THUYẾT MINH ĐỀ TÀI NCKH CẤP TRƯỜNGkhcn.vimaru.edu.vn/sites/khcn.vimaru.edu.vn/files/nghien_cuu_va_che... · Sự quá tải của một máy phát có thể gây ra hư

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

MỤC LỤC

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







J45

CON2

12

VCC_24VPRE

AVCC


RL3

RELAY SPST

43

12

AGN


U81DTLP621-4

78

10

9


J172

CON12

123456789101112



AVCC







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


J7

CON2

1 2

C8CAPACITOR

Q4BC337

Q5BC337

C12CAPACITOR

VCC_BAR

U82ATLP621-4

12

16

15

VCC_BAR


R23

PA8


U98ATLP621-4

12

16

15

U98BTLP621-4

34

14

13C84

CAPACITOR NON-POL

Q10BC337

Q11BC337

COMM


U98CTLP621-4

56

12

11

U98DTLP621-4

78

10

9


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


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



U86DTLP621-4

78

10

9

DEC4

INC4

C15

U82CTLP621-4

56

12

11

Q17BC337

COM4

C16



U99DTLP621-4

78

10

9




VCC_24VPRE


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


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


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


D113

DIODE 34/DPAK




INC3

R137

RESISTOR

VCC_0VPRE

PD4

D102

DIODE ZENER

D103

DIODE ZENER

J173

CON6

123456


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


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


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



COM1

VCC_24V


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


PD2

R87

RESISTOR


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


RL5

RELAY SPST

43

12

R65

R78

U81ATLP621-4

12

16

15

R71

RESISTOR

U85CTLP621-4

56

12

11

AD3

VCC_BAR

PB7

AVCC




Q3BC337



-

+

U96A

LM358

3

21

84

R35

C4CAPACITOR NON-POL

VCC_BAR


GN


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


U81BTLP621-4

34

14

13

GN


DEC2

INC2

J42

CON1

1

COM2

VCC_24V



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

+ -®


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

+ -®


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

+ -®


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


suất máy 1

0-20 5 % Word 40038/40038

7 Độ phân dải


suất máy 2

0-20 5 % Word 40039/40039

8 Độ phân dải


suất máy 3

0-20 5 % Word 40040/40040

9 Độ phân dải


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


số máy 1

0-100 0.50 Hz Word 40043/40043



số máy 2

0-100 0.50 Hz Word 40044/40044



số máy 3

0-100 0.50 Hz Word 40045/40045



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


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


khởi động máy

2

1-4 3 Word 40056/40056


khởi động máy

3

1-4 2 Word 40057/40057


khởi động máy

4

1-4 1 Word 40058/40058

27 Thứ tự ưu tiên 1-4 4 Word 40059/40059

dừng máy 1


dừng máy 2

1-4 3 Word 40060/40060


dừng máy 3

1-4 2 Word 40061/40061


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


độ phấn dải 0.1

0-99 0.1xh Word 40010



0-65535 10xh Word 40011



0-99 0.1xh Word 40012



0-65535 10xh Word 40013



0-99 0.1xh Word 40014



0-65535 10xh Word 40015



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


máy 2

0,1 Bit 00003


máy 3

0,1 Bit 00004


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


D/G2

0,1 Bit 00019


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


hợp D/G2

0,1 Bit 00023


hợp D/G3

0,1 Bit 00024


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


động tổ hợp

D/G2

0,1 Bit 00030


động tổ hợp

D/G3

0,1 Bit 00031


động tổ hợp

D/G4

0,1 Bit 00032

49 Đang chuyển tải

để ngắt máy 1

0,1 Bit 00033


để ngắt máy 2

0,1 Bit 00034


để ngắt máy 3

0,1 Bit 00035


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

Hình 3.8. Cửa sổ cài đặt tham số

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.

Documents

THUYẾT MINH ĐỀ TÀI NCKH CẤP TRƯỜNGkhcn.vimaru.edu.vn/sites/khcn.vimaru.edu.vn/files/nghien_cuu_va_che... · Sự quá tải của một máy phát có thể gây ra hư