ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ATS

ĐA Điều Khiển Lập Trình

GVHG:Hà Văn Phương

Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

ĐỒ ÁN
ĐIỀU KHIỂN

LẬP TRÌNH

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ATS
Giáo Viên Hướng Dẫn: Hà Văn Phương
Nhóm sinh viên thực hiện: Nhóm 4
Nguyễn Văn Ánh Lịch
Nguyễn Mạnh Linh
Phan Văn Linh
Trần Văn Long
Lưu Văn Mạnh
Mai Hải Minh
Nguyễn Văn Nam
Phạm Văn Nam
Nguyễn Trọng Nghĩa
Nguyễn Đình Như

Nhóm 4

Lớp: Điện 4-K7


ĐA Điều Khiển Lập Trình

Nhóm 4

GVHG:Hà Văn Phương

Lớp: Điện 4-K7


ĐA Điều Khiển Lập Trình

GVHG:Hà Văn Phương
LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay nhu cầu sử dụng điện năng, các thiết bị sử dụng điện ngày càng được
sử dụng rộng rãi trong mọi lĩn vực của cuộc sống.Khả năng tự động hóa các quá
trình ngày càng được quan tâm và đặt lên hàng đầu. Trong một số lĩnh vực công
nghiệp hay dân dụng nhu cầu điện phải được đảm bảo tính liên tục trong suốt quá
trình hoạt động. Nó đảm bảo quá trình sản xuất là liên tục đem lại năng suất và
chất lượng sản phẩm tốt, đặc biệt là đem lại an toàn cho tính mạng của con
người,an toàn cho thiết bị tiêu thụ điện. Do vậy bộ điều khiển ATS có thể giải
quyết được vấn đề trên, nó là một mắt xích quan trọng trong hệ thống cung cấp
điện cho hộ phụ tải loại một
Nay chúng em nhận được đề tài Thiết kế hệ thống chuyển nguồn tự động ATS
bằng PLC .Được sự giúp đỡ của thầy Hà Văn Phương kết hợp với kiến thức đã
học chúng em xin thực hiên đồ án như sau:
Chương 1: Giới chung về PLC
Chương 2: Phân tích công nghệ và xây dựng mô hình hệ thống
Chương 3: Thực hiện
Chương 4: Kết luận

Nhóm 4

Lớp: Điện 4-K7


ĐA Điều Khiển Lập Trình

GVHG:Hà Văn Phương

CHƯƠNG I :GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PLC
1.1 Tìm hiểu về PLC S7 200
1.1.1 Khái quát về PLC S7 200
a.Giới thiệu về PLC
- PLC ( Programmable Logic Controller ): Bộ điều khiển lập trình, PLC được xếp
vào trong họ máy tính, được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp và thương mại.
- PLC đặt biệt sử dụng trong các ứng dụng hoạt động logic điều khiển chuổi sự kiện
- PLC có đầy đủ chức năng và tính toán như vi xử lý. Ngoài ra, PLC có tích hợp
thêm một số hàm chuyên dùng như bộ điều khiển PID, dịch chuyển khối dữ liệu, khối
truyền thông,…
- PLC có những ưu điểm:
+ Có kích thước nhỏ, được thiết kế và tăng bền để chịu được rung động, nhiệt, ẩm và
tiếng ồn, đáng tin cậy.
+ Rẻ tiền đối với các ứng dụng điều khiển cho hệ thống phức tạp.
+ Dễ dàng và nhanh chống thay đổi cấu trúc của mạch điều khiển.
+ PLC có các chức năng kiểm tra lỗi, chẩn đoán lỗi.
+ Có thể nhân đôi các ứng dụng nhanh và ít tốn kém.
Cấu trúc bên trong của PLC
Một hệ thống lập trình cơ bản phải gồm có 2 phần: Khối xử lý trung tâm
(CPU: Central Processing Unit) và hệ thống giao tiếp vào/ra ( I/O)

Nhóm 4

Lớp: Điện 4-K7


ĐA Điều Khiển Lập Trình

GVHG:Hà Văn Phương

b. Giới thiệu về PLC S7-200 CPU224 AC/DC/RELAY
Với đề tài này em sử dụng PLC S7-200 CPU224 AC/DC/RELAY
Thông tin:
-Nguồn cấp: 85-264VAC. 47-63Hz
-Kích thước: 120.5mm x 80mm x 62mm
-Dung lượng bộ nhớ chương trình: 4096 words
-Dung lượng bộ nhớ dữ liệu: 2560 words
-Bộ nhớ loại EEFROM
-Có 14 cổng vào, 10 cổng ra.
-Có -thể thêm vào 7 modul mở rộng kể cả modul Analog.
-Tốc độ xử lý một lệnh logic Boole 0.37µs
Nhóm 4

Lớp: Điện 4-K7


ĐA Điều Khiển Lập Trình
GVHG:Hà Văn Phương
-Có 256 timer , 256 counter, các hàm số học trên số nguyên và sốn thực.
-Có 6 bộ đếm tốc độ cao, tần số đếm 20 KHz
-Có 2 bộ điều chỉnh tương tự.

-Các ngắt: phần cứng, theo thời gian, truyền thông,…
-Đồng hồ thời gian thực.
-Chương trình được bảo vệ bằng Password.
-Toàn bộ dung lƣợng nhớ không bị mất dữ liệu 190 giờ khi PLC bị mất điện.
-Xuất sứ: Siemens Germany
-CPU được cấp nguồn 220VAC.Tích hợp 14 ngõ vào số (mức 1 là 24Vdc, mức 0 là
0Vdc). 10 ngõ ra dạng relay.
Mô tả các đèn báo trên S7-200:
SF (đèn đỏ): Đèn đỏ SF báo hiệu khi PLC có hỏng hóc.
RUN (đèn xanh): Đèn xanh sáng báo hiệu PLC đang ở chế độ làm việc và thực hiện
chương trình nạp ở trong máy.
STOP (đèn vàng): Đèn vàng sáng báo hiệu PLC đang ở chế độ dừng, không thực hiện
chương trình hiện có.
- Ix.x (đèn xanh)chỉ trạng thái logic tức thời của cổng Ix.x. Đèn sáng tương ứng mức
logic là 1.
- Qx.x (đèn xanh): chỉ trạng thái logic tức thời của cổng Qx.x. Đèn sáng tương ứng
mức logic là 1.

Cách đấu nối ngõ vào ra PLC:
Nhóm 4

Lớp: Điện 4-K7


ĐA Điều Khiển Lập Trình

GVHG:Hà Văn Phương

Cách đấu nối S7-200 và các module mở rộng:
- S7-200 và module vào/ra mở rộng được nối với nhau bằng dây nối. Hai đầu dây nối

được bảo vệ bên trong PLC và module.Chúng ta có thể kết nối PLC và module sát
nhau để bảo vệ hoàn toàn dây nối. CPU224 cho phép mở rộng tối đa 7 module.
1.3.2. Các module mở rộng.
- PLC S7-200 có các module analog mở rộng như sau:
- EM 231: gồm có 4 ngõ vào analog.
- EM 232: gồm có 2 ngõ ra analog.
- EM 235: gồm có 4 ngõ vào và 1 ngõ ra analog.
a. Đầu vào
•

Phạm vi áp ngõ vào: +/- 10V.

•

Phạm vi dòng điện ngõ ra: 0 -> 20mA.

•

Có các bộ chuyển đổi ADC, DAC (12 bit).

•

Thời gian chuyển đổi analog sang digital : <250μs.

•

Đáp ứng đầu vào của tín hiệu tương tự: 1.5ms đến 95%.

•
Chế độ Mode chung: Điện áp vào đầu cộng của chế độ Mode chung nhỏ hơn

hoặc bằng 12V.
Nhóm 4

Lớp: Điện 4-K7


ĐA Điều Khiển Lập Trình
b.Kiểu dữ liệu đầu vào input:
•
•

GVHG:Hà Văn Phương

Kiểu không dấu (đơn cực) tầm từ 0 đến 32000,
Kiểu có dấu (đa cực) tầm từ –32000 đến 32000.

c. Đầu ra
•

Phạm vi áp ngõ ra : +/- 10V.

•

Phạm vi dòng điện ngõ ra: 0 -> 20mA.

•

Độ phân giải:
-

•

Kiểu dữ liệu đầu ra:
-

•

Điện áp:
12 bit.
Dòng điện: 11 bit.

Kiểu dữ liệu không dấu (đơn cực): từ 0 đến 32000.
Kiểu dữ liệu có dấu (đa cực): từ –32000 đến 32000.
Thời gian gửi tín hiệu đi:
-

Điện p: 100us.
Dòng điện: 2ms.

Với đề tài này em sử dụng module EM235 :
Sơ đồ khối các ngõ vào của EM 235:

Nhóm 4

Lớp: Điện 4-K7


ĐA Điều Khiển Lập Trình

GVHG:Hà Văn Phương

CHƯƠNG II :PHÂN TÍCH CÔNG NGHỆ VÀ XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ
THỐNG

2.1. KHÁI QUÁT CHUNG
1. Khái niệm
ATS là thiết bị tự động chuyển đổi nguồn ( Automatic Transfer Switch ) dùng để
chuyển nguồn chính sang nguồn dự phòng khi nguồn chính sảt ra trạng thái lỗi.
Nguồn chính xảy ra lỗi như mất pha, mất nguồn, ngược thứ tự pha, điện áp cao hay
thấp hơn giá trị cho phép ... vv.Nếu nguồn dự phòng lấy từ nguồn lưới khác thì ta có
ATS loại lưới - lưới .Nếu nguộn dự phòng là lấy từ máy phát thì ta có loại ATS lưới máy phát, hoặc lưới - lưới máy phát.
2. Đặc điểm chung.
- Đựoc sử dụng trong mạng 3 pha 4 dây hoặc mạng 1 pha.
- Cho phép chọn nguồn ưu tiên trong hệ thống mạng điện có nhiều nguồn.
- Tuỳ chọn chế đọ điều khiển là xung( Impule ) hay dạng mức.
- Giám sát thấp áp hoặc quá áp của nguồn điện chính hay nguồn dự phòng.
- Giám sát tần số của nguồn điện lưới chính và nguồn dự phòng.
- Lập trình các timer trì hoãn, khởi động chuyển mạch hay tắt máy phát.
- Lập trình hoạt động theo thời gian ngày hay đêm, ngày nghỉ , tuần , tháng, năm.
- Hiển thị các thông số (tần số , điện áp )của nguồn chính và nguồn dự phòng dùng
LCD.
- Hiển thị các trạng thái nguồn điện, chỉ báo sự cố , trạng thái test.
- Nguồn điện hoạt động từ điện áp 160VAC tới 250VAC tần số 50Hz, không dùng
Accu hoặc UPS.
- Tích hợp đồng bộ thời gian thực, thời gian hoạt động 2 tháng nếu mất toàn bộ nguồn
điện chính và nguồn dự phòng.
Nhóm 4

Lớp: Điện 4-K7

ĐA Điều Khiển Lập Trình

GVHG:Hà Văn Phương

3. Chức năng cơ bản của bộ ATS.
- Tự động chuyển nguồn khi mất điện .
- Tự động khởi động máy phát khi mất điện lưới.
- Qúa trình khởi động máy phát nếu có sự cố về lưới thì dừng việc khởi động và đưa
ra tín hiệu cảnh báo.
- Thực hiện quá trình kiểm tra điện áp nếu đạt yêu cầu thì thựuc hiện đóng tải.
- Bảo vệ mất pha, quá áp hay quá tải.
Quá trình hoạt động:
Quãng thời gian từ thời điểm lưới mất điện đến khi máy phát điện khởi động với
khoảng thời gian là 10s thì phát tín hiệu cho bộ đề. Nếu khởi động mà thành công thì
tín hiệu feedback=1 bộ đề sẽ tự động khoá đèn H2 tắt ,máy phát hoạt động .Nếu khởi
động lần 1 không thành công thì sau thời gian 3s ta cấp tín hiệu cho bộ đề để khởi
động máy phát lần 2,lần 3. Nếu khởi động 3 lần không thành công thì sẽ có tín hiệu
cảnh báo bằng đèn H3 sáng báo lỗi. Khi điện áp máy phát đạt cỡ 0,8Uđm , tín hiệu
điện áp được đưa vào modul mở rộng để so sánh, và cấp điện cho contactor K2 để
đóng điện cho phụ tải.
Nếu có điện trở lại : sau 10s thì cắt contactor K2 máy phát, sau 30s thì phát tín hiệu
dừng máy phát và phát tín hiệu đóng contactor K1(lưới điện)
S2:feedback:hồi tiếp cho biết trạng thái máy phát hoạt động hay chưa
S1:status:nhận biết trạng thái của lưới điện(S1=0 có điện,S1=1 mất điện)
H1 :tín hiệu đề máy phát
H2: tín hiệu dừng máy phát
H3: tín hiệu báo lỗi máy phát không đề được
K1: contactor đóng nguồn lưới điện
K2: contactor đóng nguồn cho máy phát.

Nhóm 4

Lớp: Điện 4-K7


ĐA Điều Khiển Lập Trình

GVHG:Hà Văn Phương

2.2 Sơ đồ khối
Băt đầu

S1=?

UP=380

s

đ

đ

s
Đề lần1

đ

Đóng K1

Đề lần 2

s

đ

Đề lần 3

UP=380

s

s

đ
Đóng K2
Cảnh báo
Kết thúc

Nhóm 4

Lớp: Điện 4-K7


ĐA Điều Khiển Lập Trình

GVHG:Hà Văn Phương
CHƯƠNG III :THỰC HIỆN

I.Tính Chọn Thiết Bị

1. Tính chọn máy phát điện
Việc lựa chọn máy phát điện, Công suất máy phát điện là việc rất quan trọng trong
vấn đề chọn máy phát điện. Lựa chọn đúng thương hiệu và công suất máy phát điện
đúng sẽ giúp ta giải quyết được các vấn đề sau: Giảm kinh phí mua máy, Giảm chi
phí dầu chạy máy, Giảm chi phí vật tư lắp đặt.
Để lựa chọn đúng đắn công suất là công việc quan trọng để quyết định trang bị máy
phát điện. Những vấn đề phát sinh trong quá trình chọn lựa thường như sau:
Nếu chọn công suất quá thấp sẽ dẫn đến máy phát điện không đủ công suất cần thiết,
bị quá tải, giảm tuổi thọ trầm trọng.
Nếu chọn công suất quá cao sẽ dẫn đến đầu tư vốn cao không cần thiết, máy phát
điện chạy thường xuyên non tải cũng làm tăng tiêu hao nhiêu liệu và giảm tuổi thọ.
Như vậy để lựa chọn đúng công suất máy phát điện ta phải dựa vào 2 yếu tố công
suất biểu kiến và công suất thực của phụ tải
Ở đề này ta giả sử công suất phụ tải P = 1000kw , hệ số công suất trung bình cosϕ =
0,8 , hệ số khởi động k= 1,3 .Như vậy ta có:
Dòng điện danh nghĩa lớn nhất của tải là:
I = Px = 100x = 200 A
Dòng điện khởi động lớn nhất của tải là:
Ikđ max = k x I = 1,3 x 200 = 260 A
Công suất biểu kiến theo dòng điện lớn nhất là :
S = I kđ max x = 260 x 0,66 =171.6 kVA
Công suất cần trang bị là :
Scần = Sx 1,1= 171.6 x 1,1 = 188.76 KVA

Nhóm 4

Lớp: Điện 4-K7


ĐA Điều Khiển Lập Trình

GVHG:Hà Văn Phương
Từ đó ta chọn được máy phát loại 200KVA / 100KW loại máy phát điện đồng bộ ba
pha, tự động kích từ, tự động điều chỉnh điện áp ,chạy động cơ diezel 4 kỳ.
2. Tính chọn cầu chì và aptomat
- Chọn cầu chì :
Để cầu chì đảm bảo chức năng bảo vệ của nó thì nó cần thoả mãn điều kiện :
Icc > Ikđ max
Như vậy ta sẽ chọn đươc loại cầu chì là 260 A
-Chọn aptomat :
Aptomat là loại thiết bị bảo vệ sau cầu chì vì vậy nó sẽ được lựa chọn như sau :
Uap ≥ Uđm = 380 V
Iap ≥ 1,4 Itt = 1,4x 200 = 280A
Như vậy ta sẽ lựa chọn aptomat loại 380V/ 280A
3.Tính chọn role điện áp

Role điện áp là loại role dùng để bảo vệ mất pha, thấp áp ,quá áp và ngược pha của
điện 3 pha.
Nhóm 4

Lớp: Điện 4-K7


ĐA Điều Khiển Lập Trình
GVHG:Hà Văn Phương
Để đảm bảo tính kinh tế,tiết kiệm và phù hợp với cách sử dụng ta chọn loại 600VPR310/520 với các thông số : dải bảo vệ thấp áp là từ 310 - 405V AC , quá áp: 425 520V AC (L-L).
II.Sơ đồ đấu nối
1.Mạch động lực

Nhóm 4

Lớp: Điện 4-K7


ĐA Điều Khiển Lập Trình
2. Mạch điều khiển

Nhóm 4

GVHG:Hà Văn Phương

Lớp: Điện 4-K7


ĐA Điều Khiển Lập Trình
3. Giản đồ thời gian

GVHG:Hà Văn Phương

4.Địa chỉ đầu vào đầu ra

Nhóm 4

Input
Start
Stop
S1
S2

Địa chỉ
I0.0

I0.1
I0.2
I0.3

Output
Cuộn hút K1
Cuộn hút K2
H1
H2
H3

Địa chỉ
Q0.0
Q0.1
Q0.2
Q0.3
Q0.4

Lớp: Điện 4-K7


ĐA Điều Khiển Lập Trình
5.Chương trình mô phỏng

Nhóm 4

GVHG:Hà Văn Phương

Lớp: Điện 4-K7

ĐA Điều Khiển Lập Trình

Nhóm 4

GVHG:Hà Văn Phương

Lớp: Điện 4-K7


ĐA Điều Khiển Lập Trình

Nhóm 4

GVHG:Hà Văn Phương

Lớp: Điện 4-K7


ĐA Điều Khiển Lập Trình

GVHG:Hà Văn Phương

CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN

Nhóm 4

Lớp: Điện 4-K7