水利工程論文-數(shù)字閥PCC智能調(diào)速器的研制.docVIP

水利工程論文-數(shù)字閥PCC智能調(diào)速器的研制摘要：本文介紹了一種全新的水輪機調(diào)速器，即由天津市科音自控設(shè)備有限公司承擔(dān)的國家科技部創(chuàng)新基金項目-數(shù)字閥PCC可編程智能調(diào)速器。電氣部分以PCC(可編程計算機控制器)為控制核心；電氣液壓轉(zhuǎn)換部件采用電磁球閥，機械放大元件采用二通插裝閥，采用無杠桿，無明管路結(jié)構(gòu)。電站應(yīng)用結(jié)果表明，數(shù)字閥PCC可編程智能調(diào)速器所有性能指標(biāo)均優(yōu)于國家標(biāo)準(zhǔn)，調(diào)試簡單，維護方便，具有極高的可靠性。關(guān)鍵詞：智能調(diào)速器PCC數(shù)字閥插裝閥1前言目前國內(nèi)廣為采用的水輪機調(diào)速器，多為以PLC為核心。天津市科音自控設(shè)備有限公司研制的數(shù)字閥PCC可編程智能調(diào)速器以全新控制理念，以PCC為控制核心，面向自動化控制全過程，成功配置由電磁球閥和插裝閥構(gòu)成的數(shù)字閥替代傳統(tǒng)的電液轉(zhuǎn)換器和主配壓閥。控制器是調(diào)速器的核心部件，控制器完成調(diào)速器的信號采集、數(shù)據(jù)運算、控制規(guī)律實現(xiàn)、運行狀態(tài)切換、控制值輸出及其他附加功能。因此，控制器的選擇對新型調(diào)速器的開發(fā)至關(guān)重要。目前，市場上的控制器很多，如單片機、PLC、PCC等，但由于調(diào)速器是工業(yè)現(xiàn)場的設(shè)備，對可靠性要求很高。選擇控制器的重要原則是，要選用適合工業(yè)現(xiàn)場使用的抗干擾能力強、可靠性高、選擇余地大、操作維護方便的控制器。我們經(jīng)過對各種控制器的深入研究，分析對比，結(jié)合水輪機調(diào)速器的特殊性，發(fā)現(xiàn)奧地利貝加萊(B&R)公司的PCC是能夠滿足上述原則的最合適的控制器，故選擇PCC作為數(shù)字閥PCC智能調(diào)速器的控制核心。PCC代表著一個全新的控制理念，它既具有可編程邏輯控制器(PLC)的標(biāo)準(zhǔn)控制功能（可靠性高、易擴展），又具有工業(yè)計算機（IPC）的系統(tǒng)功能（運算能力強、適時性好、編程方便等特點）。它能方便地處理開關(guān)量，模擬量，進行回路調(diào)節(jié)。并能用高級語言編程，具備大型機的分析運算能力。其硬件具有獨特新穎的插拔式模塊結(jié)構(gòu)，可使系統(tǒng)得到靈活多樣的擴展和組合。軟件也具備模塊結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)擴展時只需在原有基礎(chǔ)上疊加運用軟件模塊。PCC的CPU為32位，運行效率高，具有高速的智能處理器TPU，TPU功能可使系統(tǒng)響應(yīng)時間達到微秒級，而CPU不需作任何加載。用戶存儲器容量大。具有良好的電磁兼容能力和現(xiàn)場總線全面支持技術(shù)，體現(xiàn)了工控領(lǐng)域的發(fā)展方向。數(shù)字閥PCC智能調(diào)速器包括單調(diào)整型和雙調(diào)整型，本文介紹雙調(diào)整型調(diào)速器的主要特點、功能及構(gòu)成。2數(shù)字閥PCC智能調(diào)速器的主要特點（1）全新的控制理念。采用不同于常規(guī)PLC的新一代可編程計算機控制器-PCC，面向控制過程，采用高級語言，分析運算能力強，在同一CPU中能同時運行不同程序。程序運行時僅掃描部分程序，效率很高。（2）全PCC化，具有極高的可靠性。從輸入到輸出,從測頻到控制脈沖等各環(huán)節(jié)均實現(xiàn)了PCC化。PCC的平均無故障時間MTBF高達50萬小時，即57年。（3）多任務(wù)的優(yōu)點。在傳統(tǒng)PLC中，并行處理是靠程序掃描來完成的。但事實上多任務(wù)才是并行處理的邏輯表達式，更簡單直接的方法就是采用多任務(wù)技術(shù)。PCC恰恰可以滿足這種需求，當(dāng)某一任務(wù)在等待時，其他任務(wù)仍可繼續(xù)執(zhí)行。PCC將整個調(diào)節(jié)控制分成若干個具有不同優(yōu)先權(quán)的任務(wù)等級（TaskClass）。優(yōu)先權(quán)越高的任務(wù)等級，其掃描周期越短，優(yōu)先權(quán)越低，其掃描周期越長。把適時性要求高的程序放在高速任務(wù)層，把一般的邏輯判斷處理程序放在普通任務(wù)層，這樣可以提高調(diào)節(jié)系統(tǒng)的性能指標(biāo)。（4）智能型調(diào)速器。采用自適應(yīng)式變結(jié)構(gòu)，變參數(shù)并聯(lián)PID調(diào)節(jié)，采用對常規(guī)PID調(diào)節(jié)器改進后的算法2。自動識別電網(wǎng)的性質(zhì)，并自動適應(yīng)電站的各種特殊運行方式，如孤網(wǎng)運行，及或由大電網(wǎng)解列為小電網(wǎng)運行的突變負荷等特殊情況時，均可保證機組穩(wěn)定運行。人性化設(shè)計，具有很強的自診斷、防錯、糾錯及容錯功能。當(dāng)出現(xiàn)故障時，自動彈出故障診斷畫面，并自動顯示故障原因及處理辦法。（5）采用PCC高速計數(shù)模塊(HSC)測頻。PCC高達6.3MHz的計數(shù)頻率，具有很高的測頻精度和可靠性，從而使調(diào)速器的輸入通道測頻環(huán)節(jié)的可靠性有了根本的保證。（6）采用數(shù)字協(xié)聯(lián)方式，且可現(xiàn)場修改協(xié)聯(lián)曲線并記憶修改后的數(shù)據(jù)，以便根據(jù)電站的實際條件按最優(yōu)曲線運行，槳葉隨動系統(tǒng)準(zhǔn)確度高。（7）PCC的大內(nèi)存，為智能型調(diào)速器提供了資源保證。用戶內(nèi)存：1.5MBFLASHPROM。（8）采用電磁球閥做數(shù)字閥作為電液轉(zhuǎn)換元件。徹底解決了常規(guī)調(diào)速器電液轉(zhuǎn)換元件油污發(fā)卡的問題，使電站可以實現(xiàn)完全可靠的自動運行。（9）具有故障鎖錠的功能。由于數(shù)字閥只有通/斷兩個狀態(tài)，且數(shù)字閥采用錐閥密封可以保證在31.5MPa下無泄漏，所以，數(shù)字閥又具有液壓鎖的功能，因此當(dāng)測頻信號消失及斷電等情況下，具有故障鎖錠的功能。（10）無杠桿結(jié)構(gòu)。該系列調(diào)速器采用了數(shù)字閥液壓隨動系統(tǒng)，自動時有電氣返饋，手動無需反饋，因此取消了杠桿，消除了因為杠桿造成的死區(qū)，提高了調(diào)速系統(tǒng)的精度，而且無管路，結(jié)構(gòu)簡單，美觀。（11）友好的人機界面。采用觸摸屏做為人機界面，畫面美觀逼真，全中文顯示，操作方便，可以同時顯示很多信息。具有屏幕保護功能，以延長觸摸屏的壽命。（12）維護簡單調(diào)試方便。由于PCC的高度集成化和高可靠性，對于運行維護人員沒有太高的特殊要求，調(diào)試只需設(shè)定有關(guān)數(shù)字，沒有太多的電位器等可調(diào)元件。3數(shù)字閥PCC智能調(diào)速器的主要功能數(shù)字閥PCC可編程智能調(diào)速器具有自動、電手動、手動三種操作方式，且可無條件無擾動切換。具有很多功能，實用性智能性很強，除常規(guī)功能外具有如下主要功能。（1）空載運行時，能自動跟蹤系統(tǒng)頻率,實現(xiàn)快速并網(wǎng)。（2）具有頻率調(diào)節(jié)、開度調(diào)節(jié)、功率調(diào)節(jié)三種模式，并可實現(xiàn)調(diào)節(jié)模式間的無擾動切換。功率調(diào)節(jié)模式下，可接受上位機控制指令，實現(xiàn)發(fā)電自動控制功能(AGC)。（3）具有很強的自診斷、防錯、糾錯及容錯功能，并可將有關(guān)故障信息顯示在屏幕上，或發(fā)出報警信號。具有下述在線診斷和容錯功能：模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器和輸入通道故障；反饋通道故障；液壓控制系統(tǒng)故障；程序出錯和時鐘故障；事故關(guān)機回路故障；操作出錯；測頻回路故障；其他故障。（4）與上位機通訊的功能，接受上位機的控制命令，給上位機傳送有關(guān)信息。（5）開停機智能控制。（6）輔助試驗功能。通過觸摸屏可以很方便地進行靜態(tài)特性、空載擾動及空載擺動等試驗。（7）具有水位調(diào)節(jié)功能。（8）波浪控制，以避免甩負荷時上下游水位發(fā)生較大的波浪。（9）多級密碼保護功能。持有密碼級別的高低，決定了對系統(tǒng)行使權(quán)利的大小。運行人員只能觀察到常規(guī)顯示畫面并進行常規(guī)操作，檢修人員或管理人員可對調(diào)節(jié)參數(shù)等進行修改。（10）具備折線關(guān)機功能，并由標(biāo)準(zhǔn)的插裝閥完成，結(jié)構(gòu)簡單，動作可靠。4數(shù)