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貝加萊X20系列PCC在水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用

文檔作者：徐田鵬，高月秀文檔來源：天津市科音自控設(shè)備有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2025年12月29日
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2014年第1期
2014 Number 1
水電與新能源
HYDROPOW．ER AND NEW ENERCY
總第114期
Total No．114
文章編號：1671—3354(2014)01—0037—03
貝加萊X20系列PCC在水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用
徐田鵬，高月秀
(天津市科音自控設(shè)備有限公司，天津300409)
摘要：介紹了貝加萊X20系列控制器在水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)控制中的應(yīng)用，結(jié)合廣西省水電站水輪機(jī)調(diào)速器的特點、系統(tǒng)配
置及其主要模塊的作用、水輪機(jī)調(diào)速器的結(jié)構(gòu)，討論了軟件和硬件的設(shè)計實現(xiàn)。
關(guān)鍵詞：貝加萊X20系列；PCC；調(diào)速器；數(shù)字閥，
中圖分類號：TK730．41 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A
Application of B&amp;amp;R X20 PCC in Turbine Governor System
XU Tianpeng，GAO Yuexiu
(Ti鋤jin King Auto—control Equipment Co．，Ltd．，Tianjin 300409，China)
Abstract：The application of B&amp;amp;R X20 series controller in the speed requlating system of hydraulic turbine wa$intro—
duced．With the combination of the characteristics of turbine governor，the system configuration，the function of main
modules and the structure of turbine governor of Guangxi Xizhong Hydropower Station，the implementation of software
and hardware design was discussed．
Key words：B&amp;amp;R X20 series；PCC；turbine govemor；digital valve
近年來，貝加萊PCC控制器已在水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)
的控制器中得到了廣泛的應(yīng)用，充分表明了其優(yōu)異的
調(diào)節(jié)控制效果和高穩(wěn)定性、高可靠性，得到了水電站運(yùn)
行維護(hù)人員的充分認(rèn)可01|。隨著自動化程度的不斷
提高，軟硬件的升級，貝加萊推出的X20系列控制器
在機(jī)械加工制造、交通、造紙等領(lǐng)域的成功應(yīng)用；以及
基于多年對B&amp;amp;R2003系列(CP430，CP474，CP476)
PCC水輪機(jī)調(diào)速器的應(yīng)用和完善，開發(fā)出了基于X20
系列的水輪機(jī)調(diào)速器。
在水電站的實踐應(yīng)用表明，X20系列的高處理速
度、強(qiáng)大的處理能力、易于擴(kuò)展等優(yōu)點充分得到體現(xiàn)，
并且該系列的水輪機(jī)調(diào)速器可以實現(xiàn)自動適應(yīng)電站的
特殊工況，保證了機(jī)組穩(wěn)定可靠安全的運(yùn)行。
本文根據(jù)該水輪機(jī)調(diào)速器的特點，介紹其軟件和
硬件的設(shè)計實現(xiàn)。
1 X20系列PCC調(diào)速器簡介
基于貝加萊X20系列PCC的數(shù)字閥水輪機(jī)調(diào)速
器是由調(diào)節(jié)控制單元和電液隨動系統(tǒng)構(gòu)成的，其控制
單元根據(jù)機(jī)組頻率與給定頻率的差值按PID調(diào)節(jié)規(guī)律
收稿日期：2013—07—16
作者簡介：徐田鵬，男，助理工程師，主要從事調(diào)速器的研究與開發(fā)。
算出控制單元的輸出；電液隨動系統(tǒng)則根據(jù)控制系統(tǒng)
的輸出調(diào)節(jié)導(dǎo)葉的開度，并通過導(dǎo)葉接力器的開度反
饋，組成一閉環(huán)控制系統(tǒng)(即電液隨動系統(tǒng))，達(dá)到控
制機(jī)組頻率或負(fù)荷的目的。
調(diào)速器主要由電源、可編程計算機(jī)控制器(PCC)、
人機(jī)界面(觸模屏)和電液隨動系統(tǒng)組成。PCC控制
器包括CPU模塊、高速DI模塊、脈沖輸出模塊、A／D
轉(zhuǎn)換模塊、開關(guān)量輸入／輸出模塊、通訊模塊及機(jī)架等。
2 X20系列PCC調(diào)速系統(tǒng)
2．1 X20系列PCC調(diào)速系統(tǒng)配置‘2】
X20系列PCC調(diào)速系統(tǒng)核心控制部分主要包括
高速計數(shù)模塊(DSl319)——實時測量機(jī)組轉(zhuǎn)速；AI
模塊(A14622)——測量導(dǎo)葉、槳葉開度和水頭信號；
PMW輸出模塊(DC2395)——控制導(dǎo)葉(或槳葉)電
磁閥；HMl人機(jī)界面——實時顯示機(jī)組狀態(tài)。該調(diào)速
系統(tǒng)配置如圖I所示。
2．2頻率測量的實現(xiàn)¨1
DSl319是一個功能強(qiáng)大配置復(fù)雜的特殊模塊，具
有4通道可配置輸入／輸出、事件計數(shù)器、編碼器、線性
37
萬方數(shù)據(jù)
水電與新能源2014年第1期
觸模屏
HMI PCC可編程調(diào)速器
R$232
CPU PWM輸出模擬輸出模擬輸入I／O 計數(shù)模塊開關(guān)量模塊
電源模塊DC2395 A02622 A14622 電源模塊DSl319 DM9324
f f I I f l
124DCV電源I 固態(tài)比例
電湔電壓模塊濾波
I導(dǎo)葉開閥l 繼電器放大器整形
向國閏閏囪囪陶肉國向?qū)c
圖l X20系列PCC調(diào)速系統(tǒng)配置圖
位置發(fā)生器、SSI編碼器以及邊緣檢測等功能，輸入頻
率可達(dá)100 kHz，計數(shù)長度為16／32一bit，內(nèi)部計數(shù)頻
率為8 MHz。
DSl319作為此X20系列PCC調(diào)速器的頻率測
量，其原理是利用邊緣檢測(Edge detection)功能及上
升沿或下降沿的檢測功能。一個DSl319具有多達(dá)4
路邊緣檢測功能，可以同時測量機(jī)組的頻率、電網(wǎng)的頻
率、機(jī)組齒盤測速信號，完全可以滿足調(diào)速器的頻率測
量要求。
下面以機(jī)頻測量為例，對頻率測量進(jìn)行說明。
機(jī)組頻率經(jīng)濾波整形后的方波信號接入DSl319
的Channel 1通道，在Automation Studio軟件中按圖2
配置。
配置完成后，把Channel 1定義的變量FJ—Mast，然
后在程序中只要編寫下面這行程序：
Hz__reall=1／(REAL(／ms(FJ—Mast))／8000000)
就可以得出Channel 1的頻率結(jié)果，即為機(jī)組頻率。
2．3數(shù)字閥PWM脈寬輸出控制
DC2395具有2路PWM脈寬調(diào)制輸出通道，同時
可配置為輸入／輸出、事件計數(shù)器、編碼器等功能。作
為PWM輸出時周期長度：41．6斗s～1．36 s；脈寬
0．0％一100％；分辨率0．1％；開關(guān)切換的最快時間：
max 1．5 ms。
該模塊作為此X20系列PCC調(diào)速器的PWM分別
控制導(dǎo)葉(或槳葉)的開關(guān)電磁球閥(即數(shù)字閥)，以電
磁球閥的通、斷控制插裝閥，插裝閥的通、斷來控制接
力器。電磁球閥的工作狀態(tài)只有通、斷兩個狀態(tài)，也即
相當(dāng)于數(shù)字電路的高電平、低電平兩個狀態(tài)(即1、0)。
通過程序運(yùn)算控制脈寬占空比來控制數(shù)字閥的帶電時
間，來達(dá)到精確調(diào)節(jié)導(dǎo)葉(或槳葉)接力器的目的。
將DC2395的Channel 2定義為變量Y—O卜控
制導(dǎo)葉開閥，Channel 4定義為變量Y—CL——控制導(dǎo)
葉關(guān)閱。其控制程序如下：
38
YoUT=YPID—Y烈
伊(YOUT>0)THEN
y二0P=5宰Pus
y CL=0
ENDlF
IF(YOUT<0)THEN
Y CL=5術(shù)Pus
Y_OP=0
ENDlF
說明：YOUT為導(dǎo)葉電氣開度與實際開度的差值；
YPID為根據(jù)PID運(yùn)算得到的電氣開度；y，Ⅳ為導(dǎo)葉實
際開度；Pus為脈寬占空比。
2．4 X20系列PCC調(diào)速器的電液隨動系統(tǒng)
電液隨動系統(tǒng)主要是執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它將直接影響調(diào)
速器的性能和可靠性。數(shù)字閥調(diào)速器以標(biāo)準(zhǔn)件一電磁
球閥為先導(dǎo)閥，其工作特點是以電磁球閥的通、斷控制
插裝閥，插裝閥的通、斷來控制接力器。電磁球閥的工
作狀態(tài)只有通、斷兩個狀態(tài)，也即相當(dāng)于數(shù)字電路的高
電平、低電平兩個狀態(tài)(即1、O)，由此構(gòu)成的調(diào)速器稱
為數(shù)字閥調(diào)速器。
采用了速動閥與微調(diào)閥并聯(lián)的液壓系統(tǒng)。由于速
動閥與微調(diào)閥可分別控制接力器的速度，使其均可調(diào)，
因此，數(shù)字閥調(diào)速器可很好適應(yīng)不同容積的接力器，避
免了大型機(jī)組接力器容積與調(diào)速器主油管通徑不匹配
時造成的過調(diào)和欠調(diào)，實現(xiàn)了精確調(diào)節(jié)；同時也能很好
滿足調(diào)節(jié)系統(tǒng)大波動和小波動的控制要求。
3 X20系列數(shù)字閥PCC調(diào)速器的應(yīng)用
目前，X20系列數(shù)字閥PCC調(diào)速器已有多臺在水
電站成功投運(yùn)，其各項性能指標(biāo)均滿足國家標(biāo)準(zhǔn)《水
輪機(jī)控制系統(tǒng)技術(shù)條件GB9652．1—2007))，圖3是廣
西省西中水電站調(diào)速器靜態(tài)特性實測曲線，其實測的
轉(zhuǎn)速死區(qū)i，=0．015％(國家標(biāo)準(zhǔn)i，≤0。02％)。
萬方數(shù)據(jù)
徐田鵬，等：貝加萊X20系列PCC在水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用
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圖2機(jī)組頻率測量在Automation Studio軟件中的配置
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圖3廣西省西中電站調(diào)速器靜態(tài)特性實測曲線圈
電站實際應(yīng)用表明，X20系列數(shù)字閥PCC調(diào)速
器，調(diào)節(jié)控制效果好，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，提高了調(diào)速器的
可靠性和安全性，從而有效地保證了水電站機(jī)組的長
時間穩(wěn)定安全運(yùn)行。
參考文獻(xiàn)：
[1]米建國，劉忠良，錢軍輝，等．基于PCC可編程計算機(jī)控
制器的數(shù)字閥調(diào)速器[J]．水電站機(jī)電技術(shù)，2006，29(3)：
22—24
[2]魏守平．現(xiàn)代水輪機(jī)調(diào)節(jié)技術(shù)[M]．武漢：華中科技大學(xué)
出版社，2002
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[R]．上海：貝加萊工業(yè)自動化有限公司，2010
39

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