Báo cáo môn điều khiển hệ thống điện công nghiệp

Báo cáo môn điều khiển hệ thống điện công nghiệp của trươn đh sư phạm kỹ thuật tp HCM ....................................................................................................................................................

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN ĐIỆN CÔNG NGHIỆP

-@&? -BÁO CÁO MÔN HỌC

ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ĐIỆN CÔNG NGHIỆP

GVHD: TS Trần Quang Thọ SVTH: Nhóm 2

1 Nguyễn Hoài Thư - 21142395

2 Vũ Viết Núi - 21142339

3 Nguyễn Đăng Minh - 21142320

4 Nguyễn Hoài Nam - 21142

ĐÁNH GIÁ THÀNH VIÊN

ĐÁNH GIÁ CỦA GIẢNG VIÊN

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

LỜI MỞ ĐẦU

TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2024

Xác nhận của giảng viên

TS Trần Quang Thọ

Trên tinh thần đó, nhóm em đã thực hiện báo cáo môn học “ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ĐIỆN CÔNG NGHIỆP” dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy TS Trần Quang Thọ.

Báo cáo được chia làm 3 chương tập trung vào việc mô phỏng ứng dụngPLC để thực hiện điều khiển các thiết bị theo các yêu cầu thiết kế đặt ra:

Chương 1: Điều khiển khởi động tuần tự.

Chương 2: Điều khiển thang cuốn.

Chương 3: Điều khiển hệ thống nguồn dự phòng (ATS).

Cuối cùng, nhóm em xin chân thành cảm ơn thầy TS Trần Quang Thọ

đã hướng dẫn tận tình giúp nhóm em hoàn thành báo cáo môn học này

LIỆT KÊ HÌNHHình 1.1 Sơ đồ mạch động lực hai động cơ chạy tuần tự.

Hình 1.2 Sơ đồ nối dây ngõ vào và ra của CP1L

Hình 1.3 Lưu đồ điều khiển khởi động tuần tự

Hình 1.4 Giao diện điều khiển khởi động tuần tự trên CX-Supervisor.Hình 1.5 Sơ đồ lader của mạch điều khiển khởi động tuần tự

Hình 1.6 Khi nhấn ON, timer bắt đầu đếm và động cơ M1 bắt đầu chạy.Hình1.7 Động cơ M1 đang chạy và timer đang đếm

Hình1.8 Động cơ M1 đang chạy và timer đang đếm

Hình 1.9 Khi timer đếm về 0, động cơ M2 bắt đầu chạy

Hình 2.1 hình minh hoạ thang cuốn

Hình 2.2 Sơ đồ mạch động lực điều khiển thang cuốn

Hình 2.3 Sơ đồ nối dây ngõ vào và ra của CP1L

Hình 2.4 Lưu đồ điều khiển thang cuốn

LIỆT KÊ BẢNGBảng 1.1 Bảng mô tả ký hiệu, chức năng và địa chỉ của các phần tửBảng 2.1 Bảng mô tả ký hiệu, chức năng và địa chỉ của các phần tửBảng 3.1 : Bảng mô tả ký hiệu, chức năng và địa chỉ của các phần tử.

DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮTPLC Programmable Logic ControllerATS Automatic Tranfer Switch

CHƯƠNG 1 ĐIỀU KHIỂN KHỞI ĐỘNG TUẦN TỰ 1.1 GIỚI THIỆU

1.1.1 ĐIỀU KHIỂN KHỞI ĐỘNG TUẦN TỰ LÀ GÌ ?

Điều khiển khởi động động cơ tuần tự là quá trình điều khiển các động cơ trongmột hệ thống sao cho chúng được khởi động và hoạt động theo một trình tựnhất định Trong hệ thống này, có nhiều động cơ được kết nối một cách tuần tự,

có nghĩa là một động cơ phải được khởi động và hoạt động trước khi động cơkhác được kích hoạt

Quá trình này thường được thực hiện bằng cách sử dụng các thiết bị điều khiểnnhư PLC (Programmable Logic Controller) hoặc các bộ điều khiển khác Trong

hệ thống điều khiển này, các lệnh được lập trình để đảm bảo rằng các động cơđược khởi động theo trình tự đúng và an toàn Điều này có thể bao gồm việckiểm soát thời gian trễ giữa các động cơ, đảm bảo rằng một động cơ đã đạtđược tốc độ hoạt động an toàn trước khi động cơ tiếp theo được kích hoạt

1.1.2 ỨNG DỤNG

Việc điều khiển khởi động động cơ tuần tự thường được áp dụng trong các ứngdụng công nghiệp như băng chuyền sản xuất, thang máy, tháp giải nhiệt vànhiều hệ thống khác nơi có nhu cầu điều khiển đồng bộ và an toàn giữa cácđộng cơ khác nhau Dưới đây là một số ứng dụng cụ thể của điều khiển khởiđộng tuần tự động cơ trong công nghiệp:

- Bơm nước: Điều khiển khởi động tuần tự được sử dụng trong các hệ thốngbơm nước để giảm số lần động cơ khởi động và dừng đột ngột, giúp bảo vệ hệthống và tăng tuổi thọ của động cơ

- Quạt và máy làm mát: Trong các hệ thống thông gió và làm mát công nghiệp,điều khiển khởi động tuần tự giúp giảm số lần động cơ khởi động, giảm độtngột áp lực và tiết kiệm năng lượng

- Băng tải và máy nén: Trong các hệ thống băng tải và máy nén, việc sử dụngđiều khiển khởi động tuần tự giúp giảm số lần động cơ khởi động, giảm độrung và tiếng ồn, tăng tuổi thọ của hệ thống

1.2 MỤC TIÊU THIẾT KẾ

Thiết kế giao diện điều khiển hai động cơ chạy tuần tự được ứng dụng trongbăng chuyền sản xuất với yêu cầu sau: Nhấn nút ON thì động cơ M1 chạyngay, sau khoảng thời gian được cài đặt bởi timer thì động cơ M2 chạy Khinhấn nút OFF thì cả 2 động cơ M1, M2 đều dừng

1.3 BẢNG MÔ TẢ KÝ HIỆU, CHỨC NĂNG VÀ ĐỊA CHỈ CỦA CÁC

PHẦN TỬ

CIRCUITBREAKER

Bảng 1.1 Bảng mô tả ký hiệu, chức năng và địa chỉ của các phần tử

1.4 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ MẠCH ĐỘNG LỰC VÀ SƠ ĐỒ NỐI DÂY

1.4.1 SƠ ĐỒ MẠCH ĐỘNG LỰC

Mạch động lực bao gồm: 2 động cơ 3 pha, 1 CB 3 pha, 2 contactor và 2 relay nhiệt

Hình 1.1 Sơ đồ mạch động lực hai động cơ chạy tuần tự.

1.4.2 SƠ ĐỒ NỐI DÂY

Để điều khiển được 2 động cơ chạy tuần tự, ta sử dụng PLC để lập trình điều khiển với dòng PLC CP1L-M30-DR-A do OMRON sản xuất Sơ đồ nối dây như sau:

Hình 1.2 Sơ đồ nối dây ngõ vào và ra của CP1L.

1.5 NGUYÊN LÝ ĐIỀU KHIỂN

1.5.1 THIẾT KẾ LƯU ĐỒ ĐIỀU KHIỂN

Hình 1.3 Lưu đồ điều khiển khởi động tuần tự.

1.5.2 GIẢI THÍCH NGUYÊN LÝ ĐIỀU KHIỂN

Nguyên lý điều khiển như sau: khi nhấn nút ON ngõ ra kết nối cuộn dây củacontactor K1 có điện nên hút các tiếp điểm làm cho động cơ M1 có điện vàhoạt động và đồng thời cấp điện cho timer hoạt động Timer đếm lùi từ thờigian cài đặt về 0s, khi giá trị timer về 0, tiếp điểm thường mở timer sẽ đónglại và ngõ ra kết nối cuộn dây contactor K2 có điện hút các tiếp điểm làm

động cơ M2 có điện và hoạt động Khi nhấn OFF, toàn bộ mạch bị mất điện,

cả 2 động cơ M1 và M2 đều dừng

1.6 CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN

1.6.1 GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN TRÊN CX-SUPERVISOR

Giao diện điều khiển khởi động tuần tự trên CX-Supervisor bao gồm:

- Tên: SEQUENCE CONTROL

- 1 nút home: cho phép trở về trang home

- 1 nút nhấn ON và 1 nút nhấn OFF dùng để chạy và dừng động cơ

- 2 đèn báo cho 2 động cơ khi động cơ chạy

- Giá trị cài đặt cho timer (SET_TIMER)

- Giá trị hiển thị cho timer (TIMER)

Hình 1.4 Giao diện điều khiển khởi động tuần tự trên CX-Supervisor

1.6.2 SƠ ĐỒ LADER

Hình 1.5 Sơ đồ lader của mạch điều khiển khởi động tuần tự.

1.7 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ NHẬN XÉT

1.7.1 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG

* Khi ta nhấn nút ON, động cơ M1 chạy nên đèn đỏ sáng và timer bắt đầu

đếm.Thời gian cài mặc định ban đầu cho timer là 10s

Hình 1.6 Khi nhấn ON, timer bắt đầu đếm và động cơ M1 bắt đầu chạy.

Hình1.8 Động cơ M1 đang chạy và timer đang đếm.

* Sau khoảng thời gian điều chỉnh trên timer (timer đếm đến 0s) thì động cơ M2 mới bắt đầu chạy nên đèn xanh sáng.

Hình 1.9 Khi timer đếm về 0, động cơ M2 bắt đầu chạy.

* Khi nhấn OFF thì cả 2 động cơ đều dừng, hai đèn báo động cơ chạy đều tắt

Hình 1.10 Khi nhấn nút OFF.

* Ta có thể cài đặt giá trị khác cho timer và thu được kết quả tương tự (ở đây tacài giá trị cho timer là 20s):

Hình 1.11 Khi nhấn nút ON

Hình 1.12 Động cơ M1 đang chạy và timer đang đếm.

Hình1.13 Khi timer đếm về 0.

Hình1.14 Khi nhấn nút OFF.

1.7.2 NHẬN XÉT

Kết quả mô phỏng đúng như mục tiêu thiết kế đặt ra Đây là một ứng dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực như tự động hóa công nghiệp Mạch này thường đượcthiết kế để đảm bảo rằng hai động cơ hoạt động đồng bộ nhất trong quá trình vận hành Bằng cách điều khiển tín hiệu và thời gian, cả hai cơ sở sẽ hoạt động chính xác theo yêu cầu của công cụ, giúp tăng hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống

CHƯƠNG 2 ĐIỀU KHIỂN THANG CUỐN 2.1 TÍNH CẦN THIẾT

Sự phát triển mạnh mẽ của nền công nghiệp hoá hiện đại hoá tại các trung tâm công nghiệp , thương mại và sự gia tăng dân số ở các đô thị, trung tâm lớn dẫn dến nhu cầu nhà ở nhà càng cao áp lực nên các yêu cầu thiết kế xây dựng phải tiết kiệm diện tích song vẫn đảm bảo được nhu cầu phục vụ cuộc sống cũng như phục vụ xã hội Đi đôi với việc xây dựng các toà nhà thì vấn đề chở ngườicũng như hàng hoá hết sức quan tâm Đối với việc chở người, chuyển hàng hoá

từ thấp lên cao và ngược lại là một việc hết sực quan trọng quyết định năng suất lao động trong thời buổi kinh tế ngày nay Vì vậy việc thiết kế ra một thiết

bị có khả năng chở người cũng như chở hàng hoá phục vụ cuộc sống thiết yếu

và một trong những thiết kế đáp ứng đó chính là thang cuốn

Cầu thang cuốn là thiết bị vận chuyển người, hàng hóa dạng băng tải Thang cuốn bao gồm hệ thống những bước thang có thể chuyển động lên trên hay xuống dưới liên tục luân phiên nhau thành vòng tròn khép kín, ăn khớp với nhau bằng những khe sâu trên bề mặt Đường đi của thang cuốn chủ yếu là đường thẳng nhưng một số khác được thiết kế theo dạng xoắn ốc để tiết kiệm diện tích

Thang cuốn ra đời là đáp ứng những nhu cầu thiết yếu ở trên Việc thiết kếthang cuốn mang lại nhiều lợi ích quan trọng trong hoạt động kinh doanh, từtăng cường trải nghiệm khách hàng đến tiết kiệm không gian và năng lượng.Đồng thời, nó cũng có thể là một phần quan trọng của chiến lược marketing vàthiết kế không gian thương mại

Hình 2.1 hình minh hoạ thang cuốn

2.3 BẢNG MÔ TẢ KÝ HIỆU, CHỨC NĂNG VÀ ĐỊA CHỈ CỦA CÁC

(0-8 ENDTIME END TIME (H) H1 NUMBER #

Bảng 2.1 Bảng mô tả ký hiệu, chức năng và địa chỉ của các phần tử

2.4 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ MẠCH ĐỘNG LỰC VÀ SƠ ĐỒ NỐI DÂY

2.4.1 SƠ ĐỒ MẠCH ĐỘNG LỰC

Hình 2.2 Sơ đồ mạch động lực điều khiển thang cuốn

Để điều khiển động cơ của thang cuốn , ta sử dụng PLC để lập trình điều khiển với dòng PLC CP1L-M30-DR-A do OMRON sản xuất Sơ đồ nối dây như sau:

Hình 2.3 Sơ đồ nối dây ngõ vào và ra của CP1L

2.5 NGUYÊN LÝ ĐIỀU KHIỂN

2.5.1 THIẾT KẾ LƯU ĐỒ ĐIỀU KHIỂN

Hình 2.4 Lưu đồ điều khiển thang cuốn

2.5.2 GIẢI THÍCH NGUYÊN LÝ ĐIỀU KHIỂN

Ở chế độ MAN (bằng tay), Khi chọn RUN, thang cuốn hoạt động Khi chọn

trị cho thang cuốn dừng hoạt động sau khi người rời khỏi thang cuốn ngoài giờcao điểm (SET_TIMER) Ở chế độ này, khi thời gian hiện tại (CURENTTIME) thuộc khung giờ cao điểm được cài đặt thì thang cuốn sẽ hoạt động.Ngoài khung giờ cao điểm thì thang cuốn ngưng hoạt động nhưng khi có ngườiđến thì cảm biến sẽ phát hiện và thang cuốn sẽ hoạt động, đồng thời đèn báocủa cảm biến sẽ nhấp nháy, khi người đi ra khỏi thang cuốn thì sau 1 khoảngthời gian đã cài đặt (SET_TIME) thang cuốn dừng Nếu khung giờ cao điểm

ta cài đặt qua 12h đêm (tức qua 0h) thì đèn NIGHT sẽ sáng tức báo hiệu chế độban đêm

2.6 CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN

2.6.1 GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN TRÊN CX-SUPERVISOR

Giao diện điều khiển trên CX-Supervisor bao gồm:

- Tên: ESCALATOR

- Nút home để chuyển về trang home

- 1 switch để chỉnh chế độ MAN/AUTO

- 1 switch để chỉnh chế độ RUN/STOP

- 1 đèn báo thang cuốn đang hoạt động ESCA_RUNNING

- 1 đèn báo có người đến gần SENSOR_STATUS

- Giá trị cài đặt cho timer để thang cuốn dừng khi người rời khỏi thang cuốn SET_TIMER(S)

- Giá trị hiển của timer TIMER(S)

- Giá trị cài đặt thời gian bắt đầu START TIME(H)

- Giá trị cài đặt thời gian kết thúc END TIME(H)

- Giá trị thời gian hiện tại CURRENT TIME(H)

- Đèn NIGHT báo chế độ ban đêm

Hình2.5 Giao diện điều khiển thang cuốn trên CX-Supervisor

2.6.2 SƠ ĐỒ LADER

Hình 2.6 Sơ đồ Lader điều khiển thang cuốn.

Hình 2 Giao diện thang cuốn hoạt động trong khung giờ cao điểm trên supervisor

CX thời gian cao điểm cài đặt từ 10h START TIME đến 14h END TIME thời gian hiện tại (CURRENT TIME) là 0h nằm ngoài khung giờ cài đặt cao điểm nên thang cuốn không hoạt động (đèn báo ESCA_RUNNING tắt)

Hình 2 Giao diện thang cuốn không hoạt động trong khung giờ cao điểm trên CX-supervisor

- Thời gian cao điểm cài đặt từ 10h START TIME đến 14h END TIME thời gian hiện tại (CURRENT TIME) là 0h nằm ngoài khung giờ cài đặt cao điểm nên thang cuốn không hoạt động (đèn báo ESCA_RUNNING tắt) Nhưng khi

có người đi tới công tắc chuyển qua ON và đèn báo (SENSOR_STATUS) sáng

và đèn báo ESCA_RUNNING sáng thang cuốn hoạt động

Chế độ Man:

2.7.2 NHẬN XÉT

Qua mô phỏng ta thấy, mạch hoạt động đúng nguyên lý, phù hợp với yêu cầu thiết kế, đáp ứng được bài toán thực tế đặt ra

CHƯƠNG 3 ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ATS 3.1 GIỚI THIỆU

3.1.1 ATS LÀ GÌ ?

ATS – Automatic Tranfer Switch là hệ thống có khả năng tự động chuyển đổi

từ nguồn chính sang nguồn dự phòng khi nguôn chính gặp sự cố (mất pha, sụt

áp, quá áp, ) đảm bảo độ liên tục cung cấp điện để các quá trình sản xuấttrong công nghiệp không bị gián đoạn

- Khi lưới điện hoạt động bình thường và ổn định trở lại thì hệ thống ATS sẽchuyển đổi phụ tải hoạt động với nguồn điện chính và sau đó tắt máy phát điện

dự phòng

- Việc chuyển đổi này có thể vận hành theo chế độ tự động (Auto) hoặc điềukhiển bằng tay (Manual)

3.1.2 ƯU ĐIỂM CỦA ATS

Liên tục cung cấp điện: ATS đảm bảo rằng nguồn điện sẽ luôn được cung cấp

cho các thiết bị quan trọng trong trường hợp có sự cố với nguồn điện chính.Điều này quan trọng đặc biệt đối với các cơ sở y tế, dữ liệu quan trọng, hoặccác cơ sở sản xuất không thể gián đoạn nguồn điện

Tự động chuyển đổi: ATS hoạt động tự động và nhanh chóng chuyển đổi giữa

nguồn điện chính và nguồn dự phòng khi cần thiết, giảm thiểu thời gian giánđoạn nguồn điện và đảm bảo tính liên tục của hệ thống

Độ tin cậy cao: ATS được thiết kế để hoạt động đáng tin cậy và hiệu quả

trong mọi điều kiện, kể cả trong các tình huống khẩn cấp và môi trường khắcnghiệt

3.2 MỤC TIÊU THIẾT KẾ

3.3 BẢNG MÔ TẢ CHỨC NĂNG

10 INTER1 INTERUPTED LIGHT1 W30.03

Bảng 3.1 : Bảng mô tả ký hiệu, chức năng và địa chỉ của các phần tử

3.4 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ VÀ THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NỐI DÂY

3.4.1 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ

Hình 3

Hình 3 Sơ đồ thời gian ứng dụng 2CB - đường chính LN1

3.5 NGUYÊN LÝ ĐIỀU KHIỂN

3.4.1 THIẾT KẾ LƯU ĐỒ ĐIỀU KHIỂN

Hình 3 Lưu đồ điều khiển hệ thống ATS

3.4.2 GIẢI THÍCH NGUYÊN LÝ ĐIỀU KHIỂN

* Ở chế độ MAN (chế độ bằng tay): Khi bật ON cho CB1, CB1 đóng và Line 1cấp điện cho tải Bật OFF cho CB1 , CB1 mở và Line 1 ngắt điện qua tải Bật

ON cho CB2, CB2 đóng và Line 2 cấp điện cho tải Sau đó nếu muốn đóngđiện CB1 lại thì ta phải bật OFF cho CB2 Chỉ một trong hai Line được phépcấp điện cho tải, hai Line không thể đồng thời cấp điện cho tải vì vậy nếu bật

ON cho CB1 và CB2 cùng lúc thì CB1, CB2 đều mở ra và không có Line nàocấp điện cho tải Đèn báo INTERRUPT 1 báo mất điện Line 1 Đèn báo

* Ở chế độ AUTO (tự động): Mặc định Line 1 cấp điện cho tải Nếu Line 1 bịmất điện thì đèn báo INTERRUP 1 sẽ nhấp nháy và sau khoảng thời gian trìhoãn TS thì CB1 sẽ mở ra ngắt điện Line 1 qua tải Sau đó timer TCE bắt đầuđếm và hết thời gian trì hoãn TCE thì CB2 đóng lại, Line 2 cấp điện cho tải.Trong lúc Line 2 đang cấp điện cho tải mà Line 1 có điện trở lại thì đèn báomất điện Line 1 tắt Timer TBS bắt đầu đếm, sau khoảng thời gian trì hoãnTSB thì CB2 mở ra, ngắt điện Line 2 qua tải Khi CB2 mở ra thì timer TCN bắtđầu đếm, hết thời gian trì hoãn TCN thì CB1 đóng lại, Line 1 cấp điện cho tải.Nếu Line 2 đang cấp điện cho tải mà Line 2 cũng mất điện luôn thì trạng tháicủa các CB vẫn giữ nguyên.

3.5 CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN

3.5.1 GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN TRÊN CX-SUPERVISOR

Hình 3 Giao diện điều khiển hệ thống ATS trên CX-Supervisor

3.5.2 SƠ ĐỒ LADER

Hình 3 Sơ đồ Lader điều khiển hệ thống ATS

3.6 MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ

 Chế độ AUTO:

- Bật Switch sang chế độ AUTO , ban đầu mặc định Line 1 cấp điện cho tải

Hình 3 Giao diện điều khiển ở chế độ Auto

- Khi Line 1 mất điện, đèn báo INTERRUPT 1 nhấp nháy và timer TS bắt đầu đếm

Hình 3 Đèn báo mất điện Line 1 nhấp nháy và timer TS đang đếm

- Sau khi hết thời gian trì hoãn TS thì CB1 mở ra và timer TCE bắt đầu đếm