DKT(A)自复中调速器电气说明书

1、DKT（A）型交流电机控制式可编程水轮机调速器说明书（电气部分）20目 录第一章 概 述11.1 功能和特点11.2 主要技术参数2第二章系统工作原理42.1自动调节42.2 手动操作5第三章可编程调节器63.1 组成与特点63.2 功能模块简介73.3 主程序框图11第四章交流伺服电机及其驱动器134.1 交流伺服驱动器134.2 交流伺服电机13第五章 操作说明145.1 开机过程145.2 停机过程145.3 有功增、减145.5 事故停机155.6 触摸屏操作说明(以F940为例)155.7 故障情况处理16第六章 调试大纲176.1 电源回路176.2 静态试验176.3 动态试验1

2、8第一章 概 述随着水电厂自动化水平不断提高，对水轮机调速器的可靠性和功能提出了更高的要求。随着计算机技术飞速发展，特别是由于可编程控制器PLC在水轮机调速器方面的推广应用使得调速器的可靠性和功能提高到了一个全新的水平，人们不在怀疑电气控制部分的高可靠性和强大的功能，从而把越来越多的注意力转移到了电气机械转换装置上。随着功率电子技术、微电子技术和电机制造技术的进步，伺服电机驱动从步进电机发展到直流伺服电机，现在正在进入交流伺服电机时代。DKT系列交流伺服电机控制式全可编程调速器是我所总结多年来水轮机调速器研制经验并吸收了国内外微机调速器优点的基础上，于二十一世纪推出的最新一代水轮机调速器。其突

3、出特点是采用全数字式交流伺服驱动器和交流伺服电机作为电气机械转换元件。全数字式交流伺服驱动器+交流伺服电机+机械随动系统构成一个智能式伺服系统，电机驱动器具有速度、转矩、位置控制方式和伺服系统故障自诊断，配合可编程电器控制部分构成功能强大的调速控制系统，可适应不同类型、不同参数的各种大、中、小型水轮发电机组的调节和控制。1.1 功能和特点1.1.1 本调速器具有如下功能：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；频率跟踪：当跟踪功能投入时，机组频率自动跟踪电网频率，可实现快速自动准同期并网。自动调整与分配负荷：机组并入电网,调速器将根据其整定的bp值和电网频差，自动调

4、整机组的出力。负荷调整：可接受上位机控制指令，实现发电自动控制功能（A.G.C）。开停机操作：接受中控室或上位机指令，实现开停机操作。手动操作：具有电手动操作和机械手动操作功能，并可无条件、无扰动地实现自动运行与手动操作的相互切换。能采集并显示调速系统的主要参数，如：机组频率、电网频率、导叶开度、调节器输出和调节器的整定参数等。有完善的通讯功能，为电站监控系统设置了标准、可靠的接口，能方便地实现与上位机的通讯。应用户需要，可带上频率计的相关功能。1.1.2 本调速器具有如下主要特点：采用进口高可靠性交流伺服电机和全数字式交流伺服驱动器控制，不用电液转换器，耗油量少、结构坚固、工作可靠。电气部分

5、以可靠性极高的A系列可编程控制器为硬件，在调节技术上，采用连续实时变参数的PID控制算法；根据机组特征与工况，连续、适时改变调节参数，确保系统稳定并具有良好的调节品质，用户无需进行调节参数的设置与整定；频率测量部分充分利用PLC的硬件资源，取消了传统的外部（如单片机）测频方法，采用了PLC的高速计数器和中断、查询相结合的计算方法，使得测频精度高，实时性强，可靠性高，真正实现了整个调节器的“全可编程化”，调速器的整机可靠性相应地得以提高；提供了非常友善的人机界面，采用了先进的触摸屏技术，其下拉式菜单英文彩色显示，把用户带入一个全新的操作境界；设有在线自诊断及处理功能，当系统级故障时，调速器将自动

6、转入手动工况运行，将负荷固定于故障前的状态；自动化程度高，调速器设有开、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。1.2 主要技术参数1.2.1主要技术指标转速死区ix0.04%静态特性曲线线性度误差5%随动系统不准确度ia0.8%自动空载三分钟转速摆动相对值±0.15%接力器不动时间Tq0.2s平均故障间隔时间8000h1.2.2主要调节参数整定范围比例系数KP0.520积分系数KI0.0510（1/S）微分系数KD05(S)永态转差系数bp010%频率人工死区f01.0%频率给定范围fG50±

7、5HZ功率给定范围PG0100%1.2.3其它技术数据工作油压2.5MPa；4.0MPa主配压阀直径80、100、150（mm）工作电源：AC220V 200WDC110V或220V 200W第二章系统工作原理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实现。现对该系列调速器各自动工况的工作原理简述如下：2.1.1 闭环开机一般电液调速器开机时，测频信号是断开的，由开限机构控制导叶按规定程序运动，实现机组的开环启动。当转速接近额定值时，接入测频信号，调速系统才进入闭环调节。DKT系列调速器在整个开机过程

8、中，测频信号一直接入，调速系统始终处于闭环调节状态。开机时将频率给定值置于50Hz，机频与频给的差值通过PID运算后，其输出信号带动电机伺服装置，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，直至机频达到50Hz，便完成了闭环开机过程，在机组开机过程和空载运行中，可编程调节器根据机组特征与工况，连续、适时改变调节参数，保证了机组并网前运行的稳定性。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，可编程调节器对机频与频给的差值进行PID运算，其输出信号带动电机伺服装置，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

9、给定值可通过触摸屏进行整定，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给定值，与频率调节一样，在调节过程中，机组频率将始终以作为给定频率的网频作为调节目标值，从而实现了机组频率自动跟踪电网频率的功能。2.1.4 功率调节机组并网前bp=0，并网后，频给自动整定为50Hz；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。这时导叶开度根据整定的bp值随着频差变化；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

10、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。2.1.5 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，其输出信号带动电机伺服装置，控制导叶使机组关机，直至机频为零。2.2 手动操作2.2.1 电手动操作当调速器自动控制部分故障时，可采用电手动运行方式。点击机柜面板上的手动切换按键即可将调速器由自动运行方式转为电手动运行方式。操作机柜面板上电手动增减按钮，即可实现电手操。2.2.2 手动、自动切换导叶控制部分手动和自动的相互切换可随时无条件，无扰动地进行。自动运行时

11、，当电调发生故障，调速器即无扰动的自动转为电手动运行，不需人为切换。必要时，也可随时将调速器转为机械手动运行。导叶手动运行时，可编程调节器能自动采集导叶接力器开度信号，并使可编程调节器输出的控制信号自动跟踪导叶开度，保证导叶手动至自动切换无扰动。第三章可编程调节器可编程调节器是以日本三菱公司A系列可编程控制器的各功能模块为核心硬件，与人机界面触摸屏、接口功能板（AFXIO）等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的信号。 3.1 组成与特点 3.1.1可编程调节器的组成DKT系列调速器的可编程调节器，是以三菱公司A系列PLC的各

12、功能模块为核心硬件，辅以人机界面触摸屏、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一。3.1.2 可编程控制器的特点可编程控制器是一种专为工业环境设计的、进行数字运算和操作的电子系统。它具有下面一些显著特点：a、可靠性到目前为止，还没有任何一种电子设备达到PLC的可靠水平，例如A系列PLC的平均无故障时间可达到30万小时。保证PLC高可靠性的主要措施有：良好的综合设计；选用优质元器件；采用隔离、滤波、屏蔽等抗干扰技术；采用先进的电源技术；采用实时监控技术和故障诊断技术；采用冗余技术；良好的制造工艺等。b、编程容易、便于使用具有丰富的指令系统和较大的用户

13、存贮容量；采用与实际电路图非常接近的梯形图编程语言和助记符编程表达方式，程序易编易懂，且可在线或离线进行修改；有功能齐全的各种模块可供选择，不需自制很多接口电路，接线、配置都极为方便。c、体积小、重量轻，便于安装。具有故障报警、故障显示功能，便于操作和维修人员检查；可以通过更换模块插件，迅速排除故障。结构紧凑，与控制对象的硬件连接方式简单，接线少，便于维护。d、环境要求低，适合于恶劣的工业现场环境。3.1.3 系统设计特点采用了智能变结构、变参数的调节模式。并大网前为PID调节，并大网后为PI调节，根据工况辨识设置不同的调节参数，以确保各种工况下调节的稳定性和速动性。具有智能式操作和显示，为运

14、行人员提供了方便、准确、直观的人机界面。调速器内设有开机、停机、发电、调相、增减功率等操作回路，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，简化了与水机自动操作回路的联系。3.2 功能模块简介A系列可编程调节器由电源模块A1S63P、CPU模块A2ASCPU、A1SX40直流输入模块、A1SY40晶体管输出模块、模数转换模块A1S64AD、高速计数模块A1S62D、中断输入模块A1SI61、定位模块AD75P1-S3和总线底板A1S38B构成。此外，接口功能板AFXIO用于测频信号预处理和A/D采集信号调理，触摸屏用于人机对话。功能扩展模块A1SG60用于功能扩展(备用)。3.2.

15、1 电源模块A1S63P输入电压DC24V，输出电压DC5V，DC5V供底板总线用。3.2.2 CPU模块A2ASCPU其主要参数和技术特征见下表：I/O控制方式刷新方式指令数顺控22，基本应用指令239处理速度(S/STEP)0.2I/O点数512内存容量64K程序容量14K内部继电器数7144点(M0-M999)(M2048-8191)锁存继电器数1048点(L1000-L2047)连接继电器数4096点(B0-BFFF)定时器数2048点(缺省为256点)计数器数1024点(缺省为256点)数据寄存器6144点(D0-D6143)连接寄存器4096点(W0-WFFF)标志寄存器2048点

16、(F0-F2047)文件寄存器8192点(R0-R8191)累加寄存器数2点(A0，A1)变址寄存器数14点(V，V1-V6，Z，Z1-Z6)指针数256点(P0-P255)中断指针数32点(I0-I31)特殊继电器数256点(M9000-M9255)特殊寄存器数256点(D9000-D9255)自诊断功能Watchdoy(200ms)，内存错误，CPU错误，I/O错误错误时运行模式停止或继续工作可选允许断电时间视所选电源模块而定20ms电流耗散(5VDC)0.32A重量(kg)0.413.2.3 A1SX40直流输入模块其主要参数和技术特征见下表：输入点数16点隔离方式光电耦合额定输入电压D

17、C12VDC24V额定输入电流约3mA约7mA操作电压范围DC10.2-26.4V最大同步输入点数100%同步(DC26.4V)通电压/通电流DC8V以上/8mA以上断电压/断电流DC4V以下/4mA以下输入阻抗约3.3K欧响应时间断通10msec以下(DC24V)通断10msec以下(DC24V)公共点分配16公共点(公共点：TB9，TB18)导通显示器导通时LED灯亮外部连接20插头连接器(M3.5×7镙钉)内部耗电量(5VDC)50mA(TYP，所有点都接通)重量(KG)0.23.2.4 A1SY40晶体管输出模块其主要参数和技术特征见下表：输入点数16点隔离方式光电耦合额定负

18、载电压12/24VDC运行电压范围DC10.2-30(峰值电压DC30V)最大负载电流0.1A/点，0.8A/公共最大输入电流0.4A10msec以下OFF电路的漏电流0.1mA以下ON电路的最大电压降1.0VDC(TYP)0.1A，2.5VDC(最大)0.1A响应时间断通20msec以下通断20msec以下(电阻性负载)浪涌吸收器稳压二极管保险率1.6A(1片/公共)，不替换保险容量50A错误显示保险熔断时LED灯亮：信号输出到PC CPU端子分布8点/公共(公共点：TB10，TB20)导通显示器导通时LED灯亮外部连接20插头连接器(M3.5×7镙钉)配线尺寸0.75mm

19、5;mm到1.5mm×mm外部电源电压DC12/24V(DC10.2-30V)电流8mA(TYP，DC24V/公共)内部耗电量(5VDC)270mA(TYP，所有点都接通)重量(KG)0.193.2.5 模数转换模块A1S64ADA1S64AD是一个具有四路由模拟量转换成数字量的功能模块，每路通道的模拟量输入可以为电压量或电流量，其主要参数和技术特征见下表。模拟量输入电压：-10V0+10V 电流：-20mA0+20mA数字量输出1/4000：-4096+4095，1/8000，-8192+8191最大分辨率电压输入：2.5mV(1/4000)，1.25mV(1/8000)，0.83

20、mV(1/12000)电流输入：10A(1/4000)，5A(1/8000)，3.3A(1/12000)最大转换时间20ms/通道最大输入值电压：+15V，电流：+30mA模拟量输入数4通道/模块隔离方法输入终端与PC电源之间用光耦隔离占用I/O点数32点终端连接端子数20个外供电源不需要短路耐压时间外部接线端子对地1500AC，1分钟绝缘电阻500M3.2.6 高速计数模块A1SD62D和中断输入模块A1SI61接口功能板AFXIO处理过的时钟信号送入高速计数模块A1SD62D进行计数。接口功能板AFXIO处理过的机网频中断信号送入中断模块A1SI61，在此两模块的配合下，CPU便能实时计算

21、出机组和电网的频率。高速计数模块A1SD62D的主要技术参数是：计数速度200K占用的I/O点数32点通道数2计数输入相数1相和2相信号电平EIA标准RS-422-A，差分输入最大计数速度200KPPS计数范围24位二进制(0-16777215)计数形式UP/DOWN预置计数和循环计数输入方波的最小脉宽(占空比50%)5m输出范围比较24位二进制结果比较设定值计数值，设定值=计数值，设定值计数值外部输入5/12/24VDC，2-5mA外部输出晶体管(漏型)输出，12/24VDC，0.5A/点，2A/公共电源耗散5VDC0.25A重量(kg)0.25中断输入模块A1SI61的主要技术参数是：中断

22、点数16点(中断处理条件设置为4点)占用的I/O点数32点隔离方式光电耦合额定电压12VDC/24VDC额定电流12VDC约4mA，24VDC约8mA正常运行电压范围10.2V-26.4VDC最大同步输入100%同步ONON电压/ON电流9V以上/3mA以上OFF电压/OFF电流4V以下/1mA以下输入阻抗约2.7K响应时间OFFON0.2ms以内ONOFF0.2ms以内电源耗散(5VDC)57mA(TYP，所有点ON)运行显示ON显示(LED)连接方法20芯(M3.5×7镙钉)重量(kg)0.23.2.7 定位模块AD75P1-S3可编程控制器通过定位模块发出脉冲指令控制交流伺服电

23、机的运转和复中。当有偏差调节信号时，定位模块输出与偏差信号成比例的脉冲指令，并记忆伺服电机的相对位置；当偏差信号为零时，能控制伺服电机回到中位。3.2.8 人机界面触摸屏人机对话工具采用触摸显示屏组件，具有全英文的图形显示功能，能显示调速器的运行状态、运行参数和在线采样数据，如果想切换画面，只需轻轻触摸屏幕相应位置即可，菜单提示和密码设置相结合，使调速器运行既方便又安全。3.2.9 电源系统水轮机调速器的电源系统是维持调速器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。交流

24、伺服电源系统采用交流和直流两路电源同时供电，确保任何一路电源消失不影响其工作。3.3 主程序框图调节器主程序框图如下：第四章交流伺服电机及其驱动器4.1 交流伺服驱动器交流伺服驱动器为全数字式的，其控制方式灵活，功能强大，可根据所配电机型号和负载惯量，调整其内部速度环增益和积分时间常数，以求达到最优控制，满足不同工况下调速系统的稳定性要求。全数字式交流伺服驱动器具有故障自诊断功能，当交流电机故障或交流伺服驱动器自身故障时，能发出报警信号。4.2 交流伺服电机交流伺服电机控制精度高，具有良好的力矩频率特性，体积小，重量轻，贯性小，输出转矩大，转矩脉动小，结构坚固，无需维护。第五章 操作说明5.1

25、 开机过程5.1.1 手动操作操作调速器机柜“导叶手动”切换按钮，将导叶切至手动位置，在机械柜面板上点动操作电手动增减按钮使导叶开至启动开度，待转速升至80%额定转速后将导叶关至空载开度附近，并根据机组转速调节导叶开度，使机组稳定于额定转速。5.1.2 自动操作操作机柜上“导叶自动”按钮，使调速器处于自动位置，选择“跟踪”或“频给”调节方式。将调速器电柜上的“跟踪”端子与“GD”端子短接，调速器即自动跟踪电网频率调节，否则调速器跟踪频给调节。调速器接到开机令后(要求开机令保持30秒以上)，将频差通过PID运算，其输出信号带动电机伺服装置，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

26、开机。在机组开机过程和空载运行中，可编程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。5.2 停机过程5.2.1 手动操作操作电手动按钮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。5.2.2 自动操作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。5.3 有功增、减手动时点动操作机柜上电手动按钮增减负荷。自动时点动操作电柜上“增”、“减”按钮增减负荷。5.5 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

27、机电磁阀不宜长期带电；在发紧急停机令的同时，一定要发停机令。5.6 触摸屏操作说明(以F940为例)调速器上电运行后，触摸屏即进入主菜单，其菜单结构如下：5.6.1 用户指导“长控所简介”和“全可编程系列调速器”分别对长控所和长控所研制的PLC系列调速器作了简单介绍。5.6.2 信息显示“状态显示”、“故障显示”、“数据显示”和“模拟表计”。“状态显示”显示开机、停机、并网、调相、导叶手动、功率调节等状态，如当开机时“开机”指示处显示绿色提示符。“故障指示”显示机组频率、电网频率、导叶随动系统、功率等故障，如当机频PT断线时“机组频率”指示提示符。“数据列表”分别显示P、I、D参数，频给、功给

28、、机频、网频、导叶反馈等主要数据。5.6.3 参数设置“调节参数”可分别修改P、I、D、E、bp等参数，如修改积分系数I，由0.2改至0.1，则先按一下“积分系数”，然后根据提示键入“0、0、1、0”，最后键入“ENT”即可。“给定调整”可修改频给FG和功给PG，如将FG由50.00Hz改为52.00Hz，则先按“增减频给”，根据提示键入“5、2、0、0”，再按一下“ENT”键即可。“水头设置”，当水头手动（水头自动故障）时，按一下“水头设置”，键入当前水头值，在按一下“ENT”键即可。5.6.4 其它“运行工况”主显示机频、网频、导叶开度、开机、停机、并网等运行时的主要数据和工况。5.7 故

29、障情况处理5.7.1 机、网频故障检查机、网频PT保险是否熔断，接线是否松动。注意：网频故障和功率故障不影响运行。5.7.2 导叶随动系统故障检查反馈电位器是否松动，是否有反馈电压输入，反馈电位器的工作电源是否正常。5.7.3 交流伺服电机故障检查交流伺服驱动器电缆插头是否松动，手动操作电机手操把柄，检查是否有卡阻现象。故障消除后，AC220V和DC220V重新断电和上电一次，让交流伺服驱动器复位。注意，断电后重新上电的时间间隔不小于5分钟。第六章 调试大纲6.1 电源回路上电前首先应保证接线正确，特别是厂用交流、厂用直流和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、网频信号应用屏蔽线。上电后用万用表测量下列电源电压值：厂用AC220V电源：电压偏差不超过额定值的-15%+15%；厂用DC220V电源：电压偏差不超过额定值的-15%+15%；DC24V：参考范围20.4V26.4V；DC±12V：参考范围为10.5V14.5V；DC5V：参考范围为4.95V5.25V。6.2 静态试验当机械、电气动作基本正常后，就可做静态特性试验，具体步骤如下：1、将调速器电柜的ZD端子上的“静态测试”端子与“GD”端子短接，模拟并网令将“GD”端子与“并网”端子短接。2、用频率信号发生器模拟机频信号接入电柜ZD端子的机频输入端子，设定机频为50.00H