PLC在铝电解整流供电系统中的应用

引言

中国铝业公司青海分公司采用先进的160kA大型预焙阳极中间下料电解槽，提供直流电流的整流系统采用110kV直降式有载调压整流变压器和二极管整流电路，共有四套整流机组，单机组额定输出直流为1150V、56kA；正常为四套机组同时运行，各输出40kA、1150V的直流电，共输出直流为 160kA、1150V；当有一套机组退出运行后，其余三套机组各输出53.3kA、1150V的直流电用以满足铝电解的正常生产。整流系统的整流器采用二极管三相桥式同相逆并联整流电路，变压器采用分段中性点调压变压器和整流变压器组合，具有±35级调压，稳流控制采用有载调压开关进行粗调，饱和电抗器进行细调的控制方式。由于电解铝厂的整流供电系统通常要求是终端变电站，监控和继电保护设置比较单一、简单，但专业性强，可靠程度要求很高。因此，项目采用了微机监控保护装置和综合自动化系统，对稳流部分采用了PLC控制的方案。本文主要介绍自动稳流控制部分的组成及控制特点。

二、系统配置

为了独立于保护和监控系统而自成一体，避免相互干扰和影响，稳流系统全部采用AB公司SLC-5/04系列PLC组网，该PLC具有专用的DH+通讯网，通过专用板卡直接可与服务器相连。PLC之间的信息交换通过DH+网络通讯来实现，图1为网络结构。

PLC组成的网络结构稳流控制PLC按照N+1的原则配置，对4台整流机组各配置PLC，以实现小闭环控制；配置一套总调PLC，以实现大闭环控制。整流机组小闭环控制PLC用于单台机组的稳流控制，其目的是用PLC的PID控制器实现单台机组的直流输出与给定值相一致，以达到单台机组的稳流，并通过调节饱和电抗器偏移绕组的电流来实现同一台机组两个整流柜之间输出电流的平衡。采用一套总调PLC完成大闭环控制，调节所有的整流机组，大闭环总调的 PID输出作为整流机组小闭环PID的给定值，使所有机组的直流输出相同。当产生阳极效应时，可同时调节所有机组饱和电抗器的控制绕组电流，如无法满足稳流要求时，可自动判断降档升压。另外，大闭环还可实现恒安时控制、最大需要控制、整流机组启停等功能。SLC-5/04 PLC具有PID运算功能和指令，可对系统做动态控制；有DH+和RS-232两个通讯口；机内配有高速计数器，以适应对机外高速信号的计数要求，CPU带有两个计数频率最高达 2kHz的高速计数器，每个计数器可用程序复位，并可设置成加法计数、减法计数或相位差90°的两个脉冲序列；为系统备有专用的数字扩展模块（EM），可以很方便的对系统的输入输出点做扩展；具有灵活的中断输入，以极快的速度响应中断请求信号。
三、自动稳流控制

1、信号取样由于目前国产直流互感器的温漂做的不好，信号失真大，磁放大时间常数太长，不利于即时准确的控制等原因，稳流系统小闭环反馈信号取自于整流一次侧交流信号；稳流系统大闭环反馈控制信号取自于总直流互感器，经变送器把小信号传至总调PLC；整流系统总的输出电流由上位计算机系统通过通讯方式来设定。

2、控制功能在自动稳流系统中，PLC主要完成整个系统的逻辑顺序控制及所有PID回路控制。

其主要包括以下几个部分：

（1） 恒流控制

恒流控制是将机组的直流输出电流经变送器变换后反馈到PLC的输入端，与给定信号作比较后送给PI调节器进行控制。控制结果转换成控制输出脉冲并经功率放大后，去触发晶闸管整流电路的占空比，改变饱和电抗器的控制电流，从而达到机组电流稳定的目的。

（2） 平衡控制

由于饱和电抗器的特性不一致，经常造成机组之间以及同一台机组两个整流柜之间输出电流有较大的差别，使整流机组达不到额定出力。因此，把一台整流柜（A柜）的输出电流作为PLC的给定，另一台整流柜（B柜）的输出电流作为PLC的反馈，两者比较的结果通过PI调节器调节后，去改变A柜饱和电抗器的控制电流（B柜的控制电流保持不变），使两个整流柜的直流电流始终保持平衡。此时，PLC输出2个4～20mA的信号，分别控制整流机组的A/B柜稳流。

（3） 总调控制

前已提及，电解槽所需总的直流电流等于几台单机组输出电流之和。由于单机组稳流可实现单机组输出电流稳定，为了使电解槽所获得的总电流更加精确稳定，将总电流经互感器反馈至PLC输入端，与上位计算机的给定值进行比较计算，输出的结果作为单机组稳流的分调给定，从而提高整个电流稳定精度。总调PLC输出4个4～20mA的信号，同时用于控制4个整流机组的总调给定。一般饱和电抗器的控制深度为60V左右，当其饱和或截止时，PLC能自动调节变压器有载开关的升降，从而使总电流不论在多大的电压波动情况下，均能达到稳流的目的，扩大了调压范围