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论水轮机调速器控制元件及性能分析(1)

北极星电力网技术频道    作者:佚名   2011/10/18 14:54:41   

  所属频道:  水力发电    关键词:  水电厂 水轮机 调速器

摘要:调速器是水电厂参与控制调节的重要设备,关系到机组的性能和安全稳定性。其核心控制元件包括控制器和电液转换元件,控制元件的选择和使用应结合机组结构、使用要求、控制原理、特点等进行,在“可靠性、灵敏性、稳定性”的基础上还应考虑水电站发展的需要,包括建设智能化、数字化水电站,满足和适应当前技术及发展的需要,本文主要介绍了多种类型控制器和电液转换元件的原理、特点、性能分析比较、应用等,为选择和使用水轮机调速器控制元件提供一定的借鉴,保证水电站的安全、稳定、可靠、经济运行。

1.前言

水轮机调速器发展迅速,产品结构种类较多,其核心控制元件主要是控制器和电液转换元件。控制器使用较多的有单片机、工业控制计算机(IPC)、可编程控制器(PLC)、可编程计算机控制器(PCC),电液转换元件包括伺服比例阀、步进电机、数字阀、电液转换器等。它们之间的不同组合,使水轮机调速器控制元件出现了多种结构模式,选择和使用不当往往产生很多问题而影响机组的性能和正常运行,部分机组多次改造调速器,造成了资金的浪费,产生不利的影响,因此,正确选择调速器控制元件非常重要。在控制元件原理、特点、应用情况、性能分析比较等多方面加以说明,从而选择和使用可靠、稳定、适用的调速器控制元件。

2.控制器部分

水轮机调速器控制元件控制器有单片机、工业控制计算机(IPC)、可编程控制器(PLC)、可编程计算机控制器(PCC)几大类。其中单片机构成的控制系统由于可靠性差、故障率高等多方面原因已趋于淘汰,在此仅作简单介绍。

2.1单片机

单片机是调速器控制元件的早期产品,根据调速系统任务需要选择8051、8086、8096等微控制器(MCU)为硬件基础来设计线路板构成控制器。由于缺乏专业的抗干扰设计、生产工艺差、元器件筛选过程不够严格等多方面原因造成可靠性低、抗干扰能力差、故障率高等缺陷,已逐步退出市场,现已趋于淘汰。

2.2工业控制计算机(IPC)

2.2.1工业控制计算机定义

工业控制计算机简称工控机(IPC)是对个人计算机的板路、内存以及机箱等进行专门电磁兼容、工业应用等进行设计、制造,能应用于工业控制环境的计算机。

2.2.2工业控制计算机的特点

工控机的运算速度高,存储容量大;程序移植性强;能实现多任务并发;有较好的编程方式、网络通信、人机界面等。但由于硬件设计还是基于个人计算机(PC)的总线结构,而且软件平台必须基于windows或linux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控制器少一个数量级。

2.2.3工业控制计算机的应用

工控机在调速器静特性、空载摆动、接力器不动时间等试验中有较好的性能,在水电站调速器控制系统中有一定应用,但因可靠性问题对发展形成一定制约。

2.3可编程控制器(PLC)

2.3.1可编程控制器的定义

可编程控制器(PLC)是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。采用可以编制程序的存储器,用来在内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令,并能通过数字式或模拟式的输入和输出,控制各种类型的设备或生产过程。

2.3.2可编程控制器的特点

PLC按照易于与工业控制系统形成一个整体、易于扩展其功能的原则而设计;采用现代大规模集成电路技术和严格的生产工艺制造,内部采取了先进的抗干扰技术,具有很高的可靠性;其硬件配套齐全,具有丰富的I/O接口模块,功能完善,适用性强;维护方便、容易修改;有较强的网络功能和高级应用功能。

2.3.3可编程控制器的应用

PLC的高可靠性已得到广泛的验证,其控制方式、控制速度、高级功能等可较好的应用于水电厂调速器控制系统中,以其优异的性能立即成为调速器控制元件的主流方向,广泛应用于各种类型和容量的水电站调速器控制系统中。

2.4可编程计算机控制器(PCC)

2.4.1可编程计算机控制器定义

可编程计算机控制器(PCC)是可编程控制器的标准控制功能和工业计算机的分时多任务操作系统功能的集成。

2.4.2可编程计算机控制器的特点

PCC具有分时多任务操作系统;可采用高级语言编写复杂的程序;软硬件独特新颖的插拔式模块结构使系统具有灵活多样的扩展和组合;高速计数模块有很高的测频精度和可靠性;CPU运行效率高,存储器容量大。

2.4.3可编程计算机控制器的应用

PCC的特点为水轮机调速器控制系统提供了强有力的保证,近年可编程计算机控制器在水轮机调速器控制系统中逐步的得到扩大和发展,具有很好的增长空间。

2.5可编程控制器(PLC)、可编程计算机控制器(PCC)与工业控制计算机(IPC)的性能分析

 

表一为控制器在特点、技术性能、可靠性、应用等方面的比较。

2.5.1.在运算速度和存储容量方面,工业控制计算机(IPC)的性能优于可编程控制器(PLC)和可编程计算机控制器(PCC)。

2.5.2工业控制计算机系统全部或部分采用国内设计、生产的部件,由于硬件设计能力和工艺的限制,可靠性较差。可编程控制器和可编程计算机控制器在可靠性方面要优于工业控制计算机,并且通用性也优于工业控制计算机。

2.5.3工业控制计算机的价格低于可编程控制器和可编程计算机控制器。

2.5.4在编程方式、网络通信、人机界面等方面,可编程控制器、可编程计算机控制器与工业控制计算机的性能没有明显的差别。

来源:《控制与传动》
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