水轮机微机调速器

PLC调节器
系统的输入分为 开关量输入(如机 组启动、机组正 常停机等)和模拟 量输入(如来自机 组状态的频率、 开度、电网频率 以及通过用户设 定的各项给定参 数)。系统的主要 输出参量为导叶 接力器控制信号。
PLC水轮机微机调速器结构框图
水轮机微机调速器静特性分析
对于水轮机调节系统来说，最根本的要求是稳定性。在系统稳定的基础上， 还对其动态过渡过程品质也有一定的要求。 我们通常通过调速器静特性试验的方法来进行分析，下面将以一组具体的数 值来分析分析频率给定fc和开度给定Yc对微机调速器的静态特性的影响。
如图所示为开度给定Yc分别等于0.5 和0.75时的两条微机调速器的静特性。从 图中可以看出，两条静特性线是平行线， 故调整给定开度，相当于横向平移静特性; 其间的横坐标距离为0.25。当水轮发电机 组并入电网运行时，可认为电网频率保持 为50Hz，当yc由0.5调整到0.75时，Yc则 由原来的0.5开启到0.75。显然，调整开度 给定y。来改变微机调速器接力器的开度是 正确的方法。
如图所示为频率给定分别等于50Hz和50.5Hz 时的两条微机调速器的静特性。从图中可以清楚地 看出，两条静特性线是平行的直线，其间的纵坐标 距离为0.5Hz，故调整频率给定，相当于纵向平移 静特性。当水轮发电机组并入大电网运行时，可认 为电网频率保持为50Hz。当频率给定fc由50Hz调整 y 到50.5Hz时， PID 则由原来的0.5开启到1.0。所以， 此时调整频率给定fc，可以增/减机组所带的负荷。 但是，由于水轮机微机调速器都设有开度给定环节， 因此，一般不采用调整频率给定的方法来增减负荷， 而采用调整开度给定(或功率给定)的方法。
国内发展动态
建国以来，我国调速器制造工业经历了引进、仿制、自 行研制生产的过程。随着微电子技术的发展，我国学者 在20世纪80年代初即开始从事微机控制技术应用于水 轮机调节的研究。 1984年11月，华中理工大学和天津水电控制设备厂合 作研制的我国第一台微机调速器在湖南欧阳海水电站投 入运行。由于微机调速器具有精度高，软件灵活性大， 便于采用先进的控制策略，藉硬、软件的容错、避错等 措施可提高其可靠性等优点，它从一诞生就表现出强大 的生命力。 此后，许多高等院校、科研院所、企业均开展了微机调 速器的研制。
可编程控制器的发展现状与特点
可编程控制器的发展现状
1968年，美国通用汽车(GM)公司针对“多品种、小批量”的市 场需求，提出了10项功能指标全新的工业控制装置的设想。1969 年，美国数字公司(DEC)按上述要求研制成功了这种新型工业控制 装置，当时主要是用于逻辑控制，称之为可编程逻辑控制 ((Programmable Logic Controller)，简称PLC o PLC实质上是 一种工业计算机，只不过它比一般的计算机具有更强的与工业过程 相连接的接口和更直接的适应于控制要求的编程语言. 至20世纪90年代中期，全世界约有200多个厂家生产400多个品 种的PLC产品及其网络产品。PLC是工业控制系统中继单片机、 STD总线之后的又一个里程碑。当前，PLC仍然是一种应用非常广 泛、发展十分迅速的技术。
FX 2 N PLC
水轮机微机调速器
水轮机微机调速器国内外发展动态 可编程控制器的发展现状与特点 PLC水轮机微机调速器的系统结构 水轮机微机调速器静特性分析
水轮机微机调速器国内外发展动态
水轮机调速器作为水电站的重要控制设备，历来受到水电界的关 注和重视。众所周知，调速器曾经历了机械液压型、模拟式电气 液压型的漫长历史。电液调速器大都采用了PID调节规律，在性 能上有很大的提高，但是由于它仍用模拟组件或数字电路来实现 其调节规律，故硬件线路复杂，维护也不方便，可靠性受到一定 的影响。同时水轮机调节系统是一个非线性、时变、非最小相位 系统，要想保证系统在不同的工况下都具有优良的动态品质是非 常困难的。 20世纪70年代中期微处理机推向市场，到70年代末，微机控制 技术引入水轮机调节领域，80年代微机调速器经历了诞生、发展 至基本形成的历史。目前，在调速器领域内，发展微机调速器己 经成为主流。
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水轮机调节装置必须具备有足够大的调节功;
水轮机调节装置必须具备有足够大的调节功; 水击的反调效应不仅不利于调节系统的稳定，而且严重恶化了调节 系统的动态品质;
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4 有些水轮机还具有双重调节机构，从而增加了调速器的复杂性。
典型PLC水轮机微机调速器结构
前 向 通 道
图中由左至右的控制信息的传递通道，是任何一种结构的调速器必 须具备的主通道，包括通道u/N、通道y1和通道Y。 通道u/N是微机(PLC)调节器的输出通道，它的输出可以是电气量u， 也可以是数字量N 。 u/N信号送到电/机转换装置作为其输入信号。 通道y1是电肌转换装置的前向输出通道，它输出的主要是机械位移， 也可以是液压信号，是机械液压系统的输入控制信号。 通道Y是机械液压系统的输出通道，它输出的是接力器的位移，也是 调速器的输出信号。
国外发展动态 20世纪80年代，世界上发达国家的著名水轮 机调速器公司均毫无例外地先后研制了微机调 速器。


日本日立公司和东芝公司（率先研制） ABB公司（起步早、发展快） 法国奈尔皮克(NEYRPIC)公司 德国西门子(SIEMENIS)公司 美国伍德华德(WOOD WARD)公司 瑞士埃舍尔维斯(ESCHER WYSS)公司 比利时的ACEC公司 挪威的KBB公司等
小结
这次内容主要是针对三菱公司 FX 2 N PLC水轮机 调速器与大家共同分享了关于水轮机微机调速器国内 外发展动态、可编程控制器的发展现状与特点、PLC 水轮机微机调速器的系统结构、水轮机微机调速器静 特性分析四个方便的内容，当然要想把它学好学懂还 需要我们进一步学习和探讨，需要从更多的方便入手 进行深究。 希望这次内容能起到抛砖引玉的作用，激发我们 的学习兴趣！
硬件
控制策略
开发环境
应用领域
单板机
单板单板机 可编程控器(PLC) 工业控制机(IPC)
对常规PID控制 规律作了改进， 提出和应用了 一些新的控制 策略。
机器码、汇编语 言、高级语言
混流式、转浆 式、贯流式、 冲击式、抽水 蓄能机组
面向任务的基于 图形组态的开发 平台;
当前，我国的微机调速器领域正向更先进、更可靠、性能/价格比更优 越的方向发展。
发展方向
适应生产过程和机械自动化需求的智能单元和模块、通信、 现场总线技术、产品的进一步系列化和编程语言的完善化。
源自文库
可编程控制器的主要特点
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高可靠性
2
编程方便，易于使用 与外部控制器件接口方便
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PLC水轮机微机调速器的系统结构
PLC水轮机微机调速器的系统结构
水轮机调节系统的任务
水轮发电机组把水能变成电能供用户使用，用户除要求供电安全可靠外， 还要求电能的频率及电压保持在额定值附近的某一范围内。因此，必须根据 负荷的变化不断调节水轮发电机组的有功功率输出，以维持机组转速(频率) 在规定的范围内。 机组的运动方程
分析：f不变→机组转速恒定（f=np/60） →角速度增量不变→水轮机主动力矩与 发电机阻力矩平衡→调节水轮机输出主 动力矩→调节水轮机输出功率→调节水 轮机流量→改变导叶开度
水轮机调节系统的特点
水轮机调节系统是由水轮机调速器和调节对象(包括引水系统、 水轮机、发电机及负载)共同组成。水轮机调节系统与其他原动机调 节系统相比有以下特点:
反馈通道
与前向通道信息传递方向相反的通道，反馈通道有2-1, 3-1. 2-2, 32和3-3。例如，反馈通道3-1是接力器位移Y经过电肌转换装置转换为电 气量或数字量，再送给微机((PLC)调节器作为反馈信号的通道。
综合比较点
综合比较点是系统中前向通道和反馈通道信息的汇合点。位于 微机(PLC)调节器、电/机转换装置和机械液压系统中的3。图中绘出 了分别个比较点:Al ,A2, A3。在一般情况下，A1是数字量综合比较点， AZ是电气量综合比较点，A3是机械量综合比较点。