การพัฒนาและวิจัยระบบควบคุมความเร็วกังหันไฮโดรลิกตาม PLC

1. บทนำ
ผู้ว่าราชการกังหันเป็นหนึ่งในสองอุปกรณ์ควบคุมหลักสำหรับหน่วยไฟฟ้าพลังน้ำไม่เพียงแต่มีบทบาทในการควบคุมความเร็วเท่านั้น แต่ยังดำเนินการแปลงสภาพการทำงานและความถี่ต่างๆ พลังงาน มุมเฟส และการควบคุมอื่นๆ ของหน่วยผลิตไฟฟ้าพลังน้ำและปกป้องกังหันน้ำงานของชุดเครื่องกำเนิดไฟฟ้าผู้ว่าการกังหันได้ผ่านสามขั้นตอนของการพัฒนา: ผู้ว่าราชการไฮดรอลิกเครื่องกล ผู้ว่าราชการไฟฟ้าไฮดรอลิก และผู้ว่าราชการไฮดรอลิกระบบดิจิตอลไมโครคอมพิวเตอร์ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ตัวควบคุมแบบตั้งโปรแกรมได้ถูกนำมาใช้ในระบบควบคุมความเร็วของกังหัน ซึ่งมีความสามารถในการป้องกันการรบกวนที่แข็งแกร่งและความน่าเชื่อถือสูงการเขียนโปรแกรมและการใช้งานที่ง่ายและสะดวกโครงสร้างโมดูลาร์ ความเก่งกาจที่ดี ความยืดหยุ่น และการบำรุงรักษาที่สะดวกมันมีข้อดีของฟังก์ชั่นการควบคุมที่แข็งแกร่งและความสามารถในการขับขี่มันได้รับการตรวจสอบในทางปฏิบัติแล้ว
ในบทความนี้ ได้มีการเสนองานวิจัยเกี่ยวกับระบบการปรับคู่กังหันไฮดรอลิกของ PLC และใช้ตัวควบคุมแบบตั้งโปรแกรมได้เพื่อให้ทราบถึงการปรับคู่ของรางนำทางและใบพัด ซึ่งช่วยเพิ่มความแม่นยำในการประสานงานของรางนำทางและใบพัดสำหรับส่วนต่างๆ หัวน้ำ.การปฏิบัติแสดงให้เห็นว่าระบบควบคุมคู่ช่วยเพิ่มอัตราการใช้พลังงานน้ำ

2. ระบบควบคุมกังหัน

2.1 ระบบควบคุมกังหัน
งานพื้นฐานของระบบควบคุมความเร็วกังหันคือการเปลี่ยนช่องเปิดของใบพัดกังหันให้สอดคล้องกับผู้ว่าการเมื่อภาระของระบบไฟฟ้าเปลี่ยนแปลงและความเร็วในการหมุนของหน่วยเบี่ยงเบนไปเพื่อให้ความเร็วในการหมุนของกังหัน ให้อยู่ในช่วงที่กำหนด เพื่อให้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าทำงานกำลังขับและความถี่ตอบสนองความต้องการของผู้ใช้งานพื้นฐานของการควบคุมกังหันสามารถแบ่งออกเป็นการควบคุมความเร็ว การควบคุมกำลังไฟฟ้าที่ใช้งาน และการควบคุมระดับน้ำ

2.2 หลักการควบคุมกังหัน
หน่วยสร้างพลังน้ำเป็นหน่วยที่เกิดขึ้นจากการเชื่อมต่อกังหันน้ำและเครื่องกำเนิดไฟฟ้าส่วนที่หมุนได้ของชุดเครื่องกำเนิดพลังน้ำคือตัวเครื่องที่แข็งแรงซึ่งหมุนรอบแกนคงที่ และสามารถอธิบายสมการได้โดยใช้สมการต่อไปนี้

ในสูตร
—— โมเมนต์ความเฉื่อยของส่วนที่หมุนของหน่วย (Kg m2)
—— ความเร็วเชิงมุมการหมุน (rad/s)
—— แรงบิดของกังหัน (N/m) รวมถึงการสูญเสียทางกลและทางไฟฟ้าของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า
—— แรงบิดต้านทานเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ซึ่งหมายถึงแรงบิดในการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าสเตเตอร์บนโรเตอร์ ทิศทางของมันอยู่ตรงข้ามกับทิศทางการหมุน และแสดงถึงกำลังไฟฟ้าที่ใช้งานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า นั่นคือ ขนาดของโหลด

เมื่อโหลดเปลี่ยนแปลง ช่องเปิดของรางนำทางจะยังคงไม่เปลี่ยนแปลง และความเร็วของหน่วยยังคงคงที่ที่ค่าหนึ่งเนื่องจากความเร็วจะเบี่ยงเบนไปจากค่าที่กำหนด จึงไม่เพียงพอที่จะพึ่งพาความสามารถในการปรับสมดุลในตัวเองเพื่อรักษาความเร็วไว้เพื่อรักษาความเร็วของหน่วยไว้ที่ค่าพิกัดเดิมหลังจากโหลดเปลี่ยนแปลง จะเห็นได้จากรูปที่ 1 ว่าจำเป็นต้องเปลี่ยนช่องเปิดของรางนำตามลำดับเมื่อภาระลดลง เมื่อแรงบิดความต้านทานเปลี่ยนจาก 1 เป็น 2 การเปิดใบพัดนำทางจะลดลงเหลือ 1 และความเร็วของหน่วยจะยังคงอยู่ดังนั้น ด้วยการเปลี่ยนแปลงของภาระ การเปิดกลไกนำทางน้ำจึงเปลี่ยนไปตามลำดับ เพื่อให้ความเร็วของหน่วยผลิตพลังน้ำคงไว้ตามค่าที่กำหนดไว้ล่วงหน้า หรือเปลี่ยนแปลงตามกฎหมายที่กำหนดไว้ล่วงหน้ากระบวนการนี้เป็นการปรับความเร็วของหน่วยผลิตไฟฟ้าพลังน้ำหรือระเบียบกังหัน

3. ระบบปรับกังหันไฮดรอลิก PLC แบบคู่
ผู้ว่าราชการกังหันมีหน้าที่ควบคุมการเปิดใบพัดน้ำเพื่อปรับการไหลเข้าสู่ตัววิ่งของกังหัน ซึ่งจะเปลี่ยนแรงบิดแบบไดนามิกของกังหันและควบคุมความถี่ของหน่วยกังหันอย่างไรก็ตาม ในระหว่างการทำงานของกังหันใบพัดหมุนตามแนวแกน ผู้ว่าการไม่ควรเพียงแค่ปรับการเปิดใบพัดนำทาง แต่ยังปรับมุมของใบพัดวิ่งตามจังหวะและค่าหัวน้ำของผู้ติดตามใบพัด เพื่อให้ใบพัดไกด์และใบพัดเชื่อมต่อกันรักษาความสัมพันธ์แบบร่วมมือระหว่างกัน กล่าวคือ ความสัมพันธ์แบบประสานงาน ซึ่งสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพของกังหัน ลดการเกิดโพรงใบพัดและการสั่นสะเทือนของยูนิต และเพิ่มความเสถียรของการทำงานของกังหัน
ฮาร์ดแวร์ของระบบใบพัดกังหันควบคุม PLC ส่วนใหญ่ประกอบด้วยสองส่วน คือ ตัวควบคุม PLC และระบบเซอร์โวไฮดรอลิกขั้นแรก มาพูดถึงโครงสร้างฮาร์ดแวร์ของคอนโทรลเลอร์ PLC

3.1 ตัวควบคุม PLC
ตัวควบคุม PLC ส่วนใหญ่ประกอบด้วยหน่วยอินพุต หน่วยพื้นฐานของ PLC และหน่วยเอาท์พุตหน่วยอินพุตประกอบด้วยโมดูล A/D และโมดูลอินพุตดิจิทัล และหน่วยเอาต์พุตประกอบด้วยโมดูล D/A และโมดูลอินพุตดิจิทัลตัวควบคุม PLC มีจอแสดงผลดิจิตอล LED สำหรับการสังเกตพารามิเตอร์ PID ของระบบแบบเรียลไทม์ ตำแหน่งตัวติดตามใบพัด ตำแหน่งตัวติดตามใบพัด และค่าหัวน้ำนอกจากนี้ยังมีโวลต์มิเตอร์แบบแอนะล็อกเพื่อตรวจสอบตำแหน่งของตัวติดตามใบพัดในกรณีที่ตัวควบคุมไมโครคอมพิวเตอร์ล้มเหลว

3.2 ระบบติดตามผลด้วยไฮดรอลิก
ระบบเซอร์โวไฮดรอลิกเป็นส่วนสำคัญของระบบควบคุมใบพัดกังหันสัญญาณเอาท์พุตของตัวควบคุมถูกขยายแบบไฮดรอลิกเพื่อควบคุมการเคลื่อนที่ของตัวตามใบพัด ซึ่งจะเป็นการปรับมุมของใบพัดวิ่งเรานำการผสมผสานของระบบควบคุมตามสัดส่วนวาล์วควบคุมแรงดันหลักระบบควบคุมไฟฟ้าไฮดรอลิกและระบบควบคุมเครื่องจักรไฮดรอลิกแบบดั้งเดิมเพื่อสร้างระบบควบคุมไฮดรอลิกคู่ขนานของวาล์วสัดส่วนไฟฟ้าไฮดรอลิกและวาล์วเครื่องจักรไฮดรอลิกดังแสดงในรูปที่ 2 การติดตามด้วยไฮดรอลิก - ระบบขึ้นสำหรับใบพัดกังหัน

ระบบติดตามไฮดรอลิกสำหรับใบพัดกังหัน
เมื่อตัวควบคุม PLC, วาล์วปรับสัดส่วนไฟฟ้าไฮดรอลิกและเซ็นเซอร์ตำแหน่งเป็นปกติ จะใช้วิธีการควบคุมตามสัดส่วนด้วยไฟฟ้าไฮดรอลิกของ PLC เพื่อปรับระบบใบพัดกังหัน ค่าป้อนกลับของตำแหน่งและค่าเอาต์พุตควบคุมจะถูกส่งโดยสัญญาณไฟฟ้า และ สัญญาณถูกสังเคราะห์โดยตัวควบคุม PLCการประมวลผลและการตัดสินใจ ปรับการเปิดวาล์วของวาล์วกระจายแรงดันหลักผ่านวาล์วตามสัดส่วนเพื่อควบคุมตำแหน่งของผู้ติดตามใบพัด และรักษาความสัมพันธ์แบบร่วมมือกันระหว่างใบพัดนำทาง หัวน้ำ และใบพัดระบบใบพัดกังหันที่ควบคุมโดยวาล์วแปรผันตามสัดส่วนด้วยไฟฟ้า-ไฮดรอลิกมีความแม่นยำในการประสานกันสูง โครงสร้างระบบที่เรียบง่าย ทนทานต่อมลภาวะของน้ำมัน และสะดวกต่อการเชื่อมต่อกับตัวควบคุม PLC เพื่อสร้างระบบควบคุมอัตโนมัติของไมโครคอมพิวเตอร์

เนื่องจากกลไกการเชื่อมโยงทางกลคงอยู่ ในโหมดควบคุมตามสัดส่วนด้วยไฟฟ้า-ไฮดรอลิก กลไกการเชื่อมโยงทางกลจึงทำงานพร้อมกันเพื่อติดตามสถานะการทำงานของระบบหากระบบควบคุมตามสัดส่วนไฟฟ้าไฮดรอลิกของ PLC ล้มเหลว วาล์วสวิตช์จะทำงานทันที และกลไกการเชื่อมโยงทางกลโดยทั่วไปสามารถติดตามสถานะการทำงานของระบบควบคุมตามสัดส่วนด้วยไฟฟ้า-ไฮดรอลิกเมื่อทำการสลับ ผลกระทบของระบบมีขนาดเล็ก และระบบใบพัดสามารถเปลี่ยนเป็นโหมดการควบคุมการเชื่อมโยงทางกลได้อย่างราบรื่นรับประกันความน่าเชื่อถือของการทำงานของระบบอย่างมาก

เมื่อเราออกแบบวงจรไฮดรอลิก เราได้ออกแบบตัววาล์วของวาล์วควบคุมไฮดรอลิก ขนาดที่ตรงกันของตัววาล์วและปลอกวาล์ว ขนาดการเชื่อมต่อของตัววาล์วและวาล์วแรงดันหลัก และขนาดกลไกของ ก้านสูบระหว่างวาล์วไฮดรอลิกและวาล์วจ่ายแรงดันหลักจะเหมือนกับของเดิมระหว่างการติดตั้งจำเป็นต้องเปลี่ยนเฉพาะตัววาล์วของวาล์วไฮดรอลิก และไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนส่วนอื่นๆโครงสร้างของระบบควบคุมไฮดรอลิกทั้งหมดมีขนาดเล็กมากบนพื้นฐานของการรักษากลไกการทำงานร่วมกันทางกลอย่างสมบูรณ์ กลไกการควบคุมตามสัดส่วนแบบไฟฟ้า-ไฮดรอลิกถูกเพิ่มเข้ามาเพื่ออำนวยความสะดวกในการเชื่อมต่อกับตัวควบคุม PLC เพื่อให้เกิดการควบคุมการทำงานร่วมกันแบบดิจิทัลและปรับปรุงความแม่นยำในการประสานงานของระบบใบพัดกังหัน;และกระบวนการติดตั้งและแก้จุดบกพร่องของระบบนั้นง่ายมาก ซึ่งช่วยลดเวลาการหยุดทำงานของหน่วยกังหันไฮดรอลิก ช่วยอำนวยความสะดวกในการเปลี่ยนแปลงระบบควบคุมไฮดรอลิกของกังหันไฮดรอลิก และมีคุณค่าทางปฏิบัติที่ดีระหว่างการปฏิบัติงานจริงที่ไซต์งาน ระบบได้รับการประเมินอย่างสูงโดยบุคลากรด้านวิศวกรรมและเทคนิคของโรงไฟฟ้า และเชื่อว่าระบบดังกล่าวสามารถเป็นที่นิยมและนำไปใช้ในระบบเซอร์โวไฮดรอลิกของผู้ว่าการสถานีไฟฟ้าพลังน้ำหลายแห่ง

3.3 โครงสร้างซอฟต์แวร์ระบบและวิธีการใช้งาน
ในระบบใบพัดกังหันที่ควบคุมโดย PLC วิธีการทำงานร่วมกันแบบดิจิทัลถูกนำมาใช้เพื่อให้ทราบถึงความสัมพันธ์การทำงานร่วมกันระหว่างใบพัดนำทาง หัวน้ำ และช่องเปิดของใบพัดเมื่อเทียบกับวิธีการทำงานร่วมกันทางกลแบบดั้งเดิม วิธีการทำงานร่วมกันแบบดิจิทัลมีข้อดีของการตัดแต่งพารามิเตอร์อย่างง่าย มีข้อดีของการดีบักและการบำรุงรักษาที่สะดวก และการเชื่อมโยงที่มีความแม่นยำสูงโครงสร้างซอฟต์แวร์ของระบบควบคุมใบพัดส่วนใหญ่ประกอบด้วยโปรแกรมฟังก์ชันการปรับระบบ โปรแกรมอัลกอริธึมการควบคุม และโปรแกรมวินิจฉัยด้านล่างเราจะพูดถึงวิธีการทำให้เป็นจริงของสามส่วนข้างต้นของโปรแกรมตามลำดับโปรแกรมฟังก์ชันการปรับส่วนใหญ่ประกอบด้วยรูทีนย่อยของการทำงานร่วมกัน รูทีนย่อยของการสตาร์ทใบพัด รูทีนย่อยของการหยุดใบพัด และรูทีนย่อยของการปลดโหลดของใบพัดเมื่อระบบทำงาน ขั้นแรกจะระบุและตัดสินสภาพการทำงานปัจจุบัน จากนั้นจึงเริ่มสวิตช์ซอฟต์แวร์ เรียกใช้งานรูทีนย่อยของฟังก์ชันการปรับที่สอดคล้องกัน และคำนวณตำแหน่งที่กำหนดค่าของ vane follower
(1) รูทีนย่อยของสมาคม
ผ่านการทดสอบแบบจำลองของหน่วยเทอร์ไบน์ สามารถรับชุดของจุดที่วัดได้บนพื้นผิวข้อต่อกล้องร่วมทางกลแบบดั้งเดิมสร้างขึ้นจากจุดที่วัดได้เหล่านี้ และวิธีการร่วมแบบดิจิทัลยังใช้จุดที่วัดได้เหล่านี้เพื่อวาดชุดของเส้นโค้งร่วมการเลือกจุดที่ทราบบนเส้นโค้งความสัมพันธ์เป็นโหนด และใช้วิธีการแก้ไขเชิงเส้นแบบทีละชิ้นของฟังก์ชันไบนารี ค่าฟังก์ชันของโหนดที่ไม่ใช่โหนดในบรรทัดของการเชื่อมโยงนี้สามารถรับได้
(2) รูทีนย่อยการเริ่มต้นของ Vane
จุดประสงค์ของการศึกษากฎหมายในการเริ่มต้นคือเพื่อลดเวลาเริ่มต้นของหน่วย ลดภาระของตลับลูกปืนกันรุน และสร้างเงื่อนไขที่เชื่อมต่อกับกริดสำหรับหน่วยเครื่องกำเนิดไฟฟ้า
(3) รูทีนย่อย Vane stop
กฎการปิดของใบพัดมีดังนี้: เมื่อตัวควบคุมได้รับคำสั่งปิด ใบพัดและใบพัดจะถูกปิดพร้อมกันตามความสัมพันธ์แบบร่วมมือกันเพื่อให้มั่นใจถึงความเสถียรของหน่วย: เมื่อการเปิดใบพัดนำทางน้อยกว่า กว่าช่องเปิดที่ไม่มีโหลด ใบพัดจะล่าช้า เมื่อปิดใบพัดนำทางอย่างช้าๆ ความสัมพันธ์แบบร่วมมือกันระหว่างใบพัดกับใบพัดนำทางจะไม่คงอยู่อีกต่อไปเมื่อความเร็วของหน่วยลดลงต่ำกว่า 80% ของความเร็วที่กำหนด ใบพัดจะเปิดขึ้นอีกครั้งที่มุมเริ่มต้น Φ0 พร้อมสำหรับการเริ่มต้นครั้งถัดไป เตรียมพร้อม
(4) รูทีนย่อยปฏิเสธการรับน้ำหนักของใบมีด
การปฏิเสธการรับน้ำหนักหมายความว่าเครื่องที่มีโหลดถูกตัดการเชื่อมต่อจากโครงข่ายไฟฟ้ากะทันหัน ทำให้ตัวเครื่องและระบบผันน้ำอยู่ในสถานะการทำงานที่ไม่ดี ซึ่งเกี่ยวข้องโดยตรงกับความปลอดภัยของโรงไฟฟ้าและตัวเครื่องเมื่อขนถ่ายออก ผู้ว่าราชการจะเทียบเท่ากับอุปกรณ์ป้องกัน ซึ่งทำให้ใบพัดและใบพัดปิดทันทีจนกว่าความเร็วของหน่วยจะลดลงใกล้กับความเร็วที่กำหนดความมั่นคงดังนั้น ในการระบายโหลดจริง โดยทั่วไปแล้วใบพัดจะเปิดขึ้นในมุมหนึ่งช่องเปิดนี้ได้มาจากการทดสอบการกำจัดโหลดของโรงไฟฟ้าจริงสามารถตรวจสอบได้ว่าเมื่อเครื่องกำลังปลดภาระ ไม่เพียงแต่การเพิ่มความเร็วจะมีขนาดเล็กเท่านั้น แต่ตัวเครื่องยังมีความเสถียรอีกด้วย.

4 บทสรุป
ในมุมมองของสถานะทางเทคนิคในปัจจุบันของอุตสาหกรรมผู้ว่าราชการกังหันไฮดรอลิกในประเทศของฉัน บทความนี้อ้างถึงข้อมูลใหม่ในด้านการควบคุมความเร็วกังหันไฮดรอลิกในประเทศและต่างประเทศ และใช้เทคโนโลยีตัวควบคุมลอจิกที่ตั้งโปรแกรมได้ (PLC) กับการควบคุมความเร็วของ ชุดเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากังหันไฮดรอลิกโปรแกรมควบคุม (PLC) เป็นแกนหลักของระบบควบคุมคู่แบบกังหันไฮดรอลิกแบบใช้ใบพัดแบบไหลตามแนวแกนการใช้งานจริงแสดงให้เห็นว่ารูปแบบดังกล่าวช่วยปรับปรุงความแม่นยำในการประสานงานระหว่างใบพัดนำทางและใบพัดสำหรับสภาวะของหัวจ่ายน้ำที่แตกต่างกันอย่างมาก และปรับปรุงอัตราการใช้พลังงานน้ำ