产品搜索 Search
产品目录 Product catalog


技术文章首页 >技术文章 >电动执行机构智能数控化的途径之一
电动执行机构智能数控化的途径之一
点击次数:2034 发布时间:2011-08-22 返回
  1.前言
  
  汽轮机纯液压调节系统中的启动阀和同步器的实质是电动执行机构,只不过它们是在特定的场合中所取的称谓而矣。我们曾于是1997年在五届(上届)自动化学术年会上发表过一篇文章[1],其中只是论述采用矢量变换控制伺服马达取代原来的交流马达、直流马达或交直流马达。当时确实收到了良好效果,也得到一定程度的推广应用。但是,随着科学技术的突飞猛进及实际应用中要求控制指标的日益提高,有必要使其智能数控化,更上一层楼,以适应当代科技发展的需求。
  
  受全数字交流伺服驱动器[2]诞生的启迪,我们对电动执行机构的数控化改造进行了探索与尝试,专门研制了多功能智能信号转接控制板(相当于一台工控单板机)与全数字交流伺服驱动器配套。把上海汽轮机厂出品的早期125MW机组启动阀(老式的窗口控制型)和哈尔滨汽轮机组出品的100MW机组带高速弹簧调速器的同步器改造成为智能式全数字控制装置,收到比预期更好的效果,到目前为止机组运行正常。年内还将投产发电的辽源电厂2×100MW双抽汽轮发电机组(俄罗斯产品)以及山东沾化发电厂2×125MW汽轮发电机组将采用这种类型同步器和启动阀。
  
  2.智能信号转接控制板
  
  2.1电路功能
  
  智能信号转接控制板是一块多功能的现场控制模块,主要用于汽轮机电液调节系统(DEH)和集散型控制系统(DCS)。电路设计中,采用了高可靠性的单片机作为控制核心,实时处理采样滤波、PID运算、PWM脉宽调制等控制算法,用A/D、D/A芯片达到现场数据采集与控制输出,用RS232串行通信方式实现与远程上位机的实时数据交换。
  
  2.2电路组成:
  
  智能信号转接控制板的电路结构如图1所示。该板以8位CMOS单片机AT89C51,用XILINX复杂可编程器件(CPLD)XC95108作为主要的外围译码电路;板上装有12位的高速A/D转换器和12位的D/A转换器,与CPU的连接都经1:1的隔离放大器相互电气隔离;16路的开关量输入和3路脉冲量输入全部采用光电隔离;4路开关量输出采用进口继电器方式;板上设有CPU监视电路(WatchDog)用以防止单片机出现死机;设有非挥发性存贮器EEPROM,用以存贮配置信息和经调整后的运行参数;板上的串行接口RS232用于与远程上位机通信或与现场的智能控制设备相联。整块电路采用单24VDC供电,由板上DC/DC实现电压变换及电气隔离。

  
  2.3主要技术参数:
  
  电压/电流输入:4-20mA或1-5VA/D分辨率12位,采样精度1‰;
  
  电压/电流输出:4-20mA或1-5VD/A分辨率12位,输出精度1‰;
  
  开关量输入:16路,查询电压24VDC,;
  
  旋转编码器接口:型12位格雷码输入;
  
  增量型双脉冲输入或三脉冲输入,相位超前滞后;
  
  开关量输出:4路继电器输出,常开/常闭触点;
  
  触点容量:220VAC/1A30VDC(1A);
  
  脉冲量输出:2路,+5VDC电平或O.C.输出;
  
  通讯接口:RS232波特率9600,数据8位,停止1位,无校验;
  
  隔离电压:AI/AO/DI/DO四端隔离,互相间隔离电压>1500V;
  
  电源供电:24VDC(0.3A);
  
  外型:220mmx125mmx20mm;
  
  2.4零位、满度调整方法:
  
  先将执行机构的反馈调到实际零位,此时的测量值Vl与4mA(零位电流)对应,再将执行机构的反馈调到实际满度位置,此时为测量值Vh与20mA(满度电流)对应,如图2所示。调整完毕后,每一位置的反馈值都由以下公式计算:

  
  2.5软件处理
  
  板上单片机运行的软件程序全部采用ASM-51汇编语言书写,程序流程如图3所示。

  
  图3、软件程序流程图
  
  (A)初始化程序(B)主程序循环
  
  2.6应用举例
  
  智能信号转接控制板是通用的多功能接口板,图4列出了常用的几种应用方式。

  
  图4、典型应用示意图
  
  在图4中,A为执行机构采用4-20mA的控制和反馈信号,而DCS控制采用输出增减脉冲控制方式;B为执行机构采用常用的正反转交流伺服电机,反馈用4-20mA电流信号,而DCS控制采用4-20mA电流控制方式;C为执行机构采用脉冲控制的正反转交流伺服电机,反馈用型旋转编码器GRAY码信号,而DCS控制采用4-20mA电流控制方式;D为执行机构指令与反馈全部采用RS232通信方式交流伺服电机,而DCS控制采用4-20mA电流控制方式或增减式脉冲控制方式;E为执行机构采用4-20mA的控制和反馈信号,而DCS控制采用RS232/RS422远程通信方式;F为执行机构采用脉冲控制的正反转交流伺服电机,反馈用4-20mA电流或型旋转编码器GRAY码信号,而DCS控制采用RS232/RS422远程通信方式。
  
  3.哈尔滨汽轮机厂出品的100MW凝汽式汽轮机同步器改造实施方案
  
  3.1原设备概况
  
  原同步器是启动阀与同步器合为一体的机构,只用一只直流马达驱动,经过蜗轮蜗杆减速再通过超越离合器(按:摩擦传动机构)与手轮相连。调速器是采用高速弹簧随动滑阀等机构。同步器全程32mm,行程变化3.1mm就对应油动机全行程(0~240mm)。在额定参数下,同步器行程变化量只有2.1mm,就对应空载至额定负载(0~100MW)。
  
  3.2改造后的概况
  
  取消原有的直流马达与其蜗轮蜗杆机构,原有的超越离合器一并取消。改造成纯齿轮传动。加装一只矢量变换控制马达[1]、一只值型编码器、一只电动/手动切换开关以及一块智能信号转接控制板。原同步器包括手轮和机械式行程指示器在内的其它机械部份全部保留。同步器行程和原有的静态特性以及就地操作方式不变。
  
  从上述同步器固有静态特性可推知,对同步器位移控制精度的要求非常高。在额定工况下,△2.1mm对应△100MW,位移变化0.021mm就引起负荷变化1MW。以全程32mm来计算,位移变化0.07%,负荷就变化1%(1MW)。因此如果采用一般的模拟电路控制定位精度达不到要求,很难实现转速和负荷的稳定控制。我们将其改造成为智能式全数字控制装置后,达到了预期目标。甚至比预期结果还好。图5为改造后的控制框图。

  
  3.3改造后达到的功能
  
  *自动挂闸、自动暖阀和自动开主汽门。
  
  *自动冲转和升速,自动冲击临界转速区域直至全速。
  
  *接收电气来的信号,自动控制同期转速,由电气进行同期并网。
  
  *实现负荷自动控制(含操作员自动,电气控制和CCS控制)
  
  *甩负荷后,将同步器自动回到3000r/min的位置。
  
  *汽机跳闸,将同步器自动回到0位置。
  
  3.4启动调试结果
  
  上述3.3的功能全部能实现。值得指出的是,机组在冲过临界转速区域过程中,机组的振动非常平稳,比原来手动冲转有较大的改观,博得厂方的好评。启动升速转速控制误差±3r/min,全速时,如果锅炉汽压稳定液压调速系统没有幌动可在±2r/min以内。改后的同步器,目前在山东省聊城发电厂3#机组投运,情况良好。
  
  4.上海汽轮机厂早期125MW机组启动阀(窗口控制型)改造该启动阀全程控29mm,在转速控制时变化5mm就会使转速从0→3000r/min。我们按照上述3的同样的方法对125MW机组启动阀进行改造,也达到了预期效果。该启动阀已于是1999年12月在山东省黄岛电厂1#机组投运,屹今为止,运行情况良好。
  
  5.其它改造应用
  
  上述3和4都是老机组改造,而吉林省辽源热电厂俄罗斯100MW双抽机组是新安装的机组,将于年内10月投运,同样也采用智能式全数字控制装置,况且在硬件配置上作了进一步的改进,控制框图如图6所示。在这样的工作方式下次,调节精度和系统稳定性将得到进一步提高,况且不需另外再配值型编码器。

  
  6.结束语
  
  为在电站中实施现场总线控制,一次仪表和执行机构的智能数控化仍是基础,有待众多的学者与专家作大量工作。我们仅在这方面做了一小部分这方面的前期工作。本文旨在抛砖引玉,限于我们水平,谬误之处在所难免,希望给予批评指正和赐教。

官方微信
联系人: 于健
电话:
0519-82829730
传真:
0519-82885958
手机:
13813503302(微信同号)
点击这里给我发消息