Controller C5

Предлагается:
Новый Контроллер С5 пятого поколения для управления преобразователями серии ТПЧ

Контроллер С5, вид сверху
Обратная сторона Интегральной платы
Логическая плата, м/с ALTERA
Аналоговая плата
Плата Процессор
Плата Монитор
Плата GSM
   


Преимущества


Предлагается новая система управления - Контроллер С5 в отдельном корпусе с размерами 259х291х62мм, масса 2кг, крепление на внутренней стороне двери шкафа. Контроллер С5 применяется как в новых ТПЧ, так и для замены Контроллера в старых ТПЧ 3-го и 4-го поколения. Ниже излагаются краткие характеристики Контроллера С5.

1. Надежность. Основное назначение нового Контроллера С5 – повысить надежность силовой схемы ТПЧ. Реальное повышение надежности достигается за счет следующих преимуществ: 

  • Строгая, корректная и обширная диагностика работы силовой схемы и преобразователя в целом. Для автоматического сохранения Осциллограмм аварийных режимов введена постоянная Флэш-память, т.н. «Черный Ящик» (по аналогии с самолетами), где сохраняются до 5-ти аварийных Осциллограмм. Параллельно обеспечивается автоматический вывод Осциллограмм в Интернет - на сервер C5 Diagnostics. Введены новые точные быстродействущие датчики для съема напряжения противоэдс инвертора и напряжения выпрямителя и добавлены новые виды защит, например, превышение частоты инвертора, обрыв или КЗ индуктора, обрыв обратной связи, ошибка синхронизации выпрямителя и т.п. Усовершенствована защита от «опрокидывания» инвертора: введен т.н. Защитный Импульс, который позволяет спасти «самовключившийся» (не восстановившийся) тиристор от прогорания в отдельной точке за счет того, что дает возможность растечься току по всей поверхности шайбы, и тем самым повысить срок службы тиристора. 
  • Оптимизированы управляющие импульсы для включения тиристоров. Повышено напряжение выходных усилителей от 37В в старом Контроллере до 50В в новом Контроллере С5, что позволяет улучшить фронт нарастания импульсов на 30%. А также увеличена предельная мощность импульсов за счет применения более экономичной схемы усилителей. Импульсы настраиваются индивидуально в зависимости от типа тиристоров и от так называемого тока включения основной структуры IL. Такая подстройка повышает срок службы тиристоров и надежность работы преобразователя в целом. Введены 4 сверхбыстрых канала с временем задержки 75нс (было 1мкс) для управления инвертором до 100кГц (было до 10кГц), ток в импульсе до 4А (было до 3А), и 12 каналов среднего быстродействия для 2-х выпрямителей (было 6 каналов для одного выпрямителя), ток в импульсе до 2.5А (было до 1.5А).
  • Повышена помехоустойчивость за счет дополнительных гальванических развязок и экранирования всех цепей, что позволяет применять С5 также в ТПЧ мощностью до 2500кВт (в расчете на один ТПЧ в группе) и с выходным напряжением до 2000В (при 2-х последовательных выпрямителях). Исключена гальваническая связь между отдельными котроллерами С5 при групповой работе нескольких ТПЧ на общую нагрузку. Исключена гальваническая связь Контроллера С5 с местным и дистанционным пультами управления. Введена гальванически изолированная двухсторонняя связь через стандартный интерфейс RS-422 для удаленного мониторинга и команд.

2. Возможности. 

  • Контроллер С5 открыт для расширения функциональных возможностей, в частности, для расширения типоряда ТПЧ, как в сторону снижения мощности (ниже 40кВт), так и в сторону повышения мощности (более 2500кВт), а также как в сторону понижения частоты до 50Гц, так и в сторону повышения частоты до 66-100кГц. Обеспечены все варианты повышения мощности. Два последовательных или два параллельных выпрямителя в одном ТПЧ, со сдвигом фаз 30 градусов или без сдвига, нагруженных на один инвертор. Объединение в одну группу (на одну нагрузку) от 2-х до 4-х ТПЧ, в каждом из них 1 инвертор и 1 или 2 выпрямителя (последовательных или параллельных). 
  • Расширяется отображаемая информация на МПУ: помимо выходного напряжения, мощности и частоты, добавляются ток и напряжение выпрямителя. При этом на панели МПУ остается, как и прежде, измерительный прибор для измерения напряжения на контуре. Кроме него устанавливается только 1 переключаемый прибор (микроамперметр 100 мкА) на 4 параметра: P, f, Ud, Id. Переключение параметров осуществляется поворотным переключателем.  Параллельно микроамперметру или вместо него можно ставить цифровой индикатор (4-х знаковый дисплей) со встроенным дешевым АЦП двойного интегрирования. Тумблер для переключения управления МПУ/ДПУ теперь расположен более удобно – на панели МПУ.
  • Контроллер С5 обеспечивает мульти-частотный режим ТПЧ с возможностью работы на 4 независимых нагрузки. Флэш-память С5 хранит 4 набора настраиваемых Констант: масштабные коэффициенты, пороги защит, регулировки. Все 4 нагрузки могут быть как близкими по параметрам, так и сильно отличающимися по частоте и мощности (в десятки раз). Нагрузки переключаются внешним независимым силовым переключателем (контактором), никаких других действий не требуется, нагрузка распознается автоматически и нужный набор Констант становится активным.
  • Контроллер С5 имеет возможность управлять выходным напряжением ТПЧ по командам от внешнего устройства (компьютера) и тем самым обеспечивать автоматизацию технологических процессов (сушка футеровки индукционных печей, стабилизация температуры заготовок для кузнечнопрессового оборудования, минимизация отходов при остановках пресса и т.п.).

3. Удешевление. Усовершенствования в С5 приводят одновременно к удешевлению силовой части ТПЧ:

  • Исключается громоздкий и дорогой сетевой трансформатор.
  • Исключается режекторный фильтр.
  • Исключается громоздкая и дорогостоящая кассета и трудоемкий монтаж кассеты, одновременно улучшается технологичность, исключается пайка в шкафу.
  • Исключается блоки-удлинители из комплекта ТПЧ.
  • Исключается габаритный и дорогостоящий ваттметр, т.к. мощность определяется путем вычислений.
  • Исключается высоковольтный трансформатор напряжения (1000В) на выходе ТПЧ, узел выпрямления и фильтрации.
  • Исключаются 2 измерительных прибора внутри шкафа (ток Id и напряжение Ud выпрямителя), крепежная панель для них, провода и трудоемкость монтажа.
  • Экономятся соединительные провода и жгуты, трудоемкость монтажа, экономится пространство в шкафу, улучшается конструкция и дизайн, уменьшаются габариты и стоимость шкафа.

4. Пуско-наладка. Облегчаются пуско-наладочные работы. Осциллограф не требуется для пуско-наладки и эксплуатации, а может потребоваться только для ремонтных работ (в отдельных случаях). Процессорная плата Контроллера С5 обеспечивает пересылку осциллограмм через USB-порт в персональный компьютер. На экране компьютера появятся осциллограммы и индивидуальные рекомендации пуско-наладки. Эти рекомендации будут привязаны к реальным условиям на данном объекте.

На основе осциллограмм могут быть выявлены не только грубые монтажные ошибки Пользователя, без исправления которых ТПЧ не работает, но и «тонкие» ошибки монтажа Пользователя, которые в противном случае могли бы остаться невидимыми, и снижали бы надежность ТПЧ. Например, типичная ошибка Пользователя, когда индуктор подключается к центру разветвленной конденсаторной батареи, а ТПЧ с краю. Должно быть наоборот. Индуктор можно подключать как угодно, это неважно, а ТПЧ очень важно подключить именно в центр конденсаторной батареи. Особенно важно, когда индуктивность линии сравнительно маленькая, а конденсаторная батарея – большая. Тогда, при подключении ТПЧ с краю батареи, возникают в ошиновке батареи значительные высшие гармоники тока, что не только снижает срок службы конденсаторов, но и приводит к нестабильности работы системы управления ТПЧ, «опрокидываниям» инвертора и преждевременному выходу тиристоров из строя.

Перечисленные преимущества позволяют повысить надежность ТПЧ, снизить издержки как Пользователя, так и издержки Изготовителя.

Индикация
1. Как и раньше лампы на местном пульте управления Пуск, Стоп, Авария, Автомат Q1. Схема дистанционного пульта без изменения (но в то же время обеспечивается гальваническая изоляция Контроллера С5 от МПУ и ДПУ).

2. На корпусе С5:

  • Светодиод Power – исправность цепей питания;
  • Светодиод NotReady – не готовность ТПЧ к работе (нет синхронизации с сетью, не подключена нагрузка и т.п.);
  • 4 светодиода для индикации плеча инвертора, где произошел пробой тиристора;
  • 7-ми сегментный индикатор. Индицируется номер аварии ТПЧ. Все рекомендации и остальные подробности (в том числе временная последовательность срабатывания нескольких защит) выдает плата Processor через порт USB.

Историю проекта и дополнительные фотографии см. здесь:
Проекты - Проект 4. 2002 - ...

Эксплуатационную документацию, приложения и дополнительные материалы см. на странице Документация