YWT-PMC调速器使用说明书.pdf

YWT PMC 型 PMC 型微机调速器 使 用 说 明 书 西安理工大学 水力机械及自动化研究所 目 录 1 1 简介 1 11 1 概述 1 21 2 主要性能指标 1 31 3 功能与特点 1 41 4 主要工作参数 1 51 5 各环节 机构性能 1 61 6 结构 元件和工艺 2 2 操作说明 2 12 1 参数设置 2 22 2 运行操作 3 3 调整与试验 3 13 1 调整 3 23 2 试验 4 4 通信协议 4 14 1 硬件 4 24 2 通信协议 4 34 3 通信参数设置 4 44 4 发送字节定义 5 5 附图 1 1 简介 1 1 概述 1 1 概述 YWT PMC 型步进式微机调速器以飞利浦高性能微控制器为核心 采用 芯片级电路整体结构优化设计 除开关电源外 微机调节器仅有主控和显示两 块电路板 内部基本上取消转接线机插座 具有很高的可靠性和抗干扰能力 工作稳定性好 在主控电路板上 用光耦代替了传统的机组 电网频率隔离变 压器 用 AT89C2051MCU 实现的 PWM 电压调制式五相步进电机驱动电源 显示电路板装有 LED 数码管以及指示各种状态的发光二极管 能够同时显示 机组频率 频率给定 开度给定 实际开度 限制开度 另有设置窗口切换显 示各种参数 系统结构为 电气调节器 步进式机液随动系统 由于步进 电机静态力矩大 定位精度高 因而液压系统具有很强的抗油污能力 以及机 液随动系统固有的断电记忆保持的优点 软件采用适应式变结构变参数 PID 调 节模式 能适应复杂的控制与调节功能要求 1 2 主要性能指标 1 2 主要性能指标 整机转速死区 0 04 静态特性曲线线性度误差 5 自动空载 3 分钟转速摆动值 0 25 甩负荷调节时间 40 秒 接力器不动时间 0 2 秒 平均无故障运行时间 12000 小时 平均大修时间 8 年 使用寿命 30 年 1 3 功能与特点 1 3 功能与特点 频率测量与调节 可测量机组和电网的频率 并实现机组频率的调节和 控制 自适应开机 在空载开度或水头变化较大范围内变动时 能迅速平稳开 机 在投入频率跟踪时 机组频率能自动跟踪电网频率 可实现快速自动 准同期并网 自动调整与负荷分配 机组并网后 能根据 bp 值 Ix 值及机组与电网 频差值自动调整机组出力 开停机及增减操作 能接受机旁或中控室开关量指令 实现开停机自动 操作 以及频率 开度 功率的增加与减少操作 手动操作 具有机械手动或电气手动操作 并能实现手动 自动的无扰 动切换 能实时显示各种物理量和设置工作参数 如机频 网频 接力器的实际 开度和限制开度以及给定值和调节参数等 故障诊断和容错 能对主要元件和模块进行故障自诊断 自动切除故障 部分并投入备用部分 当频率信号 开度信号失效时 仍能维持机组出力 不变 并发出报警讯号 上电 断电保护 机组正常运行时 突然上电或电源消失应保持机组开 度不变 保证机组稳定运行 与上位机通讯 能方便地与计算机监控系统通信并与其组成计算机网 络 设有 RS 232 422 485 通讯口 能方便地实现与上位机通信 能够在 远方计算机上显示调速器状态信息和参数 并能用键盘直接进行操作等 由于电气部分采用了 控制微机 电气手动单元 结构 提高了控制 实时响应速度 由于采用了 机液随动系统 机械液压系统有反馈存在自成闭环 当 电气调节器失电或故障退出运行时 仍能够保证调速器在机械手动情况下 稳定可靠运行 1 4 主要工作参数 1 4 主要工作参数 暂态转差系数bt 0 200 缓冲时间常数Td 0 25 0s 加速度时间常数Tn 0 2 50s 永态转差系数bp 0 10 0 人工死区 f 0 1 0Hz 频率给定值Fg 50 5Hz 功率 开度 给定值Yg 0 101 1 电气开限 0 100 工作电源 直流 DC220V 15 交流 AC220V 20 工作油压 2 5MPa 1 5 各环节 机构性能 1 5 各环节 机构性能 测频环节 信号电压范围 0 3 160V 信号测量范围 15 0 100 0Hz 步进电机 步距角 0 36 度 工作频率 1000Hz 工作电压 12V 位移传感器 行程 25mm 精度 0 1 调节器外形尺寸 520 宽 270 高 320 深 1 6 结构 元件和工艺 1 6 结构 元件和工艺 调速器采用组合式机电合一柜结构 调节器位于机械柜上部 元件符合有关国家标准或行业标准要求 并严格进行电气性能的测试 筛选和老化 印制电路板元件安装整齐 焊接牢固 布线合理 互换性 好 接插防松动结构 接触及导电性能良好 控制开关 按钮 信号灯颜色 布线 接线端子位置及标牌号码等安装 工艺均符合有关标准规范要求 能承受来自电源的干扰 周围环境的电磁干扰 在施加规定的干扰信号 时 电气装置的各项功能与动作正确无误 接力器开度保持不变 2 操作说明 2 操作说明 2 1 参数设置 2 1 参数设置 2 1 12 1 1 调节器面板简介 YWT PMC 型微机调节器面板见布置图 图中共有三部分 显示部分由 4 组 1 2 吋 4 位 LED 数码管显示器分别显示机组频率 给定值 实际开度 限制开度 和 1 组 1 0 吋 6 位 LED 数码管显示器显示内部参数 以及 12 个 状态指示发光二极管等组成 操作部分由给定值增减旋钮 工作方式转换按 钮 开机令按钮 停机令按钮 紧急停机开关等组成 第三部分为 4 个参数设 置键即阅读键 TAB 增加键 INC 减少键 DEC 以及确认键 SET 2 1 22 1 2 参数设置 参数阅读 在正常运行情况下 第五组 LED 数码管 6 位 每位的第 d 笔 数码管最 下面一笔 显示由左向右依次为停机状态 空载状态 无机频信号 无网频信 号 频率跟踪和单机运行 当在开机过程中 第五组 LED 数码管中显示一个 由左向右运动的 当在关机过程中 第五组 LED 数码管中显示一个由 右向左运动的 第一次按下 TAB 键 从网频显示开始 之后每按下一 次 TAB 键 内部工作参数依次循环显示 网频 Fx XX XX 频率给定 Fg XX XX 功率给定 Pg XXX X 密码 MIMA XXX 空载暂态转差系数 bt0 XXX 空载缓冲时间常数 Td0 XX X 负载暂态转差系数 bt1 XXX 负载缓冲时间常数 Td1 XX X 负载微分时间常数 Tn1 X XX 永态转差系数 bp XX X 人工失灵区 Ix 0 XX 空载开度 Y0 XXX 电气开限 DKx XXX 频率跟踪 GZ ON OFF 单机运行 DJ ON OFF 波特率 bs XXX 通讯地址 Ad XXX 网频 Fx XX XX 参数修改与存储 参数可分为两组 第一组为状态参数 Fx Fg Pg MIMA 第二组参 数为调节控制参数 bt0 Td0 Tn0 bt1 Td1 Tn1 bp Ix Y0 DKx GZ DJ bs Ad 第一组参数中密码 MIMA 可用增加键 INC 或减少键 DEC 进行修改 第二组参数要修改时 先将密码 MIMA 调整到 12 再按下 TAB 键翻至需要调整的参数处 用增加键 INC 或减少键 DEC 进行修 改 如果调试完毕需要存储目前参数 将密码 MIMA 调整到 36 此时按 下确认键 SET LED 显示 MA 0 说明存储过程正确完成 2 1 32 1 3 注意事项 当操作按键时间间隔大于约 10 秒左右 状态 参数显示器恢复正常 显示状态 同时密码 MIMA 自动被清 0 下一次上电后 第二组参数为最新一次存储的参数 密码不正确时 第二组参数不能被修改 存储 只能通过阅读键 TAB 对参数翻看 这样可以避免对参数的误修改 2 2 运行操作 2 2 运行操作 2 2 12 2 1 一般原则 上电时 调节器默认工作方式为机械手动方式 每按下一次方式操 作按钮 工作方式切换一次 顺序是 机械手动 电气手动 自动 机械手动 机械手动方式 步进电机不带电 手动旋钮可人为操作旋转 电气 手动控制方式 通过增减操作把手 闭环控制步进电机旋转 步进阀开度取决 于给定开度 自动方式 步进电机旋转不仅要受频率控制 而且要受到开机 关机等信号的控制 注意 机械手动 电气手动为调试工作方式或事故运行方式 此时调速 器发出自动失灵故障信号 工作电源消失时发出相应信号 自动方式为正常运 行工作方式 2 2 22 2 2 开停机及运行操作 初始状态 合上直源开关 面板上电源指示灯 亮 电气调节器处于 机械手动 运行方式 给定值等于实际开度 机组开度保持不动 按下方式操作按钮 先 将电气调节器切换到 自动调节 运行方式 若机组为运行状态 操作给定值 把手可增减机组开度或功率 若机组为停机状态 等待开机令 正常开机过程 当接到机旁或中控室发出的开机令后 第五组数码管显示开机过程 频率 给定 Fg 设为 45 00Hz 开度给定 Pg 设为启动开度 Yq 启动开度选取 80 的空载限制开度 Y0 机组开度由 0 迅速开至启动开度 Yq 当机 组频率升至 40 00Hz 时 PID 自动调节投入 当机组频率升至 45 00Hz 时 频 率给定 Fg 由 45 00Hz 自动升至 50 00Hz 如果是不跟踪网频 通过操作给 定值把手改变频率给定值 Fg 的大小 从而改变机组转速或频率实现同期并 网 如果跟踪网频 给定值为电网频率 并网时刻 频率给定 Fg 自动恢复 到 50 00Hz 功率给定 Pg 设定为合闸前时刻的实际开度值 从而保证断路器 闭合时不会产生负荷冲击 并网后 断路器 DL 指示灯亮 表明机组处于运 行状态 开机过程结束 负荷调整与甩负荷 在运行状态时 通过给定值把手增减操作频率给定 单机运行时 或开度 给定 并网运行时 即可改变机组频率或开度 出力 开度给定 Pg 下 限为 50 空载限制开度 Y0 上限为电气开限 DKx 当断路器跳闸发生 甩负荷时 自动设定功率给定 Pg Y0 频率给定 Fg 50 00Hz 经过一段时间 调整后 机组处于空载状态 正常关机过程 当接到机旁或中控室发出的停机令 第五组数码管显示关机过程 开度 给定 Pg 自动设定为 Yg Y0 当断路器跳开后 开度给定 Yg 自动 设定 Yg 0 0 便会自动停机 紧急事故停机 当机组出现水机 电气等严重故障 保护出口继电器通过紧急停机电磁 阀直接关闭导叶到零 或者通过面板上的紧急停机旋钮打到投入 紧急停机电 磁阀动作 与此同时 调节器控制步进阀按正常停机操作 在并网运行情况下 三种方式可随意切换 不会引起开度的变化 无扰动切换 在空载运行情况下 当由开度控制切换到自动方式时 实际 开度会自动控制到不超过空载限制开度 2 2 3 注意事项 2 2 3 注意事项 断电恢复运行 如果在正常运行时突然电气调节器供电消失 主接力器位置将保持不变 断电记忆 当重新来电时 初始状态为机械手动运行方式 仍将维持主接力 器位置不变 之后再切换到自动方式运行 无扰动切换 这样就可避免短时断 电对机组运行造成不良的后果 无信号保护运行 如果来自机端 PT 断线 短路或消失时 无机频信号指示 亮 机组开 度保持不变 即当机组处于空载运行 断路器 断 时 机组开度位于空载 限制开度 Y0 当机组处于负载运行 断路器 合 时 机组开度位于 当前开度 并发出 自动失效 信号 如果开度反馈电位器断线开路时 工作方式自动转换为 机械手动 切断步进电机电源 维持当前开度不变 当开度信号正常时 恢复正常工作状 态 并发出 自动失效 信号 3 调整与试验 3 调整与试验 3 1 调整 3 1 调整 本调整是指在机械液压随动放大系统正常工作情况下进行的 即旋转步进 电机手轮 机械手动方式 能够使接力器全关到全开或全开到全关 在电站中 所进行的调整可能引起机组动作 应采取必要的保护措施 3 1 13 1 1 步进电机反馈电位器位置与行程限位开关位置调整 设计步进电机工作行程为共 3 圈 滑块走 15mm 对应主接力器全行程 直 线反馈电位器总行程为 12 5mm 有效行程 7 5mm 调整反馈电位器活动杆 顶端螺母使反馈电位器有效行程位于总行程中位左右 同时调整上下限位开关 位于中间 10mm 左右 旋转旋转步进电机手轮 监测方式 使主接力器 正好 处于零开度 全关 上面限位开关不动作 再旋转旋转步进电机手轮 监 测方式 使主接力器 正好处于满开度 全开 下面限位开关不动作 注 设置限位开关的目的是为了防止 电气手动方式 下步进电机超过机 械限位 3 1 23 1 2 调节器显示开度与主接力器开度同步调整 旋转旋转步进电机手轮 监测方式 使主接力器 正好处于零开度 全 关 调节电路主板 MAIN BOARD 上的 W1 电位器面板显示实际开度 数码管显示为 0 0 再旋转旋转步进电机手轮 监测方式 使主接力器 正好处于满开度 全开 调节电路主板 MAIN BOARD 上的 W2 电 位器使面板显示实际开度数码管显示为 100 0 之后在 电气手动方 式 下 操作增减旋钮检查显示实际开度在 0 0 100 0 以及 100 0 0 0 范围内与主接力器位置对应情况 若误差较大 重复上述过程 直至满 意为止 一般情况下只需要调整一次 3 1 23 1 2 开关机时间调整 在 电气手动方式 下 将主接力器打到全开位置 投入紧急停机开关使 主接力器关闭 记录主接力器开度在 75 0 25 0 3 4 行程 1 4 行 程 时的时间并乘以 2 作为关机时间 之后切除紧急停机开关使主接力器开 启 记录主接力器开度在 25 0 75 0 1 4 行程 3 4 行程 时的时间 并乘以 2 作为开机时间 若不满足要求 调整主配压阀上部的调整螺母 3 2 试验 3 2 试验 3 2 13 2 1 整机静态特性试验 调速器整机静态特性试验的目的是做出整机静态特性曲线 校核整机死区 和线性度是否达到规定要求 模拟断路器信号闭合情况下进行 具体试验方法 略 参照 GB9652 1997 进行 3 2 23 2 2 空载扰动试验 空载扰动试验的目的是初步选取调速器的调节参数 观察三分钟频率稳定 度是否达到规定要求 自动运行方式下机组处于空载状态 切换到开度运行方 式使机组频率减少到 46Hz 再将运行方式切换回自动方式 观察并纪录频率 波动过程 待稳定后又一次切换到开度运行方式使机组频率增加到 54Hz 再 将运行方式切换回自动方式 观察并纪录频率波动过程 调整空载调节参数使 调节过程满意为止 具体试验方法略 参照 GB9652 1997 进行 3 2 33 2 3 甩负荷试验 甩负荷试验的目的是检验机组转速上升值及引水系统水击压力上升值是否 满足调节保证计算要求 以及甩负荷调节系统动作过程是否达到规定要求 不 满足的话 重复试验 结合空载扰动试验 最后确定运行中的调节参数 具体 试验方法略 参照 GB9652 1997 进行 4 YWT PMC 型型微机调速器通信 4 1 硬件 4 1 硬件 YWT PMC 型微机调速器用微控制器 P87C552 内部 UART 串口实现异步 通讯 用芯片 MAX485 作为驱动 从而构成 RS 485 通讯硬件基础 见下 图 YWT PMC 型微机调速器通信示意图 4 2 通信协议 4 2 通信协议 为了不影响 YWT PMC 型微机调速器正常工作 提高可靠性 上位机 主机 设计为只读取调速器 从机 内部信息方式 而不能修改内部信息 虽然 P87C552 内部 UART 串口支持多机主从通信协议 但上位机 通用微 机 一般不支持多机通信协议 上位机读取调速器数据命令格式设为 8 位数 据 从机地址 无奇偶校验位 2 位停止位 由于第 9 位数据 1 为地址帧 只有被寻址的从机响应 响应后的调速器 从机 发送的数据格式为 前 8 位 数据 第 9 位 0 为数据帧 最后 1 位停止位 这样所有调速器 从机 不会响应 上位机虽未接到有效的停止位 但错误信息可忽略 只读取缓冲区 的 8 位 2 进制数据 4 3 通信参数设置 4 3 通信参数设置 为了保证正确通信 首先必须对通信参数进行设置 按下调速器面板参数 阅读键 TAB 修改密码为 12 继续向下翻到波特率 b5 修改窗口 根 据所需波特率数值 按公式确定 b5 后 用 INC DEC 键修改 下一个为调速器 地址 Ad 修改窗口 根据机组编号修改 Ad 数值 也可根据要求确定 但必须 确保地址不能重复 即每一个调速器只能有一个与其他调速器不同的地址 否 则通信不能正常进行 长期运行会导致驱动芯片损坏 修改后的波特率数值必须存储 且在下一次上电复位后有效 参数存储方 法见 2 1 2 参数设置部分 4 4 发送数据定义4 4 发送数据定义 调速器一次共发送 97 字节数据 各字节含义如下表 字 节 序号 位 号 名称 含义 备注 BY00 返回地址 应答信号 接收到后立即发送 0 停机状态 0 有效 1 空载状态 0 有效 2 开机过程 0 有效 3 关机过程 0 有效 4 无机频信号 0 有效 5 无网频信号 0 有效 BY01 6 断路器状态 0 闭合 内部状态信号 BY02 0 进入 PID 调节 0 有效 内部状态信号 5 急停信号按钮 0 投入 6 阅读键 0 闭合 BY03 7 增加键 0 闭合 0 减少键 0 闭合 1 确认键 0 闭合 2 方式按钮 0 闭合 3 断路器位置 0 闭合 4 开机令按钮 0 闭合 5 关机令按钮 0 闭合 6 给定值增按钮 0 闭合 BY04 7 给定值减按钮 0 闭合 外部输入信号 0 开机条件 0 准备好 1 自动失效 1 失效 0 自动运行 3 开度信号故障 0 故障 1 正常 6 频率跟踪 0 跟踪 BY05 7 单机运行 0 单机 1 并网运行 内部状态信号 BY06 空载暂态转差系数 bt0 BY07 空载缓冲时间常数 Td0 10 Sec BY08 空载微分时间常数 Tn0 100 Sec BY09 并网暂态转差系数 bt1 BY10 并网缓冲时间常数 Td1 10 Sec BY11 并网微分时间常数 Tn1 100 Sec BY12 永态转差系数 bp 10 BY13 人工死区 失灵区 fx 100 Hz BY14 启动开度 yq BY15 开度限制 yx BY17 波特率 bps 62500 bit s BY18 调速器地址编号 adr 表示 8 位 2 进制数 BY17 13 bps 4800 BY17 26 bps 2400 BY17 52 bps 1200 BY17 104 bps 600 BY17 208 bps 300 BY23 机组频率 高位 BY24 机组频率 低位 Fj 100 65536 Hz BY25 频率给定 高位 BY26 频率给定 低位 Fg 100 Hz BY27 电网频率 高位 BY28 电网频率 低位 Fx 100 65536 Hz BY29 开度给定 高位 BY30 开度给定 低位 Yg 10 BY31 机组开度 高位 BY32 机组开度 低位 Yn 64 12 10 表示 16 位 2 进制数 BY79 工作方式计数器 MODC 0 自动方式 1 电气 手动 3 机械手动 BY83 参数修改密码 MIMA 卧龙台水电站 I期 YWT 1000微机调速器内部接线图 编号代号名 称 调节器 DZ1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 DC DC AC ACC SCJ TJC KJC QZJ PFD PFI DL GND2 直流电源输入 交流电源输入 停机电磁阀 停机令 开机令 开机条件 给定值减小 给定值增大 断路器 公共端 编号代号名 称 调节器 DZ2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Yn Yn0 Yn RTx RTx FJ2 FJ1 FX2 FX1 步进阀位置 RS 485通讯口 编号代号名 称 调节器 DZ3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 YnL YnH GND1 VB AU BU CU DU EU MJ1 MJ2 PJ1 步进阀 限位开关 五相 步进电机 13PJ2 机组 电压互感器 电网 电压互感器 调节器 自动失灵 5V 工作电源消失 TSQ 26 TSQ 27 TSQ 29 TSQ 30 TSQ 28 TSQ 12 TSQ 13 TSQ 14 TSQ 15 TSQ 16 TSQ 17 TSQ 18 TSQ 35 TSQ 34 TSQ 33 TSQ 32 TSQ 19 TSQ 20 TSQ 1 TSQ 24 TSQ 25 TSQ 22 TSQ 23 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 20 19 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 DZ3 4 VB DZ3 5 AU DZ3 6 BU DZ3 7 CU DZ3 8 DU DZ3 9 EU DZ3 10 MJ1 DZ3 11 MJ2 DZ3 12 PJ1 DZ3 13 PJ2 DZ2 1 Yn DZ2 2 Yn0 DZ2 3 Yn DZ2 4 RTx DZ2 5 RTx GLB 1 L DZ1 1 DC GLB 2 N DZ1 2 DC DZ1 5 SCJ DZ2 10 FX1 DZ2 9 FX2 GLB 11