تطبيق مستشعر تيار هول في المراقبة عن بعدمستمرالمسؤولعملمن بطارية UPS
ملخص: نظرًا لظاهرة الشحن العائم لبطارية UPS في منصة غير مأهولة، والتي تكون مرتفعة جدًا في كثير من الأحيان، تم تقديم هيكل ومبدأ عمل نظام UPS. من خلال تطبيق مستشعر تيار هول وتكوين نظام التحكم الموزع (DCS)، يتم تحقيق مراقبة عن بُعد للشحن العائم لبطارية UPS، بالإضافة إلى إنذار الأعطال في التيار غير الطبيعي، مما يعزز عملية الإدارة التلقائية للمنصة غير المأهولة.
الكلمات الرئيسية: مستشعر تيار هول؛ UPS؛ البطارية؛ DCS
1 نظرة عامة
منصة إنتاج نفط بحرية غير مراقبة مزودة بمجموعة من أجهزة UPS بقدرة 20 كيلو فولت أمبير. منذ تشغيل المنصة، ارتفع تيار الشحن العائم لبطارية UPS بشكل كبير، مما أدى إلى ارتفاع درجة حرارة البطارية بشكل غير طبيعي لفترة طويلة، مما أثر بشكل كبير على الاستخدام العادي لـ UPS، مما أثر بشكل خطير على سلامة إمدادات الطاقة لمنصة إنتاج النفط، وقد يتسبب في تلف المعدات أو حتى نشوب حريق، مع وجود مخاطر محتملة كبيرة على السلامة. لتجنب هذه المشكلة، تم استثمار تكاليف بشرية ومادية كبيرة، وزيادة وتيرة فحص المنصات غير المأهولة، ورصد قيمة التيار العائم للبطارية بانتظام لتقييم حالتها التشغيلية. من خلال الوسائل التقنية، يتم إرسال إشارة تيار الشحن العائم للبطارية عن بُعد إلى نظام التحكم الموزع (DCS) في غرفة التحكم المركزية، مما يسهل مراقبة قيمة التيار في الوقت الفعلي وإصدار إنذارات الأعطال غير الطبيعية.
2 هيكل ومبدأ عمل UPS
2.1 هيكل UPS
يقع جهاز UPS المُجهز على المنصة في غرفة مفاتيح الطوارئ على سطح الميزانين، بسعة 20 كيلو فولت أمبير. يتكون من خزانتين لـ UPS، وخزانة طاقة جانبية، وخزانة توزيع أحمال، ومجموعة بطاريات مكونة من 170 بطارية نيكل كادميوم. تُركّب مجموعة البطاريات في غرفة البطاريات، وتشمل مكوناتها الرئيسية مُقوّم التيار، ومحول التيار، ومفتاح التحويل الساكن، والبطارية، وأجزاء أخرى.
١) مُقوِّم التيار. هو عنصر يُحوِّل التيار المتردد إلى تيار مستمر. يتم التحكم في المُقوِّم بواسطة معالجه الدقيق الداخلي لتقويم التيار المتردد من خزانة التوزيع إلى تيار مستمر عالي الجودة، يُرشَّح ويُزوَّد به العاكس، ويُشحن البطارية بالشحن العائم.
٢) العاكس. على عكس وظيفة المُقوِّم، يُحوِّل العاكس التيار المستمر المُحوَّل بواسطة المُقوِّم إلى تيار متردد، ويأتي مصدر طاقته من المُقوِّم أو البطارية. يُزوِّد تيار العاكس الحمل بجهد موجة جيبية تيار متردد عالي الجودة، ومتين، ومستقر، وهو المطلوب.
٣) مفتاح نقل ثابت. وظيفته منع الانقطاع اللحظي لإمدادات الطاقة، ومنع حدوث قوس كهربائي عند تلامس المُرحِّل، والاشتعال، وغيرها من الظواهر الناتجة عن التبديل بين التيار العادي وتيار التجاوز. بعد استخدام المفتاح الثابت، ينخفض زمن انتقاله بشكل كبير إلى ٠.٢ مللي ثانية.
٤) مجموعة البطاريات. في حال تعطل مصدر الطاقة الرئيسي أو مُقوِّم التيار، تعمل بطارية التخزين كمصدر طاقة احتياطي، وتُزوِّد الحمل بالطاقة عبر العاكس.
2.2 مبدأ عمل شحن وتفريغ بطارية نظام UPS
عملية شحن وتفريغ بطارية نظام UPS هي أيضًا عملية تحويل للطاقة. عند تشغيل جهد الشبكة بشكل طبيعي، تتحول الطاقة الكهربائية إلى طاقة كيميائية للبطارية. يزود مصدر الطاقة الرئيسي الحمل بالطاقة ويشحن البطارية. يوضح الشكل 1 مخطط شحن بطارية نظام UPS؛ في حالة انقطاع التيار الكهربائي المفاجئ عن مصدر الطاقة الرئيسي، تتحول الطاقة الكيميائية للبطارية إلى طاقة كهربائية، ويوفر تفريغ البطارية الطاقة للأحمال المهمة لتقليل التأثير على الإنتاج. يوضح الشكل 2 مخطط تفريغ بطارية نظام UPS. بعد شحن البطارية بالكامل، تكفي سعتها لتزويد جميع الأجهزة الكهربائية التي تعمل بنظام UPS بالطاقة لمدة 30 دقيقة في آن واحد.
3. تطبيق مستشعر تيار هول في تصميم المراقبة عن بعد لتيار الشحن العائم لبطارية UPS
3.1 مبدأ عمل مستشعر تيار هول
يُستخدم مستشعر تيار هول بشكل رئيسي في عزل وتحويل إشارات التيار المتردد والتيار المستمر والنبضي وغيرها من الإشارات المعقدة. بفضل مبدأ تأثير هول، يمكن جمع الإشارات المحولة مباشرةً بواسطة أجهزة التقاط متنوعة، مثل DCS وAD وDSP وPLC والأجهزة الثانوية، وغيرها. يتميز هذا المستشعر بسرعة الاستجابة، ونطاق قياس واسع للتيار، ودقة عالية، وقدرة عالية على تحمل الحمل الزائد، ودقة عالية في الخطية، ومقاومة عالية للتداخل، وغيرها.
3.2 المعلمات التقنية لمستشعر تيار هول
| حدود | فِهرِس | ||
| القاعة مفتوحة / القاعة مغلقة | قاعة | ||
| الناتج | القيمة الاسمية | الجهد: ±5 فولت/±4 فولت | التيار: 4～20 مللي أمبير |
|
| جهد الإزاحة الصفري (التيار) | الجهد: ±20 مللي فولت | التيار: ±0.05 مللي أمبير |
|
| انحراف الجهد (التيار) | الجهد: ≤±1.0mV/℃ | التيار: ±0.04 مللي أمبير/درجة مئوية |
|
| الخطية | ≤0.2%FS | |
| قوة | تيار مستمر ± 15 فولت | تيار مستمر 24 فولت | |
| عرض النطاق الترددي | 0～20 كيلو هرتز |
| |
| وقت الاستجابة | ≤5 ميكروثانية | ≤1 مللي ثانية | |
| قوة الضغط | يُسمح بتحمل جهد تردد الطاقة AC2500V بين المدخل والمخرج ومصدر الطاقة | ||
| فصل | 1.0 | ||
| بيئة | درجة حرارة | العمل: -25 درجة مئوية ~ +70 درجة مئوية؛ التخزين: -40 درجة مئوية ~ +85 درجة مئوية | |
|
| رطوبة | ≤95%RH، أماكن خالية من التكثيف والغازات المسببة للتآكل | |
|
| ارتفاع | ≤3500 متر | |
3.3 مستشعر تيار هول متصل بنظام التحكم الرقمي (DCS)
يستطيع مستشعر تيار هول تحويل تيار الدائرة الرئيسية المقاس مباشرةً إلى إشارة تيار مستمر بتردد 4 ~ 20 مللي أمبير، بنسب خطية. تم تركيب مستشعر تيار هول في المنفذ السفلي لقاطع دائرة البطارية بخزانة توزيع UPS في غرفة توزيع الطوارئ، مما يحول تيار الشحن العائم للبطارية إلى إشارة تيار مستمر بتردد 4 ~ 20 مللي أمبير، والتي يمكن لبطاقة DCS التناظرية استقبالها.
حدّد قناة الإدخال التناظرية الجديدة (4 ~ 20 مللي أمبير) في الحاسوب العلوي لغرفة التحكم المركزية لضبط نطاق المعلمات وقيمة التنبيه والاتجاه التاريخي، ثمّ عيّنها إلى وحدة التحكم المقابلة. استخدم برنامج تكوين الصورة لضبط المعلمات والصور والرسومات، ثم ثبّت البرنامج لتحقيق وظيفة المراقبة عن بُعد لتيار الشحن العائم لبطارية UPS في غرفة التحكم المركزية. وأخيرًا، بمقارنة قيمة تيار الشحن العائم للبطارية المقاسة في الموقع بقيمة تيار الشحن العائم المعروضة على واجهة المستخدم والآلة في نظام التحكم الموزع، يتم التأكد من دقة القيمة التي جمعها نظام التحكم الموزع.
3.4 تأثير التطبيق
من خلال إضافة مستشعر تيار هول، يتم جمع تيار الشحن العائم لبطارية UPS لمنصة غير مأهولة، ويتم تحقيق المراقبة عن بعد عبر الإنترنت لتيار الشحن العائم للبطارية بواسطة DCs من خلال وضع الكابلات وتكوين غرفة التحكم المركزية، مما يعزز إدارة المعدات المهمة لمنصة غير مأهولة.
تُنقل بيانات تشغيل تيار البطارية العائم عن بُعد إلى نظام التحكم الموزع (DCS)، مما يُسهّل على الموظفين المناوبين في غرفة التحكم المركزية مراقبة قيمة تيار البطارية العائم من المرة الأولى. وفي الوقت نفسه، عند ضبط قيمة إنذار المعلمة، يُرسَل إنذار عند حدوث أي خلل في تيار البطارية العائم، وذلك للحصول على المعلومات في المرة الأولى وتوفير وقت كافٍ للتدخل في حالات الطوارئ. يُقلل هذا المشروع بشكل فعال من تكرار فحص المنصة غير المأهولة، ويُخفّض التكاليف البشرية والمادية لإدارة المنصة غير المأهولة، ويُجنّب تلف البطارية الناتج عن تيار البطارية العائم غير الطبيعي، وحتى حرائق المنصة، ويُعزّز عملية الإدارة التلقائية للمنصة غير المأهولة.
4. الخاتمة
يُستخدم مستشعر تيار هول لتحويل تيار الشحن العائم للبطارية إلى إشارة تيار تتراوح شدتها بين 4 و20 مللي أمبير، والتي يمكن استقبالها بواسطة بطاقة البيانات التناظرية لنظام التحكم في التدفق (DCS)، مما يسمح بنقل تيار الشحن العائم لبطارية UPS إلى نظام التحكم في التدفق (DCS) عن بُعد. يمكن للمشغل مراقبة قيمة تيار الشحن العائم بسرعة وسهولة على شاشة تشغيل نظام التحكم في التدفق (DCS). يتميز هذا المشروع بأساس نظري متين وبنية تحتية متينة لحالة الأجهزة، كما يتميز بقيمة تطبيقية عالية، وأهمية ترويجية واسعة، مما يوفر تجربة مرجعية عملية لمراقبة المعدات الميدانية عبر الإنترنت مستقبلًا.
وقت النشر: ١٧ أغسطس ٢٠٢٢
