中国铝业股份有限公司兰州分公司
摘要：为保证和满足电解生产所需的大电流稳定精确的直流电，本文介绍了实现大电流稳定直流电稳流控制实现方式，此方式为采用有载开关粗调,饱和电抗器细调的直流大电流供电场合,同时也适用于相关电冶金、电化学用整流电源设备的自动稳流控制系统。
关键词：电解整流；稳流；综合自动化系统；PID控制
稳流自动控制系统主要为电解供电整流装置大电流稳流控制而设计,适用于采用有载开关粗调,饱和电抗器细调的直流大电流供电场合,同时也适用于相关电冶金、电化学用整流电源设备的自动稳流控制系统。
现单机组稳流控制系统由七台稳流柜分别实现各机组稳流，单机组稳流PID控制器为西门子S7-200 PLC，PLC输出的脉宽调制信号经IGBT驱动后做为PID直流电流（控制电流）输出，即可调节相控角从而调节整流电压的输出，实现机组的直流稳流控制。A、B柜的稳流控制独分开。
稳流总调控制系统由一套西门子S7-300总调PLC构成，实现稳流总调的电流分配、数据采集、PID闭环总调控制等等功能，同时总调系统也是稳流过程控制的数据处理中心及通讯中心，向下profibus网络与各机组稳流系统通讯，向上通过以太网通讯网络与稳流系统监控上位机通讯，完成数据上传下达。
稳流监控系统由一台安装组态王软件的稳流系统上位机（WINXP系统）实现稳流控制系统的所有过程控制。
1、现系统运行中的问题：
1.1稳流后台监控系统只配置一台计算机，可靠性和健壮性低
1.1.1后台监控系统界面功能单一、稳流报警信息量少、小时计数据种类少、关键操作（如升降档）无确认无提示（极容易误操作）。
1.1.2只有系列电流、系列电压的趋势图，无各机组、单柜的运行数据趋势图，无法通过运行趋势图对机组及单柜进行故障诊断和排查。
1.1.3所有操作人员的操作记录没有实现数据库存档功能，无法实现对操作人员的操作行为记录，发生故障后无查证依据。
1.1.4监控计算机软件系统（WINDOWS XP）已淘汰，监控软件（组态王6.52）程序也无法在现在主流计算机(Win7以上)上运行。
1.2稳流通讯网络无环网功能
某一台机组稳流柜因检修需要通讯电源停电或某台机组稳流内光电转换模块发生故障时，后续的机组稳流柜与总调及上位机无法通讯，稳流总调运行极其危险且不仅稳流柜无法实现全停电检修作业，严重制约安全生产。
1.3稳流系统总调只有闭环方式，总调控制功能单一
现有的稳流总调分配电流控制方式为单一的大闭环总调，如果大直流传感器发生故障或精度不好时，稳流控制就无参考依据，无法进行总调控制，直接影响系列恒流控制。
1.4稳流机组PLC CPU模块无长时间断电数据保持功能
1.4.1当稳流柜PLC断电时间超过PLC模块电容维持时间后，所有稳流PID参数将及设定参数丢失，稳流控制无法实现。
1.4.2单机组稳流触摸屏无PID参数调试功能，无法实现对稳流调试
2、优化改造方案
2.1稳流监控系统升级改造内容
2.1.1稳流监控系统运行在WIN7 64位操作系统下，采用西门子WINCC软件进行全新开发，硬件及软件系统均为当前主流配置。上位机由两台稳流专用监控计算机组成，提高监控系统的健壮性和可靠性。
2.1.2稳流专用监控计算机可实现以下功能：
2.1.2.1实现操作记录数据库存档功能，实现对操作人员的操作行为记录及故障查证依据。
2.1.2.2稳流监控系统配合新的总调控制系统完成功能丰富的各类操作控制功能，较现有的监控机操作功能更为丰富。
2.1.2.3增加数据操作保护功能。
2.1.2.4稳流监控系统增加报警记录数据库存档功能。
2.1.2.5增加各类丰富的趋势图，如单柜电流、机组间电流比较等，实现对单柜、单机组稳流运行状态的监测，为稳流故障提高判断依据。
2.1.2.6增加各类小时计，如系统电流、系列电压、两厂房电压、直流功率、总加电流等上小时、本小时计值。
2.2稳流总调系统升级改造内容
2.2.1稳流总调电流分配方式增加开环总调控制
2.2.1.1开环总调控制：总调方式下系列电流给定值平均分配到各机组做为各机组的电流设定值与各机组的直流反馈进行机组PID闭环控制进行恒流控制，原理
如图1所示（4机组）。
图1开环总调控制
2.2.1.2开环总调控制特点如下：
2.2.1.2.1不受系列电流反馈（大直流传感器）的影响，特别适用于系列大直流传感器发生故障或不准确时的总调控制。
2.2.1.2.2当单台机组因故障跳闸后，其它机组会快速自动补负荷，响应更为实时，系列电流波动最小。
2.2.1.2.3当发生两台机组负荷切除以后，其余机组退出总调方式，自动切换到分调运行状态，并维持断电前的电流给定值进行输出，以保证整流柜不过载。
2.2.1.2.4现有的总调控制方式仍保留作为备用，两种不同的控制方式均具备人工在线切换和自动切换功能。
2.2.2增加“机组跳闸功能控制”功能
2.2.2.1任一机组跳闸后，自动将跳闸机组转入稳流分调控制。
2.2.2.1自动将跳闸机组降负荷至最低档位（档位可修改），降档过程可随时人工停止。
2.2.2.2其它运行机组自动降一档/二档，直至控制电流脱离饱和区回到线性区。
2.2.2.3同时向后台发“机组跳闸”、“自动降负荷”报警功能。
2.2.3实现“机组PLC通讯监测” 功能
2.2.3.1总调实时检测机组PLC通讯故障后，自动将通讯故障机组转入稳流分调控制。
2.2.3.2同时向后台发“机组通讯故障”报警功能。
2.2.4增加“机组及系列自动急降负荷”功能
2.2.4.1上位机点击机组“自动急降”按钮，该机组自动降至最低档位（档位可修改），降档过程可随时人工停止。（常于机组停电操作）
2.2.4.2上位机点击系列“自动急降”按钮，系列自动降至最低档位（档位可修改），降档过程可随时人工停止。（用于系列停电操作）
2.2.5增加“电流给定微调整”功能，使电流调整操作安全、便捷
2.2.5.1增加“系列电流给定微调按钮”，微调步长值可修改。
2.2.5.2增加“机组分调电流给定微调按钮”，微调步长值可修改。
2.3通讯系统改造内容
将现有稳流总调与7台机组的profibus单光纤网络升级为光纤环网结构。 双光纤环网结构优点如通讯更为可靠，其中一路网络出现问题，通讯会自动切换到另一路网络，特别适用于总调大闭环控制方式下对通讯可靠性、实时性的要求；任何机组因检修需要停通讯电源后，其它机组通讯不受任何影响；任何机组profibus光纤通讯模块（OLM）故障或损坏后其它机组通讯不受任何影响。
2.4稳流机组升级改造内容
2.4.1对7台稳流机组稳流小闭环程序进行升级，实现参数掉电保持功能，此功能可实现稳流机组PLC长期停电后所有参数、程序均可靠保持。
2.4.2对7台稳流机组稳流触摸屏程序进行升级，优化PID参数调试功能。
随着计算机、组态、网络技术的发展及应用，综合自动化系统已越来越完善。电解稳流技术的技术升级改造和发展将使大电流直流供电更为稳定精确，趋于恒流直流供电将很大程度保障了电解平稳生产，有效提升电解整流效率。
论文作者:韩大红
论文发表刊物:《防护工程》2018年第23期
论文发表时间:2018/12/23
标签：机组论文; 电流论文; 功能论文; 通讯论文; 操作论文; 系列论文; 故障论文; 《防护工程》2018年第23期论文;