Đặt vấn đề Ngày nay, khoa học công nghệ phát triển kéo theo đó là sự ra đời của các hệ thống tự động hoá trong nhiều lĩnh vực, từ sản xuất, y tế, khoa học… tuy nhiên các vấn đề về mất ổn định nguồn điện sẽ gây ra ảnh hưởng rất nghiêm trọng đến các hệ thống tự động hoá. Song song với đó là vấn đề về an toàn phòng cháy chữa cháy cũng đang được quan tâm hàng đầu hiện nay, nên các hệ thống chữa cháy tự động hoá sẽ là một xu hướng của tương lai. Nhằm tạo ra một hệ thống chữa cháy tự động, ổn định, nhóm chúng em đã lên ý tưởng kết hợp giữa hệ thống chữa cháy tự động và hệ thống tủ điện cấp nguồn tự động nhằm tạo ra một hệ thống hoàn chỉnh, ổn định,an toàn, hiệu quả. Tính cấp thiết của đề tài Hiện nay nhiều công trình, toà nhà chung cư được trang bị các hệ thống chữa cháy còn khá lạc hậu, thô xơ, đa số sử dụng hệ thống chữa cháy bằng vòi nước, chúng chỉ được kích hoạt khi ngọn lửa chạm đến vòi nước, và điều này làm cho ngọn lửa có thời gian lan rộng và mất kiểm soát.
Hoặc các hệ thống chữa cháy tự động, tuy rằng chúng tỏ ra hiệu quả hơn nhưng chúng vẫn còn nhược điểm là chỉ hoạt động được khi có điện, ví dụ khi đám cháy xuất hiện, làm mất điện thì hệ thống này sẽ trở nên vô ích. Vì thế để nhằm nâng cao hiệu quả chữa cháy và khắc phục được nhược điểm trên, nhóm chúng em quyết định thực hiện đề tài “Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mô hình tủ điện cấp nguồn tự động, điều khiển cho hệ thống chữa cháy”. Mục tiêu cần đạt đƣợc Mô hình này có thể giải quyết được các vấn đề sau. Đầu tiên là giải quyết được vấn đề ổn định nguồn điện lưới, mô hình sẽ tự động thay đổi nguồn điện cấp cho tải khi nguồn hiện tại gặp sự cố, cụ thể nhóm đã sử dụng hai nguồn đó là nguồn điện lưới và nguồn điện máy phát và sử dụng một bộ lưu điện tự động UPS để cấp nguồn liên tục cho tải khi có sự cố xảy ra, tránh tình trạng nguồn điện cấp cho tải bị ngắt quãng.
Thứ hai là cải tiến lại hệ thống chữa cháy, nhóm đã sử dụng cảm biến phát hiện đám cháy, điều khiển bơm nước để dập tắt đám cháy, thêm vào đó là hệ thống camera kết hợp với cánh tay robot để điều khiển vòi nước đến đúng vị trí để dập tắt nhanh chóng đám cháy. Thứ ba là hệ thống giao diện giám sát qua web server, từ đây người giám sát có thể theo dõi được các thông số cần thiết về điện áp, dòng điện, qua chuẩn truyền thông Modbus RTU… hình ảnh của đám cháy nếu có, có thể điều khiển trực tiếp cánh tay SVTH: Nguyễn Hữu Cầu - Nguyễn Văn Tin GVHD: ThS. Nguyễn Tấn Hoà Trang 3 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mô hình tủ điện cấp nguồn tự động, điều khiển cho hệ thống chữa cháy robot để đưa vòi nước đến đúng vị trí cháy, mà không cần sự can thiệp trực tiếp của con người tại hiện trường 1. Tính mới của đề tài Đề tài mang tính ứng dụng cao, gần gũi với thực tế Hệ thống sử dụng các thiết bị công nghiệp, mang tính ổn định cao Sử dụng giao diện điều khiển và giám sát từ xa Sử dụng các chuẩn truyền thông như modbus RTU, profinet, HTTP để truyền dữ liệu, và giám sát dữ liệu.
Hệ thống chữa cháy sử dụng cánh tay robot 2 bậc, điều khiển và giám sát từ xa Mang tính công nghệ, hợp với xu thế ngày nay Hệ thống tủ điện cấp nguồn tự động, sử dụng 3 nguồn điện khá linh hoạt (nguồn điện lưới, nguồn điện UPS, nguồn điện máy phát) đáp ứng được hầu hết các trường hợp không mong muốn có thể xảy ra 1. Tổng quan về các hệ thống tủ điện cấp nguồn tự động trong thực tế Trong thực tế, tủ điện cấp nguồn tự động hay còn gọi là tủ ATS (Automatic Transfer Switches), là một hệ thống thiết bị điện đảm bảo cho toàn bộ hệ thống điện được hoạt động liên tục, ổn định ngay cả khi có sự cố mất điện xảy ra. Mỗi doanh nghiệp, nhà máy sản xuất, chung cư, bệnh viện,. đều được trang bị loại tủ điện này nhằm đảm bảo luôn có đủ nguồn điện phục vụ cho sản xuất và sinh hoạt [9].1) Đây là hình ảnh tủ điện ATS cấp nguồn cho hệ thống giao thông thông minh (ITS) thuộc dự án cao tốc Trung Lương – Mỹ Thuận.
Với điện áp định mức 0-500V, dòng điện định mức 100-1500A. Hình ảnh tủ điện ATS trong thực tế SVTH: Nguyễn Hữu Cầu - Nguyễn Văn Tin GVHD: ThS. Nguyễn Tấn Hoà Trang 4 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mô hình tủ điện cấp nguồn tự động, điều khiển cho hệ thống chữa cháy Cấu tạo Cấu tạo cơ bản của một tủ ATS trong công nghiệp gồm: Vỏ tủ Vỏ tủ được làm từ thép mạ kẽm, bên ngoài được trang bị một lớp sơn tĩnh điện, vỏ tủ điện có kích thước to, nhỏ sẽ tùy thuộc vào nhu cầu sử dụng, công suất. Thiết bị chuyển mạch tự động Các thiết bị chuyển mạch được thiết kế có các chế độ chuyển mạch tự động hoặc bằng tay.
Bộ điều khiển tủ điện ATS Bộ điều khiển có chức năng điều khiển thiết bị chuyển mạch theo thời gian. Hệ thanh cái đồng phân phối điện tủ điện ATS Tùy theo dòng điện định mức của hệ thống mà được tính toán phù hợp. Các nút ấn, màn hình LCD, hệ thống đèn chỉ thị giúp người vận hành có thể linh hoạt được chế độ hoạt động. Nguyên lý hoạt động Khi có sự cố mất điện ở nguồn chính Đầu tiên, thiết bị điều khiển sẽ truyền tín hiệu để nổ máy phát Sau đó, khi máy phát có điện và hoạt động ổn định tủ ATS sẽ chuyển nguồn phụ tải từ điện lưới sang điện máy phát.
Khi điện lưới được cấp trở lại và hoạt động ổn định Thiết bị điều khiển sẽ truyền tín hiệu để dừng máy phát, sau đó chuyển nguồn phụ tải từ máy phát sang điện lưới.2) nguyên lý hoạt động của hệ thống tủ điện cấp nguồn tự động Hình 1. Nguyên lý hoạt động của tủ điện cấp nguồn tự động SVTH: Nguyễn Hữu Cầu - Nguyễn Văn Tin GVHD: ThS. Nguyễn Tấn Hoà Trang 5 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mô hình tủ điện cấp nguồn tự động, điều khiển cho hệ thống chữa cháy 1. Phân loại Trên thị trường hiện nay có các loại tủ điện ATS phổ biến, đó là: Tủ điện ATS 1 nguồn điện lưới, 1 nguồn máy phát điện dự phòng.
Loại này sử dụng nhiều trong các chung cư cao ốc, nhà máy sản xuất. Tủ điện ATS 2 nguồn điện lưới chính, 1 nguồn máy phát điện dự phòng. Loại này thường được lắp đặt và sử dụng trong các khu công nghiệp lớn. Hệ thống điện lưới luôn có hai nguồn độc lập luân phiên nhau để bảo trì.
Tủ điện ATS 1 nguồn điện lưới, 2 nguồn máy phát điện dự phòng. Hệ thống tủ điện ATS cũng có thể được phân loại theo công suất như: 100A, 200A, 250A, 400A dùng khởi động từ là chủ yếu. Hệ thống tủ Ats lớn khoảng 800A đến hàng ngàn Ampe thì sử dụng máy cắt khí, bền bỉ hơn 1. Sơ đồ kết nối thông dụng Hình 1.
Sơ đồ kết nối thông dụng 1. Ứng dụng Hệ thống tủ điện cấp nguồn tự động được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như: trong các nhà máy sản xuất lớn, trong các bệnh viện, trong quân sự, an ninh mạng,… nhằm đáp ứng yêu cầu ổn định nguồn điện, góp phần giảm thiểu các sự cố đáng tiếc xảy ra. Tổng quan về các hệ thống chữa cháy trong thực tế Hệ thống chữa cháy là một trong những hệ thống quan trọng, được ưu tiên đầu tư và xây dựng kỹ lưỡng, đặt biệt là trong các nhà máy, bệnh viện, các khu chung cư… SVTH: Nguyễn Hữu Cầu - Nguyễn Văn Tin GVHD: ThS. Nguyễn Tấn Hoà Trang 6 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mô hình tủ điện cấp nguồn tự động, điều khiển cho hệ thống chữa cháy Hiện nay, công nghệ phát triển nên các hệ thống chữa cháy, báo cháy cũng ngày càng trở nên thông minh và hiệu quả hơn.
Các thành phần của hệ thống chữa cháy gồm: Các thành phần của hệ thống chữa cháy xem hình (1.4) Trung tâm hệ thống báo cháy tự động (dạng tủ) gồm: một mainboard điều khiển, các module, một biến thế, một battery. Hệ thống thiết bị đầu vào: Đầu báo (báo khói, báo nhiệt, báo gas, báo lửa…), công tắc khẩn (nút nhấn khẩn). Hệ thống thiết bị đầu ra: Bảng hiển thị phụ (bàn phím), chuông hệ thống báo động, còi báo động, đèn báo động, đèn exit, bộ quay số điện thoại tự động. Các thành phần của hệ thống chữa cháy 1.
Nguyên lý hoạt động Hệ thống chữa cháy tự động gồm có 3 trạng thái: Thường trực, báo cháy, sự cố. Thông thường khi lắp đặt hệ thống chữa cháy sẽ được để chế độ thường trực bởi vì khi để ở chế độ thường trực trung tâm báo cháy luôn có tín hiệu kiểm tra quá trình làm việc của các thiết bị trong hệ thống và được hồi đáp về trung tâm để bảo dưỡng theo định kỳ. Ở chế độ thường trực giám sát mà có tín hiệu báo lỗi từ các thiết bị thì trung tâm báo cháy sẽ phát ra tín hiệu báo lỗi hoặc không có tín hiệu hiển thị trên màn hình. Khi khắc phục lỗi chế độ sự cố kết thúc và chuyển sang chế độ thường trực.
Khi có hoả hoạn xảy ra các yếu tố môi trường sẽ thay đổi ví dụ như nhiệt độ, khói và ánh sáng sẽ tác động lên các cảm biến tạo ra tín hiệu truyền về trung tâm điều khiển. Sau đó đưa ra thông báo cho khu vực đang xảy ra cháy qua loa trung tâm và SVTH: Nguyễn Hữu Cầu - Nguyễn Văn Tin GVHD: ThS. Nguyễn Tấn Hoà Trang 7 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mô hình tủ điện cấp nguồn tự động, điều khiển cho hệ thống chữa cháy màn hình, đồng thời thiết bị cũng sẽ kích hoạt để phát ra tín hiệu báo động cháy, kích hoạt các vòi phun nước. Các hệ thống chữa cháy tự động phổ biến hiện nay Hệ thống chữa cháy Sprinkler Xem hình (1.