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1、HGS型微机调速器软件使用及编制说明书HGS型微机调速器电气柜原理、使用说明书目 次1 概述22 系统构成、原理与特点23 系统调节原理24 开机及停机特性35 调节器功能及特点46 容错及故障保护功能67 系统硬件配置及软件结构68 操作与显示89 主要参数910 维护与维修911 注意事项10东方电机控制设备有限公司 11HGS型微机调速器电气柜原理、使用说明书1 概述 本电气柜为水轮机电液调速器的两个重要组成部分之一，完成调速系统的主要控制规律与操作保护功能，同机械液压随动系统配合，控制水轮发电机组的频率及有功功率，以实现机组的开机、停机、并网、发电、调相等功能，并可与电站监控系统通讯，
2、接受监控系统的控制。该电气柜以工业控制微机为硬件核心，采用双微机通道冗余控制结构，并配以彩色平板电脑做为操作显示接口，具有良好的全中文图形人机界面和在线帮助系统，操作简单方便。电气柜为模块化的硬件结构，易于维护、维修，可靠性高。2 系统构成、原理与特点 该微机调速器电气柜是以工控机为核心的双微机调节器，它适用于单调或双调的水轮发电机组。主要由以下部分组成：2.1 彩色平板电脑，作为微机调节器的人机接口与显示界面，同时负责与电站监控系统的通讯控制。它可以实时显示调节器双微机控制器各种运行参数与曲线，并可对各种控制参数进行修改。2.2 两套独立的工控机，包括各种数据采集与输出接口卡，完成调速器的各
3、种调节控制与保护功能。两套独立的工控机中，一套为主机，另一套为热备用机。当其中一套微机系统出现故障时，该系统所有输出断开，另一子系统上相应输出闭合。如果故障子系统原为在线系统，则系统无扰动切到备用子系统；如果故障发生在备用子系统，则该子系统只需退出备用。若两套系统同时故障时，系统自动切换到手动运行。任何一套微机故障均有相应指示。双机及彩色平板电脑间通过ARCNET网络相连，完成数据交换、显示与控制参数的修改。2.3 该微机调节器与比例伺服型全液控液压随动系统相连，采用高可靠性的直线位移传感器与比例阀功放模块，确保了导叶接力器反馈与电液转换的可靠性与准确性。2.4 两套大功率的工业级开关电源，将
4、厂用220VAC与220VDC供电电源变换成直流24VDC电源后作为调速器供电电源，提高了供电系统的可靠性。3 系统调节原理 微机调节器采用并联PID调节规律。当油开关闭合或油开关断开但网频fw故障时，频差为频率给定fg与机组频率fj之差；当油开关断开且网频fw正常时，频差为电网频率fw与机组频率fj之差再加上一固定频率差，以使机组频率略高于电网频率，便于机组快速并网。该调速器具有三种调节模式：转速（频率）调节模式：频率死区Ef = 0，PID调节；功率调节模式(并网且功率测量正常)：频率死区Ef=00.5Hz，PID调节；开度调节模式(并网后)：频率死区Ef = 00.5Hz，PID调节。K
5、dS / (1+TnS)Ki / SKpbp f jLim液压随动系统机组有功功率yref fg / fw ygPg电网检测及参数调整给定前馈* fg : 频率给定; yg : 开度给定; Pg : 功率给定; f j : 机组频率; f w : 电网频率; yref : 随动系统参考 Ef _ + + + _导叶开度图1 PID调节原理框图 在空载工况下只有频率调节模式，而在负载工况下则具有频率、功率和开度三种调节模式，可人为设定为任何一种调节模式。当处于功率调节模式时，如果功率测量故障，则自动切换到开度调节模式；在功率和开度调节模式时，如果机组频率与额定频率之差超过一定范围，则自动切换到频
6、率调节模式。各种调节模式间的切换由于设有状态跟踪，故均为无扰切换。对不同调节模式设有不同的PID调节参数。4 开机及停机特性4.1 开机特性4.1.1 基本开机特性 接到开机指令后，调速器将导叶开启至第一开机开度YK1 (1.6倍空载开度YNL)，等待一定时间后，开始检查机组频率，如果机组频率大于45Hz，则将导叶关闭至第二开机开度YK2 (1.2倍空载开度YNL)，调速器即由开机工况转入空载工况，进行PID调节。如果在开机过程中接到停机指令，则转入停机工况。4.1.2 开机特性与水头关系 开机过程中的第一开机开度YK1和第二开机开度YK2均与水头有关，调速器中保存有空载开度YNL与水头的关系
7、曲线，根据实测或运行人员输入的水头值，调速器自动计算出对应水头的YK1和YK2值。总的趋势为：低水头值对应大的YK1和YK2，高水头值对应小的YK1和YK2。4.2 停机特性 当接到停机指令后，导叶即由当前开度，以第一停机速度将导叶关闭；当导叶关闭至一定开度时，即以第二停机速度将导叶关闭至全关位置。5 调节器功能及特点5.1 该微机调节器以成熟的、高可靠的工业控制微机为其硬件核心，再配以专业制造厂生产的工业级大功率开关电源；高可靠性的继电器、按钮、直线位移传感器、比例阀功放模块以及专用智能测频模块等器件。整个结构采用模块化设计，极大提高了其运行可靠性，且易于维护、维修。5.2 采用彩色平板电脑
8、做人机显示接口，配以简洁清晰的全中文图形界面，可实时显示机组当前状态、运行参数及各种故障信息；并可通过菜单修改空载、负载运行参数、人工水头、人工失灵区和负载工况的调节模式等。具有人机界面友好、操作简单方便等特点，并具有在线帮助功能，易于使用。5.3 具有三种调节模式：转速调节、开度调节、功率调节，可适应于水电站不同运行方式的要求。5.4 可人工输入水头信号，当水位传感器故障或无水位传感器时，作为调速器的水头信号，以适应不同电站对水位信号的要求。5.5 具有适应水头变化的调节参数、开机特性和最大出力限制特性，从而可优化机组运行。5.6 实时检测并显示调速器各种硬件故障信息，提高了调速器对机组控制
9、的可靠性。通过故障自诊断及自定位，缩短了调速器维护维修时间。5.7 具有RS232/RS422/RS485通讯接口，可方便地与电站监控系统相联，接受监控系统的控制。5.8 在开机过程中设置了两段开机规律，且各开度值随水头变化而变化，故机组在开机过程中能快速、稳定地进入空载状态。5.9 为使机组安全、快速停机，设置了电气两段关闭过程，其拐点和斜率均可设定。5.10 机组和电网频率测量采用了专用智能测频模块，具有测量精度高，动态响应快，抗干扰能力强等特点。5.11 功率和开度调节采用了前馈控制方式，能迅速、准确地改变机组的功率和开度。5.12 内嵌式调速器性能测试系统，可用于调速系统静、动态性能指
10、标的自动测试。如测试调速器的转速死区、非线性度等静态指标及空载摆动、甩负荷的超调量及调节时间等动态指标；能以表格和曲线的形式自动显示和记录试验结果，并自动计算评价动态过程的数据，使调速器的调试更加方便。5.13 软件编制采用C及C+语言和模块化结构，确保了软件运行的可靠性与稳定性，易于软件维护、修改和功能扩充。6 容错及故障保护功能6.1 调速器采用两套完全相同的微机子系统构成(A、B)，互为热备用并同步运行，当其中一套子系统出现故障时，该系统所有输出断开，另一子系统上相应输出闭合。如果故障子系统原为在线系统，则系统无扰动切到备用子系统；如果故障发生在备用子系统，则该子系统只需退出备用。若两套
11、子系统同时故障时，系统自动切换到手动运行。6.2 机组频率测量采用双路信号源，双路测频通道，互为备用。当某一路信号存在故障时，由相应的软件处理模块自动切换至另一正常支路。若双路频率信号同时故障，则调速器维持当前开度不变，并切至手动状态。6.3 采用高性能、高可靠性的直线位移传感器作为导叶反馈信号。当导叶反馈故障时，调速器将切至手动运行状态，并维持当前开度不变。6.4 微机调节器输出功率放大采用与比例阀配套的功率放大板。自动判断比例伺服阀及控制输出伺服环是否故障。若发生故障时，调速器切至手动运行状态，并维持当前开度不变。6.5 可实时诊断机组频率、电网频率、开关量输入输出、A/D通道、D/A通道
12、、通讯等多种调速器硬件故障，并能随时通过菜单操作查询其故障信息。7 系统硬件配置及软件结构7.1 机箱：选用壁挂式机箱，配以工业级直流24VDC输入供电电源。机箱为全钢结构，密封、防尘、抗震，并通过UL/CSA安全认证。7.2 主板(CPU板)：选用半长CPU卡，配以Intel 80486DX4或以上的CPU、8M内存、2M固态电子盘。另包括一个RS232串行口、一个RS232/RS422/RS485串行口、一个增强型双向并行口及键盘接口等。CPU板功耗低，可靠性高，其平均无故障时间(MTBF)60000小时。另外，它还带有监视CPU运行异常和应用程序“跑飞”的系统级看门狗(WatchDog)
13、，保证系统连续、可靠地工作于恶劣的工业环境。7.3 程序存储器：采用Flash Memory(也叫闪烁存储器)固态电子盘，用来存储操作系统、应用程序和数据。7.4 模拟量数据采集板：采用高性能的隔离数据采集卡，可对32路单端输入或16路双端输入模拟信号进行模/数转换，其分辨率为12位，信号输入范围可通过软件设定，双极性为2.5V、5V、10V等，单极性可为02.5V、05V、010V等，采样频率达100KHz以上。自动通道扫描电路和板上自带的1K字节的先入先出(FIFO)数据缓存器，可以保证自动高速的多通道循环数据采集的实现。7.5 模拟量输出板：采用隔离型八通道数模转换卡，分辨率为12位。输
14、出信号可为05V、010V、5V、10V或420mA电流信号。7.6 开关量输入输出板：具有8路继电器输出通道和8路光电隔离开关量输入通道。7.7 通讯模块：调节器微机A、微机B及平板电脑构成一局域网，相互之间数据交换采用ARCNET网络通讯，通讯波特率为2.5MB，可靠性高。7.8 信号调理模块：采用标准隔离型模拟信号输入/输出调理模块，适用于工业运行环境，以工业标准DIN-Rail方式安装。可接受10mV、50mV、0.5V、2.5V、5v的双极性电压输入或020mV、0100mV、01V、05V、010V的单极性电压输入或20mA的双极性电流输入及020mA的单极性电流输入信号；可选择5
15、V的双极性电压输出，或0-10V的单极性电压输出；并可利用选择开关在现场进行设定，使得在系统规划上保留最大的弹性。该模块可提供1000VDC的隔离功能。其光隔离技术比传统的变压器拥有更高的抗电磁干扰能力，且功率消耗较低。7.9 智能测频模块：两路机组电压互感器（TV）信号和一路电网TV信号直接输入测频模块，经信号隔离变压器后送入整形电路，由单片微处理器测出机组频率和电网频率后经RS232通讯接口输入工控机。TV信号幅值范围为0.3V180V，线性频率范围为1090Hz，测频分辨率小于0.001Hz。测频模块采用高质量、低功耗的大规模集成电路构成，并采用通道冗余结构确保了测频模块的高可靠性。7.
16、10 导叶位移传感器：采用高性能、高可靠的直线位移传感器。其供电电源为24VDC，输出为420mA电流信号，分辨率为25mm，非线性0.02%F.S.(全行程)，重复误差0.001%F.S.。7.11 比例阀功放板：采用BOSCH公司与其比例阀配套的功率放大板，供电电源为24VDC，输入信号为10V。7.12 应用软件：应用软件的开发采用具有良好模块化结构的C及C+程序设计语言，在BorlandC+3.1集成开发平台上编制而成。应用软件按程序任务可分为以下几个相对独立的模块： 人机界面及管理软件； 调节控制及故障处理软件； 通讯软件； 调速器性能测试软件； 性能测试结果打印输出软件。8 操作与
17、显示 该微机调速器电气柜各种操作控制通过一20键工业小键盘实现，操作结果由彩色平板电脑显示，20键小键盘布局如图所示。 各键功能定义见下表。键 名功能定义F1 系统帮助菜单功能热键，处于菜单操作时有效F2F7 菜单功能热键，其定义参见软件帮助说明取消 操作放弃键确认 操作确认键、 菜单选项左、右移动键、 菜单选项上、下移动键及参数修改时的数据增、减键主机切换 微机A与微机B间工作主机切换键给定增加 当前给定增加操作键给定减少 当前给定减少操作键死区投入 人工频率死区投入键死区切除 人工频率死区切除键 所有操作结果显示均通过一彩色平板电脑实现。彩色平板显示器上长期固定显示的参数有： 机组当前运行
18、工况，如停机、空载、发电； 死区投入/切除及手动/自动运行状态指示； 当前调节模式，如频率调节、开度调节、功率调节； 频率/开度/功率给定指示 (随调节模式而变)； 机组频率、开度、功率值的模拟指针式指示与数字显示； 当前运行主机； 微机A与微机B故障指示，表示当前微机A与微机B是否有故障发生， 但其所指示的某些故障并不影响微机的正常运行； 水头、空载开度、电气开限显示。 多数操作结果通过一弹出窗口进行显示，如各种参数的修改、系统详细的故障查询、模拟量及开关量输入结果显示、调节器控制输出显示等。9 主要参数9.1 频率信号源幅值范围：0.3VAC180VAC9.2 测频范围：1090Hz9.3
19、 频率给定范围：45HZ55Hz9.4 开度及功率给定范围：0100% (120%)9.5 永态转差系数范围：010%9.6 频率死区整定范围：00.5HZ9.7 PID参数整定范围： 比例增益 Kp：0.520 积分增益 Ki：0.0510 1/s 微分增益 Kd：05 s9.8 调速器静特性近似为直线9.9 测至主接力器的转速死区： 0.04%9.10 接力器不动时间： 0.2 s9.11 供电电源 交流电源：220VAC 20%、50Hz单相 直流电源：220VDC ( 180 300V)9.12 柜体尺寸：长宽高=80080022009.13 整机重量：约400Kg10 维护与维修10
20、.1 一般性检查 为了保证调速器安全运行，运行操作人员应经常对调速器进行以下几方面的监视与检查。 柜体前门上微机A、微机B正常工作指示灯是否正常（正常时点亮）； 测频模块上绿色发光二极管“TXD”是否闪烁（正常时闪烁）； 平板显示器上微机A、微机B是否有故障指示。若有故障指示，则可通 过“状态查询”菜单下的“故障信息”子菜单，查找详细的故障原因， 进而排除故障。10.2 常见故障类型及故障排除类型可能原因纠正方法测频故障通讯线或信号线断开模块绿色发光二极管不闪烁模块信号输入通道损坏正确接线模块CPU损坏，更换模块更换测频模块导叶反馈故障导叶位置反馈信号线断开导叶位置传感器电源消失导叶位置反馈信
21、号调理模块损坏检查反馈信号线更换相应电源保险管更换相应信号调理模块主阀反馈故障主阀位置反馈信号线断开主阀位置传感器电源故障主阀位置反馈信号调理模块损坏检查反馈信号线更换电源模块更换相应信号调理模块切自动主阀振荡主阀反馈信号极性接反主阀反馈信号故障交换主阀反馈调理模块输入按主阀反馈故障处理功率反馈故障功率反馈信号线断线功率传感器故障正确接线更换功率传感器网络通讯故障网络通讯线断开网络通讯板故障正确接线更换相应网络通讯板卡 备注：在表中只列出了几种故障类型的可能故障原因和排除故障的一般方法，有的故障得结合实际情况综合考虑。11 注意事项11.1 保存条件 本装置在安装前应置于-5+40的温度范围内保存，相对湿度不大于90%，室内无酸、碱、盐及腐蚀性、爆炸性气体，不受灰尘，雪雨等侵害。11.2 在安装使用前，应先仔细阅读本说明书及有关图纸及技术资料，并参考相关操作规程。11.3 电气柜安装调试应按制造厂提供的安装调试说明书进行操作，如无特殊情况，不宜变动柜体内部的接线及部件。11.4 除正常检修外，应关闭好电气柜柜门，避免灰尘等有害物质侵入柜体，影响电气回路正常工作。11.5 电气柜应定期进行清理及维护，以保证设备处于良好的工作状态。
