1 3 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ THI CÔNG MÔ HÌNH TỦ A T S DÙNG PLC, HMI Ngành Kỹ Thuật Điện Giảng Viên Hướng Dẫn ThS Huỳnh Phát Huy Sinh viên thực hiện MSSV Lớp Lê Quốc Huy 1815021002 18HDCB1 Hồ Kiếm Bình 1815021001 18HDCB1 Nguyễn Minh Thanh 1915780007 19HDCA1 TP Hồ Chí Minh, 2021 ii LỜI CẢM ƠN Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, chúng em đã nhận được nhiều sự giúp đỡ, đóng góp ý kiến và chỉ bảo nhiệt tình của thầy cô, gia đình và bạ.
GIỚI THIỆU
Automatic Tranfer Swich (ATS)
❖ Khái quát về hệ thống ATS
- ATS (Automatic Tranfer Swich): là thiết bị chuyển mạch tự động dùng ở những nơi cần cung cấp điện một cách liên tục cho tải, từ hai nguồn khác nhau
- ATS là hệ thống chuyển đổi phụ tải từ lưới điện chính (Main) sang nguồn dự phòng dùng máy phát điện (Generator) khi mất điện trên lưới
Khi lưới điện hoạt động trở lại ổn định, hệ thống ATS sẽ chuyển tải phụ tải sang lưới điện chính và sau đó ngắt máy phát điện dự phòng.
- Việc chuyển đổi có thể hoạt động theo chế độ tự động (Auto) hoặc điều khiển bằng tay (Manual)
Hình 1.1 Các thành phần chính
❖ Vai trò của hệ thống ATS
- Khi có sự cố xảy ra (mất pha, thấp áp, quá áp, mất nguồn) trên nguồn điện lưới chính, ATS có nhiệm vụ:
+ Ngưng cung cấp nguồn lưới chính vào phụ tải
+ Khởi động động cơ sơ cấp (máy nổ diesel)
+ Đóng nguồn điện cung cấp từ máy phát vào phụ tải
- Khi nguồn điện lưới có lại trong tình trạng ổn định, nhiệm vụ của ATS lúc đó là:
+ Ngắt nguồn cung cấp từ máy phát khỏi phụ tải
+ Đóng lại nguồn điện lưới vào tải
+ Tạo tín hiệu dừng động cơ sơ cấp (động cơ diesel) của máy phát; sau một thời gian tổ máy phát vận hành tại trạng thái không tải.
Phân Loại Tủ ATS
- Theo nguồn chính và nguồn dự phòng:
+ ATS chuyển đổi hai nguồn: một nguồn chính và một nguồn dự phòng
+ ATS chuyển đổi ba nguồn: hai nguồn chính và một nguồn dự phòng
- Theo khí cụ điện thì được phân loại như sau:
+ ATS dùng ACB ( Air Circuit Breaker ) máy cắt không khí.
Cách Lựa Chọn Tủ
- Theo công suất trạm biến áp cho tòa nhà
- Theo công suất máy phát điện nếu chỉ ưu tiên các tải quan trọng cần cung cấp duy trì liên tục
- Theo vị trí lắp đặt, nơi lắp đặt (nhiệt độ cao hay gần môi trường bụi hoặc gần biển,…)
Hệ thống điều khiển tự động có khả năng tiếp nhận thông tin về việc đóng cắt điện từ các nguồn khác nhau, bao gồm mạch điện thông thường, mạch điện tử và các hệ thống điều khiển như PLC.
TỔNG QUAN THIẾT BỊ CHÍNH
Bộ Lập Trình PLC
PLC, viết tắt của Programmable Logical Controller, là một thiết bị điều khiển tự động có khả năng lập trình Chương trình điều khiển này được lưu trữ trong bộ nhớ ROM và được nạp vào thông qua máy vi tính cá nhân.
Trong PLC, chức năng của bộ điều khiển được xác định thông qua một chương trình được nạp vào bộ nhớ Khi chương trình này đã được cài đặt, PLC sẽ tiến hành quá trình điều khiển dựa trên nội dung đã nạp Đáng lưu ý, cấu trúc và sơ đồ đấu dây của bộ điều khiển không phụ thuộc vào chức năng hay quy trình hoạt động cụ thể.
Tất cả các linh kiện thiết yếu cho thiết kế mạch đã được lập trình sẵn trong bộ PLC, bao gồm cảm biến, công tắc, nút nhấn, tế bào quang điện, cùng với các cơ cấu chấp hành như cuộn dây, đèn tín hiệu, bộ định thì và rơle trung gian, đều được kết nối trực tiếp vào PLC.
Để thay đổi hoặc mở rộng chức năng của quy trình công nghệ, chỉ cần điều chỉnh chương trình bên trong bộ PLC, mang lại sự tiện lợi cho các kỹ sư thiết kế.
Hình 2.1 PLC mitsubishi (FX3U-16MR/ES)
Robot được sử dụng để thực hiện nhiều nhiệm vụ như gắp phôi từ băng tải và chuyển chúng đến bàn gia công của máy CNC Ngoài ra, robot còn có khả năng điều khiển để đưa vật liệu vào băng tải, thực hiện các công việc như đóng hộp và dán tem nhãn.
PLC có khả năng giám sát hiệu quả các quy trình trong nhà máy mạ, dây chuyền lắp ráp linh kiện điện tử và dây chuyền kiểm tra sản phẩm thông qua việc sử dụng các cảm biến và công tắc hành trình.
Giao Diện HMI
- HMI là từ viết tắt ba chữ đầu của cụm từ tiếng Anh “Human Machine Interface” tạm dịch là giao tiếp người máy
Hình 2.2 HMI mitsubishi (GOT1000-GT1455/QTBD)
- HMI có các chức năng chính:
+ Giám sát quy trình công nghiệp: Có khả năng mô tả được trạng thái hiện tại của một quá trình sản xuất
+ Điều khiển giám sát: Có khả năng tác động, làm thay đổi trạng thái hiện tại của một quá trình sản xuất
+ Cảnh báo và xử lý cục bộ: Là chức năng đưa ra lời cảnh báo hoặc những báo động khi có một sự cố xảy ra
Để triển khai giải pháp hiệu quả, cần sự kết hợp chặt chẽ giữa nhiều thành phần trong hệ thống Các thiết bị hiển thị và thông báo trạng thái của biến điều khiển chương trình đóng vai trò quan trọng, bao gồm màn hình điều khiển và máy tính sử dụng phần mềm công nghiệp chuẩn, đảm bảo tính tương thích với các thiết bị khác.
Contactor
Contactor là thiết bị điện giúp đóng cắt các mạch động lực từ xa, có thể hoạt động tự động hoặc thông qua nút ấn Thiết bị này có khả năng xử lý điện áp lên đến 500V và dòng điện tối đa 600A.
- Contactor có hai vị trí là đóng và cắt Tần số đóng có thể tới 1500 lần một giờ
• Contactor điện từ (truyền động bằng lực hút điện từ, loại này thường gặp)
+ Phân theo dạng dòng điện:
+ Phân theo kiểu kết cấu:
• Contactor hạn chế chiều cao (dùng ở gầm xe, )
• Contactor hạn chế chiều rộng (như lắp ở buồng tàu điện, )
- Contactor điện từ có các bộ phận chính như sau:
+ Hệ thống tiếp điểm chính
+ Hệ thống dập hồ quang
+ Hệ thống tiếp điểm phụ
2.3.4 Các yêu cầu cơ bản
- Điện áp định mức Uđm:
+ Là điện áp của mạch điện tương ứng mà tiếp điểm chính phải đóng/cắt, có các cấp: + 110V, 220V, 440V một chiều và 127V, 220V, 380V, 500V xoay chiều
+ Cuộn hút có thể làm việc bình thường ở điện áp trong giới hạn từ 85% đến 105% Uđm
- Dòng điện định mức Iđm:
Dòng điện đi qua tiếp điểm chính trong chế độ làm việc gián đoạn-lâu dài chỉ được phép duy trì trạng thái đóng không quá 8 giờ.
+ Contactor hạ áp có các cấp dòng thông dụng: 10, 20, 25, 40, 60, 75, 100, 150,
Khi lắp đặt Contactor trong tủ điện, cần chọn dòng điện định mức thấp hơn 10% so với tiêu chuẩn để đảm bảo khả năng làm mát tốt hơn Đối với các ứng dụng dài hạn, nên lựa chọn dòng điện định mức còn thấp hơn nữa để tăng cường hiệu suất và độ bền của thiết bị.
- Khả năng cắt và khả năng đóng:
+ Là dòng điện cho phép đi qua tiếp điểm chính khi cắt và khi đóng mạch
Contactor xoay chiều được sử dụng để điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha lồng sóc cần có khả năng đóng dòng điện từ 3 đến 7 lần dòng điện định mức (Iđm) Đối với khả năng cắt, Contactor xoay chiều phải đạt bội số khoảng 10 lần dòng điện định mức khi tải cảm.
Contactor được tính theo số lần đóng mở, và sau một số lần nhất định, nó sẽ không còn sử dụng được nữa Hư hỏng có thể xảy ra do mất độ bền cơ khí hoặc độ bền điện.
• Độ bền cơ khí: xác định bởi số lần đóng cắt không tải, tuổi thọ cơ khí từ 10 đến 20 triệu lần
• Độ bền điện: xác định bởi số lần đóng cắt có tải định mức, Contactor hiện nay đạt khoảng 3 triệu lần
Số lần đóng cắt trong một giờ bị giới hạn bởi sự phát nóng của tiếp điểm chính do hồ quang Các cấp độ tần suất thao tác của contactor bao gồm 30, 100, 120, 150, 300, 600, 1.200 đến 1.500 lần mỗi giờ, tùy thuộc vào chế độ công tác của máy sản xuất để lựa chọn contactor phù hợp.
- Tính ổn định lực điện động:
Dòng lớn nhất qua tiếp điểm chính không được làm tách rời tiếp điểm do lực điện động gây ra Theo quy định, dòng thử lực điện động phải gấp 10 lần dòng định mức.
Contactor có khả năng ổn định nhiệt, đảm bảo rằng trong trường hợp có dòng ngắn mạch chạy qua trong thời gian cho phép, các tiếp điểm sẽ không bị nóng chảy hay hàn dính.
- Nguyên lí chung của Contactor kiểu điện từ xoay chiều gồm các bộ phận cơ bản:
Mạch từ là các lõi thép hình chữ E hoặc chữ U, được cấu tạo từ các lá tôn silic dày 0,35mm hoặc 0,5mm nhằm giảm tổn hao sắt từ do dòng điện xoáy Mạch từ thường bao gồm hai phần: phần tĩnh được kẹp chặt cố định và phần động (hay phần ứng) là nắp, được kết nối với hệ thống tiếp điểm qua tay đòn.
Cuộn dây hút có điện trở thấp so với điện kháng, và dòng điện trong cuộn dây phụ thuộc vào khe hở không khí giữa nắp và lõi thép cố định Do đó, cần tránh cung cấp điện áp cho cuộn dây khi nắp bị giữ ở vị trí mở, vì điều này sẽ dẫn đến dòng điện lớn do tổng trở vào Contactor rất nhỏ.
Các cuộn dây của hầu hết các Contactor được thiết kế để có thể đóng ngắt với tần suất lên đến 600 lần mỗi giờ, tương ứng với hệ số thông điện ĐL là 40%.
+ Cuộn dây của Contactor xoay chiều cũng có thể được cung cấp từ lưới điện một chiều
Cuộn dây hoạt động hiệu quả khi điện áp cung cấp nằm trong khoảng (85 ÷ 110)% Uđm Hệ số trở về, được xác định bởi tỉ số giữa điện áp nhả và điện áp hút của cuộn dây, có thể đạt từ (0,6 ÷ 0,7) Điều này có nghĩa là khi điện áp cuộn dây giảm xuống còn (0,6 ÷ 0,7) lần điện áp hút, nắp sẽ tự động nhả và ngắt mạch điện.
Cơ cấu truyền động cần được thiết kế để giảm thiểu thời gian thao tác đóng ngắt tiếp điểm, đồng thời tăng cường lực ép cho các tiếp điểm và hạn chế tiếng ồn do va đập.
+ Nắp chuyển động xoay chiều bản lề: tiếp điểm chuyển động thẳng có tay đòn truyền chuyển động hình a
+ Nắp và tiếp điểm: chuyển động thẳng theo hai phương vuông góc với nhau hình b
+ Nắp chuyển động thẳng, tiếp điểm chuyển động xoay quanh bản lề hình c
+ Nắp và tiếp điểm đều chuyển động xoay quanh một bản lề có một hệ thống tay đòn chung hình d, trường hợp này lực ép trên tiếp điểm lớn
Hình 2.4 Các sơ đồ truyền động của Contactor điện xoay chiều
Nguyên lý hoạt động của contactor điện một chiều kiểu điện từ tương tự như các loại contactor khác, nhưng thường có sự khác biệt ở cấu trúc truyền động từ mạch từ đến tiếp điểm.
Contactor điện một chiều chủ yếu sử dụng mạch từ kiểu sụt áp với tiếp điểm động gắn chặt vào nắp Do đặc điểm của điện một chiều, mạch từ thường được chế tạo từ sắt từ mềm, trong khi cuộn dây thường có hình trụ tròn và quấn sát vào lõi thép, giúp giảm nhiệt độ so với mạch điện xoay chiều.
PHƯƠNG PHÁP LỰA CHỌN
Chọn Dây Dẫn
Dây dẫn và dây cáp đóng vai trò quan trọng trong mạng điện Việc lựa chọn tiết diện phù hợp theo tiêu chuẩn kỹ thuật và yêu cầu kinh tế không chỉ quyết định chất lượng mạng điện mà còn đảm bảo cung cấp điện an toàn, liên tục và chất lượng cao Hơn nữa, lựa chọn đúng còn giúp giảm chi phí truyền tải điện năng, mang lại lợi ích lớn cho ngành điện và các ngành kinh tế quốc dân.
Tiết diện dây dẫn và dây cáp được lựa chọn dựa trên các tiêu chuẩn kinh tế và kỹ thuật khác nhau Việc lựa chọn này phụ thuộc vào loại mạng điện và cấp điện áp, trong đó một tiêu chuẩn sẽ là chính và bắt buộc, trong khi các tiêu chuẩn khác chỉ mang tính chất phụ trợ và dùng để kiểm tra.
Mỗi cán bộ kỹ thuật cần hiểu rõ bản chất của các phương pháp lựa chọn tiết diện dây dẫn và dây cáp, nhằm đảm bảo sử dụng đúng cách và đạt hiệu quả tối ưu.
3.1.2 Các phương pháp lựa chọn
- Lựa chọn tiết diện dây điện, cáp điện, thanh cái (busbar) là công việc quan trọng
+ Chọn dây, cáp điện, thanh cái theo tính toán
+ Chọn dây, cáp điện, thanh cái theo các tiêu chuẩn
Khi chọn dây điện, cáp điện và thanh cái, việc tuân thủ các tiêu chuẩn phổ biến là rất quan trọng Những tiêu chuẩn này được xây dựng dựa trên tính toán và kinh nghiệm thực tiễn, giúp đảm bảo tính an toàn và hiệu quả trong thiết kế và thi công công trình Việc áp dụng các tiêu chuẩn sẵn có sẽ hỗ trợ quá trình thực hiện dự án một cách chính xác và hiệu quả hơn.
3.1.3 Lựa chọn tiết diện dây dẫn theo tiêu chuẩn IEC
+ Công suất biểu kiến tính toán cho tủ ATS
+ Dòng điện tính toán cho tủ ATS
S ttATS : công suất biểu kiến tính toán tủ ATS (kVA)
I ttATS : dòng điện tính toán tủ ATS (A)
U đm : điện áp định mức lưới (V)
- Theo tiêu chuẩn IEC 60439 Dòng điện và tiết diện dây dẫn đến 400A được chọn trong các bảng IEC 60439-1
Dải Dòng Điện Định Mức Diện Tích Mặt Cắt Dây Dẫn
Giá trị của dòng điện danh định cần phải lớn hơn giá trị đầu tiên trong cột đầu tiên và nhỏ hơn hoặc bằng giá trị thứ hai trong cùng cột Để thuận tiện cho việc thử nghiệm và với sự đồng ý của nhà sản xuất, có thể sử dụng dây dẫn nhỏ hơn dây dẫn phù hợp với dòng điện danh định đã nêu Một trong hai chất dẫn điện được chỉ định cho dải dòng điện danh định có thể được sử dụng.
➢ Như vậy ta chọn cho mạch động lực của tủ ATS cáp XLPE/PVC 1Cx240mm2
Hình 3.1 Cáp động lực (XLPE/PVC/1 Lõi)
- Theo QCVN 12:2014/BXD, yêu cầu về tiết diện của các dây dẫn Tiết diện cho mạch tín hiệu và điều khiển không được nhỏ hơn 0,5mm2
➢ Như vậy ta chọn cho mạch điều khiển của tủ ATS dây đơn mềm PF 1Cx1,0mm2
Hình 3.2 Dây tính hiệu (PF/1 Lõi)
Thiết Bị Bảo Vệ
Để đảm bảo an toàn và hiệu quả cho các thiết bị, việc sử dụng các thiết bị bảo vệ như cầu chì và CB (Circuit Breaker) là rất cần thiết, giúp tránh thiệt hại khi xảy ra sự cố về điện.
CB là thiết bị điện có chức năng đóng ngắt mạch điện, giúp cách ly mạch sự cố khỏi lưới điện Nhiệm vụ chính của CB là hạn chế hậu quả do sự cố ngắn mạch, quá dòng, quá tải và hư hỏng cách điện gây ra.
- Trong nhiều trường ta có thể coi CB và Aptomat có cùng định nghĩa giống nhau
- Có 2 loại: CB không điều chỉnh được và CB có thể điều chỉnh
+ CB không điều chỉnh được: là những CB thông thường có dòng định mức
I cắt nhⅈệt = I đm CB ; I cắt từ = I cắt nhanh
+ CB có thể điều chỉnh: là những CB có I đmCB ≥ 100 (A) Tùy loại trip unit mà:
I r : dòng cắt nhiệt (cắt quá tải với thời gian trễ dài)
I m : dòng cắt từ (cắt ngắn mạch với thời gian trễ ngắn)
I ⅈ : dòng cắt nhanh (cắt ngắn mạch, cắt tức thời)
I cu : dòng khả năng cắt ngắn mạch định mức
- Các yếu tố cần quan tâm khi lựa chọn CB:
+ Các đặt tính của lưới điện mà CB được lắp đặt
+ Môi trường sử dụng của thiết bị, nhiệt độ xung quanh, lắp đặt trong tủ hay không, các điều kiện khí hậu,…
+ Khả năng tạo và cắt dòng ngắn mạch
+ Các chức năng yêu cầu: tính chọn lọc, điều khiển từ xa,…
+ Dòng định mức của CB (phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường)
+ Chọn CB theo khả năng cắt: lắp đặt CB trong mạng phân phối điện hạ thế cần phải đáp ứng một trong hai điều kiện sau:
• Có khả năng cắt ít nhất có giá trị bằng dòng ngắn mạch giả định tại điểm lắp đặt
• Phải phối hợp với một thiết bị cắt khác đặt phía trước và có khả cắt cần thiết
- Các thông số kỹ thuật của CB và điều kiện lựa chọn cụ thể:
U đmCB : điện áp làm việc định mức của CB
U đmHT : điện áp làm việc định mức của hệ thống
I đmCB : dòng điện định mức của CB
I lvmax : dòng làm việc lớn nhất qua dây, thường chính là dòng tính toán
+ Công suất biểu kiến tính toán cho tủ ATS
+ Dòng điện tính toán cho tủ ATS
+ Ngắn mạch tại thanh cái MBA
S ttATS : công suất biểu kiến tính toán tủ ATS (kVA)
I ttATS : dòng điện tính toán tủ ATS (A)
U đm : điện áp định mức lưới (V)
I sc : dòng ngắn mạch (kA)
I cu : dòng khả năng cắt ngắn mạch định mức (kA)
I n : dòng định mức của máy biến áp (379,83A)
U sc : điện áp ngắn mạch của máy biến áp (6%)
➢ Như vậy ta chọn CB bảo vệ với thông số như sau:
Bảng 3.2 Thông số CB bảo vệ
Loại Mã CB Số Cực Iđm (A) ICu (kA)
Giao Diện HMI
CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP LỰA CHỌN
Tính toán chọn dây dẫn, thiết bị bảo vệ, viết chương trình cho PLC và thiết kế giao diện HMI.
QUY TRÌNH THIẾT KẾ MÔ HÌNH
Vẽ Thiết Kế Mô Hình Tủ ATS
- Vẽ sơ đồ bố trí thiết bị, sơ đồ nguyên lý hoạt động
Việc thiết kế và vẽ sơ đồ bố trí thiết bị là yếu tố quan trọng trong quá trình sản xuất tủ điện công nghiệp Cần đảm bảo các chức năng hoạt động hiệu quả, đồng thời tối ưu hóa chi phí và giảm thiểu vật tư Hơn nữa, việc xem xét khả năng mở rộng và thay đổi hệ thống sẽ giúp việc sửa chữa và bảo trì trở nên đơn giản và thuận tiện hơn.
Quá trình thiết kế cần được đầu tư và giám sát chặt chẽ để tránh sai sót, điều này có thể dẫn đến việc phải thiết kế lại toàn bộ hệ thống từ đầu.
Có nhiều công cụ hỗ trợ việc thiết kế tủ điện công nghiệp, nhưng phần mềm AutoCAD vẫn là lựa chọn phổ biến nhất Sử dụng các công cụ và phần mềm này giúp đảm bảo quá trình thiết kế diễn ra chính xác và hiệu quả.
- Mở phần mềm AutoCAD → Vẽ các bản vẽ thiết kế
Hình 4.3 Bản vẽ nguyên lý mạch động lực
Lên Danh Sách Vật Tư Thiết Bị
- Để thực hiện đấu nối tủ điện, ta cần tính toán chi tiết để lựa chọn các thiết bị phù hợp nhất
Khi thiết kế tủ điện phân phối hạ thế, cần xác định rõ số lượng nhánh phân phối và phụ tải để tính toán chính xác các thiết bị như rơle, aptomat và dây dẫn Việc lựa chọn thiết bị cần cân nhắc giữa yếu tố kinh tế và kỹ thuật nhằm tiết kiệm chi phí, tránh lựa chọn các thiết bị có giá trị quá cao.
Để lựa chọn thiết bị cho tủ điện điều khiển, cần nắm vững yêu cầu công nghệ nhằm tính toán và chọn lựa các thiết bị phù hợp Việc lựa chọn thiết bị sẽ phụ thuộc vào mục đích sử dụng và mức độ thiết kế của hệ thống đấu nối tủ điện.
Bảng 4.2 Danh sách thiết bị tủ ATS
Stt Tên Thiết Bị Mã Hàng Số Lượng
1 PLC Mitsubishi + cáp nạp FX3U-16MR/ES 1
2 HMI Mitsubishi + cáp nạp GOT1000-
4 Công tắc chuyển dòng - 4 vị trí 3P4W 4POS 3CT 1
5 Đồng hồ đo dòng 50/5A BE-96 50/5A 1
6 Công tắc chuyển áp - 7 vị trí 3P4W 7POS 1
7 Đồng hồ đo áp 500VAC BE-96 500V AC 1
8 Contactor 3P (2 NO/2 NC)/ Role nhiệt S-T21 AC200V
13 Công tắc xoay 3 vị trí ( Auto/ Man/Off) XA2ED33 1
14 Công tắc xoay 2 vị trí ( OFF/ ON) HH003023 1
15 Nút nhấn (có đèn trạng thái phi 22mm) màu xanh/ Start
16 Nút nhấn (có đèn trạng thái phi 22mm) màu đỏ/ Stop
17 Đèn báo xanh (phi 22mm) Auto/Man LED 220V 4
18 Đèn báo vàng (phi 22mm) Fault LED 220V 4
19 Đèn báo đỏ (phi 22mm) LED 220V 2
20 Rơle trung gian 220 V + Đế Rơle 220 V 11
21 Nút nhấn khẩn cấp (phi 22mm) XA2ET42 1
22 Phụ kiện máng cáp + dây điện + đầu cos + label + in mica dán logo 1
24 Cáp kết nối HMI + PLC 1
Là mô hình nên các thiết bị chọn công suất thấp nhất
Mua Vật Tư Thiết Bị Cần Thiết
Vật tư thiết bị điện công nghiệp rất đa dạng, bao gồm nhiều nhóm hàng và mặt hàng khác nhau Những sản phẩm này thường được sử dụng trong các hệ thống tủ điện và tủ điện máy móc, tạo thành một mối liên kết chặt chẽ, hỗ trợ lẫn nhau Sự kết hợp này giúp tối ưu hóa hiệu quả hoạt động của hệ thống.
- Các nhóm hàng vật tư thiết bị điện công nghiệp gồm:
• Vỏ tủ điện: Được ví như là một ngôi nhà, che nắng che mưa cho hệ thống điện Bảo vệ dòng điện khỏi những yếu tố xung quanh
Bản lề và khóa tủ điện đóng vai trò quan trọng trong việc bảo đảm an toàn cho các nhà máy lớn Khóa chốt tủ điện giúp ngăn chặn nguy cơ tiềm ẩn từ dòng điện, bảo vệ những người không có chuyên môn khỏi những rủi ro đáng tiếc Việc sử dụng khóa chốt đúng cách không chỉ tăng cường an toàn mà còn đảm bảo hoạt động ổn định của hệ thống điện.
• Công tắc chuyển mạch điện: Là thiết bị chuyển đổi điện áp và dòng điện giữa các pha
• Đồng hồ Volt: Đo ampe, đo điện trở, điện dung, tần số,…
• Thanh đỡ và gối sứ cách điện: có công dụng cách điện cho các thiết bị trong tủ
Quạt hút tủ điện kết hợp với lưới lọc bụi đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ các thiết bị khỏi bụi bẩn, ngăn chặn tình trạng tắc nghẽn trong quá trình tản nhiệt Điều này không chỉ giúp máy móc hoạt động hiệu quả mà còn nâng cao tuổi thọ của thiết bị.
• Aptomat: Thiết bị bảo vệ đa năng Ngắt mạch điện khi điện quá tải, ngắn mạch, rò dòng điện,…
• Biến tần: biến đổi dòng điện xoay chiều ở tần số này sang dòng điện xoay chiều ở tần số khác
• Biến dòng: có nhiệm vụ lấy tín hiệu của dòng điện truyền về đồng hồ, có chức năng bảo vệ
• Cầu đấu domino: kết nối dây điện với các thiết bị điều khiển, giúp nối liền mạch điện trong tủ bảng điện,…
• Đèn báo và nút nhấn khẩn: Cảnh báo khi dòng điện quá tải, gây nguy hiểm Để phát hiện và khắc phục …
+ Vật tư phụ kiện dây cáp điện:
Hệ thống điện không thể thiếu dây cáp điện, với số lượng dây phụ thuộc vào mục đích sử dụng Để các đoạn dây cáp gọn gàng, ngắn nắp và đảm bảo tính thẩm mỹ cũng như an toàn, cần sử dụng các vật tư phụ kiện hỗ trợ như rút, dây đánh dấu điện, phích cách điện, ống ruột gà, và ống luồn dây điện EMT.
Hình 4.5 Một số loại thiết bị điện
THI CÔNG VÀ CHẠY THỬ
Thi Công Mô Hình Theo Bản Vẽ Thiết Kế
Hình 5.2 Bản vẽ nguyên lý mạch động lực
Giả Lập PLC Và HMI Để Chạy Thử
CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP LỰA CHỌN
Tính toán chọn dây dẫn, thiết bị bảo vệ, viết chương trình cho PLC và thiết kế giao diện HMI
CHƯƠNG 4: QUY TRÌNH THIẾT KẾ MÔ HÌNH
Vẽ các bản thiết kế, lên danh sách thiết bị và mua thiết bị cần thiết, thực hiện công tác chuẩn bị đấu nối theo thiết kế
CHƯƠNG 5: THI CÔNG VÀ CHẠY THỬ
Thi công mô hình tủ ATS bao gồm việc kiểm tra các kết nối phần cứng và nạp chương trình phần mềm cho PLC và HMI Điều này đảm bảo rằng các chế độ điều khiển hoạt động đúng theo nguyên lý Cuối cùng, tiến hành chạy mô phỏng mô hình tủ ATS để đánh giá hiệu suất.
CHƯƠNG 6: ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ
Phân tích kết quả đạt được, những ưu nhược điểm và hướng phát triển sau này của đề tài
Hiện nay, nhu cầu sử dụng máy phát điện tại các nhà máy, trạm viễn thông, nhà hàng, khách sạn, trụ sở công ty và siêu thị đang gia tăng Điều này tạo cơ hội cho các kỹ sư trẻ áp dụng công nghệ cao trong việc thiết kế và chế tạo hệ thống tự động chuyển đổi nguồn điện ATS cho các phụ tải vừa và nhỏ.
Vì thế nhóm chúng em chọn “THIẾT KẾ THI CÔNG MÔ HÌNH TỦ A.T.S DÙNG PLC, HMI”
❖ Khái quát về hệ thống ATS
- ATS (Automatic Tranfer Swich): là thiết bị chuyển mạch tự động dùng ở những nơi cần cung cấp điện một cách liên tục cho tải, từ hai nguồn khác nhau
- ATS là hệ thống chuyển đổi phụ tải từ lưới điện chính (Main) sang nguồn dự phòng dùng máy phát điện (Generator) khi mất điện trên lưới
Khi lưới điện hoạt động ổn định trở lại, hệ thống ATS sẽ tự động chuyển tải điện sang lưới chính và sau đó ngắt kết nối với máy phát điện dự phòng.
- Việc chuyển đổi có thể hoạt động theo chế độ tự động (Auto) hoặc điều khiển bằng tay (Manual)
Hình 1.1 Các thành phần chính
❖ Vai trò của hệ thống ATS
- Khi có sự cố xảy ra (mất pha, thấp áp, quá áp, mất nguồn) trên nguồn điện lưới chính, ATS có nhiệm vụ:
+ Ngưng cung cấp nguồn lưới chính vào phụ tải
+ Khởi động động cơ sơ cấp (máy nổ diesel)
+ Đóng nguồn điện cung cấp từ máy phát vào phụ tải
- Khi nguồn điện lưới có lại trong tình trạng ổn định, nhiệm vụ của ATS lúc đó là:
+ Ngắt nguồn cung cấp từ máy phát khỏi phụ tải
+ Đóng lại nguồn điện lưới vào tải
+ Tạo tín hiệu dừng động cơ sơ cấp (động cơ diesel) của máy phát; sau một thời gian tổ máy phát vận hành tại trạng thái không tải
- Theo nguồn chính và nguồn dự phòng:
+ ATS chuyển đổi hai nguồn: một nguồn chính và một nguồn dự phòng
+ ATS chuyển đổi ba nguồn: hai nguồn chính và một nguồn dự phòng
- Theo khí cụ điện thì được phân loại như sau:
+ ATS dùng ACB ( Air Circuit Breaker ) máy cắt không khí
- Theo công suất trạm biến áp cho tòa nhà
- Theo công suất máy phát điện nếu chỉ ưu tiên các tải quan trọng cần cung cấp duy trì liên tục
- Theo vị trí lắp đặt, nơi lắp đặt (nhiệt độ cao hay gần môi trường bụi hoặc gần biển,…)
Hệ thống điều khiển tự động tiếp nhận thông tin về việc đóng cắt điện thông qua các mạch điện thông thường, mạch điện tử, hoặc các hệ thống điều khiển khác như PLC.
- TSE, TSN: Transfer Switch Emergency (Normal) hai công tắc chuyển mạch cơ khí của nguồn cung cấp bình thường và nguồn dự phòng
- Khi xảy ra sự cố thì khoảng thời gian chuyển mạch giữa TSE, TSN là phải bé nhất có thể, để đảm bảo cung cấp điện liên tục
- Khi sự cố được khắc phục thì ATS có nhiệm vụ ngắt tải khỏi nguồn dự phòng, đóng tải vào nguồn chính
Hình 1.3 Mô hình hoạt động
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN THIẾT BỊ CHÍNH
Thiết bị điện bao gồm các công cụ thực hiện nhiệm vụ như đóng cắt, điều khiển, bảo vệ và kiểm tra hoạt động của hệ thống lưới điện cùng các máy điện Bên cạnh đó, thiết bị này còn được ứng dụng để kiểm tra, điều chỉnh và biến đổi các quá trình không liên quan đến điện.
Thiết bị điện là một phần thiết yếu trong hầu hết các lĩnh vực sản xuất của nền kinh tế, bao gồm nhà máy điện, trạm biến áp, hệ thống truyền tải điện, cũng như máy phát và động cơ điện trong công nghiệp, nông nghiệp, giao thông và an ninh quốc phòng.
Thiết bị điện tại Việt Nam hiện nay được nhập khẩu từ nhiều quốc gia và hãng sản xuất khác nhau, với tuổi thọ từ 40-50 năm cho đến các thiết bị hiện đại Sự đa dạng này dẫn đến quy cách không thống nhất, gây khó khăn trong vận hành, bảo trì và sửa chữa Việc sử dụng nhiều loại thiết bị với tiêu chuẩn kỹ thuật khác nhau khiến hiệu suất và công suất của thiết bị không được khai thác tối đa, đôi khi gây hư hỏng và thiệt hại kinh tế Do đó, việc đào tạo và cập nhật kiến thức về thiết bị điện, đặc biệt là các thiết bị mới, cho cán bộ kỹ thuật quản lý và vận hành là rất cần thiết.
PLC, viết tắt của Programmable Logical Controller, là thiết bị điều khiển tự động có thể lập trình Chương trình điều khiển này được lưu trữ trong bộ nhớ ROM và được nạp vào thông qua máy vi tính cá nhân.
Trong hệ thống PLC, chức năng điều khiển được xác định bởi chương trình được nạp vào bộ nhớ PLC sẽ thực hiện quá trình điều khiển dựa trên chương trình này Cấu trúc và sơ đồ đấu dây của bộ điều khiển không bị ảnh hưởng bởi chức năng hay quá trình hoạt động.
Tất cả linh kiện cần thiết cho thiết kế mạch như cảm biến, công tắc, nút nhấn, tế bào quang điện và các cơ cấu chấp hành như cuộn dây, đèn tín hiệu, bộ định thì, và relay trung gian đều được lập trình sẵn và kết nối vào bộ PLC.
Để thay đổi hoặc mở rộng chức năng của quy trình công nghệ, chỉ cần điều chỉnh chương trình trong bộ PLC, điều này mang lại sự tiện lợi lớn cho các kỹ sư thiết kế.
Hình 2.1 PLC mitsubishi (FX3U-16MR/ES)
Robot được sử dụng để điều khiển các quy trình tự động, chẳng hạn như gắp phôi từ băng tải và chuyển đến bàn gia công của máy CNC, hoặc đưa vật liệu vào băng tải Ngoài ra, robot còn thực hiện các công việc như đóng hộp và dán tem nhãn, góp phần nâng cao hiệu quả sản xuất.
PLC có khả năng giám sát hiệu quả các quy trình trong nhà máy mạ, dây chuyền lắp ráp linh kiện điện tử và dây chuyền kiểm tra sản phẩm thông qua việc sử dụng cảm biến và công tắc hành trình.
- HMI là từ viết tắt ba chữ đầu của cụm từ tiếng Anh “Human Machine Interface” tạm dịch là giao tiếp người máy
Hình 2.2 HMI mitsubishi (GOT1000-GT1455/QTBD)
- HMI có các chức năng chính:
+ Giám sát quy trình công nghiệp: Có khả năng mô tả được trạng thái hiện tại của một quá trình sản xuất
+ Điều khiển giám sát: Có khả năng tác động, làm thay đổi trạng thái hiện tại của một quá trình sản xuất
+ Cảnh báo và xử lý cục bộ: Là chức năng đưa ra lời cảnh báo hoặc những báo động khi có một sự cố xảy ra
Để thực hiện giải pháp này, cần có sự kết hợp giữa nhiều thành phần trong hệ thống Các thiết bị hiển thị và thông báo trạng thái của các biến điều khiển chương trình là rất quan trọng, bao gồm màn hình điều khiển và máy tính sử dụng phần mềm công nghiệp chuẩn, đảm bảo tính tương thích với các thiết bị khác.
Contactor là thiết bị điện được sử dụng để đóng cắt từ xa, tự động hoặc bằng nút ấn các mạch động lực với điện áp lên đến 500V và dòng điện tối đa 600A.
- Contactor có hai vị trí là đóng và cắt Tần số đóng có thể tới 1500 lần một giờ
• Contactor điện từ (truyền động bằng lực hút điện từ, loại này thường gặp)
+ Phân theo dạng dòng điện:
+ Phân theo kiểu kết cấu:
• Contactor hạn chế chiều cao (dùng ở gầm xe, )
• Contactor hạn chế chiều rộng (như lắp ở buồng tàu điện, )
- Contactor điện từ có các bộ phận chính như sau:
+ Hệ thống tiếp điểm chính
+ Hệ thống dập hồ quang
+ Hệ thống tiếp điểm phụ
2.3.4 Các yêu cầu cơ bản
- Điện áp định mức Uđm:
+ Là điện áp của mạch điện tương ứng mà tiếp điểm chính phải đóng/cắt, có các cấp: + 110V, 220V, 440V một chiều và 127V, 220V, 380V, 500V xoay chiều
+ Cuộn hút có thể làm việc bình thường ở điện áp trong giới hạn từ 85% đến 105% Uđm
- Dòng điện định mức Iđm:
