1、第三章 系统配置（9） 3.1 电气系统配置3.1.1 硬件配置 3.1.2 软件基本配置（10） 3.1.3 功能增强软件配置 3.1.4 调试设备及软件（不属于调速器设备内） 3.1.5 试验设备（不属于调速器设备内） 3.2 机械系统配置第四章 主要技术数据及性能指标（11） 4.1 主要技术数据 4.2 主要性能指标（12）第五章 硬件构成（13） 5.1 PLC简介 5.2 操作终端 5.3 步进电机驱动模块（14） 5.4 步进电机（18） 5.5测频模块（21） 5.6 电源系统（22）第六章 软件编程说明（24） 6.1 主程序流程框图 6.2 调节模式（25） 6.3 开机、
2、停机规律（26） 6.4 数字协联（28） 6.4.1 双调节水轮机的协联特性 6.4.2 协联插值算法6.5 自动、手动运行及相互切换（29）参考文献（30）第一章 介绍典型微机调速器1.1 典型微机调速器的介绍 1、高油压比例阀式微机调速器高油压微机调速器参数、功能、性能指 标和技术特点 （一）主要技术参数比例系数 KP: 0.520 积分系数 KI：0.05101/s KI： 微分系数 KD: 05s 频率给定 FG: 4555HZ 功率给定 PG：0100% PG： 永态转差系数 bp: 010% 人工死区E: 人工死区E: 01% 机频、网频信号电压：AC 机频、网频信号电压：AC
3、0.2160V 交流电源: AC 220V 直流电源：DC 220V或DC 110V 工作油压范围：1416Mpa 事故低油压：11Mpa 蓄能器充气压力：8.59Mpa 操作功：10 000/18 000/30 000/50 000N梞 （二）主要功能和性能指标 （1） 测量机组和电网频率，实现机组空载及孤立运行时的 频率调节。 （2） 空载时机组频率自动跟踪电网频率，以便快速自动准 同期。 （3）实现手动开停机、增减负荷及带负荷运行。 （4）实现自动开停机，并网后根据永态转差系数（bp）自 动调整机组出力。 （5）无条件、无扰动地进行自动和手动的相互切换。 （6）采集机频、网频、导叶开度、
4、手动、自动等主要参数 及运行状态。 （7）能通过按键及液晶触摸屏整定调速器的运行参数。 （8）检测到电气故障时，能自动地切为手动，并将负荷固 定于故障前的状态。（9）转速死区ix0.10%。 （10）静态特性曲线线性误差5% （11）自动空载3min转速摆动相对值不超过0.25%。 （12）接力器不动时间Tq0.2s。 （13）平均故障间隔时间大于12000h。 2、BW（S）T-PLC步进式无油电转可编程微机调速器BW（S）T-PLC步进式无油电转可编程微机调速器具有结构简单可靠、不耗油、油泵起动次数少、油质要求低、不卡涩、断电后调速器保持接力器当前开度不变、免维护、易于操作、人机对话方便的
5、优点。BW（S）TPLC步进式无油电转可编程微机调速器,以高性能液晶触摸屏作为中文人机界面，可显示各种数据、状态，进行各种操作、试验、记录、报警、打印、通信等功能。主要技术数据型号：BW（S）T-80/100/1502.5/4.0/6.3-HR工作油压：2.5Mpa、4.0Mpa、6.3MPa电源：AC220或DC220电液转换型式：步进式机电接口控制方式：直接数字控制调节规律：并联PID暂态转差系数：bt1200%永态转差系数：bp010%积分时间常数：Td125S加速度时间常数：Tn05.0S频率给定范围：FG45.0055.00Hz频率死区范围：E01.00Hz功率死区范围：i05%功率
6、给定范围：P0120%测速方式：残压或残压+齿盘测频误差0.0009% 电气特点（1） 以可编程控制器作为硬件主体，具有高可靠性、高抗干扰能力。（2） 采用TFT彩色中文触摸屏作为人机界面（HMI）。直接触摸操作，操作简单，显示直观、丰富。并具有显示实时动态曲线的功能，调试、维护简便。（3） 具有调试、试验功能，通过人机界面（HMI）能轻松完成调速器的调试和试验，并显示试验结果。（4） 一体化电源设计，交流、直流电源同时供电，两者互为热备用，相互之间可实现无扰动切换。（5） 测频模块与可编程控制器是通过总线直接连接，彻底解决可编程控制器与测频不能很好匹配问题。（6） 控制输出为直接数字控制方式
7、，无D/A转换环节，实现了输出环节的数字化。（7） 智能容错测频及自动识别大小网，频率测量精度高。（8） 多处理器并行工作，速度快。扫描周期均20ms。（9） 高抗干扰能力：所有I/O接口均采用光电隔离及软件滤波。（10） 多种交互方式：能通过计算机键盘、编程器、电柜面板上的触摸屏等多种方式设置参数及进行操作。（11） 调速器具有自动容错功能。（12） 带有串行通讯接口，兼容性好，可与各种计算机监控系统联接，可满足电站无人或少人值守。（13） 故障自诊断功能，调节器能实时监视自身组成模块，一旦发生故障，能立即诊断，并以报警模式从触摸屏上指出故障部件。（14） 跟踪功能：电气部分可跟踪机械手动，
8、机械手动切至自动或电手动时不需任何调整，为无扰切换。3 DKT-K系列电机控制式微机调速器主要调节参数整定范围比例系数KP0.520积分系数KI0.0510（1/S）微分系数KD05（S）永态转差系数bp010%频率人工死区f01.0%频率给定范围fG505HZ功率给定范围PG0100%1.2.3其它技术数据工作油压2.5MPa；4.0MPa主配压阀直径80、100、150（mm）工作电源：AC220V 200WDC110V或220V 200W本调速器具有如下功能：频率测量与调节：可测量机组和电网的频率，并实现机组频率的调节和控制；频率跟踪：当跟踪功能投入时，机组频率自动跟踪电网频率，可实现快
9、速自动准同期并网。自动调整与分配负荷：机组并入电网,调速器将根据其整定的bp值和电网频差，自动调整机组的出力。负荷调整：可接受上位机控制指令，实现发电自动控制功能（A.G.C）。开停机操作：接受中控室或上位机指令，实现开停机操作。手动操作：具有电手动操作和机械手动操作功能，并可无条件、无扰动地实现自动运行与手动操作的相互切换。能采集并显示调速系统的主要参数，如：机组频率、电网频率、导叶开度、调节器输出和调节器的整定参数等。有完善的通讯功能，为电站监控系统设置了标准、可靠的接口，能方便地实现与上位机的通讯。应用户需要，可带上频率计的相关功能。经过我们小组的探讨我们决定选型方案2的微机调速器。第二
10、章 系统结构2.1 系统结构框图 系统结构框图2.2 框图说明 1频差f1） 油开关合或油开关分但网频不正常或油开关分且跟踪频给时f=fG-fJ 2） 油开关分且网频正常并跟踪网频时 f=fW-fJ 3） 频率死区E（可以设定） 频率调节 E=0 功率调节 E=0.2Hz2给定与实际差值1） 频率调节模式 =YG-YPIG 2） 功率调节模式 =PG-P3） 功率死区Ep 频率调节模式 Ep=0功率调节模式 Ep=05%PN（可调整）4） 永态转差系数bp频率调节模式 bp=0%开度调节模式 bp=010功率调节模式 bp=0102.3 系统工作原理 整个调节器采用多CPU构成模式，每个模块完
11、成不同的任务，结构上采用“积木”式模块结构，这种将复杂的任务分成多任务的分开处理的方式，提高了系统的可维护性能及可靠性，不但有利于单个模块“软升级”，还能实现整个调节器系统的“升级”，并保持了良好的兼容性。测频模块由高性能CPU构成，完成频率的测量任务，并将机组频率和电网频率通过通讯总线传输给PLC，能实现“软升级”。由导叶反馈装置的导叶位置传感器，将导叶位置电信号送至A/D模块，并可由有功功率变送器将测得的有功电信号分别送至A/D模块，经A/D模块转换环节取得导叶位置信号及有功信号。由开关量输入模块采集二次的开、停机、增、减等命令。以上所有输入信号送至CPU模块，由CPU按调节规律分析计算出
12、相应的导叶控制信号及状态信号（包括故障等），送开关量输出模块完成控制输出和状态输出。开关量输出模块按计算控制值对应宽度脉冲的开或关信号，控制数字式机械液压系统的无油电转正、反运动，使导叶按照调节规律的要求动作，并在故障时，动作报警信号。通讯单元负责与上位机通讯，发送或接受上位机的命令。工业平板PC机作为中文人机交互界面，完成调速器的现场操作命令及状态数据显示等功能，也可通过其通讯接口与远方通讯。水轮机调节系统是一个本质非线性、时变、非最小相位系统，其控制性能指标与稳定性一直是人们所关注的问题。随着控制技术的发展，水轮机调速系统的控制规律也在不断地发展和完善。虽然近年来，自适应控制，变结构时变参
13、数自完善控制，模型参考多变量最优控制等基于现代控制理论的控制模型和控制方法也被提出并进行了大量的理论研究，但由于水轮机调速系统是一个时变且存在随机扰动而又相对快速的控制系统，目前，仍然广泛采用PID控制规律。而常规PID控制系统需要精确的数学模型,一般只适用于线性系统，常规的PID控制很难得让其具有良好的动态品质。在这里，我们采用了一种新型PID控制器基本型逻辑控制器,俗称九点控制器,根据偏差与偏差变化率实际运行状况抽象成九个工况点（强加、稍加、弱加、微加、保持、微减、弱减、稍减、强减9种工况）,从而给出相应的控制策略进行有效的控制。其基本思想是控制器根据控制系统的实际运行模式特征,不断地改变
14、或调整控制决策,以便使控制器本身的控制规律适应于控制系统的需要,获得良好的响应性能。由于这种控制器产生的控制作用只取决于被控对象的运行工况,因而对相当广泛的被控对象具有适应性。由于不同的工况点对应不同控制策略,因此又具有适应式变参数变结构非线性控制的特点。控制算法简单,易于工程应用的实现。对于稳定的控制对象,能同时得到良好的静态品质和动态品质,即使对于不稳定的被控对象也有镇定调控作用。因此基本型逻辑控制器适合应用于水轮机调速系统中来改善其特性。该型调速器具有频率调节、开度调节和功率调节三种控制模式，根据需要可选择不同的控制模式。这种切换，一是通过操作终端上的触摸键或二次回路接点来完成，二是通过
15、数字通信接口来完成。采用频率调节模式时，又分为跟踪频给和跟踪网频方式。跟踪网频方式运行时可实现机组频率跟踪电网频率，这样可以保证机组频率与电网频率相一致，便于并网。当采用功率调节模式时，PI环节按功率偏差进行调节，实现机组有功功率恒定。这种方式运行可以很容易实现全厂AGC（自动发电控制）。对于功率给定，它一方面作用于PI环节，另一方面通过开环控制直接作用于输出，提高了功率增减速度。功率给定为数字量，适用于上位计算机给定。电气开限环节是针对PID运算结果进行限制，限制输出不超过一定值。数字放大器将PLC输出与接力器反馈采集量进行比较放大后输出。对接力器的控制采用双闭环结构，除接力器反馈外，还有一
16、个电机反馈，以控制无油电转精确定位，补偿电机失步、反向间隙、各种机械误差和磨损等。第三章 系统配置调速器系统由电气和机械两大部分组成。柜体结构根据用户要求可选用机械电气分柜或机械电气合柜结构。3.1 电气系统配置3.1.1 硬件配置1柜体（1） 机电分柜： 尺寸：8006002300mm或8002260mm 颜色：任选（2） 机电合柜：单调：7501650mm 双调：12002电源系统（1）开关电源1：+24V专供继电器及操作终端（2）开关电源2：+24V/+36V专供电机驱动（3）+15V电源供反馈用3面板部分 操作终端4控制部分（1）电源模块（2）CPU模块（3）输入扩展模块（4）输出扩展
17、模块（5）AD模块 （6）通讯模块：（7）日本ROZE公司步进电机驱动器（8）日本三洋公司步进电机3.1.2 软件基本配置 （1） 并联PID调节程序采用基本型逻辑控制器。 （2） 实时画面显示、记录及监控软件。 （3） 实时故障诊断程序 （4） 双调数字协联子程序（5） 机组起停等操作子程序3.1.3 功能增强软件配置 （1） 与上位机通讯软件（2） 功率控制闭环调节软件3.1.4 调试设备及软件（不属于调速器设备内） （1） PC机 （2） PLC软件 （3） HG-II水轮机调速器特性综合测试仪（4） 89C51单片机编程器3.1.5 试验设备（不属于调速器设备内）（1） HG-II水轮
18、机调速器特性综合测试仪（用于调速器静、动态特性测试）。（2） PC机3.2 机械系统配置 （1） 步进式无油电液转换器（带自动复中机构） （2） 主配压阀活塞及阀体 机械手操及开限机构（机构系统有两种结构，一种有机械开限机构，一种无机械开限机构，可选）紧急停机电磁阀、双连滤油器。第四章 主要技术数据及性能指标4.1 主要技术数据 1测频环节 （1） 方式：残压测频或齿盘测频 （2） 输入电压：残压：0.2 V200V，齿盘：24V脉冲信号 （3） 脉冲调制时间：120ms （4） 测试范围：5100Hz （5） 测量精度：0.0015Hz 2调节参数整定范围 永态转差系数： bp=010% （
19、分辨率1%） 暂态转差系数： bt =0200% （分辨率1%） 缓冲时间常数： Td=120秒 （分辨率1秒） 加速度时间常数：Tn=03秒 （分辨率0.1秒） 3控制参数范围 开度给定 PG=0100% （分辨率1%） 频率给定 FG=4555Hz （分辨率0.01Hz） 人工失灵区宽度 E=00.5Hz （分辨率0.01Hz） 功率死区 Ep=05%PN 开度限制 L=0100% （分辨率1%） 功率给定 P=0120% PN4 PLC运算速度基本指令：0.034S/指令5 步进电机参数（1） 步进电机型号及生产厂家：步进电机型号：103H8222-0441生产厂家：日本三洋公司（2）
20、二相步进电机： 2A/相（3） 保持力矩： 4.9NM 6电源 （1） 厂用交流电源： 50Hz，220V15%，550伏安（2） 厂用直流电源： 220V（或110V）520瓦4.2 主要性能指标 1调速器死区： （0.020.04）% 2甩大于25%额定负荷不动时间：0.2秒。 3空载自动运行频率摆动：0.15%4其它指标满足和优于GB9652-1997国家标准。第五章 硬件构成PLC微机调速器的标准硬件构成为：根据用户的要求，特殊情况可增/减一些模块。也可选其它型号的进口PLC，如：三菱FX2N、A或Q系列PLC，OMRON PLC、GE PLC等。5.1 PLC简介具有如下优点：最大范
21、围的包容了标准特点、程序执行更快、全面补充了通讯功能、适合全世界各国不同的电源以及满足单个需要的大量特殊功能模块，可以为工厂自动化提供最大的灵活性和控制能力。1灵活的配置处理器模块管理包括开关量I/O模块,模拟量I/O模块和特殊应用模块的整个PLC站,这些模块可分布在BusX总线上的一个或多个机架上。每个处理器模块集成有：.一个盒装内部RAM，可容纳整个应用程序，并可由存贮卡扩展（RAM或flashEPROM）,.一个内部实时时钟.各种通迅模式:通过终端端口的通讯2个终端端口（TER和AUX）可同时连接两个设备（一般为一个编程终端和一个人机接口终端）。应用程序使用Windows下的软件编制，它
22、提供：四种编程语言：梯形图，结构化文本及语句表方式多任务软件结构：主任务，快速任务及事件处理，运行程序的修改5.2 操作终端操作终端选用工业平板PC机。操作终端作为人机界面的操作、显示、参数设置、试验等功能，与上位机的通讯也可由操作终端实现。5.3 步进电机驱动模块步进电机驱动模块选用日本ROZE公司生产的高质量的步进电机驱动模块RD323MS，内装振荡器实现细分步驱动，为保护细分步运行，可从低速到高速驱动，3A/相高输出、高频率，采用铝镁合金外壳，抗干扰，散热好。采用自动电流降电路。其性能见下表：性能型号RD323MS电源电压DC18V40V（绝对最大额定电流40V）电源电流相当额定电流1.2倍（最大）励磁电流0.33.0A/相驱动方式特殊单极恒流斩波电路细分数将基本步180细分设定可能的分割数（14种类）64、32、16、8、4、2、180、60、20、10、550、25自动降电流停止脉冲输入后0.3秒由CURRENT STOP旋钮设定将电流变为动作时电流的080%响应频率600KppsMAX（SPEED输入=5V时）保护电路电流电压低下保护、电机误接保护、过热保护外形尺寸63（M）105（W）56（D）mm重量
