Báo cáo Nghiên cứu thiết kế và thi công tủ ATS dùng logo siemens

 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA – VŨNG TÀU 
 VIỆN CNTT - ĐIỆN - ĐIỆN TỬ 
 NGÀNH ĐIỆN - ĐIỆN TỬ 
 -----o0o----- 
 BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG 
 TỦ ATS DÙNG LOGO SIEMENS 
 GVHD: ThS. PHẠM NGỌC HIỆP 
 SVTH : NGUYỄN HỮU CHÂU MSV: 15032239 
 BÙI VĂN HUY MSV: 15031388 
 LỚP : DH15DC 
 CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN 
 VŨNG TÀU, THÁNG 06 NĂM 2019 
 Báo cáo khoa học GVHD: ThS.Phạm Ngọc Hiệp 
 LỜI CÁM ƠN 
 Trong thời gian làm đồ án vừa qua, với sự cố gắng nỗ lực của bản thân cùng với 
sự giúp đỡ và chỉ bảo tận tình của thầy giáo ThS. Phạm Ngọc Hiệp trong đồ án tốt 
nghiệp, em đã hoàn thành xong đồ án của mình. Em xin chân thành cảm ơn các thầy 
cô trường Đại Học Bà Rịa Vũng Tàu đã cung cấp cho em những kiến thức quý báu 
làm nền tảng cho những nghiên cứu của em trong đồ án. 
 Và sau cùng, xin cám ơn tất cả bạn bè, đồng nghiệp đã luôn có những hỗ trợ, 
động viên, giúp đỡ trong những ngày hoàn thành đề tài này.Trong quá trình hoàn thành 
báo cáo đồ án, với kiến thức còn hạn chế nên khó có thể tránh khỏi các khiếm khuyết. 
Em mong nhận được sự nhận xét, góp ý của các thầy cô giáo để bản thiết kế của em 
được hoàn chỉnh hơn. 
 Em xin chân thành cảm ơn ! 
 Vũng Tàu, ngày 02 tháng 06 năm 2019 
 Sinh viên thực hiện 
 Nguyễn Hữu Châu 
 Bùi Văn Huy 
 . 
 . 
 . 
 Báo cáo khoa học GVHD: ThS. Phạm Ngọc Hiệp 
 MỤC LỤC 
 Trang 
LỜI CẢM ƠN 
MỤC LỤC 
CHƯƠNG MỞ ĐẦU 
 0.1. Đặt vấn đề ................................................................................................ 1 
 0.2. Tính cần thiết của đề tài .......................................................................... 1 
 0.3. Mục tiêu, nhiệm vụ và giới hạn của đề tài ............................................. 2 
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 
 1.1. Tổng quan hệ thống ATS. ...................................................................... 3 
 1.1.1. Thiết bị cấp nguồn liên tục UPS ....................................................... 3 
 1.1.2. Thiết bị tự động chuyển nguồn ATS ................................................ 5 
 1.2. Phân loại hệ thống ATS ......................................................................... 9 
 1.2.1. ATS lưới - lưới ................................................................................ 10 
 1.2.2. ATS lưới - máy phát ......................................................................... 11 
 1.3. Cấu tạo của ATS...................................................................................... 13 
 1.3.1. Cấu tạo chung của ATS.................................................................. 13 
 1.3.2. Nguyên lý hoạt động của ATS ......................................................... 15 
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ LOGO SIEMENS 
 2.1. Giới thiệu chung về LOGO! .................................................................... 19 
 2.1.1. Cách nhận dạng LOGO! ................................................................... 20 
 2.1.2. Tổng quan về các version của họ LOGO! ........................................ 21 
 2.1.3. Khả năng mở rộng của LOGO! ........................................................ 22 
 2.1.4. Cách đấu dây cho LOGO! 230RC ................................................... 22 
 2.2. Các hàm trong LOGO! ........................................................................... 23 
 2.3. Lập trình bằng phần mềm LOGO! SOFT ............................................... 24 
 2.3.1. Thiết lập kết nối PC-LOGO! ............................................................ 24 
 2.3.2. Sử dụng phần mềm LOGO! soft ...................................................... 25 
CHƯƠNG 3: NGUỒN MÁY PHÁT ĐIỆN DIESEL 
 3.1. Máy phát diesel ....................................................................................... 28 
 Báo cáo khoa học GVHD: ThS. Phạm Ngọc Hiệp 
 3.1.1. Vai trò máy phát điện diesel ............................................................. 28 
 3.1.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động ....................................................... 29 
 3.1.3. Những yêu cầu khi thực hiện tự động hóa nguồn dự phòng diesel .. 32 
 3.1.4. Lựa chọn máy phát điện ................................................................... 33 
CHƯƠNG 4: VIẾT CHƯƠNG TRÌNH TỰ ĐỘNG CHUYỂN ĐỔI NGUỒN 
BẰNG PHẦN MỀM LOGO V8 
 4.1. Tính toán lựa chọn mạch động lực .......................................................... 35 
 4.1.1. Chức năng nhiệm vụ của các khối .................................................... 36 
 4.1.2. Khối đo lường và so sánh của ATS .................................................. 36 
 4.2. Thiết kế mạch điều khiển hoạt động của ATS ........................................ 38 
 4.2.1. Nhận xét ............................................................................................ 38 
 4.2.2. Phương án dùng LOGO! ................................................................. 39 
CHƯƠNG 5 : KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 
 5.1. Kết luận .................................................................................................. 48 
 5.2. Hướng phát triển đề tài ........................................................................... 48 
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 
 Chương Mở đầu GVHD: ThS. Phạm Ngọc Hiệp 
 CHƯƠNG: 
 MỞ ĐẦU 
0.1. Đặt vấn đề 
 Cùng với sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước trong những 
năm gần đây, nhu cầu sử dụng điện năng trong các lĩnh vực công nghiệp, nông 
nghiệp, dịch vụ và sinh hoạt tăng trưởng không ngừng. 
 Thương mại, dịch vụ chiếm tỷ lệ ngày càng quan trọng trong nền kinh tế 
quốc dân và đã thực sự trở thành khách hàng quan trọng của ngành điện lực. Các 
khách sạn quốc doanh, liên doanh, tư nhân ngày càng nhiều, ngày càng cao tầng, 
kèm với các thiết bị nội thất ngày càng cao cấp, sang trọng. Mức sống tăng 
nhanh khách trong nước đến khách sạn tăng theo. Đặc biệt với chính sách mở 
cửa các khách sạn ngày càng thu hút nhiều khách quốc tế đến tham quan, du lịch 
công tác tại Việt Nam. Khu vực khách hàng này không thể để mất điện. 
 Nhằm mức điện đảm bảo liên tục cấp điện tùy thuộc vào tính chất và yêu 
cầu của phụ tải. Đối với những công trình quan trọng cấp quốc gia như Hội 
trường Quốc hội, Nhà khách chính phủ, Ngân hàng Nhà nước, Đại sứ quán, khu 
quân sự, sân bay, hải cảng, khách sạn cao cấp phải đảm bảo được cấp điện ở 
mức độ cao nhất, nghĩa là với bất kỳ tình huống nào cũng không được để mất 
điện. Những đối tượng kinh tế như nhà máy, xí nghiệp tổ hợp sản xuất tốt nhất 
là đặt thêm máy phát dự phòng, khi mất điện lưới sẽ dùng máy phát điện cấp 
điện cho những phụ tải quan trọng như lò, phân xưởng sản xuất chính. 
0.2. Tính cần thiết của đề tài 
 Các khu công nghiệp luôn là khách hàng tiêu thụ điện năng lớn nhất. 
Trong tình hình kinh tế thị trường hiện nay, các xí nghiệp lớn nhỏ, các tổ hợp 
sản xuất đều phải tự hạch toán kinh doanh trong cuộc cạnh tranh quyết liệt và 
chất lượng và giá cả sản phẩm. Điện năng thực sự đóng góp một phần quan 
trọng vào lỗ lãi của xí nghiệp. Nếu 1 tháng xảy ra mất điện 2 ngày trở lên thì xí 
nghiệp sẽ không có lợi nhuận hoặc thua lỗ. Chất lượng điện xấu (chủ yếu là điện 
Báo Cáo Khoa Học 1 Chương Mở đầu GVHD: ThS. Phạm Ngọc Hiệp 
áp thấp) ảnh hưởng lớn đến chất lượng sản phẩm, gây thứ phẩm, phế phẩm, 
giảm hiệu xuất lao động. Chất lượng điện áp đặc biệt quan trọng với xí nghiệp 
may, xí nghiệp hóa chất, xí nghiệp chế tạo lắp đặt cơ khí điện tử chính xác. Vì 
thế đảm bảo độ tin cậu cung cấp điện và nâng cao chất lượng điện năng là mối 
quan tâm hàng đầu của đề án thiết kế cấp điện cho các xí nghiệp công nghiệp. 
0.3. Mục tiêu, nhiệm vụ và giới hạn của đề tài 
* Mục tiêu 
- Tăng độ tin cậy cung cấp điện, làm giảm sơ đồ cung cấp điện, giảm được các 
máy biến áp hoặc đường dây phải làm việc song song. 
* Nhiệm vụ 
- Thiết kế hệ thống chuyển nguồn tự động ATS sử dụng PLC LOGO. 
- Đưa ra mô hình ATS sử dụng PLC LOGO. 
* Giới hạn của đề tài 
- Đề tài này tìm hiểu việc “Thiết kế hệ thống ATS sử dụng PLC LOGO” Không 
bao hàm tất cả các đề tài khác và không chuyên sâu như một người có kinh 
nghiệm lâu năm. Những vấn đề tìm hiểu còn có giới hạn kiến thức. 
Báo Cáo Khoa Học 2 Chương 1 GVHD: ThS. Phạm Ngọc Hiệp 
 CHƯƠNG 1 
 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ATS 
1.1. Tổng quan hệ thống ATS. 
 Trong quá trình vận hành và sử dụng lưới điện không thể tránh khỏi các sự cố, mức 
độ thiệt hại do sự cố gây ra có thể là rất lớn, thậm chí còn nguy hiểm đến tính mạng con 
người. Do vậy cần phải hạn chế mức thấp nhất thiệt hại của sự cố gây ra. Khái niệm sự 
cố ở đây có thể được hiểu bao gồm: Mất điện, mất pha, lệch pha, cao áp, thấp áp quá trị 
số cho phép. 
 Ngày nay trong công nghiệp cũng như trong sinh hoạt hằng ngày có loại phụ tải không 
được phép mất điện hay có sự cố dù chỉ trong một thời gian ngắn, vì điều đó có thể gây 
thiệt hại nghiêm trọng về người và của cho chúng ta. Ví dụ như nguồn điện cấp cho các 
thiết bị cấp cứu trong các bệnh viện nếu mất điện trong một thời gian rất ngắn cũng có 
thể lấy đi mạng sống của rất nhiều bệnh nhân. Hay nguồn điện cấp cho các trung tâm 
điện toán, hoặc một hệ thống SCADA- hệ thống kiểm tra điều khiển và thu thập dữ liệu 
khi mất điện thì toàn bộ số liệu theo dõi và quá trình điều khiển đều không hoạt động 
được, các công trình quan trọng cấp quốc gia như Hội trường quốc hội, Nhà khách chính 
phủ, Ngân hàng nhà nước, đại sứ quán các nước, khu quân sự, sân bay, hải cảng Một 
số công trình trong lĩnh vực thương mại dịch vụ, du lịch như các khách sạn cấp cao, khu 
trung tâm thương mại, các siêu thị hàng hóa 
 Đối với tất cả các hộ tiêu thụ đặc biệt này cần phải được cấp điện một cách liên tục 
để tránh gây ra các thiệt hại. Lúc đó ngoài nguồn chính là lưới điện ra các hộ tiêu thụ loại 
này cần xây dựng một nguồn dự phòng để khi có sự cố với nguồn điện chính. Tương ứng 
với nó cần phải có một thiết bị thực hiện việc cấp nguồn liên tục cho phụ tải đặc biệt này. 
Hiện nay có 2 loại thiết bị đảm bảo được yêu cầu này đó là: 
- Thiết bị cấp nguồn liên tục UPS (Uninterrupting Power Supply). 
- Thiết bị tự động chuyển nguồn ATS (Automatic Transfer Switch). 
1.1.1. Thiết bị cấp nguồn liên tục UPS: 
 Là một thiết bị lập tức cấp điện cho phụ tải khi lưới điện chính có chất lượng không 
đạt yêu cầu.P Thiết bị cấp nguồn liên tục chỉ dùng cho các phụ tải đặc biệt quan trọng 
Báo cáo khoa học Trang 3 
 Chương 1 GVHD: ThS. Phạm Ngọc Hiệp 
cần nguồn liên tục như thiết bị cấp cứu ngành y tế, máy tính cá nhân trung tâm điện 
toán UPS được chế tạo với dãy công suất từ vài trăm W đến vài trăm kW, đáp ứng cho 
các loại phụ tải khác nhau. Công suất của UPS phụ thuộc vào nguồn dự phòng thường là 
acqui và công suất của các bộ biến đổi. Dung lượng của nguồn acqui thường không lớn 
nên thời gian cấp nguồn của UPS thường là không được dài khi phụ tải mất điện lâu dài 
thì sau một thời gian làm việc nào đó để giải quyết nhiệm vụ cấp thiết, sau đó UPS dừng 
làm việc. Hiện nay thường có 2 loại UPS là loại có chuyển mạch và loại không chuyển 
mạch. Sơ đồ khối của 2 loại UPS này như hình 1.1 vẽ dưới: 
 Hình 1.1: Sơ đồ khối hệ thống UPS 
 - AQ: Khối accqui 
 - CL: Khối chỉnh lưu 
 - NL: Khối nghịch lưu 
 - CM: Khối chuyển mạch 
 - Lọc: Khối lọc thành phần sóng bậc cao 
 Loại UPS có chuyển mạch (hình 1.1.a). Khối AQ được nạp qua chỉnh lưu và ở trạng 
thái chờ vì lúc này chuyển mạch đang nối với lưới. Khi mất lưới chuyển mạch tự động 
chuyển tải về phía AQ. Điện một chiều từ AQ qua bộ nghịch lưu biến đổi thành điện 
xoay chiều với điện áp và tần số phù hợp với tải. Với công suất thấp, khối chuyển mạch 
là rơle điện cơ còn ở công suất cao chuyển mạch thường dùng van bán P-N, làm việc ở 
chế độ đóng ngắt. Đặc điểm chính của UPS kiểu này là cấu tạo đơn giản, điện áp ra chưa 
thật chuẩn vì thiếu bộ lọc, thời gian tác động chậm vì phải qua bộ chuyển mạch vì vậy 
nó thường được chế tạo với cấp công suất đến kW. Loại UPS không có chuyển mạch 
(Hình 1.1.b). Điện lưới xoay chiều được bộ chỉnh lưu chuyển thành điện một chiều, vừa 
nạp cho AQ, vừa đưa đến bộ nghịch lưu và bộ lọc cấp cho phụ tải. Loại UPS này có cấu 
Báo cáo khoa học Trang 4 
 Chương 1 GVHD: ThS. Phạm Ngọc Hiệp 
tạo phức tạp hơn nhưng có nhiều ưu điểm hơn loại trên. Với sự tiến bộ của kỹ thuật điện 
tử và điều khiển, loại UPS này được dùng rộng rãi trong các hệ cấp nguồn đòi hỏi chất 
lượng cao. Cả hai loại UPS này đều có chung nhược điểm đó là thời gian hoạt động không 
dài và phụ thuộc rất nhiều vào dung lượng của bộ AQ. Cần lưu rằng khối AQ đóng một 
vai trò đặc biệt quan trọng và nó là bộ phận dễ hỏng hóc do vậy công tác bảo vệ chăm 
sóc AQ là vô cùng quan trọng, phải được thực hiện thường xuyên theo một chế độ nhất 
định. 
 Chính vì nhược điểm lớn này mà UPS không được sử dụng rộng rãi bằng thiết bị tự 
động chuyển nguồn ATS trong các hộ tiêu thụ đặc biệt nói trên. 
1.1.2. Thiết bị tự động chuyển nguồn ATS. 
a. Tổng quan về công dụng của hệ thống ATS. 
 Vấn đề đảm bảo tính liên tục trong một hệ thống cung cấp điện là một nhu cầu cần 
thiết cho sinh hoạt, cơ quan Nhà nước, đặc biệt là trong sản xuất công nghiệp. Một 
trong các phương pháp thường sử dụng để đảm bảo tính năng nói trên trong việc cung 
cấp điện là sử dụng hệ thống chuyển mạch tự động ATS. 
 ATS (Automatic Transfer Switch) là hệ thống điều khiển dùng chuyển đổi phụ tải 
Load, đang được cung cấp từ lưới điện chính (Main Utility) sang nguồn dự phòng dùng 
máy phát điện (Generator); khi lưới điện chính xảy ra các sự cố (mất điện, mất pha, điện 
áp nguồn giảm quá thấp hay tăng quá cao,...). Khi lưới điện hoạt động ổn định bình 
thường trở lại: hệ thống ATS sẽ chuyển đổi phụ tải vận hành với lưới điện chính và sau 
đó cắt dừng máy phát điện dự phòng. 
 Hình 1.2: Sơ đồ khối hệ thống ATS 
Báo cáo khoa học Trang 5 
 Chương 1 GVHD: ThS. Phạm Ngọc Hiệp 
 Hình 1.3: Sơ đồ kết nối hệ thống ATS với lưới điện 
 Việc chuyển đổi phụ tải từ nguồn điện lưới chính sang nguồn máy phát dự phòng (hay 
ngược lại) hoạt động theo chế độ tự động (nếu chọn trạng thái hoạt động AUTO cho hệ 
thống ATS) hoặc điều khiển bằng tay (nếu hệ thống ATS vận hành ở chế độ HANDY 
hay MANUAL. Sơ đồ khối của hệ thống Tủ ATS (loại có hai nguồn cung cấp vào ATS) 
có thể được mô tả trong (hình 1.2). 
b. Các nhiệm vụ của ATS 
 Các nhiệm vụ của ATS được liệt kê như sau: 
 Khi có các sự cố xảy ra (mất pha, thấp áp, quá áp, mất nguồn) trên nguồn điện lưới 
chính, ATS có nhiệm vụ: 
 - Ngừng cung cấp nguồn lưới chính vào phụ tải. 
 - Khởi động động cơ sơ cấp (máy nổ Diesel). 
 - Đóng nguồn điện cung cấp từ máy phát vào phụ tải. 
 Trong quá trình máy phát đang cung cấp cho phụ tải (thay thế cho nguồn lưới chính 
đang xảy ra sự cố); Nếu nguồn điện lưới có lại trong tình trạng ổn định, nhiệm vụ của 
ATS lúc đó là: 
 - Ngắt nguồn điện cung cấp từ máy phát khỏi phụ tải. 
Báo cáo khoa học Trang 6