تنظیم PID کنترلکننده توربین گازی Woodward MicroNet TMR و اعتبارسنجی قطع سرعت بیش از حد
معماری MicroNet TMR و مرور کنترل سرعت
سیستم Woodward MicroNet TMR از معماری سهگانه افزونه (triple-modular redundant) استفاده میکند. سه کنترلکننده مستقل بهطور موازی منطق کنترل سرعت را اجرا میکنند. یک رأیدهنده 2oo3 خروجی میانه را برای فرمان محرک سوخت انتخاب میکند. این طراحی الزامات IEC 61511 SIL 2 برای حفاظت در برابر سرعت بیش از حد را برآورده میکند. هر ماژول CPU با چرخه کاری ۱۰ میلیثانیه اجرا میشود. ورودیهای حسگر سرعت از حسگرهای MPU غیرفعال روی یک حلقه دنده ۶۰ دندانه استفاده میکنند. فرکانس خروجی معمولی از ۰ هرتز در حالت سکون تا ۲۵۰۰ هرتز در سرعت نامی ۳۰۰۰ دور در دقیقه متغیر است.
سیستم ABB 800xA از طریق Modbus TCP با MicroNet TMR یکپارچه میشود. رجیستر ۴۰۰۰۱ سرعت واقعی (۰–۴۰۰۰ دور در دقیقه، ۱ دور در دقیقه به ازای هر شمارش) را نگه میدارد. رجیستر ۴۰۰۰۵ موقعیت شیر سوخت (۰–۱۰۰٪، ۰.۱٪ به ازای هر شمارش) را هر ۱۰۰ میلیثانیه بهروزرسانی میکند.
تنظیم PID برای دنبال کردن مرجع سرعت
سیستم Woodward MicroNet TMR از ساختار موازی PID استفاده میکند. پارامترهای PID سرعت عبارتند از GAIN_P (تناسبی)، RESET_I (انتگرال به تکرار در ثانیه) و RATE_D (مشتق به ثانیه). مقادیر پیشفرض کارخانه GAIN_P = ۲۰، RESET_I = ۲.۰ r/s و RATE_D = ۰.۰۲ s هستند. برای تنظیم پارامترها به صورت زنده از نرمافزار Woodward Watch Window استفاده کنید. از طریق RS-232 با سرعت ۱۱۵۲۰۰ بیت بر ثانیه متصل شوید. قبل از هر تغییر تنظیم، ضبط روند را با نرخ نمونهبرداری ۱۰ میلیثانیه فعال کنید.
- گام ۱: پاسخ پلهای سرعت پایه را ثبت کنید. یک پله ۵۰ دور در دقیقه در سرعت ۳۰۰۰ دور در دقیقه اعمال کنید. زمان صعود، بیشازحد رفتن و زمان تثبیت را از نمودار روند اندازهگیری کنید.
- گام ۲: اگر بیشازحد رفتن بیش از ۱.۵٪ (۴۵ دور در دقیقه) بود، GAIN_P را در گامهای ۱۰٪ کاهش دهید. بین تغییرات ۵ دقیقه صبر کنید. روند را در هر مرحله تأیید کنید.
- گام ۳: اگر زمان تثبیت بیش از ۳ ثانیه بود، RESET_I را در گامهای ۰.۲ r/s افزایش دهید. RESET_I را برای توربینهای تکشفت به حداکثر ۴.۰ r/s محدود کنید.
- گام ۴: RATE_D را فقط در صورتی فعال کنید که نوسان سرعت پس از تنظیم تناسبی و انتگرال ادامه داشته باشد. از ۰.۰۱ ثانیه با گامهای ۰.۰۰۵ ثانیه افزایش دهید. هنگام فعال کردن مشتق، از فیلتر پایینگذر ۸۰ هرتز روی ورودی سیگنال سرعت استفاده کنید.
- گام ۵: پذیرش بار را تأیید کنید. افزایش ناگهانی بار ۲۰٪ اعمال کنید. تأیید کنید که انحراف سرعت در ±۳٪ سرعت نامی باقی بماند و در کمتر از ۵ ثانیه بازیابی شود.
پیکربندی Droop و اشتراک بار
Droop کنترل اشتراک بار بین توربینهای موازی را بر عهده دارد. Droop ۵٪ اجازه کاهش سرعت ۱۵۰ دور در دقیقه در سرعت نامی ۳۰۰۰ دور در دقیقه را هنگام افزایش بار از صفر تا کامل میدهد. Droop را فقط در حالت جزیرهای و بدون واحدهای موازی روی ۰٪ (ایزوکرونوس) تنظیم کنید. برای عملکرد موازی، Droop را از طریق Watch Window — کنترل سرعت — اشتراک بار روی ۴–۵٪ تنظیم کنید. ماژول کنترل سرعت اشتراک بار دیجیتال Woodward منطق اختصاصی اشتراک بار برای عملیات چند واحدی موازی فراهم میکند.
Droop نادرست باعث نوسان بار در فرکانس ۰.۵–۲ هرتز میشود. گروههای سیگنال ABB 800xA توان فعال و سرعت را همزمان ثبت میکنند. نشانه نوسان بار، نوسان سینوسی توان فعال با اختلاف فاز ۱۸۰ درجه بین واحدهای موازی است. حلقه بازخورد محرک را بررسی کنید — MicroNet TMR موقعیت را از طریق سیگنال LVDT ۴–۲۰ میلیآمپر از محرک الکتریکی شیر Woodward ProAct میخواند. آلارم قطع سیم در ۳.۸ میلیآمپر فعال میشود. ACT_POS_GAIN را روی ۱۲–۱۵ تنظیم کنید تا از نوسان حلقه موقعیت جلوگیری شود.
آزمون اثبات قطع سرعت بیش از حد: تأیید رأیدهی 2oo3
استاندارد IEC 61511 نیازمند آزمون اثبات سالانه عملکرد قطع سرعت بیش از حد برای حفاظت توربین گازی SIL 2 است. MicroNet TMR حالت آزمون سرعت بیش از حد اختصاصی دارد که اجازه میدهد هر کانال MPU بهصورت جداگانه بدون قطع توربین آزمایش شود.
- گام ۱: به عملیات اطلاع دهید. مجوز آزمون را دریافت کنید. تأیید کنید توربین در سرعت نامی پایدار ±۰.۵٪ است.
- گام ۲: در Watch Window به Overspeed Test — Channel A Inhibit بروید. مهار کانال A را فعال کنید. تأیید کنید LED وضعیت کانال A روی پنل جلوی MicroNet TMR به رنگ کهربایی تغییر کند.
- گام ۳: سیگنال سرعت بیش از حد شبیهسازی شده را با استفاده از ژنراتور فرکانس به ورودی MPU کانال A تزریق کنید. فرکانس را معادل ۱۱۰٪ سرعت نامی تنظیم کنید (۳۳۰۰ دور در دقیقه = ۳۳۰۰ هرتز برای دنده ۶۰ دندانه). تأیید کنید آلارم سرعت بیش از حد کانال A فعال شود اما قطع رخ ندهد. رأیدهنده 2oo3 نیاز به توافق دو کانال برای قطع دارد.
- گام ۴: مهار کانال A را بردارید. مراحل ۲ و ۳ را بهطور مستقل برای کانالهای B و C تکرار کنید.
- گام ۵: برای آزمون ترکیبی، دو کانال را همزمان مهار کنید. سیگنال سرعت بیش از حد را به کانال فعال باقیمانده تزریق کنید. تأیید کنید خروجی قطع ظرف ۲۰۰ میلیثانیه فعال شود. تأیید کنید خروجی قطع به کارت DI سیستم ABB 800xA برسد. زمان پاسخ را از تاریخچهنگار SOE سیستم ABB 800xA با دقت ۱ میلیثانیه ثبت کنید.
- گام ۶: تمام مقادیر اولیه و نهایی را ثبت کنید. آزمون را در پرونده آزمون اثبات IEC 61511 مستند کنید. تأیید کنید بازمحاسبه PFDavg در محدوده SIL 2 (۱×۱۰⁻³ تا ۱×۱۰⁻²) باشد.
نتیجهگیری و توصیههای عملی
کیفیت سیگنال MPU مستقیماً بر پایداری فرمان تأثیر میگذارد. MicroNet TMR پارامترهای MPU_AMPLITUDE (دامنه سالم ۲۰۰۰–۸۰۰۰ میلیولت پیک)، MPU_NOISE_RATIO (هشدار مشورتی در ۱۵٪) و MPU_FREQUENCY_ERROR را پایش میکند. دامنه زیر ۱۰۰۰ میلیولت نشاندهنده فاصله بیش از حد است. فاصله استاندارد برای دنده ۶۰ دندانه ۰.۷۵–۱.۲۵ میلیمتر است. از کابل جفتپیچخورده شیلددار استفاده کنید که فقط در انتهای کنترلکننده زمین شده باشد. کابل را در ترمینال TB3 خاتمه دهید.
تنظیم فرمان Woodward MicroNet TMR نیازمند رویکردی سیستماتیک است. قبل از هر تغییر پارامتر، روند پایه را ثبت کنید. ابتدا GAIN_P، سپس RESET_I و در نهایت RATE_D را تنظیم کنید. تأیید کنید Droop با حالت عملکرد موازی با استفاده از کنترل سرعت اشتراک بار Woodward مطابقت دارد. آزمون اثبات سالانه سرعت بیش از حد را با استفاده از عملکرد مهار کانال داخلی انجام دهید. ثبت SOE سیستم ABB 800xA را برای مستندسازی زمان پاسخ قطع یکپارچه کنید. فرمان دیجیتال Woodward 505 پلتفرم جایگزینی برای کاربردهای توربین تکشفت است که افزونگی TMR نیاز ندارد. این مراحل یکپارچگی SIL 2 را حفظ کرده و در دسترس بودن توربین بین خاموشیها را افزایش میدهد.
نویسنده: لیو یانگ، مهندس اتوماسیون صنعتی با بیش از ۱۰ سال تجربه در PLC، DCS و سیستمهای کنترل.
