Xây dựng hệ thống cảnh báo lỗi của nhà máy thủy điện đồng nai 3 từ hệ thống điều khiển AC800xA của ABB

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN VĂN CẢNH

XÂY DỰNG HỆ THỐNG CẢNH BÁO LỖI
CỦA NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐỒNG NAI 3 TỪ HỆ THỐNG
ĐIỀU KHIỂN AC800xA CỦA ABB

Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện
Mã số: 60.52.02.02

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. LÊ THỊ TỊNH MINH

Đà Nẵng - Năm 2018


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu, xây dựng của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả chương trình xây dựng trong luận văn là trung thực và
chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Tác giả luận văn

Nguyễn Văn Cảnh


TRANG TÓM TẮT TIẾNG ANH, TIẾNG VIỆT
XÂY DỰNG HỆ THỐNG CẢNH BÁO LỖI NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐỒNG
NAI 3 DỰA TRÊN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN AC800xA CỦA ABB

Học viên: NGUYỄN VĂN CẢNH Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
Mã số: 6052020
Khoá: K33 Trƣờng Đại học Bách khoa – ĐHĐN.

Tóm tắt –Thủy điện chiếm tỉ lệ rất lớn trong tổng sản xuất điện ở nƣớc ta trong
đó hệ thống điều khiển nhà máy điện quyết định lớn đến việc vận hành và phát điện
hiệu quả. Theo đó, nhà máy Thuỷ điện Đồng Nai 3 đƣợc thiết kế hệ điều khiển
AC800xA của ABB và đƣợc đƣa vào vận hành từ năm 2010. Tuy nhiên trong quá
trình vận hành còn bộc lộ những hạn chế về thời gian khởi động tổ máy và chƣa đảm
bảo tính linh hoạt trong thị trƣờng điện hiện nay.
Luận văn đề xuất xây dựng chƣơng trình cảnh báo lỗi cho chu trình khởi động tổ
máy nhà máy thủy điện. Cụ thể tiến hành xây dựng các giao diện giám sát các lỗi xuất
hiện trong quá trình khởi động tổ máy. Nhờ đó, ngƣời vận hành có thể can thiệp và
điều khiển giám sát chu trình, mà hệ thống hiện tại chƣa có, và giảm thời gian xử lý lỗi
trong chu trình.
Abstract - Hydroelectricity takes a large proportion of the total electricity
production in Vietnam. Distributed Control Systems (DCS) in power plant have
decided for efficient operation and generation in which DCS of the Dong Nai 3 Plant
has used AC800xA of ABB since 2010. However, with the developpement of
electricity market currentely, the process of DCS operation has some limitations on
starting time and unflexibility in fault eliminations.
This thesis proposes fault warning interfaces for the starting generation program
at Dong Nai 3 hydropower plant. In detailed, interfaces would be shown faults’
position as occurring during the startup program well as provided a fast robustic way
overcoming unreal faults. As a result, the operators can intervene and control the
startup program of generations more efficient and economic.


MỤC LỤC

TRANG BÌA
LỜI CAM ĐOAN
TRANG TÓM TẮT TIẾNG ANH, TIẾNG VIỆT
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC CÁC HÌNH
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
1. Lý do chọn đề tài ..................................................................................................... 1
2. Mục tiêu nghiên cứu ................................................................................................ 1
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ........................................................................... 1
4. Phƣơng pháp nghiên cứu ......................................................................................... 1
5. Tên đề tài ................................................................................................................. 2
6. Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài ......................................................... 2
7. Bố cục đề tài. ........................................................................................................... 2
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐỒNG NAI 3 .........................3
1.1. Vị trí nhà máy Thủy điện Đồng Nai 3 ................................................................. 3
1.2. Chức năng nhiệm vụ ............................................................................................ 3
1.3. Các hạng mục công trình chính ............................................................................ 3
1.4. Thông số cơ bản hệ thống thiết bị nhà máy ......................................................... 3
1.5. Tổng quan hệ thống điều khiển nhà máy Thủy điện Đồng Nai 3 ........................ 3
1.5.1. Giới thiệu hệ thống điều khiển mở AC800xA PGP ......................................4
1.5.2. Mục tiêu điều khiển chính .............................................................................5
1.5.3. Các đối tượng điều khiển chính trong nhà máy Thủy điện Đồng Nai 3 .......5
1.5.4. Các thông số hệ thống hệ thống ...................................................................5
1.5.5. Cấu trúc hệ thống điều khiển ........................................................................5
1.6. Các chế độ vận hành ............................................................................................ 7
TÓM TẮT CHƢƠNG 1 .................................................................................................. 9
CHƢƠNG 2. GIỚI THIỆU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỔ MÁY CỦA NHÀ MÁY
THỦY ĐIỆN ĐỒNG NAI 3 ..........................................................................................10
2.1. Giới thiệu về phần cứng hệ thống điều khiển tổ máy nhà máy Thủy điện Đồng

Nai 3 .......................................................................................................................... 10
2.2. Giới thiệu các phần mềm hệ thống điều khiển ................................................... 11
2.2.1. Giới thiệu về phần mềm điều khiển logic Compact Control Builder 5.0
(CBM) ............................................................................................................................11


2.2.2. Cấu trúc phần mềm giám sát Power Generation Portal PGP ...................17
2.2.3. Phần mềm PGP Display Buider .................................................................18
2.2.4. Phần mềm ứng dụng cài đặt hệ thống System Setup ..................................19
2.2.5. Phần mềm ứng dụng Start Power Generation Portal ................................20
TÓM TẮT CHƢƠNG 2 ................................................................................................ 21
CHƢƠNG 3. CHU TRÌNH KHỞI ĐỘNG TỔ MÁY TẠI NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN
ĐỒNG NAI....................................................................................................................22
3.1. Giới thiệu về chu trình khởi động tổ máy trong nhà máy thủy điện Đồng Nai . 22
3.2. Giới thiệu chu trình từ dừng sang phát công suất (STOP to GEN) ................... 22
3.3. Đánh giá chu trình khởi động hiện tại ................................................................ 25
3.4. Đề xuất xây dựng chƣơng trình cảnh báo lỗi bổ sung cho chu trình khởi động tổ
máy ............................................................................................................................ 26
3.5. Các bƣớc tiến hành xây dựng chƣơng trình cảnh báo lỗi .................................. 27
TÓM TẮT CHƢƠNG 3 ................................................................................................ 31
CHƢƠNG 4. XÂY DỰNG CHƢƠNG TRÌNH CẢNH BÁO LỖI CHO CHU TRÌNH
KHỞI ĐỘNG TỔ MÁY ................................................................................................32
4.1. Chƣơng trình khởi động van chính .................................................................... 32
4.1.1. Tầm quan trọng của bước khởi động van chính .........................................32
4.1.2. Các lỗi hệ thống ảnh hưởng đến chu trình. ................................................33
4.1.3. Xây dựng giao diện chương trình cảnh báo lỗi van chính .........................34
4.1.4. Chương trình điều khiển logic ....................................................................36
4.1.5. Cài đặt hệ thống. .........................................................................................37
4.2. Chƣơng trình cảnh báo lỗi mở chốt khóa cánh hƣớng (lock sevor)................... 37
4.2.1. Tầm quang trọng của chu trình mở chốt khóa cánh hướng .......................37

4.2.2. Các lỗi xuất hiện tronng chu trình mở khóa sorvo chốt cánh hướng .........39
4.2.3. Xây dựng giao điện điều khiển cảnh báo chu trình mở khóa secvor cánh
hướng .............................................................................................................................40
4.2.4. Viết chương trình điều khiển cho hệ thống mở chốt khóa secvor cánh
hướng .............................................................................................................................41
4.2.5. Cài đặt hệ thống ..........................................................................................42
4.3. Xây dựng chƣơng trình khởi động hệ thống điều tốc ........................................ 43
4.3.1. Chức năng nhiệm vụ hệ thống điều tốc, và chương trình khởi động ..........43
4.3.2. Các lỗi hệ thống ảnh hưởng đến chu trình .................................................43
4.3.3. Xây dựng chương trình cảnh báo lỗi chu trình khởi động hệ thống điều tốc
.......................................................................................................................................44
4.3.4. Chương trình logic sử dụng chương trình CMB ........................................45


4.3.5. Cài đặt hệ thống ..........................................................................................46
4.4. Kết quả thực tế kết nối chƣơng trình lên hệ thống điều khiển khởi động tổ máy47
TÓM TẮT CHƢƠNG 4 ................................................................................................ 49
KẾT LUẬN ...................................................................................................................50
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................51
PHỤ LỤC
QUYẾT Đ NH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ (BẢN SAO).
BẢN SAO KẾT LUẬN CỦA HỘI ĐỒNG, BẢN SAO NHẬN XÉT CỦA CÁC
PHẢN BIỆN


DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
CBM
DEC
DN
DS

LCU
LD
ES
FBD
GW
PGP
SFC
ST
OS

: Control Buider Module
: Dong Fang Electric Company
: Đồng Nai
: Data Base Historian Station
: Local Control Unit
: Ladder Diagram
: Engineer Workstation
: Function Block Diagram
: Getway
: Power Generation Portal
: Sequential Function Chart
: Stration Text
: Operation Station


DANH MỤC CÁC BẢNG
Số hiệu

Tên bảng

Trang

3.1.

Khởi tạo file cơ sở dự liệu

30

4.1.

Bảng tên biến và miêu tả các biến

37

4.2.

Biến của 02 FC bƣớc mơt khóa chốt servor cánh hƣớng

42

4.3.

Biến chƣơng trình khởi động điều tốc

46

4.4.

Điều kiện logic cho bƣớc mở van chính

48


DANH MỤC CÁC HÌNH
Số
hiệu
1.1.
1.2.
1.3.
2.1.
2.2.
2.3.
2.4.
2.5.
2.6.
2.7.
2.8.
2.9.
2.10.
2.11.
2.12.
2.13.
3.1.
3.2.
3.3.
3.4.
3.5.
3.6.
3.7.
3.8.

3.9.
4.1.
4.2.
4.3.
4.4.
4.5.
4.6.
4.7.
4.8.
4.9.

Tên hình

Trang

Cấu trúc cơ bản hệ thống một hệ thống điều khiển AC800M
Sơ đồ điều cấu trúc hệ thống điều khiển Nhà máy Đồng Nai 3
Sơ đồ các cấp điều khiển
Cấu trúc điều khiển trạm LCU
Các phần chính của một chƣơng trình điều khiển trong phần
mềm Compact Control Builder
Phần thƣ viện trong phần mềm Compact Control Builder
Chƣơng trình điều khiển trong phần mềm Compact Control
Builder
Các ngôn ngữ chính trong chƣơng trình
Ví dụ về mục khai báo biến cho chƣơng trình lập trình
Phần lập trình Code pane (FBD pane)
Phần thiết bị điều khiển Controller
Thanh công cụ chứa lệnh cắt dán
Thanh công cụ chứa đối tƣơng

Thanh công cụ chứa các thƣ viện
Một giao diện chƣơng trình đƣợc khởi tạo trên phần mềm
Display builder
Phần mềm cài đặt hệ thống System setup
10 bƣớc trong chu trình từ Stop to Gen
Chƣơng trình thuật toán hiện tại của bƣớc mở van chính
02 bƣớc ngƣời vận hành can thiệp vào chƣơng trình
Các bƣớc cơ bản thực hiện xây dựng chƣơng trình
Trang giao diện alarm minh họa
Thuộc tính Dynamics
Cách tạo thuộc tính mới cho nút điều khiển theo mục script
Cách khởi tạo một hàm chức năng và khai báo biến của hàm
hàm chức năng đó
Cập nhật lại cơ sở dữ liệu
Hình minh họa van chính cấp nƣớc áp lực
Lƣu đồ bƣớc 02 mở van chính
Giao diện giám sát chƣơng trình mở van chính
a. Biểu tƣợng điều khiển; b. Biểu tƣợng cảnh báo; c. Biểu
tƣợng cảnh báo
Giao diện phần điều khiện
Giao diện phần cảnh báo lỗi
FC pVave2p
FC sigbool
FC sigbolIOin

4
6
7
10
13

14
15
15
16
16
17
18
18
18
19
19
23
25
26
27
27
28
28
29
30
32
33
34
34
35
35
36
36
36

Số
hiệu
4.10.
4.11.
4.12.
4.13.
4.14.
4.15.
4.16.
4.17.
4.18.
4.19.
4.20.

Tên hình
Servo điều khiển cánh hƣớng nƣớc.
Khóa servo điều khiểu khiển cánh hƣớng
Lƣu đồ thực hiện mở khóa servo cánh hƣớng
Chƣơng trình cảnh bảo mở khóa sorvo cánh hƣớng
Sơ đồ thuật toán mở khóa servo cánh hƣớng
Function Block sử dụng trong chƣơng trình
Sơ đồ thuật toán điều khiển chƣơng trình khởi động điều tốc
hiện tại
Chƣơng trình cảnh báo khởi đồng hệ thống điều tốc
Sơ đồ thuật toán chƣơng trình khở động điều tốc
Hình function điều khiển trong chƣơng trình.
Chƣơng trình chạy trên hệ thống điều khiển tổ máy số 1

Trang

38
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47


1

MỞ ĐẦU
Ngày nay với xu thế phát triển của lƣới điện thông minh, việc điều khiển giám
sát vận hành từ xa các tổ máy nhà máy thủy điện là không thể thiếu và đƣợc ví nhƣ bộ
não của tổ máy (con ngƣời). Trong đó, hệ thống điều khiển Distributed Control
System (DCS) của hãng ABB - là một trong những hệ thống điều khiển DCS lớn cả về
quy mô lẫn chƣơng trình và đƣợc thiết kế cho rất nhiều nhà máy thủy điện ở nƣớc ta.
Theo đó, nhà máy Thuỷ điện Đồng Nai 3 đƣợc thiết kế hệ điều khiển DCS loại AC800
xA và đƣợc đƣa vào vận hành từ năm 2010 tới nay. Nhờ đó việc vận hành nhà máy
đƣợc tin cậy và linh hoạt hơn.
Tuy nhiên, việc tiếp cận hệ thống điều khiển trên cũng là một vấn đề hết sức khó
khăn vì trong suốt quá trình thiết kế, lắp đặt đều phụ thuộc vào các chuyên gia nƣớc
ngoài. Đặc biệt, sau nhiều năm vận hành thì hệ thống lại bộc lộ nhiều vấn đề chƣa tối
ƣu, trong rất nhiều khâu, nhƣ chƣơng trình chạy máy đang còn chƣa sát với thực tế,
tính ổn định chƣa cao, hệ thống cảnh báo, giao điện giám sát chƣa đầy đủ và rõ
ràng.v.v…

1. Lý do chọn đề tài
Nhằm khắc phục những nhƣợc điểm trong việc giám sát, điều khiển khởi động tổ
máy, việc xây dựng chƣơng trình cảnh báo lỗi trong quá trình vận hành các tổ máy là
một trong những vấn đề cần đƣợc nghiên cứu và thực hiện.
Đề tài góp phần giải quyết đƣợc khó khăn về khởi động và dừng tổ máy liên tục
trong một ngày, phù hợp với giai đoạn phát điện cạnh tranh hiện nay.
Đề tài tập trung nghiên cứu về xây dựng hệ thống cảnh báo lỗi nhà máy Thủy
điện Đồng Nai 3 dựa trên hệ thống điều khiển AC800xA, giúp ngƣời vận hành dễ dàng
hơn trong việc khắc phục sự cố một cách nhanh nhất, đáp ứng kịp thời trong chu trình
khởi động và dừng các tổ máy.
2. Mục tiêu nghiên cứu
- Nghiên cứu về hệ thống điều khiển AC800xA của ABB.
- Xây dựng chƣơng trình cảnh báo lỗi khi vận hành tổ máy.
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tƣợng nghiên cứu: Hệ thống điều khiển giám sát nhà máy Thủy điện Đồng
Nai 3.
- Phạm vi nghiên cứu của đề tài: Chƣơng trình điều khiển khởi động và dừng tổ
máy của nhà máy thủy điện.
4. Phƣơng pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu về cấu trúc hệ thống điều khiển giám sát nhà máy Thủy điện Đồng
Nai 3.


2

- Nghiên cứu phần mềm CBM 5.0, PGP 4.1 của hệ thống AC800 xA –ABB.
- Nghiên cứu thuật toán điều khiển, chu trình khởi động và dừng tổ máy phát
thủy điện.
- Xây dựng, thiết kế chƣơng trình cảnh báo lỗi.
5. Tên đề tài

Tên đề tài: Xây dựng hệ thống cảnh báo lỗi nhà máy Thủy điện Đồng Nai 3 dựa
trên hệ thống điều khiển AC800xA của ABB.
6. Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài
- Ý nghĩa thực tiễn:
Nhằm mục đích giúp cho nhân viên vận hành giám sát, xử lý nhanh các lỗi liên
quan đến quá trình chạy và dừng tổ máy thủy điện, từ đó nâng cao khả năng cung cấp
điện đối với hệ thống lƣới điện quốc gia.
Xây dựng các cảnh báo trong chƣơng trình khởi động và dừng tổ máy nhà máy
Thủy điện Đồng Nai 3 một cách rõ ràng, chính xác.
- Ý nghĩa khoa học:
Làm tài liệu học tập cho các kỹ sƣ, công nhân nhà máy.
7. Bố cục đề tài
MỞ ĐÂU:
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐỒNG NAI 3
CHƢƠNG 2: GIỚI THIỆU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỔ MÁY CỦA NHÀ MÁY
THỦY ĐIỆN ĐỒNG NAI 3
CHƢƠNG 3: CHU TRÌNH KHỞI ĐỘNG TỔ MÁY TẠI NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN
ĐỒNG NAI
CHƢƠNG 4: XÂY DỰNG CHƢƠNG TRÌNH CẢNH BÁO LỖI CHO CHU TRÌNH
KHỞI ĐỘNG TỔ MÁY.


3

CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐỒNG NAI 3
1.1. Vị trí nhà máy Thủy điện Đồng Nai 3
Nhà máy Thủy điện Đồng Nai 3 trên sông Đồng Nai, đƣợc khởi công ngày
26/12/2004. Nằm trên địa phận 2 tỉnh Lâm Đồng và Đăk Nông. Nhà máy gồm 2 tổ
máy với tổng công suất 180MW. Diện tích lƣu vực là 2441km2 với mực nƣớc dâng

bình thƣờng là ở cao trình 590m, mực nƣớc chết là ở cao trình 570m. Lƣu lƣợng xả
định mức qua tuabin là 104,3m3/s; chiều dài đƣờng hầm là 640m với đƣờng kính trong
là 8m; chiều dài đƣờng ống áp lực là 300m với đƣờng kính trong là 7m, đầu ra van
chính có đƣờng kính trong là 4m; điện áp định mức đầu cực máy phát là 15,75KV;
dòng điện định mức đầu cực máy phát là 3881,3A
1.2. Chức năng nhiệm vụ
Chức năng nhiệm vụ chính của nhà máy là:
- Cung cấp phát điện cho Hệ thống điện Quốc gia với điện lƣợng trung bình hàng
năm 1.109 triệu KWh
- Cung cấp nƣớc cho hồ chứa Thủy điện Đồng Nai 4, phục vụ phát triển kinh tế
xã hội, đồng thời giúp chủ động điều tiết lũ và cung cấp nƣớc tƣới tiêu cho vùng hạ du.
Tính đến tháng 10/2017 sau hơn 6 năm vân hành nhà máy đạt sản lƣợng 3,7 tỉ KWh.
1.3. Các hạng mục công trình chính
- Đập chính trên sông Đồng Nai.
- Đập tràn xả lũ có 5 cửa tràn.
- Cửa nhận nƣớc và hệ thống đƣờng hầm dẫn nƣớc.
- Nhà máy thủy điện đƣợc thiết kế lắp đặt 2 máy phát điện có tổng công suất là
2x90 MW bao gồm các thành phần cơ bản nhƣ phụ lục 1.
- Kênh xả hạ lƣu.
- Trạm phân phối điện 220kV ngoài trời nằm cách nhà máy khoảng 120m theo
đƣờng dây truyền tải.
- Đƣờng dây truyền tải điện 220kV bao gồm 2 xuất tuyến đƣợc đấu nối với Hệ
thống điện Quốc gia qua trạm 500kV Đăk Nông.
1.4. Thông số cơ bản hệ thống thiết bị nhà máy
Các thông số cơ bản của hệ thống thiết bị trong nhà máy đƣợc thiết kế nhƣ trong
phụ lục 2.
1.5. Tổng quan hệ thống điều khiển nhà máy Thủy điện Đồng Nai 3
Hệ thống điều khiển của nhà máy đƣợc cung cấp bới hãng ABB Bailey Beijng
Controls Co., Ltd, Bắc Kinh Trung Quốc, với nhà thầu thiết bị DONG FANG
ELECTRIC COMPANY (DEC). Là hệ thống điều khiển mở AC800xA của ABB.

4

1.5.1. Giới thiệu hệ thống điều khiển mở AC800xA PGP
ABB cung cấp phần mềm hệ thống AC800 xA Power Generation Portal là phần
mềm điều khiển cơ bản trên hệ thống ABB Industrial IT, với tiêu chuẩn mở và đƣợc
thiết kế điều khiển phân tán, hệ thống đặc biệt phát triển để giám sát và điều khiển các
nhà máy điện, dựa trên công nghệ Server/Client với những kinh nghiệm về điều khiển
nhà máy thủy điện.
Trong 800xA PGP, định dạng cơ sơ dữ liệu chuẩn hoặc định dạng file excel đƣợc
sử dụng để quản lý dữ liệu lịch sử trong 800xA PGP. Tích hợp các tính năng của máy
tính, hệ thống DCS, PLC, với số lƣợng các I/O ngày môt một tăng lên, nó là cần thiết
để đáp ứng các ứng đụng dụng đa dạng hơn. AC800xA đƣợc vận hành trền 800 nhà
máy toàn thế giới tính tới năm 2006.
Hệ thống điều khiển nhà máy Thủy điện Đồng Nai 3 là hệ thống điều khiển DCS
(Distributed Control System). Hệ thống điều khiển phân tán sử dụng nền tảng là các bộ
điều khiển logic AC 800M của ABB. Đƣơc bố trí phân tán trên 7 trạm điều khiển tại
chổ chỗ LCU (Local Control Unit) với các bộ xử lý trung tâm PM864A, màn hình điều
khiển HMI PP800, cùng với hệ thống máy tính giám sát, thu thập dữ liệu, hệ thống
đồng bộ thời gian GPS clock. Cấu trúc dự phòng nóng (Redundency) tại tất cả các
trạm, cùng với 2 vòng điều khiển cáp quang kết nối với chuẩn Erthernet (TCP/IP) tốc
độ 100Mbs.
AC 800M bao gồm các đơn vị phần cứng riêng lẻ có thể đƣợc cấu hình và lập
trình để thực hiện nhiều chức năng khác nhau của quá trình điều khiển. Một hệ thống
điều khiển AC800M đƣợc thiết lập khi các cấu trúc phần cứng riêng lẻ của AC 800M
đƣợc lựa chọn. Thông thƣờng cấu trúc một hệ thống điều khiển AC800M bao gồm các
phần tử sau:

Hình 1.1. Cấu trúc cơ bản hệ thống một hệ thống điều khiển AC800M

5

- Bộ xử lý: Processor units (PM851/PM856/PM860/PM861/PM864/PM865).
- Modul truyền thông: Communication interfaces (CI851/CI852/CI853/CI854/
CI854A/CI855/CI856/CI857/CI858/CI860/CI862/CI865/CI867).
- Cáp kết nối: CEX-Bus Interconnection Unit (BC810)/ RCU Link
- Bộ nguồn với các đầu vào khác nhau: Power supply units (SD821/ SD822/
SD823/ SS822/SS823) gắn trực tiếp trên đế bộ xử lý trung tâm.
- Pin dự phòng Battery gắn trên bộ xử lý.
- Các module bus optical cable /Profibus các cáp kết nối truyên thông.
- Modulebus Solution là các module (I/O) vào ra số, tƣơng tự vào ra module.
1.5.2. Mục tiêu điều khiển chính
Mục tiêu chính của hệ thống giám sát điều khiển là:
- Đơn giản, an toàn, tin cậy, điều khiển linh hoạt các quá trình nhà máy.
- Giao diện ngƣời dùng thân thiện.
- Điều khiển tại chỗ hoặc từ xa.
- Bảo vệ các trạm thiết bị cho các chế độ điều kiện bình thƣờng hoặc nguy hiểm.
- Thiết kế mở dựa trên các tiêu chuẩn quốc tế thông thƣờng và không độc quyền.
1.5.3. Các đối tượng điều khiển chính trong nhà máy Thủy điện Đồng Nai 3
- Hai turbine - máy phát và các hệ thống thiết bị phụ.
- Hệ thống trạm phân phối 220KV.
- Hai máy biến áp và các máy biến áp tự dung.
- Các thiết bi điện trong trạm phân phối 220KV.
- Hệ thống phân phối điện tự dung AC và DC.
- Hệ thống thiết bị đập tràn.
- Hệ thống thiết bị của nhận nƣớc.
- Hệ thống phụ khác trong nhà máy.
1.5.4. Các thông số hệ thống hệ thống

- Phần cứng hệ thống điều khiển giám sát: nhƣ xem trong phụ lục 3.
- Phần mềm: thông số nhƣ cho trong phụ lục 4.
1.5.5. Cấu trúc hệ thống điều khiển
Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển nhà máy Thủy điện Đồng Nai 3. Bao gồm 7
trạm điều khiển tại chổ chỗ LCU (Local Contron Unit), từ LCU1 đến LCU7


6

Hình 1.2. Sơ đồ điều cấu trúc hệ thống điều khiển Nhà máy Đồng Nai 3
Trong đó 02 trạm điều khiển thiết bị tổ máy, LCU1 điều khiển tổ máy phát điện
số 1, LCU2 điều khiển tổ máy phát điện số 2, và 05 trạm điều khiển các thiết bị nhƣ hệ
thống thiết bị trạm 220KV, hệ thống tự dùng, hệ thống thiết bị phụ, hệ thống điều
khiển giám sát thiết bị đập tràn, hệ thống thiết bị của nhận nƣớc.
Các máy tính giám sát, điều khiển bao gồm 02 máy tính OS1, OS2 cho ngƣời vận
hành, máy tính ghi sự kiện lịch sử vận hành. Các máy tính dành cho kỹ sƣ lập trình,
máy tính điều khiển gián sát trạm, máy giao tiếp A0, A3.
Hệ thống mạng cáp quang đƣợc bố trí 02 vòng song song với nhau, kết nối hệ
thống điều khiển với hệ thống máy tính giám sát, và kết nối với nhau.
Ngoài ra còn có các thiết bị khác nhƣ hệ thống máy in, hệ thống thời gian GPS,
và các thiết bị khác chuyển đổi quang điện khác.
Chức năng chính các phần tử chính trong hệ thống:
Hệ thống LCU1, LCU2: là trạm điều khiển tổ máy H1, tổ máy H2, bao gồm các
thiết bị là 02 bộ điều khiển PM864M, có chức năng dự phòng nóng và đƣợc kết nối
với các thiết bị ngoài vi thông qua các module I/O, các tín hiệu vào ra tƣơng tự số, tín
hiệu truyền thống, tín hiệu là giám sát nhiệt độ. Cùng với màn hình giám sát điều khiển
tại chỗ. Tƣơng tự các LCU còn lại với cấu trúc phần cứng tƣơng tự kết hợp với hệ thống
thống máy tính giám sát giúp nhà máy điều khiển và giám sát thiết bị tổ máy một các
chính xác, lịnh hoạt, tin cậy. Tại các trạm LCU có khóa chọn lựa cho phép ngƣời vận

7

hành có thể chọn lựa các chế độ Off/Local/Auto/Remote để vận hành thiết bị.
Hệ thống máy tính và thiết bị điều khiển: nhằm đáp ứng nhu cầu vận hành, điều
khiển giám sát các thiết bị nhà máy, và thiết bị điều khiển tổ máy nhà máy thủy điện
bao gồm các máy tính với các chức năng khác nhau:
- Máy tính ES (Engineer Workstation) là máy tính làm việc của kỹ sƣ, dùng để
lập trình, giám sát kiểm tra sự cố, Download – Upload chƣơng trình giao diện, chỉnh
sửa chƣơng trình giao diện. Máy tính ES sẽ đƣợc cài đặt đầy đủ chƣơng trình, phần
mềm điều khiển: phần mềm giao diện giám sát điều khiển PGP, phần mềm lập trình
Logic điều khiển Compact Control Builder AC 800M, và một số phần mềm ứng dụng
khác. Ngoài ra Máy tính DS (Data base Historian Station): có chức năng lƣu trữ lịch
sử, sự kiện hệ thống, lƣu giữ cơ sở dữ liệu trong suất quá trình vận hành, ngƣời vận
hành giám sát các thiết bị, truy xuất lịch sử vận hành thiết bị.
- Máy tính OS1 và OS2: Máy tính OPERATOR STATION là máy tính Vận
hành, chức năng chính là điều khiển giám sát, điều khiển các thiết bị tổ máy, và thiết
bi nhà máy tại phòng điều khiển trung tâm
-Máy tính LIC: LARGE SCREEN INTERFACE COMPUTER là máy tính giám
sát với màn hình lớn 80 inchs theo dõi thông số 1 cách rõ ràng, trực quan nhất.
- Máy tính GW1 và GW2: là 2 máy tính GETWAY thông qua Modem kết nối hệ
SCADA của nhà máy với hệ thống giám sát A0 và A3 chuẩn WAN. Trên máy cài đặt
các chức năng hỗ trợ phƣơng thức truyền thông IEC60870-5-101.
Ngoài ra còn các thiết bị module quang điện liên kết 7 trạm LCU với hệ thống
máy tính, thiết bị đồng bộ thời gian GPS clock, hệ thống máy in sự kiện hoặc báo cáo.
1.6. Các chế độ vận hành
Nhà máy đƣợc thiết kế 4 cấp vận hành.

Hình 1.3. Sơ đồ các cấp điều khiển
Cấp 1. Chế độ điều khiển tại trung tâm hệ thống điện A0, A3.

Cấp 2. Tại phòng điều khiển trung Tâm RCC nhà máy Đồng Nai 3.
Cấp 3. Tại các trạm điều khiển tổ máy LCU1, LCU2...LCU7.


8

Cấp 4. Điều khiển tại các thiết bị tại chổ, hệ thống điều tốc, hệ thống kích từ, hệ
thống nƣớc, hệ thống van chính, hệ thống khí nén, và hệ thống phụ dich.v.v.
Chế độ vận hành bình thƣờng là chế độ vận hành tại phòng điều khiển trung tâm
RCC.


9

TÓM TẮT CHƢƠNG 1
Nhà máy Thủy điện Đồng Nai 3 trên sông Đồng Nai, đƣợc khởi công ngày
26/12/2004. Nằm trên địa phận 2 tỉnh Lâm Đồng và Đăk Nông. Nhà máy gồm 2 tổ
máy với tổng công suất 180MW.
Hệ thống điều khiển của nhà máy thủy điện đóng vai trò vô cùng quan trọng
quyết định đến việc vận hành an toàn hiệu quả đối với các tổ máy phát điện.
Hệ thống điều khiển của nhà máy đƣợc cung cấp bới hãng ABB Bailey Beijng
Controls Co., Ltd, Bắc Kinh Trung Quốc, với nhà thầu thiết bị DONG FANG
ELECTRIC COMPANY (DEC). Là hệ thống điều khiển mở của AC800xA.
Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển nhà máy Thủy điện Đồng Nai 3. Bao gồm 7
trạm điều khiển tại chổ chỗ LCU (local Contron Unit), từ LCU1 đến LCU7. Cùng hệ
thống máy tính điều khiển giám sát.


10

CHƢƠNG 2
GIỚI THIỆU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỔ MÁY CỦA
NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐỒNG NAI 3
Hệ thống điều khiển tổ máy nhà máy Thủy điện Đồng Nai 3 đƣợc giới thiệu và
mô tả trong chƣơng này, hệ thống điều khiển tổ máy đƣợc cấu tạo gồm 2 phần: Phần
cứng, Phần mềm.
2.1. Giới thiệu về phần cứng hệ thống điều khiển tổ máy nhà máy Thủy điện
Đồng Nai 3
Trạm điều khiển điều khiển tổ máy H1, và H2 là các hệ thống LCU1, LCU2
(Local Control Unit #1, Local Control Unit #2). Hệ thống điều khiển tổ máy với cấu
trúc bao gồm các thành phần chính sau:

Hình 2.1. Cấu trúc điều khiển trạm LCU
 Bộ xử lý: 2 bộ xử lý trung tâm PM864M chức năng điều khiển chính và là nơi
lƣu trữ và xử lý tín hiệu. Bộ xử lý có dung lƣợng bộ nhớ 32MB, tần số xử lý 96 MHz
và còn có chức năng dự phòng (redundant). Các bộ điều khiển PM864M đƣợc kết nối
với nhau thông qua cáp kết nối CEX-Bus.
 Hệ thống module thế hệ S800 bao gồm các module xử lý tín hiệu vào/ ra số,
bao gồm các module DI830, DI810, DO810, các module vào ra tƣơng tự AI 810.
AO810, các module tƣơng tự AI 830 RTD (đo lƣờng nhiệt độ)
- Module DI 810, DI830 có 16 kênh input dùng điện áp 24 VDC,0.5A


11

- Module DO 810 có 16 kênh output dung điện áp 24 VDC, đƣơc bảo vệ quá áp,
quá nhiệt, dòng tải max là 0.5 A, có chức năng OSP set giá tri (giữ nguyên trạng thái)
khi mất truyền thông.
- Module AI 810 dùng 8 kênh với tín hiệu đầu vào analog input (4- 20) mA, (020) mA, (0-10)VDC hoặc (2 -10) VDC, một nhóm cho 8 kênh, đƣơc bảo vệ quá áp,
quá nhiệt, dòng tải.

- Module AI830 RTD đùng để do lƣờng nhiệt đọ với 8 kênh, sử dụng cho các
đầu dò nhiệt độ PT100.
- Module AO 810 dùng 8 kênh output analog (0-20) mA hoặc (4-20) mA.
 Module truyền thông CI853. MODBUS RTU serial: Các bộ truyền thông
chuẩn mạng LAN/ RS232, đƣợc kết nối với các thiết bị ngoại vi bao gồm các hệ thống
nhƣ hệ thống điều tốc, kích từ, hệ thống phụ dịch tổ máy thông qua fiel-bus.
 Hệ thống trang bị thẻ nhớ Flast card lƣu dữ chƣơng trình.
 Pin dự phòng đƣợc gắn trực tiếp lên thiết bị. 3,5Vdc.
 Module TB 840A dùng để kết nối bộ xử lý trung tâm PM864M và các trạm
các S800 truyền thông qua cáp optical modulebus.
 Màn hình điều khiển tại chổ: HMI PP854 dùng để điều khiển tại chỗ.
2.2. Giới thiệu các phần mềm hệ thống điều khiển
Hệ thống điều khiển của nhà máy thủy điện Đồng Nai đƣợc thiết lập dựa trên các
phần mềm hỗ trợ sau:
- Phần mềm điều khiển logic. Compact Control Builder 5.0 (CBM) và OPC
- Phần mềm điều khiển giám sát: PGP, Display Builder, System Setup.
2.2.1. Giới thiệu về phần mềm điều khiển logic Compact Control Builder 5.0 (CBM)
Phần mềm Compact Control Builder là một phiên bản có khả năng lập trình điều
khiển sử dụng phần cứng AC 800M
Phần mềm Compact Control Builder đƣợc sử dụng để tạo nên các giải pháp điều
khiển với các chức năng chính sau:
- Sao lƣu/ khôi phục.
- Tạo mới/ thay đổi/ chèn các thƣ viện.
- Tạo mới/ thay đổi/sử dụng các kiểu dữ liệu, các chƣơng trình khối hoặc các
Mô-đun điều khiển.
- So sánh các ứng dụng (mới/cũ).
- Cấp phát các mã chƣơng trình cho mội số PLCs.
- Thực hiện Download/ online chƣơng trình.
- Tạo các ngƣời dùng đa dụng.
- Công cụ điều hƣớng, tìm kiếm.

- Kiểm tra dự án offline.


12

Phần mềm Compact Control Builder bao gồm nhiều khối chức năng đơn giản
nhƣ khối logic, điều khiển thiết bị, điều khiển vòng lặp, báo động, cảnh báo .v.v…
đƣợc đóng gói trong một thƣ viện chuẩn. Thƣ viện cho phép ngƣời dùng có khả năng
tự chèn các chức năng khác từ một chƣơng trình điều khiển đã có sẵn. Phần mềm này,
hỗ trợ ngƣời dùng với 5 ngôn ngữ lập trình khác nhau gồm: theo khối chức năng
(Fuction Block Diagram_FBD), theo chuỗi (Structured Text), theo giản đồ hình thang
(Ladder Diagram), Chuỗi đồ thị chức năng (Sequential Fuction Chart) theo tiêu chuẩn
IEC 61131 [5]
Một dự án điều khiển đƣợc khởi tạo trong phần mềm Compact Control Builder
có thể chứa tối đa 256 chƣơng tình điều khiển [5].
Cấu trúc chƣơng trình từ phần mềm điều khiển Compact Control Builder.
Sau khi khởi tạo một chƣơng trình điều khiển mới chƣơng trình bao gồm các
thành phần nhƣ Hình 2.2:
- Thƣ viện mẫu.
- Chƣơng trình ứng dụng.
- Thiết bị điều khiển.


13

Hình 2.2. Các phần chính của một chương trình điều khiển trong phần mềm
Compact Control Builder
 Thƣ viện:
Tất cả bộ thƣ viện chuẩn đều hiển thị trong quá trình cài đặt phần mềm Compact
Control Builder. Bộ thƣ viện này bao gồm những thƣ viện con sau:

- Thƣ viện cơ bản bao gồm những khối xây dựng cơ bản cho phần mềm điều
khiển AC800M nhƣ các kiểu dữ liệu, khiểu khối hàm chức năng và các moduls điều
khiển với các chức năng mở rộng. Nội dung của thƣ viện này đƣợc phân cấp với 3 mục
lớn: IEC 61131-3 kiểu khối hàm chức năng, kiểu các khối hàm chức năng khác và
Kiểu moduls điều khiển.
- Thƣ viện truyền thông bao gồm các khối hàm chức năng cho MMS, ModBus,
SattBus, COMLI và giao thức Siemens 3964.
- Thƣ viện điều khiển bao gồm các loại điều khiển đơn PID và khối hàm chức
năng điều khiển chuỗi PID, các moduls điều khiển,


14

- Thƣ viện cảnh báo và sự kiện bao gồm các hàm chức năng về cảnh báo và phát
hiện sự kiện, cũng nhƣ các chức nhƣ in xuất các cảnh báo.

Hình 2.3. Phần thư viện trong phần mềm Compact Control Builder
 Chƣơng trình ứng dụng (Applications):
Mỗi chƣơng trình ứng dụng bao gồm nhiều chƣơng trình điều khiển (control
moduls). Mỗi chƣơng trình ứng dụng có thể chứa tối đa 64 chƣơng trình điều khiển
[5]. Chƣơng trình điều khiển là mục đƣợc hỗ trợ duy nhất cho phƣơng pháp lập trình
điều khiển truyền thống. Đây có thể đƣợc xem nhƣ để cũng cố các khối hàm chức
năng sẵn có. Chƣơng trình điều khiển này có thể bao gồm lập trình code, đồ họa và
một vài các khối hàm chức năng hay các moduls điều khiển con. Các moduls điều
khiển con nhƣ: các chƣơng trình sự cố, chƣơng trình truyền thông, chƣơng trình vào
ra. Chƣơng trình ứng dụng sử dụng trong nhà máy thủy điện Đồng Nai bao gồm 7
chƣơng trình điều khiển đƣợc đánh số từ L1_unit1 đến L7_unit7 tƣơng ứng với logic
của các hệ thống điều khiển LCU1 đến LCU7.

15

Hình 2.4. Chương trình điều khiển trong phần mềm Compact Control Builder
- Việc viết code cho ngôn ngữ lập trình thƣờng đƣợc sử dụng theo 5 ngôn ngữ
khác nhau nhƣ trên Hình 2.5. Trong 5 ngôn ngữ trên, tại nhà máy thủy điện Đồng Nai
chỉ khai thác 2 loại ngôn ngữ lập trình là dạng khối chức năng (Fuction Block
Diagram_FBD), và Chuỗi đồ thị chức năng (Sequential Fuction Chart). Riêng trong
giời hạn đề tài, đề tài chỉ tập trung khai thác ngôn ngữ khối chức năng để lập trình điều
khiển trong các chƣơng tiếp theo.

Hình 2.5. Các ngôn ngữ chính trong chương trình
Ngôn ngữ lập trình khối chức năng (Fuction Block Diagram_FBD) là ngôn ngữ
lập trình đồ họa cấp cao. Thể hiện khối chức năng điều khiển dƣới dạng 1 biểu tƣợng
đồ họa hình chữ nhật nhƣ một mạch điện tử gồm những chân vào/ra. Phần lập trình
ngôn ngữ đƣợc thể hiện bởi những phần chính sau:
- Mục khai báo (declaration pane): có thể sử dụng mục này để khai báo các biến,
thông số, các thành phần dạng dữ liệu hay các thành phần dạng khối chức năng. Tùy
theo ngƣời sử dụng, có thể lựa chọn để giao diện ở mục khai báo phía trên cùng của
màn hình. Mục khai báo gồm những hàng và cột trống. Mỗi hàng đƣợc xác định bởi số
thứ tự tƣơng ứng, và mỗi cột đƣợc hiển thị loại thông tin đặc trƣng có thể là tín hiệu
địa chỉ vào ra, kiểu dữ liệu, giá trị đầu vào. Các thông tin đặc trƣng cho từng cột có thể