Thiết kế hệ thống giám sát điện năng trong phòng thí nghiệm

Việc thiết kế hệ thống giám sát điện năng để quản lý, giám sát chất lượng nguồn điện và khả năng hoạt động của tải là rất cần thiết.. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu là bộ tự động chuyển

MỤC LỤC

PHẦN MỞ ĐẦU i

1 Tính cấp thiết của đề tài i

2 Mục đích của đề tài i

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu i

4 Phương pháp nghiên cứu khoa học i

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ii

CHƯƠNG 1 THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT ĐIỆN NĂNG TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM 1

1.1 BÀI TOÁN GIÁM SÁT 1

1.1.1 Nêu bài toán cần giải quyết 1

1.1.2 Các giải pháp giám sát mạng điện 3

1.2 CẤU TRÚC HỆ THỐNG GIÁM SÁT ĐIỆN NĂNG TRONG PTN 8

CHƯƠNG 2 LỰA CHỌN THIẾT BỊ CHO MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM 10

2.1 LỰA CHỌN THIẾT BỊ CHO HỆ THỐNG GIÁM SÁT 10

2.1.1 Lựa chọn thiết bị cho mô hình thí nghiệm 10

2.1.2 Thiết kế sơ đồ bố trí thiết bị cho mô hình 14

2.2 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ ĐI DÂY CHO MÔ HÌNH 15

2.2.1 Sơ đô đi dây chung cho mô hình 15

2.2.2 Sơ đồ đi dây riêng cho chương trình chuyển nguồn tự động dùng LOGO! 12/24RC 17

2.3 CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN LOGO! CHO MÔ HÌNH 18

2.3.1 Giới thiệu về bộ điều khiển logic khả trình LOGO! 19

2.3.2 Lập trình bằng tay cho LOGO! 20

2.4 LỰA CHỌN THIẾT BỊ CHO HỆ THỐNG ĐO ĐIỆN NĂNG 21

2.4.1 Lựa chọn thiết bị 21

2.4.2 Thiết kế sơ đồ bố trí thiết bị cho mô hình 25

2.4.3 Thiết kế sơ đồ đi dây cho mô hình 27

CHƯƠNG 3: GIÁM SÁT ĐIỆN NĂNG TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM TRÊN PHẦN MỀM ATSCADA 28

3.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ATSCADA 28

3.2 TÌM HIỂU VỀ KẾT NỐI TRUYỀN THÔNG CỦA ĐỒNG HỒ SELEC VỚI MÁY TÍNH 31

3.3 THIẾT BỊ CHUYỂN ĐỔI RS485 SANG USB 33

3.4 MÔ HÌNH GIÁM SÁT ĐIỆN NĂNG TRONG PTN 36

3.4.1 Nhập địa chỉ mosbus của đồng hồ lên phần mềm ATdriver Server 38

3.4.2 Chuyển dữ liệu từ ATDriver Server lên itagbuder 40

3.4.3 Chuyển dữ liệu từ Itagbulder lên màn hình giám sát 42

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 44

1 Kết luận 44

2 Kiến nghị 44

TÀI LIỆU THAM KHẢO 45

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Hiện nay, nền kinh tế nước ta đang phát triển 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 và sinh hoạt tăng trưởng không ngừng Công nghiệp luôn

là khách hàng tiêu thụ điện năng lớn nhất Trong tình hình kinh tế thị trường hiện nay, các xí nghiệp lớn nhỏ, các tổ hợp sản xuất đều phải hạch toán kinh doanh trong cuộc cạnh tranh quyết liệt về chất lượng và giá cả sản phẩm Điện năng thực sự đóng góp một phần quan trọng vào lỗ lãi của các nhà máy, xí nghiệp Chất lượng điện không tốt ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng sản phẩm

và gây gián đoạn quy trình sản xuất của các nhà máy, xí nghiệp

Việc thiết kế hệ thống giám sát điện năng để quản lý, giám sát chất lượng nguồn điện và khả năng hoạt động của tải là rất cần thiết Với các thông số thu được từ mạng điện sẽ giúp đưa ra các phương án cải thiện làm tăng chất lượng

điện và không ảnh hưởng tới quy trình sản xuất của các nhà máy, xí nghiệp

2 Mục đích của đề tài

Thiết kế hệ thống giám sát điện năng trong phòng thí nghiệm Cài đặt và vận hành hệ thống đo để đưa ra kết quả đo thông số mạng điện trong phòng thí nghiệm

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Mạng điện trong phòng thí nghiệm là nguồn lưới điện 3 pha 4 dây Đối tượng và phạm vi nghiên cứu là bộ tự động chuyển nguồn lưới điện chính – nguồn lưới điện dự phòng và hệ thống đo thông số mạng điện trong phòng thí nghiệm

4 Phương pháp nghiên cứu khoa học

Dựa vào cơ sở lý thuyết từ các môn học khí cụ điện, cung cấp điện để tính toán, thiết kế cấu trúc hệ thống, lựa chọn thiết bị và đi dây cho mô hình hệ thống

Dựa vào tài liệu cài đặt và vận hành đồng hồ đo đa năng của hãng Selec

để thực hiện cài đặt, đo và hiển thị kết quả đo thông số mạng điện trong phòng thí nghiệm

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Việc thực hiện đề tài giúp em củng cố kiến thức đã học trong các môn học cung cấp điện, khí cụ điện Đồng thời việc thiết kế và xây dựng mô hình hệ thống giúp em hiểu biết nhiều hơn về mô hình thực tế

Hải Phòng , Ngày tháng năm 2016

Sinh viên

Phạm Quốc Việt

CHƯƠNG 1 THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT ĐIỆN NĂNG TRONG

PHÒNG THÍ NGHIỆM 1.1 BÀI TOÁN GIÁM SÁT

1.1.1 Nêu bài toán cần giải quyết

“Hiện nay ở nước ta việc giám sát điện năng tiêu thụ là mối quan tâm hàng đầu của các nhà quản lí nhà nước và nó có ý nghĩa to lớn đối với sự phát triển kinh tế xã hôi, nhất là các doanh nghiệp Hơn thế nữa trong các nhà máy sản xuất công nghiệp hầu hết đều sử dụng động cơ công suất lớn so với công suất yêu cầu, hiệu suất thấp, động cơ thường xuyên bị làm việc non tải và còn thiếu cả các thiết bị điều khiển Trong cuộc sống hiện đại ngày nay, điện năng là yếu tố vô cùng quan trọng và càng quan trọng hơn trong sản xuất và kinh doanh của doanh nghiệp Bài toán đặt ra cho các nhà quản lý là làm sao quản lý tòa nhà

và và nhà máy, xí nghiệp hiệu quả nhất để giảm chi phí, tiết kiệm năng lượng ở mức tối đa, tạo thuận lợi cho doanh nghiệp trong những hoạt động kinh doanh” “Vậy bài toán giám sát điện năng ở đây được đặt ra là phải làm sao mang được thông tin điện năng từ hiện trường để đưa lên máy tính Từ đó thông qua máy tính ta có thể điều khiển cũng như cung cấp các dữ liệu xác thực nhất các thông số điện năng rồi báo cáo các dữ liệu đó tới các cấp quản lí phía trên để đưa ra các biện pháp xử lí nếu có sai xót

Lợi ích mà công việc giám sát mang lại được trình bày như sau:

- Giảm thời gian, chi phí nhân công để ghi lại dữ liệu từ các đồng hồ cơ, nhập vào file excell tạo báo cáo mỗi tháng

- Giảm được sơ sót trong quá trình thu thập dữ liệu bằng tay, tăng độ chính xác trong đo lường

- Kiểm soát dữ liệu điện năng liên tục 24 giờ /7 ngày tại bất kỳ trạm làm việc nào

- Khả năng đáp ứng nhanh với bất kỳ sự cố điện nào thông qua các cảnh báo, giảm được thời gian dừng máy

- Giảm thời gian xử lý sự cố do dữ liệu được thu thập đầy đủ, chụp được dạng sóng của nguồn điện khi sự cố xảy ra

- Ngăn ngừa khả năng bị điện lực phạt do cosφ thấp nhờ các báo động

- Theo dõi toàn tải của nhà xưởng theo thời gian thực, hữu ích cho việc lên kế hoạch tiết kiệm

- Có khả năng tạo các báo cáo về điện năng tiêu thụ ở dạng bảng, dạng

đồ thị, xuất ra file Excell

- Kiểm tra hóa đơn điện lực thông qua báo cáo về năng lượng sử dụng

- Xác định các nhiễu, sóng hài là do nguồn điện lực xông vào hay do các thiết bị của nhà máy gây ra Giảm thời gian xác định nguyên nhân

- Xác định loại nhiễu nào: Tăng/ giảm điện áp, sóng hài, xung điện áp…

- Duy trì mức tải cho thiết bị hợp lý, tránh trường hợp non hay quá tải

- Đưa ra quyết định đầu tư cho các thết bị cấp nguồn chính xác khi cần

mở rộng nhà máy

+ Yêu cầu kĩ thuật của việc giám sát điện năng:

- Dòng điện năng phải có tính liên tục, khộng bị gián đoạn

- Các thiết bị giám sát điện năng đặt tại cấp trường phải đảm bảo chịu được môi trường công nghiệp như: bụi bẩn, rung lắc, nhiệt độ không quá cao cũng không quá thấp, độ ẩm, hay nhiệt độ cao…vv

- Các thiết bị xử lí tín hiệu ở cấp trường là các bộ điều khiển cần được lập trình cũng như cài đặt chuản xác, cùng với đó là có tốc độ xử lí nhanh và ít chịu ảnh hưởng bởi nhiễu

- Có các phần mềm giám sát chuyên dụng để có thể giám sát một cách an toàn và hiệu quả nhất

- Thiết bị giám sát có thể là máy tính cá nhân hay là máy tính chuyên dụng có tốc độ xử lí cao và chính xác

- Vấn đề quan trọng nhất ở đây là đòi hỏi kỹ sư có trình độ cao, đặc biết

có nhiều năm kinh nghiệm trong công việc tiếp cận với quá trình giám sát điện năng”

1.1.2 Các giải pháp giám sát mạng điện

“Để có thể giám sát được các thông số của điện năng thì hiện nay trên thị trường có rất nhiều thiết bị thông minh có khả năng giám sát điện năng rất chuẩn xác Trong đề tài này mô hình được xây dựng giám sát thông qua đồng hồ đa năng MFM-383 do hãng select sản xuất”

+ Giải pháp 1: Dùng phần mềm chuyên dụng giám sát của hãng SELEC

Hình 1.1 Mạch và phần mềm đi kèm đồng hồ MFM-383 của hãng SELEC

“Đi kèm đồng hồ là mạch giao tiếp đồng hồ và máy tính, phần mềm chuyên dụng EN-VIEW giúp người sử dụng kiểm tra và điều khiển trực tiếp eggay trên máy tính

Phần mềm giúp các giám sát viên dễ dàng trong việc quan sát các số liệu cũng như thông số mạng điện từ máy tính cá nhân Máy tính và đồng hồ được kết nối với nhau qua mạng truyền thông modbus RTU, mạng mà hiện nay được dùng phổ biến nhất hiện nay

Phần mềm EN-VIEW là phần mềm hỗ trợ trên máy tính để thiết lập cho đồng hồ cũng như lấy số liệu từ đồng hồ về máy tính để giám sát Phần mềm có các tính năng: hiển thị số liệu từ đồng hồ về máy tính và cập nhật số liệu liên

tục, mô phỏng giao diện đồng hồ đồng hồ trên máy tính, hỗ trợ vẽ biểu đồ dạng sóng, số liệu cũ được lưu dưới dạng file excel”

Hình 1.2 Phần mềm EN-VIEW “Phần mềm EN-VIEW là phần mềm hỗ trợ trên máy tính để thiết lập cho đồng hồ cũng như lấy số liệu từ đồng hồ về máy tính để giám sát Phần mềm có các tính năng: hiển thị số liệu từ đồng hồ về máy tính và cập nhật số liệu liên tục, mô phỏng giao diện đồng hồ đồng hồ trên máy tính, hỗ trợ vẽ biểu đồ dạng sóng, số liệu cũ được lưu dưới dạng file excel”

Hình 1.3 Các số liệu hiển thị trên máy tính

Do phần mềm có nhiều tính năng mà giá thành của nó trở nên đắt đỏ Vì vậy mà phương án này không khả thi khi mà kinh phí đầu tư quá lớn cho công

việc mô phỏng giám sát trong phòng thí nghiệm và cần phải tìm ra phương án khác có thể thay thế nó

+ Giải pháp 2: Dùng hệ thống giám sát và quản lí điện năng scada [3]

Hình 1.4 Cấu trúc chung giám sát điện năng bằng ATSCADA

Đặt vấn đề:

“Trong cuộc sống hiện đại ngày nay, điện năng là yếu tố vô cùng quan trọng và càng quan trọng hơn trong sản xuất và kinh doanh của doanh nghiệp Bài toán đặt ra cho các nhà quản lý là làm sao quản lý tòa nhà, nhà máy,

xí nghiệp hiệu quả nhất để giảm chi phí, tiết kiệm năng lượng ở mức tối đa, tạo thuận lợi cho doanh nghiệp trong những hoạt động kinh doanh Phương án tối

ưu hiện nay là thiết lập hệ thống tự động hóa quản lý và giám sát SCADA

SCADA là hệ thống tự động hóa, với chức năng quản lý và giám sát toàn bộ hệ thống điện của tòa nhà hay khu công nghiệp giúp nâng cao hiệu quả công trình, hiện đại hoá, tiết kiệm điện năng tiêu thụ, bảo vệ môi trường” [3]

Hình 1.5 Kiến trúc hệ thống ATSCADA

“Kiến trúc hệ thống ATSCADA bao gồm 3 phần chính:

- ATSCADA Service chạy trên những Server

- Các Windows Clients là các máy tính chạy hệ điều hành Windows để điều khiển giám sát liên tục hệ thống

- Các Wed Clients thường là các smart phones, tablets ( có hệ điều hành khác nhau) dùng để điều khiển giám sát di động

SCADA thực hiện việc giám sát hệ thống điện qua thiết bị theo dõi các thông số kỹ thuật chính của nguồn điện như: kW, kVA, kVAr Đây là những thông số cần được giám sát chặt chẽ vì có ảnh hưởng rất lớn tới việc vận hành tất cả thiết bị sử dụng điện của tòa nhà hay công nghiệp Quản lý tốt các tham số này đồng nghĩa với việc giảm chi phí vận hành của tòa nhà-nhà máy, nâng cao hiệu quả sử dụng thiết bị Các tham số đều được đo bằng bộ đo đếm điện năng

kỹ thuật số nối mạng, thể hiện thông số trên màn hình máy tính và lưu trữ dữ liệu

Hệ thống SCADA được thiết kế cho các ứng dụng sản xuất, kinh doanh trong công nghiệp và thương mại Nó giúp các công ty quản lý các khoản đầu tư cho toàn bộ hệ thống điện một cách hiệu quả nhất: sử dụng năng lượng như thế nào, chi phí vận hành ra sao, độ an toàn-tin cậy của nguồn điện

Đặc tính kĩ thuật của phần mềm scada:

Sử dụng hệ thống SCADA (Supervisor Control And Data Acquisition) để theo dõi, giám sát, thu thập tất cả các thông số của hệ thống điện để từ đó có

những cảnh báo, biểu đồ diễn biến qúa trình của các tín hiệu dòng điện, điện áp,

hệ số công suất, công suất điện, điện năng tiêu thụ của các nhánh phân phối điện trong nhà máy Phần mềm SCADA có hỗ trợ các tính năng như là kết nối với trạm ở xa qua đường Telephone, Internet, cáp quang hay vô tuyến để có thể truyền dữ liệu đi những nơi cần thiết Điều này giúp cho việc theo dõi và giám sát số liệu một cách dễ dàng, không phụ thuộc vào khoảng cách, khắc phục sự

cố nhanh chóng và hiệu quả

Qua các giao diện HMI (Human Machine Interface) hiển thị trên máy tính, người vận hành sẽ quan sát được trực quan hệ thống đang làm việc như thế nào, biểu đồ phụ tải của mỗi cụm phụ tải, in ấn, gửi báo cáo, theo dõi tiến trình,

xu hướng gia tăng phụ tải, từ đó đề ra phương án vận hành tối ưu, linh hoạt hệ thống trong từng thời điểm thích hợp, giảm tổn thất điện năng cho mạng lưới điện, giảm tổn hao các dạng năng lượng khác

Giám sát tình trạng làm việc của tất cả các thiết bị máy cắt, Aptomat bao gồm dòng điện (A), điện áp (V), hệ số công suất (cos), tần số (f), công suất điện (Kw) và điện năng tiệu thụ (Kwh) tại các điểm đầu của một cụm tải

Cung cấp các thông tin, cảnh báo (phát Alarm khi giá trị của mỗi đại lượng bất kỳ vượt quá mức cài đặt) để có các biện pháp phòng ngừa kịp thời Phân cấp giám sát và vận hành, chỉ có những người có thẩm quyền mới được phép thay đổi các tham số của hệ thống

Cho phép cài ngưỡng bảo vệ (dòng điện, điện áp, lưu lượng giới hạn) cho từng cụm tải, khi vượt ra khỏi tầm hoạt động, hệ thống sẽ phát tín hiệu cảnh báo

Máy in sử dụng để in ấn các báo cáo, biểu đồ hoạt động của tải Tất cả dữ liệu liên quan đến hệ thống sẽ được lưu trữ dài hạn Phần mềm SCADA thu thập toàn bộ các giá trị dòng điện (A), điện áp (V), hệ số công suất (cos ), công suất điện (Pđm), điện năng tiêu thụ (KWh), lưu lượng nhiên liệu tức thời từ các bộ RTU về Server & biểu diễn trên màn hình theo đúng sơ đồ công nghệ của hệ thống phân phối điện, giúp cho việc theo dõi giám sát được dễ dàng & trực quan

Phần mềm SCADA thiết lập các ngưỡng báo động (Alarm), ghi nhận & phân tích các sự kiện (Event Analysic) xảy ra trong quá trình hoạt động của phụ tải In ấn (Printing) & gửi báo cáo (Report) đến các bộ phận hữu quan Hỗ trợ việc thống kê, ghi nhận & chuẩn bị kế hoạch bảo trì bảo dưỡng thiết bị một cách kịp thời & hiệu quả nhất

Máy in được gắn trực tiếp trên Máy tính Server” [3]

1.2 CẤU TRÚC HỆ THỐNG GIÁM SÁT ĐIỆN NĂNG TRONG PTN

Hình 1.6 Sơ đồ cấu trúc hệ thống

- Cấu trúc hệ thống bao gồm các khối sau:

+ Khối thiết bị đóng cắt động lực: gồm hai contactor CTT1 và CTT2 được điều khiển bởi 2 relay R3, R4;

+ Khối chuyển nguồn tự động: dùng LOGO! 12/24RC làm chức năng chuyển nguồn tự động;

+ Khối thiết bị đo: là các biến dòng có nhiệm vụ tạo các tín hiệu phản hổi đưa về hệ thống đo;

+ Khối đo thông số: dùng đồng hồ đo đa năng;

+ Khối máy tính giám sát: 1 máy tính PC để giám sát các thông số điện năng qua màn hình máy tính được thiết kế giao diện sẵn có;

- Nguyên lí hoạt động của cấu trúc:

“Giả sử mô hình thí nghiệm được 2 nguồn từ lưới điện 3 pha 4 dây là lưới 1 và lưới 2, trong đó lưới 1 là nguồn chính có thể mất bất kì lúc nào, còn lưới 2 là nguồn dự phòng và luôn luôn được cấp điện Giả sử lưới 1 đang cung cấp cho hệ thống tải phía động lực mà vì một lí do sự cố nào đó khiến các thiết

bị đóng cắt bên lưới 1 đóng lại ngừng cấp nguồn cho phụ tải Thì khối chuyển nguồn tự động sẽ cảm nhận được sự mất điện từ nguồn lưới chính và sau một thời gian ngắn khối này sẽ cho nguồn dự phòng cấp điện cho phụ tải

Khối thiết bị đo là 4 biến dòng được mắc ở phía động lực được dùng để lấy tín hiệu điện đưa vào khối đo thông số là đồng hồ đo, đồng hồ đo thực hiện nhiệm vụ tiếp nhận tín hiệu từ lưới để xử lí thông số đưa tín hiệu về khối máy tính giám sát, khối máy tính giám sát có nhiệm vụ hiển thị các thông số mạch đo

mà đồng hồ đo được để báo cáo với các kỹ sư quan sát trực tiếp tại màn hình máy tính””

CHƯƠNG 2 LỰA CHỌN THIẾT BỊ CHO MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM 2.1 LỰA CHỌN THIẾT BỊ CHO HỆ THỐNG GIÁM SÁT

2.1.1 Lựa chọn thiết bị cho mô hình thí nghiệm

Thiết bị được lựa chọn cho mô hình bao gồm:

+ 2 Aptomat 3 pha:

“Aptomat là khí cụ điện dùng để tự động cắt mạch điện khi có sự cố: quá tải, ngắn mạch, sụt áp,… Thường gọi là aptomat không khí vì hồ quang được dập tắt trong không khí (ACB) Yêu cầu đối với aptomat:

Chế độ làm việc định mức của aptomat phải là chế độ dài hạn, nghĩa là trị

số dòng điện định mức chạy qua aptomat lâu bao nhiêu cũng được Mặt khác, mạch vòng dẫn điện của aptomat phải chịu được dòng ngắn mạch lớn lúc các tiếp điểm của nó đã đóng hoặc đang đóng

Aptomat phải cắt được trị số dòng ngắn mạch lớn có thể lên đến hàng chục kA Sau khi cắt vẫn phải đảm bảo làm việc tốt ở trị số dòng điện định mức

Để nâng cao tính ổn định nhiệt và tính ổn định điện động của các thiết bị, hạn chế sự phá hoại của dòng ngắn mạch, aptomat phải có thời gian cắt nhỏ Muốn vậy phải kết hợp giữa lực thao tác cơ học và thiết bị dập hồ quang bên trong aptomat Để thực hiện yêu cầu thao tác có chọn lọc aptomat phải có khả năng điều chỉnh được dòng điện tác động và thời gian tác động” [1]

Trong bộ thiết bị tự động chuyển nguồn của phòng thí nghiệm sử dụng 2 aptomat 3 pha do hãng LS sản xuất tại Hàn Quốc:

“Công tắc tơ là một khí cụ điện dùng để đóng cắt thường xuyên các mạch điện động lực từ xa bằng tay hoặc tự động Việc đóng cắt công tắc tơ có thể thực hiện bằng nam châm điện, thủy lực hay bằng khí nén Thông thường sử dụng loại bằng nam châm điện” [1]

Trong bộ thiết bị tự động chuyển nguồn của phòng thí nghiệm sử dụng 2 công tắc tơ 3 pha do hãng LS sản xuất tại Hàn Quốc:

+ Rơle trung gian:

“Rơle là một loại khí cụ điện tự động mà đặc tính “vào – ra” có tính chất như sau: Tín hiệu đầu ra thay đổi nhảy cấp khi tín hiệu đầu vào đạt giá trị xác định

Đại lượng cần để rơle hoạt động được gọi là đại lượng tác dụng Các đại lượng tác dụng được đặt vào các đầu vào khác nhau của rơle, chúng có thể là

một hoặc nhiều đại lượng khác nhau Rơle có đại lượng tác dụng là đại lượng điện (dòng điện, điện áp, công suất,…) được gọi là rơle điện” [1]

Trong bộ thiết bị tự động chuyển nguồn của phòng thí nghiệm sử dụng 4 rơle điện từ do hãng OMRON sản xuất

- 2 rơle OMRON 220VAC:

+ Đèn báo : 3 đèn báo pha,

+ 1 đồng hồ đo đa năng MFM384-C:

- “Trong hệ thống đo thông số mạng điện trong phòng thí nghiệm sử dụng một đồng hồ đo đa năng do hãng SELEC sản xuất tại Ấn Độ để lấy thông

số mạng điện”

Hình 2.1 Mặt trước của đồng hồ đo đa năng MFM384-C

- Đồng hồ có kích thước 96 x 96 mm

- Trọng lƣợng: 318gms

- Màn hình hiển thị:

+ Hiển thị bằng màn hình LCD có đèn nền

+ Hiển thị thông số mạng điện 4 hàng, mỗi hàng có 4 số

+ Hàng thứ 5 có 8 số để hiển thị thông số điện năng ( khả năng nhớ

10 năm)

+ Thanh đồ thị hiển thị ở đầu mỗi hàng

+ Chuyển màn hình hiển thị tự động hoặc bằng tay (lập trình đƣợc) + Thời gian cập nhật màn hình hiển thị cho tất cả các thông số là 1 giây

- Điện áp tiêu chuẩn đầu vào:

- Dòng điện tiêu chuẩn đầu vào:

+ Danh định là 5A AC (giá trị nhỏ nhất là 11mA, giá trị lớn nhất là 6A)

- Công suất tiêu thụ: nhỏ hơn 8VA

- Xung đầu ra:

+ Điện áp cho phép: giá trị lớn nhất là 24VDC

+ Dòng điện cho phép: giá trị lớn nhất là 100mA

+ Độ rộng xung: 100ms5ms

- Điều kiện môi trường xung quanh cho phép:

C  75o

C + Độ ẩm cho phép: lên đến 85%

+ Cáp động lực CADIVI 4m loại 35mm2

2.1.2 Thiết kế sơ đồ bố trí thiết bị cho mô hình

Hình 2.2 Sơ đồ bố trí thiết bị của mô hình

Mô hình thí nghiệm được xây dựng trên một bảng điện có kích thước 120

x 80 bao gồm các aptomat, contactor, đồng hồ, tải, thiết bị bù được bố trí một cách hợp lí như trên

Chức năng của các thiết bị như sau:

- Aptomat 1,2 là 2 aptomat dùng để cấp nguồn từ hai nguồn lưới là lưới

1 và lưới 2, có chức năng là bảo vệ ngắn mạch cho mô hình

- 2 công tắc tơ được dùng để đóng cắt nguồn lưới 1 và lưới 2 là thiết bị được điều khiển bởi 2 rơ le trung gian RL3 và RL4

- 3 aptomat 1 pha được sử dụng để cấp nguồn cho bộ nguồn 24VDC, đồng hồ đo và thiết bị bù tự động

- 4 biến dòng dùng cho việc đo lường

- Tải là động cơ không động bộ roto lồng sóc

- Thiết bị bù được dùng để điều khiển đóng tụ bù lên lưới

- Đồng hồ điện năng: đo thông số điện năng từ nguồn cấp

2.2 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ ĐI DÂY CHO MÔ HÌNH

2.2.1 Sơ đô đi dây chung cho mô hình

“Sơ đồ đi dây cho mô hình một cách tổng quan như sau: Dây từ nguồn sẽ được chia làm 2 nguồn là nguồn chính và nguồn dự phòng, qua cầu đấu nguồn chính được nối đến aptomat 1, nguồn dự phòng được nối đến aptomat 2, sau đó aptomat 1 sẽ cấp nguồn cho contactor 1, aptomat 2 sẽ cấp nguồn cho contactor

2, 3 thanh cái sẽ được đi qua biến dòng và nối đến phụ tài Bộ điều khiển logic khả trình LOGO! sẽ được cấp nguồn từ bộ nguồn 24VDC, tiếp điểm thường mở của 2 rơ le trung gian RL1 và RL2 được kết nối với đầu vào của LOGO!, đầu ra của LOGO! cấp nguồn 24VDC cho 2 Rơle RL3 và RL4 Đồng hồ đo được nối với biến dòng thông qua các dây điều khiển, đồng hồ đo được nối với máy tính thông qua cổng RS485 Đèn báo được lấy nguồn từ 3 pha L1, L2, L3 tương ứng

để báo hệ thống có nguồn 3 pha”

Hình 2.3 Sơ đồ đi dây chung cho mô hình thí nghiệm

AT1 AT3 AT4 AT5 RL1 RL2 RL3 RL4

BD1 BD2 BD3

Tai

Ð1 Ð2 L1 L2 L3 N

Dong ho do

Pulse O/P RS485

S1 S1 S1 N V1 V3 I1 I2 I3 + _

V+

V+

AT2 CTT1 CTT2

2.2.2 Sơ đồ đi dây riêng cho chương trình chuyển nguồn tự động dùng LOGO! 12/24RC

+ sơ đồ mạch động lực:

Hình 2.4 Sơ đồ mạch động lực của hệ thống tự động chuyển nguồn

+ Sơ đồ mạch điều khiển:

Hình 2.5 Sơ đồ mạch động lực của hệ thống tự động chuyển nguồn

Nguyên lí của mạch động lực:

“Giả sử có 2 nguồn là nguồn lưới 1 và nguồn lưới 2, nếu nguồn điện 1 đang sử dụng mà mất điện thì lập tức R2 có điện, tín hiệu được gửi đến đầu vào của LOGO! LOGO! sẽ thực hiện chương trình để điều khiển cấp nguồn cho rơ

le R4, tiếp điểm rơ le R4 ở mạch động lực đóng lại cấp nguồn cho cuộn hút CTT K2, tiếp điểm K2 mạch động lực đóng lại nguồn lưới 2 được cấp đến phụ tải Khi nguồn lưới 1 có điện trở lại thì R1 có điện tiếp điểm R1 đóng lại cấp tín hiệu điều khiển cho LOGO! Sau 2s LOGO! sẽ thực hiện chương trình cấp nguồn cho

rơ le R3, tiếp điểm R3 ở mạch động lực đóng lại cấp nguồn cho cuộn hút CTT K1, tiếp điểm K2 mạch động lực đóng lại, tải lại được cấp nguồn trở lại từ lưới

1 Và lúc này đồng thời tiếp điểm K2 ở mạch động lực sẽ mở ra”

2.3 CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN LOGO! CHO MÔ HÌNH

2.3.1 Giới thiệu về bộ điều khiển logic khả trình LOGO!

“Logo! là bộ điều khiển lập trình loại nhỏ đa chức năng của siemens, đƣợc chế tạo với nhiều loại khác nhau để phù hợp cho từng ứng dụng cụ thể Do

đó nó đƣợc sử dụng ở nhiều mức điện áp vào khác nhau nhƣ: 12VDC, 24VAC, 24VDC, 230VAC và có ngõ ra số và ngõ ra relay” [2]

“Logo! bus có giao tiếp Asi Logo! có thể trao đổi thông tin qua mạng với

bộ điều khiển cấp cao hơn nhƣ: Simatic S7 200 Logo! bus có thể chuyển sang hoạt động ở chế độ độc lập bất cứ lúc nào nếu mạng có lỗi, nó tự hoạt động Ngoài ra logo! bus có thêm 4 đầu ra ảo để thay đổi dữ liệu trên bus Asi(kết nối với các bộ cảm biến)” [2]

“Logo! có các chức năng cơ bản đƣợc dùng để thiết lập một mạch điện đơn giản Khi một hệ thống điều khiển đòi hỏi phức tạp thì phải kết hợp với các chức năng đặc biệt để đạt đƣợc yêu cầu công nghệ Các chức năng này đƣợc kí hiệu và khả năng ứng dụng của chúng”[2]

* Các đầu nối ra CO (CONECTORS)

- Các ngõ vào của logo ký hiệu từ I1 đến I6

- Các ngõ ra của logo ký hiệu từ Q1 đến Q4

- Các đầu nối có thể sử dụng trong Menu Co là:

+ Ngõ vào ( Inputs): I1 – I2 – I3 – I4 – I5 – I6 – I7 – I8

+ Ngõ ra (Outputs): Q1 – Q2 – Q3 – Q4

+ Mức thấp: lo („0‟ hay OFF)

+ Mức cao: hi ( „1‟ hay ON)

+ Ngõ không nối: „ X‟

Khi ngõ vào của một khối luôn ở mức thấp thì chọn „lo‟, nếu luôn ở mức cao thì chọn „hi‟, nếu ngõ đó không cần sử dụng thì chọn „X‟ [2]

2.3.2 Lập trình bằng tay cho LOGO!

* Chương trình:

Hình 2.6 Chương trình điều khiển tự động chuyển nguồn trên logo!

* Các bước thực hiện trên logo!

Nhấn tổ hợp 3 phím “   , và ok” để vào phần cài đặt của logo!

Sau đó chọn Program edit Programlập chương trình bên trên cho logo!



Hình 2.7 Tạo chương trình mới cho logo!

Sau khi kết thúc cài đặt nhấn “start” để bắt đầu thực hiện chương trình

1

> 1

Hình 2.8 Chương trình bắt đầu được thực hiện trên logo!

2.4 LỰA CHỌN THIẾT BỊ CHO HỆ THỐNG ĐO ĐIỆN NĂNG

2.4.1 Lựa chọn thiết bị

Thiết bị được lựa chọn cho mô hình bao gồm:

* Một aptomat 3 pha do hãng LS sản xuất tại Hàn Quốc

+ Mã hiệu: ABN53c – 3P- 40A- 18KA

* Một công tơ điện 1 pha EMIC

Hình 2.9 Công tơ điện 1 pha EMIC

- Đặc điểm: