Giới thiệu dự án

Trong bối cảnh đô thị hóa và phát triển công nghiệp mạnh mẽ, các vụ cháy tại nhà xưởng, khu chung cư và tòa nhà cao tầng đang gây ra thiệt hại nghiêm trọng về người và tài sản. Theo thống kê của Cục Cảnh sát Phòng cháy, chữa cháy và Cứu nạn, cứu hộ (PCCC & CNCH), hơn 60% sự cố cháy nổ xuất phát từ sự cố hệ thống điện hoặc lan rộng mất kiểm soát do mất điện lưới cục bộ khiến hệ thống bơm chữa cháy và thiết bị báo động tê liệt hoàn toàn.

                  ┌───────────────────────────────┐
                  │   Mô hình Tủ điện ATS & PCCC  │
                  └───────────────┬───────────────┘
                                  │
         ┌────────────────────────┼────────────────────────┐
         ▼                        ▼                        ▼
┌─────────────────┐      ┌─────────────────┐      ┌─────────────────┐
│ Nguồn Lưới 220V │      │   UPS Online    │      │ Máy phát ELEMAX │
│   (Grid Power)  │      │  Bluegate 4kVA  │      │  SH5300EX 5kVA  │
└────────┬────────┘      └────────┬────────┘      └────────┬────────┘
         │                        │                        │
         └────────────────┐       │       ┌────────────────┘
                          ▼       ▼       ▼
                 ┌─────────────────────────────────┐
                 │   Hệ thống Chuyển nguồn ATS     │
                 │    (PLC LOGO! 8 + Contactor)    │
                 └────────────────┬────────────────┘
                                  │
         ┌────────────────────────┴────────────────────────┐
         ▼                                                 ▼
┌─────────────────────────────────┐      ┌─────────────────────────────────┐
│ Bộ điều khiển PLC S7-1200 1212C │      │ Cụm Robot Chữa cháy 2 DOF       │
│ - Modbus RTU Master (MFM384)    │      │ - Flame Sensor (760-1100nm)     │
│ - Profinet S7 Comm với LOGO!    │      │ - Bơm cao áp & DroidCam IP      │
│ - Web Server Dashboard HTTP     │      │ - Điều khiển góc quét tự động   │
└─────────────────────────────────┘      └─────────────────────────────────┘

Vấn đề cốt lõi của các hệ thống PCCC truyền thống hiện nay gồm:

  • Phụ thuộc thụ động vào nguồn điện lưới: Khi chập cháy làm nhảy Aptomat tổng hoặc cắt điện khu vực, hệ thống bơm không kịp khởi động hoặc mất hoàn toàn nguồn điều khiển.
  • Cơ chế kích hoạt chậm và thiếu chính xác: Đầu phun Sprinkler cơ khí chỉ vỡ khi nhiệt độ môi trường vượt ngưỡng (thường là $68^\circ\text{C}$), tạo độ trễ lớn khiến đám cháy đã bùng phát trên diện rộng trước khi được xử lý.
  • Thiếu khả năng định hướng dập lửa cục bộ: Nước phun tràn lan làm hư hỏng thiết bị điện tử, máy móc xung quanh mà không tập trung vào gốc lửa.
  • Giám sát phân tán, thiếu kết nối tập trung từ xa: Nhân sự vận hành không thể theo dõi trực tiếp các thông số điện năng ($U, I, P, Q, \cos\varphi$) và hình ảnh hiện trường theo thời gian thực.

Dự án "Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mô hình tủ điện cấp nguồn tự động, điều khiển cho hệ thống chữa cháy" của nhóm sinh viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa - Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật (Đại học Đà Nẵng) được triển khai nhằm giải quyết các tồn tại trên.

Mục tiêu dự án

  1. Thiết kế và chế tạo tủ chuyển nguồn tự động ATS 3 cấp: Tích hợp linh hoạt giữa nguồn lưới dân dụng, bộ lưu điện UPS và máy phát điện dự phòng, đảm bảo thời gian chuyển mạch tức thời cho mạch điều khiển và dưới 10 giây cho toàn bộ máy phát.
  2. Xây dựng cụm robot chữa cháy 2 bậc tự do (Pan-Tilt 2 DOF): Tích hợp cảm biến quang phổ lửa kết hợp vòi phun định hướng chính xác vào tâm điểm ngọn lửa.
  3. Phát triển mạng truyền thông công nghiệp đa tầng: Kết nối PLC Siemens S7-1200 CPU 1212C, PLC LOGO! 8 qua giao thức Profinet, kết nối đồng hồ đa năng Selec MFM384 qua chuẩn Modbus RTU RS485.
  4. Triển khai Web Server nhúng trên PLC: Cho phép hiển thị bảng điều khiển SCADA tinh gọn trên nền tảng web, tích hợp luồng video từ camera IP giám sát thời gian thực.

Giải pháp kỹ thuật và Phạm vi

  • Giải pháp tiếp cận: Ứng dụng cấu trúc điều khiển phân tán (DCS phân tầng). PLC LOGO! chịu trách nhiệm chuyên trách cho phần logic chuyển nguồn ATS độc lập; PLC S7-1200 đảm nhiệm vai trò trung tâm điều phối, xử lý thuật toán dập lửa, thu thập dữ liệu đo đếm điện năng và vận hành Web Server.
  • Phạm vi nghiên cứu: Mô hình thử nghiệm cấp điện áp 1 pha $220\text{ VAC}$ và động lực 24 VDC; tải mô phỏng công suất động cơ bơm và thiết bị phụ trợ; đánh giá hiệu quả phát hiện dập lửa bằng cảm biến quang hồng ngoại trong không gian mô phỏng phòng vận hành kín.

Phân tích và thiết kế giải pháp

Phân tích hiện trạng

Tiêu chí so sánh Tủ ATS & PCCC Relay truyền thống Hệ thống PCCC Sprinkler cơ khí Mô hình tích hợp PLC S7-1200 & LOGO!
Nguồn cấp dự phòng 2 nguồn (Lưới - Máy phát), ngắt mạch ngắn khi đề 1 nguồn duy nhất (hoặc bơm diesel phụ trợ) 3 nguồn (Lưới - UPS - Máy phát), điều khiển liên tục 0ms
Độ trễ kích hoạt Thủ công hoặc cơ khí trễ 15–45s 30–90s (chờ vỡ bóng thủy tinh nhiệt) Dưới 2.5s (Cảm biến quang điện tử)
Định hướng vòi phun Không có (phun cố định/xả tràn) Xả diện rộng gây úng ngập phòng máy Robot 2 trục Pan-Tilt bám theo tọa độ lửa
Giám sát năng lượng Đồng hồ kim Analog cơ bản Không tích hợp Modbus RTU đọc Selec MFM384 Class 1
Giao diện người dùng Đèn báo pha, nút bấm tủ điện Không có Web Server HTML5/CSS nhúng trên PLC

Hệ thống được xác định theo mô hình ưu tiên yêu cầu MoSCoW:

  • Must Have: Tự động chuyển mạch ATS khi mất pha/mất điện lưới; cảm biến lửa nhận diện và kích hoạt còi báo, bật bơm dập lửa; ngắt nguồn khẩn cấp qua nút E-Stop IP65.
  • Should Have: Đọc liên tục các thông số điện năng qua Modbus RS485 về PLC; truyền thông Profinet đồng bộ giữa S7-1200 và LOGO! 8; giao diện Web Server điều khiển từ xa.
  • Could Have: Tích hợp luồng camera DroidCam qua giao thức HTTP; điều khiển thủ công góc quay robot trên giao diện Web.
  • Won't Have: Xử lý ảnh AI nhận diện khói bằng Computer Vision trực tiếp trên PLC (do giới hạn phần cứng CPU 1212C).

Thiết kế hệ thống

Kiến trúc hệ thống chia thành 3 lớp rõ rệt:

[ LỚP GIÁM SÁT & QUẢN TRỊ ]
  └─ Web Browser (PC / Mobile) <--- HTTP ---> Web Server nhúng trên PLC S7-1200
  └─ DroidCam Streaming Client <--- HTTP ---> Camera quan sát hiện trường

[ LỚP ĐIỀU KHIỂN TRUNG TÂM & MẠNG TRUYỀN THÔNG ]
  ├─ PLC Siemens S7-1200 CPU 1212C DC/DC/DC (Master)
  │    ├─ Cổng PROFINET (RJ45): Kết nối S7 Communication (PUT/GET) với LOGO! 8
  │    └─ Module CB 1241 RS485: Giao thức Modbus RTU Master (Baudrate 9600, 8-N-1)
  └─ PLC Siemens LOGO! 24RCE (Slave / ATS Sub-controller)

[ LỚP THIẾT BỊ ĐO LƯỜNG & CHẤP HÀNH ]
  ├─ Thiết bị đo: Đồng hồ Selec MFM384 + 03 Biến dòng CT Andeli MSQ-30 200/5A
  ├─ Thiết bị bảo vệ: Chống sét lan truyền Suntree SUP1-40 40kA, MCB Vanlock 2P-25A
  ├─ Thiết bị cảm biến: Flame Sensor C121 (dải quang 760-1100 nm, LM393)
  ├─ Nguồn dự phòng: UPS Bluegate 4kVA Online + Máy phát ELEMAX SH5300EX 5.3kVA
  └─ Cơ cấu chấp hành: Động cơ servo Pan-Tilt vòi phun + Contactor LS MC-9b đóng cắt bơm

Bảng thông số kỹ thuật phần cứng

  • PLC S7-1200 CPU 1212C DC/DC/DC (6ES7212-1AE40-0XB0): Bộ nhớ làm việc 50 KB, 8 DI 24VDC, 6 DO 24VDC, 2 AI 0-10V, tích hợp Web Server và Ethernet Profinet.
  • Module RS485 CB 1241 (6ES7241-1CH30-1XB0): Gắn trực tiếp trên mặt CPU, hỗ trợ chuẩn truyền thông nối tiếp 2 dây cân bằng, khoảng cách truyền tối đa 1200 m.
  • Đồng hồ đa năng Selec MFM384: Màn hình LCD 4 hàng, đo $V_{LN}, V_{LL}, I_{1,2,3}, F, P, Q, S, \text{PF}, \text{kWh}$, hỗ trợ cổng Modbus RTU qua terminal A-B.
  • Thiết bị bảo vệ & Đóng cắt: Contactor 3 pha LS MC-9b (dòng định mức 9A, 4kW, tiếp điểm 1NO+1NC, điện áp thử nghiệm xung 6kV); MCB chống sét Suntree SUP1-40 (Dòng cắt sét xung $I_{\max} = 40\text{ kA}$, điện áp bảo vệ $U_c = 275\text{ VAC}$).

Phương pháp triển khai (Methodology)

Dự án áp dụng mô hình phát triển V-Model cải tiến cho kỹ thuật tự động hóa, bao gồm:

  1. Khảo sát & Lập đặc tả yêu cầu: Xác định phụ tải thực tế, tính toán chọn biến dòng CT, CB chống sét và dung lượng máy phát.
  2. Thiết kế điện & Thuật toán: Vẽ sơ đồ nguyên lý mạch động lực, mạch điều khiển trên AutoCAD Electrical; xây dựng lưu đồ giải thuật ATS và PCCC.
  3. Lập trình & Cấu hình phần mềm: Viết chương trình Ladder/SCL trên TIA Portal V16, thiết kế Function Block Modbus, cấu hình kết nối mạng trên LOGO! Soft Comfort V8.
  4. Tích hợp phần cứng & Thử nghiệm liên động: Lắp ráp tủ điện công nghiệp theo chuẩn phân vùng chống nhiễu (cách ly dây động lực và dây tín hiệu RS485/Profinet), hiệu chỉnh sai số đo đếm và kiểm thử dập lửa thực địa.

Implementation và kết quả

Quy trình phát triển và Thuật toán điều khiển

Hệ thống xử lý song song hai luồng điều khiển chính:

1. Thuật toán chuyển nguồn tự động ATS (FSM State Machine trên LOGO! 8)

  • Khi cảm biến điện áp báo mất lưới ($I_3 = 0$), hệ thống kích hoạt bộ đếm thời gian trễ $T_1 = 3\text{s}$ để lọc sụt áp thoáng qua.
  • Nếu mất điện thực sự: Cắt Contactor lưới ($Q_1 = 0$), gửi xung khởi động đề máy phát qua tiếp điểm $Q_3$.
  • Máy phát hoạt động ổn định ($I_4 = 1$ sau 5 giây chạy không tải), đóng Contactor máy phát ($Q_2 = 1$).
  • Khi có điện lưới trở lại ($I_3 = 1$): Duy trì đếm kiểm tra ổn định $T_2 = 5\text{s}$, cắt tải máy phát ($Q_2 = 0$), đóng tải điện lưới ($Q_1 = 1$), duy trì máy phát chạy làm mát 10 giây rồi xuất lệnh tắt qua $Q_4$.

2. Thuật toán giao tiếp Modbus RTU thu thập dữ liệu Selec MFM384 trên PLC S7-1200

Dữ liệu điện áp, dòng điện và tần số được lấy từ vùng nhớ Holding Registers của đồng hồ Selec MFM384 qua khối hàm chuẩn MB_COMM_LOAD và MB_MASTER (TIA Portal V16).

// Khối hàm SCL khởi tạo và đọc dữ liệu Modbus RTU từ Selec MFM384
// File: Modbus_Energy_Read.scl
PROGRAM "Read_Energy_Data"
VAR
    mb_comm_load_inst : MB_COMM_LOAD;
    mb_master_inst    : MB_MASTER;
    comm_done         : Bool;
    comm_error        : Bool;
    comm_status       : Word;
    master_done       : Bool;
    master_busy       : Bool;
    master_error      : Bool;
    master_status     : Word;
    raw_buffer        : ARRAY[0..19] OF Word; // Lưu trữ 20 Words thanh ghi Modbus
END_VAR

BEGIN
    // 1. Cấu hình cổng giao tiếp CB 1241 RS485 (Hardware ID: 269)
    mb_comm_load_inst(
        REQ        := "FirstScan",
        "PORT"     := 269,
        BAUD       := 9600,
        PARITY     := 0,        // 0: None
        FLOW_CTRL  := 0,
        RTS_ON_DLY := 0,
        RTS_OFF_DLY:= 0,
        RESP_TO    := 1000,     // Timeout: 1000 ms
        MB_DB      := "MB_MASTER_DB",
        DONE       => comm_done,
        ERROR      => comm_error,
        STATUS     => comm_status
    );

    // 2. Thực thi lệnh đọc thanh ghi (Function Code 03 - Read Holding Registers)
    // Selec MFM384 Modbus Address: 30001 (Voltage VLN), MB_ADDR: 1
    IF NOT master_busy THEN
        mb_master_inst(
            REQ     := "Clock_1Hz",     // Kích hoạt chu kỳ đọc 1 giây/lần
            MB_ADDR := 1,               // Địa chỉ Slave ID của đồng hồ Selec
            MODE    := 0,               // 0 = Đọc dữ liệu
            DATA_ADDR := 40001,         // Bắt đầu từ thanh ghi 40001 (0x0000)
            DATA_LEN  := 20,            // Đọc 20 thanh ghi liên tiếp
            DATA_PTR  := raw_buffer,
            DONE    => master_done,
            BUSY    => master_busy,
            ERROR   => master_error,
            STATUS  => master_status
        );
    END_IF;
END_PROGRAM

3. Thiết kế trang giao diện Web Server nhúng

Trang HTML nhúng trên bộ nhớ Flash của CPU 1212C sử dụng các cú pháp đặc biệt (AWP Commands) để liên kết biến PLC với giao diện người dùng theo chuẩn không cần tải lại trang (AJAX Polling):

<!-- Siemens S7-1200 Web Server AWP Declarations -->
<!-- AWP_In_Variable Name='"DB_Data".Pump_Manual_Cmd' -->
<!-- AWP_In_Variable Name='"DB_Data".Robot_Pan_Angle' -->
<!DOCTYPE html>
<html lang="vi">
<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <title>Hệ Thống Giám Sát Tủ Điện ATS & PCCC</title>
    <style>
        body { font-family: Arial, sans-serif; background: #1a1a1a; color: #fff; padding: 20px; }
        .card { background: #2d2d2d; border-radius: 8px; padding: 15px; margin-bottom: 15px; width: 450px; }
        .metric { font-size: 24px; color: #00ffcc; font-weight: bold; }
        .btn { background: #d9534f; color: white; border: none; padding: 10px 20px; cursor: pointer; border-radius: 4px; }
    </style>
</head>
<body>
    <h1>BẢNG ĐIỀU KHIỂN TRUNG TÂM S7-1200</h1>
    <div class="card">
        <h3>Thông Số Điện Năng (Selec MFM384 via Modbus)</h3>
        <p>Điện áp Lưới: <span class="metric">:="DB_Data".Voltage_V: V</span></p>
        <p>Dòng điện tải: <span class="metric">:="DB_Data".Current_A: A</span></p>
        <p>Tần số: <span class="metric">:="DB_Data".Frequency_Hz: Hz</span></p>
    </div>
    <div class="card">
        <h3>Điều Khiển Cụm Bơm Dập Lửa</h3>
        <form method="post">
            <input type="hidden" name='"DB_Data".Pump_Manual_Cmd' value="1">
            <button type="submit" class="btn">KÍCH HOẠT BƠM KHẨN CẤP</button>
        </form>
    </div>
</body>
</html>

Thử nghiệm và Đánh giá thực nghiệm

Mô hình đã trải qua 50 lần thử nghiệm chu trình chuyển nguồn và dập lửa liên động:

Kịch bản thử nghiệm Mục tiêu kiểm định Kết quả đo đạc thực tế Sai số / Đánh giá
Mất nguồn lưới đột ngột Khởi động máy phát, đóng tải tự động Thời gian chuyển mạch sang máy phát: $8.4\text{ s}$ Đạt tiêu chuẩn hệ thống nguồn loại III ($< 15\text{ s}$)
Nguồn lưới phục hồi Chuyển trả tải lưới, làm mát máy phát Thời gian trễ đóng tải lưới: $5.1\text{ s}$; Máy phát làm mát: $10.0\text{ s}$ Chính xác theo thuật toán $100%$
Độ tin cậy đọc Modbus Chu kỳ quét 1s, đọc 20 thanh ghi liên tục 5000 gói tin gửi đi, lỗi 3 gói do nhiễu khởi động Contactor Tỷ lệ thành công $99.94%$
Phát hiện đám cháy C121 Đám lửa mô phỏng ở khoảng cách $0.8\text{ m}$ Thời gian phản hồi xuất tín hiệu relay: $0.15\text{ s}$ Bắt trọn dải sóng $760 - 1100\text{ nm}$
Định vị & dập lửa Robot Điều khiển Pan-Tilt $60^\circ$, bật bơm Bơm áp lực cao dập tắt ngọn lửa trong vòng $2.2\text{ s}$ Dập tắt hoàn toàn, không phun lệch

Đổi mới và đóng góp

  1. Kiến trúc nguồn điện 3 tầng bảo vệ không ngắt quãng: Thay vì chỉ có 2 nguồn cơ bản (Lưới/Máy phát) dễ gây sập mạch điều khiển trong quá trình đề máy, hệ thống tích hợp UPS Online cấp nguồn độc lập cho bộ vi xử lý và hệ thống cảm biến, giúp việc chuyển mạch diễn ra ổn định với thời gian gián đoạn điều khiển bằng $0\text{ ms}$.
  2. Cụm dập lửa định hướng 2 bậc tự do (Pan-Tilt Robot): Cải tiến vượt bậc so với hệ thống Sprinkler xả tràn tĩnh. Cụm đầu phun bám góc quét $60^\circ$, tập trung toàn bộ lưu lượng nước vào tâm điểm nhiệt độ, giúp tiết kiệm hơn 70% lượng nước tiêu thụ và triệt tiêu nguy cơ hư hại thiết bị thứ cấp do ngập nước.
  3. Mạng truyền thông đồng bộ Profinet + Modbus RTU:
    • Tiết kiệm 45% dây nối vật lý so với phương pháp đấu nối tiếp điểm relay truyền thống.
    • Số hóa toàn bộ tham số công suất, dòng rò và điện năng tiêu thụ lên hệ thống SCADA/Web nhúng mà không cần lắp đặt thêm module I/O analog rời tốn kém.
  4. Giám sát trực quan không phụ thuộc nền tảng: Tích hợp trực tiếp Web Server trên bộ nhớ CPU PLC S7-1200 cho phép mọi thiết bị có trình duyệt (Smartphone, Tablet, PC) truy cập điều khiển mà không cần cài đặt phần mềm chuyên dụng đắt tiền như WinCC Runtime hay InTouch.

Ứng dụng thực tế và triển khai

Tình huống ứng dụng thực tế

  • Trạm biến áp và Phòng Server/Data Center: Nơi bắt buộc duy trì nguồn điện 24/7 và yêu cầu dập lửa chính xác, không thể dùng hệ thống chữa cháy phun nước diện rộng gây chập cháy máy chủ.
  • Tòa nhà văn phòng và Chung cư cao tầng: Quản lý tập trung hệ thống cấp nguồn máy phát tầng hầm và điều phối bơm chữa cháy tăng áp tự động khi có sự cố cháy cục bộ.
  • Kho chứa hóa chất, sơn, dung môi công nghiệp: Tự động nhận diện tia lửa điện ban đầu, kích hoạt bình bọt foam chữa cháy qua cánh tay robot định hướng.

Bảng phân tích chi phí và hiệu quả đầu tư (ROI)

Hạng mục chi phí Giải pháp nhập khẩu chuyên dụng Mô hình chế tạo tích hợp PLC
Phần cứng điều khiển (PLC, Module) $3,500 - $5,000 $800 - $1,100
Thiết bị đóng cắt, biến dòng, chống sét $1,200 $450
Bản quyền phần mềm SCADA/Server $1,500 - $3,000 $0 (Web Server nhúng)
Tổng chi phí đầu tư ban đầu ~$7,000 ~$1,500
Thời gian thu hồi vốn ước tính 3.5 - 4 năm 1.2 năm (nhờ tối ưu chi phí & giảm bảo trì)

Hạn chế và hướng phát triển

Hạn chế kỹ thuật hiện tại

  • Cảm biến lửa Flame Sensor C121 sử dụng diode quang có cự ly nhận diện hiệu quả còn ngắn (dưới $1.5\text{ m}$), dễ bị nhiễu bởi các nguồn ánh sáng chói có cùng dải bước sóng hồng ngoại (đèn halogen, ánh nắng mặt trời trực xạ).
  • Cụm robot 2 bậc tự do mới được chế tạo ở dạng mô hình cơ khí học tập, chưa đạt chuẩn chống nước cao cấp IP67 để làm việc liên tục trong môi trường khói bụi và nhiệt độ cao trên $200^\circ\text{C}$.
  • Băng thông Web Server trên S7-1200 CPU 1212C bị giới hạn, chưa thể nhúng trực tiếp luồng video chất lượng cao mà phải bắc cầu qua giao thức HTTP DroidCam độc lập.

Hướng phát triển tiếp theo

  • Thay thế cảm biến quang học đơn điểm bằng Camera nhiệt ảnh Flir kết hợp giải thuật YOLOv8/AI nhận diện đám khói xử lý trên máy tính biên Edge Computing (Raspberry Pi 4 hoặc Jetson Nano), truyền lệnh tọa độ $(X, Y, Z)$ về PLC qua Profinet TCP/IP.
  • Nâng cấp tủ điện sử dụng bộ chuyển nguồn ATS nguyên khối (loại chuyển mạch cơ điện tử chuyên dụng) thay cho Contactor ghép liên động cơ điện để loại trừ hoàn toàn nguy cơ hồ quang điện khi chuyển pha.
  • Phát triển ứng dụng di động giám sát qua điện toán đám mây (Cloud MQTT / IoT Gateway) để gửi thông báo khẩn cấp tức thời qua SMS/Telegram cho ban quản lý tòa nhà.

Đối tượng hưởng lợi

  • Sinh viên ngành Tự động hóa & Kỹ thuật Điện: Nắm vững quy trình thiết kế tủ điện chuẩn công nghiệp, kỹ năng lập trình TIA Portal, cấu hình mạng Profinet/Modbus và kỹ thuật nhúng Web Server.
  • Kỹ sư vận hành hệ thống cơ điện (M&E): Có được tài liệu tham khảo chi tiết về sơ đồ nguyên lý mạch liên động ATS, giải pháp dự phòng nguồn 3 cấp ổn định cao cho phụ tải loại 1.
  • Doanh nghiệp vừa và nhỏ (SMEs): Tiếp cận giải pháp tủ ATS tích hợp PCCC thông minh với chi phí đầu tư giảm đến 60% so với hệ thống nhập khẩu nguyên bộ.
  • Nhà nghiên cứu / Giảng viên: Làm nền tảng cơ sở phát triển các mô hình thí nghiệm chuyên sâu về tích hợp hệ thống SCADA/DCS và robot chữa cháy thông minh.

Câu hỏi thường gặp

1. Yêu cầu kỹ thuật cốt lõi để triển khai hệ thống là gì?

Cần nguồn cấp lưới 1 pha $220\text{ VAC}$ hoặc 3 pha $380\text{ VAC}$, máy phát điện dự phòng có cổng điều khiển đề/tắt tự động (Auto Starter), bộ PLC Siemens S7-1200 (Firmware V4.2 trở lên), switch mạng công nghiệp Ethernet và module truyền thông nối tiếp RS485 (CB 1241 hoặc CM 1241).

2. Khi mất điện lưới, thời gian chuyển mạch sang máy phát là bao lâu?

Thời gian trễ xác nhận mất lưới là $3\text{s}$ (để lọc sụt áp thoáng qua). Thời gian đề và đạt vòng tua định mức của máy phát là $5\text{s}$. Tổng thời gian đóng điện cấp cho tải động lực là khoảng $8 - 10\text{s}$. Trong thời gian này, toàn bộ mạch điều khiển PLC và cảm biến được duy trì liên tục $100%$ nhờ bộ UPS Online chuyển đổi kép ($0\text{ ms}$).

3. Có thể kết nối thêm nhiều đồng hồ điện năng vào hệ thống không?

Hoàn toàn được. Chuẩn RS485 trên module CB 1241 cho phép kết nối song song dạng Bus (Daisy-chain) lên tới 32 thiết bị Slave (như đồng hồ Selec MFM384, biến tần, rơ-le nhiệt điện tử) trên cùng một đường dây truyền thông với chiều dài lên tới $1200\text{ m}$.

4. Giao diện Web Server trên PLC có yêu cầu cấu hình máy chủ Web riêng biệt không?

Không. Giao diện Web được biên dịch và lưu trữ trực tiếp vào bộ nhớ nạp (Load Memory) của CPU S7-1200. Bất kỳ thiết bị nào cùng mạng LAN đều có thể truy cập qua địa chỉ IP của PLC (ví dụ: http://192.168.0.1) bằng trình duyệt chuẩn (Chrome, Edge, Safari) mà không cần cài thêm phần mềm trung gian.

5. Chi phí bảo dưỡng hệ thống định kỳ bao gồm những gì?

Bao gồm: kiểm tra dung lượng bình ắc quy UPS và bình đề máy phát (định kỳ 6 tháng/lần), vệ sinh lăng kính cảm biến phát hiện lửa và đầu béc phun nước, kiểm tra lực siết cơ khí tại các đầu nối Contactor để tránh phát nhiệt cục bộ.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mô hình tủ điện cấp nguồn tự động, điều khiển cho hệ thống chữa cháy" của sinh viên Nguyễn Hữu Cầu và Nguyễn Văn Tin (GVHD: ThS. Nguyễn Tấn Hòa) đã chế tạo thành công một hệ thống tự động hóa hoàn chỉnh, kết hợp hài hòa giữa lý thuyết điều khiển logic công nghiệp và bài toán an toàn PCCC thực tế.

Sự kết hợp giữa công nghệ điều khiển PLC S7-1200 + LOGO! 8, giải pháp truyền thông công nghiệp Profinet & Modbus RTU, cùng cơ chế dập lửa định hướng bằng cụm robot 2 bậc tự do đã khẳng định tính khả thi vượt trội của giải pháp trong việc nâng cao độ tin cậy cấp nguồn và giảm thiểu triệt để thiệt hại hỏa hoạn. Đây là tài liệu kỹ thuật chất lượng cao, đóng vai trò nền tảng vững chắc cho các nghiên cứu ứng dụng SCADA/IoT và chuyển đổi số trong lĩnh vực cơ điện tòa nhà hiện đại.