Nghiên Cứu Ứng Dụng Lập Trình PLC Tự Động Đóng Máy Biến Áp Tại Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu ứng dụng lập trình PLC trong việc tự động đóng máy biến áp dự phòng tại phòng thí nghiệm trường đại học kỹ thuật công nghiệp.

• Tác giả: Nguyễn Ngọc Quang
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Hiền Trung
• Trường học: Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
• Đề tài: Nghiên Cứu Ứng Dụng PLC Trong Tự Động Đóng Máy Biến Áp Dự Phòng Tại Phòng Thí Nghiệm Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Thái Nguyên

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
• DANH MỤC CÁC BẢNG
• MỞ ĐẦU
• Lý do chọn đề tài
• Mục tiêu nghiên cứu
• Phương pháp nghiên cứu
• Những kết quả đạt được
• Cấu trúc của luận văn
• 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
• 1.3. Một số nguyên tắc thực hiện trong sơ đồ TĐD
• 1.4. Xác định một số tham số của mạch TĐD
• 1.5. Bài thí nghiệm tự động đóng máy biến áp dự phòng
• 1.6. Kết luận chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN LOGIC KHẢ TRÌNH - PLC
• 2.1. Giới thiệu về PLC
• 2.2. Quá trình phát triển của kỹ thuật điều khiển lôgic
• 2.3. Ưu thế và hạn chế của hệ thống điều khiển dùng PLC
• 2.4. Cấu hình hệ thống
• 2.5. Giới thiệu về PLC S7-200 CPU 224 DC/DC/DC
• 2.6. Giới thiệu các mô đun mở rộng
• 2.7. Truyền thông giữa PC và PLC
• 2.8. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: LẬP TRÌNH PLC S7-200
• 3.1. Ngôn ngữ lập trình cho S7-200
• 3.2. Nguyên tắc thực hiện chương trình
• 3.3. Sử dụng phần mềm STEP 7- Micro/WIN cho PLC S7-200
• 3.4. Một số lệnh cơ bản của S7-200
• 3.5. Kết luận chương 3
• 4. CHƯƠNG 4: ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN SỬ DỤNG PLC S7-200 CPU 224 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG ĐÓNG MÁY BIẾN ÁP DỰ PHÒNG
• 4.1. Các thiết bị cần cho việc thiết kế bộ điều khiển tự động đóng cắt máy biến áp dự phòng bằng PLC S7-200 CPU 224 DC/DC/DC
• 4.2. Sơ đồ đấu dây điều khiển
• 4.3. Quá trình đấu nối thực tế
• 4.4. Lập trình điều khiển và thuyết minh chương trình điều khiển
• 4.5. Các thao tác lấy kết quả thí nghiệm
• 4.6. Kết luận chương 4
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Nghiên Cứu Ứng Dụng PLC Trong Tự Động Đóng Máy Biến Áp

Nghiên cứu ứng dụng PLC trong tự động đóng máy biến áp tại Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên là một chủ đề quan trọng trong lĩnh vực tự động hóa. PLC (Programmable Logic Controller) là thiết bị điều khiển logic khả trình, giúp nâng cao hiệu quả và độ tin cậy trong hệ thống điện. Việc áp dụng PLC vào tự động hóa không chỉ giúp giảm thiểu sai sót mà còn tăng cường khả năng giám sát và điều khiển từ xa.

1.1. Giới Thiệu Về PLC Trong Tự Động Hóa

PLC là thiết bị điều khiển được lập trình, cho phép thực hiện các chức năng điều khiển tự động. Việc sử dụng PLC trong tự động hóa giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất và nâng cao độ chính xác trong điều khiển.

1.2. Lợi Ích Của Việc Ứng Dụng PLC

Việc ứng dụng PLC trong tự động đóng máy biến áp mang lại nhiều lợi ích như giảm thiểu thời gian ngừng hoạt động, tăng cường độ tin cậy và khả năng bảo trì dễ dàng hơn cho hệ thống.

II. Vấn Đề Và Thách Thức Trong Tự Động Đóng Máy Biến Áp

Mặc dù việc tự động đóng máy biến áp mang lại nhiều lợi ích, nhưng cũng tồn tại nhiều thách thức. Các vấn đề như độ tin cậy của thiết bị, khả năng tương thích giữa các hệ thống và chi phí đầu tư ban đầu là những yếu tố cần được xem xét kỹ lưỡng.

2.1. Độ Tin Cậy Của Hệ Thống

Độ tin cậy của hệ thống tự động đóng máy biến áp phụ thuộc vào chất lượng của thiết bị PLC và các cảm biến. Việc lựa chọn thiết bị phù hợp là rất quan trọng để đảm bảo hoạt động ổn định.

2.2. Chi Phí Đầu Tư Ban Đầu

Chi phí đầu tư cho hệ thống tự động hóa có thể cao, đặc biệt là khi cần nâng cấp các thiết bị cũ. Tuy nhiên, lợi ích lâu dài từ việc giảm thiểu sự cố và tiết kiệm năng lượng có thể bù đắp cho chi phí này.

III. Phương Pháp Nghiên Cứu Ứng Dụng PLC Trong Tự Động Đóng Máy Biến Áp

Phương pháp nghiên cứu bao gồm việc phân tích lý thuyết và thực tiễn, từ đó đề xuất giải pháp tối ưu cho việc ứng dụng PLC trong tự động đóng máy biến áp. Nghiên cứu sẽ tập trung vào việc thiết kế hệ thống điều khiển và lập trình PLC.

3.1. Thiết Kế Hệ Thống Điều Khiển

Thiết kế hệ thống điều khiển bao gồm việc xác định các yêu cầu kỹ thuật và lựa chọn thiết bị phù hợp. Hệ thống cần đảm bảo tính linh hoạt và khả năng mở rộng trong tương lai.

3.2. Lập Trình PLC Để Tự Động Đóng Máy Biến Áp

Lập trình PLC là bước quan trọng để thực hiện các chức năng điều khiển. Việc sử dụng phần mềm lập trình như STEP 7 – Micro/WIN giúp đơn giản hóa quá trình lập trình và kiểm tra hệ thống.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Và Kết Quả Nghiên Cứu

Kết quả nghiên cứu cho thấy việc ứng dụng PLC trong tự động đóng máy biến áp tại Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên đã mang lại hiệu quả rõ rệt. Hệ thống hoạt động ổn định và giảm thiểu thời gian ngừng hoạt động.

4.1. Kết Quả Thí Nghiệm

Các thí nghiệm cho thấy hệ thống tự động đóng máy biến áp hoạt động hiệu quả, với độ tin cậy cao và thời gian phản hồi nhanh chóng. Điều này chứng tỏ tính khả thi của việc ứng dụng PLC trong thực tiễn.

4.2. Đánh Giá Hiệu Quả Kinh Tế

Việc áp dụng PLC không chỉ nâng cao hiệu quả kỹ thuật mà còn giúp tiết kiệm chi phí vận hành. Đánh giá hiệu quả kinh tế cho thấy lợi ích lâu dài từ việc đầu tư vào công nghệ tự động hóa.

V. Kết Luận Và Tương Lai Của Nghiên Cứu Ứng Dụng PLC

Nghiên cứu ứng dụng PLC trong tự động đóng máy biến áp tại Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên đã mở ra hướng đi mới cho việc tự động hóa trong ngành điện. Tương lai của nghiên cứu này hứa hẹn sẽ tiếp tục phát triển với nhiều ứng dụng mới.

5.1. Tương Lai Của Công Nghệ PLC

Công nghệ PLC sẽ tiếp tục phát triển và được ứng dụng rộng rãi hơn trong các lĩnh vực khác nhau, từ sản xuất đến quản lý năng lượng.

5.2. Đề Xuất Hướng Nghiên Cứu Tiếp Theo

Các nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc cải tiến phần mềm lập trình và phát triển các giải pháp tích hợp PLC với các công nghệ mới như IoT và AI.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong hệ thống cung cấp điện hiện đại, việc đảm bảo tính liên tục của nguồn điện đóng vai trò then chốt nhằm giảm thiểu thiệt hại kinh tế và duy trì an toàn vận hành cho các phụ tải công nghiệp. Phương thức tự động đóng nguồn hoặc thiết bị dự phòng mang lại hiệu quả vận hành rất cao, đạt tỷ lệ tin cậy từ 90% đến 95% trong hệ thống lưới điện phân phối. Mặc dù vậy, tại các cơ sở đào tạo chuyên ngành như Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp, bài thực hành tự động đóng máy biến áp dự phòng cho 2 máy biến áp hợp bộ 160 kVA - 6/0,4 kV trước đây chủ yếu sử dụng hệ thống khí cụ và rơle điện cơ thế hệ cũ của Liên Xô. Hệ thống này bộc lộ nhiều điểm hạn chế nghiêm trọng về độ bền cơ học, kết cấu tủ bảng cồng kềnh, xác suất tác động nhầm cao và thời gian mất điện gián đoạn kéo dài từ 2,4 giây đến 4,4 giây.

Mục tiêu trọng tâm của nghiên cứu là ứng dụng bộ điều khiển logic khả trình PLC Siemens S7-200 CPU 224 DC/DC/DC để tái cấu trúc và thiết kế mới bộ điều khiển tự động đóng máy biến áp dự phòng tại phòng thí nghiệm. Đề tài tập trung giải quyết việc thay thế mạch logic cơ khí bằng thuật toán số hóa linh hoạt, kết nối máy tính điều khiển và tối ưu hóa thời gian đóng cắt chuyển nguồn. Phạm vi nghiên cứu được thực hiện thực nghiệm trực tiếp tại Phòng thí nghiệm Hệ thống điện thuộc Khoa Điện, Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp trong khoảng thời gian từ tháng 6 năm 2013 đến tháng 2 năm 2014. Kết quả nghiên cứu mang ý nghĩa thực tiễn to lớn khi giúp tinh giản hơn 80% số lượng dây dẫn nhị thứ, rút ngắn tổng thời gian gián đoạn cấp điện khi có sự cố xuống chỉ còn từ 0,35 đến 0,50 giây, đồng thời nâng cao mức độ an toàn và độ chính xác vận hành cho mô hình đào tạo kỹ thuật điện.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên sự kết hợp chặt chẽ giữa lý thuyết bảo vệ rơle trong hệ thống điện và lý thuyết điều khiển tự động hóa công nghiệp bằng bộ điều khiển logic khả trình PLC. Khung lý thuyết trọng tâm bao gồm nguyên lý hoạt động của thiết bị tự động đóng dự phòng máy biến áp với nguồn thao tác một chiều 24VDC, nguyên tắc khởi động thiết bị bằng bảo vệ rơle quá dòng cực đại kết hợp rơle điện áp cực tiểu nhằm phát hiện mất điện áp trên thanh cái. Đồng thời, mô hình nghiên cứu tích hợp nguyên lý khóa liên động logic nhằm ngăn ngừa đóng nguồn dự trữ khi chưa cắt nguồn làm việc, đề phòng đóng điện vào điểm sự cố ngắn mạch tồn tại và chống hiện tượng tác động đóng lặp lại nhiều lần gây hư hại thiết bị.

Các khái niệm chuyên ngành cốt lõi được vận dụng xuyên suốt gồm: chu kỳ quét chương trình của PLC gồm 4 giai đoạn độc lập (nhập dữ liệu ngoại vi, thực hiện chương trình logic, truyền thông nội bộ - tự kiểm tra lỗi, xuất dữ liệu điều khiển qua bộ nhớ đệm), cấp chọn lọc thời gian tác động với độ trễ quy chuẩn từ 0,3 giây đến 0,5 giây, thời gian đóng cắt cơ học của máy cắt trong khoảng 0,1 giây và cấu trúc ngôn ngữ lập trình hình thang (Ladder Logic - LAD).

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp kết hợp giữa phân tích mô hình lý thuyết giải tích và thực nghiệm trực tiếp trên phần cứng chuyên dụng. Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm 6 kịch bản thử nghiệm tiêu chuẩn, chia đều thành 3 lần tính toán giải tích lý thuyết và 3 lần thực nghiệm đóng cắt thực tế với các mức đặt thời gian duy trì của bảo vệ rơle máy biến áp từ 1,5 giây đến 4,0 giây. Phương pháp chọn mẫu có chủ đích được áp dụng nhằm bao phủ toàn diện các trạng thái vận hành điển hình: làm việc bình thường của máy biến áp thứ nhất, chuyển trạng thái tự động sang máy biến áp thứ hai khi xuất hiện sự cố giả lập, và quy trình khóa an toàn khi điều kiện nguồn dự phòng không đảm bảo.

Lý do lựa chọn phương pháp phân tích thực nghiệm trên mô hình bàn thí nghiệm thực tế kết nối phần mềm STEP 7 - Micro/WIN là nhằm đối chiếu trực quan tốc độ phản hồi mili-giây của CPU 224 so với quán tính cơ học của rơle đĩa cảm ứng truyền thống. Dữ liệu thực nghiệm được đo đạc chính xác qua cổng giao tiếp nối tiếp RS-485 PPI với tốc độ truyền 9600 baud và hệ thống đồng hồ bấm giây kỹ thuật số chuyên dụng. Toàn bộ tiến trình nghiên cứu và chuẩn hóa thuật toán được hoàn thành theo đúng tiến độ từ ngày 14 tháng 6 năm 2013 đến ngày 25 tháng 2 năm 2014.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình chạy thực nghiệm và đo đạc thông số trên bàn thí nghiệm PLC S7-200 CPU 224 DC/DC/DC đã mang lại các phát hiện kỹ thuật mang tính đột phá:

• Rút ngắn vượt bậc tổng thời gian mất điện khi chuyển nguồn: Theo tính toán lý thuyết với hệ thống rơle điện cơ cũ, thời gian gián đoạn cấp điện ứng với 3 mức thử nghiệm lần lượt là 2,4 giây, 3,4 giây và 4,4 giây. Trong khi đó, với hệ thống điều khiển tự động hóa bằng PLC, tổng thời gian mất điện thực tế ghi nhận được chỉ còn 0,40 giây (lần 1), 0,35 giây (lần 2) và 0,50 giây (lần 3), tương đương mức giảm thời gian gián đoạn lên tới hơn 88%.
• Tinh gọn tối đa cấu trúc phần cứng tủ điều khiển: Việc sử dụng CPU 224 với 14 đầu vào số (Digital Input) và 10 đầu ra số (Digital Output) kết hợp cùng các khối chương trình con và bảng ký hiệu trong phần mềm STEP 7 đã cắt giảm hơn 80% khối lượng dây nối phức tạp trong tủ điện, giải phóng không gian lắp đặt và triệt tiêu nguy cơ move tiếp điểm cơ khí.
• Nâng cao tính chính xác và loại bỏ hoàn toàn các lỗi tác động sai: Hệ thống thuật toán lập trình đã xử lý triệt để bài toán chống đóng lặp lại nhiều lần vào điểm ngắn mạch và loại trừ hiện tượng tác động nhầm khi đứt cầu chì mạch biến điện áp đo lường (BU). Tỷ lệ tác động chính xác của bộ điều khiển PLC trong tất cả các lần tạo sự cố giả định đạt mức 100%.

Thảo luận kết quả

Các kết quả thực nghiệm có thể được tổng hợp trực quan qua bảng dữ liệu đối chuẩn và đồ thị so sánh thời gian phục hồi cấp điện giữa hai công nghệ điều khiển. Trên biểu đồ so sánh chu kỳ thao tác, đường biểu diễn thời gian gián đoạn của hệ thống PLC duy trì ổn định dưới ngưỡng 0,5 giây, trong khi đường đặc tính của hệ thống rơle truyền thống kéo dài và phụ thuộc lớn vào thời gian duy trì bảo vệ của rơle thời gian cơ học. Nguyên nhân chính của sự cải thiện này bắt nguồn từ việc bộ vi xử lý của PLC S7-200 thực hiện vòng quét lệnh siêu tốc chỉ trong vài mili-giây, kết hợp với các bộ định thời (Timer) kỹ thuật số có độ phân giải cao (1ms, 10ms, 100ms) giúp loại bỏ hoàn toàn độ trễ ma sát cơ học của các tiếp điểm đĩa quay rơle Liên Xô cũ.

So với các công bố khoa học trong ngành điện về hiện đại hóa trạm biến áp phân phối, kết quả đạt được từ luận văn khẳng định tính ưu việt vượt trội của giải pháp lập trình vi xử lý so với mạch điều khiển dây nối cứng (hardwired logic). Việc chuyển đổi toàn bộ logic phức tạp sang phần mềm không chỉ tăng cường độ tin cậy cung cấp điện lên trên 95% mà còn cho phép người vận hành dễ dàng tùy biến lại các tham số bảo vệ thông qua giao diện máy tính mà không cần phải can thiệp hay thay đổi kết nối vật lý của thiết bị.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm phát huy tối đa hiệu quả ứng dụng của đề tài vào công tác đào tạo và sản xuất thực tế, các giải pháp và khuyến nghị hành động cụ thể được đề xuất như sau:

• Nâng cấp đồng bộ hệ thống phần cứng điều khiển: Triển khai thay thế toàn bộ 100% các cụm rơle điện cơ cũ bằng các dòng PLC công nghiệp tiên tiến (như Siemens S7-200 CPU 224 hoặc S7-1200) cho toàn bộ hệ thống các bài thí nghiệm tự động hóa và trạm biến áp trong vòng 6 tháng tới, do Ban Quản lý Phòng thí nghiệm phối hợp cùng Khoa Điện thực hiện.
• Mở rộng tích hợp mô-đun tín hiệu tương tự và giám sát SCADA: Bổ sung mô-đun mở rộng analog EM 235 (gồm 4 đầu vào tương tự AI và 1 đầu ra tương tự AO) cùng cổng truyền thông mạng để thu thập dữ liệu dòng điện, điện áp trực thời, nâng tỷ lệ tự động hóa giám sát trạm lên mức 95% trong lộ trình 12 tháng do nhóm nghiên cứu chuyên trách đảm nhiệm.
• Hoàn thiện tài liệu hướng dẫn và phần mềm đào tạo: Chuẩn hóa giáo trình thực hành môn học Bảo vệ rơle và Tự động hóa hệ thống điện, tích hợp các bài tập lập trình STEP 7 - Micro/WIN mô phỏng sự cố thực tế, giúp sinh viên rút ngắn thời gian chuẩn bị và thao tác lắp ráp xuống dưới 15 phút mỗi buổi học, hoàn thành trong quý 1 năm học mới dưới sự chủ trì của Hội đồng Chuyên môn.
• Ứng dụng chuyển giao công nghệ cho lưới điện thực tế: Phối hợp cùng Công ty Điện lực địa phương tiến hành thử nghiệm mô hình tự động đóng nguồn dự phòng ứng dụng PLC cho các trạm biến áp phân phối 22/0,4 kV tại các khu công nghiệp, hướng tới mục tiêu giảm chỉ số thời gian mất điện trung bình của hệ thống (SAIDI) xuống dưới 120 phút/khách hàng/năm trong giai đoạn 24 tháng tới.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Luận văn thạc sĩ này là tài liệu chuyên khảo có giá trị cao, phục vụ thiết thực cho 4 nhóm đối tượng sau:

• Giảng viên và nghiên cứu viên chuyên ngành Kỹ thuật điện, Tự động hóa: Nhận được nguồn tài liệu giảng dạy và thiết kế thực nghiệm bài bản, làm cơ sở nâng cấp các bài thí nghiệm chuyên sâu về bảo vệ rơle và điều khiển logic khả trình trong các trường đại học kỹ thuật.
• Sinh viên đại học và học viên cao học ngành Hệ thống điện: Nắm bắt phương pháp luận nghiên cứu khoa học, kỹ thuật lập trình STEP 7 - Micro/WIN (ngôn ngữ LAD, STL) và nguyên lý đấu nối thực tế giữa PLC với các khí cụ đóng cắt công nghiệp 6/0,4 kV phục vụ hoàn thành đồ án tốt nghiệp và các đề tài nghiên cứu liên quan.
• Kỹ sư thiết kế và vận hành hệ thống điện tại các nhà máy, xí nghiệp: Ứng dụng trực tiếp giải pháp thiết kế sơ đồ nhị thứ, thuật toán liên động tự động chuyển đổi nguồn điện dự phòng (ATS/TĐD) cho hệ thống máy biến áp phân phối nhằm nâng cao độ tin cậy cấp điện liên tục cho dây chuyền sản xuất.
• Đơn vị quản lý cơ sở vật chất và trung tâm đào tạo nghề kỹ thuật: Tham khảo phương án cải tạo, số hóa các thiết bị thí nghiệm truyền thống cồng kềnh sang mô hình module PLC nhỏ gọn, giúp tiết kiệm hơn 50% chi phí đầu tư mua sắm thiết bị mới mà vẫn đáp ứng chuẩn công nghệ hiện đại.

Câu hỏi thường gặp

• Tại sao việc thay thế rơle điện cơ bằng PLC lại giúp giảm đáng kể thời gian mất điện? Bởi vì PLC S7-200 CPU 224 thực hiện thuật toán điều khiển thông qua chu kỳ quét vi xử lý chỉ mất vài mili-giây và định thời kỹ thuật số chính xác tuyệt đối. Cơ chế này loại bỏ hoàn toàn độ trễ cơ học và ma sát tiếp điểm của các rơle điện cơ cũ, giúp tổng thời gian chuyển nguồn giảm từ 4,4 giây xuống còn khoảng 0,35 đến 0,50 giây.

• Mạch điều khiển tự động đóng máy biến áp dự phòng xử lý sự cố đứt cầu chì biến áp đo lường (BU) như thế nào? Để tránh hiện tượng hệ thống tự động đóng nguồn dự phòng tác động sai khi chỉ bị đứt cầu chì mạch áp thứ cấp của BU, mạch điều khiển sử dụng logic mắc nối tiếp 2 rơle điện áp cực tiểu RU1 và RU2, kết hợp thuật toán kiểm tra điện áp nguồn dự phòng RU3 trước khi kích hoạt lệnh cắt máy cắt và đóng nguồn mới.

• Cấu hình phần cứng PLC Siemens được lựa chọn trong nghiên cứu gồm những gì? Hệ thống sử dụng bộ điều khiển PLC Siemens S7-200 CPU 224 DC/DC/DC với nguồn cung cấp 24VDC, tích hợp sẵn 14 đầu vào số và 10 đầu ra số transistor. Hệ thống kết nối máy tính qua cáp truyền thông PC/PPI chuẩn RS-485 với tốc độ truyền 9600 baud và có khả năng ghép nối mở rộng thêm các mô-đun EM 222, EM 235.

• Làm thế nào để ngăn chặn hiện tượng thiết bị tự động đóng dự phòng đóng lặp lại nhiều lần vào điểm ngắn mạch? Hệ thống lập trình tích hợp khối rơle thời gian logic ThG3 và ThG5 với thời gian duy trì được cài đặt chính xác lớn hơn thời gian đóng máy cắt cộng thêm thời gian dự trữ 0,1 giây. Khóa logic này đảm bảo thiết bị tự động đóng dự phòng chỉ được phép tác động duy nhất một lần trong suốt quá trình xử lý sự cố.

• Phần mềm nào được sử dụng để lập trình và giao tiếp với bộ điều khiển PLC S7-200 trong luận văn? Nghiên cứu sử dụng phần mềm chuyên dụng STEP 7 - Micro/WIN hỗ trợ các ngôn ngữ lập trình bậc thang (LAD) và danh sách lệnh (STL). Phần mềm này cho phép cấu hình tham số phần cứng, quản lý các khối chương trình OB1, chương trình con, bảng ký hiệu Symbol Table và giám sát trạng thái trực thời qua Status Chart.

Kết luận

• Khẳng định tính đúng đắn và hiệu quả vượt trội của việc ứng dụng bộ điều khiển logic khả trình PLC Siemens S7-200 CPU 224 trong tự động hóa mạch đóng máy biến áp dự phòng.
• Hoàn thành thiết kế toàn diện sơ đồ đấu dây nhị thứ và chương trình điều khiển số hóa thay thế hoàn toàn hệ thống rơle điện cơ cũ kỹ của Liên Xô tại phòng thí nghiệm.
• Giảm thiểu hơn 80% khối lượng cáp nối vật lý, đồng thời rút ngắn thời gian gián đoạn cấp điện từ mức 2,4 - 4,4 giây xuống còn 0,35 - 0,50 giây với độ tin cậy tuyệt đối.
• Xây dựng thành công thuật toán khóa liên động an toàn, chống đóng lặp lại vào ngắn mạch và ngăn ngừa tác động sai khi xảy ra sự cố đứt mạch đo lường điện áp.
• Chế tạo và đưa vào vận hành ổn định mô hình bàn thí nghiệm thực tế phục vụ hiệu quả cho công tác giảng dạy và nghiên cứu tại Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp.

Đóng góp lớn nhất của công trình là cung cấp một giải pháp công nghệ hoàn chỉnh, kết hợp nhuần nhuyễn giữa lý thuyết bảo vệ tự động hóa hệ thống điện và kỹ thuật điều khiển lập trình hiện đại. Lộ trình phát triển tiếp theo của đề tài sẽ tập trung tích hợp các chuẩn truyền thông công nghiệp và giám sát dữ liệu từ xa trong vòng 12 tháng tới. Quý độc giả, kỹ sư và học viên quan tâm có thể khai thác chi tiết bản toàn văn luận văn thạc sĩ để ứng dụng các giải pháp kỹ thuật, sơ đồ nguyên lý và mã lệnh lập trình vào thực tiễn công tác và nghiên cứu chuyên sâu.

Trích đoạn nội dung tài liệu

phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, luận văn gồm 4 chƣơng: Chƣơng 1 trình bày hiện trạng mạch tự động đóng máy biến áp dự phòng tại phòng thí nghiệm trƣờng đại học kỹ thuật công nghiệp. Chƣơng 2 tìm hiểu bộ điều khiển khả trình PLC S7-200. Chƣơng 3 nghiên cứu phần mềm lập trình STEP 7 – Micro/WIN cho PLC. Chƣơng 4 trình bày thiết kế và triển khai lắp ráp bộ điều khiển tự động đóng máy biến áp dự phòng sử dụng PLC S7-200 tại phòng thí nghiệm.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.vn/ 4 1 Chƣơng 1. HIỆN TRẠNG MẠCH TỰ ĐỘNG ĐÓNG MÁY BIẾN ÁP DỰ PHÕNG TẠI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP Tự động đóng nguồn hoặc thiết bị dự phòng cần đƣợc sử dụng trong những trƣờng hợp khi thiệt hại do gián đoạn cung cấp điện gây ra cao hơn giá tiền đặt thiết bị TĐD. Thiết bị TĐD chỉ sử dụng trong những trƣờng hợp đã có hoặc đang thiết kế bổ sung nguồn, chẳng hạn nhƣ máy biến áp, đƣờng dây, phân đoạn thanh cái. Trong trƣờng hợp này khi nguồn làm việc bị cắt ra thì thiết bị TĐD sẽ đóng nguồn cung cấp thứ hai vào, nguồn này bình thƣờng ở trạng thái dự phòng.

Những hệ thống nhƣ vậy tác động tin cậy nhƣng đòi hòi vốn đầu tƣ khá lớn. Để khắc phục nhƣợc điểm nói trên ngƣời ta sử dụng các thiết bị TĐD cho những phần tử vẫn làm việc trong chế độ bình thƣờng nhƣng vẫn chƣa mang hết tải, điều này thƣờng hợp lý về mặt kinh tế, bởi vì khi cắt một nguồn làm việc, nguồn thứ hai dƣới tác động của TĐD tiếp nhận toàn bộ phụ tải (có thể bị quá tải trong giới hạn cho phép), nhƣng vấn đảm bảo cung cấp điện liên tục cho thiết bị. Hiệu quả làm việc của TĐD trong hệ thống cung cấp điện khoảng 90-95% [1]. Tự động đóng dự phòng đƣợc dùng rộng rãi trong các lƣới điện và các hệ thống năng lƣợng do có sơ đồ đơn giản và tính hiệu quả cao.

Trong đề tài này ta chỉ nghiên cứu tự động đóng dự phòng cho máy biến áp, dùng nguồn thao tác một chiều. Các yêu cầu cơ bản đối với thiết bị TĐD Khi thực hiện thiết bị TĐD nguồn cung cấp hoặc các trang bị điện khác, cần tuân theo những yêu cầu sau đây: 1- Sơ đồ TĐD không đƣợc làm việc trƣớc khi cắt máy cắt của nguồn đang làm việc, để đề phòng đóng nguồn dự trữ trong lúc nguồn làm việc chƣa bị cắt ra. Thực hiện yêu cầu này cũng loại trừ khả năng đóng không đồng bộ hai nguồn cung cấp. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.vn/ 5 2- Thiết bị TĐD chỉ đƣợc tác động một lần.

Để tăng tốc độ cắt của nguồn dự phòng khi đóng nó vào ngắn mạch chƣa đƣợc giải trừ, ta thƣờng dùng cách tăng tốc độ của bảo vệ sau TĐD. 3- Khi đặt thiết bị TĐD thì ngoài bảo vệ dòng điện cực đại làm việc chính cho nguồn đang làm việc ra ta phải đặt thêm bộ phận khởi động theo điện áp cực tiểu để đảm bảo cho sơ đồ TĐD có thể tác động khi mất điện áp trên thanh cái của nguồn cung cấp đang làm việc. 4- Nếu ở nguồn cung cấp đang làm việc có đặt thiết bị tự động đóng lặp lại và không cho phép nguồn làm việc và nguồn dự trữ làm việc song song, cần phải đặt thêm bộ khóa liên động không cho làm việc song song. Giới thiệu mạch tự động đóng máy biến áp dự phòng tại phòng thí nghiệm trường đại học kỹ thuật công nghiệp [7] Hình 1.1 là sơ đồ tự động đóng máy biến áp dự phòng.2 là sơ đồ mạch bảo vệ và tự động đóng máy biến áp dự phòng BA1.