Thiết kế cung cấp điện cho nhà máy sản xuất gọng kính Nissey-Việt Nam

uyển mạch tự động rất phổ biến trong lĩnh vực cung cấp điện, dùng để chuyển đổi phụ tải đang sử dụng nguồn điện lưới có sự cố như: mất điện, mất pha, quá áp, thấp áp.v.v.. sang nguồn dự phòng hoặc ngược lại, khi nguồn lưới đã khắc phục được sự cố thì ATS sẽ chuyển đổi phụ tải từ nguồn dự phòng sang nguồn lưới. MÁY PHÁT ĐIỆN DỰ PHÒNG PHỤ TẢI (LOAD) HỆ THỐNG ATS NGUỒN ĐIỆN LƯỚI Sơ đồ khối của hệ thống ATS 1.2 Nhiệm vụ của hệ thống ATS: Khi có sự cố xảy ra trên nguồn điện chính ( lưới điện ) ATS có nhiệm vụ: - Ngừng cung cấp nguồn chính vào phụ tải - Khởi động máy phát - Đóng nguồn điện cung cấp từ máy phát vào tải Khi phụ tải đang sử dụng nguồn máy phát, nếu như lưới điện đã ổn định trở lại lúc đó nhiệm vụ của ATS là: - Ngắt nguồn điện từ máy phát ra khỏi phụ tải - Đóng nguồn điện lưới vào phụ tải - Trong khi phụ tải đang hoạt động với nguồn điện từ lưới thì máy phát vẫn chạy ở chế độ không tải, sau một khoảng thời gian cho phép, ATS sẽ điều khiển dừng máy phát. 1.3 Cấu tạo của ATS: Một cách tổng quát thì cấu tạo mạch điện hoạt động của ATS được chia làm hai phần: - Mạch động lực. - Mạch điều khiển. 1.3.1 Mạch động lực: MẠCH ĐIỀU KHIỂN PHÍA NGUỒN ĐIỆN MÁY PHÁT PHỤ TẢI (LOAD) MẠCH ĐIỀU KHIỂN PHÍA NGUỒN ĐIỆN LƯỚI Sơ đồ mạch động lực của hệ thống ATS Khí cụ sử dụng trong mạch động lực gồm các Contactor có nhiệm vụ như sau: - Contactor chính MA cung cấp nguồn 3 pha L1, L2, L3 từ lưới đến phụ tải. - Contactor phụ M1 nối dây trung tính LN của lưới vào dây trung tính phụ tải. - Contactor GE nối nguồn 3 pha G1, G2, G3 từ máy phát vào phụ tải. - Contactor phụ M2 nối dây trung tính GN của máy phát vào dây trung tính phụ tải. Hai Contactor MA và GE phải cài liên động và cơ khí trong mạch động lực và điều khiển, nhằm tránh tuyệt đối không cho hai contactor hoạt động đồng thời. 1.3.2 Mạch điều khiển: Trong hệ thống mạch điều khiển của ATS có thể chia làm 3 phần như sau: - Mạch điều khiển các contactor đóng cắt chính. - Mạch hiển thị trạng thái hoạt động của hệ thống các đèn báo. - Mạch bảo vệ sự cố cho nguồn chính và nguồn dự phòng, trong hệ thống bảo vệ này ta có thể bố trí thêm hệ thống dừng khẩn cấp. 2. Giới thiệu về LOGO! : 2.1 Tổng quan: Logo! là modul điều khiển nhiều chức năng của hãng Siemen. Logo! có các tính năng tích hợp sau: - Các chức năng điều khiển. - Hiển thị và nút nhấn điều khiển hoạt động. - Nguồn cung cấp. - Giao tiếp với thiết bị lập trình và PC. - Các chức năng cơ bản thường sử dụng như ON/OFF và rơle xung. - Bộ định thời. - Các Bit nhớ. - Các ngõ vào và ra. 2.2 Khả năng ứng dụng của LOGO! : Logo! được sử dụng để điều khiển các thiết bị trong sinh hoạt và trong công việc lắp đặt điện như : chiếu sáng, trong tủ điện, điều khiển máy móc, thiết bị. Có thể dùng Logo! trong điều khiển nhà kính, với dạng Logo! có kết nối Asi có thể điều khiển tập trung máy móc hay quá trình sử lý. Các dạng Logo! không cẩn nút nhấn dùng lắp ráp trong máy móc nhỏ, các tủ điều khiển hay trong lắp đặt điện. Hình 1 – Tủ điều khiển dùng LOGO! 2.3 Giới thiệu LOGO! loại L : - Có 4 loại : 12RC, 24L, 24RLC, 230RCCL. - Kích thước : 126 x 90 x 55. - Có 19 chức năng tích hợp bên trong, 12 ngõ vào và 8 ngõ ra. - Tích hợp bên trong với kiểu duy trì nguồn trong 80 giờ khi mất nguồn cho Logo! 230RLC, 12RLC, 24RLC. - Ba bộ đếm thời gian làm việc. Các phím điều khiển dùng lập trình trực tiếp trên LOGO! Các ngõ ra Các ngõ vào Màn hình hiển thị Hình 2 – LOGO! 230 RCL 2.4 Các dạng Modul: * Modul dạng số: - DM8 230R : điện áp nguồn 120/230 VAC/VDC, có 4 ngõ vào 120/230 VAC/VDC, có 4 ngõ ra Relay 5A cho mỗi Relay. - DM8 24 : điện áp nguồn 24V, có 4 ngõ vào 24VDC, có 4 ngõ ra Transitor 0.3A.. - DM8 12/24R: điện áp nguồn 12/24 VDC, có 4 ngõ vào 12/2 VDC, có 4 ngõ ra Relay 5A cho mỗi Relay. * Modul dạng tương tự + số: - Modul CM EIB/KNX: nguồn cung cấp 24 VAC/DC, ngõ vào số “Max.16”, ngõ ra số “Max.12”, ngõ vào tương tự “Max.8”. - Modul CM LON( Modul kết nối mạng ): nguồn cung cấp 24 VAC/DC, đầu kết nối, đèn hiển thị trạng thái chạy hay dừng, đèn hiển thị tín hiệu kết nối, kết nối đầu vào LON, ổ kết nối, chốt kết nối, , ngõ vào số “Max.16”, ngõ ra số “Max.12”, ngõ vào tương tự “Max.8”. - Modul CM ASI : nguồn cung cấp 24 VDC, ngõ vào số “4”, ngõ ra số “4” * Modul Contactor: loại modul này ngõ ra đóng vai trò như những công tắc, có thể chịu được dòng tải đến 20A, chạy được động cơ công suất 4(Kw). 2.5 Các thiết bị đóng ngắt và bảo vệ 2.5.1 Thiết bị đóng ngắt(Contactor) Dùng đóng hoặc ngắt các tiếp điểm điện. Hình 3 – Contactor LC1D 2.5.1 Thiết bị bảo vệ: 2.5.1.1 EOCR(Electronic Overload Current Relay) : là họ Relay bảo vệ đa chức năng. Bao gồm các chức năng bảo vệ như : quá dòng, thiếu dòng, mất pha, đảo pha, mất cân bằng pha, ngắn mạch, kẹt Rotor(Lock Rotor), chạm đất. - Đặt tính : Thiết kế nhỏ gọn, nhiều chức năng bảo vệ, phạm vi hiệu chỉnh rộng, có khả năng đo dòng điện, độ chính xác cao, Reset bằng tay và điều khiển từ xa, có chức năng kiểm tra, tiêu hao năng lượng thấp, an toàn khi thao tác. - Bảo vệ quá tải : được cung cấp bởi khả năng tác động bảo vệ của Relay khi dòng điện hoạt động của tải vượt quá dòng điện cài đặt tại EOCR trong một khoảng thời gian dài hơn thời gian trễ đã chỉnh định. - Bảo vệ mất pha : trong thời gian mất pha, dòng điện trong dây dẫn của tải có thể tăng lên tới 150% hoặc lớn hơn. Với sự gia tăng dòng như vậy sẽ làm nhiệt độ tăng gây nguy hiểm cho vỏ cách điện dây dẫn.Thời gian tác động nhanh của EOCR sẽ bảo vệ thiết bị tránh khỏi sự cố trên. - Phạm vi hiệu chỉnh rộng : EOCR có phạm vi hiệu chỉnh rộng hơn 10:1, hiện có 3 kiểu với khả năng hiệu chỉnh từ 0.1A đến 600A. - Mức tiêu thụ điện năng thấp : chỉ sử dụng dòng khoảng 250mA . A. Nhóm Relays bảo vệ quá dòng, mất pha, Lock Rotor: Ø EOCR-SS: Hình 4 – EOCR-SS - Gồm 2 biến dòng, có vách ngăn cách điện giữa các cổng nối, có 3 chức năng hiệu chỉnh độc lập.Dòng tác động LOAD), thời gian trễ (D-Time) và thời gian tác động (O-Time). - Phạm vi bảo vệ : Mục bảo vệ Thời gian tác động Quá dòng O-Time Mất pha O-Time Kẹt Rotor O-Time và D-Time - Kiểu đấu dây : Ø EOCR-SS1/SS2 : Hình 5 – EOCR-SS1/SS2 - Gồm 2 biến dòng thiết kế sẵn, điều chỉnh độc lập thời gian trễ khi khởi động và thời gian ngắt khi sự cố. - Các chức năng bảo vệ : Kiểu bảo vệ Thời gian tác động của EOCR SS1 SS2 Quá dòng O-Time O-Time Mất pha 4 giây 4 giây Kẹt Rotor D-Time D-Time - Kiểu đấu dây : Ø EOCR-DS : Hình 6 – EOCR-DS - Đặc tính : Gồm 3 biến dòng, có vách ngăn cách điện giữa các cổng nối, có 3 chức năng hiệu chỉnh độc lập. Dòng tác động (LOAD), thời gian trễ (D-Time) và thời gian tác động (O-Time). EOCR-DS kết hợp cổng nối mạch công suất tạo ra kiểu EOCR-DST. - Phạm vi bảo vệ: Mục bảo vệ Thời gian tác động Quá dòng O-Time Mất pha O-Time Kẹt Rotor O-Time và D-Time - Kiểu đấu dây: Ø EOCR-DS1/DS2: Hình 7 – EOCR-DS1/DS2 - Hai biến dòng được thiết kế sẵn, điều chỉnh độc lập thời gian trễ khi khởi động và thời gian ngắt khi sự cố. - EOCR-DS1/DS2 kết hợp với đầu đấu dây tạo ra kiểu EOCR-DST1/DST2 - Các chức năng bảo vệ : Kiểu bảo vệ Thời gian tác động của EOCR DS1 DS2 Quá dòng O-Time O-Time Mất pha 4 giây 4 giây Kẹt Rotor D-Time D-Time - Kiểu đấu dây: Ø EOCR-SP: Hình 8 – EOCR-SP - Hai biến dòng thiết kế sẵn, nối trực tiếp vào các Contactor theo tiêu chuẩn IEC & NEMA. - Phạm vi bảo vệ: Mục bảo vệ Thời gian tác động Quá dòng O-Time Mất pha O-Time Kẹt Rotor O-Time và D-Time - Kiểu đấu dây: B. Nhóm Relays bảo vệ quá dòng, mất pha, Lock Rotor, đảo pha, mất cân bằng pha và có màn hình hiển thị: Ø EOCR-3D : bao gồm các thiết bị sau + EOCR-3DD : Relay bảo vệ dạng đa chức năng + EOCR-3DM : sử dụng kỹ thuật số + EOCR-3DS : Relay bảo vệ thiếu dòng, quá dòng. + EOCR-3DZ : Relay bảo vệ mất pha, mất cân bằng pha. Hình 9 – Một loại EOCR thuộc họ 3D - Gồm 3 biến dòng được thiết kế sẵn, có khả năng đo dòng và hiển thị sự cố bằng kỹ thuật số, dùng được cho cả tải 1 pha và 3 pha, có khả năng lựa chọn đặc tính thời gian bảo vệ, có khả năng điều chỉnh độc lập thời gian trễ khi khởi động và thời gian quá tải cho phép.Chỉ có 1 kiểu duy nhất cho tất cả các tải có dòng từ 1A đến 600A cộng thêm chức năng cảnh báo tải với loại EOCR-3DM, chức năng bảo vệ ngắn mạch với loại EOCR-3DS, chức năng bảo vệ chạm đất với loại EOCR-3DZ. - Phạm vi bảo vệ: Mục bảo vệ Thời gian tác động Quá dòng O-Time Mất pha O-Time Kẹt Rotor O-Time và D-Time - Kiểu đấu dây: Ø EOCR-F : bao gồm các thiết bị sau + EOCR-FD : trên cơ sở dùng CPU điều khiển + EOCR-FDM : Relay dạng bảo vệ đa chức năng + EOCR-FMS : Relay dạng bảo ngắn mạch, chạm đất + EOCR-FMZ : định thời gian hoạt động Hình 10 - Một loại EOCR thuộc họ F - Gồm 3 biến dòng được thiết kế sẵn, quá dòng, mất pha, Lock Rotor, đảo pha, mất cân bằng pha và có khả năng đo dòng và hình hiển thị sự cố bằng kỹ thuật số. Có khả năng điều chỉnh độc lập thời gian trễ khi khởi động và thời gian quá tải cho phép.Chỉ có 1 kiểu duy nhất cho tất cả các tải có dòng từ 1A đến 600A cộng thêm chức năng cảnh báo tải với loại EOCR-FDM, chức năng bảo vệ ngắn mạch với loại EOCR-FMS, chức năng bảo vệ chạm đất với loại EOCR-FMZ. - Kiểu đấu dây: 2.5.1.2 EVR(Electronic Voltage Relay) : là Relay bảo vệ điện áp xoay chiều. Hình 11 – Một loại EVR - Đặt tính : EVR là loại thiết bị chuyên dụng có khả năng bảo vệ đa chức năng, lưu trữ nguyên nhân gây sự cố trong 24 giờ, hiển thị trạng thái bảo vệ và nguyên nhân sự cố, có thể Reset bằng tay hoặc bằng điện. - Chức năng bảo vệ : quá điện áp, thiếu áp, mất pha, chống đảo pha. - Kiểu đấu dây: 2.5.1.3 Relay bảo vệ chạm đất EGR(Electronic Fault Relay) Hình 12 – Thiết bị EGR - Bảo vệ chống chạm đất. - Có thể Reset bằng tay hoặc bằng điện. - Độ an toàn cao. - Hiển thị trạng thái bảo vệ và hoạt động ổn định. 3. Lập trình cho LOGO! Để điều khiển hệ thống ATS: 3.1 Yêu cầu : * Chế độ AUTO : Khi bật công tắc sang vị trí Auto thì ở chế độ này ưu tiên cho nguồn lưới. Hệ thống sẽ hoạt động như sau: - Nếu lưới có điện thì ATS sẽ đóng Contactor vị trí lưới sau 3s tính từ lúc chọn công tắc ở vị trí Auto để cung cấp điện cho phụ tải. Khi lưới bị mất thì lúc đó ATS mở Contactor phía vị trí lưới ra, sau 2,5s máy phát ( nguồn dự phòng ) sẽ tự khởi động, 10s sau ATS sẽ đóng Contactor vị trí phía máy phát để cung cấp điện cho phụ tải. - Khi lưới có điện trở lại thì 3s sau sẽ đóng Contactor phía lưới để cấp điện cho tải, đồng thời ATS sẽ mở Contactor vị trí phía máy phát, lúc này máy phát sẽ chạy ở chế độ CoolDown cho đến 1’30s sau thì dừng hẳn. * Chế độ MAN: Khi bật công tắc chọn chế độ sang vị trí MAN thì ATS sẽ hoạt động tùy thuộc vào công tắc chọn lưới hay máy phát. Nếu chọn công tắc ở chế độ lưới thì ATS đóng Contactor vị trí lưới với điều kiện lưới phải có điện. Nếu chọn công tắc ở chế độ máy phát thì ATS sẽ cho Relay khởi động máy phát và muốn đóng Contactor vị trí máy phát chỉ cần nhấn nút “ GEN ON ” bên ngoài mặt tủ với điều kiện máy phát phải có. * Chế độ OFF : Khi bật công tắc sang vị trí “ OFF ” thì ATS ở trạng thái khóa và cắt nguồn đang sử dụng cho phụ tải. * Chế độ bảo vệ : Trong trường hợp ATS đang ở vị trí lưới, khi có sự cố về áp lập tức lúc đó máy phát sẽ được khởi động, và ATS sẽ tự động chuyển sang vị trí máy phát ( nguồn dự phòng ), đồng thời còi hụ sẽ báo. Nếu khi chuyển sang vị trí phía máy phát mà vẫn còn sự cố áp lúc đó ATS sẽ mở Contactor vị trí phía máy phát, còi hụ và đèn sẽ báo. Nếu phía lưới sửa xong thì ATS chuyển sang vị trí lưới, nếu không ta chuyển về vị trí “ OFF ” để sửa chữa. Trong trường hợp ATS đang ở vị trí lưới hoặc máy phát mà có sự cố về dòng thì lập tức ATS sẽ mở Contactor vị trí đó, và sau một thời gian sẽ đóng lại và cho đến lần thứ 3 sẽ mở luôn, lúc đó đèn và chuông báo quá dòng sẽ báo. 3.2 Giải thuật điều khiển: Để chương trình được rõ ràng hơn và dễ dàng thay đổi khi lập trình, mỗi khối chế độ hoạt động của hệ thống được biểu diễn thành từng khối riêng biệt. Chương trình điều khiển hệ thống ATS được chia làm những khối sau đây: + Khối OB: khối chương trình kiểm tra các điều kiện để gọi các chương trình con. + Khối PB1: khối chương trình điều khiển khi có nguồn điện chính cấp từ lưới ổn định ở chế độ AUTO. + Khối PB2: Khối chương trình điều khiển khi có nguồn điện chính đang cấp cho tải thì xảy ra một trong các sự cố về dòng, áp.v.v.. ở chế độ AUTO. + Khối PB3: Khối chương trình điều khiển khi lưới có điện ổn định ở chế độ MAN. + Khối PB4: Khối chương trình điều khiển khi lưới có sự cố ở chế độ MAN. LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT START CHẾ ĐỘ AUTO CHẾ ĐỘ MAN CHẾ ĐỘ AUTO VÀ CÓ NGUỒN CHẾ ĐỘ MAN VÀ CÓ NGUỒN PB3 PB1 Đ Đ S S CHẾ ĐỘ MAN VÀ MẤT NGUỒN CHẾ ĐỘ AUTO VÀ MẤT NGUỒN PB4 PB2 Đ Đ S S CHẾ ĐỘ AUTO VÀ CÓ SỰ CỐ ÁP PB2 Đ S CHẾ ĐỘ AUTO VÀ CÓ SỰ CỐ DÒNG PB2 Đ S Nội dung chương trình điều khiển cho LOGO! Phần mềm lập trình được sử dụng là “LOGO! Soft Comfort-V5.0” BẢNG GÁN NHIỆM VỤ Các ngõ vào ra Tên thiết bị Mô tả chức năng I1 Công tắc 1 Chọn vị trí Auto I2 Công tắc 2 Chọn vị trí Man I3 Công tắc 3 Chọn nguồn lưới I4 Công tắc 4 Chọn nguồn máy phát I5 Tiếp điểm T1 Tín hiệu điện từ lưới I6 Relay EOCR 1 Phát hiện sự cố về dòng trên lưới I7 Relay EOCR 2 Phát hiện sự cố về dòng máy phát I8 Relay EVR 1 Phát hiện sự cố về áp lưới I9 Relay EVR 2 Phát hiện sự cố về áp máy phát I10 Nút dừng khẩn cấp Đồng thời ngắt mạch động lực và Reset chương trình I11 Nút nhấn GEN ON Đóng Contactor vị trí máy phát khi hoạt động ở chế độ Man I12 Nút OFF Khóa không cho ATS hoạt động Q1 Contactor MA Kết nối với nguồn lưới Q2 Contactor GE Kết nối với nguồn máy phát Q3 Relay Khởi động máy phát Q4 Đèn báo tín hiệu 1 Báo sự cố về dòng Q5 Đèn báo tín hiệu 2 Báo sự cố về áp lưới Q6 Đèn báo tín hiệu 3 Báo sự cố về áp máy phát Q7 Còi Báo động khi có sự cố bất kỳ Ngôn ngữ Ladder Diagram : Ø Nhận xét: Hiện nay trong lĩnh vực điều khiển tự động, LOGO! được ứng dụng rất nhiều vì những ưu điểm của nó. Nếu so về giá thành thì có thể LOGO! sẽ cao hơn so với bộ vi xử lý, nhưng xét về các lĩnh vực khác thì có lẽ nó sẽ hơn hẳn: - Ngôn ngữ lập trình cho LOGO! đơn giản, dễ dàng hơn cho người lập trình, không phức tạp và khó hiểu như ngôn ngữ lập trình cho bộ vi xử lý. - Thiết kế nhỏ gọn, tích hợp tất cả các thành phần cần thiết cho một giải pháp điều khiển trong một như: các ngõ vào ra, màn hình hiển thị, các phím cài đặt và điều khiển. Lập trình dưới dạng khối chức năng. - Được thiết kế khá đa dạng, gọn nhẹ và nhiều chủng loại khác nhau. Có khả năng xử lý những công việc từ đơn giản đến phức tạp. Từ một hệ thống nhỏ không đòi hỏi độ chính xác cao cho đến những hệ thống lớn đòi hỏi độ chính xác, độ tin cậy, độ an toàn cao và khả năng tích hợp toàn diện của hệ thống. Ø Do thời gian có hạn nên trong chuyên đề này không thực hiện mô hình mà chỉ chạy mô phổng chương trình trên PC. Ø Kết luận: Qua một khoảng thời gian dài thực hiện thì cuốn “Đồ Án Tốt Nghiệp” đã hoàn thành đúng thời gian qui định. Sau quá trình làm việc, người thực hiện đã học hỏi thêm được rất nhiều kiến thức chuyên ngành. Đặc biệc, đã biết sử dụng thêm một số phần mềm chuyên dụng của các hãng nổi tiếng như: Siemens, Schneider Electric, Merlin Gerin. Tuy đã có nhiều cố gắng, song không thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong được sự đóng góp ý kiến quí báu từ các thầy cô. Người thực hiện xin chân thành cảm ơn ! ._.