CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1. Tổng quan về giám sát điều khiển các thông số điện năng Hệ thống quản lý năng lượng PMS – Power Management System là hệ thống đo lường, phân tích và giám sát nguồn điện được lắp đặt trong nhà máy, tòa nhà, các khu công nghiệp…nhằm mục đích quản lý và khai thác hiệu quả nhất nguồn năng lượng. Hệ thống sử dụng công nghệ truyền thông tiên tiến giúp việc giám sát - vận hành dễ dàng, giảm chi phí nhân công và gia tăng độ tin cậy. Các dữ liệu, thông tin được tự động truyền về máy tính trung tâm và sao lưu giúp cho việc quản lý dễ dàng và hiệu quả hơn.
Giao diện phần mềm trực quan, đơn giản sẽ hỗ trợ quản lý vận hành và truy xuất dữ liệu một cách nhanh chóng thuận lợi. Sơ đồ dưới đây mô tả một hệ thống PMS điển hình: Các thiết bị điển hình của hệ thống PMS bao gồm: 1 - Thiết bị đo điện áp, đo dòng điện, công suất, đo các thông số chất lượng hệ thống điệnnhư: nhiễu hài, tần số pha, độ ổn định. - Thiết bị truyền thông truyền dữ liệu từ các điểm đo về trạm giám sát trung tâm Máy tính và phần mềm quản lý cho phép giám sát và quản lý hệ thống điện, cho phép in các báo cáo theo thời gian, quản lý bảo trì hệ thống và các thiết bị trong hệ thống. Quản lý năng lượng thông qua hệ thống giám sát năng lượng – PMS đã chứng minh nhiều lần rằng nó có hiệu quả về chi phí.
Tiết kiệm chi phí năng lượng từ 5-15% thường thu được nhanh chóng thông qua chương trình quản lý năng lượng tích cực. 2 Không những thế các lợi ích khác như nâng cao độ tin cậy của hệ thống thường là các đòi hỏi cấp thiết của các tòa nhà thương mại hoặc các doanh nghiệp sản xuất công nghiệp. LỢI ÍCH CỦA HỆ THỐNG GIÁM SÁT QUẢN LÝ ĐIỆN NĂNG Tự động hóa, thay thế khâu ghi chép chỉ số điện bằng tay. Do đó tăng độ chính xác tuyệt đối cho các chỉ số điện năng đo được từ nhiều đồng hồ đo điện.
Dữ liệu thu thập được là liên tục 24/7 để phục vụ cho báo cáo, phân tích và cảnh báo. Dựa vào các cảnh báo để xử lý kịp thời sự cố điện năng, bảo vệ máy móc kịp thời Dự báo chất lượng điện năng nhà đèn cung cấp. Dự báo tình trang thiết bị máy móc vận hành, chủ động bảo dường, giảm thiểu thời gian dừng máy. Chủ động lên kế hoạch tăng cường các giải pháp tiết kiệm điện năng dựa vào kết quả xuất báo cáo.
Xuất báo cáo tổng điện năng tiêu thụ, tương ứng tiền điện phải đóng. Là công cụ khách quan đối chứng với hóa đơn nhà đèn cung cấp. Duy trì mức vận hành tải hợp lý, giảm thiểu trường hợp thừa hay thiếu tải. Truyền thông Modbus RTU 1.
Công nghệ IIoT 3 CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN THIẾT BỊ CHẾ TẠO MÔ HÌNH 2.1 Lựa chọn PLC 2.1 Khái niệm về PLC PLC (Programmable Logic Controller) là thiết bị điều khiển lập trình được 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 kích 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. PLC dùng để thay thế các mạch relay (rơ le) trong thực tế.
PLC hoạt động theo phương thức quét các trạng thái trên đầu ra và đầu vào. Khi có sự thay đổi ở đầu vào thì đầu ra sẽ thay đổi theo. Ngôn ngữ lập trình của PLC có thể là Ladder, SFC, FBD.2 Cấu trúc của PLC Tất cả các PLC hiện nay đều gồm có thành phần chính như sau: - Bộ nhớ chương trình RAM, ROM - Một bộ vi xử lý trung tâm CPU, có vai trò xử lý các thuật toán - Các module vào /ra tín hiệu - Bộ nguồn Hình 2. Cấu trúc của PLC 4 2.3 Nguyên lý hoạt động của PLC Hình 2.
Nguyên lý hoạt động của PLC CPU điều khiển các hoạt động bên trong PLC. Bộ xử lý sẽ đọc và kiểm tra chương trình được chứa trong bộ nhớ, sau đó sẽ thực hiện thứ tự từng lệnh trong chương trình, sẽ đóng hay ngắt các đầu ra. Các trạng thái ngõ ra ấy được phát tới các thiết bị liên kết để thực thi. Và toàn bộ các hoạt động thực thi đó đều phụ thuộc vào chương trình điều khiển được giữ trong bộ nhớ.4 Ưu điểm và nhược điểm của PLC Ưu điểm: Bộ điều khiển PLC chống nhiễu tốt, đáng tin cậy trong môi trường công nghiệp.
Đáp ứng các giải thuật phức tạp, độ chính xác cao. Gọn nhẹ, lắp đặt dễ dàng. Thay thế hoàn toàn mạch điều khiển relay thông thường, dễ dàng đáp ứng mọi yêu cầu điều khiển. Hỗ trợ các chuẩn mạng truyền thông công nghiệp, tạo sự kết nối và trao đổi dữ liệu giữa các thiết bị trong và ngoài nhà máy đáp ứng tiêu chuẩn công nghiệp 4.
Nhược điểm: Giá thành cao: Chi phí sản phẩm cao hơn so với chi phí mạch relay thông thường. Tuy nhiên, hiện nay thị trường VN đã có mặt rất nhiều hãng PLC của Đức, Nhật Bản, Mỹ, Trung Quốc… dẫn đến giá thành cạnh tranh hơn so với trước. 5 Chi phí phần mềm lập trình: Chi phí mua licence phần mềm lập trình tùy thuộc vào hãng sản xuất. Hiện nay có 2 dạng: hãng sản xuất cho phép sử dụng miễn phí và hãng sản xuất yêu cầu mua licence.
Yêu cầu người sử dụng có kiến thức về lập trình PLC: Để thiết bị PLC đáp ứng tốt trong điều khiển, người sử dụng cần có kiến thức căn bản về lập trình PLC. Vai trò của PLC trong hệ thống tự động hóa Cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 đang đặt ra thách thức không nhỏ đối với các doanh nghiệp. Trong dây chuyền sản xuất của doanh nghiệp, PLC không đơn thuần là thiết bị điều khiển đáp ứng về logic và tốc độ mà còn về truyền thông, trao đổi dữ liệu giữa các thiết bị điều khiển khác, tạo nên một mạng lưới khép kín.5 Bộ điều khiển PLC Mitsubishi PLC Mitsubishi là một trong các dòng PLC đang được dùng phổ biến nhất trên thế giới và Việt Nam, được sản xuất bởi tập đoàn Mitsubishi Electric (Nhật Bản). Mitsubishi Electric là một nhà sản xuất tự động hóa công nghiệp toàn diện trên tất cả lĩnh vực sản xuất từ bộ điều khiển đến thiết bị điều khiển truyền động, thiết bị điều khiển phân phối điện và cơ điện tử công nghiệp.
Cùng với việc phát triển sản phẩm phù hợp với nhu cầu của khách hàng, Mitsubishi Electric sử dụng kỹ thuật tiên tiến để cung cấp các giải pháp đáng tin cậy với một tầm nhìn hướng đến những thế hệ mới trong sản xuất. PLC Mitsubishi có ưu điểm lớn về giá thành, chất lượng sản phẩm và khả năng đáp ứng đa dạng các cấu hình yêu cầu các tính năng như: Giao tiếp truyền thông, ngõ vào ra tương tự, bộ đếm ngõ vào tốc độ cao, ngõ ra phát xung tốc độ cao, các module đọc nhiệt độ, loadcell … Dòng FX Series của Mitsubishi: PLC Mitsubishi dòng F/FX được ra đời từ năm 1981, là một loại PLC micro của hãng Mitsubishi nhưng có nhiều tính năng mạnh mẽ. Loại PLC này được tích hợp sẵn các I/O trên CPU. Tùy theo model mà các loại này có dung lượng và bộ nhớ khác nhau.
Dung lượng bộ nhớ có thể từ 2kStep đến 8kStep (hoặc 64kStep nếu gắn thêm bộ nhớ ngoài). Tổng số I/O có thể lên đến 256 I/O. Riêng với FX3U có thể lên đến 384 I/O. Số module mở rộng có thể lên đến 8 module.
Các CPU PLC Mitsubishi dòng FX tích hợp nhiều chức năng trên CPU (Main Unit) như ngõ ra xung hai tọa độ, bộ đếm tốc độ cao (HSC), PID, đồng hồ thời gian thực… 6 Module mở rộng nhiều chủng loại như analog, nhiệt độ, điều khiển vị trí, các module mạng như Cclink, Profibus…. Có các board mở rộng (Extension Board) như analog, các board dùng cho truyền thông chuẩn RS232, RS422, RS485, và USB. Phần mềm lập trình PLC FX series: FXGP_WIN_E, GX_Developer. Ngôn ngữ lập trình: Ladder, Instruction, SFC Các dòng PLC Mitsubishi F/FX Series (MELSEC-F Series) được biết đến như: FX0N, FX0S, FX1N, FX1S, FX2N, FX3U‚ FX3UC‚ FX3GE‚ FX3G‚ FX3GC‚ FX3S, FX3SA, FX3GA.6 Lựa chọn PLC sử dụng trong đồ án Nhóm đồ án lựa chọn Board PLC Mitsubishi loại FX 3U-14 MT Hình 2.
PLC Mitsubishi FX3U-14MT 1. Tìm hiểu về PLC Kỹ thuật điều khiển khả trình đã phát triển mạnh và chiếm một vị trí rát quan trọng trong các ngành kinh tế quốc dân, nó không những thay thế cho cơ cấu Rơ le trước kia mà còn chiếm lĩnh các chức năng quan trọng khác như tính toán, chẩn đoán kỹ thuật này khôngnhững điều khiển hiệu quả hoạt động của từng máy đơn lẻ mà còn có khả năng nối mạng rất mạnh trong việc kết nối mạng sản xuất và hiệu quả, mức tin cậy cũng như độ bề rất cao. Kỹ thuật điều khiển logic khả trình phát triển trên cơ sở công nghiệp máy tính và từng bước phát triển tiếp cận theo nhu cầu phát triển của công nghiệp. Từ đó bộ điều khiển logic khả trình PLC ra đời, ta có thể tạm định nghĩa PLC là một máy tính công nghiệp có khả năng thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển số thông qua một ngôn ngữ lập trình.
Thay cho việc phải thể hiện thuật toán bằng mạch số, với PLC 7 toàn bộ thuật toán chương trình điều khiển được lưu trong bộ nhớ của PLC, dưới dạng các khối chương trình và được thực hiện. Tìm hiểu về PLC họ FX3U Họ PLC Mitsubishi FX3U là thế hệ thành công thứ ba của PLC Mitsubishi Elextric cho thị trường quốc tế. Thiết kế nhỏ gọn, đặc biệt bộ điều khiển với tính năng mới thứ hai đó là bộ chuyển đổi Bus hệ thống trong đó bổ sung cho hệ thống bus hiện có được sử dụng để mở rộng chức năng đặc biệt và bổ sung phát triển module mạng lên mười lần để có thể kết nối được với bộ chuyển đổi Bus mới này. Các tăng cường hỗ trợ mạng cũng tăng thêm công suất I/O của mô hình chủ đạo mới, mà bây giờ có thể được mở rộng tối đa 384 I/O, bao gồm các kết nối mạng ngoài ra, FX3U cũng hỗ trợ đầy đủ Profibus DP cũng như Ethernet, sử dụng giao thức TCP và UDP, tốc độ cao 0,065us theo lý thuyết, Fx3u đi kèm với một bộ nhớ tiêu chuẩn 64k bước, nhiều hươn 8 lần so với bộ nhớ Fx2n.