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

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN

June 6, 2010

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 S7200 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
ĐỒ ¸N TỐT NGHIỆP- NHãM SV LíP LT C§-§H §IÖN 3-K2

1


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN

June 6, 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
ĐỒ ¸N TỐT NGHIỆP- NHãM SV LíP LT C§-§H §IÖN 3-K2

2


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN

June 6, 2010

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
ĐỒ ¸N TỐT NGHIỆP- NHãM SV LíP LT C§-§H §IÖN 3-K2

3


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN

June 6, 2010

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

ĐỒ ¸N TỐT NGHIỆP- NHãM SV LíP LT C§-§H §IÖN 3-K2

4


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN

June 6, 2010

CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ATS VÀ TÍNH TOÁN LỰA
CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
I.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 tin
cậy 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 hậu
quả vô cùng nghiêm trọng .
Đối với tính mạng con người thì loại phụ tải này là các hầm mỏ, bệnh viện….Đối
với 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 loại
phụ 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 thiết
bị.
I.3.Phụ tải loại 3
Là loại phụ tải cho phép mất điện,đó là các công trình dân dụng,công trình phúc
lợi,khu dân cư…
Như vậy trong 3 loại phụ tải trên thì phụ tải loại 1 và phụ tải loại 2 cần được cấp

điện liên tục.Do đó các loại phụ tải này đều phải dùng tới nguồn điện dự
phòng.Nguồn dự phòng có thể là đường dây lưới quốc gia được cấp từ một lộ khác
ĐỒ ¸N TỐT NGHIỆP- NHãM SV LíP LT C§-§H §IÖN 3-K2

5


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN

June 6, 2010

đối với hộ tiêu thụ có công suất lớn như các nhà máy công nghiệp.Nguồn dự phòng
thứ 2 là các máy phát điện tự dùng .Do vậy một yêu cầu đặt ra là việc chuyển đổi
qua lại giữa nguồn điện dự phòng và nguồn điện lưới khi nguồn lưới bị sự cố.Công
việc này được thực hiện bởi thiết bị chuyển nguồn tự động hay còn gọi là ATS.
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 khi
nguồn 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 lưới
lấy từ một đường dây cung cấp khác thì ta có ATS lưới-lưới .Trong trường hợp
nguồn 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.
I

I

II
BA

AP1

Diezel

BA

AP2

ĐK
SS1

SS2

CM

BA

AP1

KĐ
G

AP2

ĐK
SS1

SS2

CM

ĐỒ ¸N TỐT NGHIỆP- NHãM SV LíP LT C§-§H §IÖN 3-K2

6


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN

a) ATS lưới – lưới .
.

June 6, 2010

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 có thêm
bộ phận khởi động diezel.Khi tín hiệu từ nguồn chính báo chất lượng điện không
đủ,bộ điều khiển sẽ truyền tín hiệu cho bộ khởi động diezel và máy nổ được khởi
động ,điện áp máy phát được thành lập .Nếu chất lượng điện áp máy phát được
đảm bảo thì bộ SS2 sẽ cấp tín hiệu cho bộ điều khiển và bộ điều khiển sẽ cấp tín
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 cung
cấp chính.Từ thời điểm chuyển tải máy phát chạy không tải một thời gian để làm
mát ( Khoảng 3 đến 10 phút) rồi sau đó tự tắt.
Quá trình trên được diễn tả chi tiết ở giản đồ thời gian sau:
Luới
Máy phát

T1

T2

t1 t 2 t 3 t 4

T3

t5

T4

t6

ĐỒ ¸N TỐT NGHIỆP- NHãM SV LíP LT C§-§H §IÖN 3-K2

t7 t8
7


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN

June 6, 2010

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 thoáng
qua trong khoảng hàng giây ,do đó cần thời gian T1 để khẳng định điện lưới có mất
thật không .Thời gian T1 này được điều chỉnh trong khoảng từ 1 đến 5 s.Hết thời
gian chỉnh định T1 ra lệnh khởi động máy phát điện.Thời gian khởi động máy phát
cỡ khoảng 2 đến 5 s .
Khi máy phát đủ điện áp tại t3 thường là khoảng 0,8Uđm bộ định thời trong SS2
phía máy phát bắt đầu tính thời gian và sau khoảng thời gian T2 tải được chuyển
cho máy phát .Thời gian T2 khoảng 10 đến 30 s ,thời gian này cần để cho máy điện
được 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 điện
trở lại điện áp chưa chắc đã ổn định được ngay mà có thể mất lại hay dao
động.Do vậy cần trễ một thời gian T3 vào khoảng 3 đến 30 phút để khẳng định
chắc chắn lưới đã phục hồi và ổn định.Hết thời gian T3 ra lệnh chuyển tải từ máy
phát sang lưới . Sau khi chuyển tải từ máy phát sang lưới máy phát cần chạy không
tải trong khoảng thời gian T4 (khoảng từ 3 đến 10 phút ) trước khi dừng máy để
làm mát máy tránh bị lưu nhiệt khi dừng máy làm hư hỏng cách điện hay các bộ
phận khác của máy.Tất cả các thời gian trên đều có thể chỉnh định qua các nút đặt
thời 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 phụ
tải – lưới .
ĐỒ ¸N TỐT NGHIỆP- NHãM SV LíP LT C§-§H §IÖN 3-K2

8

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN

June 6, 2010

 Phát hiện trạng thái có điện lưới trở lại ,chuyển tải và tự động dừng máy
phát.
 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 lần
thứ 3 mà không thành công thì dừng việc khởi động diezel và báo tín hiệu
để xử lý bằng tay.
 Khi có dao động điện áp lưới hoặc điện áp lưới chập chờn thì trường hợp
này phải có thiết bị ngăn ngừa diezel khởi động nhiều lần
 Có chế độ dự phòng đó là điều khiển tự động và thao bằng tay đơn giản
thuận tiện .
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 tùy
thuộc 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 kia
theo tín hiệu của mạch điều khiển (chế độ tự động).Hoặc theo ý muốn của người
vận hành(thao tác bằng tay).Yêu cầu của khối này là phải có công suất chuyển
mạch lớn(có thể đóng được dòng điện lớn gấp vài lần dòng điện định mức),thời
gian chuyển mạch nhanh độ tin cậy cao,gọn nhẹ dễ bảo dưỡng.Với ATS lướilưới ,phần chuyển mạch thường có ba cực,chỉ chuyển mạch phần có điện áp (ba
pha),còn trung tính thì chung cho cả hai nguồn.Với ATS lưới-máy phát,ATS
thường có 4 cực,chuyển mạch cả trung tính

ĐỒ ¸N TỐT NGHIỆP- NHãM SV LíP LT C§-§H §IÖN 3-K2

9


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN

June 6, 2010

Khối chuyển mạch thường được chuyển mạch theo ba nguyên lý chính: Bằng hai
công tắc tơ ,kiểu áptômát loại hộp kín và kiểu bập bênh.Sau đây chúng ta sẽ xem
xét 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 tay gạt .
Ưu điểm chính của loại này là không cần nguồn duy

Hình I-4. Kiểu Áp

tômát

trì trạng thái

đóng,công suất nguồn thao tác nhỏ ( động cơ cỡ vài chục oát ), khả năng đóng cắt
tốt .Nhược điểm của loại này là có bộ truyền động phức tạp , thời gian tác động

ĐỒ ¸N TỐT NGHIỆP- NHãM SV LíP LT C§-§H §IÖN 3-K2

10


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN

June 6, 2010

chậm do có động cơ quay qua hộp giảm tốc . Loại này thường được chế tạo với
dòng 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 điểm
tĩnh hai bên ,tiếp điểm động kiểu bập
bênh

được

gắn

với

trục

truyền

I

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

Hình I-5.Chuyển mạch kiểu bập bênh

khi có xung vào nam châm điện, tiếp
điểm động tác động một lần,đến xung tiếp theo tiếp điểm động chuyển mạch từ
nguồn này qua nguồn khác.
Ưu điểm của chuyển mạch kiểu bập bênh này là kết cấu tương đối gọn nhẹ,tác
động 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

ĐỒ ¸N TỐT NGHIỆP- NHãM SV LíP LT C§-§H §IÖN 3-K2

11


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN

June 6, 2010

loại công tắc tơ và loại áp tô mát vì tiếp xúc giữa tiếp điểm động và thanh dẫn ra
tải 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 thống
ATS , 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 .
 Khâu đóng cắt
Sơ đồ khối các khâu như sau :

Phát hiện điện
áp lưới 1

Khâu
Điều
Khiển

Khâu đóng
cắt

Phát hiện điện
áp lưới 2

Hình I-6.Sơ đồ khối mạch điều khiển ATS lưới – lưới

ĐỒ ¸N TỐT NGHIỆP- NHãM SV LíP LT C§-§H §IÖN 3-K2

12


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN

June 6, 2010

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 :
Phát hiện điện
áp lưới

Khâu
Điều
Khiển

Phát hiện điện
áp máy phát

Khởi động
máy phát

Khâu đóng
cắt

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

Như vậy ở ATS lưới – máy phát thì ngoài các khâu như ở ATS lưới – lưới còn có
thêm 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 :

ĐỒ ¸N TỐT NGHIỆP- NHãM SV LíP LT C§-§H §IÖN 3-K2

13


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN

June 6, 2010

 Khâu phát hiện điện áp lưới:Phát hiện mất pha,lệch pha,sụt áp,quá áp,mất
điện và truyền tín hiệu tới khâu điều khiển .
 Khâu phát hiện điện áp máy phát:Phát hiện điện áp máy phát đảm bảo yêu
cầu và truyền tín hiệu cho khâu điều khiển .
 Khâu khởi động máy phát:Có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ khâu điều khiển và
thực 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 chờ
ban đầu .Nếu khởi động không thành công ( thời gian khởi động thường
khoảng 2 đến 5 giây ) sau một thời gian nghỉ khoảng 10 đến 20 giây lại có
tín 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 việc
điều khiển đóng cắt phần chuyển mạch.
 Khâu điều khiển:Là khâu duy trì nhận thông tin từ khâu nhận biết điện áp
lưới và điện áp máy phát,sau đó xử lý thông tin và truyền lệnh điều khiển tới
khâu khởi động máy phát cũng như khâu đóng cắt,ngoài ra nó còn duy trì
kiểm 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 dụng
các rơ le ,công tắc tơ ….hoặc có thể được thiết kế từ mạch tích hợp dạng IC số và
các linh kiện bán dẫn,có các đầu ra là các rơ le điện cơ có các tín hiệu báo trạng

thái.Đặc biệt gần đây mạch điều khiển của ATS được thiết kế bằng các bộ điều
khiển logic lập trình với nhiều tính năng như PLC, LOGO! Của Siemens,ZEN của
Omron …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.
ĐỒ ¸N TỐT NGHIỆP- NHãM SV LíP LT C§-§H §IÖN 3-K2

14


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN

June 6, 2010

Sử dụng các thiết bị đóng cắt điện từ như rơ le, công tắc tơ để thành lập mạch điều
khiển của ATS .
Ưu điểm của phương án này là hệ thống hoạt động ổn định với độ tin cậy cao dễ
vận 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 với
nhiều rơ le công tắc tơ đóng cắt nên cồng kềnh,khi hoạt động cần phải có năng
lượng 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 lưới
điện .Các tiếp điểm của rơ le được nối nối tiếp với nhau và nối tới nguồn điện một
chiều để cấp tín hiệu cho mạch điều khiển . Khi mất điện ,mất pha ,điện áp thấp thì
các 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.

ĐỒ ¸N TỐT NGHIỆP- NHãM SV LíP LT C§-§H §IÖN 3-K2

15


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN

June 6, 2010

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.
+

_

K
CC
1RU<

2RU<

3RU<

2RG1

5RG1

7RG1

1RG

1RG1
4RU>

2RG

5RU>
5RG2

1RG2

2RG2

7RG2

1RT

1RG3

2RT

1RG4
3RG1

2RG3

3RG
G1(KS)

4RG1

4RG2

G2(KS)

ThiÕt bÞsÊy

1RT1
4RG3

4RG
5RG3

7RG3

ST(KS)

D

=
ĐỒ ¸N TỐT NGHIỆPNHãM SV LíP LT C§-§H §IÖN
3-K2
2RT1
5RG4

2RG4

AC(KS)

§ Õn r¬le phô
RY

5RG

16


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN

June 6, 2010

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 khởi
động 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 này
tùy 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 đến
kiểm tra .
1RG4 : đưa điện vào thiết bị sấy , sấy nóng diezel làm dễ dàng cho việc
khởi động .
Sau thời gian t sấy dầu nêu trên rơ le thời gian cho tín hiệu mở thiết bị sấy đồng

thời cho tín hiệu khởi động diezel , sẽ xảy ra 2 trường hợp :
Trường hợp 1: nếu diezel khởi động thành công , điện áp máy phát điện được thành
lập(do có tự động điều chỉnh điện áp ).Rơ le điện áp cao 4RU >, 5RU> khởi động
đóng tiếp điểm.Dẫn đến 2RG có điện mở các tiếp điểm 1RG1 ,2RG2,2RG3,là các
mạch khởi động của diezel,các rơle này trở về vị trí chuẩn bị cho khởi động lần
sau.Đồng thời 2RG đóng tiếp điểm 2RG4 đưa điện áp nguồn đến rơ le phụ RY đảm
bảo cho mạch bảo vệ diezel sẵn sàng làm việc.Mặt khác khi diezel khởi động
thành công máy phát điện 1 chiều được nối với diezel sẽ phát điện nạp điện cho
acquy và cung cấp nguồn điện cho rơ le khẩn cấp ER.

ĐỒ ¸N TỐT NGHIỆP- NHãM SV LíP LT C§-§H §IÖN 3-K2

17


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN

June 6, 2010

Trường hợp 2:Nếu diezel khởi động không thành công rơ le thời gian 2RT với thời
gian làm việc t + t’ sẽ đóng tiếp điểm,rơ le 5RT có điện đóng tiếp điểm 5RG4 để tự
giữ và mở các mạch khởi động của diezel bằng các tiếp điểm 5RG1,5RG2 và
5RG3.Trong sơ đồ còn có các tiếp điểm của rơ le trung gian 7RG1,7RG2,7RG3
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 trở
lại,diezel sẽ không khởi động để bảo vệ diezel khỏi hư hỏng.Nhân viên sữa chữa
phải 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 .
+

_

K
CC

1RU<

2RU<

3RU<

6RG

1CT3

6RG1
3RT1
8RG1

3RT
ER

SP
ER

Dõng Selenoit
9RG

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

ĐỒ ¸N TỐT NGHIỆP- NHãM SV LíP LT C§-§H §IÖN 3-K2

18


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN

June 6, 2010

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 đóng
tiếp điểm,6RG có điện đóng 6RG1,rơ le thời gian 3RT khởi động tính thời gian,hết
thời gian chỉnh định khoảng 3 phút khép tiếp điểm 3RT1 ,8RG có điện đóng 8RG1
cho tín hiệu đến rơle khẩn cấp ER dừng diezel .Mặt khác ER cũng cho tín hiệu
đến.Trước đó 8RG đồng thời mở tiếp điểm 8RG2 tắt công tắc tơ điện áp máy phát
2CT .Rơ le 9RG đóng tiếp điểm 9RG1 đóng công tắc tơ điện áp lưới 1CT .Thời
điểm này hộ tiêu thụ sử dụng điện áp lưới Nếu lại mất điện áp lưới quá trình lại
lặp lại .
Thời gian làm việc 3 phút của rơle thời gian 3RT tránh diezel khởi động lặp đi,lặp
lại 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 .

K
7RG

RY

7RG4

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

ĐỒ ¸N TỐT NGHIỆP- NHãM SV LíP LT C§-§H §IÖN 3-K2

19


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN

June 6, 2010

Khi xảy ra áp lực dầu bôi trơn giảm thấp dưới giá trị cho phép hoặc nhiệt độ
nước làm mát quá cao.Trong máy có sẵn thiết bị bảo vệ này nên chỉ cần đặt
thêm rơle tự giữ 7RG,nếu xảy ra hiện tượng trên rơ le phụ RY đóng tiếp
điểm 7RG có điện đóng 7RG 4 để tự giữ đồng thời đồng thời mở các tiếp
điểm7RG1,7RG2,7RG3( sơ đồ mạch tự khởi động diezel ) là các mạch khởi
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.
~

+

_

~

K
CC
2RG4

4RT

2CT3

4RT1
10RG
2C

2D

2CT2

1CT1

9RG3

10RG1
2CD

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 lại

chuẩn 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
ĐỒ ¸N TỐT NGHIỆP- NHãM SV LíP LT C§-§H §IÖN 3-K2

20


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN

June 6, 2010

cố định ) rơ le 10 RG cóđiện đóng tiếp điểm 10RG 1,cuộn 2CD có điện đóng công
tắc 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 vẫn
được đóng và hộ tiêu thụ vẫn được cấp điện .
Tiếp điểm 1CT1 là tiếp điểm liên động ,khi đóng 1CT thì không thể đóng 2CT và
ngược lại .Nút 2Đ đóng công tắc tơ ,nút 2C cắt công tắc tơ bằng tay .Tiếp điểm
thường kín 9RG3 mắc nối tiếp với mạch đóng 2CT,mục đích tăng thêm độ tin
cậy.Khi đóng 1CT phải đồng thời mở mạch 2CT .


Mạch đóng và cắt công tắc tơ điện áp lưới .
~

1C

1D

1CT2

2CT1

10RG2

9RG1
1CD

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,tiếp
điểm phụ thường kín 2CT1 đóng lại sẵn sàng cho mạch đóng 1CT.Đồng thời rơle
9RG đóng tiếp điểm 9RG1 cuộn đóng 1CĐ có điện đóng công tắc tơ 1CT,hộ tiêu
thụ được cấp điện áp từ lưới.Nút 1Đ đóng 1CT và 1C cắt 1CT bằng tay .
ĐỒ ¸N TỐT NGHIỆP- NHãM SV LíP LT C§-§H §IÖN 3-K2

21


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN

June 6, 2010

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 trình
được (khả trình) cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông
qua một ngôn ngữ lập trình.Người sử dụng có thể lập trình để thực hiện một loạt
trình tự các sự kiện.
Các sự kiện này được kích hoạt bởi tác nhân kich thích(ngõ vào) tác động vào PLC
hoặc qua các hoạt động có trễ như thời gian định thì hay các sự kiện được đếm.Một
khi sự kiện được kích hoạt thật sự nó bật ON hay OFF thiết bị điều khiển bên ngoài
được gọi là thiết bị vật lý.Một bộ điều khiển lập trình sẽ liên tục lặp trong chương
trình do “người sử dụng lập ra”chờ tín hiệu ở ngõ vào và suất tín hiệu ở ngõ ra tại
các thời điểm đã lập trình.
Để khắc phục những nhược điểm của bộ điều khiển dùng dây nối ( bộ điều khiển
bằng 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 , sửa
chữa.Dung lượng bộ nhớ lớn để có thể chứa được những chương trình phức tạp
.Hoàn toàn tin cậy trog môi trường công nghiệp .Giao tiếp được với các thiết bị
ĐỒ ¸N TỐT NGHIỆP- NHãM SV LíP LT C§-§H §IÖN 3-K2

22


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN

June 6, 2010

thông minh khác như : máy tính , nối mạng , các môi Modul mở rộng. Giá cả cá
thể cạnh tranh được.
Các thiết kế đầu tiên là nhằm thay thế cho các phần cứng Relay dây nối và các
Logic 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 … Chính

điều 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 , định
thời , thanh ghi dịch … Sau đó là các chức năng làm toán trên các máy lớn … Sự
phát triển các máy tính dẫn đến các bộ PLC có dung lượng lớn , số lượng I / O
nhiều 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).

ĐỒ ¸N TỐT NGHIỆP- NHãM SV LíP LT C§-§H §IÖN 3-K2

23


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN

June 6, 2010

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

ĐỒ ¸N TỐT NGHIỆP- NHãM SV LíP LT C§-§H §IÖN 3-K2

24

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN

June 6, 2010

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:

ĐỒ ¸N TỐT NGHIỆP- NHãM SV LíP LT C§-§H §IÖN 3-K2

25