Optimigado de la Kontrolo de Industriaj Motoroj: Anstataŭigo de Invertero por Ekonomo de Energio
Kiel la kerno de industriala produko, elektraj aŭtomatigaj sistemoj direktas influas la tutan produktokoston kaj la ekologian efikon. Tradicia konstanta-vitla operacio ofte kondukas al energiaperdo dum respondado al diversaj ŝarĝpetoj kaj malfaciligas atingon de preciza procekontrolo. Variabla frekvenco-regula teknologio, kiel avancita motoro-kontrolmetodo, proponas promesplenan solvon por tiuj problemoj. Ĉi tiu studo prezentas la elektran aŭtomatigan sistemon de elektrcentralo kiel ekzemplon por esplori modernigon surbaze de invertera-vitregulo kaj ĝiaj energiŝparaj efektoj, celante provizi referencon por plibonigoj de energieffikeco en similaj industriasituacioj.
1 Aktuala Stato kaj Moderniga Postulo pri Invertera Apliko en Elektra Aŭtomatigo
1.1 Ekzistanta Ekipaĵo
La elektra aŭtomatiga sistemo de la elektrcentralo ĉefe konsistas el tri partoj: la energodistribua sistemo, motor-drajvaj unuoj, kaj la kontrolsistema. La energodistribua sistemo inkluzivas 10 kV alta-volta kommutilon, transformilojn, kaj 400 V malalta-voltan kommutilon, aranĝitan en arbostrukturo por energodistribuo. Motor-drajvoj estas ĉefe asinkronaj motoroj regitaj per rekte-lanĉa aŭ stel-triangula reduktvolta lanĉmetodo. Pompejoj prezentas la plej grandan proporcion de lokaj ekipaĵoj, inkluzive cirkuladakvopompoj, refresigakvopompoj, kaj subfurnadakvopompoj. Tiuj aparatoj operacias je konstanta vito, kun fluo regata per valviloj, rezultigante altan energikonsumon. La ekzistanta sistemanstato estas relativan disĵetita, kun parta centra administrado. La supera monitora sistemo komunikas kun terena kontrolsistema per industrica etoso, ke ĝi ebligas centralan datavidiĝon kaj foran operacion. Tamen, la aktuala kontrolsistema mankas avancitajn kontrolalgoritmojn por variabla frekvenco-regula, kondukante al defektoj en energadministrado kaj proceoptimizado.
1.2 Moderniga Postulo
Surbaze de la aktuala ekipaĵostato, la modernigaj postuloj por la elektra aŭtomatiga sistemo ĉefe fokusas sur plibonigon de energieffikeco kaj optimigon de kontrolado. Necese estas enkonduki inverteran vitregulan teknologion por ebligi efikan operacion de pompejoj kaj ventiloj per adaptado de motorvitro al ŝarĝpetoj.
Samtempe, profitante de ekzistantaj pompostacioj kaj produktaĵoj, estas urĝa bezono konstrui inteligentan monitoran platformon konforman al Nivelo-2 kibersekureca protekta postulo. Centrita sur nubkomputado kaj integrita kun IoT-teknologio, tiu platformo ebligos seninterrompan interligon inter entreprena administrado kaj terena kontrolado. La sistemanstato adoptas trinivelan strukturon de "centra platformo + distribuitaj sub-sistemoj + mobilaj terminaloj", sekurigante realtempan datakaptadon, efikan pritraktadon, kaj sekuran konservadon.
La centra platformo, konstruita sur alta-presta servilo-klufo, disponegas avancitajn datumanalizajn algoritmojn por provizi akcuran decidsupporton. Distribuitaj sub-sistemoj inkluzivas modulon por kondiĉmonitordo de ekipaĵo, videovigilado, kaj kolektado de ekologiaj parametroj, komprene kovrantaj ĉiujn aspektojn de produktoperacioj. Mobilaj terminaloj, tra adaptigitaj aplikajoj, ebligas foran monitordon kaj instantan sciigon.
2 Teoria Bazfundo de Energisparaj Efektoj
La analizo de energisparaj efektoj de invertera vitregula teknologio en ĉi tiu studo ĉefe bazas sur la afiniaj leĝoj por ventiloj kaj pompejoj kaj la energikonversia principo de variabla frekvenco-regulo. Laŭ la operacia stato de la equipamento de la elektrcentralo, granda kvanto de pompejoj kaj ventiloj operacias je konstanta vito kun fluo regata per valviloj, rezultigante signifajn energiperdojn. Kontraste, variabla frekvenco-regulo adaptas motorvitro al ŝarĝpetoj, do atingante energisparon. La afiniaj leĝoj por ventiloj kaj pompejoj estas starigitaj sur la rilatoj inter fluo, altiro, kaj potenco, kun la rilataj kalkulformuloj jene:
kie Q estas la fluo (m3/h); n estas la turnrapido (r/min); H estas la altiro (m); P estas la potenco (kW), kun P1 reprezentanta la nombran potencon kaj P2 la potencon je reduktita vito. La energikonversia formulo por variabla frekvenco-regulo estas:
Surbaze de la supraj teoriaj rilatoj, kiam la sistemapeto de fluo malpliiĝas, la motoro aŭtomate reduktas sian vitron per frekvencregulo, signife malaltigante la energikonsumon kaj atingante energisparon. Tio provizas teorian fundamenton por la sekva modernigdizajno kaj energispara evaluado.
3 Moderniga Schemo de Invertera Vitregula Teknologio
3.1 Modernigo de Energodistribua Sistemo
Por efektive realigi inverteran vitregulan teknologion, ĉi tiu studo modernigis la ekzistantan energodistribuan sistemon. Por la alta-volta sistemo, la 10 kV kommutilo estis plibonigita per instalo de inteligenta vakuumcirkuitrompiilo kun nombran kuranton ne malpli ol 1,250 A kaj nombran kortkurton rompan kapablecon de 31.5 kA. Mikroprocesora protektrelaĵoj estis integritaj, provizantaj multofunkciajn protektajn funkciojn inkluzive superkuranton, kortkurton, kaj terfaulton, kun respondata tempo sub 20 ms. Ankaŭ estis enkondukita energokvalitmonitora sistemo, uzanta Klas-A alta-preciplen sensoron por monitori parametrojn kiel harmonia enhavo, voltagfluksado, kaj tri-fazan malkvankvecon en realtempa, sekurigante sisteman stabilecon.
Por la malalta-volta sistemo, la 400 V sistemo estis la fokuso de la modernigo. Dedicita invertera nutradkutimo estis aldonita al la ekzistanta sistemo per sendependaj nutradarmarioj ekipitaj per inteligentaj formitaj kadro-cirkuitrompiiloj. La nombran kuranton estis elektita inter 400 A kaj 630 A surbaze de ŝarĝpetoj, karakterizitaj per elektronika tripunito por preciza superkuranta kaj kortkurta protekto. Ĉiu invertera circuito estas ekipita kun izolada ŝalto kongrua kun la nombran kuranton de la cirkuitrompiilo kaj inkluzivas vidan rompon por faciligi ekipaĵmantenan.
Por harmonia reduktado, aktiva potenca filtrilo (APF) estas instalita je la invertera eniga flanko, kun specifaj specifo listigitaj en Tablo 1.
Por la optimigo de terlignaj sistemoj, ĉi tiu studo adoptis la TN-S kablandmetodon, apartigante la neutralan linion (N) de la protekttera linio (PE) ekde la distribucarmario. La ĉef PE-linio uzas kuprekonduktorojn kun sekcioareo ne malpli ol 95 mm2 por sekurigi terrezistancon malpli ol 1 Ω. Igegale-potencaj kunligbaroj estis aldonitaj je kritaj ekipaĵlokaj kiel inverteroj kaj motoroj, uzante kuprekonduktorojn kun sekcioareo pli ol 16 mm2. Tio efektive supresas komunan-modan interferon kaj plibonigas la sisteman EMC-performon [21].
3.2 Selektado kaj Parametra Optimumigo de Invertera Ekipaĵo
La selektado de inverteroj baziĝas sur preciza kongruigo de ŝarĝcarakteristiko kaj procepostulo. Por pompeja ŝarĝo, oni elektas vektorkontrolajn inverterojn, kun ilia nombran potenco strikte korespondanta al la motoro, kaj superkuranta kapablo de 150%/1 min. Ĉi tiu studo elektis la ABB ACS880 serio inverteron, kiu havas DTC (Direct Torque Control) teknologion, kun torqrespondata tempo malpli ol 5 ms kaj vitrokontrola akurateco de ±0.01%. Konsiderante la lokan medio, fermita invertero kun IP54 protektgradon estis uzita, ekipita kun forsa aerrefreziga sistemo, sekurigante refrezgaflukon ne malpli ol 1 m3/(min·kW).
Por parametra optimumigo, la fokusas sur la ajustado de PID-kontrolparametroj kaj la uzo de la interna automata justigalgoritmo de la invertero. Per paŝorespondata testado, la optimala proporciana gajno Kp, integrala gajno Ki, kaj derivita gajno Kd estas aŭtomate kalkulitaj. La kalkulformulo por la PID-kontrolila eligo u(t) estas:
La interna automata justigalgoritmo de la invertero estas uzata por aŭtomate kalkuli la optimalan proporcian gajnon Kp (intervalo: 0.1–100), integralan tempon Ti (intervalo: 0.1–3600 s), kaj derivan tempon Td (intervalo: 0–10 s) per paŝorespondata testado. Akceltempo estas agordita al 10–30 s kaj deakceltempo al 15–45 s por efektive preveni akvohamereffekton. Torqlimitado estas aktivigita kun agordo de 120% de la motoro-nombran torqo por preveni superkuranton. Por ventiloŝarĝoj, la invertera energispara modo estas aktivigita: sub malpezaj ŝarĝoj (ŝarĝrapideco < 50%), la eligvoltaĝo estas aŭtomate reduktata, kun maksimuma reduktado de ĝis 20%. Samtempe, la V/F kurbo estas optimumigita per pligrandigado de la voltaĝeligado en la malrapida intervalo (0–10 Hz) por sekurigi sufiĉan starttorqon.
Dormo-reveglafunkcio estas konfigurita: kiam la operacia frekvenco restas sub 10 Hz dum 60 s, la invertero eniras dormon; ĝi aŭtomate reveglas kiam la sistempreso malpliiĝas je 5%, plue plibonigante la sisteman efikecon. En la bazaj invertera agordoj, la portantfrekvenco estas agordita al 4 kHz. Surbaze de la aktuala postuloj de la elektrcentralo, la supervoltaĝa kaj subvoltaĝa protektlimoj estas agorditaj al 418 V kaj 304 V respektive. Aldone, la motoro-nombran parametroj kaj multovitro-operaciaj agordoj estas konfiguritaj kiel detalite en Tablo 2.
La kalkulformuloj por kurantlimitado kaj minimuma kuranto-optimumigo estas respektive jenaj:
kie Ilim estas la maksimuma kurantlimo; In estas la motoro-nombran kuranto; Ismin estas la minimuma statora kuranto; Idopt estas la optimala eksitkuranto; kaj Iq estas la torqkuranta komponento. Per la inkorporo de kurantlimitado kaj minimuma kuranto-optimumigo strategioj, finhava kontrolado de motoro-operacio estas atingita. Supervoltaĝa kaj subvoltaĝa protektagordoj sekurigas ke la motoro operacias en sekura intervalo. Stalprotekto kaj kurantlimitadmezoj efektive prevenas superkuranton. Aldone, ĉi tiu kontrolmetodo subtenas komunikadon per la Modbus-RTU protokolo, ebligante foran monitordon kaj parametro-agordon, do signife plibonigante la sisteman inteligentan nivelon.
3.3 Kontrolsistema Modernigo kaj Integriĝo
La kontrolsistema modernigo uzas la Siemens S7-1500 serio PLC, specife la CPU 1517-3 PN/DP modelon, kiu havas 2 ns bitoperadan rapidon kaj 40 ns vortoperadan rapidon. La PLC estas ekipita kun 1.6 GB da labormemoro kaj 32 MB da ŝargmemoro, subtenante komunikadprotokolojn inkluzive PROFINET, PROFIBUS, kaj OPC UA. La sistemo adoptas distribuitan arkittekturon kun ET 200SP serio foraj I/O moduloj, atinganta 250 μs komunikadociklon per PROFINET.
La programara arkittekturo baziĝas sur la TIA Portal V16 integrigita disvolvada medio. La PLC-programo inkluzivas funkciblokojn (FBs) por invertera komunikado, PID-kontrolo, Modela Predikcia Kontrolo (MPC), datumakirada prettraktado, kaj alarmadministrado. La detala sistemanstato estas ilustrita en Figuro 1.
4 Analizo de Energisparaj Efektoj
La energisparaj avantajoj de invertera vitregula teknologio ĉefe manifestiĝas en malpliigita energikonsumo kaj plibonigita sistema efikeco. Per komparo de energikonsumdatenoj antaŭ kaj post la modernigo, la energispara performo povas esti kvantecvalore evaluita. La postmoderniga sistemdatenoj en ĉi tiu studo estis kolektitaj per la jenaj metodoj:
Energimetroa Sistemo: Inteligencaj metroj estis instalitaj sur la energosupplylinioj de la gravaj elektraj ekipaĵoj por kolekti elektrikonsumdatenojn antaŭ kaj post la modernigo. La metromodelo estas Schneider PM5560, kun precizecklaso de 0.2S kaj specimenintervalo de 15 minutoj.
Invertera Interna Funk
