U sklopu rekonstrukcije postrojenja elektrolize i uvođenja PLC nadzora i upravljanja postrojenjem, jedan od zadataka koji se postavio za rešavanje je bilo kontrolisano upravljanje uglom propaljivanja tiristora preko PLC-a u smislu upravljanja snagom ispravljača.
Projekat je imao za cilj da omogući daljinsko praćenje opterećenja preko PC računara i računarske mreže i upravljanja potrošnjom dominantnih potrošača kao što su elektrolizeri. PLC koji upravlja elektrolizerima dobija informaciju o ukupnoj potrošnji iz trafostanice putem ethernet mreže i OPC servera. Na osnovu te informacije izračunava rezerve raspoložive energije u datom trenutku i generiše ugao paljenja za tiristore ispravljača elektrolizera koje preko komunikacionog modula saopštava kontrolerima koji geenerišu impulse za gejtove tiristora. Na taj način se postiže balansiranje potrošnje u vremenu i izbegavanje troškova vršnih opterećenja.
Sl1. Tiristorski ispravljač
U ovom delu projekta radi se o 12-faznom polumosnom ispravljaču snage 1,5 MW (200V/7.500A). 12 faznih izvoda sa uglom pomaka od po 30° obezbeđuje specijalno konstruisana kombinacija energetskih transformatora u zajedničkom kučištu sa komutacionim prigušnicama koji se napajaju iz energetske mreže 20 KV. , Pošto se nismo smeli upustiti u avanturu direkne pobude gejtova tiristora preko digitalnih izlaza PLC-a, sledilo je projektovanje i izrada novog elektroničkog sklopa za kontrolu propaljivanja tiristora koji je upravljiv od strane PLC-a.
Koristeći se ranijim iskustvima iz oblasti mikrokontrolerskog upravljanja propaljivanjem tiristora na uređajima za elektro otporno zavarivanje, odluka je pala na modifikaciju ranije razvijenog rešenja za monofazne sisteme ali sada modifikovanog za rad sa tri faze.
Sl2. Blok šema nadzora i upravljanja
Sam 12-fazni sistem se može posmatrati kao 4 trofazna ispravljača u paralelnoj vezi. Pošto se radi o okruženju sa izrazitim elektromagnetnim smetnjama, za komunikaciju sa PLC-om je izabran serijski interfejs strujne petlje sa galvanskom izolacijom koji besprekorno funkcioniše u takvim uslovima. Sa strane PLC-a, Simatic S7-300 postavljen je komunikacioni modul CP-341 sa interfejsom strujne petlje. Realizovana su 4 jednaka mikrokontrolerska sklopa na bazi PIC mikrokontrolera koji rade na taktu od 20 MHz. Na ulaz sklopa se dovode 3 fazna napona za sinhronizaciju. Sinhronizacija je realizovanja preko detektora prolaska mrežnog napona kroz nulu. Svaka faza za sebe generiše impuls u trenutku prolaza kroz nulu. Takavi impulsi se dovode na interapt ulaze mikrokontrolera. Na osnovu sinhro impulsa i zadate vrednosti ugla paljenja koju šalje PLC, program u samom mikrokontroleru izračunava i generiše povorku impulsa na drajver kolo za pobudu gejta tiristora. Na osnovu toga svaki tiristor ranije ili kasnije propaljuje i tako na izlazu mosta daje veči ili manji napon pa samim tim i struju kroz potrošač.
Već kod izrade i testa prototipa, primećeno je da kada se sinhronizacioni napon uzima sa sekundara transformatora, gde su vezane i anode tiristora, u određenim trenutcima (kod nekih uglova paljenja) dolazi do lažne detekcije prolaska napona kroz nulu.
Sl3. SCADA ekran klijenta
Snimanjem te situacije osciloskopom, utvrđeno je da kod komutacije između dve grupe tiristora dolazi do kratkog pada napona (pik) na sekundaru transformatora koji se manifestuje kao lažni prolazak kroz nulu. Nasuprot tome kada se napon faze uzima sa primara transformatora takve pojave nema. Na osnovu tog iskustva odabrano je rešenje na realnom sistemu gde se napon za sinhronizaciju uzima sa primarne strane energetskih trafoa, tačnije sa naponskih mernih transormatora merne grupe. Na taj način je postignuta stabilnost u radu u širokom opsegu terećenja ispravljača.
Pored upravljanja ispravljačem elektrolizera, PLC nadzire i upravlja i ostalim delovima elektrolizera. Prate se i alarmiraju ostali procesni parametri, stanja nivoa, temperatura, provodnosti, pritiska i sl. Sve relevantne informacije se prikazuju operaterima sistema na OP panelu. Za komunikaciju između PLC-a, OPC servera, OP panela, analizatora snage i drugog PLC-a br. 2, za druga ispravljača koristi se Profibus komunikacija.
Sl.4 12-fazni tiristorski ispravljač
Upravljanje elektrolizerima se vrši preko dva PLC-a SIEMENS S7–300 i dva OP panela SIEMENS MP–370 od kojih jedan PLC i OP panel upravljaju elektrolizerom FV-250 a drugi PLC i OP panel sa oba BAMAG elektrolizera. Oba PLC-a su PROFIBUS komunikacijom povezani na PC OPC SERVER koji ima ulogu objedinjavanja oba PLC-a u jedinstven upravljački sistem, povezivanja za nadzor elektrolizera preko računarske mreže, beleženja merenih veličina u bazu podataka i pribavljanja informacija iz trafo stanice TS-1 o ukupnoj potrošnji struje u fabrici. Odgovarajućim upravljanjem radom elektrolizera u zavisnosti od ukupne potrošnje struje u fabrici može se postići znatna ušteda u potrošnji električne energije.
Za ostale korisnike na mreži razvijen je poseban softverski SCADA paket koji se instalira na klijenskim radnim stanicama. Klijentski program za nadzor rada elektrolizera preko računarske mreže služi za praćenje trenutnog rada elektrolizera, pregleda merenih veličina u prethodna tri meseca i praćenje istorijata alarma. Na slici br. 3 je prikazan izgled početnog ekrana programa ELEKTROLIZERI.
Sl. 5 Blok šema kontrolera paljenja tiristora
Autor:
Sabadoš Đura el.ing
Više informacija: Elcom Media, Fruškogorka 115/1, 25233 Ruski Krstur, Srbija, Tel/Fax: 025/703-303, Mobilni: 063/504-059, e-mail: office@elcommedia.co.rs, http://www.elcommedia.co.rs