大功率晶閘管整流控制裝置的智能化與網(wǎng)絡(luò)化研究

王敏

摘要：電力電子技術(shù)作為一種重要的電氣技術(shù)，幾十年來一直在中國穩(wěn)定發(fā)展。其中，變頻器控制技術(shù)相對(duì)比較快，同時(shí)還有電力電子器件、功率變換電路等；由于負(fù)載和使用的方式不同，變頻器控制技術(shù)之間也有很大的不同。本文首先介紹大功率晶闡管整流控制技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用需求，然后介紹晶閘管整流控制裝置及其智能化，最后介紹晶閘管整流控制裝置的網(wǎng)絡(luò)化。

關(guān)鍵詞：電力電子技術(shù) 大功率晶閘管 整流控制裝置 智能化 網(wǎng)絡(luò)化

電化學(xué)生產(chǎn)工藝具備與其他工藝相比存在很大的差異，其直流電運(yùn)行方式較為特殊，主要是以生產(chǎn)原料投入的形式運(yùn)行的，這就導(dǎo)致整流裝置和輸出的直流電源在作業(yè)過程中需要遵循特殊要求。比如說，對(duì)直流電源的特殊要求通常是不能收到外界的影響，要具備穩(wěn)定的電源等。要想滿足以上特殊要求，就必須使得整流控制裝置具備良好的控制性能。

一、大功率晶閘管整流控制技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用需求

電力電子技術(shù)廣泛應(yīng)用于工業(yè)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，高功率可控硅整流器在化工、有色冶金行業(yè)中的應(yīng)用更為普遍。大功率晶閘管整流系統(tǒng)在直流輸出電流過程中通常能夠達(dá)到幾十安培，其組成包括高壓電源電路、整流變壓器和整流柜回路裝置等，還包括整流控制系統(tǒng)、信號(hào)采集系統(tǒng)和PC監(jiān)控系統(tǒng)。

整流機(jī)組自動(dòng)穩(wěn)定流控制主要是運(yùn)用單環(huán)或多環(huán)電流的反復(fù)監(jiān)測(cè)完成的，監(jiān)測(cè)信號(hào)分別來自直流整流柜直流傳感器和總直流傳感器，與給定電流值相比較后，校正傳導(dǎo)角達(dá)到自動(dòng)穩(wěn)定流動(dòng)的功能。這種控制方式在單機(jī)或機(jī)組數(shù)量上比較好，但控制效果并不理想。

目前，我國還沒有對(duì)整流電流進(jìn)行綜合控制和管理，并且只有少數(shù)運(yùn)用計(jì)算機(jī)來完成，這就導(dǎo)致其深度和廣度與其他工廠控制系統(tǒng)相差甚遠(yuǎn)。

以上了大功率晶閘管的控制技術(shù)在當(dāng)前社會(huì)中的情況，主要是在一般控制、分離控制和低層次綜合管理水平方面。其發(fā)展趨勢(shì)正在逐漸轉(zhuǎn)向數(shù)字化、智能化、集成化的控制管理方向。尤其是在計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)的快速發(fā)展趨勢(shì)下，越來越多的公司和企業(yè)內(nèi)部財(cái)務(wù)、營(yíng)銷和其他業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)智能管理，作為一個(gè)企業(yè)的生產(chǎn)部門，在具體操作方面也不能脫離企業(yè)管理信息系統(tǒng)，不能形成孤立的狀態(tài)。因此，如何開發(fā)符合時(shí)代需求的智能化網(wǎng)絡(luò)化整流控制技術(shù)成為亟待解決的問題。

二、晶閘管整流控制裝置及其智能化

（一）晶閘管整流控制技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r

目前，我國大功率晶閘管整流控制裝置主要采用傳統(tǒng)的分離元件和仿真控制技術(shù)，僅是系統(tǒng)控制中單元的控制，對(duì)于這種控制方式來講其控制精度較低。近年來，在國外大功率晶閘管整流控制裝置中采用了智能控制技術(shù)，智能控制技術(shù)的加入使得該裝置的控制與生產(chǎn)過程的生產(chǎn)工藝相結(jié)合。隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不斷進(jìn)步，計(jì)算機(jī)技術(shù)的監(jiān)測(cè)與管理集成已逐漸應(yīng)被多種工業(yè)場(chǎng)合所運(yùn)用，晶閘管整流控制技術(shù)當(dāng)前要做的就是緊跟時(shí)代的發(fā)展步伐。

為了滿足大功率可控硅整流控制技術(shù)發(fā)展的需要，我國一些大型化工企業(yè)正在運(yùn)用直接進(jìn)口的方式來加強(qiáng)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提高了控制系統(tǒng)的性能。然而，對(duì)于其他一些在經(jīng)濟(jì)水平方面較為落后的小化工企業(yè)來講，這種直接進(jìn)口的方式其很難做到，這部分小化工企業(yè)當(dāng)前最需要的就是開發(fā)出先進(jìn)的大功率晶閘管整流控制技術(shù)。

（二）智能型晶閘管整流控制器的組成及功能

智能可控硅整流控制裝置是一種同步電壓信號(hào)的裝置，通過與給定的信號(hào)和反饋信號(hào)輸出晶閘管觸發(fā)脈沖相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了多功能控制裝置的數(shù)字和模擬輸入/輸出和網(wǎng)絡(luò)連接。硬件采用模塊化設(shè)計(jì)，主要功能有檢測(cè)信號(hào)輸入在主板上，其他特殊功能由網(wǎng)絡(luò)連接，電源可以通過其他函數(shù)，每個(gè)函數(shù)董事會(huì)通過連接器連接到主板，使用方便靈活，可以根據(jù)不同的負(fù)載對(duì)象組合和自適應(yīng)控制設(shè)備。底部和其他延伸模封在控制器箱內(nèi)，可滿足防水、防塵和防腐的要求，以適應(yīng)化學(xué)工業(yè)和其他惡劣的工作環(huán)境。

通過對(duì)控制器的硬件電路和運(yùn)行程序的研究，將其結(jié)合在一切能夠?qū)崿F(xiàn)多種監(jiān)測(cè)和控制功能，例如：擬或數(shù)字檢測(cè)，給定步流輸出電流反饋信號(hào)檢測(cè)，控制電壓檢測(cè)，參數(shù)數(shù)字PI控制，脈沖輸出和穩(wěn)定流動(dòng)輸出函數(shù)，電控，PWM輸出，自檢測(cè)功能，網(wǎng)絡(luò)通信功能。

三、晶閘管整流控制裝置的網(wǎng)絡(luò)化

隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)前的工業(yè)控制領(lǐng)域正面臨著深刻的變化。這一方面反映在前面部分描述的智能需求中，另一方面是網(wǎng)絡(luò)的需求。

在控制系統(tǒng)最開始時(shí)期，每一個(gè)控制執(zhí)行單元主要是單個(gè)系統(tǒng)，或者是其本身構(gòu)成一個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單的小網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)單元之間的連接都相對(duì)較為松散，因此，通信對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)來說存在一定的困難。后來出現(xiàn)的，收集和分配控制系統(tǒng)是通過將所有通信線路收集到中央控制單元來控制執(zhí)行單位信息的方式，通過人工程序或判斷在信號(hào)被發(fā)送到執(zhí)行單元后再次執(zhí)行。雖然這種控制方法實(shí)現(xiàn)了信息共享，但也增加了信息共享過程中失敗和延遲時(shí)間的風(fēng)險(xiǎn)。20世紀(jì)80年代，現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)出現(xiàn)。它的發(fā)生改變了原有的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使分布式控制系統(tǒng)的仿真和數(shù)字混合升級(jí)到整個(gè)數(shù)字分布式控制系統(tǒng)。在分布式控制系統(tǒng)中，控制執(zhí)行單元可以判斷根據(jù)收集到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和控制，同時(shí)將數(shù)據(jù)上傳到中央控制單元和接收控制信息，和真的NT集中監(jiān)視、控制和整個(gè)數(shù)字，它不僅降低了運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)的同時(shí)，大大提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性能。

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（作者單位：西安派瑞功率半導(dǎo)體變流技術(shù)股份有限公司）