關(guān)鍵詞：高壓變頻 協(xié)調(diào)控制 應(yīng)用系統(tǒng)

一、引言

    高壓變頻協(xié)調(diào)控制技術(shù)簡(jiǎn)稱HCU技術(shù)，是指在高壓變頻應(yīng)用系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)工頻與變頻運(yùn)行方式之間，轉(zhuǎn)速控制與開度或閥門控制之間，以及同系統(tǒng)設(shè)備之間的一種綜合協(xié)調(diào)控制技術(shù)。該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用研究成功從根本上解決了高壓變頻器在生產(chǎn)系統(tǒng)應(yīng)用過程中對(duì)系統(tǒng)安全穩(wěn)定性的影響，進(jìn)一步優(yōu)化系統(tǒng)工藝，提高節(jié)能效果。

    同時(shí)，該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用，能夠在現(xiàn)場(chǎng)無需對(duì)DCS等控制系統(tǒng)硬件端口和控制邏輯進(jìn)行更多變更和改造的情況下，輕松完成高壓變頻器的工程應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)高壓設(shè)備的變頻節(jié)能，與生產(chǎn)工藝完美結(jié)合。真正實(shí)現(xiàn)變頻應(yīng)用系統(tǒng)的高可靠、安全、穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)節(jié)約大量的項(xiàng)目投資和施工成本，實(shí)現(xiàn)比較佳的系統(tǒng)控制性能和節(jié)能收益。

二、HCU技術(shù)闡述

    HCU技術(shù)，從高壓變頻應(yīng)用系統(tǒng)的角度出發(fā)，著重研究和針對(duì)各種行業(yè)領(lǐng)域的特殊運(yùn)行工藝和控制結(jié)構(gòu)，從系統(tǒng)設(shè)計(jì)的整體上解決了高壓變頻節(jié)能系統(tǒng)在項(xiàng)目實(shí)施和運(yùn)行中出現(xiàn)高壓變頻器故障情況下的系統(tǒng)安全、穩(wěn)定性以及生產(chǎn)系統(tǒng)的連續(xù)性。從根本上解決了高壓變頻器應(yīng)用中出現(xiàn)故障時(shí)危及系統(tǒng)安全性及自處理穩(wěn)定能力。

    HCU技術(shù)在高壓變頻應(yīng)用方面突出體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1．安全穩(wěn)定

    由于HCU技術(shù)著眼于高壓變頻器在應(yīng)用中出現(xiàn)故障時(shí)的系統(tǒng)安全處理機(jī)制，因此，變頻器旁路裝置一體化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠有效解決諸如：在電力行業(yè)的引風(fēng)、一次風(fēng)、凝結(jié)水系統(tǒng)中變頻故障情況下的系統(tǒng)如何實(shí)現(xiàn)變頻向工頻的平穩(wěn)切換、擋板或閥門協(xié)調(diào)動(dòng)作保證機(jī)組運(yùn)行過程控制指標(biāo)不超標(biāo)、不保護(hù)、不停爐、不停機(jī)等，危及系統(tǒng)安全方面的問題。

    采用HCU與變頻應(yīng)用系統(tǒng)的一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在控制邏輯處理速度、閉鎖、聯(lián)鎖、誤動(dòng)、誤操作等保護(hù)性能上更加嚴(yán)密。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)更加專業(yè)化，更具針對(duì)性，更加安全可靠。

    該項(xiàng)技術(shù)采用獨(dú)立的CPU和控制端口，與變頻器本身的控制部分獨(dú)立運(yùn)行。當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障時(shí)，獨(dú)立的CPU能夠持續(xù)工作，處理變頻事故情況下的工頻運(yùn)行方式以及擋板或閥門開度調(diào)節(jié)的自動(dòng)協(xié)調(diào)，滿足DCS等工業(yè)控制系統(tǒng)對(duì)過程控制的需求。即便是運(yùn)行中出現(xiàn)CPU或完全失電的嚴(yán)重故障，該項(xiàng)協(xié)調(diào)控制技術(shù)仍能夠在比較終故障瞬間將設(shè)備控制權(quán)轉(zhuǎn)接至遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)原有高壓開關(guān)、擋板或閥門等工頻情況下的使用設(shè)備監(jiān)控及調(diào)節(jié)。同時(shí)實(shí)現(xiàn)無擾切換，確保生產(chǎn)運(yùn)行的高安全可靠性。

    該項(xiàng)技術(shù)基于DCS后臺(tái)框架下設(shè)計(jì)開發(fā)，可配備雙CPU熱冗余備份、I/O卡件熱插拔，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)在運(yùn)行過程中完全的故障處理及維修，比較大限度的滿足了現(xiàn)場(chǎng)對(duì)高壓變頻應(yīng)用系統(tǒng)的要求。系統(tǒng)安全結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1：系統(tǒng)安全結(jié)構(gòu)圖

    同時(shí)，HCU技術(shù)將設(shè)備的運(yùn)行方式轉(zhuǎn)換、控制對(duì)象改變、安全保護(hù)、特性平衡以及設(shè)備間協(xié)調(diào)的問題整合進(jìn)行針對(duì)性的高速運(yùn)算，其處理能力、反應(yīng)速度、變頻系統(tǒng)內(nèi)的設(shè)備、故障邏輯協(xié)調(diào)嚴(yán)密性都要高于系統(tǒng)對(duì)變頻設(shè)備的處理能力。

    另外，協(xié)調(diào)控制技術(shù)還具備故障位置的判斷和自處理機(jī)制。譬如：當(dāng)變頻運(yùn)行情況下，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)失靈時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)將提升至50Hz工頻運(yùn)行，交由執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)過程量的控制。當(dāng)對(duì)擋板調(diào)節(jié)出現(xiàn)卡死、異常等情況時(shí)，系統(tǒng)能夠及時(shí)將報(bào)警信息遠(yuǎn)傳至控制室報(bào)告運(yùn)行人員及時(shí)處理。同時(shí)，提供完整的故障時(shí)間、位置、原因、關(guān)聯(lián)狀態(tài)等信息，便于維修和處理；而此時(shí)，可以在設(shè)備級(jí)進(jìn)行問題排查，不需要上升至DCS系統(tǒng)級(jí)進(jìn)行處理，大大降低了故障處理的危險(xiǎn)程度。

    針對(duì)高壓變頻器的技術(shù)特點(diǎn)以及應(yīng)用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行一體化的設(shè)計(jì)，HCU控制技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)的資源共享和高效處理及應(yīng)用，使得系統(tǒng)在信息處理、安全防御、控制實(shí)現(xiàn)等方面具有更高的性能。HCU作為高壓變頻系統(tǒng)應(yīng)用的核心控制技術(shù)，采用獨(dú)立于變頻控制系統(tǒng)的CPU處理器，基于成熟的系統(tǒng)架構(gòu)、硬件基礎(chǔ)、軟件平臺(tái)而開發(fā)的系統(tǒng)級(jí)產(chǎn)品設(shè)備級(jí)應(yīng)用。因此，具有較高的系統(tǒng)穩(wěn)定性能。

    HCU與變頻器有機(jī)結(jié)合，卻又實(shí)現(xiàn)完全的物理隔離，確保系統(tǒng)能夠獨(dú)立運(yùn)行，獨(dú)立控制。在硬件上可選用雙CPU冗余結(jié)構(gòu)，I/O模件熱插拔，平均無故障運(yùn)行時(shí)間200000小時(shí)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于高壓變頻器本體平均無故障運(yùn)行時(shí)間20000小時(shí)的安全指標(biāo)。

2．簡(jiǎn)便易用

    采用HCU技術(shù)設(shè)計(jì)的高壓變頻控制系統(tǒng)將高壓變頻器、旁路切換裝置、高壓開關(guān)等有關(guān)的設(shè)備整合為一種驅(qū)動(dòng)設(shè)備。也就是說對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)DCS等控制系統(tǒng)而言，不存在工頻、變頻運(yùn)行方式的切換，以及控制轉(zhuǎn)速還是控制開度的切換問題，而成為一個(gè)控制設(shè)備啟停、實(shí)現(xiàn)其負(fù)荷率隨生產(chǎn)負(fù)荷調(diào)整的過程控制量穩(wěn)定的問題。

    在現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際工程應(yīng)用中只需要將高壓變頻系統(tǒng)作為一種設(shè)備使用即可。不再需要對(duì)DCS等控制系統(tǒng)內(nèi)部邏輯進(jìn)行任何改造或者增加I/O控制端口，原有的控制邏輯和調(diào)節(jié)方式不變，大大簡(jiǎn)化了項(xiàng)目執(zhí)行的現(xiàn)場(chǎng)改造工程量、降低項(xiàng)目投資成本及人工費(fèi)用等。

    系統(tǒng)進(jìn)行變頻改造前后與現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)的接口結(jié)構(gòu)如圖2。以DCS為例：改造前，DCS針對(duì)高壓主輔機(jī)設(shè)備的控制調(diào)節(jié)端口，連接高壓開關(guān)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等執(zhí)行設(shè)備。改造后，DCS的這些信號(hào)引入HCU通過協(xié)調(diào)控制技術(shù)進(jìn)行信號(hào)處理、指令分配、控制對(duì)象協(xié)調(diào)后驅(qū)動(dòng)執(zhí)行設(shè)備運(yùn)行。至于在何種情況下啟動(dòng)哪些設(shè)備、進(jìn)行何種方式的調(diào)節(jié)等邏輯判斷和指令下達(dá)，則無需由DCS來實(shí)現(xiàn)。

圖2：系統(tǒng)進(jìn)行變頻改造前后與現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)的接口結(jié)構(gòu)圖

    DCS只需要對(duì)現(xiàn)有的調(diào)節(jié)系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行再整定即可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行。如果采用常規(guī)的高壓變頻系統(tǒng)改造結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)的端口及連接結(jié)構(gòu)如圖3所示。需要在DCS側(cè)保留已有控制設(shè)備端口的基礎(chǔ)上，進(jìn)行I/O端口的增容或占用原有的備用I/O點(diǎn)，進(jìn)行大量的電氣改造施工。另外，生產(chǎn)系統(tǒng)的主輔機(jī)設(shè)備的變頻改造項(xiàng)目不是一臺(tái)或兩臺(tái)設(shè)備而是需要大量的外圍支持和專業(yè)化的個(gè)性系統(tǒng)化設(shè)計(jì)。

圖3：系統(tǒng)的端口及連接結(jié)構(gòu)圖

    基于上述原因和現(xiàn)狀，在高壓變頻應(yīng)用中采用HCU技術(shù)能夠有效解決各種問題，使得高壓變頻應(yīng)用系統(tǒng)變得更加簡(jiǎn)捷，易于實(shí)現(xiàn)。對(duì)于運(yùn)行操作人員而言，操作控制方式不變，設(shè)備增加控制復(fù)雜程度不增加，系統(tǒng)簡(jiǎn)單易用。

3．高效節(jié)能

    采用HCU技術(shù)實(shí)現(xiàn)的變頻系統(tǒng)整合，同時(shí)有效實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的資源優(yōu)化。可提高系統(tǒng)的設(shè)備利用率和工藝優(yōu)化節(jié)能運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)不僅是設(shè)備的節(jié)能而是應(yīng)用系統(tǒng)的節(jié)能，降低廠用電率，提高設(shè)備利用率等指標(biāo)。

    安裝有HCU技術(shù)的高壓變頻控制系統(tǒng)，在實(shí)現(xiàn)高壓變頻產(chǎn)品的系統(tǒng)化節(jié)能的同時(shí)，綜合考慮節(jié)約項(xiàng)目投資成本，降低投資和施工等費(fèi)用，從而大大降低設(shè)備回收投資。

三、結(jié)束語

    目前，隨著高壓變頻技術(shù)的日益發(fā)展，有關(guān)高壓變頻在應(yīng)用領(lǐng)域的安全穩(wěn)定性以及進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能等方面有更為專業(yè)深入的研究。高壓變頻協(xié)調(diào)技術(shù)的研究和推廣勢(shì)必為生產(chǎn)節(jié)能降耗起到積極有效的推動(dòng)作用。