一,、引言

　　中國鋁業(yè)公司青海分公司采用先進(jìn)的160kA大型預(yù)焙陽極中間下料電解槽,，提供直流電流的整流系統(tǒng)采用110kV直降式有載調(diào)壓整流變壓器和二極管整流電路,，共有四套整流機(jī)組,，單機(jī)組額定輸出直流為1150V,、56kA,；正常為四套機(jī)組同時運(yùn)行,，各輸出40kA,、1150V的直流電，共輸出直流為 160kA,、1150V,；當(dāng)有一套機(jī)組退出運(yùn)行后，其余三套機(jī)組各輸出53.3kA,、1150V的直流電用以滿足鋁電解的正常生產(chǎn),。整流系統(tǒng)的整流器采用二極管三相橋式同相逆并聯(lián)整流電路，變壓器采用分段中性點(diǎn)調(diào)壓變壓器和整流變壓器組合,，具有±35級調(diào)壓,，穩(wěn)流控制采用有載調(diào)壓開關(guān)進(jìn)行粗調(diào)，飽和電抗器進(jìn)行細(xì)調(diào)的控制方式,。由于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(hù)設(shè)置比較單一、簡單,，但專業(yè)性強(qiáng),，可靠程度要求很高。因此,，項(xiàng)目采用了微機(jī)監(jiān)控保護(hù)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(diǎn),。

　　二,、系統(tǒng)配置

　　為了獨(dú)立于保護(hù)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P(yáng)LC具有專用的DH+通訊網(wǎng)，通過專用板卡直接可與服務(wù)器相連,。PLC之間的信息交換通過DH+網(wǎng)絡(luò)通訊來實(shí)現(xiàn)，圖1為網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),。

　　PLC組成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)穩(wěn)流控制PLC按照N+1的原則配置,，對4臺整流機(jī)組各配置PLC，以實(shí)現(xiàn)小閉環(huán)控制,；配置一套總調(diào)PLC,，以實(shí)現(xiàn)大閉環(huán)控制,。整流機(jī)組小閉環(huán)控制PLC用于單臺機(jī)組的穩(wěn)流控制，其目的是用PLC的PID控制器實(shí)現(xiàn)單臺機(jī)組的直流輸出與給定值相一致,，以達(dá)到單臺機(jī)組的穩(wěn)流,，并通過調(diào)節(jié)飽和電抗器偏移繞組的電流來實(shí)現(xiàn)同一臺機(jī)組兩個整流柜之間輸出電流的平衡。采用一套總調(diào)PLC完成大閉環(huán)控制,，調(diào)節(jié)所有的整流機(jī)組,，大閉環(huán)總調(diào)的 PID輸出作為整流機(jī)組小閉環(huán)PID的給定值，使所有機(jī)組的直流輸出相同,。當(dāng)產(chǎn)生陽極效應(yīng)時,，可同時調(diào)節(jié)所有機(jī)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(shí)現(xiàn)恒安時控制,、最大需要控制,、整流機(jī)組啟停等功能。SLC-5/04 PLC具有PID運(yùn)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(jī)內(nèi)配有高速計數(shù)器,，以適應(yīng)對機(jī)外高速信號的計數(shù)要求,，CPU帶有兩個計數(shù)頻率最高達(dá) 2kHz的高速計數(shù)器，每個計數(shù)器可用程序復(fù)位,，并可設(shè)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?jǐn)U展模塊（EM）,，可以很方便的對系統(tǒng)的輸入輸出點(diǎn)做擴(kuò)展,；具有靈活的中斷輸入，以極快的速度響應(yīng)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(zhǔn)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(cè)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(diào)PLC,；整流系統(tǒng)總的輸出電流由上位計算機(jī)系統(tǒng)通過通訊方式來設(shè)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：

　?。?） 恒流控制

　　恒流控制是將機(jī)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(diào)節(jié)器進(jìn)行控制,?？刂平Y(jié)果轉(zhuǎn)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(dá)到機(jī)組電流穩(wěn)定的目的。

　?。?） 平衡控制

　　由于飽和電抗器的特性不一致,，經(jīng)常造成機(jī)組之間以及同一臺機(jī)組兩個整流柜之間輸出電流有較大的差別，使整流機(jī)組達(dá)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(jié)果通過PI調(diào)節(jié)器調(diào)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(jī)組的A/B柜穩(wěn)流,。

　?。?） 總調(diào)控制

　　前已提及，電解槽所需總的直流電流等于幾臺單機(jī)組輸出電流之和,。由于單機(jī)組穩(wěn)流可實(shí)現(xiàn)單機(jī)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(jī)的給定值進(jìn)行比較計算,，輸出的結(jié)果作為單機(jī)組穩(wěn)流的分調(diào)給定，從而提高整個電流穩(wěn)定精度,?？傉{(diào)PLC輸出4個4～20mA的信號，同時用于控制4個整流機(jī)組的總調(diào)給定,。一般飽和電抗器的控制深度為60V左右,，當(dāng)其飽和或截止時，PLC能自動調(diào)節(jié)變壓器有載開關(guān)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(dá)到穩(wěn)流的目的，擴(kuò)大了調(diào)壓范圍,。

　?。?） 恒安時控制

　　每3分鐘實(shí)測一次電解電流值，并將在1小時內(nèi)實(shí)測的電解電流值累加,，累加結(jié)果與設(shè)定值進(jìn)行比較,，根據(jù)所求差值與小時剩余時間自動調(diào)整設(shè)定電流，以達(dá)到安時偏差自動控制,。
3,、控制方式穩(wěn)流系統(tǒng)采用了四種控制方式。

　?。?） 自動/總調(diào)方式

　　在此方式下,，有載開關(guān)升降檔指令均由計算機(jī)控制。有載開關(guān)升降操作是通過飽和電抗器控制電流來確認(rèn)有載開關(guān)的升與降,，這個動作不影響系統(tǒng)的單個有載開關(guān)位置,。如果機(jī)組的一個有載開關(guān)發(fā)生升或降的要求，這要求將送入計算機(jī)并引起所有機(jī)組有載開關(guān)同時升或降,。

　?。?） 手動/總調(diào)方式

　　這種方式允許操作員進(jìn)行總調(diào)，同時動作向上或向下,，有載開關(guān)升降檔通過外部按鈕來實(shí)現(xiàn),。機(jī)組總的調(diào)整與自動/總調(diào)方式相同。

　?。?） 自動/分調(diào)方式

　　此方式用于單個機(jī)組與其他機(jī)組有不同基準(zhǔn)的情況下,。此時，本機(jī)組有載開關(guān)升降不起作用,。

　?。?） 手動/分調(diào)方式

　　此方式用于單機(jī)組與其他機(jī)組有不同基準(zhǔn)的情況下，希望由本機(jī)組有載開關(guān)升降來調(diào)整本機(jī)組的電流,?？傊还苁呛畏N控制方式,，都是通過調(diào)整飽和電抗器控制繞組的控制電流對整個整流系統(tǒng)進(jìn)行細(xì)調(diào),。判斷是否需要調(diào)控有載開關(guān)，是通過檢測4臺機(jī)組的有載開關(guān)檔位來確定應(yīng)動作哪臺機(jī)組的有載開關(guān),。當(dāng)需要升壓時,，動作最低級；當(dāng)需要降壓時,，動作最高級,。通常是4臺機(jī)組有載開關(guān)聯(lián)動,。

　　四、結(jié)束語

　　原有穩(wěn)流系統(tǒng)采用了模擬電路控制飽和電抗器來調(diào)節(jié)電流的方法,，致使調(diào)試工作量大,，控制精度低，在實(shí)際運(yùn)行中時常發(fā)生進(jìn)線刀閘亂動,，動力變莫名其妙跳閘,，數(shù)據(jù)報表與實(shí)際不符等現(xiàn)象。我們將原有穩(wěn)流部分采用PLC控制后,，使系統(tǒng)顯示出以下幾個特點(diǎn)：

　?。?） 可靠性和穩(wěn)定性得到了很大的提高，故障率明顯下降,；

　?。?） 由于PID調(diào)節(jié)器由PLC軟件實(shí)現(xiàn)，使得整個系統(tǒng)的接線簡單,，易于安裝,，維護(hù)量減小,；

　?。?） 不需同步信號，無相序要求,，系統(tǒng)變得易于調(diào)試,；

　　（4） 飽和電抗器的控制特性是非線性的,，PLC能自動識別其工作范圍,，從而自動改變控制參數(shù)，提高了輸出電流的穩(wěn)流精度（單機(jī)組穩(wěn)流精度達(dá)到了0.5%）,；

　?。?） 操作簡單，可方便地與計算機(jī)或其它設(shè)備通訊,。