毕业论文水轮机调速器设计

1、水轮机调速器设计目录第一章 概 述21.1 基本功能和特点21.2 本调速器的主要特点21.2 主要技术参数4第二章 可编程计算机调速器系统工作原理52.1 自动调节52.2 手动操作72.3 手动自动切换7第三章 可编程计算机调节器83.1 组成与特点83.2 接口、功能模块和操作显示面板介绍93.3 调节器主程序框图12第四章 操作说明134.1 开机过程134.2 停机过程134.3 有功增、减134.4 事故停机134.5 手自动切换13第五章 调试试验大纲及维护145.1电气部分检查和操作步骤145.2 电源回路145.3 零位、幅值调整145.4 静态试验145.5 动态试验155

2、.6 手自动切换、紧急停机试验165.7 异常情况处理16第六章 水轮机的发展趋势17总结22参考文献23水轮机、蓄能泵和水泵水轮机的专用中英文对照术语及简单名称解释24第一章 概 述1.1 基本功能和特点调速器的基本作用是：(l)能自动调节水轮发电机组的转速，使其保持在额定转速允许偏差内运转，以满足电网对频率质量的要求。(2)能使水轮发电机组自动或手动快速启动，适应电网负荷的增减，正常停机或紧急停机的需要。(3)当水轮发电机组在电力系统中并列运行时，调速器能自动承担预定的负荷分配，使各机组能实现经济运行。(4)能满足转桨式、冲击式水轮机双重协联调节的需要。1.2 本调速器的主要特点1 可靠性

3、问题pcc调速器的电气部分由pcc控制器、操作显示面板、各功能模块等构成，平均无故障时间可达50万小时即57年，因此具有比plc调速器更高的可靠性。2 测频问题a 测频通道多pcc调速器有四路测频通道，可以用于机组pt测频、机组齿盘测频（两路）、电网频率测量，因此测频容错能力强。b 测频精度高由于一般的微机测频都采用1m计数时钟，而b&r2003系列cpu的内部计数时钟10m左右。因此，pcc测频精度远比一般的微机测频精度高。c 测频实时性强微机测频，由于pt的正弦波信号上半波与下半波的不对称性，为了保证测频的准确性，必须采用二分频，测量一个周期的脉宽时间，而pcc测频，是测量上升沿至上升沿的

4、时间，无须进行分频，因此pcc测频的实时性比一般微机测频的实时性提高了一倍。d 测频可靠性高在测频通道的选择上有三种选择方式：1、发电机残压；2、永磁性；3、齿盘。可根据用户的要求任意选择。既可单通道使用，又可四个通道或任意两个通道结合起来使用。当结合起来使用时，各通道之间可做到互为检错、纠错，互为备用，当出现测量值有较大出入时，异常的测量值将被判断为错误值而自动丢弃，校正有效机频值，同时测频故障报警提示，以便尽快查找原因，排除故障通道。这样通过多通道测频保证了测频的高可靠性。此外，pcc硬件的可靠性极高，测频计数时钟为pcc内部提供，并且由于在测频过程中没有采用分频，硬件电路更简单、更可靠，

5、因此测频的可靠性极高。3 多任务分时操作系统在系统中可以将操作任务分成具有不同优先权的任务等级，而且每个任务等级中可以包含多个具体任务。优先权高的任务，有着较短的巡回扫描周期。这样的操作系统中，可以将比较重要的任务定义得任务级别高一些，如：测频、pid运算、a/d、d/a转换等，这样，这些任务就可以得到及时地处理、执行，从而整个控制系统得到了优化，具有较好的实时性。4 tpu功能在pcc硬件系统中，时间处理单元tpu（time processor unit）能够对与时间有关的程序进行及时的处理并且不影响主cpu的运行。tpu是集成在motorola公司32位的m6300型单片机里的高速处理单元

6、，可以在不增加主cpu负担的前提下，完成对时间响应要求很高的控制任务，它可以为开关信号引发的事件提供微秒级的分辨率，以满足真正高实时高精度的要求，如频率测量、脉宽调制。5 编程语言pcc支持多种编程语言：梯形图（lad）、指令表（stl）、结构文本（st）、顺序功能表（sfc）、c语言、b&r高级语言ab。根据编写程序的方便和需要，可采用几种语言混合编程，如梯形图和ab。b&r高级语言ab是基于windows专门为工业控制开发的一种高级语言，它比通用的高级语言如c语言更适合工业控制特点，更易于编程。它充分利用pcc的特点，能够轻松完成各种复杂的工业控制和监视。不仅如此，b&r高级语言的编程环境

7、还适用于pcc中人机界面程序的编写。6 在调节技术上，采用连续、实时、变结构、变参数的pid，积分分离等控制方法，根据机组特性与工况，连续、实时改变调节参数，确保系统稳定并具有良好的调节品质。7 设有在线自诊断及处理功能，当系统故障时，调速器将自动转入手动工况运行，将负荷固定于故障前的状态。8 自动化程度高，调速器设有开机、停机、发电、调相、增减功率操作回路，只需给调速器相应的操作指令，调速器便能自动完成上述操作，减少了与水机自动回路的联系。9良好的电磁兼容能力和现场总线全面支持技术，体现着世界工控领域的发展方向。10 可以很方便地实现和上位机的通讯。pcc有自带的rs232接口以及用来扩展的

8、can口，并且有用来进行远程通讯的rs485/rs422扩展模块。1.2 主要技术参数1.2.1主要技术指标转速死区ix 0.02%静态特性曲线线性度误差 5%随动系统不准确度ia 0.8%自动空载三分钟转速摆动相对值 0.15%接力器不动时间tq 0.18s平均故障间隔时间 50000h1.2.2 主要调节参数整定范围比例系数kp 0.520积分系数ki 0.0510(1/s)微分系数kd 05（s）永态转差系数bp 010%频率人工死区f 01.0%频率给定范围fg 4556hz功率给定范围pg 0120%第2章 可编程计算机调速器系统工作原理可编程计算机调速器的调节器构成如附图（一）所示

9、。它是以奥地利贝加莱公司2003系列可编程计算机控制器、操作显示面板以及各功能模块为核心硬件，与接口功能板共同构成的高可靠性调节器。其主要功能是测量水轮发电机组的转速偏差，并将其按一定调节规律转换成控制导叶开度（和轮叶转角）的信号。2.1 自动调节 水轮发电机组有多种运行工况，不同的工况，需要采用不同的控制规律、控制结构和调节参数。控制规律的形成和系统结构的改变通过软件来实现。现在对该系列调速器各自动工况的工作原理简述如下：2.1.1 智能化开机 目前有很多微机调速器的开机过程仍和传统机械液压调速器以及模拟电调一样，当接到开机命令后，导叶接力器和电气开度限制均同步开启至第一开机启动开度，导叶接

10、力器维持不动，机组开环启动。当机组频率大于45hz后，则将电气开限关至空载开限位置，并投入pid调节，接力器在其控制下稳定于空载开度，开机过程结束，并转入空载状态。这种方式不能保证开机过程的整个环节全闭环，自动化水平不高。长控所研制的pcc调速器采用全闭环开机过程。当接到开机令后，闭环调节投入，将机组频率与频率给定值或电网频率相比较，进行pid运算和调节。同时设置两个开限，一个为机组启动开限，保证机组启动快速；另一个为空载开限，保证机组开机超调量小，甚至无超调量，快速并入系统。这两个开限由软件通过水头值和机组特性查表确定，也可由用户在操作显示面板上直接给定。导叶则根据pid运算的值控制机组直至

11、额定转速。对于双调节型调速器，轮叶控制系统同样始终处于闭环调节状态。开机前，导叶开度及机组转速均为零，轮叶开至启动角，自动开机后，当机组转速上升到80%左右，根据协联关系，轮叶将自动关闭到零。特别提出的是，开机全过程实现闭环控制并且设有两个开限，这样可以实现机组开机过程快速稳定且无超调，方便机组快速并入系统。在机组开机过程和空载运行中，pcc调节器根据机组特征与工况，连续、适时改变调节参数，保证了机组并网前稳定运行，并具有良好的调节品质。2.1.2 频率调节当调速器的频率调节为“频给”方式时，自动空载工况下的调速器受频率给定值控制，pcc调节器对机频与频给的差值进行pid运算，其输出信号经驱动

12、装置调节导叶开度，直至机组频率等于给定频率，从而实现了频率调节，频率给定值可通过操作显示面板进行整定，也可按上位机或自动准同期装置的指令增、减。2.1.3 频率跟踪当频率调节为“跟踪”方式时，调速器自动将网频作为它的频率目标值，与频率调节一样，在调节过程中，机组频率将始终以网频为调节目标，实现机组频率自动跟踪电网频率的功能。频率跟踪功能的投入与退出可以在操作显示面板上手动设置。2.1.4 并网当发电机出口断路器合闸后，其辅助接点返回一对常开接点给调速器，则调速器判断机组处于并网状态。调速器接到并网令时，切除微分调节，投入人工失灵区和永态转差系数。2.1.5 功率调节机组并网后，频给自动整定为5

13、0hz，bp置整定值，实现有差调节，切除微分作用，并投入人工失灵区。导叶开度根据整定的bp值随频差变化，并入同一电网的机组将按各自的bp值自动分配功率。当上位机或机旁的增、减功率按钮发出增、减负荷命令时，功率给定软件就相应改变功率给定值，功给信号一方面通过前馈回路直接叠加于积分输出值，一方面与积分输出值相比较，其差值通过bp回路调整功率。由于前馈信号的作用，负荷增减较快。2.1.6 手动设置水头当有水头信号参与调节计算时，调速器采集420ma的水头信号，通过a/d采样计算，得到适时的水头信号（即自动水头信号）。当水头信号回路出现故障时，调节器能够自动识别，并且允许在操作显示面板上手动设置水头值

14、。手动设置水头功能的投入与退出可以在操作显示面板上手动设置。2.1.7 自动停机调速器接到停机令时，给定频率将置于零，与闭环开机的过程类似，机频与频给的差值通过pid运算后，其输出信号经驱动装置控制导叶使机组关机，直至机频为零。2.2 手动操作手动操作是可编程计算机调节器或驱动电路故障后的操作方式。此时，调速器切为手动工况，手动增减操作，即可带动机械液压随动装置，控制机组开、停或增减负荷。2.3 手动自动切换导叶控制部分手动和自动的相互切换可做到无条件、无扰动地进行。自动运行时，当电气部分发生故障，驱动装置的控制信号将自动被切断，调速器无扰动地自动转为手动运行，无需人为切换。必要时，也可进行手

15、自动切换操作，将调速器切为手动运行。手动运行时，可编程计算机调节器能自动采集反馈信号（相当于导叶接力器开度信号），并使调节器的输出与其相等。因此，只要电气部分正常工作，即可做到将手动工况切换至自动工况，接力器不会产生摆动。第三章 可编程计算机调节器3.1 组成与特点3.1.1可编程计算机调速器的调节器构成 1、pcc系列调速器的可编程计算机调节器，是以奥地利贝加莱公司可编程计算机控制器、操作显示面板以及各功能模块为核心硬件，辅以接口功能板，以及电源变压器、开关电源和模拟指示表计等组合而成。其电气系统原理图见附图（二）。核心硬件包括控制器cpu模块、混合模块cm211(包括2路模拟量输入、2路模

16、拟量输出、8路开关量输入、8路开关量输出)、8开关量输入模块di435、用于与监控系统进行通讯的rs232接口模块if311或rs485/rs422接口模块if321。此外，cp474本体提供一个pc机开发pcc程序用的rs232接口和一个远距离网络通讯用的can现场总线接口。另外，根据控制对象的具体情况，可以有选择地添加如下模块：4路模拟量输入模块ai354、2路模拟量输出模块ao352等。3.1.2可编程计算机控制器的特点由于可编程计算机控制器自身的特点以及水轮机调速器的电气要求，使得它特别适用于水轮机调速器的开发与产品制作。以下是pcc调速器控制系统的主要特点1、 具有比plc更高的可靠

17、性，平均无故障时间可达50万小时即57年。2、 集成了大型计算机的特点，系统具有ipc的高速响应能力和计算能力。3、 应用了全新的总线概念，那就是i/o总线和系统总线分离，克服了传统控制系统的总线系统瓶颈。4、 采用多处理器构成多任务分时操作系统，可以将整个操作界面分成数个具有不同优先权的任务等级（task class），不同的任务等级，优先权越高，其扫描周期越短；优先权越低，其扫描周期越长。在这种操作系统的管理下，优先权高的任务等级总是先被执行，在剩余的时间里才执行优先权较低的任务等级。整个操作系统得到了优化，具有较好的实时性。5、 采用多处理器构成多任务分时操作系统，可以避免发生在传统控制

18、系统中的通讯瓶颈问题。6、 可以根据不同层次人员选用低级语言（如梯形图）或高级语言（如basic、c、ab）编程。7、 cpu模块的主处理器为32位cpu，具有tpu功能。8、 系统具有良好的可扩展性：除系统硬件可以以模块的方式加以扩展外，在cpu多任务分时操作系统的支持下，系统软件也可以以模块的方式加以扩展，这极大地增加了pcc系统的扩展能力。9、 系统除全面支持ethernet、profibus和canbus等标准网络或现场总线协议外，还提供了一个帧驱动器（frame driver）工具，可以很方便地解决非标准网络中串行口通讯的问题。10、良好的电磁兼容能力和现场总线全面支持技术。3.2

19、接口、功能模块和操作显示面板介绍b&r2003系列的pcc配置有以下接口和功能模块：自带的8路开关量输入接口和8路晶体管输出接口、2路模拟量输入接口、2路模拟量输出接口、10路开关量输入模块di138。另外，cpu模块内部还提供了一个rs232口和一个can口，以便扩展功能。以下详细介绍各个接口和模块。3.2.1 di接口其主要参数和技术特征见下表。输入通道数8路tpu通道数3路输入电压最小值18vdc标准值24vdc最大值30vdc输入电流（在标准输入电压下）约4ma输入延时最大1ms电气隔离输入与pcc有输入与输出无3.2.2 do接口其主要参数和技术特征见下表。输出通道数8路电气接点输出

20、通道数1路通道电压最小值18vdc标准值24vdc最大值30vdc输出电流每路输出最大0.4a模块最大3.2a电气接点输出负载最大0.5a开关漏电流最大12a过负载保护有内部保护电路有输出延时最大450s电气隔离输出与pcc有输出与输入无3.2.3 a1模块其主要参数和技术特征见下表。c-ul-us认证有输入通道数2输入通道信号10v/0-20ma 数字量切换分辨率12bit+符号位消耗功率最大0.5w电气隔离输入与pcc无输入与输出无3.2.4 ao模块其主要参数和技术特征见下表。输出通道数2输入电压信号10v数字量切换分辨率12bit短路保护有电流输出负载1k电压输出负载最大10ma电气隔

21、离输出与pcc无输出与输出无3.2.5 di138模块其主要参数和技术特征见下表。c-ul-us认证有输入通道数10输入电流信号通道5，68ma，24vdc其它通道5ma，24vdc输入延时通道5，6最大3s其它通道最大1.3s输入电压信号最小值18vdc标准值24vdc最大值30vdc数字量长16bit消耗功率0.4w输入频率20khz记数频率40khz3.2.6 if311模块其主要参数和技术特征见下表。c-ul-us认证有输入通道数10输入电通道5，68ma，24vdc消耗功率最大1.6w接口类型rs232隔离接口与pcc无接头9芯d型接头（公）握手线rts，cts波特率最大115.2k

22、baud距离15m数据格式数据位数5-8奇偶性有/无/偶/奇停止位1/23.2.7 if321模块其主要参数和技术特征见下表。c-ul-us认证有消耗功率最大1.4w接口类型rs485/rs422隔离接口与pcc有接头9芯d型接头（母）波特率最大115.2kbaud距离1200m（无中继器）联网工作能力有数据格式数据位数7/8奇偶性有/无/偶/奇停止位1/23.2.8 接口功能板标准接口功能板可以对机频（pt、永磁机）和网频测量的pt信号进行变压器隔离、方波整形、电平转换、光电隔离，以及机频齿盘信号的处理，并且提供2路标准的调零、调幅电路。3.2.9 电源系统水轮机调速器的电源系统是维持调速器

23、自动工作正常的有力保证，为了保证电源系统的可靠，本系列调速器采用厂用交流、厂用直流（一般为蓄电池，不会掉电）双路供电方式，任一路电源消失，不会影响调速器的自动正常运行。厂用直流一方面给所有开关电源供电，另一方面给紧急停机电磁阀等操作提供操作电源。厂用交流通过一电源变压器隔离后向所有开关电源供电。可编程计算机控制器采用dc24v的开关电源供电。此dc24v开关电源还向开关量输入、开关量输出信号、接口功能板的数字电路、继电器、手自动指示等操作回路提供电源。 模拟调整电路、位移传感器和比较放大电路用的是12v模拟开关电源。3.3 调节器主程序框图第4章 操作说明4.1 开机过程4.1.1 手动操作操

24、作调速器“导叶手动”切换按钮，将导叶切至手动位置，然后进行导叶增减操作使导叶开至启动开度，待转速开至80%后将导叶关至空载开度附近，根据机组转速调节导叶开度，使机组稳定于额定转速。4.1.2 自动操作操作调速器“导叶自动” 切换按钮，将导叶切至自动位置，选择“跟踪”或“频给”调节方式。调速器接到开机令后（要求开机令保持30s以上），将频差通过pid运算，其输出信号带动电液随动系统，将输入的控制信号成比例地转换成接力器位移，控制导叶使机组开机。在机组开机过程和空载运行中，pcc调节器根据工况识别，自动将调节参数设置于空载参数，保证了机组并网前运行的速动性和稳定性。4.2 停机过程4.2.1 手动

25、停机按电手动减按钮或机械操作机械液压随动系统使导叶关至空载开度，与电网解列后，继续手动关闭导叶直至停机。4.2.2 自动停机调速器接到停机令时，给定频率将置于零，与开机过程类似，控制导叶使机组关机，直至机频为零。4.3 有功增、减手动时点动操作电手动增减按钮或操作机械液压随动系统增减负荷。自动时点动操作增减给定按钮增减负荷。4.4 事故停机无论调速器处于自动还是手动，当接到“事故停机”信号时，紧急停机电磁阀直接作用于机械随动系统，即关闭导叶使机组停机。值得注意的是：紧急停机电磁阀不宜于长期带电；在发紧急停机令的同时，一定要发停机令。4.5 手自动切换可编程计算机调速器其手动与自动的相互切换，均

26、可做到无条件无扰动地进行。第五章 调试试验大纲及维护5.1电气部分检查和操作步骤电气部分的检查和操作应按照以下几个步骤进行：1 根据配线图全方位地检查配线。对外端子图见附图（三）。2 重点检查电源回路的配线。3 电源回路正确后，上电。观察操作显示面板及操作回路是否正常。4 上电后再接入频率信号，观察测频回路是否正常。5 机械调整完成后，分别进行导叶、桨叶的零位和幅值的调整。5.2 电源回路上电前首先应保证接线正确，特别要注意厂用交流、厂用直流是否正确，开关电源的输出有无短路现象。为避免干扰信号，应尽量做到强、弱电分开，机、网频信号线采用屏蔽线。上电后，用万用表测量下列电源电压值：厂用av220

27、v电源：电压偏差不超过额定值的-15%至+15%；厂用dv220v电源：电压偏差不超过额定值的-15%至+15%；dc24v：参考范围为20.4v-26.4v；dc12v：参考范围为10.5v-14.5v；dc5v：参考范围为4.85v-5.25v。5.3 零位、幅值调整将调速器置手动位置，按电手动减按钮（或操作机械液压随动系统）将导叶接力器全关，调整调零电位器，将输出电压调到0v，然后将导叶接力器全开，调整调幅电位器，将输出值调到10.0v。对于双调节调速器，轮叶系统用相同的方法调整。5.4 静态试验 当机械和电气动作基本正常后，就可以做静态特性试验了，具体步骤如下：1、 将调速器“静态实验

28、”端子与“24v”端子短接，模拟并网令，将“并网”端子与“24v”端子短接。2、 将调速器切自动，功给设定为50%。3、 显示面板切入“静态测试”画面，设定模拟机频为50hz，用增、减键进行模拟机频增减（已设定f=0.01hz）。根据以下表格，对调速器在接力器全行程进行双向开关机试验，记录数据填入下表：f(hz)51.551.250.950.650.350.049.749.449.148.848.5行程行程根据以上表格数据，采用回归法计算出ix，校验bp值。标准规定大型调速器转速死区ix 0.04%，中、小型调速器转速死区ix 0.08%。5.5 动态试验5.5.1 手动开停机将调速器切至手动

29、位置，控制导叶电手动按钮或操作导叶机械液压随动系统，使机组处于额定转速下运行，并且发电机励磁投入，稳定一段时间后观察机组频率摆动值，每次三分钟，共三次。最大值最小值 f（hz） f（hz） f（hz）一段时间后手动停机。计算出三次的空摆值，标准要求大型调速器手动空载摆动值0.2%，中、小型调速器手动空载摆动值0.3%。此试验可利用“空摆测试画面”来进行。5.5.2 自动开机调速器切自动，发开机令，机组开至额定转速。机组运行稳定后观察机组频率摆动值，每次三分钟，共三次。最大值最小值 f（hz） f（hz） f（hz）计算出三次的空摆值，标准要求大型调速器自动空载摆动值0.15%，中、小型调速器自

30、动空载摆动值0.25%。此试验可利用“空摆测试画面”来进行。5.5.3 空扰试验（8%）和自动停机操作显示面板，置频给为52.00hz,按一下确认键，机组稳定后置频给为48.00 hz,按一下确认键，记录频率最低值、稳定时间、调节次数；稳定后将频给置52.00hz,按一下确认键，记录频率最高值、稳定时间、调节次数。上扰最高值(hz) 调节次数（次） 调节时间（s） 超调量（%）下扰最低值（hz） 调节次数（次） 调节时间（s） 超调量（%）此试验为选作试验，国标无考核指标，但有助于优选参数。做完空扰试验后发停机令自动停机。5.5.4甩负荷试验机组自动开启，并网带上一定负荷，进行如下甩负荷试验：

31、1、甩25%负荷自动工况运行，并网后负荷量增至25%，断开油开关，测量接力器不动时间，国标要求tq7500kg.m2、微机调速器依据调节器（电气部分）及机械液压系统（机械部分）的不同形式，有以下区分：2.1按调节器的硬件构成有单片机、工控机、可编程控制器三大类调节器。其中单片机、单版机构成的调节器由于可靠性差、故障率高等多方面原因，已趋于淘汰。目前可编程控制器以其高度的可靠性成为调节器构成首选。2.2机械液压系统依据电液转换电液转换方式分为：电液转换器类、电机类、比例伺服阀类、数字阀类。其中电液转换器类已基本为市场淘汰，其他几种均有不同厂家生产。3、按照调速器的适用机组类型分为：冲击式调速器、

32、单调、双调。冲击式调速器适用于冲击式水轮发电机组；单调适用于无轮叶调节的混流式、轴流定桨式等水轮发电机组；双调适用于有轮叶调节的轴流转桨式、灯泡贯流式水轮发电机组。关于微机调速器的调节器（电气部分）如何选型？目前微机调速器的调节器硬件构成有单片机、工控机、可编程控制器三大类调节器。单片机、单板机是微机调速器早期的调节器产品，系各调速器厂家根据调速系统任务需要，选择如8051、8086、8096等微控制器（mcu）为硬件基础，自行设计线路板构成调节器。由于可靠性低、抗干扰能力差等原因，故障率高。为提高调节器的可靠性，减少故障率，后提出以双机冗余方式构成双微机调节器，但由于缺乏专业的抗干扰设计，生

33、产上又缺乏严格的元器件老化、筛选过程以及严格的焊接工艺保证等多方面原因，未能根本解决可靠性问题。因此逐步退出了市场，但由于成本低廉，依然有些厂家生产。后随着基于ipc（工业控制微机）和plc（可编程逻辑控制器）等通用处理器平台的不断发展完善。国内迅速的将可靠性能高的ipc和plc等通用微机平台应用于水轮机调速器领域，实现了调节器的硬件可靠性的进步，放弃了以单板机、单片机及基于8098、8086等的双微机作为主机硬件平台的专用调节器之路。ipc（工业控制微机）是通过对个人计算机（pc）的板路、内存以及机箱等进行专门电磁兼容设计，使它能应用于环境恶劣的工业控制环境的pc。其特点是：程序移植性强；能

34、实现多任务并发等。但由于其硬件设计还是基于商用个人计算机（pc）的总线结构，而且软件平台必须基于windows或liux等操作系统上，因此其可靠性还是比完全针对工业现场设计的plc（可编程逻辑控制器）少一个数量级。正是由于这个原因，近年各ipc（工业控制微机）厂家纷纷推出按plc总线构架的工业控制微机（pcc）。与常规plc相比较，pcc最大的特点在于其类似于大型计算机的分时多任务操作系统，支持多任务并发处理。其可靠性到没有很大提高。plc（可编程逻辑控制器）是专门为解决工业现场恶劣环境而诞生的工业控制计算机系统，其高可靠性已得到广泛的验证。国内将其应用于水轮机调速器后，以其优异的高可靠性能立

35、即成为调速器的主流方向。目前出现的各种调速器控制系统还没有比plc可靠性更高的，因此宜优先选用plc作为调速器的调节控制核心。调节器应选用双微机系统还是单微机系统？由于调节器硬件平台的演变，我国微机调速器的系统结构经历了从单微机系统、双微机系统到双通道容错系统的发展过程。一段时间，基本上公认双通道容错的系统结构可靠性较高、容错能力较强。但随着plc（可编程逻辑控制器）的微机调速器的问世，由于计算机主机系统的可靠性大幅度提高，人们对双微机系统的必要性提出了质疑？为了提高微机调速器的可靠性，国内不少厂家对微机系统的设计采用了冗余结构。但是，从现场运行的状况来看，其故障绝大部分来自微机系统外部，元器

36、件特别是大规模集成电路的故障率毕竟很低，而出自软件内部的问题，靠冗余无法解决；对于双微机系统，多一个双机通讯和检测切换电路，多一个双机切换时的负荷扰动，就会多一个故障隐患和不可靠因素。从实际效果来看，双机系统的硬/软件结构复杂，可靠性不一定比单机系统高。而且从理论上讲，结构越简单可靠性越高，而且结构简单可省掉双机系统必需的一些通讯、检测和切换组件，用户以后的维护也更加方便。从国外的水轮机微机调节器系统结构来看，既有单系统、也有双系统的。但国外一些著名的调速器制造公司，如vioth、abb、woodward等，均采用了信号测量和调节处理完全分开的设计思想，即采用多cpu的结构形式。所以可靠性的提

37、高在于将任务进行合理的划分，而不是任务的集中管理。同时，模块化的硬件设计不仅容易得到可靠性的保证，而且使得软件的设计具有更大的灵活性和针对性。调速器机械液压系统随电液转换方式的不同，分为：电液转换器类、比例伺服阀类、数字阀类及电机类。其中电机类还分为步进电机和伺服电机两类。水轮机微机调速器是一个典型的数字式液压位置伺服系统，数字式液压位置伺服系统按电液转换环节接口控制方式主要分为两大类：间接数字控制和直接数字控制。间接数字控制是指电液伺服系统通过d/a转换环节，以模拟量接口实现数字控制。比例伺服阀采用420ma的线性电流作为驱动信号，微机调节器必须通过d/a转换环节，以模拟量接口实现控制，因此

38、比例伺服阀调速器是一个典型的间接控制方式的数字式液压位置伺服系统。传统的各类伺服阀也都属于这类伺服系统。随着计算机技术在流体控制系统中的大量应用，数字化成了一种必然的趋势。与间接数字控制方法相反，控制量不通过d/a接口，直接以数字开关信号与电液伺服系统接口实现数字控制的方式称为直接数字控制。目前主要有以下两种方式实现：其一是利用数字执行元件步进电机加适当的旋转直线运动转换机构驱动阀芯实现直接数字控制，由于这类数字控制元件一般按步进的方式工作，因而常称为步进式数字阀或离散式比例阀。通过合理的设计，这类阀具用重复精度高及无滞环的优点。其二是对高速开关阀的（脉宽或脉冲调制）控制。通过控制开关元件的通

39、断时间比，以获得在某一段时间内流量的平均值，进而实现对下一级执行机构的控制。在流体动力系统中，这种控制方式的控制信号是开关量，因而是直接数字控制。该控制方式具有不堵塞、抗污染能力强及结构简单的优点。采用间接控制方式构成的系统通过d/a接口实现数字控制，这种方法存在如下缺点：（1）由于控制器中存在着模拟电路，易于产生温飘和零飘，这不仅使得系统易受温度变化的影响；同时，也使得控制器对伺服阀本身的非线性因素如死区、滞环等难以实现彻底补偿。（2）用于驱动比例阀和伺服阀的比例电磁铁和力矩马达存在着固有的磁泄现象，导致阀的外控制特性表现出2%-8%的滞环，采用阀芯位置检测和反馈等闭环控制的方法可以基本消除

40、比例阀的滞环，但却使阀的造价大大增加，结构复杂，可靠性降低。（3）由于结构特点所决定，比例电磁铁的磁路一般只能由整体式磁性材料构成，在高频信号作用下，由铁损而引起的温升较为严重。因此直接数字控制方式明显优于间接数字控制方式。作为直接数字控制方式的步进式数字阀和开关阀相比较：步进式数字阀按步进的方式工作，具用重复精度高及无滞环的优点。但是，步进式数字阀通过阀芯的步进运动将输入的信号量转化为相应的步数（脉冲数），因而存在着量化误差，通过增加阀的工作步数可以减小量化误差，但却使阀的响应速度大大降低。同时，步进式调速器必须保留有引导阀和主配结构，造成步进式调速器的结构较复杂，加工件较多，不具有良好的通

41、用互换性。相较而言，高速开关阀与控制系统的接口更简单，且不需要中间环节就能构成直接数字控制系统，应用前景十分广阔。将高速开关阀应用于水轮机微机调速器，能实现整个系统的数字化，构成全数字式调速器。但由于流量、压力脉动等因素的限制，数字阀在大型调速器上的应用范围受到一定的限制，目前仅能应用于操作功不大于17000kg.m的非双调机组的调节控制。综上所诉，中小型调速器选用数字阀较为适宜，大型调速器宜选用步进电机（但要注意控制方式参见后述关于电机类调速器的比较说明）。伺服电机与步进电机类调速器的区别与比较？电机类调速器分为伺服电机及步进电机两种。伺服电动机又称执行电动机，在自动控制系统中，用作执行元件

42、，把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。分为直流和交流伺服电动机两大类，其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降。步进电机是一种离散运动的装置，它和现代数字控制技术有着本质的联系。在目前国内的数字控制系统中，步进电机的应用十分广泛。随着全数字式交流伺服系统的出现，交流伺服电机也越来越多地应用于数字控制系统中。为了适应数字控制的发展趋势，运动控制系统中大多采用步进电机或全数字式交流伺服电机作为执行电动机。虽然两者在控制方式上相似（脉冲信号和方向信号），但在使用性能和应用场合上存在着较大的差异，从控制精度、低频特性、距频特性、过载能力、速度响应能力比较

43、起来，全数字式交流伺服电机无疑比步进电机优异得多。但步进电机应用于调速器上，可以使用这样的控制方式：仅控制步进电机的转动方向和启/停，因为伺服电机主要强调的闭环控制，这种开环的控制方式是伺服电机不具备的控制方式。这样就可以和调节器构成一个以“模糊控制”为基础的直接数字控制方式的调速器。（注：不是所有的步进式调速器均采用这种控制方式，其区别具在于调节器是否具有d/a环节）。综上所述，在基于间接数字控制模式的调速器中，全数字式交流伺服电机调速器比步进电机具有优越性；但基于直接数字控制的步进式调速器明显优于间接数字控制的各型调速器。总结历时十几周的毕业设计在紧张有序中即将结束，回忆这个过程这段经历，

44、感觉收益多多。当我初涉设计时，主、客观问题层出不穷，按着设计计划，设计思路有序地进行，围绕升降机该题目，既了解了升降机的有关规范，又涉及到了专业知识，加强了自己的专业，拓宽了知识面。当无数次的奔波于图书馆，设计教室时，发现设计不仅仅是设计，还包括了实践、耐心、耐力、毅力。这也是学校、老师让我们设计的目的所在。设计即将结束了，体会了、学到了。在此我感谢学校给与我的培育之恩，老师的教育之情，更由衷地感谢，我本次设计的指导老师苏风歧老师，感谢苏老师的细心指导。参考文献1 廖长初编著.可编程控制器应用技术.重庆：重庆大学出版社，19972 李光弟编著.单片机基础.北京：北京航空航天大学出版社，2000

45、4 汪晓光、王艳丹、孙晓瑛编著.可编程控制原理及应用.北京：机械工业出版社，19945 王兆义编著.可编程控制器教程.可编程控制器教程.北京：机械工业出版社，20016 陈宇编著.可编程控制器基础及编程技巧.广州：华南理工大学出版社，19997 林小峰编著.可编程控制器原理及应用.北京：高等教育出版社，19918 朱绍祥编著.可编程控制器原理及应用.上海：上海交通大学出版社，198810 钟肇新，彭侃编著.可编程序控制器原理及应用.广州：华南理工大学出版社，199212 陈家盛编著电梯结构原理及安装枝术.北京：机械工业出版社，199013 孙同景，徐蹲编著.可编程序控制器应用基础.山东科学技术

46、出版社，199614 张汉杰编著.现代电标控制技术.哈尔滨工业大学出版杜，199615 余雷声编著电气控制与plc应用北京：机械工业出版社，199616 洪忠渝编著可编程序控制器的原理及应用青岛：青岛海洋大学，198817 水轮机、蓄能泵和水泵水轮机的专用中英文对照术语及简单名称解释2一般术语 2.1水力机械 hydraulic machinery 2.2 水轮机 hydraulic turbine 2.3 蓄能泵 storage pump 2.4 水泵水轮机 reversible turbine，pump-turbine 2.5 旋转方向 direction of rotation 2.6

47、机组 unit 2.13立式、卧式和倾斜式机组vertical，horizontal and inclined unit 2.14可调式水力机械 regulated hydraulic machinery 2.15不可调式水力机械 non-regulated hydraulic machinery 2.16主阀 main valve 3.1水轮机 3.1.1反击式水轮机 reaction turbine 3.1.2 混流式水轮机 francis turbine，mixed-flow turbine 3.1.3 轴流式水轮机 axial turbine 3.1.4 轴流转桨式水轮机 kaplan

48、 turbine，axial-flow adjustable blad propeller turbine 3.1.5 轴流调桨式水轮机 thoma turbine 3.1.6 轴流定桨式水轮机 propeller turbine 3.1.7贯流式水轮机 tubular turbine，through flow turbine 3.1.8灯泡式水轮机 bulb turbine 3.1.9竖井贯流式水轮机 pit turbine 3.1.10全贯流式水轮机 straight flow turbine，rim-generator unit 3.1.11轴伸贯流式水轮机（s形水轮机） tubularturbine（stype turbine） 3.1.12 斜流式水轮机 diagonal turbine 3.1.13 斜流转桨式水轮机 deriaz turbine 3.1.14斜流定桨式水轮机fixed blade of deriaz turbine 3.1.15冲击式水轮机impuls turbine，ac