PLC kontrolltehnoloogia rakenduse analüüsis intelligentsed võrkujanestajad

Pinge kvaliteedi hindamisel on pinge oluline mõjutegur. Pinge kvaliteeti hinnatakse tavaliselt pinge kõrvalekallet, kõikumist, laineformaadi moonutust ja kolmefaasilise süsteemi sümmeetriat – neist tähtsaim on pinge kõrvalekalle. Kõrge pinge kvaliteedi tagamiseks on vajalik tavaliselt pingereguleerimine. Praegu on kõige laiemalt kasutatav ja tõhusaim pingereguleerimise meetod võimsustransformaatori tapside ümberlülitaja reguleerimine.

See artikkel integreerib eelkõige PLC ja mikroarvutitehnoloogiat nutika võimsuse pingeregulaatori projekteerimiseks ja analüüsimiseks ning saavutab lõpuks kiire pingereguleerimise, vältides ajutisi pinge hüppeid reguleerimisprotsessi ajal.

1. Nutika võimsuse pingeregulaatori tööpõhimõte ja peamised omadused

1.1 Peamine tööpõhimõte

Nutikas võimsuse pingeregulaator koosneb pea- ja abiseadmest. Peaseade koosneb esmane ja teisese kondensaatorist ning reguleerivast transformatorist, võimaldades nii reaktiivvõimsuse kompenseerimist kui ka automaatset pingereguleerimist.

Abiseadmed hõlmavad ühte nutikat juhtimisüksust ja kolme käivitamisreguleerimise üksust. Nutikas juhtimisüksus genereerib ja edastab juhtkäske, mida käivitusüksused vastuvõtavad traadita, võimaldades reaalajas pingereguleerimist jaotusjoonel.

Kui südamikukomponent määrab ära seadme automatiseerimise taseme, nutikuse ja reguleerimise täpsuse. See jälgib täpselt toitejuhtme pinget, genereerib sobivad käsud ja saadab need tapside ümberlülitaja juhtimismoodulisse, et hoida toitejuhtme pinge sihtväärtusel. Selle peamised funktsioonid on:

• Toitejuhtme pinge reaalajas jälgimine ja juhtimine – hälbete viivitamatu korrigeerimine;

• Väljundkoormuse voolu reaalajas jälgimine ja juhtimine;

• Madala pinge, ülekoormuse ja ülekuumenemise korral kaitsefunktsioonide pakkumine.

1.2 Peamised omadused

Nutikal võimsuse pingeregulaatoril on järgmised eelised:

• Kahefunktsionaalsus: see pakub samaaegselt reaktiivvõimsuse kompenseerimist ja pingereguleerimist. Pingereguleerimise ajal kompenseeritakse osaliselt võrgu reaktiivvõimsust, parandades võimsustegurit, vältides juhtmete kahjustusi, suurendades võrgukoormuse mahtu ja tagades pinge kvaliteedi. Lisaks saab jälgida kolmefaasilist pinget ja voolu.

• Optimeeritud ja keskkonnasõbralik struktuur: konstruktsioonis kasutatakse astmelist isoleerimist dielektrilise tugevuse suurendamiseks. Andmeside juhtimis- ja käivitusüksuste vahel toimub pingesisolatsiooni kaudu, võimaldades õliteta signaalide edastamist. Kõik pinge- ja voolusensorid on siseselt integreeritud, mistõttu pole vaja väliseid potentsiaali- ega voolutransformaatoreid – see suurendab usaldusväärsust, stabiilsust ja paigaldamise lihtsust.

• Nutikas pingereguleerimine: see mõõdab automaatselt tapside asendeid kasutaja määratud läviväärtuste põhjal ja ise korrigeerib ebakorrektseid seadeid, tagades võrgu stabiilse töö.
  Hooldusvaba tapside ümberlülitaja töö: reguleeriva transformatori ühendamine jadamisi reaktiivse kompensatsioonikondensaatoriga hoiab pingereguleerimise ajal lühilülitusvoolud madalal, minimeerides töömõju.

• Nutikas kaitse: jälgib pidevalt joone koormust ja transformatori temperatuuri; avastades ebatavalisi tingimusi, lülitub see automaatselt reguleerimisest välja ja taastab töö, kui tingimused normaliseeruvad.

• Reaalajas andmelogimine: juhtimisüksus registreerib täpselt pinge, voolu ja tapside vahetuste arvu enne ja pärast iga reguleerimissündmust.

• Tõhus traadita side: kohapealse andmeid saab otse lugeda ja reguleerimisparameetreid (nt ajavahemikud, pinge läviväärtused) saab kaugjuhtimisel kohandada – lihtsustades seadme kasutamist.

• Kuna nutikas võimsuse pingeregulaator on kõrge efektiivsuse, usaldusväärsuse ja ohutusega, sobib see hästi maa-alade elektrivõrkude laialdaseks kasutuseks, vähendades oluliselt pinge kõrvalekalde probleeme.

2. PLC juhtimistehnoloogia rakendamine nutika võimsuse pingeregulaatori riistvaraprojektis

Toetudes nutika võimsuse pingeregulaatori funktsionaalsetele nõuetele ja tehnilistele spetsifikatsioonidele on selle riistvaraline arhitektuur näidatud joonisel 1.

2.1 Mikrokontrolleri alussüsteemi seadistamine

Mikrokontrolleri alussüsteem kasutab peamiselt tööstuslikku personaalarvutit (IPC), kasutades CPU kaarti All2In2One mudelit 256MB mälu ja kahe jadapordiga ning ühe paralleelpordiga. Lisaks kasutatakse PCI2S3-ga ühilduvat graafikakiirenduskiipi, mille graafikakaardi maht on 1–2MB. Süsteemi usaldusväärsuse suurendamiseks kasutatakse voolutarbimise vähendamiseks vähevoolulisi komponente.

2.2 Sisestuskanalite konfigureerimine

Sisestuskanalite seadistamisel tuvastatakse sisendsignaalid pingetransformaatori ja voolutransformaatori sekundaarsete signaalidena. Need signaalid läbivad signaalitöötluse enne ADC abil muundamist ja mikrokontrollerisse (MCU) sisestamist. Signaalitöötlusahel koosneb peamiselt voolu- ja pingetransformaatoritest ning kolmeastmisest operatsioonivõimendist. Voolu- ja pingetransformaatorid teisendavad kõrged pinged ja voolud kõrge täpsuse ja hea lineaarsusega väiksemateks. Kolmeastmeline operatsioonvõimendi tugevdab nende teisendatud ja sirgendatud signaale.

2.3 PLC juhiüksuse seadistamine

Selle intelligentsese võimsusvoolu reguleerija jaoks on valitud Panasonici FP1 PLC-sarja ühik, mis pakub kuni 5000 programmeerimistoastide kapatsusi, lihtsaid käsklusi ja täielikku funktsionaalsust. See kasutab RS485 kumerat kaabeid, saavutades edastussageduse 100 bps ning võimaldades võrgustiku loomist kuni 32 PLC-ühikutest 1200 meetri raadiuses. See PLC-mudel on varustatud suurepäraste jälgimisvõimete, mis lubavad reaalajas jälgida ristikujulisi diagramme ja dünaamilisi ajastamisvõtteid, et tagada sileda võimsusvoolu reguleerimine.

2.4 Väljundikanalite seadistamine

Väljundikanalid kasutavad loogilisi väljundimeetodeid. Regulaarse võimsusvoolu reguleerimise saavutamiseks lähtudes minimaalsest lülituvast võimsusvoolust ja kriipsuvast voolust, on vaja nullpunkti triigermist koos kontaktivabade elektroniliste lüliti seadistamisega.

3. PLC juhituse tehnoloogia rakendamine intelligentsese võimsusvoolu reguleerija tarkvara disainis

3.1 Programmi konkreetne tööprotsess

Pärast intelligentsese võimsusvoolu reguleerija pööramist sisse ja käivitamist peab tegema algseadistamise ja endkontrolli protseduurid. Kui endkontroll õnnestub, määratakse, kas seade on töörežiimis või seadistusrežiimis. Seadistusrežiimis saab parameetreid seadistada klaviatuuri abil, sissetungides seadistusmenüüsse, valides konkreetseid seadeid ja muutes väärtusi üles/alla nuppega. Töörežiimis toimub näidise võtmine ja digitaalne filtrimine, järgnevalt valitakse sobivad võimsusvoolu reguleerimismeetodid:

• Automaatne reguleerimine: Läbitakse vastavad programme, et hinnata, kas võimsusvool on määratud piirides. Kui jah, ei ole muudatusi vaja; vastasel juhul tehakse muudatused, et viia võimsusvool tagasi piiridesse.

• Käsitsi reguleerimine: Käsitsi operatsioonid paneelinaupute abil reguleerivad võimsusvoolu tasemeid. Pärast võimsusvoolu reguleerimise lõpetamist näitavad ekraaniprogrammid transformatooriga seotud sekundaarvõimsusvoolu ja voolu väärtused, samuti päevikureguleerija toimingud, tagades jätkusuutliku töö.

3.2 Programmi kontrolli konkreetne algoritm

Võimsusvoolu deviatsiooni kasutajapoolsete nõudmistega rahulduse saavutamiseks on oluline kontrollialgoritmide efektiivne kasutamine. See hõlmab matemaatiliste operatsioonide kaudu diskreetsete andmekogumitest sõltumatult näidiskohale vaatamata väärtuste arvutamist, nende võrdlemist projekteerimisspetsifikatsioonidega ja loogiliste operatsioonide läbiviimist tapmuuturite korrigeerimiseks. Voolu, võimsusvoolu ja aktiivse võimsuse mõõtmise arvutusvalemite näpunäited on järgmised:

(Märkus: Konkreetseid valemeid voolu, võimsusvoolu ja aktiivse võimsuse mõõtmiseks tekstis ei esitatud, kuid need tavaliselt hõlmavad standardseid elektrotehnilisi arvutusi, nagu Ohmi seadus, võimsuse faktorite arvutamine jne.)

Need kirjeldused annavad üksikasjaliku selgituse, kuidas intelligentsene võimsusvoolu reguleerija töötab, sellel hardveri konfiguratsioon ja tarkvaraprotsessid, mis on seotud optimaalse võimsusvoolu reguleerimise säilitamisega.

Valemite puhul esindavad i(k) ja u(k) vastavalt k-ndat voolu näidismõõtmist ja võimsusvoolu näidismõõtmist. Nendel põhinevatel andmetel saab tuletada ja arvutada muud suurused, nagu Q ja cosφ.

4. Kokkuvõte

Intelligentsese võimsusvoolu reguleerija testimise kaudu leidis see artikkel, et seade suudab tõhusalt reguleerida võimsusvoolu lühikese aja jooksul, vältides probleeme nagu impulssid ja lühikontaktid, tagades võimsusvoolu reguleerimise stabiilsuse ja saavutades suhteliselt ideaalse võimsusvoolu reguleerimise tulemuse. Sellega nähtub, et PLC juhituse tehnoloogia rakendamine intelligentsesse võimsusvoolu reguleerijasse võimaldab tõhusalt automatiseerida võimsusvoolu detektsiooni ja reguleerimist, kiirendada võimsusvoolu reguleerimist ja tegelik töö on suhteliselt lihtne. Lisaks ei tekita võimsusvoolu reguleerimisel impulssi ja ülemine arvuti saab reaalajas jälgida seadme erinevaid tööolekuid, mis mängib olulist rolli substaatsioonide ja jaotusstatsioonide transformeerimises ja halduses.