Digitální regulátor 505E pro extrakční parní turbíny

Woodward 505E je pokročilý, 32bitový digitální regulátor založený na mikroprocesoru navržený speciálně pro řízení parních turbín s jednorázovým odběrem, odběrem/vstupem nebo vstupem. Integruje ovládání turbíny a ovládací panel operátora (OCP) do jediného robustního balíčku. Jedná se o vysoce flexibilní řešení konfigurovatelné v terénu, jehož základní filozofie návrhu se řídí softwarem řízeným menu. To umožňuje technikům v terénu naprogramovat řídicí jednotku pro konkrétní aplikace generátoru nebo mechanického pohonu, což umožňuje návrh jediného hardwaru, který poslouží široké řadě řídicích potřeb, čímž se výrazně sníží náklady i doba dodání.

505E může fungovat jako samostatná jednotka nebo ve spojení s distribuovaným řídicím systémem závodu (DCS). Vyznačuje se komplexním předním panelem s dvouřádkovým (24znakový každý) displejem a 30tlačítkovým touchpadem, který umožňuje kompletní funkcionalitu ovládání turbíny – včetně konfigurace, online nastavení a provozu – bez nutnosti dalších ovládacích panelů.

Podrobné základní vlastnosti

Sada funkcí 505E je rozsáhlá a navržená tak, aby splňovala komplexní požadavky řízení moderních parních turbín.

1. Dvouparametrové ovládání a správa ventilů:

• 505E ovládá dva parametry řízením vysokotlakého (HP) ventilu a nízkotlakého (LP) ventilu. Nejtypičtější kombinací je rychlost (nebo zatížení) a extrakční/vstupní tlak (nebo průtok).

• Jeho uplatnění je však daleko širší. Prostřednictvím konfigurace může také řídit nebo omezovat parametry, jako jsou: vstupní tlak/průtok turbíny, výfukový (zpětný) tlak/průtok, tlak prvního stupně, výstupní výkon generátoru, úrovně výkonu pro import/export zařízení, tlak/průtok na výtlaku kompresoru, frekvence jednotky/zařízení, procesní teplota nebo jakýkoli jiný procesní parametr související s turbínou.

2. Ovládání rychlosti ve více režimech:

• Řízení rychlosti: Když je vypínač generátoru vypnutý, PID regulátor udržuje otáčky turbíny na nastavené hodnotě, nezávisle na změnách zatížení.

• Řízení frekvence: Když je vypínač generátoru sepnutý, ale vypínač napájení je rozpojen (tj. ostrovní provoz), regulátor řídí frekvenci jednotky.

• Řízení zátěže jednotky (Droop): Když jsou vypínače generátoru i rozvodné sítě uzavřeny (tj. paralelně se sítí), regulátor řídí zatížení generátoru na základě nastavené hodnoty rychlosti a signálu zpětné vazby poklesu. Funkce poklesu umožňuje jednotce stabilně sdílet zátěž s jinými neizochronními jednotkami nebo velkou mřížkou.

3. Ovládání extrakce/vstupu (Extr/Adm):

• Jedná se o vyhrazený PID regulátor používaný k udržení extrakčního nebo vstupního tlaku/průtoku na jeho nastavené hodnotě. Jedná se o základní funkci pro řízení odběrových/vstupních turbín.

4. Pomocné ovládání (AUX):

• Režim ovladače: Když je povolen, přebírá sběrnici LSS k přímému ovládání parametrů, jako je vstupní tlak, výfukový tlak nebo výkon generátoru.

• Režim omezovače: Vždy aktivní, aktivně neřídí, ale omezuje signál sběrnice LSS, čímž omezuje sledovaný parametr (např. výkon) pod jeho nastavenou hodnotu.

• Jedná se o extrémně všestranný řídicí kanál, konfigurovatelný ve dvou režimech:

5. Řízení kaskády (CAS):

• Tento regulátor porovnává svou procesní proměnnou (např. vstupní tlak) se žádanou hodnotou a jeho výstup přímo resetuje žádanou hodnotu regulátoru otáček. Jedná se o kaskádovou řídicí strategii používanou pro procesy, které jsou regulovány změnou rychlosti nebo zatížení turbíny.

6. Poměr/omezovač: Toto je inteligence 505E pro extrakční/přijímací aplikace.

• Funkce poměru: Automaticky vypočítává koordinovaný pohyb vysokotlakých a nízkotlakých ventilů na základě naprogramovaných parametrů výkonu turbíny (mapa páry). Jeho účelem je minimalizovat interakci mezi dvěma řízenými procesy, když se mění rychlost/vytížení nebo těžba/vstup, čímž se dosáhne 'oddělení'.

• Funkce omezovače: Zajišťuje, že příkazy ventilu vždy zůstanou v bezpečných provozních hranicích turbíny (definovaných parní mapou). Když je dosaženo provozního limitu (např. ventil zcela otevřený nebo zavřený), logika omezovače na základě přednastavené priority (Priorita rychlosti nebo Priorita Extr/Adm) rozhodne, který parametr obětovat, aby ochránil druhý.

7. Automatická startovací sekvence:

• 505E nabízí tři režimy spouštění: manuální, poloautomatický a automatický.

• Může být také nakonfigurován pro Auto Start Sequence, která automaticky řídí rozběh z nízkého volnoběhu na vysoký volnoběh až po jmenovité otáčky na základě doby odstávky (horký nebo studený start), včetně programovatelných dob zahřívání a rychlosti zrychlení.

• Funkce vyhýbání se kritické rychlosti umožňuje definovat dvě rychlostní pásma; žádaná hodnota se bude v těchto pásmech rychle měnit, aby se zabránilo dlouhodobému provozu v rámci nich a byla chráněna turbína.

8. Omezovače ventilů:

• Omezovače ventilů HP a LP se používají k ručnímu omezení maximálního nebo minimálního otevření ventilů během spouštění, vypínání a odstraňování problémů, čímž zvyšují provozní bezpečnost a flexibilitu.

9. Komunikační schopnosti:

• 505E je vybaven dvěma komunikačními porty Modbus (podporujícími RS-232, RS-422, RS-485 a protokoly ASCII nebo RTU) pro výměnu dat a dálkové ovládání s podnikovými DCS, PLC nebo operátorskými stanicemi na bázi CRT.

• Všechny kritické požadované hodnoty, procesní proměnné, stavy a alarmy lze číst nebo zapisovat přes Modbus.

10. Ochrana a alarm:

• Poskytuje postupy nouzového i řízeného vypnutí.

• Vestavěná funkce Overspeed Test pro testování elektrických a mechanických zařízení na ochranu proti překročení rychlosti.

• Indikace poplachu First-Out zaznamenává a zobrazuje první příčinu poruchy mezi až pěti vypínacími vstupy, což usnadňuje diagnostiku.

• Komplexní detekce selhání vstupního signálu (např. ztráta snímače rychlosti nebo analogového vstupního signálu).

Principy provozu

Princip řízení 505E je založen na klasických PID regulačních algoritmech s uzavřenou smyčkou v kombinaci se specializovanou koordinační logikou pro extrakční turbíny.

1. Tok signálu a architektura:

• Jádrem řízení je sběrnice Low Signal Select (LSS). Výstupy Speed ​​PID a Auxiliary PID (v režimu regulátoru) soutěží o přístup k této sběrnici. Signál s nejnižší hodnotou vyhrává kontrolu a je odeslán do Ratio/Limiter.

• Ratio/Limiter přijímá signál ze sběrnice LSS (představující požadavek na rychlost/zátěž) a signál z PID Extr/Adm (představující požadavek na odběr/vstup).

• Logika Ratio používá tyto dva signály požadavku spolu s předdefinovanými charakteristikami turbíny (koeficienty K, mapa páry) k výpočtu dvou výstupů: signál požadavku ventilu HP a signál požadavku ventilu LP. Výpočet je typicky lineární (např. HP = K1*S + K2*P + K3).

• Vypočtené signály HP a LP jsou poté porovnány se signály omezovače ventilů HP/LP (HP je vybrán jako nízký signál s jeho omezovačem, LP je vybrán jako vysoký nebo nízký signál v závislosti na typu aplikace), aby se vytvořil konečný řídicí příkaz odeslaný do pohonů.

2. Provozní režimy poměru/omezovače:

• Decoupled Inlet (HP): Pouze vysokotlaký ventil se pohybuje pro řízení vstupního tlaku; oba ventily se pohybují pro řízení extrakčního tlaku.

• Odpojený výfuk (LP): Pouze ventil LP se pohybuje, aby řídil výfukový tlak; oba ventily se pohybují pro řízení extrakčního tlaku.

• Oddělený vysokotlaký a nízkotlaký ventil: Vysokotlaký ventil ovládá jeden parametr samostatně (např. vstupní tlak) a nízkotlaký ventil ovládá další parametr samostatně (např. výfukový tlak). V tomto režimu již není rychlost/zátěž řízena, ale stává se závislou proměnnou.

• Coupled HP & LP Mode: Toto je nejběžnější režim. Vysokotlaké a nízkotlaké ventily se pohybují koordinovaně, aby řídily rychlost i extrakční tlak s minimální interakcí. Změna jednoho požadavku způsobí změnu polohy obou ventilů.

• Odpojené režimy: Používá se při řízení dvou nezávislých parametrů (např. vstupní tlak a extrakční tlak).

3. Logika priority:

• Vzhledem k tomu, že turbína má pouze dva regulační ventily, při dosažení fyzického limitu (např. ventil je plně otevřen), lze upřednostnit pouze jeden parametr. 505E umožňuje obsluze zvolit nebo automaticky přepínat prioritu.

• Priorita rychlosti: Po dosažení limitu udržujte rychlost/zatížení a obětujte kontrolu extrakce/vstupu.

• Priorita těžby/vstupu: Po dosažení limitu udržujte těžbu/vstupní tlak/průtok a obětujte kontrolu rychlosti/zátěže.

4. Princip ovládání dropu:

• V režimu Unit Load Control se žádaná hodnota PID rychlosti automaticky zvyšuje s rostoucí zátěží. Pokles je definován jako: (rychlost bez zatížení - rychlost plného zatížení) / jmenovitá rychlost × 100 %.

• Například pokles o 5 % znamená, že žádaná hodnota se zvýší o 5 % jmenovité rychlosti, když se zatížení zvýší z 0 % na 100 %. To vytváří stabilní charakteristiku rychlosti a zatížení, což umožňuje více jednotkám s poklesem proporcionálně sdílet změny v zatížení sítě. Pokles zpětné vazby může pocházet ze signálu výkonu generátoru (kW) nebo ze signálů polohy ventilu.

5. Logika spouštění:

• Vezměme si jako příklad režim automatického spouštění: Poté, co operátor otevře Trip & Throttle (T&T) ventil a stiskne 'RUN', 505E zvedne HP Valve Limiter přednastavenou rychlostí, zatímco žádaná hodnota rychlosti se zvýší rychlostí 'Rate to Min' na minimální řídící rychlost. Když se skutečná rychlost shoduje s nastavenou hodnotou, rychlost PID převezme řízení a udrží rychlost. Obsluha pak může aktivovat další funkce, jako je ovládání odsávání.

Shrnutí

Woodward 505E Digital Governor je výkonná, vysoce integrovaná a flexibilně konfigurovatelná řídicí platforma. Využívá pokročilou mikroprocesorovou technologii, sofistikované řídicí algoritmy (PID, Ratio, Decoupling, Priority) a komplexní I/O rozhraní k dosažení přesného, ​​spolehlivého a automatizovaného řízení odběrových/vstupních parních turbín. Jeho základní hodnota spočívá v použití jediné hardwarové platformy, kterou lze softwarově konfigurovat tak, aby splňovala širokou škálu aplikačních požadavků, od jednoduchého řízení rychlosti až po komplexní koordinované řízení s více parametry. Ve spojení s komplexními funkcemi ochrany, komunikace a uživatelského rozhraní je ideálním řešením řízení pro moderní pohony průmyslových parních turbín.

Reference: http://woodwardtj.com/UploadPhotos/20 17110618374 12136.pdf