سیستم های کنترل

معرفی سیستم کنترل توربین گازی MARK VI و MARK V  به کنترل پیشرفته توربین های جنرال الکتریک اشاره دارد، که بیش از 30 سال سابقه درخشان و عملکرد موفقیت آمیز دارند. سیستم کنترل توربین گازی MARK VI به عنوان یک سیستم کنترل، حفاظت و نظارت کامل و یکپارچه بر کاربردهای ژنراتور و درایو مکانیکی توربین های گازی و بخار طراحی شده است.

سخت افزار و نرم افزار سیستم کنترل توربین گازی با استفاده از مهندسی طراحی توربین جنرال الکتریک و مهندسی کنترل طراحی شده اند تا اطمینان حاصل شود، که سیستم کنترل عملکرد بهینه توربین را ارائه می دهد. با سیستم کنترل توربین گازی Mark V و MARK VI، از مزایای تجربه بی بدیل جنرال الکتریک با یک پلت فرم پیشرفته کنترل توربین بهره مند خواهید شد.

سیستم کنترل توربین گازی در گروه PLC هایی قرار می گیرد، که فقط برای کنترل توربین طراحی شده اند، تا بهترین عملکرد و تریپ روی توربین ها را داشته باشند. در مجموع این سیستم به تنهایی و بدون نیاز به سیستم دیگری کامل ترین دستگاه کنترل طراحی شده، به شمار می رود. وجود معماری سازگار، کیفیت و سرعت بالا در تبادل و پردازنده های قوی در این سیستم به دلیل اترنت در لایه کنترل می باشد، که از مزایای آن به شمار می رود.

سیستم کنترل توربین گازی جنرال الکتریک (GE) با نام Speedtronic شناخته می شود. این سیستم یکی از معروفترین کنترل کننده هایی است، که قابل برنامه ریزی بوده و دارای شهرت جهانی می باشد. میزان فروش این محصول در بازار نشان دهنده محبوبیت آن به عنوان یک برند قدیمی است. این سیستم کنترل توربین گازی با درخواست نصب بالا جزو بهترین کنترل کننده های توربین گازی در جهان به شمار می رود.

آشنایی با ساختار توربین گازی

قبل از ادامه مطلب نیاز است که تا حدودی با ساختار توربین گازی آشنایی داشته باشید، تا بهتر بتوانید با ساختار و سیستم کنترل توربین گازی آشنا شوید.

توربین گازی نوعی ماشین دوار است که دارای یک موتور درون سوز بوده و با استفاده از انرژی گازهایی که بر اثر احتراق به وجود می آیند کار می کند. توربین ها از بخش های مختلفی تشکیل می شوند، از جمله:

• توربین، که انرژی احتراق گازها را به انرژی مکانیکی تبدیل می کند
• محفظه احتراق برای مخلوط کردن سوخت با هوا و احتراق آن
• کمپرسور که برای فشرده کردن هوا استفاده می شود

انرژی مکانیکی که در توربین ها تولید می شود صرف موارد مختلفی از جمله چرخاندن کمپرسور توربین، چرخاندن مولد الکتریکی، سرعت بخشیدن به هوا مانند توربوجت و توربوفن و… می شود. توربین های گازی دارای 4 کنترلر هستند از جمله:

• کنترلر بار
• کنترلر سرعت
• کنترلر شروع کار
• کنترلر بار توربین

سیستم کنترل توربین گازی می تواند جریان سوخت وارد شده به اتاق احتراق را کنترل کند، تا این موارد حاصل شود:

1. کنترل کردن دمای پوسته داخلی توربین و پره ها
2. کنترل شتاب گرفتن شفت در حد مجاز
3. کنترل کردن میزان بارگیری در حدی که واحدهای تولیدی نیاز دارند
4. حفظ کردن سرعت ثابت شفت در بارها

طراحی سیستم کنترل توربین گازی

در سیستم کنترل توربین گازی Mark V و Mark VI دو معماری Simplex و TMR مورد استفاده قرار گرفته شده، که دارای سه کنترل کننده S، R و T هستند. این سیستم ها  دارای تمامی مشخصات مورد نیاز برای محافظت، کنترل و مانیتورینگ توربین هستند.

سیستم کنترل توربین گازی قلب ماژول کنترل است، که در یک قفسه کارت استاندارد VME با 13 یا 21 شکاف وجود دارد. ورودی‌ ها و تهویه سیگنال غیرفعال توسط ماژول کنترل از طریق تابلوهای پایانی با قطعه هایی به شکل جعبه‌ دریافت می‌ شوند. هر کارت ورودی/ خروجی حاوی یک پردازنده TMS320C32 DSP است، تا قبل از تبدیل به فرمت ممیز شناور 32 بیتی IEEE-854 به صورت دیجیتالی داده ها را فیلتر کند.

سپس داده ها در حافظه دو پورت قرار می گیرند، که توسط C32 DSP موجود در یک طرف و گذرگاه VME از طرف دیگر قابل دسترسی است. علاوه بر کارت های ورودی/ خروجی، ماژول کنترل شامل یک کارت ارتباطی داخلی، یک کارت پردازنده اصلی و گاهی اوقات یک کارت فلش دیسک است.

هر کارت یک شکاف دارد، به جز پردازنده اصلی که دو شکاف دارد. کارت‌ ها با تکنولوژی نصب شده روی سطح و پوشش‌ دهی مطابق با IPC-CC 830 تولید می‌ شوند.

کارت پردازنده اصلی، بسته به نیاز برنامه، بخش عمده ای از نرم افزارهای کاربردی را با سرعت 10، 20 یا 40 ms اجرا می کند. از آنجایی که اکثر برنامه‌ ها نیاز دارند که بخش‌ های خاصی از کنترل با  با سرعت بیشتری اجرا شوند (مانند حلقه‌ های سروو، پیرومترها و غیره). سیستم پردازنده توزیع شده بین پردازنده اصلی و پردازنده‌ های ورودی/ خروجی اختصاصی، برای عملکرد بهینه سیستم بسیار مهم است.

با سیستم کنترل توربین گازی Mark VI، از مزایای تجربه بی بدیل جنرال الکتریک با یک پلت فرم پیشرفته کنترل توربین بهره مند می شوید.

• بیش از 30 سال تجربه
• کنترل، حفاظت و نظارت کامل
• می تواند در برنامه های مختلف استفاده شود
• طراحی شده توسط توربین جنرال الکتریک و مهندسی کنترل

ارتباط داده ها بین ماژول کنترل و سایر ماژول ها در سیستم کنترل توربین گازی Mark VI بر روی IONet انجام می شود. کارت VCMI در ماژول کنترل، گذرگاه اصلی IONet است، که روی یک شبکه اترنت 10Base2 با ایستگاه های بعدی ارتباط برقرار می کند. لازم به ذکر است که یک پروتکل نوع قطبی منحصر به فرد (زبان درایوهای ناهمزمان) برای قطعی تر کردن IONet نسبت به شبکه های محلی اترنت سنتی استفاده می شود.

ماژول کنترل برای عملکردهای کنترل، حفاظت و نظارت استفاده می شود، اما برخی از برنامه ها نیاز به حفاظت و پشتیبانی دارند. به عنوان مثال، حفاظت و پشتیبانی از سرعت بیش از حد همیشه برای توربین هایی که پیچ مکانیکی کنترل بیش از حد سرعت ندارند، مورد نیاز است.

ماژول های IO به دو دسته عمده تقسیم می شوند:

• ماژول های چند منظوره General Purpose I/O
• ماژول نرم افزار ویژه Application Specific I/O

کارت های چند منظوره I/O در سیستم کنترل توربین گازی

ماژول های دیجیتال در سیستم کنترل توربین گازی: کارت VCRC دارای 48 ورودی دیجیتال و 24 خروجی دیجیتال است. ورودی/ خروجی بین 2 تابلو پایانی برای ورودی های اتصال و 2 تابلو دیگر برای خروجی های تقویتی تقسیم می شوند.

ماژول های آنالوگ: کارت VAIC دارای 20 ورودی آنالوگ و 4 خروجی آنالوگ است. ورودی و خروجی بین 2 تابلو پایانی تقسیم می شوند. یک VAOC به 16 خروجی آنالوگ و رابط با 1 تابلو پایانی به شکل سد و یا 2 تابلو پایانی به شکل جعبه اختصاص داده شده است.

ماژول های کنترل دما: یک کارت VTCC برای 24 ترموکوپل و یک کارت VRTD اتصال را برای 16 RTD فراهم می کند. کارت های ورودی با 1 تابلو پایانی به شکل سد و یا 2 تابلو پایانی به شکل جعبه ارتباط دارند. ظرفیت نظارت بر 9 ترموکوپل اضافی در ماژول حفاظت پشتیبان ارائه می شود.

نرم افزار سیستم کنترل IO

علاوه بر ورودی/ خروجی عمومی، سیستم کنترل توربین گازی Mark VI دارای کارت‌ های متنوعی است که قابلیت اتصال مستقیم به سنسورها و محرک‌ ها را دارند. این امر باعث کاهش یا حذف مقدار قابل توجهی از قطعات الکترونیکی و کارت های حذف شده در بسیاری از موارد می شود.

در نتیجه، بسیاری از خرابی‌ های تک نقطه‌ ای در نواحی حساس برای بهبود قابلیت و ایجاد اطمینان از اجرا و همچنین کاهش تعمیر و نگهداری طولانی مدت حذف می‌ شوند. همچنین این رابط مستقیم با سنسورها و محرک‌ ها قادر به عیب‌ یابی است و مستقیماً دستگاه‌ ها و تجهیزات را برای حداکثر اثربخشی ارزیابی می کند. این داده ها برای تجزیه و تحلیل عملکرد دستگاه و سیستم استفاده می شوند.

کارت VTUR برای ادغام چندین رابط حسگر منحصر به فرد مورد استفاده در سیستم کنترل توربین گازی طراحی شده است.

کارت کنترل VALVE در سیستم کنترل توربین گازی

در سیستم کنترل توربین گازی وظیفه کنترل VALVE برعهده کارت کنترل سروو (SERVO) می باشد. این کارت یک ترمینال با برد اتصالات مدار است، که وظیفه آن انتقال اطلاعات کارت VSVO می باشد. سیستم کنترل TRIPLE می باشد، که برای سیستم VALVE مناسب بوده و برای آن ها طراحی شده است.

کارت حفاظت توربین چیست؟

مهمترین بخش در سیستم کنترل توربین گازی بخشی است که به آن کنترل حفاظتی توربین گفته می شود و دارای کارت تخصصی (VPRO) می باشد. این کارت به حفاظت از کل سیستم می پردازد و از خاموش شدن کلیه اسلات ها جلوگیری می کند. کارت حفاظت توربین یکی از مهمترین بخش های موجود در سیستم کنترل توربین گازی است، که از ایجاد خسارت های شدید هنگام اختلالات پیش آمده جلوگیری می کند.

کارت حفاظت توربین چیست؟

مهمترین بخش در سیستم کنترل توربین گازی بخشی است که به آن کنترل حفاظتی توربین گفته می شود و دارای کارت تخصصی (VPRO) می باشد. این کارت به حفاظت از کل سیستم می پردازد و از خاموش شدن کلیه اسلات ها جلوگیری می کند. کارت حفاظت توربین یکی از مهمترین بخش های موجود در سیستم کنترل توربین گازی است، که از ایجاد خسارت های شدید هنگام اختلالات پیش آمده جلوگیری می کند.

کارت ویبریشن چیست؟

زیر نظر داشتن و کنترل همیشگی لرزش های توربین، بررسی داده ها و معیارهای مربوط به آن یکی از وظایف سیستم کنترل توربین گازی می باشد. همچنین ارائه دستورات لازم و راهبری این سیستم نیز یکی از حساس ترین وظایف به شمار می رود. این وظیفه مهم و حساس بر عهده کارت  VVIB  است، تا به صورت تخصصی انجام شود. این کارت با پردازش اطلاعات دریافتی آن ها را برای پردازنده اصلی، از طریق VME ارسال می کند.

کارکرد کارت سنکرون در توربین چیست؟

یکی از مهمترین اجزای کنترلی در سیستم کنترل توربین گازی کارت سنکرون می باشد. این عملیات مهم با استفاده از کارت VTURE امکان پذیر است. تمامی وظایف مورد نظر با توجه به سیستم کنترل توربین گازی در آن برنامه ریزی می شود. این کارت با پردازنده مرکزی در ارتباط بوده و نحوه دریافت و ارسال تمامی اطلاعات را تحت پروتکل های تعریف شده ارائه می دهد و قادر به فراهم کردن اطمینان و صحت در عملکرد سیستم کنترل می باشد.

هزینه تعمیر سیستم کنترل توربین گازی

با توجه به اینکه قطعات جنرال الکتریک بر روی کارت های اجزای سیستم کنترل توربین گازی وجود دارد، هزینه های نگهداری و تعمیرات آن بسیار پایین آمده است. این سیستم ها دارای عملکردی با کمترین استهلاک و عمر مفید بالا هستند، که نیاز به تعمیرات را کاهش داده و هزینه نگهداری آن ها را پایین آورده است.

وجود نمایندگی جنرال الکتریک در بسیاری از مناطق نیاز به مراجعه به تعمیرکاران وسایل متفرقه را کاهش داده و با حضور متخصصان حرفه ای بر سر کار، هزینه ها کاهش پیدا کرده است.

کاربرد ماژول ها

این سیستم کنترل توربین گازی جزو اولین سیستم های ماژولار در شرکت جنرال الکتریک است. در این سیستم عیب یابی و یا نیاز به تعویض کارت ها به راحتی انجام می شود و در هر ردیف تمامی کارت ها بر روی یک رک قرار می گیرند، که با استفاده از ماژول واسط با کنترلر مرکزی در ارتباط می باشند.

از ماژول هایی که به آنها اشاره کردیم در موارد مختلفی استفاده می شود، که می توان به این گزینه ها اشاره کرد:

• سرعت ورودی
• همگام سازی
• تشخیص شعله احتراق
• سیستم لغزش
• خط اتصال دریچه سروو
• ارتعاش و ورودی های Proximitor
• ورودی های پیرومتر نوری
• مانیتورینگ سه فاز PT و CT

سرعت ورودی در سیستم کنترل توربین گازی

ورودی های چهار سرعته از سنسورهای مغناطیسی غیرفعال توسط کارت VTUR کنترل می شوند. ورودی های دو سرعته نیز توسط سروو کارت VSVO نظارت می شوند و می توانند با سنسورهای سرعت غیرفعال و یا فعال ارتباط برقرار کنند.

سیستم همگام سازی

این سیستم شامل همگام سازی خودکار، همگام سازی دستی و حفاظت از بررسی همگام سازی پشتیبان می باشد.

تشخیص شعله احتراق

وجود شعله را می توان از روی پارامترهای توربین یا از رابط مستقیم به ردیاب های شعله رویتر استوکس (Reuter Stokes) یا هانیول (Honeywell) محاسبه کرد. این ردیاب ها شعله را در محفظه احتراق با تشخیص اشعه UV ساطع شده از شعله تشخیص می دهند.

ردیاب های رویتر استوکس (Reuter Stokes) یک ورودی 4-20 میلی متری تولید می کنند. برای اسکنرهای شعله Honeywell، Mark VI احتراق 335Vdc را تامین می‌ کند و VTUR/TRPG پالس‌ های جریان تولید شده را ردیابی می‌ کند. این سیستم مشخص می کند، که آیا تجمع کربن یا سایر آلودگی ها روی پنجره اسکنر باعث کاهش تشخیص نور می شود یا خیر.

سیستم لغزش

در توربین هایی که پیچ کنترل مکانیکی سرعت بیش از حد ندارند، کنترل سیستم لغزش می تواند از ماژول حفاظت کند.

خط اتصال دریچه سروو

در استفاده از TMR، معمولاً از 3 سروو و سیم پیچ برای گسترش میزان خروجی های آنالوگ به سروو کویل ها استفاده می شود.

ارتعاش و ورودی های Proximitor

کارت VVIB یک اتصال مستقیم با کاوشگرهای لرزه ای (سرعت)، Proximitor، Velomitor، و شتاب سنج (از طریق تقویت کننده شارژ) فراهم می کند. علاوه بر این، ورودی‌ های موقعیت DC برای اندازه‌ گیری‌ های محوری و ورودی‌ های Keyphasor ارائه می‌ شوند.

مانیتورینگ سه فاز PT و CT

کارت VGEN نقش دوگانه ای را به عنوان یک رابط برای PT های 3 فاز و CT های 1 فاز دارد. همچنین یک سیستم کنترل تخصصی برای عدم تعادل قدرت و فعال سازی زود هنگام دریچه در توربین های بزرگ بخار می باشد.

ورودی های پیرومتر نوری

کارت VPYR با دو پیرومتر مادون قرمز LAND بر ایجاد مشخصات دمایی پره های چرخان توربین نظارت می کند.

رابط اپراتور

رابط اپراتور معمولاً به عنوان رابط کاربری (HMI) شناخته می شود. این یک رایانه شخصی با سیستم عامل Microsoft و Windows NT است، که از قابلیت سرویس گیرنده سرور پشتیبانی می کند. دارای یک سیستم نمایش گرافیکی CIMPLICITY، یک جعبه ابزار سیستم کنترل برای تعمیر و نگهداری، و یک رابط نرم افزاری برای Mark VI و سایر سیستم های کنترل در شبکه می باشد.

موارد استفاده از رابط اپراتور:

• رابط اپراتور اولیه برای یک یا چند واحد استفاده می شود
• یک رابط اپراتور پشتیبان به رابط اپراتور DCS
• مسیری برای پیوندهای ارتباطی به سایر سیستم های کنترلی
• یک ایستگاه تعمیر و نگهداری دائم یا موقت
• ایستگاه کاری مهندسی

تمام کنترل ها و حفاظت ها در کنترل Mark VI قرار دارند، که به HMI اجازه می دهد جزء غیر ضروری سیستم کنترل توربین گازی باشد. در این صورت می توان آن را مجدداً بازسازی کرد یا با فرآیند در حال اجرا بدون تاثیر بر سیستم کنترل جایگزین کرد. در صفحات گرافیکی قادر به مشاهده تمامی پارامترها و وضعیت متغیرها خواهید بود. همچنین می توان آلارم های رخ داده در توربین را ذخیره سازی کرد.

تعمیر و نگهداری نرم افزارها در سیستم کنترل توربین گازی

Mark VI یک سیستم کنترل توربین گازی کاملاً قابل برنامه ریزی است. نرم‌ افزار های مورد استفاده از ابزارهای اتوماسیون داخلی ساخته می‌ شوند. در این سیستم با استفاده از الگوریتم‌ های کنترل و حفاظت جنرال الکتریک آنها را با ورودی/خروجی ها و نمایشگرهای هر برنامه هماهنگ می‌ کنند.

مدت زمان مورد نیاز برای ورودی ها، برنامه ریزی و اجرای نرم افزارها و خروجی ها حدود 10، 20 و 40 ثانیه می باشد. برای ایجاد تغییرات و محافظت از نرم افزار ها می توان رمز عبور تعریف کرد و در حین اجرای فرایند ماژول ها از آن ها استفاده کرد. تمامی نرم افزارهای مورد استفاده در Control Module قابل ذخیره سازی در حافظه فلش می باشند.

ارتباطات در سیستم کنترل توربین گازی

ارتباطات در سیستم کنترل توربین گازی به منظور انتقال داده های داخلی در یک سیستم کنترل Mark VI ارائه می شود. درایور ارتباطی UDH بر روی کارت پردازنده اصلی در Mark VI قرار دارد. این همان کارتی است که نرم افزار کاربردی توربین را اجرا می کند. بنابراین، هیچ نقطه شکست ارتباطی بالقوه ای بین پردازنده توربین اصلی و سایر سیستم های کنترل یا نظارت بر روی UDH وجود ندارد.

در سیستم های TMR، سه کارت پردازنده مجزا وجود دارد که نرم افزارهای کاربردی یکسان را از پایگاه های داده یکسان اجرا می کنند. دو تا از درایورهای UDH معمولاً به یک سوئیچ وصل می‌شوند و درایور UDH دیگر با پیکربندی ستاره به سوئیچ دیگر متصل است.

تمام دستورات اپراتور، می توانند از یک کامپیوتر راه دور از طریق HMI (ها) به Mark VI (ها) صادر شوند. همچنین رایانه راه دور می تواند هر داده نرم افزار کاربردی موجود در Mark VI را نظارت کند. این سیستم می تواند حدود 500 نقطه را در هر بار بررسی، زیر نظر داشته باشد. با این حال، با برنامه نویسی در سیستم معمولاً حدود 1200 نقطه از طریق پیوندهای ارتباطی برای پشتیبانی قابل دسترسی است.

از پروتکل های مختلف ارتباطی می توان برای ارتباط با سایر سیستم ها و DCS، در سیستم کنترل Speedtronic Mark VI استفاده کرد:

• MODBUS TCP/IP
• MODBUS RS232/485
• Ethernet TCP-IP

عیب یابی در سیستم کنترل توربین گازی

در سیستم کنترل توربین گازی هر کارت در ماژول کنترل می تواند به عیب یابی بخش ها بپردازد از جمله:

• برنامه های سخت افزاری
• برنامه های سیستم نرم افزاری
• تشخیص به موقع هنگام شرایط غیر عادی سخت افزاری

همچنین در هر کارت مقادیر پایین و بالا بودن در ورودی ها به طور خودکار چک می شود. در ورودی سیگنال های آنالوگ می توان محدودیت هایی در واحدهای مهندسی به صورت بالا، پایین و کم با پیکربندی I/O تنظیم کرد. با برنامه نویسی و ایجاد دستورهای مورد نیاز می توان در صورت مشاهده هرگونه تغییر رفتار غیر عادی، عملکرد به موقع نشان داد.

با توجه به آلارم های طراحی شده در سیستم کنترل توربین گازی به طور خودکار، هشدارها بر روی صفحه نمایش HMI نمایش داده می شوند. این آلارم ها قابل برنامه ریزی هستند، تا به طور خودکار اعلام هشدار کنند. این آلارم ها به سیستم DCS نیز قابل انتقال می باشند.

قدرت در سیستم کنترل توربین گازی

قدرت در سیستم کنترل توربین گازی با اتصال به باتری 125 ولت تامین می شود. هنگامی که از یک منبع 120/240 ولت استفاده می شود، یک مبدل برق منبع را با یک ترانسفورماتور ایزوله می کنند و آن را به 125 ولت ولتاژ یکسو می کنند. اگر میزان ولتاژ در این سیستم پایین تر از حد مجاز برسد، سیستم عیب یابی، هشدار خواهد داد.

سیستم کنترل توربین گازی قادر است با هر دو رنج قدرت معمول در صنایع یعنی 120 و 140 VAC استفاده شود.

مراحل راه اندازی سیستم کنترل توربین گازی

برای راه اندازی سیستم کنترل توربین گازی نیاز به انجام مراحلی داریم تا به صورت استاندارد انجام شود. این مراحل عبارتند از:

• بررسی و انجام تست های سرد در لوپ ها
• بررسی ارت
• روشن کردن سیستم و دانلود برنامه لاجیک
• انجام تست فانکشن و لوپ چک
• تست قدرت و تمامی فیدرهای الکتریکال
• تست کرنک
• بررسی فایرینگ
• کوپل ادوات دوار مانند ژنراتور و کمپرسور