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1、BW(S)T-PLC系列步进式无油电转可编程微机调速器说 明 书武汉四创自动控制技术有限责任公司目 录第一章 概 述4第二章 系统结构52.1 系统结构框图52.2 框图说明52.3 系统工作原理6第三章 系统配置83.1 电气系统配置83.1.1 硬件配置83.1.2 软件基本配置93.1.3 功能增强软件配置93.1.4 调试设备及软件（不属于调速器设备内）93.1.5 试验设备（不属于调速器设备内）93.2 机械系统配置9第四章 主要功能及特点104.1 主要功能104.1.1 调节与控制功能104.1.2 诊断及容错功能114.1.3 开发调试功能124.2 主要特点12第五章 主要技
2、术数据及性能指标135.1 主要技术数据135.2 主要性能指标14第六章 硬件构成156.1 PLC简介156.2 操作终端156.3 步进电机驱动模块166.4 步进电机20第七章 软件编程说明257.1 主程序流程框图257.2 调节模式267.3 开机、停机规律277.4 数字协联297.4.1 双调节水轮机的协联特性297.4.2 协联插值算法297.5 自动、手动运行及相互切换30第八章 面板说明318.1 机电分柜面板说明318.2 机电合柜面板说明31第九章 机械液压系统329.1 概述329.2 主要部件介绍33第十章 安装调试维护说明3710.1 机械安装调试3710.2
3、电气安装调试3710.3 调速器的检修与维护41第十一章 运行操作说明4511.1 调速器上电或复位4511.2 模式切换4511.3 增加、减少操作4611.4 机械部分操作4611.5 调速器运行操作46第一章 概 述水轮机微机调速器是本世纪七十年代在电液调速器的基础上发展起来的新型水轮机调速器。随着计算机技术和控制理论的发展，水轮机调速器技术也不断的发展和提高，可靠性和调节品质已完全能够满足电厂“无人值班、少人值守”的要求。多年来，我们公司一直致力于水轮机微机调速器技术的开发研制工作，与国内知名的院校、研究机构紧密合作，博采众长，在调速器领域不断推出可靠性更高、调节品质更优的产品。我们公
4、司开发生产的BW（S）T-PLC系列步进式无油电转可编程微机调速器，克服了目前步进电机调速器存在的缺陷，真正实现了步进电机不用油、断电自保持、全数字化、免维护，可靠性和调节品质完全满足国标GB/T9652-1997.2要求。我们公司生产的步进式无油电转的自动复中精确定位装置，具有独特的定位复中功能，已获得国家发明专利，专利号为：ZL 00 2 24552.3。通过多年的努力，我们公司生产的可编程微机调速器已在白山、西津、富春江、丰满、陆水、古田溪、八盘峡等国内几十座水电厂上百台机组上成功运行，我们以优质的产品、一流的服务，赢得了电厂的好评。BW(S)T-PLC步进式无油电转可编程微机调速器是以
5、进口可编程控制器(PLC)为控制核心，以步进式无油电转作为电液转换环节，以机械液压系统作为执行机构，组成的一种新型微机调速器。BW(S)T-PLC步进式无油电转可编程微机调速器型号的定义如下：B：步进式无油电转；W(S)T：微机单（双）调；PLC：可编程控制器。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
6、功能。第二章 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=0.2Hz 2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
7、模块完成不同的任务，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
8、计算出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
9、构时变参数自完善控制，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
10、断地改变或调整控制决策,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，
11、二是通过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
12、，还有一个电机反馈，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8006002260mm 颜色：任选(2)机电合柜： 尺寸：单调：7506001650mm 双调：12008001650mm 颜色：任选2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）
13、电源模块（2）CPU模块（3）输入扩展模块（4）输出扩展模块（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
14、验设备（不属于调速器设备内）(1) HG-II水轮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(1) 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）(2) 紧急停机电磁阀、双连滤油器。 第四章 主要功能及特点4.1 主要功能4.1.1 调节与控制功能1 机组频率、电网频率是采用硬件、软件相结合的测量方法，具有检错及容错测频功能。机组频率测量采用双路测频，既可残压测频，又可齿盘测频。2 空载运行时，具有跟踪频给及跟踪网频两种控制方式。在跟踪网频方式下，机组频率能自动跟踪系统频率。3 PID调节采用基本型逻辑控制器,根据偏差与偏差变化率将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。4 能保证水轮机组稳定运行于各种工况：空载、区域电
