O UNS 2880a-P, conhecido como Placa de Controle (COB), é a indiscutível unidade de processamento central do sistema de excitação ABB UNITROL® 5000. Como o “cérebro” de todo o sistema, o COB é responsável por executar todas as principais tarefas de controle, regulação, proteção e monitoramento. Ele hospeda o software central do sistema, que é adaptado às necessidades específicas da aplicação por meio de parametrização, gerenciando tudo, desde o controle básico de excitação até funções complexas de suporte à rede.
Nos sistemas de canal duplo UNITROL 5000, duas placas COB (Canal 1 e Canal 2) são normalmente configuradas para redundância, aumentando assim a disponibilidade e a confiabilidade do sistema. O COB desempenha um papel crítico tanto na operação estável do gerador quanto na proteção rápida durante condições de falha.
2. Principais recursos e funções
1. Sistema Central de Processamento e Controle
O COB integra microprocessadores de alto desempenho e circuitos integrados de aplicação específica (ASICs) para executar o software de controle do sistema de excitação. Isso inclui:
Controle de sequência: gerencia sequências operacionais, como partida e parada do sistema de excitação, conexão à rede e troca de canal.
Regulação de Malha Fechada: Contém todas as malhas de controle, como o Regulador Automático de Tensão (AVR), o Estabilizador do Sistema de Energia (PSS) e o regulador manual de corrente, garantindo controle preciso e estável da tensão terminal do gerador, potência reativa e outras variáveis controladas.
Proteção e monitoramento: Integra funções de proteção abrangentes (por exemplo, sobretensão, sobrecorrente, subexcitação, perda de excitação) e funções de monitoramento contínuo da condição para garantir a segurança do gerador e do próprio sistema de excitação.
2. Unidade de controle de portão
O COB contém uma Unidade de Controle de Porta crítica, cuja função principal é gerar pulsos de disparo para acionar os tiristores nos conversores de potência. Esta unidade calcula e gera pulsos de disparo defasados com base na saída dos reguladores de controle e no sinal de tensão de sincronização, controlando assim a tensão de saída do conversor e permitindo o controle preciso da corrente de campo do gerador.
3. Centro de comunicação e troca de dados
O COB é o nó central para comunicação interna e externa do sistema, apresentando múltiplas interfaces de comunicação:
Controlador Fieldbus ARCnet: Atua como um nó mestre na rede ARCnet (com endereços de nó fixos: Canal 1 = 1, Canal 2 = 2), responsável pela troca de dados em alta velocidade com outros dispositivos inteligentes dentro do sistema (por exemplo, CIN, FBC, AIO).
Comunicação do Painel de Serviço: Conecta-se ao Painel de Serviço UNS 0874 por meio de uma interface dedicada para comissionamento e monitoramento local.
Comunicação óptica com ferramenta CMT: Fornece uma interface óptica para conectar a ferramenta de comissionamento e manutenção, facilitando a configuração de parâmetros, diagnóstico de falhas e registro de dados pelos engenheiros.
Comunicação Óptica com Acopladores Fieldbus: Suporta interfaces com vários módulos de interface de sistema de controle de nível superior (por exemplo, Modbus, Profibus, Advant), permitindo integração perfeita com sistemas DCS ou PLC da planta.
4. Armazenamento e gerenciamento de dados
Memória Operacional: Durante a operação normal, todos os parâmetros e dados temporários são armazenados em memória volátil (RAM).
Armazenamento Permanente: Equipado com Flash-PROM para armazenamento permanente de parâmetros validados e configurações do sistema, evitando perda de dados durante quedas de energia.
Registrador de falhas: A memória volátil também serve como registrador de falhas. As informações de falha são retidas por até 2 dias após uma falha completa de energia, fornecendo dados valiosos para análise pós-evento.
5. Status e exibição de diagnóstico
O COB possui um display integrado de sete segmentos para:
Indicação de status da placa óptica: Fornece uma indicação visual do status operacional da placa.
Exibição do último código de erro: Em caso de falha, exibe um código de erro específico (formato Axxx), facilitando muito o rápido diagnóstico e manutenção no local.
3. Princípio de funcionamento e integração de sistemas
1. Papel na arquitetura do sistema
Dentro do layout de hardware do sistema UNITROL 5000, o COB ocupa uma posição central. Ele é conectado diretamente por meio de cabos de fita a dispositivos importantes como MUB, FIO, PSI, CIN e EGC, formando uma rede de controle local confiável e de alta velocidade. Simultaneamente, ele se comunica com uma ampla gama de dispositivos de E/S através do cabo coaxial ARCnet. Essa estrutura garante que os comandos de controle sejam emitidos e os dados de campo sejam adquiridos com baixa latência e alto determinismo.
2. Software e Controle Parametrizado
Toda a lógica de controle e algoritmos funcionais do sistema de excitação são incorporados como software no COB. Os usuários não precisam modificar o código subjacente, mas configurar e otimizar o sistema por meio de parametrização. Esses parâmetros cobrem tudo, desde pontos de ajuste básicos de tensão até parâmetros complexos do regulador PID e configurações de proteção. Usando ferramentas de engenharia dedicadas, como CMT ou SPT, os usuários podem acessar e modificar facilmente esses parâmetros para adaptar com precisão o sistema UNITROL 5000 padrão a aplicações específicas de geradores e redes.
3. Processamento de Sinal e Fluxo de Controle
Aquisição de Sinal: O COB adquire grandezas elétricas brutas (por exemplo, tensão do estator do gerador, corrente) do MUB e sinais relevantes do circuito de excitação (por exemplo, tensão de campo, corrente) do PSI.
Processamento de dados: Microprocessadores internos e DSPs realizam cálculos de alta velocidade nos sinais adquiridos para calcular quantidades derivadas como potência ativa, potência reativa, frequência e valores RMS, que são então comparados com pontos de ajuste.
Cálculo do Regulador: Algoritmos de controle (por exemplo, reguladores PID) calculam uma saída baseada no desvio, que determina o ângulo de disparo dos tiristores.
Geração e distribuição de pulso: A unidade de controle de portão gera trens de pulso de disparo de alta frequência (por exemplo, 62 kHz) com base na saída do regulador e nos sinais de sincronização. Esses pulsos são enviados por meio de cabos de fita para o CIN e depois amplificados pelo GDI para acionar as pontes de tiristores.
Monitoramento Contínuo: Ao longo deste processo, os módulos de proteção monitoram continuamente todas as variáveis críticas. Ao detectar uma condição ou falha fora do limite, eles executam imediatamente ações de proteção apropriadas (por exemplo, alarme, forçamento de campo, disparo).
4. Mecanismo de Redundância e Confiabilidade
Num sistema de canal duplo, dois COBs operam em paralelo. Normalmente, um está no modo 'Ativo', controlando a saída, enquanto o outro está no modo 'Espera', rastreando o estado do sistema em tempo real. Se for detectada uma falha no canal ativo, o sistema pode realizar uma transferência sem interrupções, onde o canal standby assume o controle, garantindo a máxima continuidade da operação do sistema de excitação.
4. Configuração e configurações do dispositivo
Embora a maioria das funções COB sejam configuradas através de parâmetros de software, algumas configurações de hardware fundamentais e cruciais devem ser feitas diretamente na placa.
1. Configuração de endereço do nó ARCnet
Esta é a configuração mais crítica para garantir a comunicação adequada do sistema. Endereços incorretos causarão falha na comunicação.
Canal 1 (COB 1): Byte Alto = 0, Byte Baixo = 1 (Endereço Decimal: 1)
Canal 2 (COB 2): Byte Alto = 0, Byte Baixo = 2 (Endereço Decimal: 2)
Defina usando as chaves rotativas hexadecimais na placa.
2. Configurações de frequência e sincronização (via jumpers)
Para aplicações especiais, como sistemas de alimentação ferroviária de 16⅔ Hz, é necessária a configuração de hardware:
S2:7-8: Usado para sistemas de excitação de 16⅔ Hz, deve ser ajustado para OPEN para receber um pulso de sincronização externo do EGC.
S2:9-10: Usado para aplicações normais de 50/60 Hz, um jumper deve ser instalado.
Resistores R6246/R6249: Utilizados para adaptação à medição de tensão de campo trifásica (50/60Hz) ou monofásica (16⅔ Hz).
3. Configuração de medição de temperatura (via Jumper S3)
S3:1-2: Se estiver usando UNS 2861b para medição de temperatura, este jumper deve estar ABERTO.
S3:3-4: Utilizado para entrada analógica de medição shunt no PSI, este jumper deve estar FECHADO.
4. Teste de fábrica e jumpers de uso interno
Algumas posições dos jumpers S1 e S2 (por exemplo, S2:1-2, S2:5-6, S1:1-10) estão marcadas como 'Apenas para testes de fábrica'. Em aplicações normais, eles devem permanecer em seu estado padrão aberto ou fechado (geralmente aberto) e não devem ser alterados pelo usuário.
5. Cenários de aplicação e vantagens do sistema
1. Aplicativos principais
Como controlador central do UNITROL 5000, o COB é adequado para todos os sistemas de excitação de máquinas síncronas que utilizam esta plataforma, incluindo:
Grandes usinas termelétricas e hidrelétricas
Usinas nucleares
Grandes motores síncronos para acionamentos industriais
Usinas hidrelétricas reversíveis
2. Vantagens do sistema fornecidas
Alta Integração: Integra funções de controle, proteção e monitoramento em uma única unidade, simplificando a arquitetura do sistema.
Desempenho superior: A poderosa capacidade de processamento garante uma resposta de controle rápida e precisa, atendendo às altas demandas das redes elétricas modernas em termos de qualidade de energia.
Excelente Flexibilidade: Fácil adaptação às diversas características do gerador e especificações da rede através de parametrização de software.
Alta confiabilidade: Design redundante, autodiagnóstico de falhas e mecanismos permanentes de armazenamento de dados garantem uma operação estável do sistema a longo prazo.
Facilidade de manutenção: Interfaces de comunicação avançadas e funções de exibição de status tornam o comissionamento, o monitoramento e a solução de problemas mais eficientes.
