ỨNG DỤNG PLC S7 – 1200 ĐỂ THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐIỀU
KHIỂN GIÁM SÁT TRẠM BIẾN ÁP HẠ ÁP
TÓM TẮT
Trạm biến áp (TBA) hạ áp là một phần tử quan trọng trong hệ thống điện, trạm thực
hiện nhiệm vụ biến điện áp cao xuống điện áp thấp (điện hạ áp) để sử dụng. Hiện nay, hầu
hết các TBA hạ áp việc điều khiển đóng cắt thiết bị, theo dõi, ghi chép tình trạng làm việc
của trạm đều thực hiện thủ công; do đó khi vận hành sử dụng trạm biến áp, các thông tin
mong muốn chưa đáp ứng kịp thời, khách quan, chính xác. Bài báo này đề xuất ứng dụng
PLC S7 – 1200 để thiết kế và chế tạo hệ thống điều khiển giám sát TBA hạ áp nhằm khắc
phục những hạn chế nêu trên; đồng thời có thể tạo điều kiện thuận lợi cho việc vận hành và
bảo dưỡng định kỳ TBA; các kết quả thực nghiệm thể hiện được hiệu quả và tính khả thi
của giải pháp đề xuất.
Từ khóa: Trạm biến áp hạ áp, PLC S7 – 1200, hệ thống điều khiển giám sát.
I. ĐẶT VẤN ĐỀ
Trong quá trình vận hành, TBA hạ áp có thể gặp những sự cố như mất pha, lệch pha,
sự cố từ các thiết bị, hoạt động sai của thiết bị hay sự cố từ phía người sử dụng, tình trạng
quá tải và sự lão hóa của thiết bị Khi xảy ra sự cố tại bất kỳ một phần tử nào trên TBA,
bảo vệ rơle sẽ tác động tách phần tử bị sự cố ra khỏi hệ thống điện và loại trừ sự ảnh hưởng
của phần tử sự cố với các phần tử liền kề không bị sự cố. Như vậy quá trình nhận dạng,
phát hiện, cách ly và xác định chính xác tình trạng sự cố càng nhanh sẽ càng có lợi, giúp
cho việc khôi phục lại chế độ làm việc bình thường của hệ thống điện, giảm thiệt hại về
kinh tế và nâng cao được độ tin cậy cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ [1], [2]. Các hệ thống
thu thập, giám sát, xử lý dữ liệu và điều khiển các quá trình công nghiệp SCADA
(Supervisory Control And Data Acquision) đã xuất hiện ngày càng nhiều trong hầu hết các
lĩnh vực, WinCC là một trong những phần mềm HMI (Human Machine Interface – Giao
diện người và máy) chuyên dùng của hãng Siemens để giám sát, điều khiển và thu thập dữ
liệu trong quá trình công nghiệp.
Hiện nay, hầu hết các TBA hạ áp việc điều khiển đóng cắt thiết bị, theo dõi, ghi chép
tình trạng làm việc của trạm đều thực hiện thủ công; do đó khi vận hành sử dụng trạm biến
áp, các thông tin mong muốn chưa đáp ứng kịp thời, khách quan, chính xác. Bài báo này đề
xuất ứng dụng PLC S7 – 1200 để thiết kế và chế tạo hệ thống điều khiển giám sát TBA hạ

A
Máy biến áp
< 450KVA-22/0.4kV
Hình 1. Sơ đồ nguyên lý TBA áp hạ áp.
• 01 máy biến áp 3 pha.
• 01 bộ dao cách ly
• 03 máy cắt phụ tải
• 03 áp tô mát dùng để đóng cắt và bảo vệ
• Các nút ấn điều khiển, các đèn báo hiệu.
• Hệ thống phụ tải thuần trở, tải cảm
• Điều khiển tự động hệ thống dùng PLC S7-1200 (CPU 1212C).
• Đo các thông số trạm biến áp dùng đồng hồ đa năng MFM 383-A.
• Để đưa tín hiệu đo từ đồng hồ đa năng MFM 383-A sang PLC sử dụng modul
truyền thông RS 485 Cm 1241.
- Hệ thống điều khiển, giám sát trạm biến áp hạ áp có các yêu cầu như sau:
• Điều khiển: Điều khiển bằng tay, điều khiển từ xa trên giao diện máy tính; điều
khiển đóng cắt dao cách ly; điều khiển đóng cắt máy cắt tổng; điều khiển đóng
cắt phụ tải.
• Giám sát: Đóng, cắt dao cách ly; đóng, cắt và bảo vệ phụ tải; dòng điện, điện
áp, công suất, tần số, cosϕ…tại vị trí sau cuộn dây thứ cấp máy biến áp lực trên
máy tính.
• Bảo vệ cho hệ thống: Bảo vệ quá dòng, bảo vệ điện áp thấp, bảo vệ mất pha
III. GIỚI THIỆU VỀ PLC S7 – 1200 VÀ PHẦN MỀM TIA Portal V12
3.1. Giới thiệu về PLC S7 - 1200
PLC S7-1200 là một dòng của bộ điều khiển logic lập trình có thể kiểm soát nhiều
ứng dụng tự động hóa. Thiết kế nhỏ gọn, chi phí thấp, và một tập lệnh mạnh làm cho chúng
ta có những giải pháp hoàn hảo hơn cho ứng dụng sử dụng với S7-1200 (Hình 2).
Hình 2. PLC S7-1200.
Những tính năng nổi trội của PLC S7 – 1200 như sau:
- S7-1200 bao gồm một Microprocessor, một nguồn cung cấp được tích hợp sẵn, các

giao diện, lập trình và cài đặt thuộc tính cho chương trình, chúng ta có được các giao diện
điều khiển, giám sát cho TBA như trên Hình 4, Hình 5 và Hình 6.
4
Hình 4. Giao diện chính điều khiển, giám sát cho TBA hạ áp khi TBA hạ áp chưa làm việc
Hình 5. Giao diện chính điều khiển, giám sát cho TBA hạ áp khi TBA hạ áp
đang làm việc bình thường.
5
Hình 6. Giao diện chính điều khiển, giám sát cho TBA hạ áp khi TBA hạ áp đang làm việc
xảy ra mất pha.
Từ Hình 4, Hình 5 và Hình 6, chúng ta lưu ý:
• Khi trạm biến áp hạ áp không làm việc: dao cách ly, MCT, ML1, ML2 khi
không làm việc có màu ghi và hiển thị chữ “OFF”
• Khi trạm biến áp hạ áp đang làm việc bình thường: dao cách ly, MCT, ML1,
ML2 đang làm việc có màu xanh lá cây trên giao diện và hiển thị chữ “ON”
• Bảng bên phải mô phỏng hệ thống đèn báo các trạng thái làm việc của trạm
biến áp hạ áp. Khi trạm biến áp xảy ra các sự cố các đèn này sáng.
• Khi điều khiển đóng /cắt các nhánh tải ta chỉ cần kích vào vị trí các ô điều
khiển
IV. KẾT QUẢ
4.1. Kết quả mô phỏng
- Các kết quả tính toán, giám sát các thông số dòng điện, điện áp, công suất được thể
hiện trên Hình 7, Hình 8 và Hình 9.
- Các kết quả tính toán, giám sát các thông số thông số TBA hạ áp được thể hiện từ
Hình 10 đến Hình 13.
6
Hình 7. Đồ thị giám sát các thông số dòng điện, điện áp, công suất, hệ số công suất TBA
hạ áp theo thời gian khi TBA đang làm việc bình thường.
Nhận xét:
• Đường màu xanh da trời thể hiện dòng điện trung bình của 3 pha.
• Đường màu đỏ thể hiện điện áp pha trung bình của 3 pha.

thống điều khiển giám sát sử dụng PLC kết hợp máy tính như trên Hình 14 và Hình 15. Khi
thiết kế lắp đặt cần phải đảm bảo các yêu cầu về chỉ tiêu chất lượng và phải chấp hành đầy
đủ các tiêu chuẩn, các quy phạm kỹ thuật hiện hành của Nhà nước về lắp đặt thiết bị điện.
Hình 14. Mô hình điều khiển, giám sát TBA hạ áp khi TBA đang làm việc bình thường.
10
Hình 15. Mô hình điều khiển, giám sát TBA khi TBA xẩy ra sự cố mất pha.
Nhận xét:
• Trạm biến áp đang làm việc, nếu xảy ra mất pha (ví dụ trên mô hình mất pha
C ở đường dây sau máy cắt ML1) khi đó đèn mất pha C sáng báo mất pha,
máy cắt ML1 tự động ngắt điện đảm bảo an toàn cho phụ tải phía sau, đèn báo
ML1 làm việc sẽ tắt.
• Trong thời gian thử nghiệm vận hành: hệ thống đã hoạt động tin cậy và đã
cung cấp đầy đủ thông tin và dữ liệu phục vụ công tác giám sát, điều khiển và
quản lý vận hành toàn bộ thiết bị của một trạm biến áp hạ áp. Với hệ thống
này nhân viên vận hành có thể kiểm tra, giám sát trạm biến áp hoạt động từ
xa, giảm tổn thất điện năng cũng như là công cụ đắc lực phục vụ công tác điều
tiết phụ tải khi có yêu cầu.
V. KẾT LUẬN
Bài báo đã nghiên cứu và ứng dụng PLC S7 - 1200 thiết kế và chế tạo hệ thống điều
khiển giám sát TBA hạ áp nhằm khắc phục việc theo dõi, ghi chép tình trạng làm việc của
TBA theo cách thủ công truyền thống. Các kết quả mô phỏng và thực nghiệm đã thể hiện
được hiệu quả và tính khả thi của giải pháp đề xuất.
Công trình có thể có các hướng phát triển tiếp theo như:
Điều khiển, giám sát các TBA có điện áp cao hơn như các trạm biến áp tăng áp, trạm
trung thế, nhiều thiết bị và tại nhiều vị trí hơn, kết hợp điều khiển đóng cắt nguồn dự
phòng…
Điều khiển, giám sát được các TBA có các thông số khác của hệ thống như: Trạng
thái làm việc của các thiết bị, bảo vệ được toàn diện cho hệ thống trong các trường hợp sự
cố, giám sát nhiệt độ cuộn dây, nhiệt độ dầu máy biến áp…
TÀI LIỆU THAM KHẢO