,8 KW Idc ³ Iđm = 7,09 (A) Idc Chọn dây chảy có Idc = 30 (A) - Cầu chì bảo vệ quạt lò rèn 1,5KW Idc ³ Iđm = 3,798 (A) Idc Chọn dây chảy có Idc = 30 (A) - Cầu chì bảo vệ máy khoan đứng0,85 KW Idc ³ Iđm = 2,152 (A) Idc Chọn dây chảy có Idc = 30 (A) *Cầu chì bảo vệ tủ ĐL3: Idc ³ IttĐL2 = 58,49 (A) Idc Chọn dây chảy bảo vệ tủ ĐL1 có Idc = 200(A) Chọn cầu chì bảo vệ tủ ĐL4 - Cầu chì bảo vệ bể ngâm dung dịch kiềm 3 KW Idc ³ Iđm = 7,16 (A) Idc Chọn dây chảy có Idc = 30 (A) - Cầu chì bảo vệ bể ngâm nước nóng 4 KW Idc ³ Iđm = 10,13 (A) Idc Chọn dây chảy có Idc = 30 (A) - Cầu chì bảo vệ máy cuộn dây1,2 KW Idc ³ Iđm = 3,04 (A) Idc Chọn dây chảy có Idc = 30 (A) - Cầu chì bảo vệ máy cuộn dây 1 KW Idc ³ Iđm = 6,33 (A) Idc Chọn dây chảy có Idc = 30 (A) - Cầu chì bảo vệ bể ngâm có tăng nhiệt 4KW Idc ³ Iđm = 10,13 (A) Idc Chọn dây chảy có Idc = 30 (A) - Cầu chì bảo vệ tủ sấy3 KW Idc ³ Iđm = 7,6 (A) Idc Chọn dây chảy có Idc = 30 (A) - Cầu chì bảo vệ máy khoan bàn 0,65KW Idc ³ Iđm = 1,65 (A) Idc Chọn dây chảy có Idc = 30 (A) - Cầu chì bảo vệ máy mài thô 2,8KW Idc ³ Iđm = 7,09 (A) Idc Chọn dây chảy có Idc = 30 (A) - Cầu chì bảo vệ bàn thử nghiệm thiết bị điện 7KW Idc ³ Iđm = 17,13 (A) Idc Chọn dây chảy có Idc = 40 (A) - Cầu chì bảo vệ chỉnh lưu Selenium0,6 KW Idc ³ Iđm = 1,52 (A) Idc Chọn dây chảy có Idc = 30 (A) *Cầu chì bảo vệ tủ ĐL4: Idc ³ IttĐL2 = 27,33 (A) Idc Chọn dây chảy bảo vệ tủ ĐL1 có Idc = 200(A) e) Chọn cầu chì bảo vệ tủ ĐL5 - Cầu chì bảo vệ bể khử dầu mỡ 4KW Idc ³ Iđm = 10,13 (A) Idc Chọn dây chảy có Idc = 30 (A) - Cầu chì bảo vệ lò luyện khuôn 3 KW Idc ³ Iđm = 7,6 (A) Idc Chọn dây chảy có Idc = 30 (A) - Cầu chì bảo vệ lò nấu chảyBabit 10 KW Idc ³ Iđm = 25,32(A) Idc Chọn dây chảy có Idc = 60 (A) - Cầu chì bảo vệ lò diện mạ thiếc 3,5 KW Idc ³ Iđm = 6,33 (A) Idc Chọn dây chảy có Idc = 30 (A) - Cầu chì bảo vệ quạt lò đúc đồng 1,5KW Idc ³ Iđm = 3,8 (A) Idc Chọn dây chảy có Idc = 30 (A) - Cầu chì bảo vệ máy khoan bàn 0,65 KW Idc ³ Iđm = 1,65 (A) Idc Chọn dây chảy có Idc = 30 (A) - Cầu chì bảo vệ máy uốn các tấm mỏng 1,7KW Idc ³ Iđm = 4.305 (A) Idc Chọn dây chảy có Idc = 30 (A) - Cầu chì bảo vệ máy mài phá 2,8 KW Idc ³ Iđm = 7,09 (A) Idc Chọn dây chảy có Idc = 30 (A) - Cầu chì bảo vệ máy hàn điểm 13 KW Idc ³ Iđm = 32,92 (A) Idc Chọn dây chảy có Idc = 80 (A) *Cầu chì bảo vệ tủ ĐL5: Idc ³ IttĐL2 = 46,63 (A) Idc Chọn dây chảy bảo vệ tủ ĐL1 có Idc = 200(A) II-2-3-5 :Lùa chọn dây dẫn và cáp *Điều kiện để chọn dây dẫn: DUbt £ DUbtcp DUsc £ DUsccp Isc £ Icp Trong đó: DUbt , DUsc : là tổn thất điện áp lúc đường dây làm việc bình thường và khi đường dây có sự cố nặng nề nhất DUbtcp , DUsccp: trị sè DU cho phép lúc bình thường và sự cố * Dây dẫn và cáp hạ áp còn được chọn theo điều kiện phát nóng k1k2Icp ³ Itt Trong đó : k1- hệ số kể đến môi trường đặt cáp k2 - hệ số hiệu chỉnh theo số lượng cáp đặt trong cùng rãnh Icp – dòng điện lâu dài cho phép của dây dẫn định chọn * Điều kiện kiểm tra dây dẫn sau khi chọn Nếu bảo vệ bằng cầu chì Icp Với mạng động lực a = 3 Với mạng sinh hoạt a = 0,8 Nếu bảo vệ bằng áptômát Icp Icp Ikđ nhiệt, Ikđ điện từ – dòng khởi động của bộ phận cắt mạch điện bằng nhiệt hoặc bằng điện từ của áptômát -Nh­ vậy ta chọn cáp từ TBA về tủ PP của xưởng: Ix = Chọn cáp đồng 4 lõi cách điện cao su có vỏ thép tiết diện 70m2 ,có Icp = 260 A - Chọn cáp từ tủ PP đến các tủ ĐL +Cáp từ tủ PP đến tủ ĐL1: khcIcp ³ Itt = 19,06A khcIcp ³ Vì cáp chôn dưới đất riêng từng tuyến khc=1 Kết hợp hai điều kiện chon cáp lõi đồng bốn lõi tiết diện 10mm2có Icp= 85A Các tuyến cáp từ tủ PP đến các tủ ĐL còn lại được chọn tương tự ta được bảng kết quả: Tuyến cáp Itt, A Fcáp , mm2 Icp, A PP-ĐL1 19,06 10 85 PP-ĐL2 63,75 10 85 PP-ĐL3 58,49 10 85 PP-ĐL4 27,37 10 85 PP-ĐL5 46,63 10 85 II-2-4: Nâng cao hệ số công suất cosj cho xưởng + Lí do cần nâng cao hệ số công suất cosj: Trong thực tế người ta dung khái niệm hệ số công suất cosj thay cho góc giữa P và S (j). Khi cosj càng nhỏ (tức j càng lớn) thì lượng công suất phản kháng tiêu thụ càng lớn và công suất tiêu thụ càng nhỏ, ngược lại cosj càng lớn(tức j càng nhá ) thì lượng Q tiêu thụ càng lớn Lượng Q truyền tải trên lưới điện cấp cấp từ nhà máy điện đến các hộ tiêu thụ càng lớn càng gây tổn thất lớn trên lưới điện. Các xí nghiệp công nghiệp sử dụng công suất đồng bộ ba pha, thương xuyên non tải hoặc không tải tiêu thụ lượng Q rất lớn, cosj thấp, ví dụ các xí nghiệp cơ khí có cosj = 0,5¸0,6. Lượng Q mà các xí nghiệp công nghiệp tiêu thụ chiếm khoảng 65%¸70% tổng công suất phát ra từ các nhà máy điện. + Các biện pháp làm tăng hệ số công suất(cosj) 1, Làm giảm tổn thất điện áp trên lưới điện Giả thiết công suất tác dụng không đổ, cosj của các xí nghiệp tăng từ cosj1 đến cosj2 nghĩa là công suất phản kháng truyền tải giảm từ Q1 xuống Q2, khi đó do Q1 > Q2 DU1 = DU2 2,Làm giảm tổn thất trên lưới điện D = 3, Làm giảm tổn thất điện năng trên lưới DA1R = Nhận thấy và DA giảm với tỉ lệ bình phương lượng giảm Q . + Lùa chọn bộ bù cho nâng cao cosj cho xưởng cơ khí : Công suất tính toán của xưởng là : Sx = Px + jQx= (80,05+12) + j113 (kVA) Hệ số công suất của xưởng trước khi đặt bù : cosj1 = Công suất bộ bù cần đặt để nâng hệ số công suất từ cosj1 = 0,62 lên cosj2 =0,95 là: Qb = PX(tgj1 - tgj2) Ta có: tgj1 = tgj2 = 0,33 Þ Qb = 92,05(1,23-0.33) = 82,85 kVAr Công suất tinh toán toàn phần của xưởng sau khi bu là: Sx = Nh­ vậy néu không đặt tụ bù thì ta phải đặt máy biến áp có dung lượng 160 kVA nhưng sau khi đặt tụ bù ta chỉ chon đặt máy 120 kVA II.2.5 : Chọn máy phát điện dự phòng: Máy phát điện dự phòng đóng vai trò quan trọng như một nguồn cung cấp điện riêng biệt, độc lập. Xưởng sửa chữa cơ khí thuộc họ tiêu thụ loại hai nên việc có đặt máy phát dự phòng là cần thiết bởi theo nền kinh tế thi trường như hiện nay nếu mất điện quá lâu sẽ ảnh hưởng nghiêm trọng đến lợi Ých kinh tế, cũng như uy tín đảm bảo hoàn thành đúng tiến độ công việc theo như hợp đồng. Cùng với tầm quan trọng của nó thì việc đưa nguồn dự phòng vào làm việc càng sớm càng tốt bởi vậy việc tự động hoá nguồn điện dự phòng điêzen là yêu cầu cần thiết. 1. Những yêu cầu khi thực hiện tự động hoá nguồn điêzen a) Khi mất điện lưới vì bất kì lÝ do gì thì phải khởi động điêzen b) Khi có điện lưới trở lại thì phải tự động dừng điêzen c) khi mất điện lưới lâu dài, xét thấy vận hành nguồn điêzen không kinh tế và do nhu cầu sản xuất chỉ cần giải quyết xong một công việc nào đó, chỉ cần vận hành điêzen trong một thời gian ngắn sau đó tự động dừng điêzen. 2. Những yêu cầu để đảm bảo an toàn cho điêzen và máy phát điện trong quá trình vận hành : a) Điêzen chỉ khởi động 1 đến 3 lần cho mỗi lần mất điện nếu sau ba lần khởi động mà không thành công thì không khởi động nữa. b) Khi có dao động điện áp lưới hoặc điện áp lưới chập chờn trong trường hợp này cần có thiết bị ngăn ngõa điêzen khởi động nhiều lần có hại cho điêzen. c) Khi mất áp lực dầu bôi trơn, mất áp lực nước làm mát, nhiệt độ dầu bôi trơn, nhiệt độ nước làm mát quá mức cho phép phải dừng điêzen. d) Các điêzen là những động cơ 2 kỳ nên có lắp bánh đà, do vậy sau khi dừng điêzen thường sau một hoảng thời gian ngắn nhất định mới dừng hẳn. Trong thì gian điêzen chưa dừng hẳn mà phát tín hiệu khởi động lại điêzen, bộ ly hợp bánh răng khởi động sẽ lao vào vỡ bánh răng ở bánh đà, phá háng phần khởi động. Vì vậy chỉ khởi động lại điêzen khi điêzen đã dừng hẳn. e) Sau khi điêzen đạt tốc độ định mức mà điện áp máy phát không đạt được điện áp tối thiểu cũng dừng điêzen. g) Khi máy phát đạt được gía trị định mức, liền sau đó cho tín hiệu chạy máy dầu bôi trơn, máy bơm nước làm mát nếu có. 3. Theo tính toán xưởng có công suất toàn phần Sx = 148,92kVA ta chọn máy phát điện loại có dung lượng 160 kVA. Chọn máy phát điện F.GWILSON do Anh sản xuất có dung lượng 160 kVA. * Giới thiệu về máy phát điện F.GWILSON - Máy phát điện F.GWILSON là loại máy phát điện chạy bằng nguồn nhiên liệu dầu điêzen. - Máy phát điện F.GWILSON được lắp ráp trên cơ sở động cơ PERKINS và máy phát STAMFORD của Anh. - Động cơ PERKINS: là động cơ diesel 4 kỳ, số xy lanh phù hợp với dải công suất, nạp khí kiểu tự nhiên turbo tăng áp và làm mát sau tăng áp. - Điều khiển động cơ kiểu cơ khí hoặc điện tử, với loại ta chọn là điều tốc động cơ kiểu điện tử. Hệ thống điều khiển dùng nguồn một chiều ắc qui 12V. - Máy phát STAMFORD: dùng loại không chổi than kích từ độc lập. Bằng máy phát xoay chiều nam châm vĩnh cửu( P.M.G ). Phương pháp quấn dây 2/3 bước cho phép giảm tối đa méo hình sin hàm bậc lẻ. Có 12 đầu dây ra cho phép có nhiều cách đấu và cho ra nhiều điện áp khác nhau. Cấp cách điện H chịu độ tăng nhiệt đến 125°C, cấp bảo vệ cơ học IP21. - Hệ thống làm mát kiểu nước tuần hoàn bằng quạt gió thổi qua két nước. Có bộ tăng nhiệt làm Êm nước làm mát khi nhiệt độ môi trường quá thấp. - Máy được lắp trên thân máy thông qua hệ cao su giảm chấn. Thùng dầu được thiết kế dưới thân máy có tác dụng chống dung, gọn và thuận tiện trong việc sử dụng. - Máy được sơn tĩnh điện và được nhiệt đới hoá phù hợp với khí hậu nóng Èm của vùng nhiệt đới. - Máy có vỏ cách âm. * Hệ thống điều khiển máy phát điện F.G WILSON: + Giới thiệu chung về hệ thống điều khiển: - Hệ thống điều khiển trang bị trên máy phát điện là loại điều khiển tự động, được thiết kÕ lắp đặt bên cạnh thân máy hoặc phía trước với chiều cao phù hợp cho người vận hành. - Hệ thống điều khiển tự động điều khiển hoạt động của máy phát và sử lý các thông số của hệ thống hiển thị các chức năng của máy phát điện. - Hệ thống điều khiển tự động cho phép máy phát tự khởi động khi có tín hiệu điều khiển. Hệ thống rất phù hợp với máy phát chạy dự phòng. * Hệ thống điều khiển gồm hai phần chính: + Bảng điều khiển: dùng để khởi động và dừng máy phát khi muốn dừng hay khởi động máy phát điện. - Mét màn hiển thị trên đó hiển thị các thông số và chế độ máy phát. - Mét đồng hồ Vôn kế. - Mét đồng hồ Ampe kế. - Mét đồng hồ chỉ tần số điện. - Mét đồng hồ báo giê máy. - Mét đồng hồ Vôn nạp ắc qui và 5 đèn báo lỗi. + Tủ áptômat: có chức năng bảo vệ máy phát ngắt tải ra khỏi máy phát khi quá tải hay ngắn mạch. * Mô tả chi tiết các thiết bị bên trong của bảng điều khiển: - Đồng hồ AC Volmeter: đồng hồ chỉ điện áp ra của máy phát điện (cả 3 pha). Mỗi chỉ số trên đồng hồ tuỳ thuộc vào cách đấu nối các đầu dây trong hộp Termnat box của đầu phát và vị trí của công tắc chuyển pha. Thông thường chỉ số giữa hai pha là 380V và giữa một pha với dây trung tính là 220V. - Đồng hồ AC Volmeter Swith: cho phép người đọc biết được điện áp ra của từng pha với trung tính hoặc pha với pha. - Đồng hồ AC Ampeter Seletor Swith: cho phép người vận hành đọc được dòng ra của từng pha. - Đồng hồ tần số kế: cho biết tần số của đầu ra máy phát điện. - Đồng hồ Hours run meter: chỉ tổng số giê chạy của máy. - Đồng hồ báo nhiệt độ của động cơ: thông thường khi máy phát điện hoạt động thì nhiệt độ trong động cơ khoảng 85°C. - Engine oil pressire: đồng hồ chỉ áp suất của nhít động cơ khi trục khuỷu động cơ bắt đầu quay. - Fault indicator lamps: các đèn báo lỗi. - Lamp test pushbutttom: nót kiểm tra hoạt động của đèn báo lỗi. - Control swith: nót điều khiển máy phát, có ba vị trí Run, Stop, Auto. - Emergency stop pusbuttom: nót dừng khẩn cấp. - Thermostar prehat buttom: nót khởi động máy7s để nóng sơ bộ giúp cho máy khởi động dễ dàng hơn. Phần II : THIẾT KẾ TÍNH CHỌN THIẾT BỊ TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN CHUYỂN ĐỔI NGUỒN ĐIỆN LƯỚI VÀ NGUỒN MÁY PHÁT CHƯƠNG I:GIỚI THIỆU CHUNG VỀ THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC (PROGAMMABLE LOGIC CONTROLLER) I.1 Khái niệm về PLC PLC viết tắt của cum từ "Progammable Logic Controller" được hiểu là bộ điều khiển có khả năng lập trình được. Nó chính là một máy tính công nghiệp để thực hiện một dãy quá trình sản xuất và thường được gắn ngay tại dây truyền sản xuất. Một cách hiểu khác thìa PLC là một thiết bị điều khiển được trang bị các chức năng logic, tạo cung , đếm thời gian, đếm xung và thực hiện nhiều phép tính kĩ thuật ứng dụng trong kĩ thuật điều khiển tự động hoá. Hiện nay, trên thế gới PLC được sản xuất rất đa dạng về chủng loại, do các hãng khác nhau sản xuất nh­ Mitsubishi, OMRON, Siements... I.1.1. Khả năng ứng dụng của PLC Bộ điều khiển lập trình PLC được ứng dụng rất rộng rãi trong các ngành công nghiệp đặc biệt là trong lĩnh vực điều khiển tự động như: - Tù động hoá quá trình cung cấp vật liệu cho quá trình sản xuất. - Tù động hoá các máy gia cong cơ khí nh­ khoan, tiện... - Tù động hoá quá trình lắp ráp các linh kiện điện tử. - Tù động hoá quá trình phân loại sản phẩm. - Điều khiển hệ thống trạm bơm. - Điều khiển các thiết bị thuỷ lực và nén khí. - Điều khiển các thiết bị nâng chuyển nh­ băng tải, cầu thang máy, cần cẩu. - Điều khiển rô-bốt... I.1.2. Đặc điểm quá trình tự động hoá dùng PLC Sử dông PLC trong tự động hoá các quá trình sản xuất có những ưu điểm sau: - Đấu nối với các thiết bị với PLC đơn giản, rút ngắn được thời gian lắp đặt công trình. - Dễ dàng thay đổi công nghệ còng nh­ nôi dung chương trình điều khiển. - Kết cấu mạch điện sử dụng PLC nhỏ gọn, giảm được kích thước định hình. - Dễ dàng thay đổi thiết kế nhờ phần mềm. - Ưng dụng điều khiển trong phạm vi rộng. - Sử lý sự cố dễ hơn và nhanh hơn. - Độ tin cậy cao. - Chuẩn hoá được phần cứng điều khiển. - Thích ứng trong môi trường khắc nghiệt: nhiệt độ, độ Èm, điện áp dao động, tiếng ồn. Tuy nhiên PLC cũng có một số nhược điểm sau: - Việc thiết kế, sửa chữa chương trình cho PLC đòi hỏi phải có đội ngò cán bộ hiểu biết về lĩnh vực tin học – cần phải có quá trình đào tạo. - Giá thành tương đối cao. I.2. Cấu trúc cơ bản và hoạt động của bộ điều khiển PLC I.2.1. Cấu trúc cơ bản của bộ điều khiển PLC PLC gồm ba khối chức năng cơ bản, đó là: - Bé sử lý trung tâm. - Bé nhí. - Khối vào /ra. Trạng thái ngõ vào của PLC được phát hiện và lưu vào bộ nhớ đệm. PLC thực hiện các lệnh logic trên trạng thái của chúng và thông qua trạng thái ngõ ra được cập nhật và lưu vào bộ nhớ đệm, sau đó trạng thái ngõ ra trong bộ nhớ đệm được dùng để đóng mở các tiếp điểm kích hoạt các thiết bị công tác. Như vậy, sự hoạt động của các thiết bị được điều khiển hoàn toàn tự động theo chương trình trong bộ nhớ. Chương trình được nạp vào PLC qua thiết bị lập trình chuyên dùng(vẽ hình 8-1). Ta sẽ nghiên cứu sơ lược các bộ phận chình này: a) Bộ xử lý trung tâm: Bộ xử lý trung tâm (CPU- Central processing Unit) điều khiển và quản lý tất cả hoạt động bên trong PLC. Việc trao đổi thôngt tin giữa CPU, bộ nhớ và khối vào/ra được thực hiện thông qua hệ thống bus dưới sự điều khiển của CPU. Một mạch dao động thạch anh cung cấp xung clock tần số chuẩn cho CPU, thường là 1 hay8 MHz, tuỳ thuộc vào bộ xử lý sử dụng. Tần số xung clock xác định tốc độ hoạt động của PLC và thực sự đồng bộ cho tất cả phần tử trong hệ thống. b) Bộ nhớ: Bộ nhí (Memory) có nhiệm vụ lưu chương trình điều khiển được lập bởi người dùng và các dữ liệu khác như cờ, thanh ghi tạm, trạng thái đầu vào, lệnh điều khiển đầu ra,... néi dung của bộ nhớ được mã hoá dưới dạng mã nhị phân. Tất cả các PLC đều thường dùng các loại bộ nhớ sau: - ROM (Read Oly Memory). - RAM (Random Access Memory). - EEPROM (Electronic Progammable Read Only Memory). Với sự tiến bộ của công nghệ chế tạo bộ nhớ, nên hầu nh­ các PLC đều dùng bộ nhớ EFPROM. Trường hợp ứng dụng cần bộ nhớ lớn có thể chọn lùa giữa bộ nhớ RAM có nguồn pin nuôi và bộ nhớ EFPROM. Ngoài ra, PLC càn thêm bộ nhớ RAM cho các chức năng khác nh­: - Bé đệm để lưu trạng thái các ngõ vào và ngõ ra. - Bé nhớ tạm cho tác vụ định thì, tác vụ đếm, truy xuất cờ. - Dung lượng bộ nhớ. Đối với PLC loại nhỏ, thường có bộ nhớ dung lượng cố định khoảng 2k. Dung lượng này là đủ đáp ứng cho 80% hoạt động điều khiển công nghiệp. Do giá thành bộ nhớ liên tục giảm, các nhà sản xuất PLC trang bị bộ nhớ ngày càng lớn cho các sản phẩm của họ. c) Khối vào ra: Mọi hoạt động xử lý tín hiệu bên trong PLC có mức điện áp 5V-DC và 15 V-DC (điện áp cho TTL và CMOS), trong khi tín hiệu bên ngoài có thể lớn hơn rất nhiều, thường là 24V DC ¸ 240 V-DC với dòng lớn. Khối vào/ra có vai trò mạch giao tiếp giữa vi mạch điện tử của PLC với các mạch công suất bên ngoài kích hoạt các cơ cấu tác động. Nó thực hiện sự chuyển đổi các mức điện áp tín hiệu và cách ly, tuy nhiên khối vào ra cho phép PLC kếtư nối trực tiếp với các cơ cấu tác động có công suất nhỏ cỡ 2A trở xuống, không cần các mạch công suất trung gian hay rơle trung gian. I.2.2. Hoạt động của PLC Trong quá trình làm việc, PLC vừa thực hiện chương trình vừa cập nhật đầu vào ra, quá trình này được thực hiện liên tục không ngừng theo một vòng kín gọi là scan hay cycle hoặc sweep. Phần thực hiện chương trình gọi là program scan chỉ bị bỏ qua khi PLC chuyển sang chế độ Program. Mỗi vòng quét được bắt đầu bằng giai đoạn chuyển dữ liệu từ các cổng số tới vùng bộ đệm ảo (1). Tiếp theo là giai đoạn thực hiện chương trình. Trong từng vòng quét chương trình được thực hiện từ lệnh đầu tiên đến lệnh kết thúccủa khối OB1 (blook END) sau giai đoạn thực hiện chương trình là giai đoạn chuyển đổi các nội dung của bộ đệm ảo O tới các cổng ra số. Vòng quét được kết thúc giai đoạn truyền thông nội bộ và kiểm lỗi. (Hình 8-2) Chó ý: bộ đếm I và O tới các cổng vào ra tương tự nên các lệnh truy nhập cổng tương tự được thưc hiện trực tiếp với các cổng vật lý không thông qua bộ đệm. Thời gian cần thiết để PLC thực hiện được một vòng quét gọi là thời gian vòng quét (scan time). Thời gian vòng quét không cố định, tức là không phải vòng quét nào cũng được thực hiện trong một thời gian nh­ nhau. Có vòng quét được thực hiện lâu, Có vòng quét được thực hiệnnhanh tuỳ thuộc vào số lệnh trong chương trình được thực hiện, vào khối dữ liệu được truyền thông trong vòng quét đó. Nh­ vậy, giữa việc đọc giữ liệu từ đối tương để sử lý, tính toán và việc gửi tín hiệu đến đối tượng có một khoảng thời gian trễ bằng một khoảng thời gian vòng quét. Nói cách khác, thời gian vòng quét quyết định tính thời gian thực của chương trình điều khikển trong PLC. Thời gian vòng quét càng ngắn, tính thời gian thực hiện của chương trình càng cao. Tại thời điểm thực hiện lệnh vào/ra, thông thường lệnh không làm việc trực tiếp với cổng vào/ra mà chỉ thông qua bộ đệm ảo của cổng trong vùng nhớ tham số. Việc truyền thông giữa bộ đệm ảo với ngoại vi trong các giai đoạn 1 và 3 do hệ điều hành CPU quản lý, ở một số module CPU, khi gặp lệnh vào/ ra ngay lập tức hệ thống cho dừng mọi công việc khác, ngay cả chương trình ngắt, để thực hiện trực tiếp với cổng vào/ra. I.3. Biểu diễn các đại lượng trong PLC I.3.1. Các hệ đếm sử dụng trong PLC Bộ xử lý trung tâm (CPU - Central Procesing Unit)) bên trong PLC chỉ làm việc với hai trạng thái 0 hoặc 1 (dữ liệu số) hay ON,OFF, do đó cần thiết phải có một số cách biểu diễn các đại lượng liên tục thường gặp hàng ngày đươi dạng các dãy số 0 và 1. Trong PLC thường sử dụng các hệ đếm sau: - Hệ nhị phân (Binary): Là hệ đếm trong đó chỉ sử dụng 2 con số là 0 và 1 để biểu diễn tất cả các con số và đại lượng. Dãy số nhị phân được đánh số từ phải sang trái, bắt đầu từ bit 0, kể đến bit 1, rồi đến bít 2... cứ nh­ vậy cho đến bít ngoài cùng bên trái là bít n. - Bit nhị phân thứ n có t rong số là 2n x 0 hoặc 1, trong đó n là thứ tụ của bít trong dãy số nhị phân, 0 hoặc 1 là giá trị của bit n đó. Giá trị của dãy số nhị phân bằng tổng số của từng bít trong dãy. Ví dụ: Dãy số nhị phân 1011 sẽ có giá trị nh­ sau: 1011 = 1 x 2 + 0 x 2 + 1 x 21 + 1 x 20 = 11. - Hệ thập phân (Decimal): Là hệ đếm sử dụng 10 chữ số là 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 để biểu diễn các con số. Đây là hệ đếm thường dùng hàng ngày. Hệ thập phân còn kết hợp với hệ nhị phân để có cách biểu diễn gọi là BCD (Binary - Code - Decimal). - Hệ thập lục (Hexadicimal): Là hệ đếm có cơ số là 16, tức là sử dụng 16 chữ số là 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F. Ví dô: Số 7E trong hệ 16 sẽ biểu diễn giá trị 7.161 + 15.160 = 137. Bảng 3-1: Sau đây sẽ thể hiện mối liên hệ giữa các hệ đếm. HEX BCD Số nhị phân 4 bit tương đương Bít 3 Bít 2 Bít 1 Bít 0 23 = 8 22 = 4 21 = 2 20 = 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 2 2 0 0 1 0 3 3 0 0 1 1 4 4 0 1 0 0 5 5 0 1 0 1 6 6 0 1 1 0 7 7 0 1 1 1 8 8 1 0 0 0 9 9 1 0 0 1 A - 1 0 1 0 B - 1 0 1 1 C - 1 1 0 0 D - 1 1 0 1 E - 1 1 1 0 F - 1 1 1 1 I.3.2. Các phương pháp biểu diễn đại lượng trong PLC - Biểu diễn số thập phân bằng số nhị phân 16 bít. Để biểu diễn nh­ vậy, người ta thường làm nh­ sau: Lấy số thập phân chia liên tiếp cho 2 sau đó lấy phần dư và viết theo thứ tự ngược lại. Nếu dãy này chưa đủ 16 bít thì ta chèn thêm số 0 vào. Ví dô: (17)10 = (0000 0000 0001 0001)2. Nh­ trên ta thấy việc biểu diễn số thập phân bằng một dãy số nhị phân là rất dài và mất thời gian. Vì vậy người ta đã có một cách biểu diễn số thập phân dưới dạng đơn giản hơn. Đó là dạng BCD và được dùng phổ biến trong các loại PLC của OMRON. - Biểu diễn số thập phân dưới dạng BCD. Khi biểu diễn bằng mã BCD, mỗi số thập phân được biểu diễn riêng biệt bằng nhóm 4 bít nhị phân. Ví dô: Ta có một số hệ thập phân là 2.3.10 và cần chuyển nã sang dạng mã BDC 16 bít. Số thập phân dưới dạng BCD: ( 2310)10 = (0010 0011 0001 0000)BCD. - Biểu diễn số nhị phân dưới dạng HEXA. Số nhị phân được biểu diễn dưới dạng HEXA bằng cách nhóm 4 bit mét, bắt d dầu từ phải qua trái và biểu diễn mối nhóm bit này bằng một chữ số (còn gọi là Digit) HEXA. Nh­ vậy: 0011 000 1010 1112 = (30AF)16. Tuy nhiên, biểu diễn số thập phân dưới dạng HEXA và BCD là không hoàn toàn tương đương nhau (cho kế quả bằng dãy số nhị phân khác nhau). Mã BCD được dùng chủ yếu khi đổi số thập phân ra mã nhị phân dạng BCD, mã HEXA được dùng phổ biến khi biểu diễn dãy số nhị phân dưới dạng ngắn gọn hơn. - Các đơn vị dữ liệu. Dữ liệu trong PLC được mã hóa dưới dạng mã nhị phân. Mỗi chứ số được gọ là 1 bit, 8 bit liên tiếp được gọi là 1 byte, 16 bit hay 2 byte gọi là mọt Word. Các đại lượng liên tục (Analog) nh­ dòng điện áp... khi ở trong PLC đều được đổi sang mã nhị phân 16 bit (Word) và còn được gọi là một kênh (channel). Ngoài ra để biểu diễn những số lượng lớn hơn, người ta có thể sử dụng thêm các đơn vị sau: - Kilobit: Trong kỹ thuật số o Kilobit (viết tắt là 1 Kb) = 210 = 1024bit. Tuy nhiên để tiện tính toán người ta thường dùng là 1 kb = 1000bit. - Megabit: 1Mb = 1024Kb. Người ta cũng thường tính gần đúng là: 1Mb = 1000Kb = 1.000.000 bit. Kilobyte và megabyte: Tương tù nh­ sè đếm với bit nhung các cách viết với byte là KB và MB. - Kiloword: 1kWord = 1000Word. I.4. Các bit đầu vào/ra trong PLC và các thiết bị điện bên ngoài. I.4.1. Các bit đầu vào trong PLC với các thiết bị điện bên ngoài. Các bit trong PLC phản ánh trạng thái đóng mở của công tắc điện bên ngoài nh­ trên hình 1.3. Khi trạng thái công tắc đầu vào thay đổi (đóng/mở), trạng thái các bit tương ứng cũng thay đổi theo (tương ứng 1 hoặc 0). Các bit trong PLC được tổ chức thành từng Word. Trong ví dụ trên hình 8.3, các công tắc đầu vào được nối với Word 000. I.4.2. Các bit đầu ra trong PLC với các thiết bị điện bên ngoài. Tùy theo chủng loại PLC mà số lượng các bit ra (các bit có thể liên hệ điện với các thiết bị điện bên ngoài) trong PLC cũng khác nhau. Các bit ra có thể chiếm 1 hoặc 2 Word. Trên hình 1.4 là ví dụ về các bit điều khiển đầu ra của bộ PLC hiệu CPM1 do hãng OMRON Nhật Bản sản xuất. Các bit của Word 010 (Từ 010.00 đến 010.07) có thể nối các thiết bị bên ngoài và có thể điều khiển chúng thông qua các trạng thái tương ứng với (“1” hoặc “0”) của nó. Các bít còn lại trong kênh này (từ 010.08 đến 010.15) không thể nối ra bên ngoài được. I.4.3. Các đặc tính kỹ thuật chủ yếu của PLC. - Điện áp nguồn cung cấp: Thông thường là nguồn AC 100 ¸ 240V. - Điện áp nguồncho đầu vào: Thông thường là nguồn DC 24V. - Số lượng đầu vào/ra: Phô thuộc vào chủng loại và kích cỡ của PLC. Nếu số đầu vào/ra càng nhiều thì khả năng kết nối của PLC với các thiết bị bên ngoài càng lớn. - Công suất hay dòng điện đầu ra: Đại lượng này đặc trưng cho khả năng chịu tải của PLC. Tuy nhiên để giảm thiểu kích thước của PLC thì hầu hết các PLC đều có dòng ra rất nhỏ, thường từ 0,1 đến 5A. Với giá trị này thì PLC không thể kết nối trực tiếp với các phụ tải công suất lớn được. Tuy nhiên các phụ tải công suất lớn vẫn có thể kết nối với PLC thông qua các thiết bị điện trung gian nh­ rơle, công tắc tơ... - Dạng dữ liệu đầu ra: Thông thường có 2 dạng chính là đầu ra kiểu rơle (còn gọi là đầu ra tiếp điểm) và đầu ra Transistor (đầu ra phi tiếp điểm). Thường thì đầu ra dạng rơle cho khả năng cung cấp dòng điện lớn hơn. - Dung lượng bộ nhớ: Đặc trưng cho khả năng lưu giữ dữ liệu và chương trình của PLC. Ví dụ bộ PLC - CPM 1 có 2 kword chương trình và 1 kword dữ liệu. - Tốc độ CPU: Đặc trưng cho khả năng xử lý dữ liệu của PLC là nhanh hay chậm. Tốc độ này ảnh hưởng đến thời gian thực hiện lệnh. Ví dụ: PLC - CPM1 thì thời gian thực hiện 1 lệnh cơ bản là 0,64ms, thời gian thực hiện 1 lệnh đặc biệt là 0,78ms. I.4.4. Các bước thiết kế hệ thống điều khiển sử dụng bộ điều khiển PLC. Để thiết kế hệ thống điều khiển tự động sử dụng bộ điều khiển PLC cần tuân theo các thủ tục sau: Lưu đồ thuật toán xác định hệ thống điều khiển dùng PLC. - Phân tích quá trình công nghệ. Đây là bước quan trọng rất cần thiết cho các nhà lập trình. Đầu tiên, người lập trình phải đi tìm hiểu, phân tích hoạt động của hệ thống điều khiển (quá trình công nghệ), thứ tự hoạt động cũng như vai trò của từng thiết bị trong hệ thống. Để đơn giản hoá, chúng ta cần mô phỏng quá trình công nghệ qua lưu đồ. - Xác định và lùa chọn thiết bị vào và ra:Ở bước này người lập trình phải xác định và lùa chọn thiết bị vào ra. Tuy nhiên, một số thiết bị đã có sẵn mà chỉ yêu cầu người lập trình viết chương trình để điều khiển sự hoạt động của nó. - Phân định những đầu vào và đầu ra. Tất cả các thiết bị đầu vào và đầu ra cần được lập trình hoá phải được xác định thông qua một địa chỉ tương ứng trong PLC. Việc này do người lập trình phân định. Những thiết bị đầu vào phản ánh nội dung dữ liệu cần xử lý như: Các công tắc, thiết bị cảm biến... những thiết bị đầu ra là những thiết bị thừa hành như các van điện từ, động cơ điện, đèn chỉ báo... - Viết chương trình.Tiếp theo, việc viết chương trình dưới dạng sơ đồ Ladder thông qua thứ tự thao tác của hệ thống điều khiển như đã xác định, theo từng bước một. - Nạp chương trình vào trong bộ nhớ: Từ chương trình đã viết và các đầu vào/ra đã được. Chúng ta truy nhập chương trình vào trong bộ nhớ bằng bàn phím lập trình hoặc bằng máy vi tính với sự trợ giúp của công cụ phần mềm Ladder. Sau khi hoàn chỉnh phần lập trình, ta kiểm tra lỗi mã hoá bằng công cụ có chức năng chuẩn đoán và nếu có thể được thì mô phỏng toàn bộ thao tác để thấy rằng nó đã hoạt động được như mong muốn. - Kết nối thiết bị: Việc đấu nối thiết bị sẽ phải tuân thủ bảng phânđịnh vào/ra. Tuy nhiên ở bước này người ta chỉ kết nối các thiết bị vào để lấy dữ liệu cho bước hoạt động thử. Chỉ khi nào hoàn chỉnh bước lập tình người ta mới kết nối thiết bị một cách hoàn chỉnh. - Chạy thử: Để đảm bảo cấu chương trình và các tham số đã cài đặt là chính xác trước khi đưa vào hệ điều khiển. Ta cần phải chạy thử chương trình điều khiển. Nếu có lỗi hoặc chưa hợp lý thì sửa, khi chạy thử chương trình điều khiển tốt. Ta ghép nối với đối tượng và hoàn chỉnh chương trình theo hoạt động của hệ thống CHƯƠNG II: THIẾT KẾ TÍNH CHỌN BỘ ĐIỀU KHIỂN II.1. Tính chọn thiết bị đóng cắt: Các thiết bị điện ở mạng điện áp hạ áp như máy cắt áptômát, công tắc tơ, cầu dao, cầu chì, được lùa chọn theo điều kiện điện áp, dòng điện, kiểu loại và hoàn cảnh làm việc để cho thuận tiện, nhà chế tạo đã tính toán để các thiết bị ở mạng hạ áp làm việc ổn định trong mạng do máy biến áp có S = 160 kVA cung cấp. Như vậy khi công suất của máy biến áp không quá 160kvA thì các thiết bị điện dùng trong mạng hạ áp của máy biến áp đó không cần kiểm tra lại theo điều kiện ổn định động và ổn định nhiệt nữa. Đối với áptômát cần phải chỉnh định mức cắt dòng điện quá tải. Theo đồ án được giao: Thiết kế Bộ điều khiển tự động chuyển nguồn cho phụ tải khi nguồn bị sự cố do vậy ta chọn 02 máy cắt không khí (áptômát vạn năng) loại NW16 có các thông số sau: Điện áp chịu được: U : Ucf= 690 V Dòng cho phép: I : Icf= 1600 A Số cực: 04 : 04 Điện áp điều khiển: U : Uđk= 220 V II.2. Tính chọn thiết bị bảo vệ: Yêu cầu của sơ đồ cấp điện trong quá trình làm việc, mạng điện cần phải thoả mãn những yêu cầu sau: - Nhanh chóng loại trừ phần tử bị sự cố để đảm bảo cho hệ thống cung cấp điện làm việc an toàn, liên tuc. - Phối hợp với các thiết bị tự động hoá để thực hiện các phương thức vận hành như tự động đóng lặp lại, tự động đóng dự trữ, tự động cắt phụ tải theo điện áp, tần số... Để thực hiện các nhiệm vụ trên, thiết bị bảo vệ rơle phải đạt được các yêu cầu cơ bản sau: - Tác động nhanh: Thiết bị bảo vệ rơle phải tác động nhanh nhằm giảm phạm vi của sự cố, rút ngắn thời gian xảy ra sự cố. Đối với tình trạng làm việc không bình thường của mạng điện thì chỉ cần báo tín hiệu để nhân viên vận hành biết để xử lý nên thiết bị bảo vệ rơle lúc đó được phép tác động có trì hoãn thời gian. - Chọn lọc: Mục đích của bảo vệ rơle là loại trừ phần tử bị sự cố ra khỏi hệ thống cung cấp điện, vì vậy tác động của nó phải chọn lọc, chính xác. Tác động của thiết bị bảo vệ rơle không chọn lọc có thể dẫn tới những hậu quả ngoài ý muốn. - Độ tin cậy: Khi xảy ra sự cố, thiết bị bảo vệ rơle phải làm việc chắc chắn. Nó không được tác động trước hoặc sau chỉ số đã chỉnh định hoặc không tác động. - Độ nhạy: độ nhạy của thiết bị bảo vệ rơle phản ánh khả năng phản ánh khả năng phản ứng của nó với mọi mức độ của sự cố. Độ nhạy của thiết bị bảo vệ rơle được biểu thị bằng tổng số giữa dòng điện ngắn mạch nhỏ nhất với dòng điện chỉnh định sơ cấp. (Trị số Knh được quy định cụ thể đối với các loại bảo vệ khác nhau.) Các thiết bị bảo vệ rơle thường phối hợp với các thiết bị tự động hóa nhằm nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, nâng cao năng suất lao động và cải thiện điều kiện làm việc cho người vận hành. Các thiết bị tự động hoá thường được dùng trong hệ thống cung cấp điện là: tự động đóng lắp lại, tự động đóng dự phòng, tự động điều chỉnh điện áp và phân phối công suất phản kháng, tự động cắt phụ tải theo điện áp tần số... Với khuôn khổ của đề tài này chỉ xét đến tự động đóng dự trữ. II.3. Các hình thức bảo vệ rơle: Để đảm bảo khống chế được mức độ ổn định điện áp cung cấp cho hộ tiêu thụ, ngoài việc sử dụng các thiết bị tự động điều chỉnh điện áp trên các MBA phân phối và để tăng thêm độ tin cậy trong các sơ đồ bảo vệ người ta còn sử dụng các loại rơle khác nhau như: - Bảo vệ dòng điện cực đại có thời gian duy trì, loại bảo vệ này được dùng để bảo vệ tình trạng quá tải và làm bảo vệ dự phòng cho các loại bảo vệ khác. - Bảo vệ cắt nhanh, cũng là một loại bảo vệ dòng điện cực đại nhưng tác động không có thời gian duy trì, loại bảo vệ này được dùng để bảo vệ tình trạng ngắn mạch. - Bảo vệ so lệch, cũng là một loại bảo vệ dòng điện cực đại không có thời gian duy trì dùng để bảo vệ tình trạng ngắn mạch. - Báo tín hiệu và bảo vệ điện áp thấp. II.4. Bảo vệ điện áp thấp: Chất lượng điện năng được đánh giá qua 2 chỉ tiêu là tần số và điện áp. Chỉ tiêu tần số trên dưới do cơ quan điều khiển hệ thống quốc gia điều chỉnh. Do đó ở đây ta chỉ cần đảm bảo chất lượng điện áp cấp cho các phụ tải của xưởng an toàn, liên tục. Nói chung, với điện áp hạ áp phân phối dùng trong sản xuất và sinh hoạt thì chỉ cho phép dao động quanh giá trị định mức 610%. Để đảm bảo khống chế được mức độ ổn định đó của điện áp cung cấp, ngoài việc sử dụng các thiết bị tự động điều chỉnh điện áp trên các MBA phân phối và để tăng thêm độ tin cậy trong các sơ đồ bảo vệ người ta còn sử dụng các rơle điện áp theo các kiểu. - Rơle điện áp kiểu điện từ - Rơle điện áp kiểu bán dẫn - Rơle điện áp kiểu vi mạch - Rơle điện áp kiểu số. Tất cả các rơle này được mắc vào bên phần nguồn cấp của lưới điện nhằm mục đích cung cấp các tín hiệu về điện áp cho bộ phận xử lý và bộ phận chấp hành, nếu điện áp ở nguồn cấp tăng quá hoặc giảm quá giá trị cho phép nó sẽ tác động chuyển tải sang nguồn cấp dự phòng. Sau đây ta sẽ phân tích một số rơle được sử dụng trong hệ thống điện để bảo vệ điện áp với các ưu nhược điểm của chúng trong sử dụng, sửa chữa để lấy đó làm cơ sở lý luận cho việc lùa chọn kiểu rơle cho phù hợp với điều kiện thiết bị. 1) Rơle điện áp kiểu điện từ: Rơle điện từ làm việc theo nguyên lý điện từ. Khi cho dòng điện I chạy trong cuộn dây của nam châm điện (NCĐ) thì nó sẽ tạo ra một lực hót điện từ. Fđt này hót nắp mạch từ và truyền động đóng mở tiếp điểm. 1- Cuộn dây điện áp 4- Hệ thống tiếp điểm 2- Mạch từ 5- Vít điều chỉnh 5- VÝt ®iÒu chØnh 3- Phần động hình Z 6- Lò xo phản lực * Nguyên lý làm việc: Khi đặt điện áp vào cuộn dây sẽ sinh ra lực hót điện từ tác động lên miếng sắt hình chữ Z và làm quay trục tác động đóng hệ thống tiếp điểm 4 gửi tín hiệu đến mạch điều khiển. Tuỳ theo nhiệm vụ mà rơle điện áp chia làm 2 loại: Rơle điện áp cực đại: phần ứng (phần quay) của loại rơle này lúc điện áp bình thường thì đứng yên. Khi điện áp tăng quá mức quy định thì rơle sẽ sinh ra lực hót điện từ đủ lớn để thắng được lực cản của lò xo do vậy rơle tác động. Rơle điện áp cực tiểu: khi ở điện áp bình thường phần ứng (phần quay) của rơle chịu lực hót điện từ tác dụng. Nhưng khi điện áp hạ xuống dưới mức quy định thì lực cản của lò xo thắng được lực hót điện từ lúc này phần ứng sẽ đóng hoặc mở tác động đến mạch điều khiển. Do rơle điện áp dùng biến áp hoặc sức điện động tỷ lệ với điện áp cần đo, do đó để điện áp đó Ýt phụ thuộc vào trạng thái làm việc của rơle được mắc nối tiếp với cuộn dây của rơle điện trở lớn hơn tổng trở của cuộn dây rơle rất nhiều và áp sẽ phụ thuộc chính vào giá trị của điện trở này. Người ta phân biệt rơle điện áp cực đại và cực tiểu. Đối với rơle điện áp cực đại, trước lúc tác động U Utd phần động chuyển sang vị trí cuối. Còn đối với rơle điện áp cực tiểu, quá trình đó ngược lại. Hệ số trở về của chúng là đại lượng nghịch với hệ số trở về của rơle điện áp cực đại (cỡ 1,17). Trước đây loại rơle phần động hình Z này rất hay được sử dụng để bảo vệ áp trong hệ thống điện vì tác động nhanh, do đó hệ số nhả lớn. Tuy vậy ngày nay bộ phận rơle này đã không còn được sử dụng nhiều nữa bởi nhược điểm là cồng kềnh chiếm nhiều diện tích, hao tốn năng lượng lớn, điều chỉnh ngưỡng tác động phức tạp. 2) Rơle điện áp kiểu số: Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật, công nghiệp điện tử, tin học nhanh chóng đạt được những thành tựu to lớn. Các thiết bị điện tử ngày càng đáp ứng được yêu cầu về tự động hoá cao, nhỏ gọn và độ tin cậy cao... Kỹ thuật số được áp dụng rộng rãi trong các thiết bị điều khiển và thông tin liên lạc, trong đó các khí cụ điện đóng cắt cũng không còn giữ nguyên cấu trúc điện cơ như trước nữa. Rơle số ra đời đã được áp dụng kỹ thuật số được lập trình làm việc bằng phần mềm, thuận lợi khi thay đổi thông số, dễ dàng kết nối với các trung tâm khác, bộ phận khác để thực hiện công việc điều khiển từ xa. §o l­êng trung gian Läc Xö lý th«ng tin TÝn hiÖu thao t¸c TI TU TiÒn xö lý - Khác với các rơle điện cơ, ở rơle số có các tín hiệu đầu vào trước tiên được biến đổi thành tín hiệu có công suất nhỏ hơn thuận tiện cho việc xử lý tiếp theo. Việc sử dụng bộ lọc nhiễu làm tăng độ chính xác đo lường và tốc độ xử lý thông tin của rơle với các rơle điện cơ khác. - Trong rơle điện cơ, việc chỉnh định tham số đặt được thực hiện theo 3 cách: chọn số vòng dây, thay đổi khoảng cách khe hở không khí điều chỉnh mômen cản của lò xo, còn trong rơle số, việc đặt các tham số được thực hiện bằng các công tắc chuyển mạch, nót Ên, núm vặn theo 2 giai đoạn chỉnh thô và chỉnh tinh. * Các ưu nhược điểm của rơle số so với các rơle thế hệ cũ: + Ưu điểm - Độ tin cậy làm việc cao do: - Hạn chế được nhiễu và sai sè do nguyên lý truyền thông tin bằng số. - Sử dụng các linh kiện có công suất rất nhỏ nên nhiệt độ bên trong thiết bị khi làm việc không cao. - Không sử dụng phần động trong mạch nên không có quán tính, không bị kẹt do rỉ sét, cát bụi... - Có khả năng kết hợp nhiều chức năng bảo vệ trong một thiết bị thay vì phải sử dụng nhiều rơle riêng rẽ. Điều này làm tăng độ tin cậy cho rơle vì giảm tối thiểu được số dây nối bên ngoài. - Không xảy ra hiện tượng trôi tham sè trong quá trình vận hành. - Có khả năng tự lập trình nên có độ linh hoạt cao, dễ dàng sử dụng cho các đối tượng bảo vệ khác nhau. - Độ nhạy, độ chính xác cao, thời gian tác động nhanh (đối với bảo vệ cắt nhanh). - Khả năng bảo vệ tinh vi, sát với ngưỡng chịu đựng của đối tượng bảo vệ. - Thời gian hiệu chỉnh ngắn nên không phải cắt điện lâu khi đưa vào vận hành. - Có khả năng hiển thị thông tin tốt cho người sử dụng, nhất là với sự trợ giúp của các chương trình phần mềm sử dụng vi tính. - Có chức năng hiển thị thông tin tốt cho người sử dụng, nhất là với sự trợ giúp của các chương trình phần mềm sử dụng vi tính. - Có chức năng ghi nhớ các sự kiện và hiện tượng bất thường phục vụ cho việc phân tích sự cố và khả năng làm việc của hệ thống. + Nhược điểm: - Giá thành cao nên đòi hỏi vốn đầu tư khi nâng cấp đồng loạt các rơle cũ bằng rơle số. Điều này đặc biệt được chú ý vì rơle đòi hỏi cấp tốc độ dự phòng cao hơn các rơle thế hệ cũ, khi một thiết bị bao gồm nhiều chức năng bảo vệ kết hợp sự cố sẽ gây tác hại lớn nếu không được dự phòng tốt. - Đòi hỏi người vận hành phải có trình độ cao - Phô thuộc nhiều vào bên cung cấp hàng trong việc sửa chữa và nâng cấp thiết bị. Với những ưu điểm nh­ vậy nên ta chọn rơle điện áp kiểu số làm bảo vệ điện áp thấp, cao áp và cả hiện tượng mất pha, mất đối xứng quá mức cho phép. II.5. Bảo vệ chống mất pha, sụt pha. - Bảo vệ chống mất pha cũng là một trong các yêu cầu tác động với mạch điều khiển của bộ đổi nguồn. - Khi xảy ra sự cố mất pha ở trên lưới dưới bất kỳ hình thức nào, thiết bị điều khiển cũng sẽ phải tác động chuyển sang dự phòng hoặc cắt nguồn cấp. - Hiện nay, đang tồn tại hai phương pháp lấy tín hiệu mất pha đang được sử dụng rộng rãi trong vận hành hệ thống cung cấp điện nh­ sau: a) Dùng thiết bị so lệch(vi sai) để kiểm soát sự mất pha nh­ hình vẽ. R b) Bảo vệ chống mất pha và chống mất đối xứng quá mức cho phép. - Bình thường khi cân bằng pha UA = UB = UC và lệch nhau một góc 1200 điện, dẫn đến điện áp tổng đặt lên vôn kế U00’ = 0. - Khi xảy ra sự cố mất một pha. Giả sử mất pha A thì điện áp đặt trên vôn kế U00’ = Um về trị số. - Nếu ta thay vào vị trí của vôn kế bằng một thiết bị điều khiển đóng cắt (ví dụ cuộn dây rơle thì lúc đó rơle sẽ tác động). V 0 0’ - Hiện tượng mất đối xứng cũng gần giống hiện tượng mất pha: Khi tải phân bố không đều trên 3 pha thì sẽ gây ra hiện tượng điện ở dây trung tính cao hơn điện áp đất (nói cách khác U00’ ¹0). Với mức mất đối xứng quá mức cho phép (lớn hơn 25%) giữa các pha để bảo vệ áp cực tiểu tác động. R A B C Z Z Z 0’ 0 C B A0 - Trường hợp mất đối xứng quá mức cho phép (ngắn mạch một pha, pha A chẳng hạn) và dây trung tính bị đứt thì sẽ làm cho các pha nhẹ tải điện áp tăng vọt. Giả sử ta xét ví dô ta thấy nh­ sau: - D0NN’ bị đứt ta thấy UAB= UZA + U ZB theo giả thiết ta sẽ có UZA = 1/2UZB. Suy ra U UAB= UZB + 1/2U ZB UZB= 2/3UAB =2/3.380 = 570V UZA= UAB = 380/3=127V - Tương tự ta xét với pha C và A còng thu được kết qủa tương tự UZC = 2/3UAC khi ZA= 0 ta có UZB= UAB; UZC = UAC = 380V. Nói chung nếu dùng rơle bảo vệ áp thấp và áp cao vẫn có thể bảo vệ được cả hiện tượng mất pha, mất đối xứng quá mức cho phép, mất đối xứng và mất dây trung tính (trường hợp này bảo vệ áp cao sẽ tác động ngay tức khắc). Vậy ở đây để tiết kiệm vốn đầu tư ta chọn phương án bảo vệ áp cao và áp thấp cho việc bảo vệ mất pha, mất đối xứng. Với các đặc tính kỹ thuật nêu trên chọn 02 rơle kiểm tra điện áp điện tử tương tự EVR loại EVR380 có thông số sau: - Điện áp định mức: 380 V. : 380 V. - Điện áp đặt cao: 380 V - 460 V. : 380 V - 460 V. - Điện áp đặt thấp: 300 V - 380 V. : 300 V - 380 V. - Thời gian đặt cao: 0,5s - 5s. : 0,5s - 5s. - Thời gian đặt thấp: 1s - 5s. : 1s - 5s. - Thời gian cắt khi mất pha: 0,5s. : 0,5s. - Thời gian cắt khi đảo pha: 5s. : 5s. - Đặc tình thời gian: xác định. : x¸c ®Þnh. - Đầu ra rơle: 5A-250 V AC. : 5A-250 V AC. - Chỉ thi sự cố cắt được lưu nhớ 24h và được hiểh thị trên led khi Ên nót ascertáin s/w.- Có chế độ đặt bằng tay và tự động. CHƯƠNG III: TÌM HIỂU BỘ ĐIỀU KHIỂN LOGIC LẬP TRÌNH CPM1 III.1. Đặc tính kỹ thuật của CPM1. Hiện nay, OMRON được coi là một trong những hãng điện tử hàng đầu thế giới về công nghệ tự động hoá. Các thiết bị tự động của OMRON có chất lượng cao, được sản xuất với công nghệ mới nhất và rất đa dạng. Từ công tắc, rơle các loại, bộ định giê, bộ đếm, cảm biến, kiểm soát nhiệt độ... cho tới các thiết bị điều khiển logic lập trình - PLC. Tuy nhiên OMRON sản xuất nhiều loại bộ điều khiển lập trình (PLC) khác nhau, nhưng thông dụng nhất là loại CPM1. Đặc tính kỹ thuật của CPM1 nh­ sau: - Điện áp nguồn cung cấp: AC 100 ¸ 240V. - Điện áp nguồn cho đầu vào: DC 24V. - Số lượng đầu vào/ra; 20 đầu vào/ra (12 đầu vào và 8 đầu ra). - Dòng điện đầu ra: 2A. - Dung lượng bộ nhớ : 2kword (chương trình), 1 knowrd (dữ liệu), 128 bộ đếm và đặt thời gian Support Software hoặc trong windows với SYSWIN. - Có đầu nối đất bảo vệ (Protective Earth Terminal) để tránh điện giật. - Đầu nối nguồn cấp DC ra từ PLC (DC Power Suply Output Terminal). - Điện áp ra chuẩn là DC 24V với dòng định mức là 0,3A có thể được cung cấp cho các đầu vào số DC. - Các đèn LED chỉ thị trạng thái của PLC (PC Status Indicators) xem bảng. Đèn Trạng thái Chức năng POWER (màu xanh) Bật PLC đang được cấp điện bình thường Tắt PLC không được cấp điện bình thường RUN (màu xanh) Bật PLC đang hoạt động ở chế độ RUN hay MONITOR Tắt PLC đang ở chế độ PROGRAM ERR/ALM (đỏ) Sáng PLC gặp lỗi nghiêm trọng (PLC ngừng chạy) Nhấp nháy PLC gặp một lỗi không nghiêm trọng (PLC tiếp tục chạy ở chế đọ RUN). Tắt PLC hoạt động bình thường không có lỗi COMM (Da cam) Sáng Dữ liệu đang được truyền qua cổng Peripheral Port Tắt Không có trao đổi dữ liệu giữa PLC và thiết bị ngoài qua cổng Peripheral Port. - Các đèn chỉ thị trạng thái đầu vào (Input Indicator). Đèn LED trong nhóm này sẽ sáng khi đầu vào tương ứng lên ON. Khi gặp một sự cố trầm trọng, các đèn chỉ thị trạng thái đầu vào sẽ thay đổi nh­ sau: + Khi có lỗi CPU hay lỗi với BUS vào/ra (CPU Error, I/O Bus Error): Các LED đầu vào sẽ tắt. + Khi có lỗi với bộ nhớ hoặc lỗi hệ thống (Memory Error/ System Error). Các LED đầu vào vẫn giữ nguyên trạng thái của chúng trước khi xảy ra lỗi cho dù trạng thái thực đầu vào đã thay đổi. - Các đèn chỉ thị trạng thái đầu ra - Output LED (Output Indicator). Các đèn LED này sẽ sáng khi Rơle tương ứng được bật. Ngoài ra, PLC loại CPM1 có 2 bộ chỉnh giá trị thanh ghi bên trong PLC đánh số 0 và 1. Mỗi khi núm điều chỉnh được vặn, giá trị của thanh ghi tương ứng được thay đổi trong khoảng giá trị từ 000 đến 200 (Theo mã BCD). Các thanh ghi trong PLC tương ứng với 2 bộ chỉnh này là IR250 và IR251. Nếu gán địa chỉ tham chiếu của TIMER hoặc COUNTER với các địa chỉ này ta có thể điều chỉnh giá trị của chúng bằng tay, không cần đến phần mềm hỗ trợ. III.2. Sơ đồ đầu vào, đầu ra. a) Sơ đồ đầu vào. Trong CPM1, các đầu vào nằm trong kênh CH000 bắt đầu từ bit 00 đến bit 11 (có 12 đầu vào). Các đầu vào có thể là nót Ên, công tắc hành trình, transistor hay sensor. Khi đầu vào được nối nguồn âm 24-VDC (nót Ên đóng mạch) thì nó có mức điện áp thấp và CPM1 quy ước bít tương ứng mang giá trị “1”. Ngược lại, khí đầu vào hở mạch (nót Ên hở mạch) thì nó có mức điện áp cao tương ứng với giá trị “0” b) Sơ đồ đầu ra. Các đầu ra trong CPM1, nằm trong kênh CH010 bắt đầu từ bit 00 đến bit 07 (có 8 đầu ra). Các đầu ra ở dạng tiếp điểm rơle. Khi bít ra có mức logic “1” thì tiếp điểm rơle tương ứng ở trạng thái đóng mạch. Ngược lại, khi đầu ra có mức logic “0” thì tiếp điểm hở mạch. III.3. Các địa chỉ bộ nhớ và các vùng nhí trong CPM1 a) Các địa chỉ bộ nhớ trong CPM1. Tất cả các đầu vào ra còng nh­ các bộ nhớ lưu trữ khác trên PLC khi sử dụng trong chương trình đều thông qua các địa chỉ bộ nhớ được tổ chức thành các nhóm gồm 16 bit gọi là Word hay CHANNEL (CH). Mỗi bit có giá trị 0 hoặc 1. Các bit được đánh số từ 00 đến 15 từ phải qua trái. Các địa chỉ dạng bit trong PLC được biểu diễn dưới dạng sau: [tiền tố] [địa chỉ word]. [Thứ tự của bit trong word] Trong đó: [Tiền tố]: là ký hiệu của loại địa chỉ bộ nhớ. Ví dô: SR cho Special Relay, LR cho Link Relay, IR cho Internal Relay,... Riêng Internal là các bit vào ra I/O không cần có tiền tố IR khi tham chiếu. Special Relay cũng thường được coi là Internal Relay và không cần có tiền tố. [Địa chỉ word]: Là chữ số biểu diễn địa chỉ của word hay Channel. [Số của bit trong word]: Chỉ số thứ tự của bit. Khi tham chiếu đến từng bit này, ta phải chỉ định của Channel (word) và thứ tự của từng bit trong word. Ví dụ. 000.15 000.00 Channel Bit CH 002.02 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 1 0 1 1 1 1 CH000 CH001 CH002 …… b) Các vùng nhớ trong CPM1 Vùng nhí Chức năng CH000 ¸ CH009 INPUT AREA Các đầu vào CH010 ¸ CH019 OUTPUT AREA Các đầu ra CH200 ¸ CH239 WORK AREA Vùng nhớ hỗ trợ dùng tự do SR240 ¸ SR255 SPECIAL REGISTERS (Relays) TR0 ¸ TR7 HOLDING REGISTERS (Relays) HR00 ¸ HR19 AUXILIAYR REGISTERS (Relays) AR00 ¸ AR15 LINK REGISTERS (Relays) LR00 ¸ LR15 TIMER/COUNTER Địa chỉ dạng bit và word của Timer và Counter TIM/CNT 000 ¸ TM/CNT 127 DM0000 ¸ DM1023 DATA MEMORY READ/WRITE Vùng nhí cho phép đọc ghi DM6144 ¸ DM6599 DATA MEMORY READ ONLY Vùng nhí cho phép đọc ghi DM 6600 ¸ DM6655 DATA MEMORY READ ONLY Vùng nhớ lưu thiết lập của PLC. III.4. Nối ghép giữa PLC và thiết bị ngoại vi. Để PLC có thể giao tiếp được với các thiết bị ngoại vi qua cổng peripheral Port, cần có một bộ chuyển đổi RSS - 232 hoặc RS 422 bên ngoài. RS 232C adpter (CPM1 - CIF01) 2 3 1 Trong đó: 1. Mode setting switch: Đặt khóa mode về vị trí Host khi muốn dùng host link system đề nói với máy tính. Đặt về vị trí “NT” khi nối với một programmable Terminal hoặc một PLC khác với dùng giao thức “1:1” NT link. 2. Connector: Nối với cổng Peripheral port của CPU PLC. 3. RSS-232 Port: Nối với cáp RS-232C từ thiết bị khác nh­ máy tính, thiết bị ngoại vi hay Programmable Teminal. III.5. Sử dụng CPM1 với phần mềm Syswin3.1 của omron III.5.1. Giới thiệu phần mềm lập trình Syswin3.1 cho PLC của Omrron. Syswin là một phần mền lập trình cho PLC của hãng OMRON chạy trong hệ điều hành Windows với những tính năng linh hoạt, đồ họa trực quan và dễ sử dụng. Chương trình này cho phép lập trình PLC bằng ngôn ngữ bậc thang (Ladder Diagram) hoặc dòng lệnh (Statement List - Mnemonic code) với rất nhiều các tính năng của công cụ phục trợ khác. a) Yêu cầu cấu hình máy tính của SYSWIN. - Hệ điều hành Windows 3.1/3.11. Windows 95 hoặc Windows 98. - CPU 486 trở lên. - Tối thiểu 8 Mb bộ nhớ. - 10Mb khoảng trống đĩa cứng. - Có cổng COM còn trống. b) Cài đặt SYSWIN. - Để cài đặt SYWIN, cần đảm bảo đã có hệ điều hành Windows 3.1/3.11 hoặc Windows 95/98 trên máy tính và máy đã khởi động. - Từ menu Start của hệ điều hành/ chọn RUN. Đưa đĩa cài đặt SYSWIN sè 1 vào ổ A: và gõ vào dòng sau ở ô trống Open củ mục Run: a:\setup.exe rồi bấm Enter hoặc dùng chuột bấm (Click) nót OK. Thực hiện các công việc theo hướng dẫn của chương trình khi cài đặt. Sau khi cài đặt xong, chương trình cài đặt sẽ tạo ra một nhóm chương trình của SYWIN ở Menu Program như sau: Để khởi động SYSWIN sau khi đã cài đặt xòng. Bấm nót START, chọn mục Folder SYSWIN x.x của Menu “Program” và bấm vào mục SYWIN x.x trong Folder này (trong đó x.x là phiên bản - Version - được cài đặt của phần mềm này). III.5.2. Lập trình bảng sơ đồ bậc thang (LADDER DIAGRAM). PLC sẽ dùng các phần tử “ảo” bên trong để thay thế cho các sơ đồ điện trong thực tế nh­ rơ le điện từ, công tắc tơ, rơ le thời gian, các tiếp điểm còng nh­ các phần từ điện trung gian. Việc mô phỏng các sơ đồ điện này do người lập trình tạo ra và được lập bằng một dạng ngôn ngữ điều khiển gọi là sơ đồ bậc thang (LADDER DIAGRAM). a) Cấu trúc cơ bản của một sơ đồ bậc thang. Một mạch điện điều khiển thông thường bao giê cũng phải có các thành phần tối thiểu nh­: Nguồn điện - thiết bị điều khiển và thiết bị công tác. Ví dô nh­ mạch điện đơn giản gồm 1 công tắc điều khiển một bóng đèn chẳng hạn. Tương tự, mỗi sơ đồ bậc thang cũng vậy chỉ có cách cách biểu diễn khác đi. Bao gồm: - Power bus trái và phải: giống với dây nguồn “nóng” và dâu “nguội” của sơ đồ điện các Power bus này luôn được vẽ thẳng đứng. - Các tiếp điểm thường đóng (NC) và thường mở (NO) - Các cuộn dây hút/nhả các tiếp điểm khác. - Các phần tử điện khác nh­ timer, counter... - Các tiếp điểm thường đóng, thường mở, đầu ra... Trong sơ đồ bậc thang, cuộn dây rơle sẽ chỉ nhận được điện tử power bus trái (coi nh­ mét dây nguồn) khi các tiếp điểm điều khiển nó ở trạng thái đóng (cho phép dòng điện đi qua). Do vậy các tiếp điểm (và tổ hợp đấu nối củ chúng) thường được gọi là điều kiệnt hực thì (execution condition) cho cuộn dây hay các lệnh khác đi sau. Ví dụ về một sơ đồ bậc thang: Các cuộn dây, các tiếp điểm và một số các phần tử khác luôn có một địa chỉ trong bộ nhớ để tham chiếu và sử dụng trong chương trình. Địa chỉ này được ghi phía trên ký hiệu của phần tử. Còn các tên mô tả chức năng của chóng nh­ : "Nút-bật". “Nút-tắt”... được ghi bên dưới. Địa chỉ của tiếp điểm sẽ điều khiển (đóng/mở) tiếp điểm này; ngược lại, cuộn dây lại điều khiển bật tắt các địa chỉ đi kèm của cuộn dây. b) Các quy tắc chung của sơ đồ LADDER DIAGRAM. 1. Nếu muốn đầu ra luôn ở ON, phải nối đầu ra này qua 1 cờ (Flag) là Bit “253.13”. Bit này là 1 cờ hệ thống luôn luôn ở trạng thái ON. Ví dô: 2. Có thể nối song song nhiều tiếp điểm dùng lệnh OR hoặc song song nhiều đầu ra dùng lệnh OUT/OUT NOT và dùng bit đầu vào nhiều lần. Ví dô: 3. Nếu có 2 lệnh OUPUT cho cùng 1 địa chỉ bit, lệnh OUPUT trước sẽ không có tác dụng. Ví dô: Đoạn chương trình trên được sửa lại như sau: 4. Một đoạn mạch có thể có nhiều lệnh OUT nối song song nhau. Ví dô: III.6. Các lệnh cơ bản của sơ đồ bậc thang. III.6.1. Lệnh LD. Lệnh LD nối với Power bus trái sẽ khởi đầu 1 network của sơ đồ Ladder Diagram. Sè ghi phía trên ký hiệu lệnh là địa chỉ thông số của lệnh. Các địa chỉ có thể truy cập ở dạng bit: IO, HR, AR, LR, TC, TR II.6.2. Lệnh AND. Lệnh AND sẽ tạo ra 1 logic giống nh­ hình dưới đây: ở ví dụ trên, việc nối tiếp 2 điều kiện logic A và B sẽ đòi hỏi cả A và B đều đóng thì đèn C mới sáng. Dưới đây là một ladder Diagram có dùng lệnh AND. Lúc này, khi bật công tắc CH000.00 đồng thời bật công tắcCH000.01 thì đèn đầu ra Output 010.00 mới sáng. II.6.3. Lệnh OR. Lệnh OR sẽ tạo ra 1 logic giống nh­ hình dưới đây: ở ví dụ trên, việc nối song song 2 điều kiện logic A và B sẽ chỉ đòi hỏi hoặc A hoặc B tác động thì đèn C sẽ sáng. Dưới đây là 1 Ladder Diagram có dùng lệnh OR. Lúc này, khi bật công tắc CH000.00 thì đèn đầu ra Output 010.00 sẽ sáng, hoặc khi bật công tắc CH000.00 đồng thời bật công tắc CH000.01 thì đèn đầu ra Output 010.00 cũng sẽ sáng. III.6.4. Lệnh AND LD. Lệnh AND LD được dùng để xây dựng các khối logic phức tạp hơn bằng cách ghép chúng nối tiếp với nhau. Giả sử ta có một đoạn chương trình như dưới đây, trong đó đầu ra 010.00 sẽ bật khi đầu vào 000.00 hoặc 000.01 và 000.02 bật. Nếu bây giê điều kiện trên có thêm đầu vào 000.04 nh­ dưới đây: Việc nhập vào đoạn chương trình này đòi hỏi phải chia nã ra làm 2 khối nối tiếp nhau. III.6.5. Lệnh OR LD. Dùng để nối song song hai tổ hợp khối Việc nhập vào đoạn chương trình này đòi hỏi phải chia nã ra làm 2 khối nối tiếp nhau. III.6.6. Lệnh OUT. Lệnh OUT giống nh­ 1 rơle chấp hành đưa ra kết quả logic của các lệnh đi trước vào 1 tiếp điểm (bit) OUTPUT. Các địa chỉ có thể truy cập ở dạng bit: IO, AR, HR, TC, LR, TR. ở chương trình trên kết quả logic của lệnh LD 000.00 (tiếp điểm đóng mở) sẽ điều khiển đầu ra là tiếp điểm 010.00 Khi nhập đoạn chương trình trên vào PLC, phải đảm bảo đang ở chế độ Program Mode và cuối chương trình phải có lệnh END. LD 000.00 OUT 010.00 END (01) Sau đó chuyển sang chế dé Monitor hoặc RUN để chạy. Bật thử công tắc 000.000 thì đầu ra 010.00 sẽ ON. Ví dô: III.6.7. Lệnh bật bit (SET) và xoá bit (RESET) Địa chỉ Lệnh Tham sè 00000 LD 000.00 00001 SET 010.00 00000 LD 000.01 00002 RESET 010.00 00003 END(01) III.6.8. Lệnh giữ KEEP - KEEP (11). Duy trì trạng thái ON hoặc OFF của một bit hoặc một đầu ra cho đến khi mét cho đến khi mét trong hai đầu vào Reset và SET chuyển trạng thái III.6.9. Lệnh DIFFERENTIATE UP và DOWN - DIFU (13) & DIFD (14) Lệnh DIFU (13) bật bít đi kèm lên ON trong một thời gian ngắn (tạo một xung) khi điều kiện thực hiện chuyển từ OFF sang ON. Lệnh DIFD (14) bật bít đi kèm lên ON trong một thời gian ngắn (tạo một xung) khi điều kiện thực hiện chuyển từ ON sang OFF. III.6.10. Lệnh sao chép dữ liệu - MOVE (21). Lệnh này chuyển một hằng số hoặc dữ liệu ở kênh nguồn (s) đến kênh đích (D). III.6.11. Lệnh (TIME) - TIM Khi đầu vao điều kiện thực thi của hàm TIM là ON, hàm TIM sẽ đếm giảm thời gian từ giá trị thời gian đặt trước SV đến khi bằng 0 thì lập cờ (copletion flag) lên ON. Completion flag sẽ vẫn ở ON cho đến khi bị Reset. N: Số của Timer Hằng sè (#) SV: Set Value (Worrd, BCD) IR, SR, AR, DM, HR, LR, # III.6.12: Các bộ đếm (CNT) Mỗi khi đầu vào đém chuyển từ OFF®ON. Số thuộc bộ đếm giảm một đơn vị . Khi số đếm thuộc bộ đếm bằng 0 ® tác động tiếp điểm. Dỗu vào Reset đặt lại trạng thái đầu tiên của bộ đếm. Giản đồ thang: III.6.13.Các bé ghi dịch SFT (10) Ghi dữ số liệu từ đầu vào Data và đẩy số liệu từ ô nhớ này đến ô nhớ kế cận nó hoặc từ kênh này đến kênh khác mỗi khi mỗi khi có một xung đầu clock. Khi có đầu vào Reset sẽ xoá thanh ghi trở về 0 và Reset lại ô nhớ. Giản đồ thang của OMRON : Chương IV: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG ĐÓNG, CẮT NGUỒN DỰ PHÒNG IV.1 Sơ đồ nguyên lý chuyển đổi nguồn điện a). Yêu cầu công nghệ: Khi nguồn lưới có điện máy cắt MC1 đóng phụ tải được cung cấp điện từ nguồn lưới, khi mất điện nguồn lưới sẽ cắt MC1. Sau một thời 5 giây Đóng R5 để đề cho động cơ kéo máy phát, khi máy phát hoạt động sẽ đóng MC2 và phụ tải được cung cấp từ nguồn máy phát. Sau khi nguồn lưới có điện trở lại, chê một phót sau khi điện lưới ổn định sẽ cắt MC2 và đóng MC1. Máy phát chạy không tải 10 giây rồi dõng máy phát, phụ tải lại được cung cấp điện từ nguồn lưới. Lưu ý: máy cắt MC1 và MC2 không đóng hay cắt cùng một lúc b)Lưu đồ công nghệ chuyển đổi nguồn điện Nguyên lí hoạt động của lưu đồ: + Khi nguồn lưới đang cấp điện cho phụ tải thì mất điện: - Rơle kiểm tra điện áp EVR1 mất điện - Cắt máy cắt MC1 - Sau 5 giây đóng R5 cấp nguồn từ ắc quy để đề động cơ kéo máy phát . Động cơ kéo đề cứ 3 giây lại nghỉ 13 giây, nếu đề không được lại tiếp tục đề, tối đa được đề 3 lần. nếu sau 3 lần không khởi động được động cơ kéo máy phát thì không đề nữa. - khi máy phát điện làm việc và đủ tải thông qua Rơle kiểm tra điện áp EVR2 sẽ đóng máy cắt MC2. - Phô tải được cấp nguồn từ máy phát. + Khi nguồn lưới có điện trở lại; - Thông qua Rơle kiểm tra điện áp EVR1 có điện trở lại. - Sau 60 giây: + Cắt máy cắt MC2 + Đóng máy cắt MC1 - Máy phát chạy không tải sau 10 giây thì dừng lại. - Phô tải được cung cấp từ nguồn lưới điện IV.2. Lùa chọn thiết bị đóng cắt: Chọn 02 máy cắt không khí loại NW16 - 1600 có các thông số sau: Điện áp chịu được: U : Ucf= 690 V Dòng cho phép: I : Icf= 1600 A Số cực: 04 : 04 Điện áp điều khiển: U : Uđk= 220 V Điện áp cách điện định mức: 1000/1250 IV.3. Lùa chọn Rơle bảo vệ điện áp thấp : Để đáp ứng yêu cầu công nghệ chọn 02 rơle kiểm tra điện áp điện tử tương tù loại EVR380 có thông số sau: - Rơle điện áp EVR1 kiểm tra điện áp phía nguồn lưới - Rơle điện áp EVR2 kiểm tra điện áp phía máy phát điêzen - Điện áp định mức: 380 V. : 380 V. - Điện áp đặt cao: 380 V - 460 V. : 380 V - 460 V. - Điện áp đặt thấp: 300 V - 380 V. : 300 V - 380 V. - Thời gian đặt cao: 0,5s - 5s. : 0,5s - 5s. - Thời gian đặt thấp: 1s - 5s. : 1s - 5s. - Thời gian cắt khi mất pha: 0,5s. : 0,5s. - Thời gian cắt khi đảo pha: 5s. : 5s. - Đặc tình thời gian: xác định. : x¸c ®Þnh. - Đầu ra rơle: 5A-250 V AC. : 5A-250 V AC. - Chỉ thi sự cố cắt được lưu nhớ 24h và được hiểh thị trên led khi Ên nót ascertáin s/w. Có chế độ đặt bằng tay và tự động. IV.4. Phân cổng vào/ra chọn thiết bị điều khiển lập trình phân cổng vào/ra: - Cổng vào: 001 - điện áp lưới nguồn 003 - điện áp nguồn máy phát 004 - Dõng máy phát khẩn cấp - Cổng ra: 1000 - Đề động cơ kéo MF 1001 - Máy cắt (MC1) - Máy cắt (MC2) - Tải - Máy phát - Lưới sơ đồ mạch phân cổng vào/ra b)Chọn thiết bị điều khiển lập trình Căn cứ vào số liệu phân cổng vào/ra chọn thiÕt bị điều khiển lập trình PLC - CPM1A- 20 của hãng Omron (Nhật Bản): có 12 đầu vào và 8 đầu ra IV.5. Lập trình bằng sơ đồ bậc thang: a) Sơ đồ bậc thang c)Nguyên lý hoạt động của sơ đồ: Khi nguồn lưới đột ngột mất điện thông qua rơ le kiểm tra điện áp gửi tín hiệu 001 đến bộ điều khiển PLC làm cho TIM04 có điện và bắt đầu đếm thời gian sau 5 giây thì đóng tiếp điểm làm cho đầu ra 1000 có điện đề cho động cơ kéo máy phát ( do các tiếp điểm CNT08, 003, TIM00 vẫn kín). Đồng thời TIM00 có điện và bắt đầu đếm thời gian, sau 3 giây thì tác động các tiếp điểm của nã làm cắt điện 1000 (tạm ngưng đề động cơ kéo máy phát) và đóng điện cho TIM01 sau 10 giây sẽ tác động các tiếp điểm làm mất điện TIM00 và động cơ kéo máy phát lại tiếp tục được đề lần thứ 2 (nếu ở lượt đề đầu tiên động cơ kéo máy phát chưa chạy). Mỗi khi TIM00 có điện sẽ đưa 1 xung clook vào bộ đếm CNT08 làm tăng thêm một đơn vị đếm, cứ nh­ thế máy phát được khởi động 3 lần. Sau 3 lần khởi động, tiếp điểm CNT08 sẽ tác động và không đề nữa. Khi rơle điện áp EVR2 báo có điện từ máy phát (003 có điện) sẽ cắt điện MC1và làm cho TIM05 có điện và bắt đầu đếm thời gian sau 5 giây sẽ tác động tiếp điÓm của nó làm cho 1002 có điện (đóng MC2). Phụ tải được cấp điện từ nguồn máy phát Khi lưới có điện trở lại thông qua rơle điện áp 001 có điện làm cho các tiếp điểm 001 thường đóng mở ra và các tiếp điểm thường mở đóng lại làm cho TIM02 có điện (do 003 đóng từ trước đó) và TIM02 bắt đầu đếm thời gian sau 1 phót nó tác động tiếp điểm làm cho 1002 mất điện cắt máy cắt MC2 Đồng thời đầu ra 1001 có điện sẽ đóng máy cắt MC1. Phô tải được cấp điện từ nguồn lưới Khi 1001 có điện làm cho TIM03 có điện và bắt đầu đếm thời gian sau 10 giây tác động tiếp điểm cắt điện 1004 (Dừng máy phát ). Trong trường hợp điện áp lưới chập chờn thì động cơ điêzen cũng không đề mà máy cắt MC1 sẽ được đóng khi có điện lưới trở lại ngay sau đó. Trong trường hợp muốn dừng khẩn cấp máy phát thì tác động công tắc đầu vào 004 sẽ cắt máy phát. d)Bảng mã lệnh: Thứ tù Lệnh Địa chỉ 0 LD TIM04 Write 1 LD NOT 003 Write 2 AND NOT CNT08 Write 3 AND NOT TIM00 Write 4 OUT 1000 Write 5 LD TIM04 Write 6 AND NOT TIM01 Write 7 TIM 00 Write 8 #30 Write 9 LD NOT 001 Write 10 AND TIM00 Write 11 TIM 01 Write 12 # 100 Write 13 LD NOT 001 Write 14 AND TIM00 Write 15 LD 001 Write 16 CNT 08 Write 17 # 3 Write` 18 LD 003 Write 19 AND TIM02 Write 20 OR 1001 Write 21 AND 001 Write 22 LD 001 Write 23 AND NOT 003 Write 24 OR LD Write 25 OUT 1001 Write 26 LD 003 Write 27 AND NOT TIM02 Write 28 AND TIM05 Write 29 OUT 1002 Write 30 LD 001 Write 31 AND 003 Write 32 TIM 02 Write 33 # 600 Write 34 LD 1001 Write 35 OR 1002 Write 36 OUT 1003 Write 37 LD 1001 Write 38 TIM 03 Write 39 # 100 Write 40 LD 003 Write 41 AND NOT TIM03 Write 43 AND NOT 004 Write 44 OUT 1004 Write 45 LD NOT 001 Write 46 TIM 04 Write 47 # 50 Write 48 LD 003 Write 49 AND NOT TIM02 Write 50 TIM 05 Write 51 # 50 Write 52 LD 001 Write 52 OUT 1005 Write 53 FUN 01 Write e)Sơ đồ đấu dây vào PLC kết luận Qua thời gian thực hiện đồ án tốt nghiệp, với đề tài: “Mô hình tự động đóng máy phát dự phòng " đã giúp em hiểu rõ hơn những vấn đề lý thuyết và thực tế liên quan đến việc thiết kế một hệ thống điều khiển tự động. Được sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy giáo Hà Tất Thắng cùng các thầy, cô giáo trong bộ môn Tự động hoá, cùng các bạn sinh viên trong líp và sự nỗ lực của bản thân em đã hoàn thành đề tài tốt nghiệp này. Đề tài tốt nghiệp đề cập đến những kiến thức cơ bản của việc thiết kế hệ thống điều khiển tự động trong mọi lĩnh vực công nhiệp, phương pháp và cách ứng dụng PLC vào việc thực hiện điều khiển các hệ thống. Do trình độ hiểu biết còn hạn chế nên không tránh khỏi những thiếu sót. Mong thầy cô và các bạn góp ý cho em. Em xin chân thành cảm ơn. Hà Nội, ngày ..... tháng..... năm 2006 Sinh viên Đỗ Mạnh Dũng MỤC LỤC Tài liệu tham khảo 1. Ngô Hồng Quang - Vũ Văn Tầm Thiết kế cấp điện - Nhà xuất bản Khoa học kỹ thuật - 2001. 2. Ngô Hồng Quang Sổ tay lùa chọn và tra cứu thiết bị điện từ 0,4kV ¸ 500kV - Nhà xuất bản Khoa học kỹ thuật - 2001. 3. Hoàng Minh Sơn Mạng truyền thông công nghiệp - Nhà xuất bản Khoa học kỹ thuật - 2001. 4. Nguyễn Tấn Phước Tự động hoá với PLC và Inverter của OMRON - Nhà xuất bản Trẻ - 2003. 5. Phạm Văn Chới - Bùi Tín Hữu - Nguyễn Văn Tôn Khí cụ điện - Nhà xuất bản Khoa học kỹ thuật - 2004. 6.Nguyễn Công Hiền-Đặng Ngọc Dinh- Nguyễn Hữu Khái- Phan Đăng Khải- Nguyễn Thanh Cung cấp điện- Nhà xuất bản Đại Học và Trung học chuyên nghiệp