PLC在鋁電解整流供電系統(tǒng)中的應用

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　　一、引言

　　電解鋁廠的整流供電系統(tǒng)通常要求是終端變電站，監(jiān)控和繼電保護設置比較單一、簡單，但專業(yè)性強，可靠程度要求很高。因此，項目采用了微機監(jiān)控保護裝置和綜合自動化系統(tǒng)，對穩(wěn)流部分采用了PLC控制的方案。本文主要介紹自動穩(wěn)流控制部分的組成及控制特點。

　　二、系統(tǒng)配置

　　為了獨立于保護和監(jiān)控系統(tǒng)而自成一體，避免相互干擾和影響，穩(wěn)流系統(tǒng)全部采用AB公司SLC-5/04系列PLC組網(wǎng)，該PLC具有專用的DH+通訊網(wǎng)，通過專用板卡直接可與服務器相連。PLC之間的信息交換通過DH+網(wǎng)絡通訊來實現(xiàn)，圖1為網(wǎng)絡結構。

　　PLC組成的網(wǎng)絡結構穩(wěn)流控制PLC按照N+1的原則配置，對4臺整流機組各配置PLC，以實現(xiàn)小閉環(huán)控制;配置一套總調PLC，以實現(xiàn)大閉環(huán)控制。整流機組小閉環(huán)控制PLC用于單臺機組的穩(wěn)流控制，其目的是用PLC的PID控制器實現(xiàn)單臺機組的直流輸出與給定值相一致，以達到單臺機組的穩(wěn)流，并通過調節(jié)飽和電抗器偏移繞組的電流來實現(xiàn)同一臺機組兩個整流柜之間輸出電流的平衡。采用一套總調PLC完成大閉環(huán)控制，調節(jié)所有的整流機組，大閉環(huán)總調的 PID輸出作為整流機組小閉環(huán)PID的給定值，使所有機組的直流輸出相同。當產(chǎn)生陽極效應時，可同時調節(jié)所有機組飽和電抗器的控制繞組電流，如無法滿足穩(wěn)流要求時，可自動判斷降檔升壓。另外，大閉環(huán)還可實現(xiàn)恒安時控制、最大需要控制、整流機組啟停等功能。SLC-5/04 PLC具有PID運算功能和指令，可對系統(tǒng)做動態(tài)控制;有DH+和RS-232兩個通訊口;機內配有高速計數(shù)器，以適應對機外高速信號的計數(shù)要求，CPU帶有兩個計數(shù)頻率最高達 2kHz的高速計數(shù)器，每個計數(shù)器可用程序復位，并可設置成加法計數(shù)、減法計數(shù)或相位差90°的兩個脈沖序列;為系統(tǒng)備有專用的數(shù)字擴展模塊(EM)，可以很方便的對系統(tǒng)的輸入輸出點做擴展;具有靈活的中斷輸入，以極快的速度響應中斷請求信號。

　　三、自動穩(wěn)流控制

　　1、信號取樣由于目前國產(chǎn)直流互感器的溫漂做的不好，信號失真大，磁放大時間常數(shù)太長，不利于即時準確的控制等原因，穩(wěn)流系統(tǒng)小閉環(huán)反饋信號取自于整流一次側交流信號;穩(wěn)流系統(tǒng)大閉環(huán)反饋控制信號取自于總直流互感器，經(jīng)變送器把小信號傳至總調PLC;整流系統(tǒng)總的輸出電流由上位計算機系統(tǒng)通過通訊方式來設定。

　　2、控制功能在自動穩(wěn)流系統(tǒng)中，PLC主要完成整個系統(tǒng)的邏輯順序控制及所有PID回路控制。

　　其主要包括以下幾個部分：

　　(1) 恒流控制

　　恒流控制是將機組的直流輸出電流經(jīng)變送器變換后反饋到PLC的輸入端，與給定信號作比較后送給PI調節(jié)器進行控制?？刂平Y果轉換成控制輸出脈沖并經(jīng)功率放大后，去觸發(fā)晶閘管整流電路的占空比，改變飽和電抗器的控制電流，從而達到機組電流穩(wěn)定的目的。

　　(2) 平衡控制

　　由于飽和電抗器的特性不一致，經(jīng)常造成機組之間以及同一臺機組兩個整流柜之間輸出電流有較大的差別，使整流機組達不到額定出力。因此，把一臺整流柜(A柜)的輸出電流作為PLC的給定，另一臺整流柜(B柜)的輸出電流作為PLC的反饋，兩者比較的結果通過PI調節(jié)器調節(jié)后，去改變A柜飽和電抗器的控制電流(B柜的控制電流保持不變)，使兩個整流柜的直流電流始終保持平衡。此時，PLC輸出2個4～20mA的信號，分別控制整流機組的A/B柜穩(wěn)流。

　　(3) 總調控制

　　前已提及，電解槽所需總的直流電流等于幾臺單機組輸出電流之和。由于單機組穩(wěn)流可實現(xiàn)單機組輸出電流穩(wěn)定，為了使電解槽所獲得的總電流更加精確穩(wěn)定，將總電流經(jīng)互感器反饋至PLC輸入端，與上位計算機的給定值進行比較計算，輸出的結果作為單機組穩(wěn)流的分調給定，從而提高整個電流穩(wěn)定精度?？傉{PLC輸出4個4～20mA的信號，同時用于控制4個整流機組的總調給定。一般飽和電抗器的控制深度為60V左右，當其飽和或截止時，PLC能自動調節(jié)變壓器有載開關的升降，從而使總電流不論在多大的電壓波動情況下，均能達到穩(wěn)流的目的，擴大了調壓范圍。

　　(4) 恒安時控制

　　每3分鐘實測一次電解電流值，并將在1小時內實測的電解電流值累加，累加結果與設定值進行比較，根據(jù)所求差值與小時剩余時間自動調整設定電流，以達到安時偏差自動控制。