بخشی از مقاله
چکیده -
این مقاله توضیحی درباره سیستم کنترل ماژولار برای واحدهای قدرت توربوگاز - TPU - مبتنی بر PLC ارائه میدهد. راه اندازی توالی کنترل ، نظارت بر فرآیند، کنترل ضد موج و توابع تنظیم سرعت/بار توسعه داده شده با کارایی بالای PLC های مدرن با استفاده از استاندارد برنامه نویسی IEC 1131-3 می باشد.
آزمون های شبیه سازی با یک مدل ریاضی از TPU شبیه سازی شده است که با یک کامپیوتر صنعتی - کامپیوتر شخصی - با رابط سخت افزاری برای سیگنال های ورودی/خروجی در ارتباط است . نتایج این بررسی امکان سنجش استراتژی کنترل سیستم عامل کامل را نشان می دهد. با کمی تلاش به خاطر طراحی ماژولار این نرم افزار می توان سیستم کنترل را به راحتی در PLC های دیگر - از تولید کنندگان مختلف - گذاشته و در واقع سیستم کنترل، قابلیت تغییر دارد.
-1 مقدمه
امروزه افزایش شاخص عملکرد واحدهای توربوگاز سیکل ترکیبی، برای سیستم کنترل بهتر ضروری است. این نوع از واحدها با عواملی همچون درجه حرارت ، فشار و سرعت سرو کار دارند که به عنوان یک عملیات امن و سودآور برای صنعت مورد استفاده هستند.
ظهور فناوری دیجیتال در تولیدات کنترل صنعتی باعث افزایش تمرکز به بهبود سیستم های کنترل می شود که می تواند باعث افزایش در دسترس بودن و قابلیت اطمینان بیشتر توربین گاز شود. ریزپردازنده های استفاده شده در PLC که خارج از سیستم برای اجرای برنامه ها موجود هستند، جایگزین TPU های اصلی در سیستم کنترل می شود. آنها قابلیت بهبود سطح پذیرش و تشخیص نقطه ی شروع و از کارافتادگی توربین های گازی را دارند. علاوه بر این سیستم های کنترل تنوع مورد نیاز برای واحد فرمان با توجه به معیارهای لحظه ای و دائم را دارا می باشند.
سیستم کنترل ماژولار برای TPU براساس PLC در کنترل بخش ابزار دقیق در IIE توسعه داده شده است. به دنبال آن سیستم کنترل و سیستم تنظیم توابع برای کنترل سرعت و بار در PLC مدرن با توجه به استاندارد IIE1131-3 برنامه نویسی می شود و سیستم کنترل پیکربندی می شود. تغییرات نرم افزاری با استاندارهای برنامه نویسی بصورت بسیار ساده انجام می شوند و تنظیمات آن نیز به راحتی از نرم افزار قابل انجام است.
این مقاله در پنج بخش سازماندهی شده است. در بخش 2 توضیح سیستم توربین گازی است. در بخش 3 شرح سیستم کنترل مبتنی بر PLC ،رابط اپراتور و کنترل استراتژی می باشد. بخش 4 معماری سیستم را نشان می دهد، بخش 5 عملکرد سیستم کنترل از طریق شبیه سازی کامپیوتری را نشان می دهد و در نهایت قسمت مربوط به نتیجه گیری می باشد.
-2 سیستم توربین گازی
واحد توربوگاز عمدتا برای شروع کار از یک دستگاه کمپرسور، یک اتاقک احتراق، یک توربین گاز ، یک ژنراتور الکتریکی و سیستمهای کمکی مانند سیستم سوخت رسانی ، سیستم روغن نفت ، راه اندازی سیستم و غیره همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است، تشکیل شده است.
شکل:1 واحد توربوگاز
دستگاه شروع یک موتور دیزل است که هدف آن کمک به واحد توربوگاز در مرحله راه اندازی، غلبه بر اینرسی و سرعت بخشیدن به توربین گاز و رساندن آن به سرعت احتراق می باشد. کمپرسور گریز از مرکز فشار هوای ورودی را تنظیم می کند و آن را به محفظه احتراق می رساند. فشار زیاد در احتراق باعث افزایش گازها در اگزوز می شود. ژنراتور برق که به توربین گاز وصل شده است، با بیشترین میزان سرعت قادر به تولید برق است. در نهایت گازهای حاصل از احتراق از اگزوز تخلیه می شوند.
-3 سیستم کنترل مبتنی بر PLC
توربین های گاز در میان تجهیزاتی هستند که بیشتر وابسته به سیستم های کنترل هستند زیرا به عملکرد خوب آنها نسبت به بقیه دستگاهها احتیاج بیشتری داریم. این عملکردها شامل قدرت عملیاتی بالا، درجه حرارت بیش از 567 درجه سانتی گراد و همچنین فشار 40 پوند بر اینچ مربع و سرعت اسمی 5100 rpm هستند. که باعث شرایط زیادی برای سیستم های کنترل از جمله پاسخ سریع، دقت و قابلیت اطمینان می باشد. چون نیروی محرکه ژنراتور الکتریکی، ایمنی، در دسترس بودن و کارایی عوامل مهمی هستند که باید با یک سیستم کنترل موثر فراهم شوند تا شرایط زیر حاصل گردند:
- 1 بازگرداندن ثبات توربین برای عمل بعد از یک اختلال به منظور بدست آوردن دقت پاسخ در عملیات عادی
- 2 دنبال کردن منحنی شتاب راه اندازی برای به حداقل رساندن مصرف سوخت قبل از هماهنگ سازی و به حداقل رساندن دوره های ارتعاشات بالا
- 3 حفظ متغیرهای اصلی واحد، دما و فشار نزدیک به محدودیت های عملکرد و بدون بیشتر کردن آنها برای حفظ واحد
- 4 افزایش قابلیت اطمینان در عملیات واحد، راه اندازی متوالی، تنظیم سرعت، هماهنگ سازی و تولید که باید به طور خودکار انجام شود.
برای رسیدن به این شرایط سیستم کنترل باید شامل شش تابع اصلی می باشد:
1. راه اندازی و خاموش کردن های متوالی
2. کنترل سرعت
3. کنترل بار
4. کنترل درجه حرارت اگزوز
5. سیستم حفاظت
.6رابط عملیات هریک از این توابع دارای شرایط خاص است که باید در
حالت مورد خاص خود مورد آزمایش قرار گیرد
راه اندازی و خاموش کردن های متوالی سیستم کنترل به طور مداوم بر تمام ورودی های مجاز
که مربوط به قسمت استارت است نظارت دارد. راه اندازی توالی از وقفه در سرعت نظارت و نگهداری می کند.
راه اندازی توالی . نیاز به یک فاز خودکار دارد تا بتواند به سرعت مناسب عملیات برسد. در طول فرآیند، سیستم کنترل مانع شتاب زیاد و افزایش محدوده ی حرارتی می شود.
خاموش شدن متوالی . خاموش کردن عادی و اضطراری در نظر گرفته شده است. کنترل سیستم بار را کاهش می دهد و دستورات واحد را به حالت استاپ در آورد.
کنترل سرعت کنترل سرعت توسط تنظیم جریان سوخت در واحد احتراق صورت می گیرد و شامل توابع زیر است :
. سیستم جرقه زنی و کنترل شتاب که یک سیستم کنترل جریان سوخت برای ایجاد احتراق می باشد، پس از بررسی شرایط احتراق توسط آشکارسازهای شعله ، سوخت را افزایش می دهد و در این لحظه کنترل سرعت دست به کار می شود. در طول این دوره ، سیستم کنترل از جریان بیش از حد جلوگیری می کند که باعث کاهش حرارت نیز می شود.
. کنترل سرعت . هنگامی که سرعت به اندازه ماکزیمم برسد سیستم های کنترل جریان سوخت را تنظیم کرده و در حالت پایدار نگه می دارد. برای مولدهای الکتریکی سرعت را فرکانس ولتاژ a.c مشخص می کند.
