luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van of 95 BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM  KS NGUYỄN HỮU HƯNG THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỘ ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT CHO TRẠM PHÁT ĐIỆN SỰ CỐ TÀU THỦY SỬ DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doctieu-luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai HẢI PHÒNG 2012 luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van of 95 BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM - - KS NGUYỄN HỮU HƯNG THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỘ ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT CHO TRẠM PHÁT ĐIỆN SỰ CỐ TÀU THỦY SỬ DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT MÃ SỐ: 60.52.60 CHUYÊN NGÀNH: TỰ ĐỘNG HÓA Người hướng dẫn khoa hoc: PGS TS Nguyễn Tiến Ban Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai - HẢI PHÒNG - 2012 luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van of 95 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài: " Thiết kế kỹ thuật điều khiển giám sát cho trạm phát điện cố tàu thủy sử dụng vi điều khiển " cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tơi xin cam đoan thơng tin trích dẫn luận văn rõ nguồn gốc Tác giả luận văn Nguyễn Hữu Hưng i tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van of 95 LỜI CẢM ƠN Trong trình thực đề tài luận văn tốt nghiệp " Thiết kế kỹ thuật điều khiển giám sát cho trạm phát điện cố tàu thủy sử dụng vi điều khiển " tơi có giúp đỡ nhiều thầy hướng dẫn, thầy cô giáo khoa sau đại học thầy cô giáo khoa Điện - Điện tử Trường Đại học Hàng hải Việt Nam đồng nghiệp Trước hết, xin cảm ơn sâu sắc đến thầy giáo PGS.,TS Nguyễn Tiến Ban, người trực tiếp hướng dẫn tận tình giúp đỡ tơi suốt q trình nghiên cứu thực đề tài Tơi xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo khoa sau đại học thầy cô giáo khoa Điện - Điện tử Trường Đại học Hàng hải Việt Nam tạo điều kiện thuận lợi giúp tơi hồn thành luận văn thời gian quy định Tác giả hoàn thành luận văn đạt mục đích đề đề tài Tuy nhiên lực thân giới hạn, tài liệu tham khảo hạn chế, thời gian dành cho nghiên cứu chưa nhiều nên chắn luận văn thiếu sót, mong tiếp tục đóng góp ý kiến Thầy, bạn đồng nghiệp Tôi xin chân thành cảm ơn! ii Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai - luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van of 95 MỤC LỤC §Ị mơc Trang Lời cam đoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục ký hiệu từ viết tắt vi Danh mục hình vẽ ix Mở đầu 1 Tính cấp thiết đề tài Mục đích đề tài Đối tượng phạm vi nghiên cứu đề tài Phương pháp nghiên cứu đề tài Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Chương Trạm phát điện cố tàu thủy 1.1 Giới thiệu chung trạm phát cố tàu thủy 1.1.1 Giới thiệu chung 1.1.2 Nhiệm vụ chức trạm phát cố tàu thủy 1.1.3 Yêu cầu trạm phát tàu thủy 1.2 Cấu trúc trạm phát cố tàu thủy 1.2.1 Cấu trúc chung trạm phát cố 1.2.2 Diesel làm động sơ cấp 1.2.3 Máy phát đồng 1.2.4 Bảng điện cố 12 1.3 Kết luận chương 13 Chương Các hệ thống tự động trạm phát điện cố 14 2.1 Hệ thống tự động ổn định tốc độ cho động sơ cấp (diesel) 14 2.1.1 Khái quát chung 14 iii Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai - luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van of 95 2.1.2 Các nguyên tắc xây dựng hệ thống tự động điều chỉnh tần số 15 2.1.3 Các điều tốc khí - thủy lực 17 2.1.4 Bộ điều tốc điện tử 22 2.2 Hệ tự động điều chỉnh điện áp cho máy phát đồng 24 2.2.1 Khái quát chung 24 2.2.2 Các nguyên tắc xây dựng tự động điều chỉnh điện áp 25 2.3 Hệ tự động điều khiển giám sát cho trạm phát cố 30 2.3.1 Quá trình kiểm tra làm việc máy phát điện cố chế độ tay 31 2.3.2 Mạch kiểm tra điện áp lưới điện từ bảng điện 32 2.3.3 Mạch kiểm tra điện áp máy phát điện cố 32 2.3.4 Mạch chuyển đổi điện áp lưới điện điện áp máy phát điện 2.3.5 Sơ đồ mạch điện tự động khởi động diesel điện áp lưới điện 2.3.6 Mạch dừng diesel máy phát cố có điện áp lưới trở lại 2.3.7 Mạch dừng diesel áp lực dầu bôi trơn giảm thấp nhiệt độ nước làm mát cao 33 34 36 37 2.3.8 Mạch đóng cắt ACB2 máy phát cố 37 2.3.9 Mạch đóng cắt ACB1 từ bảng điện 38 2.4 Kết luận chương 39 Chương Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát cho trạm phát điện cố tàu 40 3.1 Điều khiển yêu cầu điều khiển 40 3.1.1 Các đại lượng thông số phải điều khiển 40 3.1.2 Những yêu cầu thực điều khiển, giám sát trạm phát cố iv 41 Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai - luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van of 95 3.2 Vấn đề điều khiển khởi động 42 3.2.1 Trạng thái dừng trạm cố 42 3.2.2 Trạng thái chuẩn bị khởi động 42 3.2.3 Trạng thái khởi động thành công 42 3.3 Vấn đề giám sát cảnh báo 43 3.4 Vấn đề an toàn bảo vệ 43 3.5 Chọn thiết bị cho hệ thống 44 3.5.1 Đặt vấn đề 44 3.5.2 Thiết bị trung tâm điều khiển 45 3.5.3 Các loại cảm biến (Sensor) 51 3.5.4 Các loại cấu chấp hành (Actuator) 52 3.6 Thiết kế phần cứng hệ thống 53 3.6.1 Hệ thống nguồn cấp mạch điều khiển 53 3.6.2 Hệ thống hiển thị 53 3.6.3 Hệ thống bàn phím 54 3.6.4 Hệ thống kết nối truyền thơng với máy tính 55 3.6.5 Hệ thống đo tín hiệu tương tự 57 36.6 Hệ thống vào số 58 3.6.7 Mạch ghép nối hệ thống điều khiển giám sát 60 3.7 Thiết kế phần mềm hệ thống 63 3.7.1 Lưu đồ thuật tốn hàm 63 3.7.2 Lưu đồ thuật toán hàm tự động khởi động diesel lưới điện 64 3.7.3 Lưu đồ thuật toán hàm báo động bảo vệ diesel, máy phát 65 3.7.4 Lưu đồ thuật tốn hàm dừng diesel có điện áp lưới 66 3.7.5 Mã nguồn điều khiển 66 3.8 Thiết kế, lắp đặt mơ hình vật lý 66 v Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai - luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van of 95 3.8.1 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển, giám sát 67 3.8.2 Thiết kế mạch in 68 3.8.3 Chế tạo lắp ráp mạch 70 3.8.4 Lắp đặt mạch kết nối với thiết bị vào – 72 3.9 Thử nghiệm chỉnh định 73 3.10 Kết luận chương 74 Kết luận kiến nghị 75 Kết luận 75 Kiến nghị 75 Tài liệu tham khảo 76 Phụ lục 78 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU  E0 Sức điện động phần ứng P Tổng công suất tổn hao máy PZ Công suất lấy đầu máy phát  Từ thơng phần ứng (Stator)  Hiệu suất  Góc hợp sức điện động dòng điện phần ứng d Từ thông phần ứng dọc trục kt Từ thông cực từ o Từ thông rôto q Từ thông phần ứng ngang trục T Từ thơng tản t Góc hợp điện áp dòng điện tải vi Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai - luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van of 95 U 1CC, 2CC, 3CC Độ biến thiên điện áp Cầu chì bảo vệ ACB1,2 Máy cắt khơng khí (Air Circuit Breaker) Actuator Cơ cấu chấp hành ADC Chuyển đổi tương tự sang số (Analogto Digital Converter) ARM Họ vi điều khiển (Acorn RISC Machine) AVR Họ vi điều khiển bít RICS (reduced instrction set computer) BD Biến dòng CC1, CC2 Cuộn đóng, ngắt ACB1, ACB2 Ckt CL, Cl1, Cl2 Cuộn dây kích từ Chỉnh lưu thành phần xoay chiều const Ký hiệu không thay đổi cost Hệ số công suất phụ tải CPU Central Processor Unit khối xử trung tâm CT1,CT2 Công tắc tơ số Công tắc tơ số DTD Bộ đặt tốc EEPROM Bộ nhớ(Electrically ErasableProgrammable Read-Only Memory) ET Sức điện động tản Eưd, Eưq Sức điện động phần ứng dọc trục, ngang trục f Tần số dòng điện máy phát Fkt Sức từ động kích từ Fưd, Fưq Sức từ động phần ứng dọc trục, ngang trục G1, G2, G3 Máy phát điện số 1, 2, 3( Viết tắt Generator) vii Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai - luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 10 of 95 G4 Máy phát điện cố; GPR Thanh ghi chung (General Purpose Register) I Dòng điện tải ICSP Viết tắt In Circuit Serial Programming Id Thành phần dòng điện dọc trục Iđm Dòng điện định mức Ii Thành phần dòng điện dòng tải tạo Ikt Dòng điện kích từ Iq Thành phần dòng điện ngang trục IR Dòng điện tải trở Iu Thành phần dòng điện điện áp tạo KĐ Khâu khuếch đại Kp, Kd, Kn Các khâu phản hồi KS, K Cơng tắc khởi động, cơng tắc LCD Màn hình hiển thị (Liquid Crystal Display) LED Đèn điốt phát quang (Light Emitting Diode) M Mô men n Tốc độ quay roto (Vòng/phút) p Số cặp cực PC Bộ đếm chương trình (Program Counter) PH Khâu phản hồi PIC Bộ điều khiển ghép nối thiết bị ( Peripherial Interface Controller) PORT I/O Cổng vào/ra PSP Cổng giao tiếp song song (Parallel Slave Port) R Điện trở viii Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai - luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 93 of 95 #bit SW1 = 0x08.0 #bit SW2 = 0x08.1 #bit SW3 = 0x08.2 #bit SW4 = 0x08.3*/ /* #bit SW1 = 0x08.4 #bit SW2 = 0x08.5 #bit SW3 = 0x08.6 #bit SW4 = 0x08.7 #bit SW5 = 0x08.0 #bit SW6 = 0x08.1 #bit SW7 = 0x08.2 #bit SW8 = 0x08.3*/ int16 x; int16 y; int8 xx; int8 yy; int8 time_blink=0; int8 status=0; int8 time=0; int8 time_er=0; int8 timerx=0; int1 ON_OF=0; int1 Blink=0; int8 X1,X2,X3; int8 Y1,Y2,Y3; int8 led_index=0; int8 digit; int8 dem=0; int1 dem1=0; byte const DIGITS[] = {0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f}; const int8 U_LUOI_LOW =20; const int8 U_LUOI_OK = 60; const int8 U_MPHAT_LOW = 20; const int8 U_MPHAT_OK = 60; void display(void); #int_timer1 void interrupt_timer1() { Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang 79 - thuong mai - luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 94 of 95 disable_interrupts(int_timer1); set_timer1(60000); dem++; if((dem%100)==0) { dem1++; if(dem1==0) {set_adc_channel(0); delay_us(10); xx=read_adc(); x=xx*2;} else {set_adc_channel(1); delay_us(10); yy=read_adc(); y=2*yy;} } if(Status==1) { if(time_blink330)&&(y330)&&(x