ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP NGUYỄN NGỌC QUANG NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG LẬP TRÌNH PLC TỰ ĐỘNG ĐÓNG MÁY BIẾN ÁP DỰ PHÒNG TẠI PHÒNG THÍ NGHIỆM TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP Chuyên ngành : Kỹ thuật điện Mã số : 60520202 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Thái Nguyên – 2014 Luận văn được hoàn thành tại ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP Cán bộ HDKH : TS Nguyễn Hiền Trung Phản biện 1 : TS. Ngô Đức Minh Phản biện 2 : PGS.TS. Lại Khắc Lãi Luận văn đã được bảo vệ trước hội đồng chấm luận văn, Họp tại: Phòng cao học số 201, nhà A8 Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên. Vào 15 giờ 30 phút ngày 18 tháng 4 năm 2014. Có thể tìm hiển luận văn tại Trung tâm Học liệu tại Đại học Thái Nguyên và Thư viện trường Đại học Kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên. MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Tự động đóng dự phòng (TĐD) là một trong những biện pháp hữu hiệu để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện của hệ thống điện. Sơ đồ TĐD rất đa dạng, tuy nhiên với bất cứ loại sơ đồ nào cũng phải đảm bảo yêu cầu là tác động nhanh và độ tin cậy. Hiện tại, trong chương trình thí nghiệm của sinh viên chuyên ngành Hệ thống điện trường đại học Kỹ thuật Công nghiệp vẫn đang thí nghiệm bài Tự động đóng máy biến áp dự phòng với đa số các thiết bị là của Liên Xô (cũ), trong quá trình vận hành cũng bộc lộ ít nhiều các nhược điểm trong đó có vấn đề về độ tin cậy. Ở Việt Nam, việc ứng dụng lập trình PLC vào tự động hóa hệ thống điện còn nhiều hạn chế. Với mong muốn ứng dụng công nghệ mới thay thế các thiết bị và công nghệ cũ, nâng cao độ tin cậy của mạch tự động đóng máy biến áp dự phòng, nên tác giả đã lựa chọn đề tài “Nghiên cứu ứng dụng lập trình PLC tự động đóng máy biến áp dự phòng” để làm vấn đề nghiên cứu cho luận văn của mình. 2. Mục tiêu nghiên cứu Đề tài này đặt mục tiêu chính là nghiên cứu ứng dụng PLC S7- 200 CPU 224 của Siemens để thiết kế bộ điều khiển tự động đóng máy biến áp dự phòng tại phòng thí nghiệm trường đại học kỹ thuật công nghiệp. Các mục tiêu cụ thể gồm: − Tìm hiểu hiện trạng bài thí nghiệm tự động đóng máy biến áp dự phòng tại trường đại học kỹ thuật công nghiệp. − Nghiên cứu bộ điều khiển lôgic S7-200 CPU 224 của Siemens. − Nghiên cứu phần mềm lập trình STEP 7 – Micro/WIN. − Đề xuất phương án cải tạo sử dụng S7-200 CPU 224. 1 − Lập chương trình điều khiển để thiết kế mạch điều khiển tự động đóng máy biến áp dự phòng. − Thiết kế tủ điều khiển, đấu nối máy tính - PLC – tủ điều khiển, chạy chương trình, kiểm tra, hiệu chỉnh lại kết quả. 3. Phương pháp nghiên cứu −Nghiên cứu lý thuyết: Phân tích đánh giá và hệ thống các công trình nghiên cứu được công bố thuộc lĩnh vực liên quan: bài báo, tạp chí, sách chuyên ngành. −Nghiên cứu thực tiễn: Nghiên cứu mạch tự động đóng máy biến áp dự phòng hiện có tại phòng thí nghiệm; Nghiên cứu bộ điều khiển lôgic S7-200 CPU 224 của Siemens cũng như phần mềm lập trình điều khiển. Thực nghiệm trên thiết bị thực để từ đó hiệu chỉnh lại chương trình, thiết bị cho phù hợp. 4. Những kết quả đạt được −Làm rõ được vai trò của tự động đóng dự phòng trong hệ thống điện. −Phân tích được cơ sở thiết kế mạch tự động đóng máy biến áp dự phòng ứng dụng PLC S7-200. −Thiết kế được sơ đồ và chương trình điều khiển tự động đóng máy biến áp dự phòng ứng dụng PLC S7-200 thay thế cho mạch điều khiển dùng rơle điện cơ đã có trong phòng thí nghiệm. −Thực thi thành công bộ thí nghiệm khẳng định ưu việt của mô hình mới; Các kết quả thí nghiệm cho thấy bộ điều khiển mới làm việc tin cậy, chính xác hơn so với mô hình đã có. 5. Cấu trúc của luận văn Nội dung của luận văn được chia thành 4 chương: Chương 1. Hiện trạng tự động đóng Máy biến áp dự phòng tại trường Đại học kỹ thuật công nghiệp 2 Chương 2. Tổng quan về bộ điều khiển Logic khả trình- PLC. Chương 3. Lập trình PLC s7-200. Chương 4. Đề xuất phương án sử dụng PLC s7-200 cpu 224 thiết kế bộ điều khiển tự động Máy biến áp dự phòng. Các kết luận và kiến nghị. Tôi xin trân trọng bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo TS. Nguyễn Hiền Trung – người đã hướng dẫn tận tình và giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn thạc sĩ này. Tôi xin chân thành cám ơn các thầy cô ở Khoa Điện – Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp đã đóng góp nhiều ý kiến và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành luận văn. Tôi xin chân thành cám ơn Khoa sau Đại học, xin chân thành cám ơn Ban Giám Hiệu Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp đã tạo những điều kiện thuận lợi nhất về mọi mặt để tôi hoàn thành khóa học. Tôi xin chân thành cảm ơn! Thái Nguyên, ngày 20 tháng 2 năm 2014 Người thực hiện Nguyễn Ngọc Quang 3 1 Chương 1. HIỆN TRẠNG MẠCH TỰ ĐỘNG ĐÓNG MÁY BIẾN ÁP DỰ PHÒNG TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP 1.1. Các yêu cầu cơ bản đối với thiết bị TĐD 1.2. Giới thiệu mạch tự động đóng máy biến áp dự phòng tại phòng thí nghiệm trường đại học kỹ thuật công nghiệp [7]. 1.3. Một số nguyên tắc thực hiện trong sơ đồ TĐD 1.4. Xác định một số tham số của mạch TĐD 1.4.1. Thời gian của rơle ThG2 và ThG4 2 1.4.2. Xác định thời gian mất điện lớn nhất 1.4.3. Thời gian của rơle ThG3 và ThG5 1.5. Bài thí nghiệm tự động đóng máy biến áp dự phòng 1.5.1. Thiết bị phục vụ bài thí nghiệm 1.5.2. Trình tự thao tác thí nghiệm 3 Bảng 1.1. Kết quả tính tính toán của phần chuẩn bị 4 và thí nghiệm Các đại lượng Số liệu cho trước Kết quả thí nghiệm Lần 1 Lần 2 Lần 3 Lần 1 Lần 2 Lần 3 Thời gian duy trì của bảo vệ cho máy biến áp t bvBA1 2,0 3,0 4,0 0 0 0 t bvBA2 1,5 2,5 3,5 - - - Cấp chọn lọc thời gian tác động ∆t 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 Tổng thời gian mất điện 2,4 3,4 4,5 0,4 0,35 0,45 5 6 (Nguồn: Báo cáo thí nghiệm của sinh viên) 4 7 ThG3 TH4 ThG1 CC U1 8 6 7 5 1 8 8 191 K? K 1 Cắt Đ?ng B+ 1 TU2 CĐ2 U2- 1 ThG2 CC 8 6 7 5 3 5 1 9 1 8 8 191 K? K 2 Cắt Đ?ng B +1 TU1 CĐ1 U1- 1 CC1 K? K 4 0 1 1 4 2 4 2 1 , , , B +1 B -1 B+ 2 B-2 3 1 13 15 14 16 24 22 MC2 BA1 x 2 - 33 MC1 TH5 BA2 x 2 - 32 MC2 K3 TC1 A1 0 KĐK3 0 KĐK4 TCA TCB 24 22 MC1 B1 C1 8 8 4 1 1 4 a1 b1 R u4 < R u5 < R u6 7 CC2 K? K 5 4 0 1 1 4 2 4 2 1 , , , B 1 + B -1 B + 2 B - 2 3 1 13 15 14 16 R u2 < R u3 7 8 8 4 1 1 4 a2 b2 a1 b1 a2 b2 B+1 1 2 B+ 1 1 2 c1 c2 TC2 B +1 B +1 B -1 B-1 B+1 B+1 B-1 B-1 B-1B-1 R u1 < ThG5 3 5 1 9 ThG 1 9 7 9 7 ThG 2 9 7 9 7 A2 B2 C2 Tỉ lệ: luận văn tốt nghiệp sơ đồ tự động đ? ng máy bi?n áp dự phòng Thi?t k? H ớng dẫn Chức năng Họ và tên Ngày K? Số bản vẽ: 4 Bản vẽ số: 2 Tr ờng: ĐHKT Công Nghiệp Khoa: Điện Lớp: TBM TS.Nguyễn Hi?n Trung U2 Hỡnh 1.1. S t ng úng mỏy bin ỏp d phũng 5 1.6. Kết luận chương 1 Từ bài thí nghiệm trên ta nhận thấy được hiện trạng của toàn bộ thiết bị bảo vệ đóng cắt máy biến áp dự phòng còn nhiều hạn chế. Như tính linh hoạt trong xử lý đóng cắt chưa cao. Thiết bị cồng kềnh và cũ, không phù hợp với điều kiện mới, đó là gọn nhẹ, đảm bảo đóng cắt chắc chắn máy biến áp, an toàn cho người và thiết bị khi vận hành. Xuất phát từ lý do trên ta đi nghiên cứu khả năng ứng dụng của PLC vào hệ thống đóng dự phòng cho máy biến áp, cũng như khả năng vận hành một cách linh hoạt hiệu quả các thiết bị hiện có tại phòng thí nghiệm trường đại học kỹ thuật công nghiệp. 6 8 Chương 2. TỔNG QUAN VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN LOGIC KHẢ TRÌNH - PLC 2.1. Giới thiệu về PLC PLC được phát triển từ những năm 1968 -1970. PLC cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển lôgic 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 kích thích (đầu vào) tác động vào PLC hoặc qua các hoạt động có trễ như thời gian định thì hay các sự kiện được đếm. PLC dùng để thay thế các mạch rơle trong thực tế. PLC hoạt động theo phương thức quét các trạng thái đầu ra và đầu vào. Hình 8.2. Điều khiển sử dụng PLC 2.1. Quá trình phát triển của kỹ thuật điều khiển lôgic 2.1.1. Hệ thống điều khiển dùng rơle điện 2.1.2. Hệ thống điều khiển dùng PLC 2.1.3. Các chủng loại PLC 2.2. Ưu thế và hạn chế của hệ thống điều khiển dùng PLC 7 2.2.1. Ưu thế 2.2.3. Các ứng dụng của PLC 2.3. Cấu hình hệ thống 2.3.1. Cấu trúc phần cứng2.3.2. Chức năng của các khối 2.3.2.1. Bộ điều khiển lôgic khả trình 2.4. Giới thiệu về PLC S7-200 CPU 224 DC/DC/DC 2.4.1. Đặc tính kỹ thuật Bảng 2.2. Chỉ thị trạng thái của PLC Đèn Trạng thái Chức năng SF Màu đỏ Báo lỗi hệ thống RUN Màu xanh Báo PLC đang ở chế độ làm việc và thực hiện chương trình được nạp STOP Màu vàng Báo PLC đang ở chế độ dừng làm việc 2.4.2. Kết nối điều khiển Hình 2.8. Sơ đồ đấu dây PLC Cấp nguồn: 8 [...]... Q0.2 K11 B 2 PLC 0 BA1 C1 TC1 1 TU2 4 KA5 CC a1 8 + CĐ2 B- 2 MC2 A1 0V E1 K2_1 Q0.0 KA9 B 2+ PLC U2- 1 B 2 I0.5 KA3 8 Ru6 b1 I0.7 PLC a2 b2 c2 1 Ru5 < I0.6 KA4 Ru4 < 4 B1 24 22 B- 2 CC2 13 16 14 22 U_1 I1.2 1 0V MC1 24V 15 24 3 Q0.3 K12 B 2 PLC 0 BA2 CĐ2 C1 luận văn tốt nghiệp Ngày K? Tỉ lệ: Tr ờng: ĐHKT Công Nghiệp Khoa: Điện Lớp: TBM Bản vẽ số: 1 sơ đồ tự động đ? ng máy bi? n áp dự phòng Họ và tên... 4 KA 5 KA 6 luận văn tốt nghiệp Họ và tên Ngày K? Tỉ lệ : Tr ờng: ĐHKT Công Nghiệp Khoa: Điện Lớp: TBM Bản vẽ số: 1 s ơ đồ tự động đ? ng m áy b i? n áp dự p hòng Nguy Ng?c Quang ?n H ớng dẫnTS Nguy ễn Hi?n Trung Thi?t k? Chức năng Hỡnh 10.3 S mch i dõy iu khin PLC M L+ L+ 18 24V 7 0V 24V 4 KA2 8 a2 8 Ru3 + CĐ1 B- 2 MC1 A1 0V E2 K1_1 Q0.1 KA10 B 2+ PLC U1- 1 B 2 I1.0 KA6 CC I0.4 PLC a1 b1 c1... gn nh ca h thng dựng PLC c th hin rừ qua hỡnh 4.12 minh ha - Tớnh ng dng ca PLC cao trong h thng in 23 KT LUN V KIN NGH Kt lun ó thit k c s v chng trỡnh iu khin t ng úng mỏy bin ỏp d phũng ng dng PLC S7-200 thay th cho mch iu khin dựng rle in c ó cú trong phũng thớ nghim Vi chng trỡnh iu khin thit k c, lun vn ó ng dng phn mm mụ phng S7-200 Simulator ly trng thỏi ca cỏc u vo ra trờn PLC Lp rỏp thnh... Vic tỡm hiu v PLC qua cu trỳc phn cng v kh nng ng dng rng rói ca PLC S7-200 ó cho ta thy PLC khc phc c hu ht nhc im so vi h thng vn hnh thụng thng Cú th nhõn ụi cỏc ng dng nhanh chúng v ớt tn kộm Cỏc thit k u tiờn l nhm thay th cho cỏc phn cng rle dõy ni v cỏc lụgic thi gian, tng cng dung lng nh v tớnh d dng cho PLC m vn bo m tc x lý Chớnh iu ny ó gõy ra s quan tõm sõu sc n vic s dng PLC trong cụng... nng lm toỏn trờn cỏc mỏy ln S phỏt trin cỏc mỏy tớnh dn n cỏc b PLC cú dung lng ln, s lng u vo/ra nhiu hn PLC S7200 CPU 224 DC/DC/DC s c s dng trong nghiờn cu ny ng thi 2 mụ un m rng cú liờn quan n bn thớ nghim l EM 222 DC v EM 235 cng s c quan tõm 12 9 Chng 3 LP TRèNH PLC S7-200 3.1 Ngụn ng lp trỡnh cho S7-200 Lp trỡnh cho S7 200 v cỏc PLC khỏc ca hóng Siemens da trờn 3 phng phỏp c bn: - Phng phỏp... Chức năng Hỡnh 10.4 S mch i dõy ng lc cú kt ni vi PLC 19 4.3 Quỏ trỡnh u ni thc t Hỡnh 10.5 Bn thớ nghim PLC ang lm vic Hỡnh 10.6 Bn thớ nghim TD s dng PLC hon chnh 4.4 Lp trỡnh iu khin v thuyt minh chng trỡnh iu khin 20 21 Vic vit chng trỡnh iu khin vn hnh úng ct t MBA2 sang MBA1 l tng t 22 4.5 Cỏc thao tỏc ly kt qu thớ nghim Ta tin hnh kt ni bn PLC v mỏy tớnh thụng qua cỏp kt ni chuyn i tớn hiu... Hỡnh 2.9 V trớ cp ngun cho PLC Chỳ ý: phõn bit loi cp ngun nuụi cho PLC + Loi DC ngun nuụi cú kớ hiu l M, L+ + Loi AC ngun nuụi cú kớ hiu l N, L1 2.5 Gii thiu cỏc mụ un m rng 2.5.1 Mụ un EM 222 DC 2.5.2 Mụ un EM 223 DC/DC 2.5.3 Mụ un EM 223 DC/Relay 2.5.4 Mụ un tng t EM 235 2.5.5 Cỏch u ni cỏc mụ un m rng cho S7-200 2.6 Truyn thụng gia PC v PLC 10 Hỡnh 2.17 Cỏp kt ni gia PLC v mỏy tớnh Cng truyn thụng... 3 ta cú cỏi nhỡn c th hn v PLC v ta s s dng phn lp trỡnh vi mt s lnh c bn cp n cỏch s dng cỏc lnh trong phn mm n gin v d hiu trong nghiờn cu ny ta s dng mt s lch c bn nh lnh tip im v lnh v thi gian Timer tin hnh vit chng trỡnh iu khin cho mch t ng úng mỏy bin ỏp d phũng s dng PLC S7-200 CPU 224 DC/DC/DC m s trỡnh by trong chng tip theo 16 10 Chng 4 XUT PHNG N S DNG PLC S7200 CPU 224 THIT K B IU... cỏp kt ni chuyn i tớn hiu USB-PPI ca Siemens Cỏch np chng trỡnh t mỏy tớnh vo PLC v ngc li c thc hin theo cỏc bc thao tỏc (Mc 3.3.4.7) To s c gi tng bng cỏch tt cỏc nỳt tay gt nh hỡnh 4.6 Hỡnh 10.7 Cỏc u tớn hiu vo cú s dng cụng tc gt to s c gi tng cho PLC 4.6 Kt lun chng 4 - Qua s i dõy trờn ta thy cỏc tớn hiu ly mu c a v PLC mt cỏch c lp õy ta hon ton kim soỏt c nhng tớn hiu a vo ln lt l I0.0 cho... CPU 224 THIT K B IU KHIN T NG ểNG MY BIN P D PHềNG 4.1 Cỏc thit b cn cho vic thit k b iu khin t ng úng ct mỏy bin ỏp d phũng bng PLC S7-200 CPU 224 DC/DC/DC Bng 4.2 Cỏc thit b dựng cho thớ nghim STT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Tờn thit b cú trong thớ nghim T in l t thit b PLC S7-200 p tụ mỏt Cu chỡ bo v B i ngun DC/AC Rle 1chiu + chõn Contactor ốn bỏo tớn hiu Cu u dõy Cu xoay chuyn mch Nỳt bm Dõy