View
5
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
THUYẾT MINH
ĐỀ TÀI NCKH CẤP TRƯỜNG
ĐỀ TÀI
NGHIÊN CỨU VÀ CHẾ TẠO MODULE QUẢN LÝ NGUỒN –
PMS CHO HỆ THỐNG ĐIỆN TÀU THỦY
Chủ nhiệm đề tài: TS.ĐINH ANH TUẤN
Thành viên tham gia: THS. NGUYỄN TẤT DŨNG
THS. NGUYỄN THANH VÂN
Hải Phòng, tháng 4 / 2016
PHẦN MỞ ĐẦU
Tính cấp thiết của vấn đề nghiên cứu
Hiện nay, Việt Nam đang nỗ lực thực hiện tiến trình công nghiệp hoá hiện đại
hoá đất nước nên tất cả các ngành công nghiệp đều phát triển như vũ bão, trong đó có
ngành công nghiệp đóng mới và sửa chữa tàu biển. Cùng với sự phát triển mạnh mẽ
của khoa học kỹ thuật, hệ thống dưới tàu ngày càng được trang bị nhiều hệ thống hiện
đại nhưng các hệ thống này hầu hết là nhập ngoại và có giá thành cao; việc đặt hàng
cũng như chờ đợi vận chuyển về đến nơi tốn rất nhiều thời gian và gặp một số vấn đề
phức tạp khi lắp đặt hoặc cần bảo hành thiết bị do vậy ảnh hưởng nhiều đến quá trình
phát triển của ngành đóng tàu.
Vấn đề chế tạo một module quản lý nguồn PMS cho hệ thống điện tàu thủy đảm
bảo độ tin cậy, có giá thành rẻ trên cơ sở ứng dụng kỹ thuật số/vi xử lý, vi điều khiển,
hệ thống mạng truyền thông công nghiệp, màn hình cảm ứng HMI và thỏa mãn các
yêu cầu của đăng kiểm cho ngành hàng hải đang là yêu cầu cần thiết và phải thực hiện.
Nhận thấy tính cấp thiết của thực tế, với khả năng đã có, nhóm tác giả chọn đề
tài “Nghiên cứu và chế tạo module quản lý nguồn – PMS (Power Management
System), cho hệ thống điện tàu thủy”; đáp ứng nhu cầu của thị trường và nhằm mục
đích nội địa hoá sản phẩm.
Tổng quan về tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài
Hệ thống quản lý nguồn đã được nghiên cứu ở nhiều nơi trên thế giới và đã cho
ra đời những sản phẩm ứng dụng, tuy nhiên giá thành cao, thời gian đáp ứng chậm và
gặp một số vấn đề phức tạp khi lắp đặt hoặc cần bảo hành thiết bị. Do đó, để giảm bớt
giá thành và ứng dụng được các sản phẩm công nghiệp phổ biến, các linh kiện điện tử
sẵn có trên thị trường thì vấn đề trên vẫn cần được tiếp tục nghiên cứu để đáp ứng nhu
cầu tự động hóa và hiện đại hóa của một con tàu đặc biệt là sử dụng cho những con tàu
đã và đang khai thác nhưng gặp sự cố cần thay thế, sửa chữa.
Trong 2 thập kỷ qua nhiều hãng trên thế giới đã, đang và sẽ còn tiến hành
nghiên cứu giải quyết các vấn đề liên quan đến PMS. Đồng thời đã thiết kế, chế tạo và
đưa vào sử dụng các hệ thống tự động quản lý nguồn cho tàu thuỷ. Trong đó trên các
tàu quân sự do Nga đóng từ thập kỷ 70 thế kỷ 19 đã trang bị hệ điều khiển nguồn
(Power Controller), hãng Taiyo cũng đưa ra từ 2001. Sau đó các sản phẩm PMS do các
hãng Lyngsø Marine A/S, Totem, Deif A/S, Stucke Electronic... chế tạo với mức độ tự
động và công nghệ vi điều khiển.
Hiện nay, chưa có hệ thống quản lý nguồn của Việt Nam, chưa đưa ra các tài
liệu và giáo trình phục vụ tiêu chí đào tạo, cũng chưa có các công trình nghiên cứu
nhằm mục đích chế tạo PMS, mà chỉ tìm hiểu thực hiện việc lắp đặt và vận hành khai
thác chúng.
Mục tiêu, đối tượng, phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu, thiết kế chế tạo hoàn chỉnh một quản lý nguồn – PMS trên cơ sở
ứng dụng kỹ thuật số sử dụng vi điều khiển ATMEGA162, mạng truyền thông công
nghiệp, màn hình HMI để đáp ứng được các yêu cầu đăng kiểm cho ngành hàng hải và
sử dụng lắp đặt trên tàu biển.
Phương pháp nghiên cứu, kết cấu của công trình nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết về hệ thống quản lý nguồn, mạng truyền thông công
nghiệp, các loại cảm biến, cách thức trao đổi dữ liệu với màn hình cảm ứng HMI của
Delta, cách thức lọc tín hiệu, chuyển đổi tín hiệu sang chuẩn Modbus/RS485, vi điều
khiển ATMEGA162 và kiểm nghiệm bằng mô hình vật lý.
Đề tài được chia làm chương:
Kết quả đạt được của đề tài
Chế tạo module quản lý nguồn – PMS lắp đặt cho tàu biển có chức năng điều
khiển tự động hóa nguồn điện và sử dụng trong phòng thí nghiệm phục vụ giảng dạy
cho sinh viên và ứng dụng để thiết kế chế tạo thiết bị dùng trong thực tiễn.
CHƯƠNG 1. KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG QUẢN LÝ NGUỒN PMS
1.1 Vai trò, vị trí, đặc điểm của hệ thống quản lý nguồn
Hệ thống quản lý nguồn thường được bố trí trong bảng phân phối điện chính
(MSB-Main Switch Board). Nó có vai trò kiểm tra và ra các lệnh có liên quan đến việc
đảm bảo yêu cầu cấp điện cho các phụ tải đang và cần làm việc không chỉ liên tục, mà
còn đảm bảo hiệu quả kinh tế.
Hệ PMS phải được trang bị trên tàu thuỷ có mức độ tự động hoá cao. Khi PMS
được trang bị mức tự động hóa cao thì sẽ mang tính an toàn và đảm bảo hiệu quả kinh
tế cao.
1.2 Chức năng của hệ thống quản lý nguồn
Hệ thống quản lý nguồn (Power Management System – PMS) là một trong
những hệ thống lớn sử dụng nhiều thiết bị công nghệ cao, bởi vì nó phải đảm nhận
nhiều chức năng quan trọng và phức tạp. Mỗi hệ thống quản lý nguồn tổng quát bao
gồm các chức năng như sau:
- Điều khiển phân bổ số lượng máy phát:
Hệ PMS kiểm soát số lượng máy phát điện hoạt động trên lưới tùy theo lượng
tải và chế độ công tác, từ đó tự động khởi động tổ hợp Diesel – Máy phát, hòa đồng bộ
máy phát lên lưới, ổn định tần số và phân chia tải tác dụng tự động cho máy phát cũng
như tự động dừng máy phát. Một phần của chức năng này nữa đó là tự động khởi động
máy phát ưu tiên, phát điện lên lưới khi xảy ra mất điện toàn tàu.
- Cắt và khống chế tải đóng lên lưới:
Trong điều kiện công tác bình thường, hệ PMS sẽ kiểm tra việc đóng thêm lên
lưới và không cho phép đóng những tải quá lớn khi chưa đủ điều kiện dẫn tới quá tải
cho trạm phát; Giảm bớt những thay đổi tần số và điện áp của mạng, nâng cao chất
lượng nguồn cung cấp cho hệ thống do đó giảm bớt được các tác động xấu tới các thiết
bị điện được cung cấp từ lưới điện.
- Bảo vệ cho máy phát:
Sự quá tải của một máy phát có thể gây ra hư hỏng máy phát đó hay cắt điện
toàn trạm phát. Khi xảy ra quá tải, hệ thống PMS sẽ ngắt giảm một phần hoặc tất cả
các tải đang hoạt động đảm bảo an toàn cho máy phát cho đến khi sự cố được khôi
phục. Các nguồn cung cấp cho động cơ qua biến tần cũng được điều khiển để tránh
quá tải cho các máy phát, nhanh chóng cắt máy phát ra khỏi lưới khi có hiện tượng
công suất ngược.
- Giám sát trạm phát và đánh giá mức độ rủi ro của hệ thống:
Đây là một chức năng quan trọng. PMS hỗ trợ việc theo dõi tình trạng của
nguồn điện. Tất cả các máy phát điện, bảng điện, động cơ truyền động và các hệ thống
phụ được giám sát. Thông tin truyền tới được so sánh với các yêu cầu cụ thể theo chế
độ hoạt động của toàn mạng từ đó đưa ra những báo động, cảnh báo khi cần thiết.
Những báo động quan trọng hoặc thông số không phù hợp đối với thiết bị được thông
báo nhanh chóng tới những kĩ sư hay người vận hành để xử lý.
- Tắt và reset lại hệ thống:
PMS có khả năng phục hồi chế độ ban đầu (hoặc rất gần chế độ ban đầu) của hệ
thống điện khi có những nhiễu loạn nhỏ (ổn định tĩnh), và khả năng tiếp tục làm việc
được sau khi có nhiễu loạn lớn (ổn định động). PMS sẽ thực hiện khởi động lại hệ
thống xảy ra sự cố hay bị gián đoạn một phần của hệ thống.
- Tăng độ dự trữ cho toàn hệ thống:
Với các hệ thống ứng dụng PMS thì độ dự trữ nâng cao, khả năng xảy ra sự cố
được giảm thiểu.
Ngày nay, hệ thống cung cấp năng lượng trên tàu có vai trò đặc biệt quan trọng.
Nếu việc cung cấp năng lượng bị gián đoạn sẽ làm ảnh hưởng đến độ an toàn của con
tàu cũng như tính mạng của các thuyền viên. Vì vậy, hệ thống quản lý nguồn PMS
hiện được ứng dụng rộng rãi trên tàu thủy, ngay từ khi con tàu được thiết kế đóng mới
và có tác dụng điều khiển toàn bộ hệ thống năng lượng trên đó. Lưới điện tàu thủy bao
gồm trạm phát với với hệ thống các máy phát điện công tác song song và các động cơ
lớn thì hệ PMS cần đảm bảo các chức năng chính sau:
- Dừng và khởi động tổ hợp Diesel máy phát (D – G) tùy theo mức tải (Load
depending start and stop).
- Hòa đồng bộ máy phát tự động (Automatic synchoronizing).
- Ổn định tần số và phân chia tải tự động (Frequency control and active load sharing).
- Cắt và khống chế tải nặng (Heavy load).
- Khởi động nhanh máy phát ưu tiên khi xảy ra mất điện toàn tàu (Black out).
- Bảo vệ quá tải, công suất ngược cho trạm phát.
1.3 Tính ưu việt của việc trang bị PMS trên tàu thuỷ
- Đảm bảo cho việc cung cấp nguồn cho các hệ thống trên tàu luôn luôn ổn định, kịp
thời với độ tin cậy cao.
- Nâng cao tính kinh tế cho trạm phát: trong hoạt động kinh doanh và khai thác tàu
biển hiện nay giá thành nhiên liệu ngày càng cao, do đó phải làm sao giảm thiểu được
chi phí đem lại năng suất và hiệu quả kinh tế cao nhất.
- Hệ thống giúp người vận hành khai thác dễ dàng hơn, điều khiển và theo dõi các
trạng thái hoạt động của trạm phát và các phụ tải được thông qua việc quan sát trên các
màn hình giám sát (HMI, PC….).
- Giảm bớt được số lượng thuyền viên trên tàu.
1.4 Cấu trúc chung của hệ thống PMS thường gặp trên thị trường
Hình 1.1 Cấu trúc chung của hệ thống PMS
Các panel PMS điều khiển gắn bên trong trong các bảng điện có một màn hình
hiển thị thân thiện với người dùng để đọc các thông số của trạm phát điện và các nút
bấm với đèn để đặt các thông số cho trạm phát điện. PMS I/O module gắn bên trong
bảng điện có đầu vào đầu ra để kết nối với động cơ diezel, máy phát điện, thanh cái và
các aptomat. Các panel PMS điều khiển và các PMS I/O module được nối với nhau
bằng cáp truyền thông.
Các yêu cầu trong hệ PMS không chỉ nhằm giúp cho hệ thống hoạt động tin cậy
và ổn định mà cần đòi hỏi phát triển lên mức cao hơn. Đó là tăng thêm các chức năng
theo dõi, phân tích, điều khiển thông minh cho toàn bộ hệ thống trên quy mô rộng và
có thể kết nối với nhiều hệ thống khác nhau thành mạng thống nhất (EMS, SCADA…)
ở trên đất liền cũng như nhiều hệ thống khác trên tàu thủy nhằm mục đích sử dụng
nguồn năng lượng một cách tối ưu; giảm thiểu những tổn thất khi xảy ra sự cố, điều
khiển linh hoạt, tin cậy hơn, giảm lỗi và rối loạn hệ thống, xác định vị trí xảy ra sự cố
một cách nhanh chóng chính xác…Tuy nhiên, để đảm bảo sự an toàn cho từng phần tử
cũng như sự an toàn của toàn bộ hệ thống thì cần trang bị những thiết bị điều khiển
đơn giản để khi xảy ra sự cố hệ thống vẫn có thể hoạt động được bằng cách chuyển
sang các kênh dự phòng.
1.4.1 Panel vận hành của hệ thống PMS
Panel vận hành được cài đặt trên bảng điện của mỗi máy phát. Panel này có một
giao diện thân thiện với người dùng, dễ sử dụng và giám sát máy phát điện. Các panel
này đều tích hợp chức năng quản lý nguồn điện.
Các panel điều khiển PMS được trang bị màn hình hiển thị với các thông tin
sau:
- Công suất và điện áp định mức của máy phát, điện áp danh định của lưới, tần số và
hệ số công suất.
- Trạng thái aptomat.
- Tình trạng hệ thống.
- Báo động.
Ngoài ra panel điều khiển PMS còn được trang bị các nút bấm điều khiển và
các loại đèn sau đây:
- Đèn tự động/bán tự động.
- Đèn khởi động.
- Đèn tăng/giảm nhiên liệu.
- Đèn báo động
- Đèn dừng.
- Đèn 1st/2
nd standby.
Ngoài ra phía sau của panel điều khiển PMS còn được trang bị dải thiết bị đầu
cuối được kết nối như sau:
- Đầu vào 24VDC.
- Cổng USB dùng để upload/download chương trình.
- Truyền thông qua cổng RS485.
- Cáp kết nối với PMS I/O modul.
1.4.2 PMS I/O module
Panel này được cài đặt bên trong bảng điện chính của mỗi máy phát. Tín hiệu
vào/ra từ máy phát, thanh cái, aptomat và động cơ diesel được kết nối trực tiếp với I/O
module. PMS I/O module được trang bị bằng một bộ điều khiển thực hiện chức năng
điều khiển máy phát điện và chức năng I/O giao tiếp với panel điều khiển PMS. PMS
I/O module có những đầu vào/ra sau:
- Điện áp ba pha lưới.
- Điện áp ba pha máy phát.
- Dòng điện đo lường 3 pha máy phát.
- Đóng/mở aptomat.
- Tăng giảm tốc độ diesel.
- Dừng và khởi động diesel.
- Trạng thái aptomat.
- Diesel sẵn sàng.
- Diesel khởi động lỗi.
- Sẵn sàng khởi động.
- Điều khiển từ xa diesel.
- Ngắt ưu tiên.
- Chấp nhận phụ tải được cấp điện
- Tắt máy.
- Ngắt khi aptomat không bình thường.
- Tín hiệu tăng/giảm điện áp đến AVR.
- Báo tần số cao, thấp.
- Báo công suất ngược.
- Yêu cầu mở aptomat.
- Ngắt phụ tải ở nơi nào đó.
- Mở aptomat bằng tay.
CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MODULE QUẢN LÝ
NGUỒN - PMS
Cấu trúc của hệ thống quản lý nguồn - PMS bao gồm:
- Module quản lý nguồn – PMS
- Màn hình cảm ứng HMI: kết nối với module PMS thông qua mạng
Modbus/RS485.
- Các bộ chuyển đổi công suất.
Ngoài ra, trong trường hợp diesel lai máy phát sử dụng bộ điều tốc điện tử thì cần phải
kết nối module PMS qua module DA04
2.1 Thiết kế module quản lý nguồn - PMS
Module quản lý nguồn - PMS được xây dựng trên cơ sở vi điều khiển
Atmega162, bởi vì nó có giá thành hấp dẫn, có nhiều tính năng cần thiết cho hệ PMS.
Atmega162 thuộc họ AVR do hãng Atmel sản xuất, là bộ vi điều khiển CMOS 8 bit
tiêu thụ điện năng thấp dựa trên kiến trúc RISC (Reduced Instruction Set Computer).
Công nghệ này cho phép hầu hết các lệnh được thực thi chỉ trong một chu kỳ xung
nhịp, vì thế tốc độ xử lý dữ liệu có thể đạt đến 1 triệu lệnh trên giây ở tần số 1 MHz.
Vi điều khiển này cho phép người thiết kế có thể tối ưu hoá mức độ tiêu thụ năng
lượng mà vẫn đảm bảo tốc độ xử lý.
2.1.1.Thiết kế đầu vào đo tần số
Đề tài này sử dụng 02 ngắt ngoài để đo tần số máy phát và tần số lưới. Sơ đồ
hình 2.1 là mạch chuyển từ tín hiệu điện áp hình sin thành tín hiệu xung đưa vào chân
vi điều khiển.
Hình 2.1. Mạch chuyển tín hiệu
R140
RESISTOR
PD3D87
DIODE 34/DPAK
VP1
-
+
U96B
LM358
5
67
84
VCC_P12B
R72
R138
RESISTOR
VCC_N12B
VCC_N12B
U7
4N25
1 6
2
5
4
R139
RESISTOR
2.1.2 Thiết kế đầu vào đo công suất
Hệ thống đo công suất của 04 máy phát với tín hiệu vào cho vi điều khiển là 0-5
VDC. Trên thực tế, để đo công suất âm của máy phát thì tín hiệu ra của bộ biến đổi
công suất là -5÷5VDC. Do đó, cần phải có mạch chuyển tín hiệu trước khi đưa vào bộ
ADC của vi điều khiển như hình 2.2.
Hình 2.2. Mạch đầu vào đo công suất
2.1.3. Thiết kế sơ đồ tổng thể của module (hình 2.3)
AVCC
A5
AVCC
A7
-
+
U95B
LM358
5
67
84
AGN
AGN
C56
C62
R79
C76
AVCC
AGN
R80AGN
R77
AGN
R65
R78
R71
RESISTOR
AD3-
+
U80A
LM358
3
21
84
C48
R73
R75
RESISTOR
AD4-
+
U80B
LM358
5
67
84
Hình 2.3. Sơ đồ tổng thể của module quản lý nguồn
Sau khi gia công, nhóm tác giả đã chế tạo thành công module quản lý nguồn. Hình 2.4
biểu diễn một số hình ảnh thực tế của vỉ PMS.
Hình 2.4. Mô hình vật lý của PMS
2.2 Thông số kỹ thuật và sơ đồ nối dây
Cấu trúc hệ thống gồm 04 phần tử dưới đây:
a. Phần chuyển đổi transducer công suất.
Nhóm tác giả sử dụng 04 bộ sản phẩm có model CCS1.00 với các thông số:
- Dòng tiêu thụ (In): 50mA.
Title
Size Document Number Rev
Date: Sheet of
<Doc> <Rev Code>
<Title>
C
1 1Tuesday , May 12, 2015
C64
C39CAPACITOR NON-POL
U86ATLP621-4
12
16
15
C40CAPACITOR NON-POL
C13CAPACITOR NON-POL
C14CAPACITOR NON-POL
C15CAPACITOR NON-POL
C16CAPACITOR NON-POL
C41CAPACITOR NON-POL
J45
CON2
12
VCC_24VPRE
AVCC
C42CAPACITOR NON-POL
RL3
RELAY SPST
43
12
AGN
C43CAPACITOR NON-POL
U81DTLP621-4
78
10
9
C44CAPACITOR NON-POL
J172
CON12
123456789101112
C17CAPACITOR NON-POL
C18CAPACITOR NON-POL
AVCC
C31CAPACITOR NON-POL
C32CAPACITOR NON-POL
C33CAPACITOR NON-POL
C34CAPACITOR NON-POL
C23CAPACITOR NON-POL
C24CAPACITOR NON-POL
A5
D60
DIODE 34/DPAK
C74
C5CAPACITOR
VCC_24VPRE
C75
U86BTLP621-4
34
14
13
C7CAPACITOR NON-POL
AD4
U2
LM2576/TO
VIN1
OUT2
GN
D3
FB4
ON/OFF5
C71CAPACITOR NON-POL
J7
CON2
1 2
C8CAPACITOR
Q4BC337
Q5BC337
C12CAPACITOR
VCC_BAR
U82ATLP621-4
12
16
15
VCC_BAR
C82CAPACITOR NON-POL
R23
PA8
C83CAPACITOR NON-POL
U98ATLP621-4
12
16
15
U98BTLP621-4
34
14
13C84
CAPACITOR NON-POL
Q10BC337
Q11BC337
COMM
C85CAPACITOR NON-POL
U98CTLP621-4
56
12
11
U98DTLP621-4
78
10
9
C19CAPACITOR NON-POL
PA2
PA3
PA1
D53
LED
C63
U86CTLP621-4
56
12
11
D66
LED
D67
LED
D68
LED
R112
RESISTOR
R114
RESISTOR
VCC_24VPRE
-
+
U95A
LM358
3
21
84
R115
RESISTOR
R116
RESISTOR
VCC_24VPRE
R118
RESISTOR
D69
LED
U82BTLP621-4
34
14
13
COM2
D110
DIODE 34/DPAK
Y1
CRYSTAL
R120
RESISTOR
C10
R121
RESISTOR
VP2
D70
LED
R122
RESISTOR
COM2
DEC2
VCC_BAR
D71
LED
C11CAPACITOR NON-POL
D111
DIODE 34/DPAK
D72
LED
R30
PA8
INC2
CRY1
PA6
PA7
PA4
PA5
CRY2
Q12BC337
R13
Q13BC337
AD1AVCC
Q14BC337
R14
Q15BC337
R147
RESISTOR
AGN
C1CAPACITOR
C3CAPACITOR NON-POL
Q16BC337
PB5
R94
RESISTOR
C9
VCC_24V
RL8
RELAY SPST
43
12
U99ATLP621-4
12
16
15
D12
LED
GNB
U99BTLP621-4
34
14
13
VCC_24V
R15
RESISTOR
U99CTLP621-4
56
12
11
C25CAPACITOR NON-POL
C26CAPACITOR NON-POL
U86DTLP621-4
78
10
9
DEC4
INC4
C15
U82CTLP621-4
56
12
11
Q17BC337
COM4
C16
C27CAPACITOR NON-POL
C28CAPACITOR NON-POL
U99DTLP621-4
78
10
9
C86CAPACITOR NON-POL
C87CAPACITOR NON-POL
C88CAPACITOR NON-POL
VCC_24VPRE
C89CAPACITOR NON-POL
R140
RESISTOR
R31
INC1
C2CAPACITOR
D54
LED
R102
RESISTOR
PC3
D55
LED
PC2
R103
RESISTOR
VCC_BAR
D106
LED
PC1
PB3
D45
LED
R131
RESISTOR
PB4
D46
LED
DI1
D47
LED
U41TLP621
12
43
D48
LED
J31
CON2
12
VCC_24V
R104
RESISTOR
AL0
R105
RESISTOR
R106
RESISTOR
R107
RESISTOR
R108
RESISTOR
C45
D49
LED
A7
R61
R109
RESISTOR
R110
RESISTOR
D50
LED
U82DTLP621-4
78
10
9
R67
RESISTOR
R111
RESISTOR
R27
R81
VCC_BAR
D51
LED
R82
A1
C72CAPACITOR NON-POL
PE0
D52
LED
PE1
PE2
PD3
AGN
AD1
VCC_BAR
AGN
PC8
AGN
-
+
U95B
LM358
5
67
84
AGN
C57R74
J170
CON3
123
D78
DIODE 34/DPAK
AGN
C20CAPACITOR NON-POL
PC7
C58
PC6
D61
DIODE 34/DPAK
PC5
PC4
AVCC
R24 R18
Q6BC337
AGN
Q7BC337
C56
Q8BC337
Q9BC337
R148
RESISTOR
D94
DIODE ZENER
VCC_24VPRE
D95
DIODE ZENER
VCC_24VPRE
D87
DIODE 34/DPAK
R19J36
CON6
1 2 3 4 5 6
R22
VCC_24VPRE
VCC_P12B
RL6
RELAY SPST
43
12
COM3
VCC_BARD88
DIODE ZENER
D112
DIODE 34/DPAK
VCC_N12B
C62
ACL1
GNB+ C52
CAPACITOR POL
DEC3
ACL2
+ C53CAPACITOR POL
COM3
DI1
R29
C65CAPACITOR NON-POL
D113
DIODE 34/DPAK
C66CAPACITOR NON-POL
C67CAPACITOR NON-POL
C68CAPACITOR NON-POL
INC3
R137
RESISTOR
VCC_0VPRE
PD4
D102
DIODE ZENER
D103
DIODE ZENER
J173
CON6
123456
C73CAPACITOR NON-POL
PB8
J12
CON10A
1 23 45 67 89 10
PB6
J53
CON2
12
AVCC
R62
PB8PB9
PB7
R79
J52
CON2
12
VCC_24V
D84
DIODE ZENER
D91
DIODE ZENER
VP1
PE2
VCC_24VPRECOM1
D109
DIODE 34/DPAK
DEC1
K21
RELAY SPDT
35
412
J174
CON6
123456
-
+
U96B
LM358
5
67
84
R149
RESISTOR
R132
RESISTOR
D73
LED
AGN
RL4
RELAY SPST
43
12
VCC_P12B
AD2
R17
VCC_0VPRE
R156
RESISTOR VAR13
2
C61R117
AREF
VCC_N12B
R119
RESISTOR
R158
RESISTOR VAR
13
2
-
+
U97A
LM358
3
21
84
AGN
VCC_BAR
AGN
VCC_24VPRE
Q2BC337
PB1
COM1
VCC_24VPRE
J33
CON2
1 2
COM4PC8
PD8
PC2PC1
D114
DIODE 34/DPAK
PC4PC3
PC6PC5
DEC4
PC7
VCC_BAR
J30
CON2
1 2
COM4
D115
DIODE 34/DPAK
PA7
PA5PA6
INC4PA3PA4
PA1PA2
RL2
RELAY SPST
43
12
AL0
J175
CON10
12345678910
U4
AT89C51
RST4
XTAL214 XTAL115
GN
D28
PSEN26ALE/PROG27
EA/VPP29
VC
C6
P1.040
P1.141
P1.242
P1.343
P1.444
P1.51
P1.62
P1.73
P2.0/A818
P2.1/A919
P2.2/A1020
P2.3/A1121
P2.4/A1222
P2.5/A1323
P2.6/A1424
P2.7/A1525
P3.0/RXD5
P3.1/TXD7
P3.2/INT08
P3.3/INT19
P3.4/T010
P3.5/T111
P3.6/WR12
P3.7/RD13
P0.0/AD037
P0.1/AD136
P0.2/AD235
P0.3/AD334
P0.4/AD433
P0.5/AD532
P0.6/AD631
P0.7/AD730
VCC17
VCC38
GN
D16
GN
D39
PD1
PD3PD2
R143
RESISTOR
PD5PD4
PD7PD6
PE0
J34
CON2
1 2
D80
DIODE ZENER
GN
VCC_BAR
PB2
PD1
PD8
PD3PD2
J27
CON2
1 2
PD5PD4
PD7PD6
PE1
VCC_0VPRE
COMMPE2
VP2
PB4PB3
PB6PB5
PB8PB7
J35
CON2
1 2
PB9
R64
DEC3
INC3COM3
PA8
CRY1
ACL2ACL1
CRY2
RL1
RELAY SPST
43
12
DEC1
VCC_24V
J44
CON2
12
R20
RESISTOR SIP 9
123456789
AGN
VCC_BAR
C51
VCC_P12B
R72
VCC_BAR
VCC_P12B
R138
RESISTOR
C76
R150
RESISTOR
ACF1
J176
CON10
123456789
10
R83
RESISTOR
R113
RESISTOR
J54
CON2
12
D16
DIODE ZENERD18
DIODE ZENER
PB6
R34R39
D108
DIODE 34/DPAK
AVCC
R66
J32
CON2
12
R134
RESISTORD79
DIODE ZENER
D81
DIODE ZENER
R141
RESISTOR-
+
U97B
LM358
5
67
84
VCC_P12B
D96
DIODE ZENER
VCC_N12B
D97
DIODE ZENER
R142
RESISTOR
VCC_BAR
A3C59
D100
DIODE ZENER
R144
RESISTOR
C15C16
VCC_BAR
U17
MAX485
RO1
DI4
GN
D5
VC
C8
RE2 DE3
A6
B7
PB3
PB4
AREF
PB2
VCC_N12B
C22CAPACITOR NON-POL
R33
VCC_N12B
R135
RESISTORD17
DIODE ZENER
R136
RESISTOR
D19
DIODE ZENER
AGN
R80
PB1
U40TLP621
12
43
VCC_BAR
R28
RESISTOR
Q18BC337
AL1
VCC_0VPRE
AL2
VCC_N12B
D107
DIODE 34/DPAK
RL7
RELAY SPST
43
12
AGN
R68
RESISTOR
A1
C60
C69CAPACITOR NON-POL
J65
CON4
1 2 3 4
R25
R26
R76
A5
ACF1
AD3
J62
CON4
1 2 3 4
VCC_24VPRE
R21
RESISTOR SIP 9
123456789
R77
J55
CON2
12
VCC_BAR
U7
4N25
1 6
2
5
4
U85ATLP621-4
12
16
15
C49CAPACITOR NON-POL
C50CAPACITOR NON-POL
COM1
VCC_24V
C54CAPACITOR NON-POL
D98
DIODE ZENER
D99
DIODE ZENER
AVCC
VCC_BAR
C46
VCC_0VPRE
R63
R69
RESISTOR
ACF2
R145
RESISTOR
AD2
-
+
U79A
LM358
3
21
84
AGN
U85BTLP621-4
34
14
13
J43
CON2
12
A7
VCC_BAR
C21
D56
LED
VCC_N12B
J50
CON2
12
R86
RESISTOR
PD1
D57
LED
R70
RESISTOR
C90
C91CAPACITOR NON-POL
PD2
R87
RESISTOR
C92CAPACITOR NON-POL
D58
LED
R88
RESISTOR
PE0
D59
LED
VCC_N12B
R89
RESISTOR
PE1
A3
D62
LED
R90
RESISTOR
PD5
VCC_24VPRE
PD6
D63
LED
D82
DIODE ZENER
AL1
R32
D89
DIODE ZENER
D64
LED
INC1
PD7
R92
RESISTORD65
LED
R93
RESISTOR
ACF2
PD8
VP1
R139
RESISTOR
-
+
U79B
LM358
5
67
84
C55CAPACITOR NON-POL
RL5
RELAY SPST
43
12
R65
R78
U81ATLP621-4
12
16
15
R71
RESISTOR
U85CTLP621-4
56
12
11
AD3
VCC_BAR
PB7
AVCC
C78CAPACITOR NON-POL
C79CAPACITOR NON-POL
C70CAPACITOR NON-POL
Q3BC337
C80CAPACITOR NON-POL
C81CAPACITOR NON-POL
-
+
U96A
LM358
3
21
84
R35
C4CAPACITOR NON-POL
VCC_BAR
C29CAPACITOR NON-POL
GN
C30CAPACITOR NON-POL
GN
J37
CON1
1
PA2PA1
J38
CON1
1
U8
4N25
1 6
2
5
4
PA4PA3
PA6PA5
GN
J40
CON1
1
PA7
J39
CON1
1
J41
CON1
1
-
+
U80A
LM358
3
21
84
C35CAPACITOR NON-POL
U81BTLP621-4
34
14
13
GN
C36CAPACITOR NON-POL
DEC2
INC2
J42
CON1
1
COM2
VCC_24V
C37CAPACITOR NON-POL
C38CAPACITOR NON-POL
C6CAPACITOR NON-POL
U85DTLP621-4
78
10
9
PB3
J171
CON12
123456789
101112
PB4
VCC_BAR
VCC_BAR
PB6PB5
PB7
C48
R73
D101
DIODE ZENER
R11
RESISTOR SIP 9
1 23456789
J169
CON14
1 2 3 4 5 6 7 8 910
11
12
13
14
PC1
PC8
R75
RESISTOR
AGN
PC2
R16
RESISTOR SIP 9
1 23456789
PC3
AL2
AD4
PC4PC5
PC7PC6
PB1
PB8
PB2
U81CTLP621-4
56
12
11
-
+
U80B
LM358
5
67
84
VCC_24V
D83
DIODE ZENER
D90
DIODE ZENER
R146
RESISTOR
- Dòng cảm biến: 3x…/5A, tải đảm bảo nhỏ nhất là 15VA trên một pha
- Điện áp lưới (Un): 3x220-440VAC
b. Thiết bị giao diện và cài đặt.
Gồm 01 màn hình cảm ứng HMI của Delta/ Đài loan có kích cỡ là 133x173mm.
c. Thiết bị xử lý và điều khiển.
Là 01 vi xử lý 8 bit và 01 module mở rộng lựa chọn máy phát hòa đồng bộ (đặt
model là: QLN1.00).
d. Module mở rộng cho các chức năng giám sát.
Việc đấu nối nguồn cấp, mạch đo và kích hoạt đầu ra theo sơ đồ hình 2.5. Các đầu
vào/ra cho 01 tổ hợp D/G bao gồm: 04 đầu vào tương tự đo công suất +/-5VDC, 04
đầu vào số dạng tiếp điểm khô ACB STATUS, 04 đầu vào số dạng tiếp điểm khô
READY TO RUN, 08 đầu ra 24VDC/500mA (OPEN ACB, START D/G), 01 đầu ra
tiếp điểm khô (CLOSE ACB), 08 đầu ra tiếp điểm khô: (INC, DEC). Ngoài ra, còn có
02 đầu vào số để đo tần số của lưới và máy phát đang khởi động với điện áp 220-
440VAC, 01 cổng RS485/Modbus-RTU.
3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28
29 30 31 32 33 34 47 48 49 50 51 52 53 54 55 5637 38 39 40 41 42
24vdc
rs485
ACTIVE POWER +/-5VU.BUS
1 2
45 4635 36 43 44
+ -
U.GEN
P.G1
+ -
P.G2
+ -
P.G3
+ -
P.G4
24vdc
OUT for sensor
ACB STATUS READY TO RUN
A+ B- Sg
+ - + -
ACB1
G1 G2 G3 G4 D/g1 D/g2 D/g3 D/g4
Synch ok
Open acb
Start d/g
Inc Dec Inc Dec Inc Dec Inc Dec
D1 D2 D3 D4
PmF/
manu
3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 181 2
19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36
47
48
49
50
51
52
53
54
37 38 39 40 41 42
45
46
43 44
ACB2 ACB3 ACB4
CLOSE ACB
U.G4U.G3U.G2U.G1
ACB1 ACB2 ACB3 ACB4
D/G1 D/G2 D/G3 D/G4 URTURT
PCB2PCB1
Hình 2.5 Sơ đồ nối dây của module PMS
Trong đó, CTT1.00 và QLN1.00 có thể dùng điều khiển cả bộ điều tốc cơ và điều tốc
điện tử. Nếu trạm phát dùng bộ điều tốc điện tử thì ta sử dụng module Electronic
Potentiometer theo sơ đồ hình 2.6.
7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
21 22 23 24 25 26
1 2 3 4 5 6
33 34 35 36 37 38 39 4027 28 29 30 31 32
24VdC
Input com+ -
Output com
Rs485
TO ELECTRIC
governor 1
DOWNRS UP
TO ELECTRIC
governor 2
TO ELECTRIC
governor 3
TO ELECTRIC
governor 4
D/G 1
DOWNRS UP
D/G 2
DOWNRS UP
D/G 3
DOWNRS UP
D/G 4
10K 10K 10K 10K
+/-20mA +/-20mA +/-20mA +/-20mA
Hình 2.6. Sơ đồ nối dây khi sử dụng cho bộ điều tốc điện tử
2.4 Một số tính năng chính của module PMS
Module PMS (QLN1.00) được ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống máy phát
điện công tác song song trên tàu thủy cũng như trên bờ. QLN1.00 có tích hợp các chức
năng sau: hòa đồng bộ máy phát tự động (Automatic synchronizing), ổn định tần số và
phân chia tải tác dụng tự động (Frequency control and active load sharing), dừng và
khởi động tổ hợp diesel/máy phát tùy theo tải (Load depending start and stop), cắt
hoặc khống chế tải nặng (heavy load), khởi động nhanh máy phát ưu tiên khi xảy ra
mất điện toàn tàu (Black out), bảo vệ công suất ngược, giám sát trạm phát. Đây là một
giải pháp tích hợp có hiệu quả cao mà giảm giá thành. Số lượng máy phát tối đa cho
phép điều khiển bởi 01 bộ QLN1.00 là 04 máy; Cho phép cài đặt thông số dễ dàng
thông qua màn hình cảm ứng.
- Chức năng hòa đồng bộ
HDT1.00 được ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống máy phát điện công tác song
song trên tàu thủy cũng như trên bờ. HDT.00 có tích hợp các chức năng tự động phát
hiện máy phát hoạt động và tự động hòa đồng bộ máy phát. Số lượng máy phát tối đa
cho phép điều khiển bởi 01 bộ HCT1.00 là 04 máy.
Thông số hòa đồng bộ và phân chia tải tác dụng:
Sai khác tần số: -1 ÷ 0 hoặc 0 ÷ +1Hz
Đảm thời gian trễ đóng ACB: 600ms
Deadband: ±2 ÷ 10%Pn; ±0.1 ÷ 1%Hz
Thời gian điều khiển rơle nhỏ nhất (khoảng 20% chu kỳ sóng mang khi sai lệch bắt
đầu vượt qua dead band)/chu kỳ sóng mang PWM của rơle INC và DEC là:
10ms/50ms ÷ 6500ms/32500ms; giá trị mặc định 500ms/2500ms
- Chức năng phân chia tải
CTT1.00 được ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống máy phát điện công tác song song
với việc tích hợp thêm các chức năng sau: ổn định tần số và phân chia tải tác dụng tự
động (Frequency control and active load sharing), tự động chuyển tải để ngắt máy phát
khi non tải hoặc khi có yêu cầu, bảo vệ công suất ngược, khống chế tải nặng, tự động
phát lệnh khởi động thêm diesel... Số lượng máy phát tối đa cho phép điều khiển bởi
01 bộ CTT.00 là 4 máy phát.
Thông số hòa đồng bộ và phân chia tải tác dụng:
Sai khác tần số: -1 ÷ 0 hoặc 0 ÷ +1Hz
Thời gian trễ đóng ACB: 200ms ÷ 800ms
Deadband: ±2 ÷ 10%Pn; ±0.1 ÷ 1%Hz
Thời gian điều khiển rơle nhỏ nhất (khoảng 20% chu kỳ sóng mang khi sai lệch bắt đầu
vượt qua dead band)/chu kỳ sóng mang PWM của rơle INC và DEC là: 10ms/50ms ÷
6500ms/32500ms; giá trị mặc định 500ms/2500ms.
Cung cấp nhiều loại đầu ra cho bộ điều tốc/governor: Rơle; ±20mADC; ±5, 10VDC
2.5 Bộ biến đổi công suất
Bộ biến đổi công suất được ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống điện, mạng
điện xoay chiều trên bờ cũng như trên tàu biển. Công suất tác dụng của phụ tải, máy
phát điện được đo “online” và chỉ báo trên đồng hồ, ngoài ra còn có đầu ra điện áp
±4,5VDC và dòng điện 4-20mA. CCS1.00 có khả năng chỉ thị và chuyển đổi dải công
suất âm trong các trường hợp máy phát điện công tác song song nhận tải về từ máy
khác. Nó được ứng dụng trong các hệ thống đo lường, thu thập dữ liệu; hệ thống phân
chia tải tác dụng, điều khiển tối ưu nguồn điện PMS.
Nguyên lý hoạt động của bộ biến đổi công suất:
Nguyên tắc biến đổi đảm bảo tính ra công suất thực tế theo công thức (U.I.Cosɸ),
kiểm tra dạng sóng. Bộ biến đổi công suất ngược thích hợp với cách nối sau: đo 2 pha
của hệ thống 3 pha 3 dây tải cân bằng.
Mặt trước của bộ biến đổi công suất có 2 chiết áp để chỉnh. Một cái để chỉnh
không cho đầu ra, còn 1 cái để chỉnh hệ số khuyếch đại cho tín hiệu ra. 01 đầu ra cấp
cho các thiết bị ngoài theo chuẩn dòng (4÷20mA) hoặc theo chuẩn áp (-5÷5VDC). Tín
hiệu ra trên chân 11 là dương còn trên chân 12 là âm.
Bộ biến đổi công suất có tổng cộng 12 đầu đấu dây vào ra. Hình 2.6 mô tả sơ đồ
đấu dây vào ra của bộ chuyển đổi công suất.
Hình 2.6 Sơ đồ nối dây của bộ biến đổi công suất
Đấu theo sơ đồ trên mặt bộ chuyển đổi công suất. Điện áp 3 pha R S T được
đấu vào 3 chân 3, 4, 5 (dây trung tính được đấu vào chân số 6 nếu có). Biến dòng đo
lường của pha R có đầu ra được nối vào hai chân 7 và 8, còn biến dòng pha T thì được
nối vào hai chân 9 và 10.
Nếu đồng hồ chỉ ngược giá trị tức là công suất dương chỉ thành công suất âm
thì ta phải đổi hai chân tín hiệu dòng cho nhau và đổi cả 3 pha R, S, T. Nguồn cung
cấp có thể là xoay chiều hoặc một chiều được cấp vào hai chân số 1 và 2. Nếu là điện
áp xoay chiều thì cấp vào 18VAC, còn nếu là điện áp một chiều thì cấp vào 24VDC.
Tín hiệu ra được lấy trên hai chân số 11 và 12.
Kích thước của bộ chuyển đổi công suất là 116x90x55. Và được trang bị bộ cài trên
Rack DIN35.
Các thông số của tín hiệu vào:
- Dòng điện vào trên hai pha IT và IR = 0....5A, do đó ta phải dùng hai biến dòng đo
lường .../5A để cấp tín hiệu dòng cho bộ chuyển đổi công suất và phải đảm bảo nhỏ
nhất là 15VA trên một pha.
- Điện áp vào 3 pha 380V ± 20% và phải đảm bảo công suất nhỏ nhất là 50VA trên
một pha. Như vậy thì với điện áp 3 pha trên tàu (380V hoặc 440V) thì ta sẽ đấu trực
tiếp tín hiệu điện áp vào bộ chuyển đổi công suất.
- Tần số điện áp là 50/60Hz.
- Nguồn nuôi là 18VAC hoặc 24VDC.
- Dòng tiêu thụ của bộ biến đổi là 10mA.
Một số thông số kỹ thuật khác:
- Đầu ra được lấy trên hai chân 11 và 12 ; Đầu ra có thể là chuẩn điện áp (-10÷10V)
hoặc dòng điện (4÷20mA).
- Thời gian tác động dưới 300ms.
- Nhiệt độ làm việc là từ -20oC tới 65
oC lúc vận hành.
- Loại đồng hồ công suất được dùng theo bộ chuyển đổi là loại 96x96, 2400, 90
0; thang
đo có cả dải âm, giới hạn thang đo phụ thuộc vào hệ số biến dòng ..../5A.
Cài đặt và chỉ thị
Phía trong bộ chuyển đổi có 02 chiết áp chỉnh định. Chiết áp VR1 chỉnh zero đầu ra
±5VDC, VR2 chỉnh gain đầu ra ±5VDC. Chiều mũi tên trên mặt bộ chuyển đổi là
chiều chỉnh định tăng thông số điều chỉnh, nói chung các tham số của bộ chuyển đổi
đã được chỉnh định rất chính xác từ nhà sản xuất nên người sử dụng không nhất thiết
phải chỉnh định lại.
Ứng dụng
- Bộ chuyển đổi công suất được ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống điện, mạng điện
xoay chiều trên bờ cũng như trên tàu biển. Công suất tác dụng của phụ tải, máy phát
điện được đo online và chỉ báo trên đồng hồ chỉ thị được tích hợp. Ngoài ra còn có đầu
ra điện áp ±10VDC hoặc dòng điện 4÷20mA.
- Bộ chuyển đổi công suất có khả năng chỉ thị và chuyển đổi dải công suất âm trong
các trường hợp máy phát điện công tác song song nhận tải về từ các máy khác. Bộ
chuyển đổi này được ứng dụng trong các hệ thống đo lường, thu thập dữ liệu, trong
các hệ thống phân chia tải tác dụng, điều khiển tối ưu nguồn điện PMS.
Một module PMS có thể ghép nối với 04 bộ biến đổi công suất (hình 2.7)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
+ -®
Giakhanhwww.giakhanh.com
ITN IrU3P
R S T
24vdc
220vac
0 VD±5 C4-20mA220..440V 0..5A
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
+ -®
Giakhanhwww.giakhanh.com
ITN IrU3P
R S T
24vdc
220vac
0 VD±5 C4-20mA220..440V 0..5A
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
+ -®
Giakhanhwww.giakhanh.com
ITN IrU3P
R S T
24vdc
220vac
0 VD±5 C4-20mA220..440V 0..5A
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
+ -®
Giakhanhwww.giakhanh.com
ITN IrU3P
R S T
24vdc
220vac
0 VD±5 C4-20mA220..440V 0..5A
Hình 2.7.Sơ đồ kết nối PMS và 04 bộ biến đổi công suất
CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ PMS
TRÊN HMI.
3.1 Màn hình cảm ứng của Delta (Touch Screen Delta - HMI)
3.1.1. Giới thiệu chung về HMI
Touch Screen là loại màn hình HMI chất lượng cao dùng trong quá trình tự
động hoá trong công nghiệp cũng như trên tàu thuỷ… Touch Screen cho phép tạo
được các đồ thị quá trình để điều khiển giám sát các thiết bị hay quản lý nhà máy, lưu
trữ dữ liệu và sự kiện với các mốc thời gian trong một cơ sở dữ liệu, quản lý tất cả các
thông tin của nhà máy, máy móc và có thể in được dưới dạng báo cáo. Touch Screen
cho phép thực hiện chức năng điều khiển hoạt động (khởi động, dừng) ngay trên màn
hình của một hệ thống, các thiết bị máy móc từ xa với phần cứng có tốc độ cao. Touch
Screen có khả năng kết nối rộng, có thể sử dụng nó để mở rộng hệ thống một cách linh
hoạt từ đơn giản đến phức tạp tuỳ theo từng yêu cầu công nghệ.
Cấu trúc HMI có hai phần:
- Input (ngõ vào): Cho phép người sử dụng thao tác hệ thống;
- Output (ngõ ra): Cho phép hệ thống điều khiển sinh ra những hiệu ứng theo những
thao tác của người sử dụng.
3.1.2. Ưu điểm của HMI
- Cung cấp hình ảnh đồ họa tốt, có cách thức nhập dữ liệu và lệnh đơn giản, dễ hiểu,
đồng thời cung cấp một cửa sổ có độ phân giải cao cho quá trình. Vỏ bọc được phát
triển để giúp cho HMI sử dụng máy tính có thể định vị bên ngoài sàn nhà máy, nhưng
rất rộng, kềnh càng và dễ hỏng do sức nóng.
- Hỗ trợ người vận hành: Khi các quá trình ở nhà máy được tự động hóa nhiều hơn,
người điều khiển cần có thêm nhiều thông tin về quá trình nên yêu cầu về hiển thị và
điều khiển nội bộ trở nên phức tạp hơn. Một trong những đặc điểm tiến bộ trong lĩnh
vực này là hiển thị dạng cảm ứng. Điều này giúp cho người điều khiển chỉ cần đơn
giản ấn từng phần của hiển thị có một “nút ảo” trên thiết bị để thực hiện hoạt động hay
nhận hiển thị. Nó cũng loại bỏ yêu cầu có bàn phím, chuột và gậy điều khiển, ngoại trừ
công tác lập trình phức tạp ít gặp có thể được thực hiện trong quá trình rửa trôi.
- Hiển thị dạng tinh thể lỏng, chiếm ít không gian hơn, hiển thị dạng CRT do đó có
thể được sử dụng trong những không gian nhỏ hơn.
- Đặc biệt là trong các máy tính nhúng có hình dạng nhỏ gọn giúp nó thay thế hiển thị
hai đường trên một công cụ thông thường hay trên bộ truyền với một HMI có đầy đủ
tính năng. Người điều khiển làm việc trong không gian rất hạn chế tại nhà máy. Đôi
khi không có chỗ cho họ, các công cụ, phụ tùng và HMI cỡ lớn nên họ cần có HMI có
thể di chuyển được.
3.1.3. Đặc điểm và chức năng phần cứng của HMI (hãng Delta-Đài Loan)
Hình 3.1 giới thiệu hình ảnh bên ngoài của màn hình cảm ứng HMI (hãng Delta
sản xuất)
Hình 3.1 Hình ảnh bên ngoài của màn hình cảm ứng HMI hãng delta.
Hãng DELTA cho ra đời sản phẩm ký hiệu là DOP với 2 loại sêri khác nhau đó
là DOP-A và DOP-B.
- Đặc điểm của loại DOP-A:
Bảng 3.1 Đặc điểm của HMI loại DOP-A
Serri DOP-A có 2 cổng kết nối truyền thông COM1, COM2 để thực hiện kết
nối và truyền dữ liệu.
Cổng COM1: Kiểu truyền dẫn RS232 (Baud Rate: 9600; Stop bit: 1; Data bit: 7 bit)
Cổng COM2: Kiểu truyền dẫn RS232, RS422, RS485 (Baud Rate: 9600; Stop bit: 1;
Data bit: 8 bit)
Độ phân giải của màn hình với kích cỡ 5.7” là 320*240 còn với cỡ 7.5” và
10.4” có độ phân giải là 640*480.
Bộ nhớ: Lưu trữ dữ liệu của màn hình, các lệnh, toán hạng và các hệ thống dữ
liệu. Toán hạng lớn nhất thực hiện được là 64K (64*1024 = 65536 Words).
SRAM: Lưu trữ dữ liệu đã thực hiện với dung lượng 240K.
- Đặc điểm của loại DOP-B:
Bảng 3.2 Đặc điểm của HMI loại DOP-B
Sêri DOP-B có 3 cổng kết nối truyền thông COM1, COM2, COM3 để kết nối
và truyền thông dữ liệu.
Cổng COM1: Kiểu truyền dẫn RS232.
Cổng COM2: Kiểu truyền dẫn RS232, RS422, RS485.
Cổng COM3: Kiểu truyền dẫn RS232, RS422, RS485.
Bộ nhớ: Lưu trữ dữ liệu màn hình, toán hạng và hệ thống dữ liệu, toán hạng lớn
nhất thực hiện được là 128K (128*1024 = 131072 Words).
SRAM: Lưu trữ dữ liệu đã thực hiện với dung lượng 360K.
- Chức năng của DOP:
Loại Panel TFT cung cấp 65536 gam màu ( 8” và 10.4”).
Có 3 cổng COM để kết nối truyền dẫn theo kiểu RS232, RS485, RS422.
Bộ nhớ SRAM có dung lượng 512K với loại DOP-AE và 256K với loại DOP-A.
Hệ thống cho phép có thể kết nối được với một số thiết bị như: USB, máy in, máy tính
PC, PLC…
- Khả năng và kiểu truyền dẫn của DOP với các thiết bị như sơ đồ sau:
Hệ thống cho phép có thể kết nối truyền dẫn 2 chiều giữa DOP và máy tính PC và cho
phép:
Download DOP PC
Upload DOP ® PC
Copy DOP PC
DOP cho phép kết với 1 DOP khác qua cổng COM3 với kiểu truyền dẫn RS232,
RS485, RS422.
DOP cũng cho phép kết nối giữa DOP USB®PC.
DOP có khả năng kết nối với PLC qua cổng truyền thông của PLC. Kiểu truyền dẫn
khi kết nối với PLC theo kiểu RS232, RS485 nên cho phép DOP có khả năng kết nối
với nhiều thiết bị như hình 3.2.
Hình 3.2 Khả năng kết nối mở rộng của DOP hãng Delta.
- Sơ đồ chân khi kết nối truyền dẫn của DOP
DOP kết nối với máy tính PC, PLC, DOP…qua cổng truyền dẫn COM1,
COM2 sử dụng cáp truyền dẫn 9 chân với sơ đồ chân như hình 3.3. Tuỳ theo kiểu
truyền dẫn RS232, RS485, RS422 mà sơ đồ kết nối chân khác nhau.
Hình 3.3 Sơ đồ chân kết nối cổng truyền thông của DOP.
Sự kết nối của DOP khi truyền dẫn yêu cầu phải có sự tiếp mát nhất là khi sử
dụng kiểu truyền dẫn RS-485 và RS-422 mà khoảng cách truyền dẫn này dài. cách
truyền dẫn này dài.
3.2 Thiết kế trung tâm tự động kiểm tra, giám sát trên HMI
Trung tâm xử lý bao gồm màn hình giao diện trung tâm HMI có nhiệm vụ kết
nối với các module mở rộng trong hệ thống mạng truyền thông để thu thập và xử lý tín
hiệu từ các cảm biến…Có thể kết nối với máy tính để quản lý và giám sát hệ thống
mạng, lưu trữ các dữ liệu quá trình. Ngoài ra, card giao tiếp trung tâm còn có khả năng
kết nối tới trung tâm điều khiển cấp cao khác qua một cổng truyền thông.
Có thể ghép nối với hệ thống rơle, contactor trung gian nằm trên card mở rộng,
có nhiệm vụ báo động ra chuông.
-Tính năng cơ bản của trung tâm tự động kiểm tra, giám sát
Ghép nối với các trung tâm báo động mở rộng thông qua chuẩn truyền dẫn
Modbus/RS485;
Có hệ thống màn hình và bàn phím ảo để thao tác, cài đặt thông tin cho các
trung tâm báo động mở rộng, lưu trữ thông tin nhật ký báo động, hoạt động. Có thể
nhận lệnh từ máy tính, phân tích và gửi lệnh xuống các đối tượng tương ứng trong
mạng;
Điều khiển quá trình giao tiếp với các cảm biến và các cơ cấu chấp hành mở
rộng;
Hỗ trợ tính năng quản lý cảm biến theo thời gian.
- Để ứng dụng HMI của hãng Delta loại BS05 ta phải thực hiện các công việc sau:
Thiết lập cấu hình mạng với trung tâm báo động;
Xác định các biến giao tiếp dữ liệu, thiết kế giao diện đồ họa;
Compile và dowload chương trình vào HMI;
-Thiết lập cấu hình mạng giữa trung tâm tự động kiểm tra, giám sát và các modul.
Để truyền thông giữa các modul phân tán và trung tâm tự động kiểm tra, ta sử
dụng mạng Modbus/RS485. Do vậy ta phải cấu hình cho màn hình cảm ứng HMI như
là một master trong mạng Modbus, các thông số mạng được lựa chọn như sau: Tốc độ
38400 baud, 8 bit dữ liệu, 1 bit start, 1 bit stop, không bit chẵn lẻ. Hình 3.4 dưới đây là
cửa sổ cài đặt mạng cho màn hình HMI.
Hình 3.4. Cài đặt giao diện mạng Modbus/RS485
3.3. Các bảng địa chỉ Modbus trong module PMS
Để thực hiện giao tiếp giữa HMI của Delta với module PMS ta phải tổ chức bộ
nhớ trong vi điều khiển ATMEGA162 thành các vùng có địa chỉ Modbus tương ứng.
Bảng 3.3, 3.4.ghi địa chỉ của các biến và ý nghĩa của các biến đã được thiết kế.
Bảng 3.3.Các thông số cài đặt (đọc/ghi)
STT Tên thông số Dải giá trị Mặc định Đơn
vị
Dạng
tín hiệu
Địa chỉ
1 Tần số làm việc
5000-6000 50.00 Hz Word 40033/40033
2 Thời gian chu
kỳ PWM
100-65500 2500 ms Word 40034/40034
3 Công suất non
tải
0-100 20 % Word 40035/40035
4 Công suất già
tải
0-100 80 % Word 40036/40036
5 Dải dead band
điều chỉnh công
suất
0-20 3 % Word 40037/40037
6 Độ phân dải
điều chỉnh công
suất máy 1
0-20 5 % Word 40038/40038
7 Độ phân dải
điều chỉnh công
suất máy 2
0-20 5 % Word 40039/40039
8 Độ phân dải
điều chỉnh công
suất máy 3
0-20 5 % Word 40040/40040
9 Độ phân dải
điều chỉnh công
0-20 5 % Word 40041/40041
suất máy 4
10 Dải dead band
điều chỉnh tần
số để hòa
0-100 0.30 Hz Word 40042/40042
11 Độ phân dải
điều chỉnh tần
số máy 1
0-100 0.50 Hz Word 40043/40043
12 Độ phân dải
điều chỉnh tần
số máy 2
0-100 0.50 Hz Word 40044/40044
13 Độ phân dải
điều chỉnh tần
số máy 3
0-100 0.50 Hz Word 40045/40045
14 Độ phân dải
điều chỉnh tần
số máy 4
0-100 0.50 Hz Word 40046/40046
15 Thời gian phát
hiện tải nhẹ
0-100 30 s Word 40047/40047
16 Thời gian phát
hiện tải nặng
0-100 30 s Word 40048/40048
17 Giá trị zero
point công suất
0-2000 775 Word 40049/40049
18 Giá trị công
suất ngược
0-25 10 % Word 40050/40050
19 Giá trị công
suất un load
0-25 5 % Word 40051/40051
20 Thời gian bảo
vệ công suất
ngược
0-29 5 s Word 40052/40052
21 Dải dead band
điều chỉnh tần
số ổn định
0-255 1.00 Hz Word 40053/40053
22 Độ rộng vùng
chống nhiễu
hyteris
0-50 15 Word 40054/40054
23 Thứ tự ưu tiên
khởi động máy
1
1-4 4 Word 40055/40055
24 Thứ tự ưu tiên
khởi động máy
2
1-4 3 Word 40056/40056
25 Thứ tự ưu tiên
khởi động máy
3
1-4 2 Word 40057/40057
26 Thứ tự ưu tiên
khởi động máy
4
1-4 1 Word 40058/40058
27 Thứ tự ưu tiên 1-4 4 Word 40059/40059
dừng máy 1
28 Thứ tự ưu tiên
dừng máy 2
1-4 3 Word 40060/40060
29 Thứ tự ưu tiên
dừng máy 3
1-4 2 Word 40061/40061
30 Thứ tự ưu tiên
dừng máy 4
1-4 1 Word 40062/40062
31 ENTER thông
số cài đặt
0,1 0 Bit 00001/10001
32 ENTER thông
số cài đặt thứ tự
ưu tiên
start/stop
0,1 0 Bit 00037/10002
33 Chuyển chế độ
khởi động/dừng
theo thời gian
vận hành hoặc
theo cài đặt thứ
tự ưu tiên
start/stop
0,1 0 Bit 00038/10004
34 Đóng ACB
0,1 0 Bit 00027/10004
Bảng 3.4. Các thông số hiển thị (chỉ đọc):
STT Tên thông số Dải giá trị Mặc
định
Đơn vị Dạng tín
hiệu
Địa chỉ
1 Tần số lưới 4000-7000 Hz Word 40001
2 Tần số máy phát 4000-7000 Hz Word 40002
3 Công suất máy
phát 1
0-4096 KW Word 40003
4 Công suất máy
phát 2
0-4096 KW Word 40004
5 Công suất máy
phát 3
0-4096 KW Word 40005
6 Công suất máy
phát 4
0-4096 KW Word 40006
7 Công suất lưới 0-4x4096 KW Word 40007
8 Góc lệch pha 0-65280 0-360 độ Word 40008
9 Giờ chạy máy 1
độ phấn dải 10
0-65535 10xh Word 40009
10 Giờ chạy máy 1
độ phấn dải 0.1
0-99 0.1xh Word 40010
11 Giờ chạy máy 2
độ phấn dải 10
0-65535 10xh Word 40011
12 Giờ chạy máy 2
độ phấn dải 0.1
0-99 0.1xh Word 40012
13 Giờ chạy máy 3
độ phấn dải 10
0-65535 10xh Word 40013
14 Giờ chạy máy 3
độ phấn dải 0.1
0-99 0.1xh Word 40014
15 Giờ chạy máy 4
độ phấn dải 10
0-65535 10xh Word 40015
16 Giờ chạy máy 4
độ phấn dải 0.1
0-99 0.1xh Word 40016
17 Báo ENTER
thông số cài đặt
0,1 Bit 00001
18 Trạng thái ACB
máy 1
0,1 Bit 00002
19 Trạng thái ACB
máy 2
0,1 Bit 00003
20 Trạng thái ACB
máy 3
0,1 Bit 00004
21 Trạng thái ACB
máy 4
0,1 Bit 00005
22 Lệnh unload
máy 1
0,1 Bit 00006
23 Lệnh unload
máy 2
0,1 Bit 00007
24 Lệnh unload
máy 3
0,1 Bit 00008
25 Lệnh unload
máy 4
0,1 Bit 00009
26 Công suất
ngược máy 1
0,1 Bit 00010
27 Công suất
ngược máy 2
0,1 Bit 00011
28 Công suất
ngược máy 3
0,1 Bit 00012
29 Công suất
ngược máy 4
0,1 Bit 00013
30 Lỗi tần số lưới 0,1 Bit 00014
31 Lỗi black out 0,1 Bit 00015
32 Trạng thái non
tải
0,1 Bit 00016
33 Trạng thái già
tải
0,1 Bit 00017
34 Dừng tổ hợp
D/G1
0,1 Bit 00018
35 Dừng tổ hợp
D/G2
0,1 Bit 00019
36 Dừng tổ hợp
D/G3
0,1 Bit 00020
37 Dừng tổ hợp 0,1 Bit 00021
D/G4
38 Khởi động tổ
hợp D/G1
0,1 Bit 00022
39 Khởi động tổ
hợp D/G2
0,1 Bit 00023
40 Khởi động tổ
hợp D/G3
0,1 Bit 00024
41 Khởi động tổ
hợp D/G4
0,1 Bit 00025
42 Trạng thái điện
bờ
0,1 Bit 00026
43 Báo đóng ACB 0,1 Bit 00027
44 Chế độ hoạt
động
PMS/MAN
0,1 Bit 00028
45 Yêu cầu khởi
động tổ hợp
D/G1
0,1 Bit 00029
46 Yêu cầu khởi
động tổ hợp
D/G2
0,1 Bit 00030
47 Yêu cầu khởi
động tổ hợp
D/G3
0,1 Bit 00031
48 Yêu cầu khởi
động tổ hợp
D/G4
0,1 Bit 00032
49 Đang chuyển tải
để ngắt máy 1
0,1 Bit 00033
50 Đang chuyển tải
để ngắt máy 2
0,1 Bit 00034
51 Đang chuyển tải
để ngắt máy 3
0,1 Bit 00035
52 Đang chuyển tải
để ngắt máy 4
0,1 Bit 00036
53 Báo ENTER
thông số cài đặt
thứ tự ưu tiên
start/stop
0,1 Bit 00037
54 Báo trạng thái
chuyển chế độ
khởi động/dừng
theo thời gian
vận hành hoặc
theo cài đặt thứ
tự ưu tiên
start/stop
0,1 Bit 00038
55 Yêu cầu chuyển 0,1 Bit 00039
tải Shedding
56 Có máy bị sự cố 0,1 Bit 00040
3.4 Một số giao diện điều khiển giám sát trên HMI
Hình 3.5, 3.6, 3.7, 3.8 biểu diễn các giao diện trên HMI khi hoàn thiện hệ thống
quản lý nguồn PMS.
Hình 3.5. Màn hình overview của hệ thống
Hình 3.6. Cửa sổ hiển thị báo động online
Hình 3.7. Cửa sổ nhật ký báo động
KẾT LUẬN
Đề tài: “Nghiên cứu và chế tạo module quản lý nguồn - PMS cho hệ thống
điện tàu thủy” đã được ứng dụng và chế tạo thành công vào thực tế. Tuy nhiên, để
có thể thương mại hóa sản phẩm cần có nhiều thời gian và công sức nghiên cứu hơn
nữa. Cần có các thiết bị thử nghiệm độ chính xác, độ bền của sản phẩm theo thời gian
để nhận được chứng chỉ của Đăng kiểm đồng thời cũng cần có những nghiên cứu phân
tích ảnh hưởng của môi trường và nhiễu ngoại cảnh tác động lên thiết bị một cách toàn
diện hơn trong quá trình khai thác của con tàu.
Hướng phát triển
Mặc dù hệ thống được chế tạo đã đạt các yêu cầu đề ra về tính năng và phẩm chất kỹ
thuật, tuy nhiên để sản phẩm có thể thương mại hóa cần thực hiện những vấn đề sau:
+ Nâng cao hơn nữa chất lượng khâu lọc nhiễu. Có nhiều phép thử nghiệm đo đạc ảnh
hưởng của nhiễu để đánh giá chất lượng và hiệu chỉnh các thông số kỹ thuật.
+ Chế tạo, gia công hộp chứa, giá bắt thiết bị chuyên nghiệp hơn.
+ Kiểm định theo tiêu chuẩn của Đăng kiểm thiết bị phục vụ cho công tác thương mại
hóa.
Tuy đã tập trung nhiều công sức cho việc nghiên cứu và đã đạt được kết quả
khả quan nhưng không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong sự đóng góp ý kiến của
các bạn đồng nghiệp và những người quan tâm đến lĩnh vực này.
Xin chân thành cảm ơn!
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. TS. Hoàng Minh Sơn – Mạng truyền thông công nghiệp – Nhà xuất bản Khoa học
và Kỹ thuật – 2001.
2. Nguyễn Thúc Khải – Mạng máy tính và các hệ thống mở - Nhà xuất bản Khoa học
và kỹ thuật 2000.
3. PTS Đặng Văn Chuyết (1998), Kĩ thuật điện tử số, Nhà xuất bản Giáo dục, Hà Nội.
4. TSKH Nguyễn Công Định (2002), Phân tích và tổng hợp các hệ thống điều khiển
bằng máy tính, Nhà xuất bản Khoa học kỹ thuật, Hà Nội.
5. PGS.TS Phạm Thượng Hàn, Nguyễn Trọng Quế, Nguyễn Văn Hoà (2002), Đo
lường các đại lượng vật lý, tập 1, Nhà xuất bản Giáo dục, Hà Nội.
6. PGS.TS Phạm Thượng Hàn, Nguyễn Trọng Quế, Nguyễn Văn Hoà (2004), Đo
lường các đại lượng vật lý, tập 2, Nhà xuất bản Giáo dục, Hà Nội.
7. PGS.TS Phạm Thượng Hàn (2006), Xử lý số tín hiệu và ứng dụng, Nhà xuất bản
Giáo dục, Hà Nội.
8. Nguyễn Phùng Quang (2006), Matlab và Simulink dành cho kỹ sư điều khiển tự
động, Nhà xuất bản Khoa học kỹ thuật, Hà Nội.
9. TS Hồ Văn Sung (2005), Xử lý số tín hiệu, tập 1, Nhà xuất bản Giáo dục, Hà Nội.
10. TS Hồ Văn Sung (2005), Xử lý số tín hiệu, tập 2, Nhà xuất bản Giáo dục, Hà Nội.
11. PGS.TS Nguyễn Quốc Trung (2006), Xử lý tín hiệu và lọc số, tập 1, Nhà xuất bản
Khoa học kỹ thuật, Hà Nội.
12. PGS.TS Nguyễn Quốc Trung (2003), Xử lý tín hiệu và lọc số, tập 2, Nhà xuất bản
Khoa học kỹ thuật, Hà Nội.
13. ATMEGA8 Intruction Manual, ATMEL.
Recommended