Đồ án thiết kế bộ ATS-Đồ án tốt nghiệp ĐHCN_Phần 1 báo cáo full

Với đề tài lựa chọn giải pháp cung cấp điện cho hộ tiêu thị đặc biệt và hộ tiêu thụ ưu tiên một. Sử dụng thiết bị tự động chuyển nguồn tự động hay còn gọi là ATS dùng để tự động chuyển tải từ nguồn lưới chính sang nguồn dự phòng khi nguồn chính có sự cố.Tổng quan hệ thống, tính toán lựa chọ phương án thiết kế, ứng dụng PLC trong việc điều khiển ATS cấp nguồn cho hộ ưu tiên loại 1. Đánh giá mô hình và ứng dụng, lập trình và thiết kế mạch , sơ đồ đi dây theo mô hình. Chương trình lập trình, bản vẽ có trong phần 2 của tài liệu đồ án

LỜI NÓI ĐẦU

Ổn định hệ thống cung cấp lưới điện hiện nay là yếu tố vô cùng quan trọng và cần thiết.Nhất là trong su thế phát triển hiện nay việc nguồn và lưới điện luôn được đảm bảo,ổn định cung cấp cho các hộ tiêu thụ đặc biệt là điều mà ngành điện cần quan tâm.Cũng do đặc thù vì tính ổn định của hệ thống cung cấp điện của nước ta chưa được cao,hay sảy ra sự cố mất nguồn,mất pha hay sự tăng,sụt áp của lưới ảnh hưởng tới việc cung cấp điện cho các loại hộ tiêu thu đặc biệt này hay người ta gọi là hộ tiêu thu loại 1.Do đó để đảm bảo cho việc cung cấp nguồn lưới điện cho loại hộ tiêu thụ đặc biệt này

ta có thể đưa ra phương án cung cấp điện từ nhiều lưới và máy phát kết hơp Thiết bị tự động chuyển nguồn tự động hay còn gọi là ATS (Automatic Transfer Switch) dùng để tự động chuyển tải từ nguồn lưới chính sang nguồn dự phòng khi nguồn chính có sự cố.Trong đồ án nhóm sinh viên trường Đại học Công Nghiệp thực hiện là bảo đảm cung cấp điên cho hộ tiêu thụ điện loại 1(Loại ưu tiên)bao gồm 2 lưới điện và 1 máy phát.Theo thứ tự ưu tiên là lưới điện ưu tiên 1,lưới 2 ưu tiên 2,sau đó đến máy phát Trong quá trình thực hiện bài toán cung cấp nguồn tự động nhóm đồ án dùng PLC S7-

200 để điều khiển và giám sát dựa vào các yếu tố yêu cầu và ưu điểm của PLC trong bài toán điều khiển logic.

Trong quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp này được sự hướng dẫn tận tình của thầy Vũ Hữu Thích và với sự cố gắng của cả nhóm chúng em đã hoàn thành tốt đồ án của mình.Thông qua đây chúng em cũng nắm vững thêm kiến thức về chuyên môn,giúp chúng em vững tin thêm trong công việc sau này.Sau cùng nhóm đồ án xin trân thành cảm ơn đến quý thầy cô và nhà trường đã tạo cho chúng em được hoc tập,rèn luyện bản thân trong môi trường kỹ thuật.Giúp chúng em hoàn thành tốt kỹ năng làm việc và nghiên cứu.

Hà Nội ngày 6 tháng 6 năm 2010

Mục lục

LỜI NÓI ĐẦU 1

Mục lục 2

CHƯƠNG I:TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ATS VÀ TÍNH TOÁN LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 5

I.Các loại phụ tải và yêu cầu thiết kế hệ thống ATS 5

I.1.Phụ tải loại 1 5

I.2.Phụ tải loại 2 5

I.3.Phụ tải loại 3 5

II.Đại cương về hệ thống ATS và lựa chọn phương án thiết kế 6

2.1.Nguyên tắc hoạt động 6

2.2 Các yêu cầu đối với hệ thống ATS 8

2.3.Cấu trúc của hệ thống ATS 9

2.3.1Khối chuyển mạch của hệ thống ATS 9

2.4.Mạch điều khiển của hệ thống ATS 12

2.4.1.Giới thiệu chung về mạch điều khiển của ATS 12

2.4.2 Các phương án thiết kế mạch điều khiển 14

CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU PLC-CPU214 CỦA HÃNG SEMENS 22

I.Giới thiệu PLC 22

1.1 PLC hay PC: 24

1.2.So sánh với hệ thống điều khiển khác: 24

1.3.Cấu trúc phần cứng của PLC: 25

1.3.1.Đơn vị xử lý trung tâm (CPU Central Procesing Unit): 25

1.3.2 Bộ nhớ: 27

1.3.3.Khối vào/ ra: 27

1.3.4.Thiết bị lập trình: 27

1.3.5 Rơle 27

1.3.6.Modul quản lý việc phối ghép: 28

1.3.7 Thanh ghi (Register): 28

1.3.8.Bộ đếm (Counter): kí hiệu là C 28

1.3.9 Bộ định thì (times): 29

1.4 Giới thiệu một số nhóm PLC Siemens 29

1.5 Tổng quan về họ PLC S7-200 của hãng Siemens: 29

1.6.Cấu trúc phần cứng của S7-200: 32

1.6.1.Hình dáng bên ngoài: 32

1.6.2.Giao tiếp với thiết bị ngoại vi: 35

1.6.3.Cấu trúc , nguyên lý hoạt động của PLC 38

1.7 Cấu trúc bộ nhớ S7-200: 41

1.7.1 Phân chia bộ nhớ: 41

1.7.2 Vùng nhớ dữ liệu và đối tượng: 42

1.7.3.Mở rộng cổng vào ra: 44

CHƯƠNG III:ỨNG DỤNG PLC S7-200 CPU214 TRONG ĐIỀU KHIỂN ATS CẤP NGUỒN CHO HỘ ƯU TIÊN LOẠI I 46

I.Giới thiệu bài toán điều khiển : 46

1.Đặt vấn đề bài toán 46

2.Mô tả công nghệ bài toán 46

3.Sơ đồ thuật toán 48

4.Định địa chỉ vào ra: 49

5.Sơ đồ đấu dây 50

II.Các thiết bị dùng trong công nghệ và một vài hình ảnh của đồ án: 51

1.Thiết bị 51

2.Hình ảnh đồ án 52

III.Chương trình điều khiển: 55

CHƯƠNG IV:ĐÁNH GIÁ MÔ HÌNH ĐỒ ÁN VÀ ỨNG DỤNG 61

1.Đánh giá mô hình 61

2.Ứng dụng của đề tài 61

3.Mạch lực ATS trong thực tế 61

KẾT LUẬN 63

TÀI LIỆU THAM KHẢO 64

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ATS VÀ TÍNH TOÁN LỰA

CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾI.Các loại phụ tải và yêu cầu thiết kế hệ thống ATS

Căn cứ theo nhu cầu tiêu thụ ,sử dụng điện năng và phân loại phụ tải theo độ tincậy cung cấp điện được chia làm 3 loại như sau

I.1.Phụ tải loại 1.

Đây là loại phụ tải được cung cấp điện liên tục nếu mất điện sẽ gây ra những hậuquả vô cùng nghiêm trọng

Đối với tính mạng con người thì loại phụ tải này là các hầm mỏ, bệnh viện….Đốivới sản xuất kinh doanh:Trong các nhà máy luyện thép,lò cao…

Ngoài ra còn làm mất trật tự trị an và ảnh hưởng đến chính trị,quốc tế như các loạiphụ tải là các đại sứ quán,các công trình văn hoá công cộng…

I.2.Phụ tải loại 2

Đây là loại phụ tải nếu mất điện sẽ gây thiệt hại về kinh tế như sản xuất sản phẩm

bị thiếu hụt ,thứ phẩm tăng ,gây ra lãng công và không sử dụng hết công suất thiếtbị

I.3.Phụ tải loại 3

Là loại phụ tải cho phép mất điện,đó là các công trình dân dụng,công trình phúclợi,khu dân cư…

Như vậy trong 3 loại phụ tải trên thì phụ tải loại 1 và phụ tải loại 2 cần được cấpđiện liên tục.Do đó các loại phụ tải này đều phải dùng tới nguồn điện dựphòng.Nguồn dự phòng có thể là đường dây lưới quốc gia được cấp từ một lộ khác

II.Đại cương về hệ thống ATS và lựa chọn phương án thiết kế

2.1.Nguyên tắc hoạt động

Thiết bị tự động chuyển nguồn tự động hay còn gọi là ATS (Automatic Transfer

Switch) dùng để tự động chuyển tải từ nguồn lưới chính sang nguồn dự phòng khinguồn chính có sự cố

Khái niệm nguồn chính bị sự cố bao gồm : mất nguồn,mất pha, ngược thứ tự pha,điện áp cao hoặc thấp hơn trị số cần thiết.Nếu nguồn dự phòng là nguồn điện lướilấy từ một đường dây cung cấp khác thì ta có ATS lưới-lưới Trong trường hợpnguồn dự phòng là máy phát diezel thì ta có ATS lưới-máy phát Sơ đồ cấu trúc

của hai loại ATS này được trình bày như ở hình I – 1.

a) ATS lưới – lưới b) ATS lưới – máy phát

Hình I – 1 Sơ đồ cấu trúc hệ thống ATS

I , II – nguồn cung cấp ; BA- máy biến áp; AP1,AP2- áp tô mát bảo vệ mạch lực; CM-chuyển mạch ; SS1 , SS2 – Khối so sánh ; KĐ – khối khởiđộng máy phát ; DZ – Máy diezel ; G – Máy phát điện

Với ATS lưới – máy phát ,quá trình xảy ra phức tạp hơn ở ATS lưới-lưới vì cóthêm bộ phận khởi động diezel.Khi tín hiệu từ nguồn chính báo chất lượng điệnkhông đủ,bộ điều khiển sẽ truyền tín hiệu cho bộ khởi động diezel và máy nổ đượckhởi động ,điện áp máy phát được thành lập Nếu chất lượng điện áp máy phátđược đảm bảo thì bộ SS2 sẽ cấp tín hiệu cho bộ điều khiển và bộ điều khiển sẽ cấptín hiệu để ra lệnh cho bộ chuyển mạch CM chuyển tải cho máy phát

Từ thời điểm lưới được phục hồi ổn định,sau một quảng thời gian cỡ 5 đến 30 phút,bộ điều khiển lại tác động lên bộ chuyển mạch ,tải lại được chuyển về nguồn cungcấp chính.Từ thời điểm chuyển tải máy phát chạy không tải một thời gian để làmmát ( Khoảng 3 đến 10 phút) rồi sau đó tự tắt

Quá trình trên được diễn tả chi tiết ở giản đồ thời gian sau:

Hình I-2.Giản đồ quá trình hoạt động của ATS

Giả thiết tại thời điểm t1 mất điện lưới.Sự cố mất điện lưới có thể là sự cố thoángqua trong khoảng hàng giây ,do đó cần thời gian T1 để khẳng định điện lưới cómất thật không Thời gian T1 này được điều chỉnh trong khoảng từ 1 đến 5 s.Hếtthời gian chỉnh định T1 ra lệnh khởi động máy phát điện.Thời gian khởi động máyphát cỡ khoảng 2 đến 5 s

Khi máy phát đủ điện áp tại t3 thường là khoảng 0,8Uđm bộ định thời trong SS2phía máy phát bắt đầu tính thời gian và sau khoảng thời gian T2 tải được chuyểncho máy phát Thời gian T2 khoảng 10 đến 30 s ,thời gian này cần để cho máy điệnđược chạy không tải để cho dầu bôi trơn hết các bộ phận của máy

Khi có điện áp lưới trở lại tại t5 chưa nên chuyển tải sang lưới ngay vì khi có điệntrở lại điện áp chưa chắc đã ổn định được ngay mà có thể mất lại hay daođộng.Do vậy cần trễ một thời gian T3 vào khoảng 3 đến 30 phút để khẳng địnhchắc chắn lưới đã phục hồi và ổn định.Hết thời gian T3 ra lệnh chuyển tải từ máyphát sang lưới Sau khi chuyển tải từ máy phát sang lưới máy phát cần chạy khôngtải trong khoảng thời gian T4 (khoảng từ 3 đến 10 phút ) trước khi dừng máy đểlàm mát máy tránh bị lưu nhiệt khi dừng máy làm hư hỏng cách điện hay các bộphận khác của máy.Tất cả các thời gian trên đều có thể chỉnh định qua các nút đặtthời gian

2.2 Các yêu cầu đối với hệ thống ATS

 Phát hiện mất điện lưới kể cả sự cố như sụt áp lưới trên 10%, mất pha ,lệch pha,áp cao.Khi sự cố xảy ra phải khởi động máy phát

 Đảm bảo điều khiển chuyển đổi qua lại phụ tải – nguồn dự phòng và phụtải – lưới

 Phát hiện trạng thái có điện lưới trở lại ,chuyển tải và tự động dừng máyphát.

 Có khả năng giải trừ các sự cố của máy phát khi khởi động

 Diezel chỉ khởi động 1 đến 3 lần cho mỗi lần mất điện ,nếu khởi động lầnthứ 3 mà không thành công thì dừng việc khởi động diezel và báo tín hiệu

2.3.Cấu trúc của hệ thống ATS

Về cấu trúc một thiết bị ATS tiêu chuẩn bao gồm bộ đóng cắt (chuyển mạch lực),

và bộ điều khiển Ngoài ra còn có thể có các thiết bị giám sát và bảo vệ khác tùythuộc yêu cầu riêng của phụ tải.Sau đây em xin giới thiệu cấu trúc của từng phần

2.3.1Khối chuyển mạch của hệ thống ATS.

Khối chuyển mạch của ATS có nhiệm vụ chuyển tải từ nguồn này qua nguồn kiatheo tín hiệu của mạch điều khiển (chế độ tự động).Hoặc theo ý muốn của ngườivận hành(thao tác bằng tay).Yêu cầu của khối này là phải có công suất chuyểnmạch lớn(có thể đóng được dòng điện lớn gấp vài lần dòng điện định mức),thờigian chuyển mạch nhanh độ tin cậy cao,gọn nhẹ dễ bảo dưỡng.Với ATS lưới-lưới ,phần chuyển mạch thường có ba cực,chỉ chuyển mạch phần có điện áp (bapha),còn trung tính thì chung cho cả hai nguồn.Với ATS lưới-máy phát,ATSthường có 4 cực,chuyển mạch cả trung tính

Khối chuyển mạch thường được chuyển mạch theo ba nguyên lý chính: Bằng haicông tắc tơ ,kiểu áptômát loại hộp kín và kiểu bập bênh.Sau đây chúng ta sẽ xemxét từng loại.

a.Kiểu công tắc tơ

Chuyển mạch kiểu công tắc tơ gồm hai công tắc tơ đấu

liên động về cơ khí và liên động về điện , khi cái này

đóng thì cái kia cắt.Ưu điểm chính của loại này là kết

cầu đơn giản ,dễ điều khiển,tuy nhiên hạn chế của loại

này là cầndòng điện trong cuộn dây của nam châm

để duy trì trạng thái đóng Kiểu chuyển mạch dùng

công tắc tơ chỉ chế tạo cho dòng định mức đến 800 A Hình I-3.Kiểu công tắc tơ b.Kiểu áp tô mát

Chuyển mạch kiểu áp tô mát gồm hai áp tô mát đấu

ngược nhau (áp tô mát đã loại trừ phần tử bảo vệ),được

nối liên động với nhau qua tay gạt Khi chuyển mạch

áptômát này đóng thì áptômát kia cắt Việc chuyển

mạch được thực hiện bằng động cơ chấp hành một

pha,qua hộp giảm tốc và hệ thốngtay biên,biến chuyển

động quay của động cơ thành chuyển động thẳng của

chậm do có động cơ quay qua hộp giảm tốc Loại này thường được chế tạo vớidòng điện định mức đến 1600 A

c.Kiểu bập bênh

Chuyển mạch kiểu bập bênh có nguyên lý như cầu dao đảo chiều,với hai tiếp điểmtĩnh hai bên ,tiếp điểm động kiểu bập

bênh được gắn với trục truyền

động.Hai nguồn điện được đưa vào hai

tiếp điểm tĩnh ,còn điện đưa vào tải lấy

ra ở tiếp điểm động,trục truyền động

nối qua hệ thống cam cơ khí ,còn cơ

câu truyền động là một nam châm điện

một chiều có công suất lớn ( nam

châm điện này chỉ làm việc ở chế độ

xung,tương tự như cơ cấu nam châm

điện truyền động đóng ở máy cắt) mỗi

khi có xung vào nam châm điện, tiếp

điểm động tác động một lần,đến xung tiếp theo tiếp điểm động chuyển mạch từnguồn này qua nguồn khác

Ưu điểm của chuyển mạch kiểu bập bênh này là kết cấu tương đối gọn nhẹ,tácđộng nhanh,điều khiển đơn giản.Nhược điểm của loại này là cần nguồn điều khiển

có công suất tương đối lớn ( với thời gian làm việc ngắn hạn ),tuổi thọ thấp so với

I

Hình I-5.Chuyển mạch kiểu bập bênh

Khâu đóng cắt

loại công tắc tơ và loại áp tô mát vì tiếp xúc giữa tiếp điểm động và thanh dẫn ratải kiểu quay

Loại chuyển mạch kiểu bập bênh này được chế tạo cho mọi cấp dòng điện,từ 400

A đến 4000 A

2.4.Mạch điều khiển của hệ thống ATS

2.4.1.Giới thiệu chung về mạch điều khiển của ATS.

Mạch điều khiển có nhiệm vụ giám sát và điều khiển hoạt động của cả hệ thốngATS , mạch điều khiển phải đảm bảo phát hiện sự cố và ra lệnh điều khiển kịp thời,chính xác tới bộ phận chuyển mạch cũng như bộ phận khởi động máy phát

Với ATS lưới – lưới thì mạch điều khiển bao gồm các khâu :

 khâu nhận biết tín hiệu điện áp lưới

 khâu nhận biết điện áp máy phát

 Khâu điều khiển

Khởi động máy phát

Khâu đóng cắt

Hình I-7 Sơ đồ khối mạch điều khiển ATS lưới – máy phát.

Với ATS lưới- máy phát mạch điều khiển có các khâu như sau

 Khâu phát hiện điện áp lưới

 Khâu phát hiện điện áp máy phát

 Khâu khởi động máy phát

 Khâu điều khiển

 Khâu đóng cắt

Sơ đồ khối của mạch như sau :

Như vậy ở ATS lưới – máy phát thì ngoài các khâu như ở ATS lưới – lưới còn cóthêm khâu khởi động máy phát Ngoài ra còn có thể có thêm các khâu như hiển thị,điều chỉnh các thông số …

Chức năng của các khâu như sau :

 Khâu phát hiện điện áp lưới:Phát hiện mất pha,lệch pha,sụt áp,quá áp,mấtđiện và truyền tín hiệu tới khâu điều khiển

 Khâu phát hiện điện áp máy phát:Phát hiện điện áp máy phát đảm bảo yêucầu và truyền tín hiệu cho khâu điều khiển

 Khâu khởi động máy phát:Có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ khâu điều khiển vàthực hiện quá trình khởi động máy phát cũng như dừng máy phát Khâu này

có đặc điểm là nều khởi động một lần thành công ,nó sẽ trở về trạng thái chờban đầu Nếu khởi động không thành công ( thời gian khởi động thườngkhoảng 2 đến 5 giây ) sau một thời gian nghỉ khoảng 10 đến 20 giây lại cótín hiệu khởi động lại.Nếu khởi động 3 lần mà không thành công thiết bị sẽ

tự động khoá lại không cho khởi động nữa

 Khâu đóng cắt:Khâu này nhận tín hiệu từ khâu điều khiển và thực hiện việcđiều khiển đóng cắt phần chuyển mạch

 Khâu điều khiển:Là khâu duy trì nhận thông tin từ khâu nhận biết điện áplưới và điện áp máy phát,sau đó xử lý thông tin và truyền lệnh điều khiển tớikhâu khởi động máy phát cũng như khâu đóng cắt,ngoài ra nó còn duy trìkiểm tra hệ thống cũng như cho biết tình trạng của hệ thống

2.4.2 Các phương án thiết kế mạch điều khiển.

Mạch điều khiển có thể được thiết kế từ các phần tử đóng cắt điện từ như sử dụngcác rơ le ,công tắc tơ ….hoặc có thể được thiết kế từ mạch tích hợp dạng IC số vàcác linh kiện bán dẫn,có các đầu ra là các rơ le điện cơ có các tín hiệu báo trạngthái.Đặc biệt gần đây mạch điều khiển của ATS được thiết kế bằng các bộ điềukhiển logic lập trình với nhiều tính năng như PLC, LOGO! Của Siemens,ZEN củaOmron …hoặc sử dụng các chip vi điều khiển như họ vi điều khiển 8051, AVR …Sau đây ta xem xét một số phương án thiết kế mạch điều khiển

a.Phương án 1.

Sử dụng các thiết bị đóng cắt điện từ như rơ le, công tắc tơ để thành lập mạch điềukhiển của ATS

Ưu điểm của phương án này là hệ thống hoạt động ổn định với độ tin cậy cao dễvận hành cũng như sữa chữa thay thế,giá thành vừa phải

Nhược điểm của hệ thống này là khả năng điều khiển không mềm dẻo,hệ thống vớinhiều rơ le công tắc tơ đóng cắt nên cồng kềnh,khi hoạt động cần phải có nănglượng duy trì trong các cuộn dây của rơ le,công tắc tơ

Sau đây xin giới thiệu một số mạch điện áp dụng cho phương án này :

Mạch kiểm tra điện áp lưới và máy phái.

Ở mạch này ta sử dụng 3 rơ le điện áp thấp có các cuộn dây nối với 3 pha của lướiđiện Các tiếp điểm của rơ le được nối nối tiếp với nhau và nối tới nguồn điện mộtchiều để cấp tín hiệu cho mạch điều khiển Khi mất điện ,mất pha ,điện áp thấp thìcác tiếp điểm của các rơ le đóng lại cấp tín hiệu cho mạch điều khiển

Hình I-8.Mạch kiểm tra điện áp lưới dùng rơ le điện áp thấp.

1RU< 2RU< 3RU< 2RG1 5RG1 7RG1

1RG 1RG1

4RU>

5RU>

1RG2 1RG3 1RG4 3RG1

5RG2 2RG2 7RG2

2RG3 4RG1 G1(KS)

G2(KS) ThiÕt bÞ sÊy 4RG2

1RT1 4RG3 5RG3 7RG3 ST(KS)

= 2RT1

5RG4 2RG4 AC(KS) §Õn r¬ le phô

D

5RG 4RG

3RG 2RT

1RT 2RG

+

_ K

CC

Mạch kiểm tra điện áp máy phát điện

Ta sử dụng các rơ le điện áp cao để kiểm tra tín hiệu điện áp máy phát

Hình I-9.Mạch kiểm tra điện áp máy phát dùng rơ le điện áp cao.

Sơ đồ tự động khởi động diezel khi mất điện áp lưới

Sơ đồ nguyên lý của mạch trình bày ở hình I – 10

Hình I – 10 Mạch tự khởi động diezel khi mất điện áp lưới

Tóm tắt hoạt động của sơ đồ như sau:

Khi mất điện áp lưới thì 1RU< ,2RU< ,3RU< trở về đóng tiếp điểm 1RG khởiđộng đóng tiếp điểm 1RG1,1RG2, 1RG3, 1RG4

1RG1 :Tự giữ để đề phòng điện áp lưới chập chờn

1RG2 : Khởi động 1RT với thời gian t mở tiếp điểm thiết bị sấy ( thời gian t nàytùy theo máy )

1RG3 : Khởi động 2RT ngăn ngừa hỏng acquy,nếu sau một khoảng thời gian t’( do

ta đặt )diezel không khởi động được,sẽ dừng cho đến khi nhân viên sữa chữa đếnkiểm tra

1RG4 : đưa điện vào thiết bị sấy , sấy nóng diezel làm dễ dàng cho việc

1RU< 2RU< 3RU< 1CT3 6RG

6RG1

3RT1 8RG1

SP ER

3RT

+

_ K

CC

ER

Dõng Selenoit

9RG

cũng là những tiếp điểm khóa mạch khởi động khi áp lực dầu giảm thấp và nhiệt

độ nước làm mát quá cao Trong những trường hợp này dù có mất điện áp lưới trởlại,diezel sẽ không khởi động để bảo vệ diezel khỏi hư hỏng.Nhân viên sữa chữaphải kiểm tra và tìm nguyên nhân hư hỏng,sữa chữa xong bật khóa K về vị trí cắt

để giải trừ tự giữ,sau đó muốn khởi động trở lại bật khóa K về vị trí đóng

Mạch dừng diezel khi có điện áp lưới trở lại

Sơ đồ nguyên lý của mạch được trình bày như ở hình I – 11

Hình I-11 Mạch dừng diezel khi có điện áp lưới trở lại

Sự làm việc của sơ đồ như sau : Mạch sử dụng tiếp điểm thường mở của rơ le điện

áp thấp 1RU <,2RU <,3RU< Khi điện áp lưới có trở lại,rơ le điện áp thấp đóngtiếp điểm,6RG có điện đóng 6RG1,rơ le thời gian 3RT khởi động tính thời gian,hếtthời gian chỉnh định khoảng 3 phút khép tiếp điểm 3RT1 ,8RG có điện đóng 8RG1cho tín hiệu đến rơle khẩn cấp ER dừng diezel Mặt khác ER cũng cho tín hiệu

Thời gian làm việc 3 phút của rơle thời gian 3RT tránh diezel khởi động lặp đi,lặplại nhiều lần khi điện áp lưới có tín hiệu chập chờn.

Mạch dừng diezel khi áp lực dầu bôi trơn giảm thấp và nhiệt độ nước làm mát quá cao

Sơ đồ nguyên lý của mạch trình bày như ở hình I – 12

Hình I-12.Mạch dừng diezel khi áp lực dầu bôi trơn giảm thấ và áp lực nước làm

mát quá cao.

Khi xảy ra áp lực dầu bôi trơn giảm thấp dưới giá trị cho phép hoặc nhiệt độnước làm mát quá cao.Trong máy có sẵn thiết bị bảo vệ này nên chỉ cần đặtthêm rơle tự giữ 7RG,nếu xảy ra hiện tượng trên rơ le phụ RY đóng tiếpđiểm 7RG có điện đóng 7RG 4 để tự giữ đồng thời đồng thời mở các tiếpđiểm7RG1,7RG2,7RG3( sơ đồ mạch tự khởi động diezel ) là các mạch khởi

2C 10RG1

2RG4 4RT1

+ K CC

10RG 2D 2CT2 1CT1 9RG3

2CD

động diezel Chỉ cho phép các diezel khởi động trở lại khi nhân viên sữa

chữa đã khắc phục được các hư hỏng

Mạch đóng và cắt công tắc tơ điện áp máy phát

Sơ đồ nguyên lý của mạch được trình bày như ở hình I – 13

Hình I – 13 Mạch đóng cắt công tắc tơ điện áp máy phát

Sự làm việc của sơ đồ như sau :

Khi mất điện áp lưới công tắc tơ 1 CT tự cắt ra,tiếp điểm thường kín 1CT1 đóng lạichuẩn bị cho mạch đóng công tắc tơ 2CT Sau đó diezel khởi độngvà điện áp máy phát được thành lập,các rơ le điện áp cao 4RU >,5RU > khép tiếp điểm dẫn đến 2RG có điện ( xem mạch khởi động máy phát ) đóng tiếp điểm 2RG4,4RT khởi động sau 10s 4RT khép tiếp điểm 4RT1 ( 10s đảm bảo cho máy phát giữ điện áp

cố định ) rơ le 10 RG cóđiện đóng tiếp điểm 10RG 1,cuộn 2CD có điện đóng côngtắc tơ 2CT,đồng thời mỏ tiếp điểm phụ 2CT3 làm cho 4RT,10RG mất điện trở về,mở 10RG1 nhưng trước đó 2CT2 đã đóng để tự giữ,do vậy công tắc tơ 2CT vẫnđược đóng và hộ tiêu thụ vẫn được cấp điện

1C 9RG1

Mạch đóng và cắt công tắc tơ điện áp lưới

Hình I – 14 Mạch đóng cắt công tắc tơ điện áp lưới

Sự làm việc của sơ đồ như sau :

Khi điện áp lưới có trở lại (xem ở mạch dừng diezel khi có điện áp lưới trở lại )rơle 9RG khởi động mở tiếp điểm 9RG2,công tắc tơ 2CT mất điện,mở 2CT ra,tiếpđiểm phụ thường kín 2CT1 đóng lại sẵn sàng cho mạch đóng 1CT.Đồng thời rơle9RG đóng tiếp điểm 9RG1 cuộn đóng 1CĐ có điện đóng công tắc tơ 1CT,hộ tiêuthụ được cấp điện áp từ lưới.Nút 1Đ đóng 1CT và 1C cắt 1CT bằng tay

CHƯƠNG II GIỚI THIỆU PLC-CPU214 CỦA HÃNG SEMENS

I.Giới thiệu PLC

PLC viết tắt của Programmable Logic Controller,là thiết bị điều khiển lập trìnhđược (khả trình) cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thôngqua một ngôn ngữ lập trình.Người sử dụng có thể lập trình để thực hiện một loạttrình tự các sự kiện

Các sự kiện này được kích hoạt bởi tác nhân kich thích(ngõ vào) tác động vào PLChoặc qua các hoạt động có trễ như thời gian định thì hay các sự kiện được đếm.Mộtkhi sự kiện được kích hoạt thật sự nó bật ON hay OFF thiết bị điều khiển bênngoài được gọi là thiết bị vật lý.Một bộ điều khiển lập trình sẽ liên tục lặp trongchương trình do “người sử dụng lập ra”chờ tín hiệu ở ngõ vào và suất tín hiệu ởngõ ra tại các thời điểm đã lập trình

Để khắc phục những nhược điểm của bộ điều khiển dùng dây nối ( bộ điều khiểnbằng Relay) người ta đã chế tạo ra bộ PLC nhằm thỏa mãn các yêu cầu sau :

Lập trình dể dàng , ngôn ngữ lập trình dể học Gọn nhẹ, dể dàng bảo quản , sửachữa.Dung lượng bộ nhớ lớn để có thể chứa được những chương trình phứctạp Hoàn toàn tin cậy trog môi trường công nghiệp Giao tiếp được với các thiết bịthông minh khác như : máy tính , nối mạng , các môi Modul mở rộng Giá cả cáthể cạnh tranh được

Các thiết kế đầu tiên là nhằm thay thế cho các phần cứng Relay dây nối và cácLogic thời gian Tuy nhiên ,bên cạnh đó việc đòi hỏi tăng cường dung lượng nhớ

và tính dể dàng cho PLC mà vẫn bảo đảm tốc độ xử lý cũng như giá cả … Chínhđiều này đã gây ra sự quan tâm sâu sắc đến việc sử dụng PLC trong công nghiệp Các tập lệnh nhanh chóng đi từ các lệnh logic đơn giản đến các lệnh đếm , địnhthời , thanh ghi dịch … Sau đó là các chức năng làm toán trên các máy lớn … Sựphát triển các máy tính dẫn đến các bộ PLC có dung lượng lớn , số lượng I / Onhiều hơn

Các thành phần của một PLC S7-200 thường có các modul phần cứng sau:

1 Modul nguồn

2 Modul đơn vị xử lý trung tâm

3 Modul bộ nhớ chương trình và dữ liệu

4 Modul đầu vào

5 Modul đầu ra

6 Modul phối ghép (để hỗ trợ cho vấn đề truyền thông nội bộ)

7 Modul chức năng (để hỗ trợ cho vấn đề truyền thông mạng)

Hình 1.1: mô hình tổng quát của một PLC S7-200

1.1 PLC hay PC:

Để thực hiện một chương trình điều khiển số thì yêu cầu PLC phải có tính năng như một

máy tính (PC)

• CPU (đơn vị xử lý trung tâm)

• Bộ nhớ chính (RAM, EEPROM, EPROM, ), bộ nhớ mở rộng

• Hệ điều hành

• Port vào/ra (giao tiếp trực tiếp với thiết bị điều khiển)

• Port truyền thông (trao đổi thông tin với môi trường xung quanh)

• Các khối chức năng đặc biệt như: T, C, các khối chuyên dụng khác

1.2.So sánh với hệ thống điều khiển khác:

Hình 1.2: những đặc trưng lập trình của các loại điều khiển.

PLC có ưu điểm vượt trội so với các hệ thống điều khiển cổ điển như rơle, mạch tổhợp điện tử, IC số

• Thiết bị cho phép thực hiện linh họat các thuật toán điều khiển số thông qua ngônngữ lập trình

1.3.1.Đơn vị xử lý trung tâm (CPU Central Procesing Unit):

Thường trong mỗi PLC có một đơn vị xử lý trung tâm, ngoài ra còn có một số loại lớn có tới hai đơn vị xử lý trung tâm dùng để thực hiện những chức năng điều

khiển phức tạp và quan trọng gọi là hot standbuy hay redundant.

a.Đơn vị xử lý "một -bit": Thích hợp cho những ứng dụng nhỏ, chỉ đơn thuần là logic ON/OFF, thời gian xử lý dài, nhưng kết cấu đơn giản nên giá thành hạ vẫn được thị trường chấp nhận

b.Đơn vị xử lý "từ - ngữ":

• Xử lý nhanh các thông tin số, văn bản, phép tính, đo lường, đánh giá, kiển tra

• Cấu trúc phằn cứng phức tạp hơn nhiều

• Giá thành cao

c.Nguyên lý hoạt động:

Kiểm soát bởi bộ đếm chương trình do đơn vị xử lý trung tâm khống chế)

- Bộ xử lý liên kết các tín hiệu (dữ liệu) đơn lẻ (theo một quy định nào đó - do thuật toán

điều khiển) → rút ra kết qủa là các lệnh cho đầu ra

- Sự thao tác tuần tự của chương trình đi qua một chu trình đầy đủ rồi sau đó lại bắtđầu

lại từ đầu → thời gian đó gọi là "thời gian quét"

- Đo thời gian mà bộ xử lý xử lý 1 kbyte chương trình để làm chỉ tiêu đánh giá giữa các

Ngôn ngữ đầu vào đơn giản, không cần

kiến thức tính toán

Ngôn ngữ đầu vào phức tạp dùngcho việc cung cấp lệnh lớn

Khả năng hạn ché trong việc xử lý

dữ liệu số (không có chức năng toán học

và logic)

Thu thập và xử lý dữ liệu số

Chương trình thực hiện liên tiếp,

không bị gián đoạn, thời gian của

chu trình tương đối dài

Các quá trình thời gian tới hạnđược địa chỉ hoá qua các lệnh giánđoạn hoặc chuyển đổi điều khiểnkhẩn cấp

Chỉ phối được với máy tính đơn

Bao gồm cả RAM, ROM, EEPROM

Một nguồn điện dự phòng là cần thiết cho RAM để duy trì dữ liệu ngay cả khi mất nguồn điện chính

Bộ nhớ được thiết kế thành dạng modul để cho phép dễ dàng thích nghi với cácchức năng điều khiển với các kích cỡ khác nhau Muốn rộng bộ nhứo chỉ cần cắmthẻ nhớ vào rãnh cắm chờ sẵn trên modul CPU

1.3.3.Khối vào/ ra:

Hoạt động xử lý tín hiệu bên trong PLC: 5VDC, 15VDC (điện áp cho họ TTL &CMOS)

Trong khi đó tín hiệu điều khiển bên ngoài có thể lớn hơn khoảng 24VDV đến240VDC hay 110VAC đến 220VAC vói dòng lớn

Khối giao tiếp vào ra có vai trò giao tiếp giữa mạch vi điên tử của PLC với mạchcông suất bên ngoài.Thực hiện chuyển mức điện áp tín hiệu và cách ly bằng mạchcách ly quang (Opto-isolator) trên các khối vào ra Cho phép tín hiệu nhỏ đi qua vàghim các tín hiệu có mức cao xuống mức tín hiệu chuẩn Tác dụng chống nhiễu tốtkhi chuyển công tắc bảo vệ quá áp từ nguồn cung cấp điện lên đến điện áp 1500V.

• Ngõ vào: nhận trực tiếp tín hiệu từ cảm biến

• Ngõ ra: là các transistor, rơle hay triac vật lý

1.3.4.Thiết bị lập trình:

Có 2 loại thiết bị có thể lập trình được đó là

• Các thiết bị chuyên dụng đối với từng nhóm PLC của hãng tương ứng

• Máy tính có cài đặt phần mềm là công cụ rất lý tưởng

1.3.5 Rơle

Rơle là bộ nhớ 1 bít, có tác dụng như rơle phụ trợ vật lý như trong mạch điều

khiển dùng rơle truyền thống gọi là các rơ le logic Theo thuật ngữ máy tính thìrơle còn được gọi là cờ, kí hiệu là M Có rất nhiều loại rơle chúng ta sẽ khảo sát kỹhơn đới với loại các PLC của hãng

1.3.6.Modul quản lý việc phối ghép:

Dùng để phốii ghép bộ PLC với các thiết bị bên ngoài như máy tính, thiết bị lậptrình, bảng vận hành và mạng truyền thông công nghiệp

1.3.7 Thanh ghi (Register):

Là bộ nhớ 16 bit hay 32 bit để lưu trữ tạm thời khi PLC thực hiện quá trình tính

- Thanh ghi tập tin hay thanh ghi bộ nhớ chương trình (Program memory registers).

- Thanh ghi điều chỉnh giá trị được từ biến trở bên ngoài (External adjustingregister)

- Thanh ghi chỉ mục (Index register)

1.3.8.Bộ đếm (Counter): kí hiệu là C.

a) Phân loại: tín hiệu đầu vào

- Bộ đếm lên

- Bộ đếm xuống

- Bộ đếm lên - xuống, bộ đếm này có cờ chuyên dụng chọn chiều đếm

- Bộ đếm pha phụ thuộc vào sự lệch pha giữa hai tín hiệu xung kích

- Bộ đếm tốc độ cao (high speed counter), xung kích có tần số cao khoảng vài kZđến vài chục kZ

- Bộ đếm 16 bit: thường là bộ đếm chuẩn, có giá trị đếm trong khoảng -32768 ÷32767

- Bộ đếm 32 bit: cũng có thể là bộ đếm chuẩn nhưng thường là bộ đếm tốc độ cao

- Bộ đếm chốt: duy trì nội dug đếm ngay cả khi PLC bị mất điện

1.4 Giới thiệu một số nhóm PLC Siemens

Siemens: có ba nhóm

• CPU S7 200:

CPU 21x: 210; 212; 214; 215-2DP; 216

CPU 22x: 221; 222; 224; 224XP; 226; 226XM.

• CPU S7300:

• CPU S7400:

1.5 Tổng quan về họ PLC S7-200 của hãng Siemens:

Có hai series: 21x (loại cũ không còn sản xuất nữa) và 22x (loại mới) Về mặt tínhnăng thì loại mới có ưu điểm hơn nhiều.Bao gồm các loại CPU sau: 221, 222, 224,224XP, 226, 226XM trong đó CPU 224XP có hỗ trợ analog I/O onboard và 2 port truyền thông

Các loại CPU S7-200

So sánh các thông số và đặc điểm kỹ thuật của series 22x

Mã số và các thông số về điện áp nguồn và I/O.

Các thông số về công suất tiêu thụ và dòng điện I/O.

1.6.Cấu trúc phần cứng của S7-200:

1.6.1.Hình dáng bên ngoài:

 Các đèn trạng thái:

• Đèn RUN-màu xanh: Chỉ định PLC ở chế độ làm việc và thực hiện chương trình

đã được nạp vào bộ nhớ chương trình

• Đèn STOP-màu vàng: Chỉ định PLC ở chế độ STOP, dừng chương trình đangthực hiện lại (các đầu ra đều ở chế độ off)