- 18 اردیبهشت 1403
- by: مدیر سایت
آنچه در این مقاله میخوانید
1. سیستم کنترل دیزل ژنراتور
در صنعت دیزل ژنراتور، نیاز به یک سیستم کنترلی مطمئن و کارآمد که مورد پسند کاربر هم باشد بسیار حیاتی است. در واقع اگر ما دیزل ژنراتور را به یک انسان تشبیه کنیم، سیستم کنترلی مغز آن خواهد بود. سیستم کنترل دیزل ژنراتور نقش حیاتی در کیفیت عملکرد و طول عمر آن دارد. سیستمهای کنترلی که بر عملکرد اجزای دیزل ژنراتور نظارت داشته و آنها را کنترل و مدیریت میکنند، نقش مهمی در پاسخ به نیازهای کاربران دارند. با افزایش پیچیدگیهای استفاده از دیزل ژنراتور، به خصوص در کاربریهای حساس، اهمیت سیستم کنترلی دیزل ژنراتور بیش از پیش نمایان شده است. از جمله وظایف این سیستمها میتوان به راه اندازی و خاموش کردن دیزل ژنراتور، تنظیم بار، حفاظت از آلترناتور و موتور دیزل در برابر شرایط نامطلوب و نمایش وضعیت اجزای دیزل ژنراتور اشاره کرد. همچنین سیستمهای کنترل مدرن را میتوان از راه دور نظارت و کنترل کرد و برای کاربران این امکان را فراهم کرد که قادر باشند وضعیت دیزل ژنراتور را از هر مکانی بررسی کنند. این سیستمها میتوانند به صورت خودکار و بدون دخالت اپراتور راهاندازی شده و هنگامی که برق شهر قطع میشود، انرژی الکتریکی مورد نیاز مصرفها کنندهها را تامین کنند. سیستم کنترل دیزل ژنراتور، یک عنصر حیاتی است که به بهرهبرداری ایمن و کارآمد دستگاه کمک میکند. انتخاب یک سیستم کنترل مناسب با توجه به نیازهای خاص هر کاربر، میتواند به بهینهسازی عملکرد و طول عمر ژنراتور کمک کند.
2. معرفی سیستم کنترلی Power Command
یکی از سیستمهای کنترل دیزل ژنراتور که اخیر توجهات زیادی را در صنعت به خود جلب کرده ورژن 3.3 سیستم کنترلی Power Command میباشد که به صورت انحصاری توسط شرکت کامینز پاور طراحی و تولید شده است. این سیستم کنترلی که به اختصار PCC نامیده میشود، مخصوص دیزل ژنراتورهای کوپل فابریک شرکت کامینز پاور بوده و کلیه دیزل ژنراتورهای کامینز پاور که با سیستم کنترلی به جز PCC در بازار موجود است، کوپل فابریک نبوده و توسط شرکت های متفرقه کوپل شده است. یکی از ملاک های تشخیص کوپل فابریک کامینز پاور استفاده از برد کنترلی Power Command میباشد. PCC یک برد کنترلی مبتنی بر میکروپروسسور بوده که به منظور کنترل، اندازهگیری و مانیتوریگ یکپارچه توابع کنترلی و حفاظتی دیزل ژنراتور، توسط شرکت کامینز پاور توسعه داده شده است. پیکربندی یکپارچه و مدرن PCC که گاورنر الکترونیکی پیشرفته کامینز، AVR و ECM موتور را در خود جای داده، به کاربران این امکان را میدهد که به بالاترین و مدرنترین سیستم کنترلی دیزل ژنراتورها دسترسی داشته باشند. PCC3.3 علاوه بر تسهیل بهرهبرداری از دیزل ژنرانور، مصرف سوخت را کاهش، عمر موتور را افزایش، ایمنی را بهبود و سرویس دهی دیزل ژنراتور را ارتقا داده است. برد کنترلی PCC3.3 از یک کنترلر Power Command 3300، بردهای جانبی مربوط به AVR، گاورنر الکترونیکی، ورودی و خروجیهای قابل برنامهریزی و یک عدد HMI 320 تشکیل شده است. کنترلر Power Command 3300 مغز متفکر این سیستم کنترلی بوده که مسئولیت مانیتورینگ، اندازهگیری و اجرای توابع حفاظتی را بر عهده داشته و از طرف دیگر HMI 320 یک محیط کاربر پسند را برای استفاده از دیزل ژنراتور فراهم مینماید. سیستم کنترلی Power Command برای استفاده در طیف وسیعی از دیزل ژنراتورها و کاربردهایی که نیاز به سنکرون کردن دیزل ژنراتور با شبکه یا دیزل ژنراتورهای دیگر را دارند نیز مناسب است. این سیستم کنترلی با آلترناتورهای دارای سیستم تحریک Shunt و سیستم تحریک PMG سازگار است. PCC3.3 در فرکانس 50 و 60 هرتز قابلیت کارکرد داشته و محدوده کاری ولتاژ قابل اعمال به طور مستقیم به آن 120-600V و ولتاژ قابل اعمال از طریق ترانسفورماتور 601-45000V میباشد. توان مورد نیاز این برد کنترلی از باتریهای دیزل ژنراتور تغذیه میشود.
در ادامه به بررسی اجمالی برخی از ویژگیهای کلیدی PCC3.3 میپردازیم تا مشخص شود چرا این سیستم کنترلی یکپارچه، بهترین گزینه برای دیزل ژنراتور میباشد.:
طراحی مقاوم: طراحی این سیستم کنترلی به گونهای بوده که قابلیت کارکرد در سختترین شرایط محیطی را داشته و برد کنترلی اصلی آن کاملا در یک محیط ایزوله قرار داده شده است.
نمایشگر دیجیتالی: سیستم کنترلی Power Command 3.3 از یک نمایشگر 320 x 240 پیکسل دارای بک لایت بهره میبرد.
پشتیبانی از زبانهای مختلف: سیستم PCC3.3 از چندین زبان پشتیبانی میکند.
تنظیم ولتاژ دیجیتال: AVR دیجیتال این سیستم کنترلی مجهز به یکسوساز تمام موج نوع FET و سازگار با سیستمهای تحریک Shunt و PMG میباشد.
حفاظت AmpSentry : یک حفاظت قدرتمند و موثر برای محافظت ژنراتور در برابر اضافه جریان است که به طور انحصاری توسط شرکت کامینز پاور توسعه یافته و در سیستم کنترلی PCC3.3 مورد استفاده قرار گرفته است.
مانیتورینگ دیزل ژنراتور: سیستم PCC 3.3 قابلیت نمایش وضعیت کلیه عملکردها و پارامترهای حیاتی موتور دیزلی و آلترناتور و ضرایب سیستمهای کنترلی تنظیم ولتاژ و فرکانس را فراهم میکند.
اندازهگیری دیجیتال پارامترها: PCC 3.3 تمامی پارامترهای DC و AC را اندازهگیری میکند.
مانیتورینگ باتریها: PCC 3.3 پارامترها باتریها را مانیتور در شرایط ضعیف بودن باتری، هشدارهای لازم را صادر میکند.
حفاظت کامل: برد کنترلی PCC3.3 کلیه حفاظتهای مورد نیاز برای دیزل ژنراتور را بر اساس استاندارد ANSI فراهم میکند.
ساعت Real Time: امکان ثبت زمان واقعی کلیه رخدادهای و وقایع بهرهبرداری از دیزل ژنراتور را فراهم میکند.
قابلیت سنکرون سازی: سیسستم PCC3.3 با بهرهگیری از Synchronizer و حفاظت Sync Check ، قابلیت تطبیق ولتاژ و سنکرون کردن فرکانس دیزل ژنراتور با شبکه یا سایر دیزل ژنراتورها را به دو روش Slip Frequency و Phase Match را فراهم میکند.
نظارت بر شبکه: در حالت سنکرون PCC3.3 قابلیت اندازهگیری و نظارت بر پارامترهای برق شبکه را دارا میباشد.
امکان پخش بار: قابلیت تقسیم توان در حالت Isochronous
حفاظت Sync Check: این حفاظت قابلیت تنظیم ولتاژ، فرکانس، زاویه فاز و تاخیر زمانی را فراهم میکند.
سرویس دهی پیشرفته: PCC 3.3 با استفاده از نرم افزار Inpower قابل برنامه ریزی بوده و امکان ذخیره کلیه پارامترها را فراهم میکند.
رابط ارتباطی ModBus: برای اتصال و برقراری ارتباط با تجهیزات مشتری
ورودی و خروجی های قابل پیکربندی: 4 عدد ورودی دیجیتال و 4 عدد خروجی کانتکت خشک (Dry Contact)
3. HMI سیستم کنترلی PCC3.3
HMI 320 مورد استفاده در این سیستم کنترلی، یک محیط کاربرد پسند را برای استفاده از دیزل ژنراتور فراهم میکند. از طریق این HMI میتوان بسیاری از عملکردهای دیزل ژنراتور را تنظیم کرد و به اطلاعات سیستم کنترلی و نرم افزار و اطلاعات مربوط به مدل دیزل ژنراتور دسترسی داشت. این رابط کاربری شامل 5 چراغ سیگنال مطابق با نمادهای استاندارد بینالمللی و توضیحات متنی مطابق با نیاز مشتریان است که وضعیت دیزل ژنراتور را نشان میدهد. این رابط کاربری از یک نمایشگر 320×240 پیکسل دارای بک لایت بهرهمیبرد و برای عملکرد بهتر و حرکت در منوهای مختلف از کلید سیلیکونی بهره میبرد. واحد اندازهگیری پارامترها و نسبت کانتراست و روشنایی تصویر قابل تنظیم بوده و تمامی اطلاعات مربوط به دیزل ژنراتور از طریق اسکرول کردن صفحات منو قابل نمایش و دسترسی است. برخی از ویژگی HMI این سیستم کنترلی عبارتند از:
- ثبت سوابق و نمایش اطلاعات مربوط به زمان کارکرد دیزل ژنراتور، تعداد استارتهای موتور، مجموع کیلووات ساعت تولیدی توسط دیزل ژنراتور و منحنی بار.
- ثبت و نمایش 32 خطای دیزل ژنراتور به همراه اطلاعات کنترلی و زمان وقوع خطا
- نمایش اطلاعات مربوط به شماره سریال موتور، ژنراتور و اطلاعات تولید دیزل ژنراتور
- نمایش پارامترهای ژنراتور مانند ولتاژ، جریان، توانهای اکتیو و راکتیو، ضریب توان و فرکانس
- نمایش پارامترهای شبکه مانند ولتاژ، جریان، توانهای اکتیو و راکتیو، ضریب توان و فرکانس
- نمایش اطلاعات موتور مانند، دور موتور، دمای موتور، فشار روغن موتور، دمای روغن موتور، دمای منیفولد هوا
- تنظیم پارامترهای موتور مانند گاورنر موتور، تنظیم ولتاژ، سیکل استارت، تنظیمات مربوط به وقوع خطا، تنظیمات مربوط به ورودیها و خروجیها، کالیبره کردن اندازهگیریها و تنظیمات مربوط به موازی کردن ژنراتورها
4. تنظیم فرکانس در PCC 3.3
واحد کنترل موتور (Engine Control Module) که به اختصار EMC گفته میشود، در سیستم کنترلی PowerCommand3.3 از طریق پروتکل ارتباطی SAE-J1939 CAN امکان کنترل تمامی پارامترها و حالتهای کاری موتور را داشته و تبادل اطلاعات بین ECM و برد PCC نیز از طریق همین پروتکل CAN به طور پیوسته برقرار میشود. در موتورهای دیزلی هیدرومکانیکی (HM Engine) مانند سری KT و VT شرکت کامینز پاور، یک برد الکترونیکی کمکی با نام HM-ECM and AVR Power Stage پس از دریافت فیدبکهای دور و فرکانس دیزل ژنراتور و تحلیل آنها، سیگنالهای کنترلی لازم را به برد گاورنر الکترونیک ارسال میکند و دور موتور و فرکانس دیزل ژنراتور را به طور پیوسته و در تعامل با PCC ثابت نگه میدارد. برد HM-ECM که در کنار PCC نصب میشود، وظیفه کنترل پارامترهای موتور مانند دمای آب و دما و فشار روغن را در حین کارکرد آن به عهده دارد. اما در موتورهای Full Authority Electronic مانند سری کوانتوم کامینز پاور (QSK)، وظیفه کنترل دور بر عهده ECM بوده که خود میکروپروسسور قدرتمند و مجزا از PCC داشته و بر روی بدنه موتور نصب میشود. این ECM با استفاده از پروتکل ارتباطی SAE-J1936 CAN با سیسستم کنترلی PCC تعامل جامعی داشته و تبادل اطلاعات بین ECM موتور و برد PCC را به منظورکنترل، اندازهگیری و شناسایی خطاها فراهم میآورد. گاورنر الکترونیکی در سیستم PCC 3.3 در دوحالت Droop و Isochronous میتواند تنظیم فرکانس و توان اکتیو را کنترل نماید.
برد کمکی Governor Power Stage در سیستم Power Command3.3
5. تنظیم اتوماتیک ولتاژ ژنراتور در PCC 3.3
تنظیم اتوماتیک ولتاژ (AVR) نیز در سیستم کنترلی Power Command توسط برد کمکی AVR Power Stage و به صورت کاملا دیجیتال انجام میشود. PCC3.3 نمونه ولتاژ ترمینال ژنراتور را دریافت کرده و یک سیگنال PWM به برد کمکی AVR Power Stage ارسال میکند. جریان تحریک ژنراتور، متناسب با این سیگنال PWM ارسالی از PCC مشخص و توسط برد AVR Power Stage به سیستم تحریک اعمال میشود. همچنین توان مورد برد نیاز AVR Power Stage توسط سیستم تحریک PMG تامین میشود. مکانیزم تنظیم اتوماتیک ولتاژ بر اساس ولتاژ خط سه فاز است که با سیستمهای تحریک PMG و Shunt سازگار میباشد. AVR دیجیتال با استفاده از رگولاتور نوع FET با یکسوساز تمام موج استارت الکتروموتورها تسهیل میکند. در دیزل ژنراتورهای هیدرومکانیکی، هر دو برد HM-ECM و AVR در یک برد ادغام شده اند و کنترل دور و فرکانس توسط برد کمکی Governor Power Stage انجام میشود.
6. ویژگیهای حفاظتی Power Command
یکی از برتریهای سیستم کنترلی PCC نسبت به سیستمهای کنترلی رایج در بازار، حفاظتهای جامع و کاملی است در نظر گرفته شده برای این برد کنترلی است که برخی از این توابع حفاظتی به طور انحصاری در PCC موجود میباشند. در ادامه به بررسی ویژگیهای حفاظتی سیستم کنترلی PCC 3.3 میپردازیم :
6.1. حفاظتهای ANSI در PCC 3.3
حفاظت اضافه ولتاژ AC (حفاظت 59): این حفاظت در صورتی که ولتاژ هر فاز از مقدار از پیش تعیین شده فراتر رود، دیزل ژنراتور را خاموش میکند. زمان عمل کردن این حفاظت با مقدار تنظیم شده آن نسبت عکس دارد یعنی برای مقادیر بزرگتر، تاخیر زمانی کمتری در نظر گرفته میشود. مقدار تنظیمی برای حفاظت 59 معمولا بین 105_125% ولتاژ نامی با تاخیر قابل تنظیم بین 0.1 تا 10 ثانیه در نظر گرفته میشود. مقادیر پیش فرض برای این حفاظت 110% ولتاژ نامی با تاخیر زمانی 10 درصد تنظیم شده است.
حفاظت افت ولتاژ (27): در صورتی ولتاژ هر فاز از مقدار از پیش تنظیم شده کمتر شود، این حفاظت عمل کرده و دیزل ژنراتور را خاموش میکند. مقادیر قابل تنظیم برای حفاظت 27 محدوده 50-95 درصد ولتاژ نامی و با تاخیر زمانی 2 الی 20 ثانیه میباشد. مقادیر پیش فرض برای این حفاظت، 85% ولتاژ نامی با تخیر زمانی 10 ثانیه ست شده است.
حفاظت Under Frequency (81 U) : هنگامی فرکانس خروجی ژنراتور از مقدار تنظیمی کمتر شود، این حفاظت عمل کرده و دیزل ژنراتور را خاموش میکند. مقادیر قابل تنظیم برای حفاظت 81U بین 2-10 هرتز زیر فرکانس نامی با تاخیر زمانی 5-20 ثانیه میباشد. مقدار پیش فرض این حفاظت 6 هرتز با تاخیر زمانی 10 ثانیه میباشد. حفاظت آندرفرکانس زمانی که تحریک خاموش باشد یا موتور در مود Idle کار کند، غیرفعال میباشد.
حفاظت Over Frequency (81 O): هنگامی فرکانس خروجی ژنراتور از مقدار تنظیمی بیشتر شود، این حفاظت عمل کرده و دیزل ژنراتور را خاموش میکند. مقادیر قابل تنظیم برای حفاظت 81O بین 2-10 هرتز بالای فرکانس نامی با تاخیر زمانی 5-20 ثانیه میباشد. مقدار پیش فرض این حفاظت 6 هرتز با تاخیر زمانی 10 ثانیه میباشد
حفاظت اضافه جریان (51): این حفاظت با استفاده از منحنی آسیب حرارتی به سیمپیچهای ژنراتور، جریان قطع لحظهای اتصال کوتاه را بر اساس جریان نامی ژنراتور و نسبت تبدیل ترانسهای اندازهگیری جریان ژنراتور محاسبه و اعمال میکند.
حفاظت توان معکوس (32): این حفاظت جهت حرکت توان حقیقی در ژنراتور بررسی میکند، که اگر ژنراتور نیرومحرکه چرخان خودش مانند موتور دیزل را از دست داد، از برگشت توان حقیقی به سمت ژنراتور جلوگیری نماید.
در شکل زیر کلیه حفاظتهای ANSI بکار رفته در سیستم کنترلی PCC 3.3 نمایش داده شده است:
لیست حفاظتهای ANSI موجود در PCC3.3
6.2. حفاظت AmpSentry
AmpSentry یک حفاظت جامع و انحصاری در برد کنترلی Power Command میباشد که از ژنراتور و سیستم قدرت در برابر طیف وسیعی از خطاها محافظت میکند. حفاظت Ampsentry از طریق تعامل و یکپارچگی سیستم کنترلی با سیستم تحریک دیزل ژنراتور، جریان خطاهای سه فاز و تکفاز را به گونهای مدیریت میکند که تجهیزات و کلیدهای حفاظتی پایین دست خطا، بدون اینکه ژنراتور در معرض آسیبهای جدی قرار گیرد خطا را برطرف کنند. دراینشرایط دیزل ژنراتور میتواند در هنگام بروز برخی از خطاها، بدون وقفه به تامین انرژی الکتریکی مصرفکنندههای خود ادامه دهد.
6.3. قابلیت شبیهسازی خطا
PCC این قابلیت را دارد که با استفاده از نرم افزار Inpower عملکرد صحیح سیستم کنترلی و HMI را با شبیهسازی حالتهای خطا و یا وادار کردن سیستم کنترلی به کارکرد در خارج از محدوده، تست و آزمایش کرد. در نرم افزار Inpower لیستی از خطاها و تنظیمات مورد نیاز برای عملکردهای حفاظتی سیستم کنترلی فراهم شده است.
6.4. حالت Battle Short
هنگامی حالت Battle Short فعال باشد، سیستم کنترلی برخی از خطاهایی که باید پس از وقوع آنها دیزل ژنراتور خاموش شود را نادیده میگیرد. در واقع کد خطا و شرح آن همچنان اعلام میشوند اما دیزل ژنراتور خاموش نمیشود. در این حالت کلید Emergency و برخی از خاموشیهای ضروری همچنان فعال میباشند.
6.5. حالت Derate
تابع حفاظتی Derate در هنگام وقوع حالت خطا، توان خروجی دیزل ژنراتور را کاهش میدهد. این حفاظت به دیزل ژنراتور این امکان میدهد که در هنگام وقوع برخی از خطا، با کاهش توان خروجی به کارکرد خود ادامه دهد. هنگام فعال بودن این حفاظت اگر در حالت سنکرون باشد، برد کنترلی توان حقیقی دیزل ژنراتور کاهش میدهد و اگر در حالت جزیرهای کار کند، از طریق صدور فرمان به رله یا ارتباط Modbus بارهای متصل به دیزل ژنراتور را کاهش میدهد.
6.6. ورودیهای قابل تنظیم برای هشدار و Shut down
این سیستم کنترلی دارای 4 عدد ورودی قابل تنظیم برای آلارم یا اعلام وضعیت برای نمایش وضعیت قابل تظنیم (مظابق با نیاز مصرفکننده) میباشد.
6.7. حالت تنظیم دینامیکی وابسته به دما
این قابلیت، پارامترهای کنترلی موتور را بر اساس تابعی از دمای موتور تنظیم میکند. این قابلیت به موتور این امکان را داده که در زمانی که دمای آن بالا است، پاسخگویی بیشتری نسبت به شرایط بهرهبرداری داشته باشد و در دماهای پایین پایدارتر باشد.
6.8. حفاظتهای عمومی موتور
- وضعیت باتری: سیستم کنترلی با مانیتورینگ دائم ولتاژ باتری ها، وضعیت شارژ را نمایش میدهد. PCC در هر بار استارت خوردن موتور، باتریها تست کرده و در صورت خرابی قریب الوقوع برای باتری، آن را هشدار میدهد.
- Overspeed: این حفاظت در هنگام تجاوز سرعت موتور از مقدار از پیش تعیین شده عمل کرده و با قطع جریان سوخت به موتور، آن را خاموش میکند. این حفاظت به صورت پیش فرض بر روی 115% سرعت نامی تنظیم میشود.
- کاهش و افزایش فشار روغن: سطوح تعریف شده برای هشدار و Shutdown موتور، مطابق با مدل و ویژگیهای آن به صورت پیش فرض تنظیم شده است.
- افزایش دمای موتور: هنگامی که دمای موتور خارج از محدوده مجاز باشد، این حفاظت عمل میکند. سطوح تعریف شده برای هشدار و Shutdown موتور، مطابق با مدل و ویژگیهای آن به صورت پیش فرض تنظیم شده است. سیستم کنترلی امکان درج تاخیر زمانی برای نادیده گرفتن این هشدار یا خطا را دارد .
- کاهش دمای مایع خنک کننده: این هشدار بیان میکند که دمای موتور ممکن به اندازه کافی گرم نیست که بتواند ظرف مدت 10 ثانیه زیر بار برود. امکان تبدیل شدن به هشدار و یا Shutdown را نیز دارد
- افزایش دمای هوای ورودی منیفولد: سطوح تعریف شده برای هشدار و Shutdown موتور، مطابق با مدل و ویژگیهای آن به صورت پیش فرض تنظیم شده است. ( از طریق نرم افزار Inpower و همچنین HMI سیستم کنترلی نیز قابل تنظیم میباشد) سیستم کنترلی امکان درج تاخیر زمانی برای نادیده گرفتن این هشدار یا خطا را دارد .
7. قابلیت سنکرون کردن دیزل ژنراتور در PCC
سیستم کنترلی Power Command 3.3 با فراهم نمودن قابلیت سنکرون کردن دیزل ژنراتور با شبکه برق یا دیزل ژنراتورهای دیگر، امکان بهرهبرداری از آن را در 6 حالت کاری میسر میکند که این امر پاسخگوی کلیه نیازهای ممکن در صنایع و کاربری های مختلف میباشد. امکانات PCC3.3 در مود سنکرون بسیار جامع بوده و سناریوهای متنوعی را به منظور بهرهبرداری از دیزل ژنراتور میتوان بکار برد که در مقاله دیگری به تشریح جامع قابلیتهای سنکرون PCC 3.3 میپردازیم. حالتهای بهرهبرداری از دیزل ژنراتور به طور اجمالی به شرح ذیل میباشند:
- حالت جزیرهای (Stand alone)
- حالت Synchronizer Only
- حالت باس ایزوله (Isolated Bus Only)
- حالت سنکرون تکی با شبکه (Utility Single)
- حالت سنکرون گروهی با شبکه (Utility Multiple)
- حالت کنترل انتقال توان (Power Transfer Control)
حالتهای بهره برداری از دیزل ژنراتور با استفاده از PCC 3.3