Cyfrowy regulator 505E do turbin parowych odciągowych

Woodward 505E to zaawansowany, 32-bitowy, cyfrowy regulator oparty na mikroprocesorze, zaprojektowany specjalnie do sterowania pojedynczymi turbinami parowymi ekstrakcyjnymi, ekstrakcyjnymi/wlotowymi lub wlotowymi. Integruje sterowanie turbiną i panel sterowania operatora (OCP) w jeden, solidny pakiet. Jest to wysoce elastyczne rozwiązanie z możliwością konfiguracji w terenie, którego podstawowa filozofia projektowania opiera się na oprogramowaniu sterowanym za pomocą menu. Umożliwia to inżynierom terenowym zaprogramowanie sterownika pod kątem konkretnych zastosowań generatora lub napędu mechanicznego, dzięki czemu pojedynczy projekt sprzętu może zaspokoić szeroki zakres potrzeb w zakresie sterowania, znacznie redukując zarówno koszty, jak i czas dostawy.

Model 505E może działać jako samodzielna jednostka lub w połączeniu z rozproszonym systemem sterowania (DCS) instalacji. Posiada wszechstronny panel przedni z dwuwierszowym wyświetlaczem (24 znaki każdy) i 30-klawiszowym panelem dotykowym, umożliwiającym pełną funkcjonalność sterowania turbiną – w tym konfigurację, regulacje online i obsługę – bez konieczności stosowania dodatkowych paneli sterowania.

Szczegółowe funkcje podstawowe

Zestaw funkcji modelu 505E jest obszerny i zaprojektowany tak, aby spełniać złożone wymagania nowoczesnego sterowania turbiną parową.

1. Sterowanie dwuparametrowe i zarządzanie zaworami:

• Model 505E steruje dwoma parametrami, zarządzając zaworem wysokiego ciśnienia (HP) i zaworem niskiego ciśnienia (LP). Najbardziej typową kombinacją jest prędkość (lub obciążenie) i ciśnienie ekstrakcji/wstępu (lub przepływ).

• Jednak jego zastosowanie jest znacznie szersze. Poprzez konfigurację może również kontrolować lub ograniczać parametry, takie jak: ciśnienie/przepływ na wlocie turbiny, ciśnienie/przepływ (wsteczny) na wylocie, ciśnienie pierwszego stopnia, moc wyjściowa generatora, poziomy mocy importowanej/eksportowanej instalacji, ciśnienie/przepływ wylotowy sprężarki, częstotliwość jednostki/instalacji, temperatura procesu lub dowolny inny parametr procesu związany z turbiną.

2. Wielomodowa kontrola prędkości:

• Kontrola prędkości: Gdy wyłącznik generatora jest otwarty, regulator PID utrzymuje prędkość turbiny na zadanym poziomie, niezależnie od zmian obciążenia.

• Sterowanie częstotliwością: Gdy wyłącznik generatora jest zamknięty, ale wyłącznik sprzęgłowy w sieci energetycznej jest otwarty (tzn. praca wyspowa), regulator reguluje częstotliwość jednostki.

• Sterowanie obciążeniem jednostki (opad): Gdy zarówno wyłączniki sprzęgłowe generatora, jak i wyłączniki sprzęgłowe sieci energetycznej są zamknięte (tj. równolegle do sieci), regulator steruje obciążeniem generatora w oparciu o wartość zadaną prędkości i sygnał zwrotny o spadku. Funkcja opadania pozwala urządzeniu stabilnie dzielić obciążenie z innymi jednostkami nieizochronicznymi lub dużą siecią.

3. Kontrola ekstrakcji/dopuszczenia (Extr/Adm):

• Jest to dedykowany regulator PID używany do utrzymywania ciśnienia/przepływu ekstrakcji lub wlotu na wartości zadanej. Jest to podstawowa funkcja sterowania turbinami odciągowo-wlotowymi.

4. Sterowanie pomocnicze (AUX):

• Tryb kontrolera: Po włączeniu przejmuje magistralę LSS, aby bezpośrednio kontrolować parametr, taki jak ciśnienie wlotowe, ciśnienie wylotowe lub moc generatora.

• Tryb ogranicznika: Zawsze aktywny, nie kontroluje aktywnie, ale ogranicza sygnał magistrali LSS, ograniczając w ten sposób monitorowany parametr (np. moc) poniżej wartości zadanej.

• Jest to niezwykle wszechstronny kanał sterujący, konfigurowalny w dwóch trybach:

5. Sterowanie kaskadowe (CAS):

• Sterownik ten porównuje swoją zmienną procesową (np. ciśnienie wlotowe) z wartością zadaną, a jego wyjście bezpośrednio resetuje wartość zadaną regulatora prędkości. Jest to strategia sterowania kaskadowego stosowana w procesach regulowanych poprzez zmianę prędkości lub obciążenia turbiny.

6. Ratio/Limiter: Jest to inteligencja modelu 505E do zastosowań związanych z ekstrakcją/wpuszczeniem.

• Funkcja współczynnika: Automatycznie oblicza skoordynowany ruch zaworów wysokiego i niskiego ciśnienia w oparciu o zaprogramowane parametry wydajności turbiny (mapa pary). Jego celem jest zminimalizowanie interakcji pomiędzy dwoma kontrolowanymi procesami, gdy zmienia się zapotrzebowanie na prędkość/obciążenie lub zapotrzebowanie na wydobycie/dopuszczenie, osiągając „oddzielenie”.

• Funkcja ogranicznika: Zapewnia, że ​​polecenia zaworu zawsze mieszczą się w bezpiecznych granicach roboczych turbiny (określonych przez mapę pary). Po osiągnięciu limitu operacyjnego (np. zawór całkowicie otwarty lub zamknięty), logika ogranicznika, w oparciu o ustawiony priorytet (priorytet prędkości lub priorytet extr/adm), decyduje, który parametr poświęcić, aby chronić drugi.

7. Automatyczna sekwencja startowa:

• Model 505E oferuje trzy tryby uruchamiania: ręczny, półautomatyczny i automatyczny.

• Można go również skonfigurować pod kątem sekwencji automatycznego rozruchu, która automatycznie zarządza rozruchem od niskiego biegu jałowego przez wysoki bieg jałowy do prędkości znamionowej w oparciu o przestoje (start na gorąco lub na zimno), w tym programowalne czasy nagrzewania i tempo przyspieszania.

• Funkcja unikania prędkości krytycznej umożliwia zdefiniowanie dwóch zakresów prędkości; wartość zadana będzie szybko rosnąć w tych pasmach, aby uniknąć długotrwałej pracy w nich, chroniąc turbinę.

8. Ograniczniki zaworów:

• Ograniczniki zaworów HP i LP służą do ręcznego ograniczania maksymalnego lub minimalnego otwarcia zaworów podczas rozruchu, wyłączania i rozwiązywania problemów, zwiększając bezpieczeństwo operacyjne i elastyczność.

9. Możliwości komunikacyjne:

• Model 505E jest wyposażony w dwa porty komunikacyjne Modbus (obsługujące protokoły RS-232, RS-422, RS-485 i ASCII lub RTU) umożliwiające wymianę danych i zdalne sterowanie za pomocą systemów DCS, PLC lub stacji operatorskich opartych na CRT.

• Wszystkie krytyczne wartości zadane, zmienne procesowe, statusy i alarmy można odczytać lub zapisać za pośrednictwem protokołu Modbus.

10. Ochrona i alarm:

• Zapewnia procedury wyłączania awaryjnego i kontrolowanego.

• Wbudowana funkcja testu przekroczenia prędkości do testowania elektrycznych i mechanicznych urządzeń zabezpieczających przed przekroczeniem prędkości.

• Wskazanie alarmu First-Out rejestruje i wyświetla pierwszą przyczynę wyłączenia spośród maksymalnie pięciu wejść wyłączających, ułatwiając diagnostykę.

• Kompleksowe wykrywanie awarii sygnału wejściowego (np. utrata czujnika prędkości lub analogowego sygnału wejściowego).

Zasady działania

Zasada sterowania modelu 505E opiera się na klasycznych algorytmach sterowania PID w zamkniętej pętli, w połączeniu ze specjalistyczną logiką koordynacyjną dla turbin ekstrakcyjnych.

1. Przepływ sygnału i architektura:

• Rdzeniem układu sterowania jest magistrala Low Signal Select (LSS). Wyjścia Speed ​​PID i Auxiliary PID (w trybie sterownika) rywalizują o dostęp do tej magistrali. Sygnał o najniższej wartości przejmuje kontrolę i jest wysyłany do Ratio/Limitera.

• Ratio/Limiter odbiera sygnał z magistrali LSS (reprezentujący zapotrzebowanie na prędkość/obciążenie) oraz sygnał z Extr/Adm PID (reprezentujący zapotrzebowanie na ekstrakcję/dopuszczenie).

• Logika Ratio wykorzystuje te dwa sygnały zapotrzebowania wraz ze wstępnie zdefiniowanymi charakterystykami turbiny (współczynniki K, mapa pary) do obliczenia dwóch sygnałów wyjściowych: sygnału zapotrzebowania zaworu HP i sygnału zapotrzebowania zaworu LP. Obliczenia są zazwyczaj liniowe (np. HP = K1*S + K2*P + K3).

• Obliczone sygnały HP i LP są następnie porównywane z sygnałami ogranicznika zaworu HP/LP (HP jest wybierany jako niski sygnał wraz z jego ogranicznikiem, LP jest wybierany jako wysoki lub niski sygnał w zależności od typu aplikacji) w celu wygenerowania końcowego polecenia sterującego wysyłanego do siłowników.

2. Tryby pracy współczynnika/limitera:

• Oddzielony wlot (HP): Tylko zawór HP porusza się, aby kontrolować ciśnienie wlotowe; oba zawory poruszają się, aby kontrolować ciśnienie ekstrakcji.

• Oddzielony wydech (LP): Tylko zawór LP porusza się, aby kontrolować ciśnienie spalin; oba zawory poruszają się, aby kontrolować ciśnienie ekstrakcji.

• Oddzielone HP i LP: Zawór HP steruje wyłącznie jednym parametrem (np. ciśnieniem wlotowym), a zawór LP steruje wyłącznie innym parametrem (np. ciśnieniem wylotowym). W tym trybie prędkość/obciążenie nie jest już kontrolowane, ale staje się zmienną zależną.

• Sprzężony tryb HP i LP: Jest to najpopularniejszy tryb. Zawory HP i LP poruszają się w sposób skoordynowany, aby kontrolować zarówno prędkość, jak i ciśnienie ekstrakcji przy minimalnej interakcji. Zmiana któregokolwiek zapotrzebowania powoduje zmianę położenia obu zaworów.

• Tryby rozdzielone: ​​Używane do kontrolowania dwóch niezależnych parametrów (np. ciśnienia wlotowego i ciśnienia ekstrakcji).

3. Logika priorytetów:

• Ponieważ turbina ma tylko dwa zawory sterujące, po osiągnięciu fizycznego limitu (np. gdy zawór jest całkowicie otwarty) można nadać priorytet tylko jednemu parametrowi. Model 505E umożliwia operatorowi wybór lub automatyczną zmianę priorytetu.

• Priorytet prędkości: Po osiągnięciu limitu utrzymuj prędkość/ładunek i poświęć kontrolę nad wydobyciem/wpuszczeniem.

• Priorytet ekstrakcji/wstępu: Po osiągnięciu limitu utrzymuj ciśnienie/przepływ ekstrakcji/wstępu i poświęć kontrolę prędkości/załadunku.

4. Zasada kontroli opadania:

• W trybie sterowania obciążeniem jednostki wartość zadana PID prędkości automatycznie wzrasta wraz ze wzrostem obciążenia. Spadek definiuje się jako: (prędkość bez obciążenia - prędkość przy pełnym obciążeniu) / prędkość znamionowa × 100%.

• Na przykład spadek o 5% oznacza, że ​​wartość zadana wzrośnie o 5% prędkości znamionowej w miarę wzrostu obciążenia z 0% do 100%. Tworzy to stabilną charakterystykę obciążenia prędkością, umożliwiając wielu jednostkom ze spadkiem proporcjonalne dzielenie się zmianami obciążenia sieci. Sygnał zwrotny o spadku może pochodzić z sygnału mocy generatora (kW) lub z sygnałów położenia zaworu.

5. Logika uruchamiania:

• Biorąc za przykład tryb automatycznego uruchamiania: po otwarciu przez operatora zaworu wyzwalającego i przepustnicy (T&T) i naciśnięciu przycisku „RUN”, model 505E podnosi ogranicznik zaworu HP o wstępnie ustawioną prędkość, podczas gdy wartość zadana prędkości wzrasta z prędkością „Rate to Min” do minimalnej prędkości regulacyjnej. Gdy rzeczywista prędkość odpowiada wartości zadanej, prędkość PID przejmuje kontrolę w celu utrzymania prędkości. Operator może następnie włączyć inne funkcje, takie jak kontrola ekstrakcji.

Streszczenie

Cyfrowy regulator Woodward 505E to potężna, wysoce zintegrowana i elastycznie konfigurowalna platforma sterowania. Wykorzystuje zaawansowaną technologię mikroprocesorową, wyrafinowane algorytmy sterowania (PID, współczynnik, odsprzęganie, priorytet) i wszechstronne interfejsy we/wy, aby osiągnąć precyzyjne, niezawodne i zautomatyzowane sterowanie turbinami parowymi ekstrakcyjnymi/wlotowymi. Jego podstawowa wartość polega na wykorzystaniu pojedynczej platformy sprzętowej, którą można skonfigurować programowo w celu spełnienia szerokiego zakresu wymagań aplikacji, od prostej kontroli prędkości po złożone, wieloparametrowe, skoordynowane sterowanie. W połączeniu z kompleksowymi funkcjami ochrony, komunikacji i interfejsu użytkownika, jest to idealne rozwiązanie sterujące dla nowoczesnych napędów przemysłowych turbin parowych.

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