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2019/8/9,水轮发电机组的自动控制机组的自动控制,1,水轮发电机组的自动控制,2019/8/9,1,机组的自动控制,2019/8/9,水轮发电机组的自动控制机组的自动控制,2,1.自动控制的定义 automatic control,control of an operation without human intervention, in response to the occurrence of predetermined conditions. 没有人为干预的情况下,对出现的预定状况做出反应的运行控制。,2019/8/9,2,机组的自动控制,2019/8/9,水轮发电机组的自动控制机组的自动控制,3,2.自动控制处理的三类变量,2.1 模拟量analog quantity(AI、AO) 连续变化的量。实际生产过程中,电流、电压、转速、温度、水位等都是模拟量。 2.2 数字量digital quantity(DI、DO) 用有限个数位(0和1)表示的不连续变化的量。为了使计算机和PLC等数字设备能够识别和处理,模拟量必须转换为数字量才能输入各类数字设备。 2.3 二进制量(开关量)binary quantity(DI、DO) 只能取值为0或1的量。用于表征有/无、是/非、通/断、启/闭等相反的状态。二进制量可被视为数字量的特殊形式,常被称为数字量。,2019/8/9,3,机组的自动控制,2019/8/9,水轮发电机组的自动控制机组的自动控制,4,模拟量随时间的变化,2019/8/9,4,机组的自动控制,2019/8/9,水轮发电机组的自动控制机组的自动控制,5,数字量随时间的变化,2019/8/9,5,机组的自动控制,2019/8/9,水轮发电机组的自动控制机组的自动控制,6,二进制量(开关量)随时间的变化,2019/8/9,6,机组的自动控制,2019/8/9,水轮发电机组的自动控制机组的自动控制,7,数字量举例,2019/8/9,7,机组的自动控制,2019/8/9,水轮发电机组的自动控制机组的自动控制,8,3. 自动控制的类别及方法,3.1 闭环控制 3.1.1闭环控制的范畴 检测被控设备的某个输出参数与该参数给定值(期望值)之间的偏差,对此偏差进行处理(PID运算)后输出对被控设备的调节命令,以减少和消除偏差,使输出参数达到该参数的给定值。它是一种“检测偏差、消除偏差”的控制。 水电厂的调速器和励磁调节器是实现此类控制的设备。,2019/8/9,8,机组的自动控制,2019/8/9,水轮发电机组的自动控制机组的自动控制,9,3. 自动控制的分类,3.1.2 闭环控制的特点 1)被控量是模拟量。但在采用计算机实现闭环控制时,必须在数值上和时间上将模拟量离散化,转化为断续采样、数值不连续的数字量。 2)经典的控制方式是PID控制,建立在状态方程基础上的现代控制理论也已经在许多控制领域应用,但PID仍然是最常见的控制方式。,2019/8/9,9,机组的自动控制,2019/8/9,水轮发电机组的自动控制机组的自动控制,10,3.1.3 闭环控制举例,2019/8/9,10,机组的自动控制,2019/8/9,水轮发电机组的自动控制机组的自动控制,11,3.2 逻辑控制,3.2.1 逻辑控制的范畴 控制设备根据输入信号的组合,按照预定的规律输出操作命令。 3.2.2 逻辑控制的分类: 第一类为组合逻辑控制,其输出只取决于当前输入变量的逻辑组合,与此前的输入变量取值无关。 第二类为顺序逻辑控制,即带记忆的逻辑控制,其输出不但与当前输入变量的逻辑组合有关,还与此前的输入变量取值有关。,2019/8/9,11,机组的自动控制,2019/8/9,水轮发电机组的自动控制机组的自动控制,12,组合逻辑举例,2019/8/9,12,机组的自动控制,2019/8/9,水轮发电机组的自动控制机组的自动控制,13,带记忆的逻辑控制,2019/8/9,13,机组的自动控制,2019/8/9,水轮发电机组的自动控制机组的自动控制,14,3.2 逻辑控制,3.2.3 顺序逻辑控制的描述方法(SFC) 1)IEC 60848 Specification language GRAFCET for Sequential Function Charts 2)GB /T 15969.3(等效采用IEC 61131.3 ) 可编程序控制器 第3部分 编程语言 以上标准中都对 SFC 即“顺序功能图” 作了规定。“顺序功能图”既是一种清晰的分析和描述方法,又是一种严密的编程语言。已在各个工业领域广泛应用.,2019/8/9,14,机组的自动控制,2019/8/9,水轮发电机组的自动控制机组的自动控制,15,3.2 逻辑控制,3.2.3 顺序逻辑控制的描述方法(SFC) 与其他描述SFC顺序逻辑控制的方法相比,SFC既简单,又清晰严格。 文字叙述顺序逻辑控制的缺点是,当有多种可能的选择时,文字叙述会导致“歧路亡羊”。 旧式框图分不清输入和输出、条件和动作,很不严密。 借用计算机软件流程形式的框图是严密的,但不便于转化为PLC程序。,2019/8/9,机组的自动控制,15,2019/8/9,水轮发电机组的自动控制机组的自动控制,16,不严密的流程框图和计算机程序式的流程框图,2019/8/9,机组的自动控制,16,2019/8/9,水轮发电机组的自动控制机组的自动控制,17,3.2 逻辑控制 3.2.3顺序逻辑控制的描述方法(SFC),2019/8/9,17,机组的自动控制,2019/8/9,水轮发电机组的自动控制机组的自动控制,18,3.2 逻辑控制,3.2.3 顺序逻辑控制的描述方法(SFC) SFC 由步、有向连线和转换组成 1)步:系统的状态,与一个或多个动作相联系。当它被激活,即处于活动状态时,相关联的动作将被执行。当它复归,即处于非活动状态时,相关联的动作停止执行。所谓动作,可以使启动一台电动机,开启一个阀门,点亮一个信号灯,或是启动一个内部的计时器或计数器。 一个步也可以没有相关连的动作,这种步称为等待步。,2019/8/9,18,机组的自动控制,2019/8/9,水轮发电机组的自动控制机组的自动控制,19,3.2 逻辑控制,2)转换:只有当转换的逻辑值为真,即等于1时,下一步才有可能会转化为活动状态。 转换可以是一个逻辑量,也可以是由多个逻辑量组成的逻辑式。这些逻辑量可以是来自被控制过程的信号,如温度信号器、行程开关、转速信号流量开关或液位开关,也可以是控制器内部的内部变量或计时器、计数器等。 转换经常是上一步动作结果的反馈信号。,2019/8/9,19,机组的自动控制,2019/8/9,水轮发电机组的自动控制机组的自动控制,20,3.2 逻辑控制,只有上一步处于活动状态时,转换的逻辑值为真才会造成下一步的激活,下一步一旦激活,上一步就会复归为非活动状态。如果希望有些动作不随步的复归而停止执行,或希望有些动作延时开始或延时停止,则需在这些动作旁加上特别符号标明。 3)有向连线:顺序功能图依次推进的路线。如无箭头,默认方向是自上而下。,2019/8/9,20,机组的自动控制,2019/8/9,水轮发电机组的自动控制机组的自动控制,21,3.2 逻辑控制3.2.3 顺序逻辑控制的描述方法 4)含同时序列和选择序列的SFC,2019/8/9,21,机组的自动控制,2019/8/9,水轮发电机组的自动控制机组的自动控制,22,3.3 自动控制分类及解决方法小结,2019/8/9,22,机组的自动控制,2019/8/9,水轮发电机组的自动控制机组的自动控制,23,2019/8/9,机组的自动控制,23,4. 水轮发电机组的启停控制,水轮发电机组有三种工况:静止、发电、调相 常规机组极少采用调相运行,所以实际上只有两种工况:静止与发电。 工况转换也就是开机与停机。 开机与停机的顺序控制流程与机组的型式有关。混流机组、轴流机组、灯泡机组、冲击式机组和抽水蓄能机组的控制流程各不相同,但共同之处为主。以下的流程以混流机组为例。,2019/8/9,水轮发电机组的自动控制机组的自动控制,24,2019/8/9,机组的自动控制,24,2019/8/9,水轮发电机组的自动控制机组的自动控制,25,2019/8/9,机组的自动控制,25,2019/8/9,水轮发电机组的自动控制机组的自动控制,26,2019/8/9,机组的自动控制,26,2019/8/9,水轮发电机组的自动控制机组的自动控制,27,2019/8/9,机组的自动控制,27,2019/8/9,水轮发电机组的自动控制机组的自动控制,28,2019/8/9,机组的自动控制,28,2019/8/9,水轮发电机组的自动控制机组的自动控制,29,2019/8/9,机组的自动控制,29,2019/8/9,水轮发电机组的自动控制机组的自动控制,30,5. 故障导向安全(fail-safe),5.1故障导向安全的定义:防止个别元件的故障导致全系统的致命故障的设计原则。 5.2 发展史: 最早出现于证券业,投资者用于防止个别的决策错误导致完全破产的投资策略。 此后应用到铁路运输业,防止个别元件故障导致重大设备和人员安全事故。例如,在信号系统出现问题导致情况不明时,停止运行。 下图中,铁道占位发红灯信号,铁路断裂、信号电源或线路故障,也发红灯信号。,2019/8/9,机组的自动控制,30,2019/8/9,水轮发电机组的自动控制机组的自动控制,31,Fail-safe图解,2019/8/9,机组的自动控制,31,2019/8/9,水轮发电机组的自动控制机组的自动控制,32,水电站如何实现“故障导向安全”,“失电停机”是在水电站“故障导向安全”的重要措施。例如,在调速器失去控制电源时,事故电磁阀自动切换油路关闭导叶停机。 LCU失去双重控制电源时,启动后备PLC启动停机流程关闭导叶、跳闸停机。 “失电停机”在国外的水电站广泛应用。甚至被当做“默认”的方案。 我国的传统做法是“失电维持运行”,在电力紧张的历史背景下有其合理性,但不适用于无人值班和“无人值班”(少人值守)的电站。,2019/8/9,机组的自动控制,32,2019/8/9,水轮发电机组的自动控制机组的自动控制,33,电监会文件,电监会电监安全【2009】58号文件“关于吸取俄罗斯萨扬事故教训,进一步加强安全监督管理的意见”要求:“应根据水电站的重要性及规模,考虑机组保护和控制装置采用“失电动作”规则的必要性,在机组的保护和控制回路电压消失时,相关保护和控制能够自动动作关闭导水机构。” 俄罗斯萨扬电站损坏机组重新投产时,调速器已改用“失电停机”设计。,2019/8/9,机组的自动控制,33,20

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