توسعه و تحقیق سیستم کنترل سرعت توربین هیدرولیک بر اساس PLC

1. معرفی
گاورنر توربین یکی از دو تجهیزات اصلی تنظیم کننده واحدهای برق آبی است.این نه تنها نقش تنظیم سرعت را ایفا می کند، بلکه تبدیل شرایط کاری مختلف و فرکانس، توان، زاویه فاز و سایر کنترل های واحدهای تولید برق آبی را بر عهده می گیرد و از چرخ آب محافظت می کند.وظیفه مجموعه ژنراتور.گاورنرهای توربین سه مرحله توسعه را پشت سر گذاشته اند: گاورنرهای هیدرولیک مکانیکی، گاورنرهای الکتروهیدرولیک و گاورنرهای هیدرولیک دیجیتال میکرو کامپیوتر.در سال‌های اخیر، کنترل‌کننده‌های قابل برنامه‌ریزی در سیستم‌های کنترل سرعت توربین معرفی شده‌اند که دارای قابلیت ضد تداخل قوی و قابلیت اطمینان بالایی هستند.برنامه نویسی و عملیات ساده و راحت؛ساختار مدولار، تطبیق پذیری خوب، انعطاف پذیری و نگهداری راحت؛این دارای مزایای عملکرد کنترل قوی و توانایی رانندگی است.عملا تایید شده است.
در این مقاله، تحقیق بر روی سیستم تنظیم دوگانه توربین هیدرولیک PLC پیشنهاد شده است و از کنترل کننده قابل برنامه ریزی برای تحقق تنظیم دوگانه پره راهنما و پدل استفاده می شود که دقت هماهنگی پره راهنما و پره را برای موارد مختلف بهبود می بخشد. سر آبتمرین نشان می دهد که سیستم کنترل دوگانه میزان استفاده از انرژی آب را بهبود می بخشد.

2. سیستم تنظیم توربین

2.1 سیستم تنظیم توربین
وظیفه اصلی سیستم کنترل سرعت توربین این است که در هنگام تغییر بار سیستم قدرت و انحراف سرعت چرخش واحد، دهانه پره های راهنمای توربین را بر اساس آن از طریق گاورنر تغییر دهد، به طوری که سرعت چرخش توربین در محدوده مشخص شده نگهداری می شود تا واحد ژنراتور به کار بیفتد.توان خروجی و فرکانس نیازهای کاربر را برآورده می کند.وظایف اصلی تنظیم توربین را می توان به تنظیم سرعت، تنظیم توان فعال و تنظیم سطح آب تقسیم کرد.

2.2 اصل تنظیم توربین
واحد هیدروژنراتور واحدی است که از اتصال یک هیدروتوربین و یک ژنراتور تشکیل می شود.قسمت دوار مجموعه هیدروژنراتور یک جسم صلب است که حول یک محور ثابت می چرخد ​​و معادله آن را می توان با معادله زیر توصیف کرد:

در فرمول
——ممان اینرسی قسمت دوار واحد (کیلوگرم متر مربع)
——سرعت زاویه ای چرخش (rad/s)
——گشتاور توربین (N/m)، از جمله تلفات مکانیکی و الکتریکی ژنراتور.
——گشتاور مقاومت ژنراتور که به گشتاور عملی استاتور ژنراتور بر روی روتور اشاره دارد، جهت آن خلاف جهت چرخش است و نشان دهنده توان خروجی فعال ژنراتور یعنی اندازه بار است.

هنگامی که بار تغییر می کند، باز شدن پره راهنما بدون تغییر باقی می ماند و سرعت واحد هنوز می تواند در یک مقدار مشخص تثبیت شود.از آنجایی که سرعت از مقدار نامی منحرف خواهد شد، کافی نیست برای حفظ سرعت به قابلیت تنظیم خود تعادلی تکیه کنیم.به منظور حفظ سرعت واحد در مقدار نامی اولیه پس از تغییر بار، از شکل 1 می توان دریافت که لازم است دهانه پره راهنما را متناسب با آن تغییر داد.هنگامی که بار کاهش می یابد، هنگامی که گشتاور مقاومت از 1 به 2 تغییر می کند، باز شدن پره راهنما به 1 کاهش می یابد و سرعت دستگاه حفظ می شود.بنابراین، با تغییر بار، دهانه مکانیزم هدایت آب نیز تغییر می کند، به طوری که سرعت واحد هیدروژنراتور در یک مقدار از پیش تعیین شده حفظ می شود یا طبق یک قانون از پیش تعیین شده تغییر می کند.این فرآیند تنظیم سرعت واحد هیدروژنراتور است.، یا تنظیم توربین.

3. سیستم تنظیم دوگانه توربین هیدرولیک PLC
گاورنر توربین باید باز شدن پره های هدایت کننده آب را کنترل کند تا جریان را به داخل توربین تنظیم کند، در نتیجه گشتاور دینامیکی توربین را تغییر داده و فرکانس واحد توربین را کنترل می کند.با این حال، در حین کارکرد توربین پدال چرخشی جریان محوری، گاورنر نه تنها باید باز شدن پره های راهنما را تنظیم کند، بلکه باید زاویه پره های رانر را با توجه به مقدار کورس و سر آب پیرو پره راهنما تنظیم کند. به طوری که پره راهنما و پره به هم متصل می شوند.یک رابطه همکاری بین آنها حفظ شود، یعنی یک رابطه هماهنگی که می تواند کارایی توربین را بهبود بخشد، کاویتاسیون پره ها و لرزش واحد را کاهش دهد و پایداری عملکرد توربین را افزایش دهد.
سخت افزار سیستم پره توربین کنترل PLC عمدتاً از دو بخش به نام های کنترل کننده PLC و سیستم سروو هیدرولیک تشکیل شده است.ابتدا، اجازه دهید ساختار سخت افزاری کنترلر PLC را مورد بحث قرار دهیم.

3.1 کنترلر PLC
کنترلر PLC عمدتا از واحد ورودی، واحد اصلی PLC و واحد خروجی تشکیل شده است.واحد ورودی از ماژول A/D و ماژول ورودی دیجیتال و واحد خروجی از ماژول D/A و ماژول ورودی دیجیتال تشکیل شده است.کنترلر PLC مجهز به نمایشگر دیجیتال LED برای مشاهده لحظه ای پارامترهای PID سیستم، موقعیت دنبال کننده پره، موقعیت دنبال کننده پره راهنما و مقدار سر آب است.یک ولت متر آنالوگ نیز برای نظارت بر موقعیت فالوور پره در صورت خرابی کنترلر میکروکامپیوتر ارائه شده است.

3.2 سیستم پیگیری هیدرولیک
سیستم سروو هیدرولیک بخش مهمی از سیستم کنترل پره های توربین است.سیگنال خروجی کنترلر به صورت هیدرولیکی تقویت می شود تا حرکت پیروان پره را کنترل کند و در نتیجه زاویه تیغه های دونده را تنظیم کند.ما ترکیبی از سیستم کنترل الکتروهیدرولیک شیر فشار اصلی کنترل شیر تناسبی و سیستم کنترل ماشینی-هیدرولیک سنتی را برای تشکیل یک سیستم کنترل هیدرولیکی موازی شیر پروپوزال الکتروهیدرولیک و شیر ماشین-هیدرولیک همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است، اتخاذ کردیم. سیستم بالا برای پره های توربین.

سیستم پیگیری هیدرولیک برای پره های توربین
هنگامی که کنترل کننده PLC، شیر تناسبی الکتروهیدرولیک و سنسور موقعیت همه نرمال هستند، از روش کنترل تناسبی الکتروهیدرولیک PLC برای تنظیم سیستم پره توربین استفاده می شود، مقدار بازخورد موقعیت و مقدار خروجی کنترل توسط سیگنال های الکتریکی منتقل می شود، و سیگنال ها توسط کنترل کننده PLC سنتز می شوند.، پردازش و تصمیم گیری، باز شدن شیر شیر توزیع فشار اصلی را از طریق شیر متناسب تنظیم کنید تا موقعیت پیروان پره را کنترل کنید و رابطه همکاری بین پره راهنما، سر آب و پره را حفظ کنید.سیستم پره توربین که توسط دریچه تناسبی الکتروهیدرولیک کنترل می شود دارای دقت هم افزایی بالا، ساختار سیستم ساده، مقاومت قوی در برابر آلودگی نفتی است و برای ایجاد یک سیستم کنترل خودکار میکروکامپیوتر برای ایجاد یک سیستم کنترل خودکار میکروکامپیوتر مناسب است.

با توجه به حفظ مکانیسم اتصال مکانیکی، در حالت کنترل تناسبی الکتروهیدرولیک، مکانیسم پیوند مکانیکی نیز به طور همزمان برای ردیابی وضعیت عملکرد سیستم کار می کند.اگر سیستم کنترل تناسبی الکتروهیدرولیک PLC از کار بیفتد، شیر سوئیچینگ فوراً عمل می کند و مکانیسم پیوند مکانیکی اساساً می تواند وضعیت عملکرد سیستم کنترل تناسبی الکتروهیدرولیک را ردیابی کند.هنگام سوئیچینگ، تأثیر سیستم کوچک است و سیستم پره می تواند به آرامی به حالت کنترل ارتباط مکانیکی تبدیل شود تا حد زیادی قابلیت اطمینان عملکرد سیستم را تضمین می کند.

هنگامی که مدار هیدرولیک را طراحی کردیم، بدنه شیر شیر کنترل هیدرولیک، اندازه مطابق با بدنه شیر و آستین سوپاپ، اندازه اتصال بدنه شیر و شیر فشار اصلی و اندازه مکانیکی شیر را دوباره طراحی کردیم. شاتون بین شیر هیدرولیک و شیر توزیع فشار اصلی مانند شیر اصلی است.در حین نصب فقط بدنه شیر شیر هیدرولیک نیاز به تعویض دارد و هیچ قسمت دیگری نیاز به تعویض ندارد.ساختار کل سیستم کنترل هیدرولیک بسیار فشرده است.بر اساس حفظ کامل مکانیسم هم افزایی مکانیکی، یک مکانیسم کنترل متناسب الکتروهیدرولیک برای تسهیل رابط با کنترل کننده PLC برای تحقق کنترل هم افزایی دیجیتال و بهبود دقت هماهنگی سیستم پره توربین اضافه شده است.;و فرآیند نصب و اشکال زدایی سیستم بسیار آسان است که باعث کوتاه شدن زمان از کار افتادن واحد توربین هیدرولیک می شود، تبدیل سیستم کنترل هیدرولیک توربین هیدرولیک را تسهیل می کند و از ارزش عملی خوبی برخوردار است.در حین عملیات واقعی در محل، سیستم به شدت توسط پرسنل مهندسی و فنی نیروگاه ارزیابی می شود و اعتقاد بر این است که می توان آن را در سیستم سروو هیدرولیک فرماندار بسیاری از نیروگاه های برق آبی رایج کرد و به کار برد.

3.3 ساختار نرم افزار سیستم و روش پیاده سازی
در سیستم پره توربین کنترل شده با PLC، از روش هم افزایی دیجیتالی برای تحقق رابطه هم افزایی بین پره های راهنما، سر آب و باز شدن پره استفاده می شود.در مقایسه با روش هم افزایی مکانیکی سنتی، روش هم افزایی دیجیتال دارای مزایای برش پارامتر آسان است، دارای مزایای اشکال زدایی و نگهداری راحت و دقت بالا در ارتباط است.ساختار نرم افزاری سیستم کنترل پره عمدتاً از برنامه عملکرد تنظیم سیستم، برنامه الگوریتم کنترل و برنامه تشخیص تشکیل شده است.در زیر روش های تحقق سه بخش فوق برنامه را به ترتیب مورد بحث قرار می دهیم.برنامه عملکرد تنظیم عمدتاً شامل یک زیربرنامه یک هم افزایی، یک زیربرنامه شروع پره، یک زیربرنامه متوقف کردن پره و یک زیربرنامه از کاهش بار پره است.هنگامی که سیستم کار می کند، ابتدا وضعیت عملیاتی فعلی را شناسایی و قضاوت می کند، سپس سوئیچ نرم افزار را راه اندازی می کند، زیربرنامه عملکرد تنظیم مربوطه را اجرا می کند و موقعیت مقدار داده شده پیرو پره را محاسبه می کند.
(1) زیر برنامه انجمن
از طریق آزمایش مدل واحد توربین، دسته ای از نقاط اندازه گیری شده روی سطح اتصال به دست می آید.بادامک مفصل مکانیکی سنتی بر اساس این نقاط اندازه گیری شده ساخته می شود و روش اتصال دیجیتال نیز از این نقاط اندازه گیری شده برای رسم مجموعه ای از منحنی های اتصال استفاده می کند.با انتخاب نقاط شناخته شده روی منحنی ارتباط به عنوان گره، و اتخاذ روش درونیابی خطی تکه ای تابع باینری، می توان مقدار تابع غیر گره ها را در این خط ارتباط به دست آورد.
(2) زیربرنامه راه اندازی پره
هدف از مطالعه قانون راه اندازی کوتاه کردن زمان راه اندازی واحد، کاهش بار یاتاقان رانش و ایجاد شرایط اتصال به شبکه برای واحد ژنراتور می باشد.
(3) زیربرنامه توقف پره
قوانین بسته شدن پره ها به شرح زیر است: هنگامی که کنترلر فرمان خاموش شدن را دریافت می کند، پره ها و پره های راهنما به طور همزمان بسته می شوند تا از پایداری دستگاه اطمینان حاصل شود: زمانی که باز شدن پره های راهنما کمتر است. زمانی که پره راهنما به آرامی بسته می شود، رابطه همکاری بین پره و پره راهنما دیگر حفظ نمی شود.هنگامی که سرعت واحد به زیر 80 درصد سرعت نامی کاهش می یابد، پره مجدداً به زاویه شروع Φ0 باز می شود، آماده برای راه اندازی بعدی آماده کنید.
(4) زیربرنامه رد بار تیغه
دفع بار به این معنی است که واحد دارای بار به طور ناگهانی از شبکه برق قطع می شود و واحد و سیستم انشعاب آب در وضعیت بد عملکردی قرار می گیرند که ارتباط مستقیمی با ایمنی نیروگاه و واحد دارد.هنگامی که بار تخلیه می شود، گاورنر معادل یک وسیله حفاظتی است، که باعث می شود پره های راهنما و پره ها بلافاصله بسته شوند تا زمانی که سرعت واحد به نزدیکی سرعت نامی کاهش یابد.ثبات.بنابراین، در کاهش بار واقعی، پره ها به طور کلی تا یک زاویه مشخص باز می شوند.این دهانه از طریق آزمایش ریزش بار نیروگاه واقعی بدست می آید.می تواند اطمینان حاصل کند که وقتی واحد در حال کاهش بار است، نه تنها افزایش سرعت کم است، بلکه واحد نسبتاً پایدار است..

4. نتیجه گیری
با توجه به وضعیت فنی فعلی صنعت گاورنر توربین های هیدرولیک کشورم، این مقاله به اطلاعات جدید در زمینه کنترل سرعت توربین های هیدرولیک در داخل و خارج از کشور اشاره می کند و از فناوری کنترل کننده منطقی قابل برنامه ریزی (PLC) در کنترل سرعت استفاده می کند. مجموعه ژنراتور توربین هیدرولیککنترل کننده برنامه (PLC) هسته سیستم تنظیم دوگانه توربین هیدرولیک از نوع پدل جریان محوری است.کاربرد عملی نشان می دهد که این طرح تا حد زیادی دقت هماهنگی بین پره راهنما و پره را برای شرایط مختلف سر آب بهبود می بخشد و میزان استفاده از انرژی آب را بهبود می بخشد.