BW(S)T系列步进式微机调速器说明书武汉恒锐电气有限公司.pdf

BW(S)T 系列步进式微机调速器 BW(S)T 系列步进式微机调速器说明书 武汉恒锐电气有限公司 2004 年 11 月 2 日 持之以恒 锐意进取 武汉恒锐电气有限公司 Wuhan Henrun electric Co.,Ltd 电话地址：武汉市江岸区解放公园路 37 号半岛豪庭 2-1202 I 目 录 目 录 第一章 综合概述.1 1 水轮机调速器.1 1.1 水轮机调速器的概念.1 1.2 调速器分类.2 2 国内外主流大型调速器的综述.2 2.1 大型调速器电液转换形式的简介.2 2.2 两种主流调速器的比较.3 3 BW(S)T 系列步进式可编程微机调速器 .7 3.1 BW(S)T 系列步进式可编程微机调速器的主要特点 .7 3.2 调速器型号定义说明.8 第二章 调速器系统构成.11 1 调节器.11 1.1 调节器系统组成及工作原理.11 1.2 硬件构成特点.12 1.3 主要功能模块.12 2 机械液压系统.21 2.1 机械液压系统构成及工作原理.21 2.2 机械液压系统各部件的主要特点.23 2.3 机械基本参数一览.24 3 分段关闭装置.24 4 油压装置.25 4.1 压力油罐.25 4.2 回油箱.25 4.3 油泵组及电动机.26 第三章 软件说明.28 1 工况说明.28 1.1 停机备用.28 1.2 自动开机过程及空载循环.28 持之以恒 锐意进取 武汉恒锐电气有限公司 Wuhan Henrun electric Co.,Ltd 电话地址：武汉市江岸区解放公园路 37 号半岛豪庭 2-1202 II 1.3 负载循环.28 1.4 调相运行.29 1.5 停机.29 2 程序流程框图.29 2.1 可编程 PLC 程序.30 2.2 触摸屏.31 3 调节控制程序简介.31 3.1 PID 控制 .31 3.2 BANG-BANG 控制 .32 第四章 主要技术参数及功能特点.34 1 主要技术参数.34 1.1 动、静态特性.34 1.1 可靠性.34 1.2 调节性能及相关性能保证.34 1.3 主要技术数据.35 2 功能特点.36 2.1 综合特点.36 2.2 机械特点.37 2.3 电气特点.37 第五章 运行操作.39 1 机械手动.39 2 电手动运行.39 3 自动运行.40 4 轮叶运行方式.40 第六章 安装、调试及维护.41 1 调速器和油压装置的安装.41 2 油压装置和调速器的调试.41 2.1 油压装置调试.41 2.2 调速器调试.41 2.3 接线.42 持之以恒 锐意进取 武汉恒锐电气有限公司 Wuhan Henrun electric Co.,Ltd 电话地址：武汉市江岸区解放公园路 37 号半岛豪庭 2-1202 III 2.4 调零.43 2.5 调整满度.43 3 调速器维护.44 3.1 日常维护注意事项.44 3.2 常见故障判断.45 第七章 售后服务及订货说明.46 1 售后服务.46 2 订货说明.46 第八章 附录.47 1 界面结构.48 2 触摸屏操作说明.48 2.1 LOGO 页 .48 2.2 主页.49 2.3 故障报警.50 2.4 设置页.51 2.5 设置选择页.51 2.6 基本参数.52 2.7 PID 参数设定 .53 2.8 导叶桨叶设定.54 2.9 水头功率设定.55 2.10 密码修改.56 2.11 试验分类页.57 2.12 动态过程.57 2.13 静特性实验.58 2.14 空载频率摆动试验.59 2.15 空载频率扰动实验.60 2.16 甩 25%负荷实验 .61 2.17 甩 100%负荷实验 .61 持之以恒 锐意进取 武汉恒锐电气有限公司 Wuhan Henrun electric Co.,Ltd 电话地址：武汉市江岸区解放公园路 37 号半岛豪庭 2-1202 1 第一章 综合概述 第一章 综合概述 本调速器说明书是针对武汉恒锐电气有限公司生产的 BW(S)T 系列步进式 可编程微机水轮机调速器的说明书。 BW(S)T-80/100/150-2.5/4.0/6.3-HR 系列步进式式可编程微机水轮机调 速器是本公司将大中型微机调速器中取得的丰富经验移植、优化而开发出来的 新一代调速器，适用于大型水轮发电机组的调节与控制，运行可靠、性能优异、 操作和调试简便，各项技术指标均达到或优于国家标准 GB/T9652.2-1997水 轮机调速器与油压装置试验验收规程的要求。 1 1 水轮机调速器 1.1 水轮机调速器 1.1 水轮机调速器的概念 水轮机调速器的概念 水轮机调节是通过水轮机调节系统根据机组转速的变化不断地改变水轮机 过流量来实现的。水轮机调节系统是由调节控制器、液压随动系统和调节对象 组成的闭环控制系统（如图 1-1） 。 图 1-1 水轮机调节系统构成图 图 1-1 水轮机调节系统构成图 通常把调节控制器和液压随动系统统称为水轮机调速器，水轮机调速器作 用是保证水轮发电机的频率稳定、维持电力系统负荷平衡，并根据操作控制命 令完成各种自动化操作，是水电站的重要基础控制设备。 自 1901 年水轮机调速器问世以来，水轮机调速器先后经历了三代的发展： 水压放大、油压放大式的机械液压调速器（20 世纪初-20 世纪 50 年代） 、模拟 电路加液压随动系统构成的电液调速器（20 世纪 50 年代-20 世纪 80 年代）和 调节 控制 器 电液 转换 环节 液压 随动 系统 水轮 发电 机组 电网 油压装置 水力系统 频率测量 持之以恒 锐意进取 武汉恒锐电气有限公司 Wuhan Henrun electric Co.,Ltd 电话地址：武汉市江岸区解放公园路 37 号半岛豪庭 2-1202 2 微机调节器配以相应的机械液压系统构成的微机调速器 （20世纪80年代至今） 。 由于机械液压调速器、电液调速器存在调节精度低、故障率高等缺点，已 经基本被市场所淘汰。随着微机应用技术的飞速发展，以微机构成的微机调速 器具有调节精度高、可靠性高等优势，微机调速器已经成为当今水轮机调速器 的主流。 将微机技术应用于水轮机调速器构成微机调速器，先后采用单板机、单片 机、工业控制机（IPC）和可编程控制器（PLC）作为硬件平台。可编程控制器 （PLC）以其高可靠性、高抗干扰能力、比单板机单片机更好的性能和比工业控 制机（IPC）更低的价格成为当前水轮机调速器主机硬件平台的首选。 1.21.2 调速器分类 调速器分类 水轮机调速器的分类方法较多， 例如按调节规律可分为PI和PID调速器等。 在满足使用要求的前提下，应尽量减少调速器品种规格，逐步标准化，便于制 造，便于应用。我国水轮机调速器国家型谱按调速功的大小分为小型调速器、 中型调速器、大型调速器等。 表格 1 调速器分类表 表格 1 调速器分类表 小型调速器 中型调速器 大型调速器 W1000Kg.m 1000Kg.mW7500Kg.m 接力器调速功 （W） 范围 （调速功单位：Kg.m） W7500Kg.m 2 2 国内外主流大型调速器的综述 2.1 国内外主流大型调速器的综述 2.1 大型调速器电液转换形式的简介 大型调速器电液转换形式的简介 虽然，国内外水轮机微机调速器的型式各异，但总体上都具有如图 1-2 示 的微机调节器、电液转换环节、液压放大环节、位移反馈几个部分，它们与水 轮机的接力器油缸共同组成一个闭环的水轮机微机调速系统。 电 液 转换环节 微机 调节器 位置 反馈 F液 压 放大环节 接力器 油缸 Y 图 1-2 水轮机微机调速器的系统构成图 1-2 水轮机微机调速器的系统构成 持之以恒 锐意进取 武汉恒锐电气有限公司 Wuhan Henrun electric Co.,Ltd 电话地址：武汉市江岸区解放公园路 37 号半岛豪庭 2-1202 3 其中电液转换环节的作用是将微机调节器的电信号转换成液压信号，是调 速系统的关键部件，水电行业通常称作电液转换器（伺服阀） 。它处在整个调速 器系统的机电结合交点上，一直是国内外调速器行业中最为关心的环节，其性 能直接关系到整个系统的控制精度、响应性能，也直接制约着整个系统工作的 可靠性。依据电液转换环节的形式不同，目前主要有以下三类主流调速器： 1 电液伺服阀类： 以动圈力马达+随动滑阀或力矩马达+喷嘴档板随动阀组 成电液伺服阀作为电液转换环节。该类调速器出现较早，在经历了数十年使用 经验的积累及加工手段的改进后，性能有了较大提高。然而基本结构却没有什 么本质变化，抗油污能力没有多少改观，基本上被市场所淘汰。 2比例伺服阀类：比例伺服阀是在电液伺服阀基础上发展来的，它输出的 流量或压力连续且与输入的电信号成比例。它是随着机械液压领域电液比例技 术的发展进步出现的，具有全程电反馈能力的电液比例元件。其中，以德国 Bosch 公司为代表推出的高性能闭环比例伺服阀，由于采用了高响应直流比例 电磁铁和相应的放大器，含内置位置检测电子装置和反馈闭环，采用零开口四 边沿阀，其输出稳态特性无中位死区，滞环仅 0.3，频宽达 200Hz，其性能与 伺服阀无异。国内外很快将其用于水轮机调速器的电液转换环节。 3电机类电液转换机构：国内受其他工业控制领域的一些启发，90 年代初 有关单位成功开发出以伺服电机、步进电机等将电机的旋转运动转化为行程或 流量的电液转换机构来取代电液转换器，并投入现场工业运行，其抗油污能力 大为提高。由于步进电机是以数字步序信号来控制的，更易与计算机接口，抗 干扰性更好，因而电机类电液转换机构是以步进式的电转为主流。将步进电机 的机械旋转角度信号变换为位移信号主要有三种方式 （1） 凸轮渐开线方式；（2） 步进液压缸方式； （3）滚珠丝杆方式。其中凸轮渐开线方式和步进液压缸方式 构成的电液转换环节，均无良好的“复中”特性，必须设置中间反馈环节，系统 构成较复杂。以滚珠丝杆方式构成的步进式电液转换机构，不仅具有自动“复 中”能力，而且电液转换机构不用油。 2.22.2 两种主流调速器的比较 两种主流调速器的比较 1比例伺服阀微机调速器 如图 1-3 所示， 比例伺服阀微机调速器采用的是微机调节器+电液随动系统 持之以恒 锐意进取 武汉恒锐电气有限公司 Wuhan Henrun electric Co.,Ltd 电话地址：武汉市江岸区解放公园路 37 号半岛豪庭 2-1202 4 系统结构形式。 图 1-3 比例伺服阀微机调速器系统框图 图 1-3 比例伺服阀微机调速器系统框图 其中比例驱动电路、电液比例伺服阀及阀芯反馈共同构成电液转换环节， 辅助接力器与主配压阀共同构成液压放大环节。比例伺服阀是一种新型的大功 率三位四通液压阀，输出力较大，不容易发卡,是一种高性能闭环比例阀，含内 置位置检测电子装置和反馈闭环，其输出稳态特性无中位死区，滞环小，频响 宽，其性能与伺服阀无异。内置的位置检测电子装置和反馈闭环组成专用的比 例伺服阀驱动器，比例伺服阀驱动器电路（如图 1-4）由比较、放大、死区补 偿、PWM 调制、三角波发生器及功率放大电路等组成。 放大比较 调节器输出Vy 电液比例伺服阀功率放大PWM调制死区补偿 阀芯位置 三角波发生器 控制系统输出量Va 图 1-4 比例阀驱动器电路原理框图 图 1-4 比例阀驱动器电路原理框图 在电液比例伺服阀调速器系统中，存在两种闭环的反馈控制，如图 2-1 所 示，第一种是阀内的小闭环。最常见的阀内反馈是阀芯位置反馈。另种是调 速器系统输出量接力器位置的实际值大闭环反馈。比较放大电路对线性的 调节信号 Vy（420mA） 、控制系统输出量 Va（即接力器位置反馈）和阀芯反馈 信号进行综合，并将其差值进行放大；死区补偿电路克服比例阀正、反两个方 向的死区；三角波发生器使阀芯产生微振信号，减小比例阀的滞环；PWM 调制 电路能产生与比较电路相应的 PWM 脉宽调制脉冲，并通过功率放大电路后实现 对比例阀的线圈的驱动。 比例伺服阀微机调速器的机械液压系统包括：电液比例阀、手动阀、紧停 持之以恒 锐意进取 武汉恒锐电气有限公司 Wuhan Henrun electric Co.,Ltd 电话地址：武汉市江岸区解放公园路 37 号半岛豪庭 2-1202 5 阀、主配压阀、主接力器等（如图 1-5） ，主要的作用是跟随电气控制部分实现 信号功率放大。调速器采用特殊结构的主配压阀，将辅助接力器与主配压阀做 成一体，可以进行流量控制、流量反馈。在正常稳定运行状态下，电液比例阀 和手动阀的输出流量为零，主配压阀活塞在压力差的作用下处于平衡位置，主 接力器不动。当在比例伺服阀有流量输出时，或在手动工况下手动阀有输出流 量时，由于比例伺服阀的负反馈的存在，这些输出流量均可以近似线性地转换 成主配压阀活塞的位移，使主配压活塞偏离中位，控制主接力器动作。紧急停 机时，紧停阀动作，切断比例伺服阀和手动阀的压力油路，使辅助接力器上腔 接通回油，实现紧急停机。 图 1-5 比例伺服阀微机调速器机械液压系统原理图 图 1-5 比例伺服阀微机调速器机械液压系统原理图 2步进式水轮机微机调速器 步进电机微机调速器也采用的是微机调节器+电液随动系统型系统结构 （如图 1-6）所示： PID 网频 或频给 机频 电气反馈 引导阀 步进电机 驱动器 手动机构 接力 器 主配 压阀 紧停阀 y步进电转 (能复中) 图 1-6 步进电机微机调速器系统框图 图 1-6 步进电机微机调速器系统框图 步进电机驱动器与步进电转构成调速器电液随动系统的电液转换环节，由 持之以恒 锐意进取 武汉恒锐电气有限公司 Wuhan Henrun electric Co.,Ltd 电话地址：武汉市江岸区解放公园路 37 号半岛豪庭 2-1202 6 引导阀和主配压阀构成调速器电液随动系统的液压放大环节。电液转换环节采 用具有自动复中能力的步进电机作为电液转换元件，设计巧妙，是整个系统的 核心部件。整个电液转换部件不用油，极大降低了电液随动系统的油耗，同时 提高了抗油污能力。步进电机驱动器的作用是将控制信号转换成步进电机的步 序脉冲。步进电转原理如图 1-7 所示： 图 1-7 步进电转原理图 图 1-7 步进电转原理图 当调节器输出关方向信号时，步进电机带动滚珠丝杆向下转动，使丝杆轴 承副带动连接体和上环垫克服弹簧向上的压力而向下运动；当调节器输出开方 向信号时，步进电机带动滚珠丝杆向上转动，使丝杆轴承副带动连接体和下环 垫克服弹簧向下的压力而向上运动。当控制信号为零时，在弹簧的作用力下， 使丝杆轴承副回到中间位置。电液转换部件带动引导阀上下动作，通过引导阀 带动主配压阀上下运动，控制接力器。 3. 两种主流调速器的比较 从抗油污能力来看：比例伺服阀属于液压控制元件，采用油流控制；而 步进电转则无需用油，不但对油质无要求，而且降低了整个系统的油耗。 从与计算机接口形式来看： 步进电机按步序脉冲工作， 是数控执行元件， 可以接受由计算机、单片机发出的数字步序信号直接控制，无须经 D/A 转换环 节，是一种直接数字控制，接口简单，抗干扰能力强。比例伺服阀具有多个模 步进电转 滚珠丝杆副 复中弹簧 持之以恒 锐意进取 武汉恒锐电气有限公司 Wuhan Henrun electric Co.,Ltd 电话地址：武汉市江岸区解放公园路 37 号半岛豪庭 2-1202 7 拟量环节，与计算机接口必须经 D/A 转换环节将控制量转换成模拟量，是一种 间接数字控制，环节多，可靠性低。 从驱动器的构成形式来看：由于比例伺服阀存在模拟量，驱动器构成环 节多，故障率高。因而，比例伺服阀均采用德国 Bosch 的产品。 3 3 BW(S)T 系列步进式可编程微机调速器 BW(S)T 系列步进式可编程微机调速器 武汉恒锐电气有限公司结合多年经验及水轮机微机调速器发展趋势，开发 出 BW(S)T 系列步进式可编程微机水轮机调速器，已经在多个电站投入运行。 3.13.1 BW(S)T 系列步进式可编程微机调速器的主要特点 BW(S)T 系列步进式可编程微机调速器的主要特点 ? 以进口可编程控制器作为硬件主体，具有高可靠性、高抗干扰能力。 ? 采用256色彩色中文触摸屏作为人机界面 （HMI=Human Machine Interface） 。 直接触摸操作，操作简单，显示直观丰富，调试、维护简便。 ? 人机界面（HMI）具有观察实时动态曲线及完成调试实验的功能。 ? 采用交流、直流电源同时供电方式，两者互为热备用，相互之间可实现无 扰动切换。 ? 电气部分其他外围元件均采用进口器件，确保调速器长期稳定工作。 ? 电液转换器采用无油型电-位移转换器，能够自动复中，失电时即自动复中 回零，机组负荷不会变化，安全可靠，抗油污能力强，系统油耗低。 ? 机械液压系统采用直联式结构，整个液压环节都在一条轴线上，无杠杆、 死区小，维护维修简单。 ? 调速器具有闭环开机规律，无需设置开机顶点，开机参数，并且不需要采 集或设置水头信号，对不同机组均能自动迅速安全地将机组开启至空载。 ? 空载电网频率自动跟踪，以及特有自动补偿 PID（比例积分微分 =Proportional Integral Differential）调节规律，能使机组频率迅速满 足同期要求。 ? 调速器设有机手动、电手动、自动三种操作方式，并且具有手动跟踪功能， 能三种运行方式任意相互无扰切换，切换操作时产生的开度变化的 接力器全行程，切换后能保持稳定运行。 ? 当机组并网运行，永态转差系数整定在 2%时，由于调速器引起的机组出力 摆动相对值不大于 1%。 持之以恒 锐意进取 武汉恒锐电气有限公司 Wuhan Henrun electric Co.,Ltd 电话地址：武汉市江岸区解放公园路 37 号半岛豪庭 2-1202 8 ? 调速器设有便携式计算机串行通信接口，能实时在线或离线修改参数、程 序等，并能保证断电后数据不消失。 ? 调速器具有多种独立的运行参数（比例、积分、微分） ，并能自动根据停机、 空载、负载等不同运行工况自动辨识、切换，保证机组运行于最佳的工况。 ? 调速器实时监视电网波动情况，能在电网发生变化时，自动选择最优调节 规律及调节参数，保护机组安全，并使机组始终工作于最佳状态，能使机 组适应电网的各种恶劣变化。 ? 具有负载自动识别大、小网功能：单机运行时，保证机组在 90110%额定 转速范围内的任一频率下稳定运行，频率变化不大于0.5Hz；在单机或并 入电网运行时，保证机组在空载至 110%额定负荷范围内，能平稳连续地调 节出力。 ? 调速器具有故障自诊断功能，能实时监视各组成部分，一旦发生故障，能 立即诊断，并显示出故障原因。 ? 调速器具有如下自动容错功能:当机组负载运行，机频测量故障时，则自动 取网频作为机频，稳定运行。如网频也同时故障时，则发出报警信号，并 保持故障前开度不变；当机组负载运行，导叶位置反馈信号故障时，调速 器自动报警并保持故障前的开度运行。 ? 保证机组安全运行，在各种事故情况下，机组甩掉全负荷后，能保证机组 自动迅速稳定至空载转速，或根据指令信号，可靠地实现停机或紧急停机。 3.23.2 调速器型号定义说明 调速器型号定义说明 按我国水轮机调速器国家型谱以及调速器行业规范，公司生产的调速器分 为：中、小型调速器，冲击式调速器，大型调速器等。中、小型调速器以调速 功大小来区分，冲击式调速器以喷针及折向器数目来区分，大型调速器以主配 压阀名义直径来区分。 持之以恒 锐意进取 武汉恒锐电气有限公司 Wuhan Henrun electric Co.,Ltd 电话地址：武汉市江岸区解放公园路 37 号半岛豪庭 2-1202 9 3.2.13.2.1 大型调速器 大型调速器 BW(S)T 主配名义直径（单位：mm） 油压等级（单位：MPa） HR 武汉恒锐电气有限公司 图 1-8 大型调速器型号 型号说明： B步进式，步进电机的简称。 W微机，采用可编程控制器（PLC）作为硬件平台。 S双调。 大型调速器按控制机组类型不同分为单调和双调， 只有导叶控 制的机组采用单调，既有导叶控制又有桨叶控制的机组采用双调。 T调速器。 HR武汉恒锐电气有限公司 3.2.23.2.2 冲击式调速器 冲击式调速器 喷针数目 CJWT/ 油压等级（单位：MPa） 折向器数目 HR 武汉恒锐电气有限公司 图 1-9 冲击式调速器型号 图 1-9 冲击式调速器型号 型号说明： CJ冲击式 W微机，采用可编程控制器（PLC）作为硬件平台。 T调速器 HR武汉恒锐电气有限公司 持之以恒 锐意进取 武汉恒锐电气有限公司 Wuhan Henrun electric Co.,Ltd 电话地址：武汉市江岸区解放公园路 37 号半岛豪庭 2-1202 10 3.2.33.2.3 中、小型调速器 中、小型调速器 16YWT 300/600/1000/ 1800/3000/5000 HR 油压等级（单位：MPa） 武汉恒锐电气有限公司 调速功（单位：kg.m） 图 1-10 中小型调速器型号 型号说明： Y液压式 W微机，采用可编程控制器（PLC）作为硬件平台。 T调速器 300/600/1000/1800/3000/5000调速功，单位为 Kgm。本公司 YWT 系 列高油压数字式中小型微机调速器有：YWT-300-16-HR，YWT-600-16-HR， YWT-1000-16-HR，YWT-1800-16-HR，YWT-3000-16-HR，YWT-5000-16-HR 六种型 号。 16油压等级（单位：MPa） ，本公司生产的中小型调速器油压等级为 16MPa。常规油压及其他压力等级另行说明。 HR武汉恒锐电气有限公司 持之以恒 锐意进取 武汉恒锐电气有限公司 Wuhan Henrun electric Co.,Ltd 电话地址：武汉市江岸区解放公园路 37 号半岛豪庭 2-1202 11 第二章 调速器系统构成 第二章 调速器系统构成 本说明书适用于本公司生产的 BW(S)T 系列步进式可编程微机水轮机调速 器（属于大型调速器） 。 大型步进式可编程微机调速器由微机调节器（电气部分） ，机械液压系统， 油压装置等三大部分构成，实现对水轮机导叶的调节控制功能。微机调节器以 可编程控制器（PLC）作为调节控制核心，外围配以进口元器件，完成整个调速 系统的信号检测及控制运算。机械液压系统是整个调速器的执行机构，它接受 微机调节器发出的控制信号，控制导叶及桨叶（双调）接力器的开和关。油压 装置为调速器的机械液压部分提供动力油源。 该系列调速器采用机电合柜的结构形式， 其电气部分布置于柜体上半部分， 机械部分采用悬挂式布置于柜体下半部分，整个柜体布置于地面上，与油压装 置分离。 1 1 调节器 1.1 调节器 1.1 调节器系统组成及工作原理 调节器系统组成及工作原理 调节器采用彩色液晶触摸屏+可编程控制器的构成模式， 可编程控制器选用 进口可编程控制器作为调节控制核心，其硬件构成如图 2-1： 测频 模块 A/D 转换 开度增 。 开度减 油开关 开机令 停机令 导叶开度反馈 机频(残压) 网频 至机械液压系统 开关 量 输入 通讯 单元 CPU 彩色液晶 触摸屏 开关 量 输出 机频(齿盘） （桨叶开度反馈） 图 2-1 调节器硬件构成图 图 2-1 调节器硬件构成图 整个调节器采用多 CPU 构成模式，每个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，大大 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 持之以恒 锐意进取 武汉恒锐电气有限公司 Wuhan Henrun electric Co.,Ltd 电话地址：武汉市江岸区解放公园路 37 号半岛豪庭 2-1202 12 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，仅完成频率的测量任务，能实现“软升级” 。 ? 由导叶（或桨叶）反馈装置的导叶（或桨叶）位置传感器（电位器） ，将导 叶（或桨叶）位置电信号送至 A/D 模块，经 A/D 模块转换环节取得导叶（或 桨叶）位置信号。 ? 由开关量输入模块采集开机、停机、开度增、开度减等命令。 ? 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相应的导 叶控制信号及状态信号（包括故障等） ，控制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输出对应的高低电平信号，控制机械液压系 统的步进电机做正、反转及启、停动作，经液压系统放大后使导叶（或桨 叶）按照调节规律的要求动作，并在调速器故障时，送相应故障报警信号。 ? 通讯单元负责与上位机通讯，发送或接受上位机的命令。 ? 液晶触摸屏作为人机交互界面，完成调速器的现场操作命令、状态数据、 实时动态曲线显示及试验等功能。 1.21.2 硬件构成特点 硬件构成特点 该调节器的硬件构成与一般可编程调节器相比，具有以下特点： ? 测频模块与可编程控制器是通过总线直接连接， 区别于通过一个 16 点的输 入模块后与可编程控制器的总线连接。 ? 控制输出为数字式方式，无 D/A 转换环节，实现了直接数字控制。 ? 能通过液晶触摸屏完成调速器的试验及实时动态曲线显示。 1.31.3 主要功能模块 1.3.1 主要功能模块 1.3.1 测频模块 （1）频率测量的原理 测频模块 （1）频率测量的原理 测频模块采用先进的数字式脉冲测频方式，设计三路测频，两路机频，一 路网频。两路机频一路为机组 PT 残压信号，另一路为齿盘信号。 测频模块示意图如图 2-2 所示： 持之以恒 锐意进取 武汉恒锐电气有限公司 Wuhan Henrun electric Co.,Ltd 电话地址：武汉市江岸区解放公园路 37 号半岛豪庭 2-1202 13 图 2-2 测频原理图 （2）残压测频 图 2-2 测频原理图 （2）残压测频 残压信号经隔离、整形成同频率的方波信号后，直接送至单片机的引脚， 由单片机记录两个上升沿之间经过的基准脉冲个数， 即可测得方波信号的周期， 从而得到频率。测得的频率通过总线送至可编程控制器。由以上频率测量的原 理可知：数字式脉冲测频方式的精度取决于基准脉冲的频率，基准脉冲的频率 越高，对同一频率测的数据精度就越高。 以机组残压 PT 信号测频为例，水轮机机组频率低频正弦信号 fj输入，经 过滤波整形得到信号 f1，晶振产生的 12M 信号 4 分频后的到的信号 f2，f1和 f2 经过与运算，得到信号 f3。 图 2-3 测频信号处理图 图 2-3 测频信号处理图 单片机记录一个机频信号周期 T 内 f3的振荡次数 NT，F 机 频=f机 频 10 3=f 310 3/N T，已知 f3=12000000/4=3000000=310 6 Hz，记数 N T=62500，则 F机频=48000， 对应被测频率f机频=48.00HZ。 同时由上图可知NT= f3T机频= f31/ f机频，即 f机频= f3/NT=310 6/62500=48Hz。 机频信号 网频信号 光耦合 校正 光耦合 齿盘信号1 光耦合 齿盘信号2 单 片 机 总线 可 编 程 控 制 器 12M 晶振 复位芯片 滤波整形 滤波整形 持之以恒 锐意进取 武汉恒锐电气有限公司 Wuhan Henrun electric Co.,Ltd 电话地址：武汉市江岸区解放公园路 37 号半岛豪庭 2-1202 14 （3）齿盘测频 （3）齿盘测频 齿盘信号测频接口为测频模块预留的接口，一般调速器不采用，也可以按 电站需要随时接入（齿盘测频装置不在调速器供货范围） 。齿盘测频原理如图 2-4 所示： 图 2-4 齿盘测频原理图 图 2-4 齿盘测频原理图 齿盘测频装置设计为双接近开关，双接近开关信号经过隔离后，同时送到 单片机。如图可知，两个传感器经过齿盘同一个边的时间差，只与齿盘旋转的 线速度有关，而与齿盘的加工精度、摆动、振动无关，齿盘测频通过测量两个 传感器的上升沿的时间，计算出频率。 图 2-5 齿盘测频信号处理原理图 图 2-5 齿盘测频信号处理原理图 齿盘测频接近开关 1 信号和接近开关 2 信号经光电隔离等处理后得到的综 合整理信号与 12M 晶振产生的 12M 高频信号 4 分频后的到的信号 f2相与，得到 测频计数信号，再经过程序处理，得到的机频由总线送到可编程控制器（PLC） 。 通常接入工作的为机组残压 PT 信号和网频 PT 信号。采用齿盘测频时，残 压测频经与齿盘测频进行比较验证无误后，供调速器程序计算使用。当残压测 持之以恒 锐意进取 武汉恒锐电气有限公司 Wuhan Henrun electric Co.,Ltd 电话地址：武汉市江岸区解放公园路 37 号半岛豪庭 2-1202 15 频故障或比较结果超出范围时，齿盘测频信号供调速器程序计算使用。调速器 在并网后，网频仍可作调速器的测频后备。 （4）测频模块特点 （4）测频模块特点 ? 数据方式独特 将 PLC 应用于水轮机调速器以来，由于 PLC 的高速计数模块最高计数频率 仅能记到 500K，远远不能达到水轮机微机调速器对测频精度（750K）的要求。 如何完成 PLC 对频率信号的测量，一直困扰着国内以 PLC 作为调节器的生产厂 家。部分厂家牺牲了测量精度，以 PLC 的高速计数器进行本体频率测量；大多 数厂家则采用一个单片机完成机、网频的测量，再将二者的差值，以 16Bit 带 符号数据的形式，通过一个 16 点的 I/O 输入模块，送入 PLC 总线。这种测量方 式存在以下问题增加了系统环节，降低了可靠性。由于单片机测频模块与 PLC 的 16 点 I/O 输入模块各自工作于不同的时序， 16Bit 的差值数据在传送时， 容易出现时序配合不对，导致 PLC 读入错误的值，引入了人为干扰信号。PLC 读入的是机、网频的差值信号，而不是机、网频的单独准确值，在空载状态下， PLC 无法准确的测得系统的频率，也就无法应用液晶触摸屏方式显示准确的系 统频率。我公司采用总线方式，直接将数据通过总线送至 PLC，彻底解决了长 期困扰可编程调速器的关键点。 ? 测量精度高 基准脉冲由单片机晶振产生，基准脉冲为 12MHz，对于 50Hz 的频率信号测 量精度为 1/60000，远远超出标准要求，这是任何一种 PLC 利用高速计数方式 实现本体测频所达不到的。 ? 集成度高、抗干扰性能力强 该单片机电路板设计采用最新电子布线软件 PROTEL DXP 优化布线， 使整个 测频模块结构紧凑，体积小，芯片选用进口原装产品，采用超大规模的 CHMOS 工艺制造，内部集成 WatchDog，抗干扰性能极强；且内部集成了 Flash Ram， 进一步减少了外部硬件构成，增强了可靠性和抗干扰能力，并具有“软升级” 能力，测频模块程序软件内部设有严格的抗干扰措施，从而在软件上保证了测 频模块运行的可靠性和抗干扰性。 ? 运算速度快 持之以恒 锐意进取 武汉恒锐电气有限公司 Wuhan Henrun electric Co.,Ltd 电话地址：武汉市江岸区解放公园路 37 号半岛豪庭 2-1202 16 测频模块采用最新型高档单片机，集成了时钟倍频电路，采用 6 时钟周期 时频率可高达 20MHz,采用 12 时钟周期时频率可高达 33MHz,是同类型单片机中 运算速度最快的单片机。 频率测量装置的有关参数如下： 残压测频电压范围为：0.3V300V 残压测频精度：0.0009Hz 1.3.21.3.2 PLC 控制模块 PLC 控制模块 以可编程控制器（PLC）作为硬件平台构成的微机调节器，除了测频模块、 彩色触摸屏以外，还有 CPU 模块、输入模块、输出模块、A/D 转换模块、通讯 模块。因为各个可编程控制器（PLC）厂家设计构成不同，构成调节器的某些模 块是集成的，但各功能块都是必须具备的。如日本三菱（Mitsubishi）公司将 PLC 的 CPU 模块、