- Hệ thống cung cấp điện và vai trò của hệ thống. - Hệ thống phụ máy phát. - Hệ thống kích từ. - Hệ thống lưu tích điện. - Các tín hiệu đo lường sử dụng trong hệ thống. - Hệ thống rơle bảo vệ. - 52 Chương 2: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN. - Hệ điều khiển hệ thống điện. - Kết nối hệ thống điều khiển với thiết bị điện thông thường. - Kết nối hệ thống điều khiển với thiết bị điện thông minh. - Kết nối hệ thống điều khiển với hệ thống điều khiển máy phát tuabin khí.. - Kết nối hệ thống điều khiển với máy phát diesel và tủ ATS. - Kết nối hệ thống điều khiển với hệ thống cấp nguồn liên tục UPS và hệ thống ắc quy dự phòng. - Kết nối hệ thống điều khiển với hệ thống rơle bảo vệ. - Giao tiếp với hệ thống tự động hóa. - 74 Chương 4: LẬP TRÌNH PLC VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT. - Cấu hình hệ thống. - Bộ điều khiển trung tâm S7 – 300. - Giao diện điều khiển và giám sát hệ cung cấp thống điện. - 12 Hình 5: Sơ đồ nguyên lý tổng quát hệ thống điện. - 14 Hình 6: Sơ đồ nguyên lý hệ thống điện trung thế. - 31 Hình 13: Sơ đồ cuộn hút điều khiển máy cắt. - 32 Hình 14: Sơ đồ tiếp điểm điều khiển máy cắt. - 32 Hình 16: Hệ thống lưu trữ điện dự phòng. - 43 Hình 19: Sơ đồ tổng quát hệ thống bảo vệ một phần tử trong hệ thống điện. - 54 Hình 30: Cấu hình điều khiển của hệ điều khiển- giám sát hệ thống điện. - 67 Hình 36: Cấu trúc phân cấp điều khiển sử dụng giao diện WinCC. - 68 Hình 37: Giao tiếp WinCC với hệ thống tự động hóa. - 78 Hình 50: Khai báo các biến điều khiển và giám sát. - 79 Hình 52: Giao diện điều khiển và giám sát hệ thống cung cấp điện nhà máy Đạm. - 80 Hình 53: Giao diện điều khiển và giám sát hệ thống cung cấp điện xưởng AMONIA. - 81 Hình 54: Giao diện điều khiển và giám sát hệ thống cung cấp điện xưởng UREA. - 81 Hình 55: Giao diện điều khiển và giám sát hệ thống cung cấp điện dự phòng. - 82 Hình 56: Giao diện điều khiển và giám sát hệ thống cung cấp điện xưởng Phụ trợ. - Chắc chắn bản luận văn tốt nghiệp này sẽ không thể hoàn thành nếu thiếu sự giúp đỡ quý báu của thầy ! Cùng với đó là sự giúp đỡ từ phía các thầy cô trong bộ môn Điều Khiển Tự Động đã tạo mọi điều kiện để em có cơ hội hoàn thiện để tài! Người thực hiện Đới Thành Chung Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn Cao học SVTH: Đới Thành Chung Trang 9 LỜI NÓI ĐẦU Thành phần nền kinh tế nước ta với 70% dân số sống bằng nghề nông. - Việc đảm bảo cho việc cung cấp điện được tốt đòi hỏi phải xây dựng được một hệ thống từ các khâu sản xuất, truyền tải và phân phối điện năng hoạt động một cách thống nhất với nhau. - Trong đó thiết kế điều khiển hệ thống cung cấp điện là một mắt xích đóng vai trò rất quan trọng trong hệ thống điện. - Vì vậy việc nghiên cứu và đưa phần mềm Wincc trên nền sử dụng PLC điều khiển cho hệ thống điện công nghiệp vào sử dụng là một giải pháp cải tiến và đúng đắn cho giám sát điều khiển hệ thống điện nhà máy Đạm Phú Mỹ được đưa ra trong nội dung của luận văn. - Cấu trúc hệ thống cung cấp điện. - Chương 2: Hệ điều khiển- giám sát và thông số hệ thống điện . - Nội dung và chức năng của hệ điều khiển- giám sát hệ thống điện nhà máy Đạm Phú Mỹ. - Các thông số hệ thống điện và nguyên tắc làm việc. - Nội dung chương sẽ giới thiệu tổng quan về S7-300 và phương pháp lập lập trình điều khiển- giám sát qua sử dụng WinCC của Siemen. - Chương 4: Nội dung chương trình điều khiển. - Nội dung sẽ đề cập tới chương trình điều khiển và giám sát hệ thống điện nhà máy Đạm Phú Mỹ sử dụng PLC S7-300và WinCC của Siemens. - Các hệ thống ngoài công nghệ chính. - Hệ thống xử lý nước thải. - Hệ thống thu gom nước thải. - Trong đó công suất thiết kế của hệ thống điện. - Hệ thống cung cấp điện và vai trò của hệ thống - Nhà máy đạm Phú Mỹ là nhà máy hóa chất, quá trình sản xuất đều là các phản ứng hai chiều chỉ cần các điều kiện phản ứng thay đổi là các phản ứng cũng thay đổi theo chiều hướng không mong muốn vì vậy khi tình huống cần thiết xảy ra thì một số các thiết bị không được phép mất điện hoặc không được phép gián đoạn lâu cần phải được cung cấp điện để huy động vào xử lý công nghệ nhằm đảm bảo an toàn Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn Cao học SVTH: Đới Thành Chung Trang 13 cho nhà máy. - Hệ thống tự dùng trong nhà máy là các nguồn được sử dụng cho các mục đích điều khiển, đóng cắt thiết bị, chạy các động cơ phục vụ cho máy phát điện như bơm dầu, bơm nhớt bôi trơn, làm mát, hoặc chiếu sáng…v.v. - Hệ thống dự phòng cho mạch điều khiển trong nhà máy: Hệ thống điều khiển trong toàn nhà máy đòi hỏi phát luôn được duy trì trong mọi điều kiện, mọi tình huống để kiểm soát được tình trạng của thiết bị, các điều kiện của quá trình sản xuất (nhiệt độ, lưu lượng, áp suất…vv). - Hệ thống điều khiển chung của nhà máy, các trạm điện, máy phát điện chính, hệ thống báo cháy… phải đảm bảo không bị gián đoạn nguồn khi toàn nhà máy mất điện lưới. - Sơ đồ 1 sợi - Hệ thống điện của nhà máy đạm Phú Mỹ được kết nối với hệ thống điện lưới quốc gia thông qua máy biến áp tổng TR1 có công suất 20/25MVA (ở chế độ làm mát cưỡng bức công suất 25MVA) cung cấp điện áp 22/6.6 kV. - Phía trung thế được kết nối với hệ thống thanh cái MS1-1 thông qua máy cắt IB1, phía cao áp được kết nối với trạm điện 110/22kV Phú Mỹ thông qua máy cắt HS1-1 của nhà máy đạm và phát tuyến 475 của trạm 110/22kV Phú Mỹ. - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn Cao học SVTH: Đới Thành Chung Trang 14 Hình 5: Sơ đồ nguyên lý tổng quát hệ thống điện Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn Cao học SVTH: Đới Thành Chung Trang 15 - Thiết kế hệ thống điện của nhà máy có nguồn điện tự dùng sử dụng phát điện tuabin khí có công suất 26 MVA, cos. - Hình 6: Sơ đồ nguyên lý hệ thống điện trung thế - Máy phát dự phòng chạy bằng nguyên liệu diesel. - Trong trường hợp xảy ra sự cố mất điện toàn nhà máy hệ thống điều khiển sẽ khởi động máy phát trong thời gian < 15s, sau đó cắt máy cắt PC1-1BT nối phân đoạn PC1-1B & PC1-1C ra, đóng máy cắt cấp nguồn cho phân đoạn PC1-1C từ dây nguồn được cấp cho các tải khẩn cấp thông qua tủ EMCC1-1, các nguồn tự dùng và các tải chiếu sáng. - Máy 2/trạm điện hạ thế 2: có công suất Sđm = 645KVA, Uđm =400V, cos=0.9, 50Hz được kết nối với thanh góp phân đoạn PC2-1C, trong trường hợp xảy ra sự cố mất điện toàn nhà máy hệ thống điều khiển sẽ khởi động máy phát trong thời gian < 15s, sau đó cắt máy cắt PC2-1BT nối phân đoạn Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn Cao học SVTH: Đới Thành Chung Trang 16 PC2 -1B & PC2-1C ra, đóng máy cắt cấp nguồn cho phân đoạn PC2-1C từ dây nguồn được cấp cho các tải khẩn cấp thông qua tủ EMCC2-1, EMCC2-2, các nguồn tự dùng và các tải chiếu tải sáng. - Trạm điện Hệ thống phụ tải điện trong nhà máy được cung cấp thông qua bốn trạm điện hạ thế, hệ thống thanh cái trong nhà máy sử dụng thanh góp có máy cắt phân đoạn. - Có hệ thống thanh cái cứng MS1-1A (U=6.6kV, Iđm=3200A, Inm=40kA) được cấp nguồn từ HS1-1(nguồn lưới điện quốc gia) thông qua máy biến áp TR1 và máy cắt IB1 và thanh góp cứng MS1-1, U=6.6kV, Iđm=3200A, Inm=40kA) được nối từ máy phát tuabin khí thông qua máy cắt IB2, hai thanh cái này được nối với nhau thông qua máy cắt BT1, tại hệ thống thanh cái này nguồn điện 6.6kV sẽ được cung cấp đi trạm điện 2, các phụ tải 6.6kV và các máy biến áp cung cấp cho các thanh góp có phụ tải 0.4kV. - Hệ thống thanh cái cứng 0.4 kV tại trạm điện 1 gồm có các hệ thống PC1-1A/B/C(Iđm=4000A, Inm=40kA) được cấp nguồn từ các máy biến áp TR2A, TR2B (Sđm=2000kVA, UN%=7%) và từ máy phát dự phòng diesel, các phân đoạn này được liên kết với nhau thông qua các máy cắt PC1-1ABT, PC1-1BBT, từ đây nguồn được cung cấp tới các phụ tải, các tủ phân phối 0.4kV: MCC1-1, MCC2-2& EMCC1-1 và các tải chiếu sáng thông qua các máy biến áp 400/220V. - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn Cao học SVTH: Đới Thành Chung Trang 17 + Hệ thống PC1-2A (Iđm=4000, Inm=40kA) được cấp nguồn từ các máy biến áp TR3A, TR3B (Sđm=2000kVA, UN%=7%) các phân đoạn này được liên kết với nhau thông qua các máy cắt ABT, từ đây nguồn được cung cấp tới các phụ tải, các tủ phân phối 0.4kV: các tải chiếu sáng thông qua các máy biến áp 400/220V. - Có hệ thống thanh cái cứng MS2-1A (U=6.6kV, Iđm=1250A, Inm=40KA) được cấp nguồn từ MS1-1A thông qua máy cắt (Iđm=1250A, Inm=40kA) và thanh góp MS2-1B (U=6.6kV, Iđm=1250A, Inm=40kA) đươc cấp nguồn từ MS1-1B thông qua máy cắt (Iđm=1250A, Inm=40kA. - Hệ thống thanh góp cứng MS2-2A (U=6.6kV, Iđm=1250A, Inm=40kA) được cung cấp nguồn từ MS1-1A thông qua máy cắt (Iđm=1250A, Inm=40kA) và nguồn từ MS2-2B (U=6.6kV, Iđm=1250A, Inm=40kA) được cung cấp nguồn từ MS1-1B thông qua máy cắt (Iđm=1250A, Inm=40kA), hai thanh góp này được nối với nhau thông qua máy cắt (Iđm=1250A, Inm=40kA) tại đây nguồn được cung cấp cho các thanh góp 0.4kV thông qua các MBA và các tải 6.6kV của xưởng Ure. - Hệ thống thanh góp cứng 0.4kV tại trạm điện 2 gồm các hệ thống PC2-1A/B/C (Iđm=1250A, Inm=40kA) đuợc cấp nguồn từ các máy biến áp TR4A, TR4B (Sđm=1600kVA, UN%=6%) và từ máy phát dự phòng diesel, các phân đoạn này được liên kết với nhau thông qua các máy cắt PC2-1ABT, PC2-1BBT từ đây nguồn được cung cấp tới các phụ tải, các tủ phân phối điện 0.4kV:MCC2-1, MCC2-2, EMCC2-1 và EMCC2-2 và các tải chiếu sáng thông qua các máy biến áp 400/220V. - Hệ thống PC2-2A/B (Iđm=2500A, Inm=40kA) được cấp nguồn từ các máy biên áp TR5A, TR5B (Sđm=1250kVA, UN%=6%) các phân đoạn này được luên kết với nhau thông qua các máy cắt ABT, từ đây nguồn được cung cấp Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn Cao học SVTH: Đới Thành Chung Trang 18 tới các phụ tải, các tư phân phối 0.4kV:MCC2-3, MCC2-4 và MCC2-5 và các tải chiếu sáng thông qua các máy biến áp 400/220V. - Hệ thống thanh góp cứng 0.4kV tại trạm điện 3 gồm có hệ thống PC3-1A/B(I=3200A, Icắt=40kA) đươc cấp nguồn từ các máy biến áp TR7A, TR7B (Sdm=1600kVA, UN%=6) các phân đoạn này được liên kết với nhau thông qua các máy cắt PC3-1ABT, PC3-1BBT, từ đây nguồn được cung cấp tới các phụ tải, các tủ phân phối 0.4kV và các tải chiếu sáng thông qua các máy biến áp 400/220V. - Hệ thống thanh góp cứng 0.4kV tại trạm điện 4: PC4-1(Iđm=4000A, Inm=40kA) được cấp nguồn từ máy biến áp TR6 (Sđm=1600kVA, UN%=6%) từ đây nguồn được cung cấp tới các phụ tải, các tủ phân phối điện 0.4kV: MCC4-1 và MCC4-2 và các tải chiếu sáng thông qua các máy biến áp 400/220V. - Hệ thống truyền thông mở cho nhiều cấp khác nhau của các quá trình tự động hóa trong môi trường công nghiệp. - Mạng truyền thông PROFIBUS - Mạng Profibus: là một hệ thống Bus trường chuẩn mở rộng dùng để nối các thiết bị trường với các thiết bị điều khiển và giám sát. - Profibus FMS (Fieldbus Message Specification) thường được sử dụng cho Bus hệ thống ở cấp điều khiển giám sát. - Profibus DP (Distributed Peryphery) sử dụng để kết nối thiết bị điều khiển với các ngoại vi phân tán. - Mạng truyền thông ETHERNET - Mạng Ethernet công nghiệp (IE): là mạng phục vụ cho cấp quản lý và cấp phân xưởng để thực hiện truyền thông giữa các máy tính và các hệ thống tự động hóa. - Hình 44: Giao thức truyền thông ETHERNET Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn Cao học SVTH: Đới Thành Chung Trang 76 Chương 4: LẬP TRÌNH PLC VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT 4.1. - Cấu hình hệ thống 4.1.1. - Bộ điều khiển trung tâm S7 – 300 - Trên thực tế hệ thống cung cấp điện của nhà máy đạm Phú Mỹ đòi hỏi cấu hình của bộ nhớ chương trình và bộ nhớ điều khiển cho bộ điều khiển trung tâm tương đối lớn để có thể quản lý và xử lý thông tin. - Nhưng do hạn chế về thời gian và kiến thức nên em chọn bộ điều khiển trung tâm CPU315-2DP số thứ tự 6ES7 315-2AH14-0AB0 có cấu hình khá phù hợp với hệ thống điều khiển này. - Một bộ điều khiển trung tâm S7-315-2DP có chứa các phần tử sau. - Mục đích của các Module vào ra này là để kết nối các thiết bị cấp trường với bộ điều khiển trung tâm CPU. - Trong hệ thống cung cấp điện của nhà máy đạm Phú Mỹ sử dụng giải pháp vào ra phân tán. - Các thiết bị vào ra phân tán thông thường sử dụng trong hệ thống là ET200M. - Các thiết bị vào ra ET 200M được kết nối tới bộ điều khiển trung tâm PLC-S7 315-2DP, và được coi như là các trạm trên BUS trường. - Sau đó thêm các ngõ vào/ra, cấu hình các module ET200M thông qua Profibus nhằm điều khiển các thiết bị phân tán ở xa trạm. - Hình 47: Kết nối phần cứng PLC - Kết nối giữa màn hình giám sát và PLC điều khiển qua mạng MPI. - Hình 49: Thiết lập truyền thông MPI & Profibus - Xây dựng cơ sở dữ liệu: Tùy thuộc vào chương trình trong PLC mà ta đưa các biến cần giám sát lên màn hình WinCC hoặc đưa thêm các điều khiển vào WinCC trong trường hợp muốn can thiệp trực tiếp vào quá trình hoạt động của hệ thống. - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn Cao học SVTH: Đới Thành Chung Trang 79 Hình 50: Khai báo các biến điều khiển và giám sát - Thiết kế màn hình giám sát: Chọn Graphics Designer. - Việc thiết kế màn hình giám sát cũng được yêu cầu bố trí một cách hợp lý sao cho thuận tiện cho việc giám sát, vận hành hệ thống. - Giao diện điều khiển và giám sát hệ cung cấp thống điện - Các giao diện điều khiển và giám sát máy phát điện và hệ thống điện dùng để điều khiển hệ thống kích từ, điều khiển hòa đồng bộ, đóng cắt các máy cắt, dao cách ly. - Các thông số giám sát như công suất, dòng điện, điện áp máy phát, dòng điện, điện áp kích từ, các trạng thái của các máy cắt và điện áp, dòng điện của hệ thống điện tự dùng. - Hình 52: Giao diện điều khiển và giám sát hệ thống cung cấp điện nhà máy Đạm Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn Cao học SVTH: Đới Thành Chung Trang 81 Hình 53: Giao diện điều khiển và giám sát hệ thống cung cấp điện xưởng AMONIA Hình 54: Giao diện điều khiển và giám sát hệ thống cung cấp điện xưởng UREA Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn Cao học SVTH: Đới Thành Chung Trang 82 Hình 55: Giao diện điều khiển và giám sát hệ thống cung cấp điện dự phòng Hình 56: Giao diện điều khiển và giám sát hệ thống cung cấp điện xưởng Phụ trợ Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn Cao học SVTH: Đới Thành Chung Trang 83 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Qua một thời gian nghiên cứu và làm đồ án với đề tài:” Thiết kế hệ điều khiển và giám sát cho hệ thống cung cấp điện của nhà máy Đạm Phú Mỹ” em đã đạt được một số kết quả sau. - Hiểu được nguyên lý hoạt động của các phần tử trong hệ thống cung cấp điện. - Từ đó nắm được cách vận hành một hệ thống điện cung cấp điện cho Nhà Máy. - Nghiên cứu tìm hiểu về thiết bị điều khiển PLC S7-300. - Sử dụng thành thạo phần mềm STEP7 để lập trình cho thiết bị điều khiển, cũng như việc kết nối thiết bị điều khiển với phần mềm WinCC để giám sát hệ thống. - Việc này nhằm nâng cao chất lượng sử dụng điện cũng như đảm bảo sự an toàn hơn trong hệ thống cung cấp điện thông qua các cảnh báo trên màn hình giám sát. - Do hạn chế về kiến thức chuyên môn và thời gian tiếp xúc với chưa được nhiều nên đề tài chỉ dừng lại ở nghiên cứu thiết kế hệ điều khiển và cung cấp điện cho Nhà máy Đạm Phú Mỹ. - Lập trình WinCC cho hệ thống Scada, Citres, NXB Hồ Chí Minh. - Bảo vệ rơ le và tự động hóa trong hệ thống điện, Nguyễn Hoàng Việt, NXB Trường Đại Học quốc gia TP Hồ Chí Minh. - Giáo trình Hệ thống cung cấp điện, Trương Minh Tân, NXB Trường ĐH Quy Nhơn
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt