Bộ điều tốc kỹ thuật số 505E dành cho tua bin hơi nước khai thác

Woodward 505E là bộ điều tốc kỹ thuật số dựa trên bộ vi xử lý 32 bit tiên tiến được thiết kế đặc biệt để điều khiển các tua bin hơi trích, tách/tiếp nhận hoặc tiếp nhận đơn. Nó tích hợp điều khiển tuabin và Bảng điều khiển vận hành (OCP) thành một gói duy nhất, mạnh mẽ. Đây là một giải pháp có tính linh hoạt cao, có thể cấu hình theo hiện trường với triết lý thiết kế cốt lõi được hướng dẫn bởi phần mềm điều khiển bằng menu. Điều này cho phép các kỹ sư hiện trường lập trình bộ điều khiển cho các ứng dụng máy phát hoặc ổ đĩa cơ cụ thể, cho phép một thiết kế phần cứng duy nhất phục vụ nhiều nhu cầu điều khiển, giảm đáng kể cả chi phí và thời gian giao hàng.

505E có thể hoạt động như một thiết bị độc lập hoặc kết hợp với Hệ thống điều khiển phân tán (DCS) của nhà máy. Nó có bảng mặt trước toàn diện với màn hình hai dòng (mỗi dòng 24 ký tự) và bàn di chuột 30 phím, cho phép điều khiển tuabin hoàn chỉnh—bao gồm cấu hình, điều chỉnh trực tuyến và vận hành—mà không cần bảng điều khiển bổ sung.

Các tính năng cốt lõi chi tiết

Bộ tính năng của 505E rất phong phú, được thiết kế để đáp ứng các nhu cầu phức tạp về điều khiển tua bin hơi nước hiện đại.

1. Kiểm soát thông số kép và quản lý van:

• 505E kiểm soát hai thông số bằng cách quản lý van Áp suất cao (HP) và van Áp suất thấp (LP). Sự kết hợp điển hình nhất là tốc độ (hoặc tải) và áp suất chiết/nhập (hoặc lưu lượng).

• Tuy nhiên, ứng dụng của nó rộng hơn nhiều. Thông qua cấu hình, nó cũng có thể kiểm soát hoặc giới hạn các thông số như: áp suất/lưu lượng đầu vào tuabin, áp suất/dòng khí thải (trở lại), áp suất giai đoạn đầu, công suất đầu ra của máy phát điện, mức công suất xuất/nhập của nhà máy, áp suất/dòng xả máy nén, tần số đơn vị/nhà máy, nhiệt độ quá trình hoặc bất kỳ tham số quá trình nào khác liên quan đến tuabin.

2. Kiểm soát tốc độ đa chế độ:

• Kiểm soát tốc độ: Khi máy cắt máy phát mở, bộ điều khiển PID duy trì tốc độ tuabin tại điểm đặt, không phụ thuộc vào sự thay đổi của tải.

• Điều khiển tần số: Khi cầu dao máy phát đóng nhưng cầu dao tiện ích mở (tức là hoạt động đảo), bộ điều tốc sẽ điều khiển tần số đơn vị.

• Điều khiển phụ tải đơn vị (Thả xuống): Khi cả máy phát điện và máy cắt dây tiện ích đều đóng (tức là song song với lưới điện), bộ điều tốc sẽ điều khiển tải máy phát điện dựa trên điểm đặt tốc độ và tín hiệu phản hồi sụt giảm. Chức năng thả xuống cho phép thiết bị chia sẻ tải ổn định với các thiết bị không đẳng thời khác hoặc lưới điện lớn.

3. Kiểm soát khai thác/tiếp nhận (Extr/Adm):

• Đây là bộ điều khiển PID chuyên dụng được sử dụng để duy trì áp suất/dòng chảy chiết hoặc nạp tại điểm đặt của nó. Đây là chức năng cốt lõi để điều khiển các tuabin hút/nhập.

4. Điều khiển phụ trợ (AUX):

• Chế độ điều khiển: Khi được bật, nó sẽ chiếm bus LSS để điều khiển trực tiếp một thông số như áp suất đầu vào, áp suất khí thải hoặc công suất máy phát.

• Chế độ giới hạn: Luôn hoạt động, nó không chủ động kiểm soát mà giới hạn tín hiệu bus LSS, do đó hạn chế tham số được giám sát (ví dụ: nguồn) ở dưới điểm đặt của nó.

• Đây là kênh điều khiển cực kỳ linh hoạt, có thể cấu hình ở hai chế độ:

5. Kiểm soát tầng (CAS):

• Bộ điều khiển này so sánh biến quá trình của nó (ví dụ: áp suất đầu vào) với điểm đặt và đầu ra của nó trực tiếp đặt lại điểm đặt của bộ điều khiển tốc độ. Đây là chiến lược điều khiển theo tầng được sử dụng cho các quy trình được điều chỉnh bằng cách thay đổi tốc độ hoặc tải của tuabin.

6. Tỷ lệ/Giới hạn: Đây là tính năng thông minh của 505E dành cho các ứng dụng trích xuất/tiếp nhận.

• Chức năng tỷ lệ: Tự động tính toán chuyển động phối hợp của van HP và LP dựa trên các thông số hiệu suất tuabin được lập trình (bản đồ hơi nước). Mục đích của nó là giảm thiểu sự tương tác giữa hai quy trình được kiểm soát khi nhu cầu tốc độ/tải hoặc nhu cầu trích xuất/tiếp nhận thay đổi, đạt được 'tách rời.'

• Chức năng giới hạn: Đảm bảo các lệnh van luôn nằm trong ranh giới vận hành an toàn của tuabin (được xác định bằng bản đồ hơi nước). Khi đạt đến giới hạn vận hành (ví dụ: van mở hoặc đóng hoàn toàn), logic giới hạn, dựa trên mức ưu tiên đặt trước (Ưu tiên tốc độ hoặc Ưu tiên Extr/Adm), sẽ quyết định tham số nào sẽ hy sinh để bảo vệ tham số kia.

7. Trình tự bắt đầu tự động:

• 505E cung cấp ba chế độ khởi động: Thủ công, Bán tự động và Tự động.

• Nó cũng có thể được cấu hình cho Trình tự khởi động tự động, tự động quản lý quá trình chạy từ không tải thấp đến không tải cao đến tốc độ định mức dựa trên thời gian ngừng hoạt động (khởi động nóng hoặc nguội), bao gồm thời gian khởi động có thể lập trình và tốc độ tăng tốc.

• Chức năng Tránh tốc độ tới hạn cho phép xác định hai dải tốc độ; điểm đặt sẽ tăng nhanh qua các dải này để tránh hoạt động kéo dài trong chúng, bảo vệ tuabin.

8. Bộ hạn chế van:

• Bộ hạn chế van HP và LP được sử dụng để hạn chế thủ công độ mở tối đa hoặc tối thiểu của van trong quá trình khởi động, tắt máy và khắc phục sự cố, tăng thêm tính linh hoạt và an toàn khi vận hành.

9. Khả năng giao tiếp:

• 505E được trang bị hai cổng giao tiếp Modbus (hỗ trợ các giao thức RS-232, RS-422, RS-485 và ASCII hoặc RTU) để trao đổi dữ liệu và điều khiển từ xa với các trạm vận hành dựa trên DCS, PLC hoặc CRT của nhà máy.

• Tất cả các điểm đặt quan trọng, biến xử lý, trạng thái và cảnh báo đều có thể được đọc hoặc ghi thông qua Modbus.

10. Bảo vệ & Báo động:

• Cung cấp cả quy trình Tắt máy khẩn cấp và Tắt máy có kiểm soát.

• Chức năng Kiểm tra quá tốc độ tích hợp để kiểm tra các thiết bị bảo vệ quá tốc độ về điện và cơ khí.

• Chỉ báo Cảnh báo đầu ra trước ghi lại và hiển thị nguyên nhân đầu tiên của chuyến đi trong số tối đa năm đầu vào tắt máy, tạo điều kiện thuận lợi cho việc chẩn đoán.

• Phát hiện lỗi tín hiệu đầu vào toàn diện (ví dụ: mất cảm biến tốc độ hoặc tín hiệu đầu vào analog).

Nguyên tắc hoạt động

Nguyên lý điều khiển của 505E dựa trên thuật toán điều khiển PID vòng kín cổ điển, kết hợp với logic phối hợp chuyên dùng cho tuabin khai thác.

1. Luồng tín hiệu & kiến ​​trúc:

• Cốt lõi của điều khiển là bus Chọn tín hiệu thấp (LSS). Các đầu ra của PID tốc độ và PID phụ trợ (ở chế độ bộ điều khiển) cạnh tranh để truy cập vào bus này. Tín hiệu có giá trị thấp nhất sẽ giành quyền kiểm soát và được gửi tới Bộ giới hạn/Tỷ lệ.

• Tỷ lệ/Giới hạn nhận tín hiệu từ bus LSS (đại diện cho nhu cầu tốc độ/tải) và tín hiệu từ Extr/Adm PID (đại diện cho nhu cầu trích xuất/nhập).

• Logic Tỷ lệ sử dụng hai tín hiệu nhu cầu này, cùng với các đặc tính tuabin được xác định trước (hệ số K, bản đồ hơi nước), để tính toán hai đầu ra: tín hiệu nhu cầu van HP và tín hiệu nhu cầu van LP. Việc tính toán thường là tuyến tính (ví dụ: HP = K1*S + K2*P + K3).

• Sau đó, các tín hiệu HP và LP được tính toán sẽ được so sánh với các tín hiệu giới hạn van HP/LP (HP là Tín hiệu thấp được chọn với bộ giới hạn của nó, LP là Tín hiệu được chọn cao hoặc tín hiệu thấp tùy thuộc vào loại ứng dụng) để tạo ra lệnh điều khiển cuối cùng được gửi đến bộ truyền động.

2. Tỷ lệ/Giới hạn Chế độ hoạt động:

• Đầu vào tách rời (HP): Chỉ có van HP di chuyển để kiểm soát áp suất đầu vào; cả hai van di chuyển để kiểm soát áp suất chiết.

• Ống xả tách rời (LP): Chỉ có van LP di chuyển để kiểm soát áp suất khí thải; cả hai van di chuyển để kiểm soát áp suất chiết.

• HP & LP tách rời: Van HP chỉ điều khiển một thông số (ví dụ: áp suất đầu vào) và van LP chỉ điều khiển một thông số khác (ví dụ: áp suất khí thải). Ở chế độ này, tốc độ/tải không còn được kiểm soát mà trở thành biến phụ thuộc.

• Chế độ kết hợp HP & LP: Đây là chế độ phổ biến nhất. Van HP và LP di chuyển phối hợp để kiểm soát cả tốc độ và áp suất chiết với sự tương tác tối thiểu. Một sự thay đổi trong nhu cầu sẽ khiến cả hai van phải định vị lại.

• Chế độ tách rời: Được sử dụng khi điều khiển hai thông số độc lập (ví dụ: áp suất đầu vào và áp suất chiết).

3. Logic ưu tiên:

• Do tuabin chỉ có hai van điều khiển nên khi đạt đến giới hạn vật lý (ví dụ: van mở hoàn toàn) thì chỉ có thể ưu tiên một tham số. 505E cho phép người vận hành lựa chọn hoặc tự động chuyển mức độ ưu tiên.

• Ưu tiên tốc độ: Khi đạt đến giới hạn, hãy duy trì tốc độ/tải và hy sinh kiểm soát trích xuất/tiếp nhận.

• Ưu tiên trích xuất/tiếp nhận: Khi đạt đến giới hạn, hãy duy trì áp suất/lưu lượng trích xuất/tiếp nhận và kiểm soát tốc độ/tải hy sinh.

4. Nguyên tắc kiểm soát thả rơi:

• Trong chế độ Kiểm soát tải đơn vị, điểm đặt tốc độ PID tự động tăng khi tải tăng. Độ sụt được định nghĩa là: (Tốc độ không tải - Tốc độ tải tối đa) / Tốc độ định mức × 100%.

• Ví dụ: độ giảm 5% có nghĩa là điểm đặt sẽ tăng 5% tốc độ định mức khi tải tăng từ 0% lên 100%. Điều này tạo ra đặc tính tốc độ tải ổn định, cho phép nhiều thiết bị có độ sụt giảm chia sẻ những thay đổi về tải lưới theo tỷ lệ. Phản hồi giảm có thể đến từ tín hiệu công suất máy phát (kW) hoặc từ tín hiệu vị trí van.

5. Logic khởi động:

• Lấy chế độ Khởi động Tự động làm ví dụ: Sau khi người vận hành mở Van Hành trình & Van tiết lưu (T&T) và nhấn 'RUN', 505E sẽ tăng Bộ giới hạn Van HP ở tốc độ đặt trước trong khi điểm đặt tốc độ tăng dần ở tốc độ 'Rate to Min' lên tốc độ quản lý tối thiểu. Khi tốc độ thực tế khớp với điểm đặt, Speed ​​PID sẽ kiểm soát để duy trì tốc độ. Sau đó, người vận hành có thể kích hoạt các chức năng khác như điều khiển trích xuất.

Bản tóm tắt

Bộ điều chỉnh kỹ thuật số Woodward 505E là một nền tảng điều khiển mạnh mẽ, tích hợp cao và có thể cấu hình linh hoạt. Nó sử dụng công nghệ bộ vi xử lý tiên tiến, các thuật toán điều khiển phức tạp (PID, Tỷ lệ, Tách rời, Ưu tiên) và các giao diện I/O toàn diện để đạt được khả năng điều khiển tự động, đáng tin cậy và chính xác đối với các tuabin hơi hút/tiếp nhận. Giá trị cốt lõi của nó nằm ở việc sử dụng một nền tảng phần cứng duy nhất có thể được cấu hình bằng phần mềm để đáp ứng nhiều yêu cầu ứng dụng, từ điều khiển tốc độ đơn giản đến điều khiển phối hợp đa thông số phức tạp. Cùng với các tính năng bảo vệ, liên lạc và giao diện người dùng toàn diện, đây là giải pháp điều khiển lý tưởng cho các bộ truyền động tua bin hơi nước công nghiệp hiện đại.

Tham khảo: http://woodwardtj.com/UploadPhotos/20 17110618374 12136.pdf