Ανάλυση της εφαρμογής της τεχνολογίας ελέγχου PLC σε νοημοσύνες ρυθμιστές υπεράκτιας πίεσης

Όταν εκτιμάται η ποιότητα του ρεύματος, η τάση είναι ένα κρίσιμο παράγοντας. Η ποιότητα της τάσης αξιολογείται συνήθως μέσω της μέτρησης της απόκλισης τάσης, της διαταραχής, της διαμόρφωσης κύματος και της τριφασικής συμμετρίας—με την απόκλιση τάσης να είναι ο πιο σημαντικός δείκτης. Για να εξασφαλιστεί υψηλή ποιότητα τάσης, είναι γενικά απαραίτητη η ρύθμιση τάσης. Σήμερα, η πιο ευρέως χρησιμοποιούμενη και αποτελεσματική μέθοδος ρύθμισης τάσης είναι η προσαρμογή του ταπ παλαιντήρα των μετατροπέων ρεύματος.

Αυτή η εργασία προσεγγίζει κυρίως την ολοκλήρωση τεχνολογιών PLC και μικροϋπολογιστών για τη σχεδίαση και ανάλυση ενός νοηματικού ρυθμιστή ρευματοδότησης, προκειμένου να επιτευχθεί γρήγορη ρύθμιση τάσης, αποφεύγοντας την επισήμανση προσωρίνης τάσης κατά τη διάρκεια της διαδικασίας προσαρμογής.

1. Λειτουργικός Τρόπος και Πρωτεύουσες Ιδιότητες του Νοηματικού Ρυθμιστή Ρευματοδότησης

1.1 Πρωτεύων Λειτουργικός Τρόπος

Ο νοηματικός ρυθμιστής ρευματοδότησης αποτελείται από κύριο και βοηθητικά μονάδια. Το κύριο μονάδιο περιλαμβάνει πρωτεύουσες και δευτερεύουσες καταναλωτικές καταναλωτικές μονάδες μαζί με μια ρυθμιστική μετατροπέα, επιτρέποντας τόσο την αντιστάθμιση της ανενεργής δύναμης όσο και την αυτόματη ρύθμιση τάσης.

Τα βοηθητικά μονάδια περιλαμβάνουν μια νοηματική μονάδα ελέγχου και τρεις μονάδες εκτέλεσης προσαρμογής. Η νοηματική μονάδα ελέγχου παράγει και μεταδίδει εντολές ελέγχου, οι οποίες λαμβάνονται εξ ατμοσφαιρικής τροχιάς από τις μονάδες εκτέλεσης, επιτρέποντας την πραγματικοποίηση ρύθμισης τάσης σε πραγματικό χρόνο στην γραμμή διανομής.

Ως πυρήνας της συσκευής, η νοηματική μονάδα ελέγχου αποφασίζει το επίπεδο αυτοματοποίησης, νοηματικότητας και ακρίβειας ρύθμισης. Ελέγχει ακριβώς την τάση της γραμμής προσόδευσης, παράγει τις κατάλληλες εντολές και τις στέλνει στην μονάδα ελέγχου του ταπ παλαιντήρα για να διατηρήσει την τάση της γραμμής προσόδευσης στο σημείο στόχο. Οι κύριες λειτουργίες περιλαμβάνουν:

• Πραγματικοποίηση πραγματικού χρόνου ελέγχου και ελέγχου τάσης της γραμμής προσόδευσης—διόρθωση συνεχώς οποιωνδήποτε αποκλίσεων;

• Πραγματικοποίηση πραγματικού χρόνου ελέγχου και ελέγχου της εξόδου του ρεύματος φορτίου;

• Παραχώρηση προστασίας από υποτάση, υπερρεύμα και υπερθέρμανση.

1.2 Κύριες Ιδιότητες

Ο νοηματικός ρυθμιστής ρευματοδότησης προσφέρει τα εξής πλεονεκτήματα:

• Διπλή λειτουργία: Παρέχει ταυτόχρονα αντιστάθμιση ανενεργής δύναμης και ρύθμιση τάσης. Κατά την προσαρμογή τάσης, αντισταθμίζει εν μέρει την ανενεργή δύναμη του δικτύου, βελτιώνοντας το παράγοντα δύναμης, προστατεύοντας τις γραμμές, ενισχύοντας την ικανότητα φόρτου του δικτύου και διασφαλίζοντας την ποιότητα τάσης. Επιπλέον, μπορεί να παρακολουθεί την τριφασική τάση και ρεύμα.

• Βελτιωμένη και περιβαλλοντικά φιλική δομή: Η σχεδίαση χρησιμοποιεί κατατμημένη απομόνωση για να αυξήσει την διελκτική αντοχή. Η μεταφορά δεδομένων μεταξύ της μονάδας ελέγχου και των μονάδων εκτέλεσης χρησιμοποιεί απομόνωση τάσης, επιτρέποντας τη μεταφορά σημάτων χωρίς λάδι. Όλοι οι αισθητήρες τάσης και ρεύματος είναι ενσωματωμένοι εσωτερικά, εξουδετερώνοντας την ανάγκη για εξωτερικούς δυναμικούς ή ρευστούς μετατροπείς—ενισχύοντας την αξιοπιστία, σταθερότητα και εύκολη εγκατάσταση.

• Νοηματική ρύθμιση τάσης: Αυτόματη μέτρηση θέσεων ταπ παλαιντήρα με βάση τις οριακές τιμές που ορίζει ο χρήστης και αυτόματη διόρθωση ακριβών ρυθμίσεων για να εξασφαλίσει σταθερή λειτουργία του δικτύου.
  Ελεύθερη από συντήρηση λειτουργία ταπ παλαιντήρα: Με τη σύνδεση του ρυθμιστικού μετατροπέα σε σειρά με τους αντιστάθμισης καταναλωτικούς, τα σύντομα ρεύματα κατά την προσαρμογή τάσης παραμένουν χαμηλά, μειώνοντας την επίδραση της λειτουργίας.

• Νοηματική προστασία: Συνεχής παρακολούθηση του φορτίου της γραμμής και της θερμοκρασίας του μετατροπέα· αυτόματη εξόδος από την λειτουργία ρύθμισης κατά την ανίχνευση ανωμαλιών και επαναληπτική λειτουργία όταν τα συνθήκες επιστρέψουν στα φυσιολογικά.

• Πραγματικοποίηση πραγματικού χρόνου καταγραφής δεδομένων: Η μονάδα ελέγχου καταγράφει ακριβώς την τάση, το ρεύμα και τον αριθμό των αλλαγών ταπ παλαιντήρα πριν και μετά από κάθε γεγονός ρύθμισης.

• Επιτυχής ασύρματη επικοινωνία: Τα επιτόπια δεδομένα μπορούν να διαβάζονται άμεσα, και τα παράμετρα ρύθμισης (π.χ., διαστήματα χρόνου, οριακές τιμές τάσης) μπορούν να προσαρμοστούν απομακρυστικά—επιτυγχάνοντας απλούστερη λειτουργία.

• Λόγω της υψηλής αξιοπιστίας, αξιοπιστίας και ασφάλειας, ο νοηματικός ρυθμιστής ρευματοδότησης είναι κατάλληλος για ευρεία εφαρμογή σε ρουράλια δικτύα ρεύματος, μειώνοντας σημαντικά τα προβλήματα απόκλισης τάσης.

2. Εφαρμογή της Τεχνολογίας Έλεγχου PLC στη Σκευαστική Σχεδίαση του Νοηματικού Ρυθμιστή Ρευματοδότησης

Στη βάση των απαιτήσεων λειτουργίας και των τεχνικών προδιαγραφών του νοηματικού ρυθμιστή ρευματοδότησης, η σκευαστική δομή του είναι παρουσιασμένη στο Σχήμα 1.

2.1 Διάρθρωση του Βασικού Συστήματος Μικροελεγκτή

Το βασικό σύστημα μικροελεγκτή χρησιμοποιεί κυρίως επιχειρηματικό προσωπικό υπολογιστή (IPC), με χάρτη CPU μοντέλου All2In2One με 256MB μνήμη, διαθέτοντας δύο σειριακές και μία παράλληλη διασύνδεση. Επιπλέον, χρησιμοποιείται ένα συμβατό PCI2S3 γραφικό επιταχυντικό χιπ, με το μέγεθος του γραφικού χάρτη να είναι από 1 μέχρι 2MB. Για την ενίσχυση της αξιοπιστίας του συστήματος, χρησιμοποιούνται χαμηλότερης ισχύος συσταδικά για να μειωθεί η κατανάλωση ρεύματος.

2.2 Διάρθρωση των Εισερχόμενων Καναλίων

Κατά τη διάρθρωση των εισερχόμενων καναλίων, τα εισερχόμενα σήματα αναγνωρίζονται ως δευτερεύοντα σήματα από τον μετατροπέα τάσης και ρεύματος. Αυτά τα σήματα υποβλήθηκαν σε προετοιμασία πριν από τη μετατροπή μέσω ADC για εισαγωγή στο MCU. Ο προετοιμασιακός κύκλος σήματος περιλαμβάνει κυρίως τον μετατροπέα τάσης και ρεύματος, με τρία στάδια λειτουργικού προσθέτη. Οι μετατροπέας τάσης και ρεύματος μετατρέπουν αποτελεσματικά υψηλές τάσεις και ρεύματα σε μικρότερες με υψηλή ακρίβεια και καλή γραμμικότητα. Ο τριστάδιος λειτουργικός προσθέτη επεκτείνει αυτά τα μετατραπέντα και ορθογωνικά σήματα.

2.3 Ρύθμιση του Ενότητας Έλεγχου PLC

Για αυτό το νοηματικό ρυθμιστή ενέργειας, επιλέγεται ένα Panasonic FP1 PLC, που προσφέρει μέχρι και 5000 βήματα προγραμματισμού, απλές εντολές λειτουργίας και πλήρη λειτουργικότητα. Χρησιμοποιεί καλώδια RS485 σε στρεβλωμένες ζευγάρες, επιτυγχάνοντας ταχύτητα μετάδοσης 100bps και επιτρέποντας δίκτυο μέχρι 32 PLC σε απόσταση 1200 μέτρων. Αυτό το μοντέλο PLC διαθέτει εξαιρετικές δυνατότητες παρακολούθησης, με δυνατότητα πραγματικού χρόνου παρακολούθησης διαγραμμάτων κλίμακας και δυναμικής χρονοδιάρκειας για να εξασφαλίσει ομαλή ρύθμιση τάσης.

2.4 Ρύθμιση των Καναλιών Έξοδου

Τα κανάλια έξοδου χρησιμοποιούν λογικές μεθόδους έξοδου. Για την επίτευξη σταθερής ρύθμισης τάσης με ελάχιστη αλλαγή τάσης και ροής, απαιτείται το θερμάνισμα στην αναδρομή, μαζί με την εγκατάσταση επαφής χωρίς επαφής ηλεκτρονικών στροφίων.

3. Εφαρμογή της Τεχνολογίας Έλεγχου PLC στη Λογισμική Σχεδίαση του Νοηματικού Ρυθμιστή Τάσης

3.1 Συγκεκριμένη Διαδικασία Λειτουργίας του Προγράμματος

Μετά την ενεργοποίηση και την εκκίνηση του νοηματικού ρυθμιστή τάσης, πρέπει να διεξαχθούν διαδικασίες αρχικοποίησης και αυτοέλεγχου. Μετά από επιτυχή αυτοέλεγχο, αποφασίζεται εάν το συστήμα βρίσκεται σε λειτουργικό ή ρυθμιστικό μόντο. Σε ρυθμιστικό μόντο, οι παραμέτροι μπορούν να ρυθμιστούν με τη χρήση πληκτρολογίου, εισάγοντας το μενού ρύθμισης, επιλέγοντας συγκεκριμένες ρυθμίσεις και προσαρμόζοντας τις τιμές με τα κλείδια πάνω-κάτω. Σε λειτουργικό μόντο, λαμβάνουν χώρα δείγματα και ψηφιακή φίλτρωση, ακολουθούμενη από την επιλογή κατάλληλων μεθόδων ρύθμισης τάσης:

• Αυτόματη Ρύθμιση: Εκτελούνται αντίστοιχα προγράμματα για να κρίνουν εάν η τάση είναι εντός των προδιαγραφών. Εάν ναι, δεν απαιτείται προσαρμογή· αλλιώς, γίνονται προσαρμογές για να επιστρέψει η τάση εντός των ορίων.

• Χειροκίνητη Ρύθμιση: Χειροκίνητες λειτουργίες μέσω των κουμπιών της πλακέτας ρυθμίζουν τα επίπεδα τάσης. Μετά την ολοκλήρωση των προσαρμογών τάσης, τα προγράμματα εμφάνισης δείχνουν τις τιμές τάσης και ροής του δευτερεύοντος μετατροπέα, καθώς και τις ημερήσιες ενέργειες του ρυθμιστή, εξασφαλίζοντας συνεχή λειτουργία.

3.2 Συγκεκριμένος Αλγόριθμος Ελέγχου Προγράμματος

Για να εκπληρώσει τις απαιτήσεις των χρηστών για απόκλιση τάσης, είναι απαραίτητη η αποτελεσματική εφαρμογή αλγορίθμων ελέγχου. Αυτό περιλαμβάνει την υπολογισμό τιμών ανεξάρτητων από τις χρονικές σημειώσεις δειγματοληψίας από διακριτούς σύνολους δεδομένων μέσω μαθηματικών πράξεων, τη σύγκρισή τους με τις προδιαγραφές σχεδιασμού και την εκτέλεση λογικών πράξεων για προσαρμογές του αλλαγέας στάδιων. Οι τύποι υπολογισμού για τη μέτρηση ροής, τάσης και ενεργής ισχύος είναι όπως εξήγηθηκαν παραπάνω.

(Σημείωση: Οι συγκεκριμένοι τύποι για τη μέτρηση ροής, τάσης και ενεργής ισχύος δεν παρέχτηκαν στο κείμενό σας, αλλά συνήθως περιλαμβάνουν κανονικούς υπολογισμούς μηχανικής ηλεκτρικής μηχανικής, όπως ο νόμος του Ohm, υπολογισμοί συντελεστή ισχύος κλπ.)

Αυτές οι περιγραφές παρέχουν λεπτομερή εξήγηση για το πώς λειτουργεί ο νοηματικός ρυθμιστής τάσης, την σκληρού αξεσουάρ του και τις λογισμικές διαδικασίες που εμπλέκονται στη διατήρηση της βέλτιστης ρύθμισης τάσης.

Στους τύπους, i(k) και u(k) αντιπροσωπεύουν την k-οστή τιμή δείγματος ροής και τάσης, αντίστοιχα. Με βάση αυτά, μπορούν να προκύψουν και να υπολογιστούν άλλα μεγέθη, όπως Q και cosφ.

4. Συμπέρασμα

Μέσω της δοκιμής του νοηματικού ρυθμιστή τάσης, αυτή η εργασία βρίσκει ότι το σύστημα μπορεί να προσαρμόσει αποτελεσματικά την τάση σε σύντομο χρονικό διάστημα, αποφεύγοντας προβλήματα όπως κύματα και μικροσχέσεις, εξασφαλίζοντας τη σταθερότητα της ρύθμισης τάσης και επιτυγχάνοντας σχετικά ιδανική ρύθμιση τάσης. Φαίνεται ότι η εφαρμογή της τεχνολογίας έλεγχου PLC στον νοηματικό ρυθμιστή τάσης μπορεί να επιτύχει αυτόματη ανίχνευση και ρύθμιση τάσης, να επιταχύνει την ταχύτητα ρύθμισης τάσης, και η πραγματική λειτουργία είναι σχετικά απλή. Επιπλέον, δεν παρουσιάζεται κύμα κατά την προσαρμογή τάσης, και ο υπεράνω υπολογιστής μπορεί να παρακολουθεί πραγματικού χρόνου διάφορα καταστάσεις λειτουργίας του συστήματος, παίζοντας σημαντικό ρόλο στη μετατροπή και διαχείριση υποσταθμίων και διανομικών σταθμών.