GES-3320硬件说明书.doc

ges-33励磁装置用户手册 硬件说明书 版本号：z l563ges-33 励磁装置用户手册硬件说明书目 录1内容简介22.产品型号代码23.技术标准44.励磁系统结构45.硬件配置7 5.1原理图标注说明 5.2系统概述6.自动电压调节器8 6.1.工业控制计算机8 6.1.1cpu板8 6.1.2a/d转换板10 6.1.3i/o板11 6.1.4网卡12 6.1.5脉冲形成板13 6.2模拟信号测量调理15 6.2.1模拟信号预处理 6.2.2信号采集板 6.3同步信号调理与采样18 6.3.1同步信号的取样 6.3.2同步脉冲板 6.4人机界面20 6.5rs485通讯网络20 6.6 电源系统217.大功率整流柜22 7.1概述22 7.2脉冲放大与检测22ges-33励磁装置用户手册硬件说明书东方电机控制设备有限公司1. 内容简介本文说明ges-33系列同步电机自动励磁装置的总体系统结构，以及硬件单元的工作原理与设置。本文属于通用性的说明书，不针对具体的工程。因为具体工程要求不同而产生的差异，在每个工程交货时的图纸中详细表现。2. 产品型号代码东方电机控制设备有限公司出品的励磁设备型号代码结构如下：代码位1234567891011型号示例ges3220-t32f16l代码位说明：1） 固定标示为ges，表示是发电机励磁系统。2） 固定标示为3，表示为东电控制公司ges3000系列产品。3） 调节器类型 0-单纯的功率柜，调节器不在供货范围内 1-调节器是分立器件构成的模拟线路 2-调节器采用dsp核心技术 3-调节器采用ipc总线工控机 4-调节器采用std总线工控机 5-调节器采用pcc模块4） 通道配置 0-单纯的功率柜，调节器不在供货范围内 1-调节器单通道结构 2-调节器双通道冗余结构 3-调节器三通道冗余结构5） 励磁方式 0-机端变自并励静止励磁系统 1-交流励磁机-静止整流器励磁系统 2-同步电动机6） 功率柜配置 t-功率整流器件为可控硅 d-功率整流器件为二极管7） 功率柜型号 1-单柜额定输出直流500a 2-单柜额定输出直流1000a 3-单柜额定输出直流1500a 4-单柜额定输出直流2000a 5-单柜额定输出直流2500a以上8） 功率柜并联数 1-1柜并联 2-2柜并联 6-6柜并联9） 灭磁开关配置 a-交流灭磁 s-单断口 d-双断口 t-三断口 f-四断口 h-带辅助常闭触头10） 灭磁开关额定电流 06-600a 08-800a 10-1000a 16-1600a以此类推11） 灭磁电阻类型 l-线性电阻灭磁 n-非线性电阻灭磁型号示例：ges 3320-t42t20 n3. 技术标准ges-33系列产品执行有关的国家标准和行业标准。主要有：gb/t 7409.1-1997 同步电机励磁系统 定义gb/t 7409.2-1997 同步电机励磁系统 电力系统研究用模型gb/t 7409.3-1997 同步电机励磁系统 大、中型同步发电机励磁系统技术要求dl/t 583-1995大中型水轮发电机静止整流励磁系统及装置技术条件dl/t 650-1998大型汽轮发电机自并励静止励磁系统技术条件4. 励磁系统结构ges-33系列自动励磁装置适用于各种同步发电机半导体励磁系统。励磁系统主要包括调节器、励磁电源、功率整流、灭磁回路等几部分。本节主要根据励磁电源的取得方式简要说明几种典型的励磁系统应用。4.1. 电势源静止励磁系统电势源静止励磁系统的励磁电源采用整流变压器，变压器的电源取自与主发电机无关的辅助母线或取自同步发电机的输出端。4.1.1. 机端变自并励静止励磁系统机端变自并励静止励磁系统励磁电源取自于发电机的机端。4.1.2. 他励电势源静止励磁系统他励电势源静止励磁系统的励磁电源通常取自厂用电高压母线或备用电源母线。4.2. 交流励磁机-整流器励磁系统4.2.1. 带永磁副励磁机的交流励磁机-静止硅整流器励磁系统4.2.2. 交流励磁机-静止可控硅励磁系统4.2.3. 交流励磁机-旋转硅整流器无刷励磁系统5. 硬件配置特别声明：由于电子产品技术进步导致本说明书所介绍的产品升级换代，本公司不通知既往用户。既往用户指配置方案改变时，其所订购的产品已出厂的用户。5.1. 原理图标注说明下面举例说明原理图上的标注：1）+avr 位置定义，说明装在调节柜内。2）-u12 部件或分装定义，完整定义为 +avr-u12；3）14/3-x5:19 14指原理图页数/33指每张原理图按功能分数列，3即表示列号-x5指部件或分装定义:19指部件联接号4） 25 电缆连接，电缆线芯为25。5.2. 系统概述励磁系统可控硅桥由励磁电源供电（通常使发电机机端励磁变压器或励磁机），受控的可控硅桥经磁场断路器为发电机提供直流电流；控制是由高速ipc工业控制机完成的。各种模拟量信号，如发电机电压和电流是通过模拟接口采样，然后经pc总线传送至cpu单元；cpu控制器将这些信号根据软件处理后，送出控制信号到脉冲形成单元；此信号是通过pc总线传输的，产生的脉冲通过多芯电缆传送至功率柜。功率柜和灭磁柜的二进制信号分别由各自的i/o模块采集，并经过rs485串口传送到ipc工控机上；由ipc工控机中的cpu控制器完成逻辑控制、保护、监测等功能。在调节柜前门上，装有一液晶显示屏及一块20键操作面板，液晶屏能显示各种模拟量值、发电机运行工况及励磁装置故障报警信号；液晶显示屏同cpu控制器间通过arc网联接。恒电流调节通道的控制对象是励磁电流，它用于试验、调试和自动通道的备用，恒电流调节通道始终跟踪电压调节通道。为提高励磁调节器的可靠性，采用双通道系统；双通道的输入信号都是一样的，它们并联运行，如果一个通道故障，自动切至备用通道；无论哪一通道故障均可切换，并没有硬行规定某一通道优先于另一通道，备用通道自动跟踪主用通道。6. 自动电压调节器6.1. 工业控制计算机ges-33系列自动励磁装置的调节器采用ipc总线模块化工业控制计算机作为调节器的硬件核心。每台计算机由cpu板、a/d转换板、i/o板、网卡、脉冲形成等五块模板组成6.1.1. cpu板6.1.1.1. cpu板型号juki-752 dx4-100该板的中央处理器采用dx4-100，主振频率100mhz，采用all-in-one技术设计，带watchdog功能。板外数据总线为16位，板内数据总线为32位；板内有一块固态盘（flash disk chip），用以存储操作系统软件和调节器的运行程序。6.1.1.2. 主要技术性能： 中央处理器：dx4-100； 主振频率：100mhz； 存储器：512kb32mb可选（支持单边16bit simm）； 固态盘：2mb72mb可选 bios：系统bios固化于独立的一片eprom中； 时钟/日历：带电池的rtc和cmosram信息设定； 中断：15级硬件中断； dma：7通道dma； 定时器：3路可编程定时器； lcd/crt显示器接口：最高支持800x600线 stn和tft lcd平板显示器以及1024x768线256色crt显示； 显示存储器：1m； ide接口：支持两个硬盘； fdc接口：支持两个软盘驱动器； 串行接口：两个rs232c高速串行通讯接口； 并行接口：一个多模式的并行接口，支持各种并行打印机； watch-dog定时器：watch-dog定时器有多种定时时间可供选择； 键盘接口：支持标准的at键盘； 电源容量：5v，1.55a。6.1.1.3. 出厂跳线缺省设置cpu速度设置，可通过改变跳线jp2的位置来实现，如下表：jp21-23-45-6100mhz断开连接断开watch-dog定时器的跳线设置 jp4：watch-dog动作形式设置jp4说 明2-3watch-dog动作后机器复位 jp3：watch-dog定时周期jp31-23-45-67-81秒断开断开连接断开电子盘的地址设置jp7地址1-23-45-6d6000断开连接断开清除cmos的设置jp15（“*”代表出厂缺省位置）jp15说 明* 断 开正常运行打 开清除cmos设置通讯口com2的ri脚设置jp11/jp12功能jp11jp12ri信号1-22-3中断irq3及irq4的设置释放irqjp8jp13irq3连接，不用com2irq4连接，不用com16.1.1.4. 对外接口cn1： 并行通讯口/打印机接口cn10：外部电源接口cn2：软驱接口cn11：com2串行通讯口cn3：lcd平板显示器接口cn12：crt显示器cn4：reset复位键接线cn13：6脚鼠标连接口cn4：cn14：com1串行通讯口cn5：cn15：6脚键盘连接口cn7：ide接口cn16：扬声器接线cn8：5脚键盘连接口cn17：5v电源指示灯cn9：ide硬盘活动指示灯接线6.1.2. a/d转换板6.1.2.1. a/d转换板型号iso-ad32该板是带光隔的32通道高速12位a/d转换模板，适用于pc/at兼容机。用于电压信号的精密测量，其核心器件是mach111-15jc-18ji芯片。该板的模拟电路和数字逻辑电路之间用光电隔离耦合器进行信号交换，使得pc总线与模拟电路部分隔离，提高了a/d转换和微机系统的抗干扰能力。6.1.2.2. iso-ad32板的主要技术指标： 分辨率：12位 通道数： 双端16路/单端32路 转换率：最大200k/s 输入阻抗：10000mw|6pf 电压量程： 10v ，出厂标准：10v，5v，1v，010v等可选。 精度： 0.01% 过电压保护值： 35v 电源容量：5v，0.85a6.1.2.3. a/d板出厂跳线缺省设置 jp1 ：单端/双端模拟量输入跳线选择 出厂时采用图示单端模拟量输入型式： jp2：irq通道选择（出厂缺省设置为nc端连接） jp5：a/d板等待状态 出厂时选用正常速度设置： 可调电位器vrs的用途： v1：ad偏移量的调节 vr2：ad增益的调节 vr3：-5v电源的调节 vr4：pga偏移量的调节 i/o口地址的设置通过拨码开关sw1来改变 出厂设置为220h。地址a8a7a6a5a4ox200onononoffon6.1.3. i/o板6.1.3.1. 开关量输入/输出板iso-p32c32带光隔的32路输入、32路输出开关量板iso-p32c32在微机励磁调节器中主要完成以下功能：a. 供主cpu完成采集外部各种命令及状态信号，以便根据不同的工况进行不同的控制处理；b. 完成各种状态指示及故障报警开关量的输出。该板采用光电耦合实现pc总线与工业设备或数字仪器之间完全的电隔离，以消除共地线和电源的干扰，从而保证工业设备和微机系统的高可靠性。此外，光电耦合器件还具有电平转换功能。所有外部开关量输入/输出信号连线通过-u12转接，-u12再通过37芯电缆与iso-p32c32的接口j1连接。请参见3l4981励磁系统原理图p7p10。开入、开出量都是低电平有效，试验时可在-u12的接线端子上直接测量。6.1.3.2. iso-p32c32板的主要技术指标： pc总线与用户接口设备之间实现完全的电隔离； 32个开关量输入、32个开关量输出分别占用四个连续的口地址； 工作模式为cpu扫描方式； 各输出信号具有锁存功能； 最大输出电流：600ma；最大响应时间：100ns。6.1.3.3. i/o板出厂跳线缺省设置 i/o口地址的设置 通过拨码开关sw1来改变板口地址的设置，出厂设置为210h。地址a8a7a6a5a4a3ox210ononononoffon con1内部/外部电源选择跳线jp1, con2内部/外部电源选择跳线jp2选择内部电源 中断通道设置跳线jp3（图中：表示不使用）6.1.4. 网卡6.1.4.1. arcnet lan网络板网卡在微机励磁调节器中主要完成以下功能：a. 完成两并列运行的微机励磁调节模块的冗余信息交换，从而实现双机间实时跟踪、实时故障检测及切换。b. 完成两并列运行的微机励磁调节器同界面机之间操作命令、模拟量信息、开关量信息及故障信息的通讯，使人机对话更为方便、友善。6.1.4.2. arcnet 网络板的主要技术特点： 支持星形和总线形连接协议； 支持同轴电缆、双绞线或光纤； 支持网络动态重组，如增加或减少节点； 网络最大节点数可达255个； 网间最长通讯距离为6400米（共用有源hub）； 网络采用802.4令牌传送协议，响应时间相对确定； 传送速率为2.5mps。6.1.4.3. arcnet 网络板出厂跳线缺省设置 在一个arcnet网络中，每块网卡均有自己唯一的站地址；该站地址由板上一拨码开关sw2来设置，下面列出本系统中三块网卡的站地址。板号站地址二进制数sw2开关的设置sw2-1sw2-2sw2-3sw2-4sw2-5sw2-6sw2-7sw2-81（a机）0x0a00001010onoffonoffonononon2（b机）0x0b00001011offoffonoffonononon3（界面机）0x0300000100offoffonononononon 本板i/o及rom地址区的设置由拨码开关sw1来设置，开关的前五位反映rom地址区，出厂设置为ram地址d:1000-d:17ff，prom地址d:2000-d:3fff;后三位反映i/o地址,出厂设置为2e0-2ef。6.1.5. 脉冲形成板请参见原理图3l4486，下图为3l4486的简化框图。6.1.5.1. 电路组成本单元与同步脉冲板3l4487配合工作，其j1端口的所有输入输出信号都来自3l4487。3l4487请参见6.3.2条。1） 计算机总线接口逻辑：由n1、n2等芯片构成，进行总线数据和地址总线的缓冲和译码。2） 脉冲形成由定时/计数器n3、n4等芯片构成。从j1:10、j1:11、j1:12分别引入u、v、w相可控硅整流桥阳极电压的同步方波，用于启动定时器计数。定时器的定时寄存器由cpu通过总线写入数据。当定时器被同步信号启动后，计数至定时寄存器所确定的值，发出计数到脉冲信号。3） 脉冲整形由n8、n9、n10等芯片构成。将脉冲形成单元发出的脉冲信号整理成所需要的宽度和电平。4） 脉冲检测由n11、n12等芯片构成。对整形后的脉冲取样、检测；当发现有脉冲缺失时，从j1:1向外报警。5） 脉冲输出通过光电隔离，脉冲通过j1:49输出。j1:49依次对应+u、+v、+w、-u、-v、-w相。6） 故障监视实时控制软件运行中，每次循环开始时对定时/计数器n5的gate2复位，表示程序运行正常。一旦由于某种原因，n5没有按时收到复位信号，经过短暂延时，从j1:2向外报警。外部监视系统可利用此信号作为cpu板和程序的watchdog信号，判断其工作正常否。 此信号通常在双通道系统中用于双机相互故障诊断。7） 频率测量由定时/计数器n5的gate0通道执行功能。需要测频的交流电压信号经外部调理回路整形成方波，从j1:13引入到n5的gate0。计数器在方波的每次上跳变时刷新，并将上周期的计数结果提供给cpu，供其计算信号频率。频率测量功能通常用于测量发电机的机端电压频率。6.1.5.2. 电路参数1） 时钟频率：定时/计数器的时钟频率2.0mhz。2） 脉冲形式：每相双窄脉冲，间隔约60，每个脉冲宽度约510。3） 定时/计数器分辨率：16位。6.1.5.3. 电路接口1） x1：isa总线引脚。2） j1：标准db25插座，集中本单元所有输入、输出信号。各引脚的定义如下表：编号定义备注1脉冲故障报警，输出 2程序活动报警，输出3、15+12v电源4、16+u脉冲双窄脉冲输出5、17+v脉冲双窄脉冲输出6、18+w脉冲双窄脉冲输出7、19-u脉冲双窄脉冲输出8、20-v脉冲双窄脉冲输出9、21-w脉冲双窄脉冲输出10、22u相同步方波输入11、23v相同步方波输入12、24w相同步方波输入13、25测频方波输入14+24v电源6.2. 模拟信号测量调理6.2.1. 模拟信号预处理1） 机端电压引入发电机端的pt副边线电压，额定3x100v（或105v）至信号采集板。2） 系统电压引入发电机端系统侧pt副边线电压，额定1x100v至信号采集板。3） 机端电流引入发电机端的ct副边，额定3x5a，经5a/10v变送器，至信号采集板。4） 励磁电流引入功率整流桥交流侧ct副边，额定3x5a，经5a/10v变送器，至信号采集板。此交流电流信号与发电机磁场直流电流成正比，故此称为励磁电流。5） 同步电压又称作阳极电压。整流桥交流侧的电压信号经同步信号板的隔离、降压处理，额定3x10v，引入信号采集板。此电压信号与整流功率电源同步，并且成正比，故此称作同步电压。6.2.2. 信号采集板请参见原理图3l4488，下图为3l4488的简化框图。6.2.2.1. 电路组成注：个别机组中，本单元各测量端口的引入的信号定义有可能变化，请参见具体的详细系统原理图。1） 机端电压板载变压器t1t4为双副边单相变压器，变比220v/24v/24v，降额使用。t1t3原边y接法，接发电机机端pt副边3x100v（或105v）。t1t3第一组副边yo接法，u、v、w相电压经分压、滤波，分别接到j2：10、9、8号引脚。即j2：10、9、8输出机端电压的交流波形。t1t3第二组副边d（d）接法，其输出经硅队v1整流后，再经分压、滤波，接到j2：2引脚。即j2：2输出机端电压三相整流值。2） 系统电压t4原边接电网pt副边线电压1x100v（或105v），其副边由v2整流后输出到j2：1。3） 机端电流经电流/电压变送器（5a/10v）调理后的机端电流u、v、w，按yo接法，分压、滤波后分别接到j2：7、6、5号引脚。4） 励磁电流经电流/电压变送器（5a/10v）调理后的功率整流桥交流侧电流，由v3整流后输出到j2：4。5） 同步电压三相同步电压3x10v，由v4整流后输出到j2：3。6.2.2.2. 电路接口1） j1：模拟量输入。编号定义备注1、2、3、4机端电压u、v、w、n额定ac.100v5未用6、7、8、9机端电流u、v、w、n额定ac.10v10、20接地11、12、13励磁电流u、v、w额定ac.10v14、15、16同步电压u、v、w额定ac.10v17未用18、19、系统电压u、v额定ac.100v2） j2：标准db37插座，调理后信号输出，供工控机a/d单元使用。编号定义备注1系统电压额定dc.10v2机端电压三相整流值额定dc.10v3同步电压额定dc.10v4励磁电流额定dc.10v5、6、7机端电流w、v、u额定ac.10v8、9、10机端电压w、v、u额定ac.10v17电源零点其余未用6.3. 同步信号调理与采样6.3.1. 同步信号的取样整流桥交流侧电压由同步变压器（通常位于调节柜内，其编号为t2，y/y接法）降压，副边线电压额定ac.100v，引到同步脉冲板。6.3.2. 同步脉冲板请参见原理图3l4487，下图为3l4487的简化框图。6.3.2.1. 电路组成本单元与脉冲形成板3l4486配合工作，其j2端口的所有输入输出信号都来自3l4486。3l4486请参见6.1.5条。1） 同步方波形成板载变压器t1t4为双副边单相变压器，变比220v/24v/24v，降额使用。t1t3原边yo接法，接同步变压器副边额定3x100v。t1t3第一组副边yo接法，u、v、w相电压经分压、滤波，由电压比较器n1分别整理为同步方波，输出到j2：10、11、12。t1t3第二组副边d（d）接法，其输出未用。2） 测频方波形成需测频的交流信号（通常为机端电压）降压到额定100v，接板载变压器t4原边。t4副边输出信号再经分压、滤波，由电压比较器n1整理为与输入交流信号同步的方波，输出到j2：13。3） 同步脉冲输出从脉冲形成板来的同步脉冲由n3初步放大，输出到j3，准备供脉冲放大板使用。脉冲放大板请参见7.2条。4） 报警信号输出脉冲形成板来的脉冲故障、程序活动信号，由n4放大后，分别输出到j1：13、12，供外部监控使用。6.3.2.2. 电路接口1） j1：电源和信号输入、输出编号定义备注1、2、3、4同步电压u、v、w、n输入，额定ac.100v 5未用6、7、8同步电压u、v、w输出，额定ac.10v9、11未用10、20接地12程序活动输出，dc.24v13脉冲故障输出，dc.24v15、16测频信号输入，额定ac.100v18电源零点19+24v电源输入14、17未用2） j2：标准db25插座，与脉冲形成板相连。编号定义备注1脉冲故障报警，输入 2程序活动报警，输入3、15+12v电源4、16+u脉冲双窄脉冲输入5、17+v脉冲双窄脉冲输入6、18+w脉冲双窄脉冲输入7、19-u脉冲双窄脉冲输入8、20-v脉冲双窄脉冲输入9、21-w脉冲双窄脉冲输入10、22u相同步方波输出11、23v相同步方波输出12、24w相同步方波输出13、25测频方波输出14+24v电源3） j3：放大后的脉冲输出到整流柜。编号定义备注16+u、+v、+w、-u、-v、-w相脉冲输出7+12v电源8未用9接地6.4. 人机界面使用机端变自并励静止励磁系统的用户请参见l566 ges3320励磁装置用户手册.人机界面。6.5. rs485通讯网络它包括开关量输入模块（i-7041）和输出模块（i-7067），每个功率柜及灭磁柜均装有以上两个模块，与调节柜的输入模块通过rs485网络连接。各柜的开关量信息与实时传送至cpu控制器，由cpu控制器完成相应的逻辑运算，再通过输出模块发出相应的控制命令。6.6. 电源系统系统所需外部工作电源等级有几种，取自不同的电源。 厂用交流电源 ac.380v，3p+n 直流操作电源 dc.110v 开关合闸电源 dc.220v 交流ups电源 ac.220v 直流调节电源 dc.220v 6.6.1. 调节器电源调节器内部由24vdc总线供电。在双通道系统中，由两个开关电源模块分别工作在220vdc/24vdc和220vac/24vdc，其输出并联，互为备用，以保证设备工作可靠性。当任一路开关电源因故退出时，不会影响24v回路的工作。通常dc220v电源取自蓄电池，ac220v电源取自励磁变付边或厂用ac220v系统。对每个独立的电路单元，其电源从24vdc总线输入，然后转化为单元所需的电源，如5v、12v。6.6.2. 接地励磁系统使用时，应保证柜体可靠接地。励磁系统的接地系统分为以下几个部分：1） 柜体接地2） 柜门接地3） 装置（各电路单元）接地7. 大功率整流柜7.1. 概述功率柜包含以下部件： 功率可控硅桥 脉冲放大与检测 rc保护回路 通风冷却系统） 串口模块 导通监测和指示部件7.2. 脉冲放大与检测请参见原理图2l1367，下图为2l1367的简化框图。7.2.1. 主要功能：将六路小脉冲进行二级放大，分别送至六路可控硅的控制板；监测六路可控硅的导通情况，故障报警；监测六路脉冲是否正常，故障报警；当功率柜停风时间过长或停机时,闭锁六路脉冲信号。7.2.2. 电路组成1） 脉冲放大从同步脉冲板（请参见6.3.2条）来的同步脉冲经n11n61光电隔离，由n12n62整形，最后由v12v62放大输出，输出接口x8、x9、x10。2） 脉冲检测脉冲检测单元对输出脉冲取样，经m4、m5隔离。m7、m8、m9判断脉冲状态。一旦丢失脉冲，立即驱动继电器k1，输出报警信号，便于维护人员尽快处理故障。发光二极管l1l6分别指示六路脉冲的情况。3） 脉冲切除从x7：2接高电平时，脉冲整形回路被禁止，即本单元无脉冲输出。发光二极管l13指示该信号有效。单元箱体侧面的按钮用于复位脉冲切除信号。通常自动励磁调节器检查到该整流柜故障时，对其发脉冲切除信号，从而切除该整流柜的输出，防止事故扩大。4） 断流检测整流桥交流侧安装电流/电压变送器，其副边额定ac.10v。此信号从x5输入，经m16、m17隔离。m19、