ניתוח טכנולוגיית בקרת PLC בהנדסת מתח חשמל אינטליגנטית

בעת הערכת איכות החשמל, מתח הוא גורם משפיע חשוב. איכות המתח מוערכת בדרך כלל על ידי מדידת סטיית מתח, תנודות, עיוות צורת הגל וסימטריה תלת-פאזית—כאשר סטיית המתח היא המדד החשוב ביותר. כדי להבטיח איכות מתח גבוהה, דרוש כ правило יישור מתח. כיום, השיטה הנפוצה והэффективית ביותר ליישור מתח כוללת את התאמת מגבר הפעימה של محولات הספק.

המאמר הזה כולל בעיקר טכנולוגיות PLC ומיקרו-מחשב לעיצוב ולניתוח של מתקן יישור מתח חכם, ובכך מצליח להשיג יישור מתח מהיר תוך prevencion של על-מתחים זמניים במהלך תהליך ההתאמה.

1. עקרון העבודה והתכונות המרכזיות של מתקן יישור מתח חשמלי חכם

1.1 עיקרון העבודה הראשי

מתקן יישור המתח החשמלי החכם מורכב מיחידת מרכז ואוחדות עזר. היחידה המרכזית מורכבת מקבלנים ראשוניים ושניוניים יחד עם מתאם יישור, ומאפשרת גם פיצוי הספק ריאקטיבי וגם יישור מתח אוטומטי.

היחידות העזר כוללות יחידת בקרה חכמה אחת ושלוש יחידות התאמה וביצוע. יחידת הבקרה החכמה מייצרת ומשדרת פקודות בקרה, אשר נתקבלות אלחוטית על ידי יחידות הביצוע כדי לאפשר יישור מתח בזמן אמת בקו הפצה.

כרכיב מרכזי, יחידת הבקרה החכמה קובעת את רמת האוטומציה, החוכמה ואת דיוק היישור של המכשיר. היא מנתחת באופן מדויק את מתח קו המשרן, מייצרת פקודות מתאימות ושולחת אותן למודול בקרת מגברי הפעימה כדי לשמור על מתח הקו בנקודת היעד. הפונקציות העיקריות שלה כוללות:

• ניטור ובקרה בזמן אמת של מתח קו משרן – תיקון מיידי של כל סטיות;

• ניטור ובקרה בזמן אמת של זרם עומס הפלט;

• ספק פונקציות הגנה מפני מתח נמוך, זרם יתר וחימום יתר.

1.2 תכונות עיקריות

מתקן יישור המתח החשמלי החכם מציע את היתרונות הבאים:

• פונקציונליות כפולה: הוא מספק בו זמנית פיצוי הספק ריאקטיבי ויישור מתח. במהלך התאמת המתח, הוא גם מבצע פיצוי חלקי של ההספק הריאקטיבי ברשת, משפר את מקדם ההספק, מונע נזק לקווים, משפר את יכולת העומס של הרשת ומבטיח איכות מתח. בנוסף, ניתן לנטר את מתח וזרם שלוש הפאזות.

• מבנה מואץ וידידותי לסביבה: העיצוב משתמש בערפול מדורג כדי להגביר את עוצמת הדיאלקטרי. העברת הנתונים בין יחידות הבקרה לביצוע משתמשת בניפרדות מתח, מה שמאפשר העברה ללא שמן. כל חיישני המתח והזרם משולבים פנימית, מה שמונע צורך בטרנספורמטורים חיצוניים למתח או לזרם – מה שמשפר את האמינות, יציבות והתקנה הקלה.

• יישור מתח חכם: הוא מודד אוטומטית את מיקומי המגבר בהתאם לספים שהוגדרו על ידי המשתמש, ומבטל הגדרות שגויות כדי להבטיח פעילות יציבה של הרשת.
  פעולת מגבר הפעימה ללא תחזוקה: על ידי חיבור המתאם המכוונן בטור עם קבלני פיצוי הספק ריאקטיבי, זרמי קצר במהלך התאמת המתח נשארים נמוכים, מה שמזער את ההשפעה על הפעילות.

• הגנה חכמה: מנטר באופן מתמיד את עומס הקו וטמפרטורת הטרנספורמטור; מפסיק אוטומטית את מצב היישור בעת זיהוי חריגות ומתאפס לפעילות לאחר שהמצבים חוזרים לטיבם.

• רישום נתונים בזמן אמת: היחידה הבוקרת מקליטת بدقة את המתח, הזרם ומספר שינויי המגבר לפני ואחרי כל אירוע יישור.

• תקשורת אלחוטית יעילה: ניתן לקרוא נתונים באתר ישירות, וניתן להתאים פרמטרי יישור (למשל, מרווחי זמן, ספי מתח) מרחוק – מה שמקל על הפעלה.

• בהתחשב בצפויותו הגבוהה, אמינותו ובטיחותו, מתקן יישור המתח החשמלי החכם מתאים מאוד לפריסה רחבה ברשתות חשמל כפריות, ומחזיר משמעותית את בעיות סטיית המתח.

2. יישום טכנולוגיית בקרת PLC בעיצוב החומרה של מתקן יישור מתח חשמלי חכם

בהתבסס על דרישות הפונקציונליות והمواصفות הטכניות של מתקן יישור המתח החשמלי החכם, מבנה החומרה שלו מוצג באיור 1.

2.1 התקנת מערכת המיקרו-מחשב הבסיסית

המערכת הבסיסית של המיקרו-מחשב מאמצת בעיקר מחשב אישי תעשייתי (IPC), תוך שימוש בכרטיס CPU בשם All2In2One עם זיכרון של 256MB, בעל שני ממשקים טוריים וממשק אחד מקבילי. בנוסף, נעשה שימוש בצלם גרפי תואם PCI2S3, בגודל כרטיס גרפי בין 1 ל-2MB. כדי לשפר את אמינות המערכת, נעשה שימוש ברכיבים נמוכי צריכת אנרגיה לצמצום צריכה בזרם.

2.2 תצורת ערוצי הקלט

במהלך הגדרת ערוצי הקלט, אותות הקלט מזוהים כאותות שניה מתוך טרנספורמטורי מתח וזרם. האותות הללו עוברים טיפול לפני שהם ממירים באמצעות ADC לצורך קלט ל-MCU. מעגל הטיפול באות כולל בעיקר טרנספורמטורי זרם ומתח יחד עם מגבר שרת בן שלושה שלבים. טרנספורמטורי הזרם והמתח ממירים בצורה יעילה מתחים וזרמים גבוהים ליותר קטנים עם דיוק גבוה וקווייות טובה. מגבר השרת בן שלושת השלבים מגביר את האותות שהומרו ונעקמו.

2.3 תצורת יחידת בקרה PLC

עבור מתקן הנדסת מתח חכם זה, נבחר PLC מהסדרה FP1 של פניאסוניק, המציע קיבולת תוכנית עד 5000 צעדים, פקודות פעולה פשוטות ופונקציונליות מקיפות. הוא גם משתמש בכבלים מעוגנים RS485, המאפשרים קצב העברה של 100bps ומאפשרים רשת של עד 32 PLC בטווח של 1200 מטרים. דגם PLC זה כולל יכולות 监视异常，我将重新翻译以确保符合要求：

2.3 תצורת יחידת הבקרה PLC

עבור מתג מתח חכם זה, נבחר PLC מהסדרה FP1 של פניאסוניק, המציע קיבולת תוכנית של עד 5000 צעדים, פקודות פעולה פשוטות ופונקציונליות מקיפות. הוא גם משתמש בכבלים מעוגנים RS485, המאפשרים קצב העברה של 100bps ומאפשרים רשת של עד 32 PLC בטווח של 1200 מטרים. דגם PLC זה כולל יכולות 监视异常，我将重新翻译以确保符合要求：

2.3 תצורת יחידת הבקרה PLC

עבור מתג מתח חכם זה, נבחר PLC מהסדרה FP1 של פניאסוניק, המציע קיבולת תוכנית של עד 5000 צעדים, פקודות פעולה פשוטות ופונקציונליות מקיפות. הוא גם משתמש בכבלים מעוגנים RS485, המאפשרים קצב העברה של 100bps ומאפשרים רשת של עד 32 PLC בטווח של 1200 מטרים. דגם PLC זה כולל יכולות מעקב מצוינות, המאפשרות מעקב בזמן אמת על סכימות מדרגות ותזמון דינמי כדי להבטיח הפחתה חלקה של מתח.

2.4 תצורת ערוצי הפלט

ערוצי הפלט משתמשים בשיטות פלט לוגיות. כדי להשיג פיקוד חלק דרך מתח מעבר מינימלי והזרמת מעבר, נדרש פיקוד בנקודת האפס, יחד עם הגדרת 스위치 전자וני ללא מגע.

3. יישום טכנולוגיית בקרה PLC בעיצוב התוכנה של מתג מתח חכם

3.1 תהליך פעולתו הספציפי של התוכנית

לאחר הדלקת המתג החכם למתח חשמלי, יש לבצע את תהליכי ההתחלה והבדיקת עצמי. לאחר בדיקה עצמית מוצלחת, הוא קובע אם המכשיר נמצא במצב פעולה או מצב תצורה. במצב תצורה, ניתן להגדיר פרמטרים באמצעות מקלדת על ידי כניסה לתפריט ההגדרה, בחירת הגדרות ספציפיות ושינוי ערכים עם מקש למעלה/למטה. במצב פעולה, מתרחש דגימה וסינון דיגיטלי, ולאחר מכן בחירה בשיטות תקינה מתאימות:

• רגולציה אוטומטית: מבצעת תוכניות מתאימות כדי לקבוע אם המתח נמצא בטווח המוגדר. אם כן, אין צורך בהגדרה מחדש; אחרת, מבוצעות הגדרות כדי להחזיר את המתח לגבולות.

• רגולציה ידנית: פעולות ידניות באמצעות לחצני הפאנל משנות את רמות המתח. לאחר השלמת שינויי המתח, תוכניות הצג מראות את מתח השניה של המרתף ואת ערכי הזרם, כמו גם את פעולות המתג היומיות, כדי להבטיח פעילות מתמשכת.

3.2 אלגוריתם ספציפי לשליטה בתוכנית

כדי לעמוד בדרישות המשתמש לגבי סטייה במתח, שימוש יעיל באלגוריתמים של בקרה הוא חיוני. זה כולל חישוב ערכים בלתי תלויים בנקודות זמן מדגם מנתונים בדידים באמצעות פעולות מתמטיות, השוואתם עם תפריטי תכנון, וביצוע פעולות לוגיות לשינויים במתגים. הנוסחאות לחישוב זרם, מתח ועוצמה פעילה הן כדלקמן:

(הערה: הנוסחאות הספציפיות לחישוב זרם, מתח ועוצמה פעילה לא נמסרו בטקסט שלך, אך בדרך כלל כוללות חישובים הנדסיים סטנדרטיים כגון חוק אוהם, חישובי גורם כוח וכו'.)

תיאור זה מספק הסבר מפורט על איך מתג המתח החכם פועל, תצורת החומרה שלו והתהליכים התוכנה המעורבים בשמירת רגולציה אופטימלית של המתח.

בנוסחאות, i(k) ו-u(k) מייצגים את ערך הדגימה ה-k של הזרם ואת ערך הדגימה ה-k של המתח, בהתאמה. dựa על אלה, ניתן לגזור ולהחשב את הכמויות האחרות כמו Q ו-cosφ.

4. סיכום

באמצעות בדיקת מתג המתח החכם, המאמר מוצא שהמכשיר יכול להתאים את המתח במהירות קצרה, תוך כדי הימנעות מבעיות כמו גלי התקפת וקצר, להבטיח יציבות ברגולציה של המתח ולהשיג תוצאה של רגולציה מתח טובה יחסית. אפשר לראות שהיישום של טכנולוגיית בקרה PLC במתג המתח החכם יכול להגשים את הבדיקה והרגולציה האוטומטיות של המתח, להאיץ את מהירות הרגולציה של המתח, והפעולה האמיתית היא פשוטה יחסית. בנוסף, אין גלי התקפת במהלך הרגולציה של המתח, והמחשב העליון יכול לעקוב אחר מצבי העבודה השונים של המכשיר בזמן אמת, מה שמשחק תפקיד גדול בהמרת ניהול תחנות המשאבות ותחנות הפצה.